BAB I - Nur Mungil

ENERGI, USAHA, DAN PESAWAT SEDERHANA
A. ENERGI
Hukum Kekekalan Energi :
Pengertian energi :
Energi adalah kemampuan untuk melakukan
usaha.
Satuan usaha :
SI = Joule
CGS = erg
1 erg = 10 7 joule
Satuan energi panas dinyatakan dalam kalori
(kal).
1 kal
= 4,18 Joule.
1 Joule = 0,24 kal.
Bentuk-bentuk energi :
1. Energi Gerak (Mekanik)
Terdiri atas : - Energi Kinetik
- Energi Potensial
2. Energi Kimia
Energi yang terkandung dalam bahan bakar
atau makanan.
3. Energi Listrik
Energi yang dihasilkan oleh adanya arus
listrik.
4. Energi Panas (Kalor)
Energi yang dihasilkan oleh gerakan
partikel-partikel dalam benda .
5. Energi Cahaya
Energi yang dihasilkan oleh sumber cahaya.
6. Energi Gelombang
Energi yang dibawa gelombang dalam
perambatannya.
7. Energi Bunyi
Energi yang dihasilkan oleh sumber bunyi.
8. Energi Nuklir
Energi yang terjadi akibat reaksi dalam zat
radioaktif.
Energi dapat diubah dari satu bentuk ke
bentuk lain, contoh :
a. Energi gerak  listrik : generator
b. Energi listrik  gerak : motor listrik
c. Energi listrik  cahaya : lampu listrik
d. Energi kalor  gerak : mesin uap
e. Energi cahaya  listrik : sel surya
f. Energi kimia  listrik : baterai, aki
g. Energi listrik bunyi : radio
“Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat
dimusnahkan, tetapi energi dapat diubah dari satu
bentuk ke bentuk yang lain.”
Sumber-sumber energi :
Sumber energi utama di bumi adalah energi
matahari.
Sumber energi lainnya antara lain energi
angin, energi air, energi pasang surut, energi
panas bumi, energi atom.
Pembagian energi menurut keberadaannya :
1. Energi yang dapat diperbaharui.
Energi yang keberadaannya tidak akan
habis di alam.
2. Energi yang tidak dapat diperbaharui.
Energi yang keberadaannya akan habis di
alam.
Konservasi energi :
Konservasi energi adalah upaya-upaya untuk
menggunakan energi secara lebih efisien dan
rasional.
ENERGI MEKANIK
1. Energi Potensial (Ep)
Adalah energi yang tersimpan atau energi
dimiliki
oleh
suatu
benda
karena
kedudukannya.
Contoh : air terjun, per yang ditekan, benda
yang letaknya tinggi.
Energi potensial gravitasi dirumuskan :
Ep = m.g.h
Ep
m
g
h
=
=
=
=
energi potensial (Joule)
massa (kg)
gravitasi (10 m/s2)
ketinggian (m)
Contoh :
Sebuah
benda yang massanya 25 kg
terletak pada ketinggian 12 m. Tentukan
besar energi potensial yang dimiliki benda
tersebut ( g = 10 m/s2) !
Jawab :
Diketahui : m = 2,5 kg
h = 12 m
g = 10 m/s2
B. USAHA
Dalam ilmu fisika, usaha didefinisikan
sebagai hasil kali gaya dengan perpindahan.
Ep = m . g . h
= 2,5 kg x 12 m x 10 m/s2
= 300 kg m2/s2
= 300 Joule
:
F
S
W = usaha (Joule)
F = gaya (Newton)
S = perpindahan (m)
W=F.S
2. Energi Kinetik (Ek)
Adalah energi yang dimiliki sebuah benda
karena geraknya.
Usaha oleh beberapa gaya :
F3
F2
F1
Ek = ½. m.v
2
Ek = Energi kinetik (Joule)
m = massa (kg)
v = kecepatan (m/s)
Contoh :
Mobil yang massanya 1.000 kg, bergerak
dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan besar
energi kinetik mobil tersebut !
Jawab :
Diketahui : m = 1.000 kg
v = 10 m/s
S
W  ( F1  F 2  F3 ).S
Atau secara umum :
W W1 W 2 W 3  ...
Contoh 1 :
Benda bermassa 10 kg ditarik dengan gaya 10 N.
Benda berpindah sejauh 10 m. Berapakah usaha
yang dilakukan gaya F tersebut ?
Jawab:
Ek = ½ m.v2
F = 10 N
= ½ .1000 kg. (10 m/s)2
= 50.000 kg m/s2
= 50.000 Joule
3. Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Energi mekanik adalah jumlah energi
potensial dan energi kinetik yang dimiliki
suatu benda.
Energi mekanik dirumuskan :
EM  EP EK
Jika sebuah benda dijatuhkan dari suatu
ketinggian maka energi mekaniknya tetap.
EP = m. g. h
EK = 0
h
EP = 0
EK 
1
mv
2
2
10 m
W = F x S = 10 N x 10 m = 100 Joule
Contoh 2 :
Lemari es ditarik oleh Ali dengan gaya 10 N dan
didorong oleh Tono dengan gaya 2 N. Jika gaya
gesekan lemari es dengan lantai 5N. Berapa
usaha yang dilakukan untuk mendorong lemari
es tersebut sejauh 2m ?
F2 = 2N
F1 = 10N
F3 = 5N
2m
Jawab :
W = (F1 + F2 –F3).S
= (10 + 2 - 5).2
= 7.2
= 14 J
C. PESAWAT SEDERHANA
Pesawat sederhana adalah alat yang
digunakan untuk mempermudah melakukan
usaha.
Merupakan alat untuk :
- mengubah energi, contoh : dinamo, mesin uap
- memindahkan energi, contoh : tang, dongkrak
- mengubah arah, contoh : katrol
- memperoleh keuntungan kecepatan, contoh
: sepeda
1.
Tuas
a. Tuas kelas pertama/utama
Titik tumpu berada diantara beban dan
kuasa.
Contoh : pengungkit
W
Contoh :
- gerobak dorong beroda satu
- catut pencabut paku
- pembuka tutup botol
c.
Tuas kelas ketiga
Bila beban dan kuasa terletak pada
sisi yang sama dari titik tumpu,
tetapi letak kuasa lebih dekat ke titik
tumpu.
2. Katrol tetap
W . l b = F . lk
A
T
lk
F
lb
T
w
F
w = m.g
F   k W   b
Keuntungan mekanis (KM) :
T = titik tumpu
 b = lengan beban
(KM) 
 k = lengan kuasa
F = kuasa yang dikerjakan
w = berat beban
Keuntungan
mekanis
(KM)
tuas/pengungkit tersebut adalah :
KM 
m = massa benda (kg)
g = gravitasi bumi (m/s2)
AT = lengan beban (lb)
BT = lengan kuasa (lk)
AT = BT
B
beban W

