Kelas 10 - Usaha dan Energi

A.    Pengertian usaha dan energi

Dalam fisika usaha didefinisikan sebagai hasil kali gaya dengan perpindahan benda. Ketika gaya yang kita berikan terhadap benda menyebabkan benda berpindah maka dapat dikatakan kita melakukan usaha terhadap benda tersebut.

Sedangkan energi diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Dalam kehidupan sehari-hari energi sering diartikan sebagai tenaga. Tetapi dalam fisika energi diarikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha atau kemapuan untuk melakukan kerja. Benda dikatakan memiliki energi jika benda tersebut mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha.

Adapun bunyi hukum kekekalan energi “energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan”, tetapi dapat berubah daribentuk yang satu ke bentuk yang lain".

B.     Rumus usaha dan energi

USAHA

Usaha terjadi ketika energi dipindahkan dari satu sistem ke sistem lainnya. Diartikan sebagai gaya (F) yang dilakukan untuk memindahkan benda sejauh perpindahannya (s). Usaha dapat ditulis sebagai berikut.

W = F.s

Keterangan:
W = Usaha
F = Gaya
s = perpindahan

Usaha adalah besaran skalar yang diperoleh dari hasil kali titik antara vektor gaya F dan vektor perpindahan s

W = F_x . s = F.s cos

Keterangan :
W = usaha (joule )
F =gaya (N)
s = perpindahan (m)
θ = sudut antara gaya F dan perpindahan s

Energi

Energi diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Contoh energi : energi panas, energi kinetik ,dan energi potensial, energi listrik.

Energi potensial

yaitu energi yang dimiliki benda karena keadaaan, kedudukan atau posisinya.Dinyatakan sebagai berikut:

Ep = mgh

Keterangan:
Ep = energi potensial (joule )
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s²)
h = ketinggian benda (m)

Energi kinetik

Yaitu energi yang memiliki oleh benda karena gerakannya.Rumusannya dapat dinyatakan sebagai berikut:

Ek = 1/2 mv²

Keterangan :
Ek = energy kinetik (J)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)

Energi panas

Energi yang menimbulkan perubahan suhu pada suatu benda, rumusannya sebagai berikut:

Q = m c ΔT

Q = C ΔT

Keterangan :
Q = Energi panas/kalor
m = massa benda
c = kalor jenis benda
C = kapasitas kalor benda
T = T_akhir – T_awal

Energi listrik

Ditentukan melalui rumusan sebagai berikut:

W = V I t

Keterangan :
W = energy listrik (joule )
V = beda potensial listrik (volt )
I = (kuat arus listrik ( ampere)
t = selang waktu (sekon)

C.    Teorema Usaha dan Energi

Besar usaha untuk mengubah kecepatan benda dari V₁ dipercepat hingga mencapai kecepatan v₂ adalah sebagai berikut:

W = F ∆x

Berdasarkan hukum II newton, sebuah gaya F akan mempercepat benda sesuai persamaan

F = m a

Berdasarkan persamaan GLBB

 Dari kedua persamaan diatas, persamaan usaha dapat dituliskan sebagi berikut.

Jadi, besar usaha dapat dirumuskan sebagai berikut.

Persamaan di atas disebut teorema usaha-energi yang dinyatakan sebagai berikut.

’’Usaha yang dilakukan oleh gaya pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik pada benda tersebut”.

D.    Daya

Energi yang dihasilkan oleh sesuatu dapat digunakan dalam waktu tertentu. Energi dalam kasus ini dapat berupa usaha yang dilakukan benda. Laju usaha yang dilakukan atau besar usaha setiap t satuan waktu disebut daya. Secara matematis, daya dirumuskan sebagai berikut.

P = W/t

Oleh karena usaha sama dengan gaya dikali perpindahan benda, daya dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:
P = daya (W)

W = usaha (J)

t = waktu (s)

v = kecepatan rata-rata benda (m/s)