1
kuasa
F
3. Katrol bergerak
dari
l
W
 k
F
lb
Contoh :
Jika W = 10 N, lb = 10 cm dan lk = 20 cm
Berapa kuasa F.
Jawab :
F x ℓk = W x ℓb
F = W x lb = 10 N x 0,1 = 5 N
lk
0,2
b. Tuas kelas kedua
Bila kuasa dan beban berada pada sisi
yang sama dari titik tumpu dan letak
beban lebih dekat ke titik tumpu
daripada titik kuasa.
F
F
T
A
B
AB
BT
AB
F
lb
1
. w w
lk
2
=
=
=
=
2 BT
lengan beban (lb)
lengan kuasa (lk)
gaya
W
Keuntungan mekanik = M 
lk 2
 2
lb 1
Pada katrol bergerak tali memikul ½ beban.
4. Katrol majemuk (takal)
a. pada papan miring
W=F.s
s = jarak yang ditempuh
F
F
b. dengan mengangkatnya langsung
1
w
n
Dimana :
n = jumlah katrol
w=m.g
W=m.g.h=w.h
h = ketinggian
D. DAYA
Adalah kemampuan melakukan usaha
P
W
w
Takal dengan 4 katrol masing-masing tali
memikul ¼ beban.
Keuntungan mekanik :
KM = banyaknya katrol (n).
5. Roda Bergandar
r
R
F
R = jari-jari roda
r = jari-jari gandar
Keuntungan mekanik :
KM = jari-jari roda
jari-jari gandar
w
W = Usaha (Joule)
t = waktu (detik)
P = daya (watt = joule/detik)
Satuan daya yang lain :
1 HP (daya kuda) = 746 watt
1 kilowatt
= 1000 watt
Contoh soal :
01. Sebuah beban 500 N dinaikkan ke tempat
dengan ketinggian 6 m menggunakan
katrol tetap.
a. Berapa gaya tariknya
b. Berapa usaha yang dilakukan
Diketahui : w = 500 N
h=6m
w=m.g
Keuntungan mekanik = R
r
KM = 1
Ditanya : a. F = ?
b. w = ?
6. Bidang Miring
a. F = w/KM = 500/1
F = 500 N
b. W (usaha) = 500 N x 6 m = 3000 J
F
h
W usaha

t
waktu
s
w=m.g
KM = panjang bidang miring
tinggi bidang
h = tinggi bidang
Usaha yang dilakukan untuk memindahkan
benda tersebut :
02. Takal terdiri dari 5 katrol kombinasi
digunakan untuk menaikkan beban 6 ton
dari tanah ke tempat dengan ketinggian
2 m.
Tentukan :
a. besar gaya
b. besar usaha yang dilakukan
Banyak katrol = 5 katrol
m = 6 ton = 6000 kg
h = 2m
a. Keuntungan mekanis = n (banyak
katrol)
F
W 6000 kg x 10 m/s 2

 12.000 N
5
5
b. Usaha = F x S
W = 12.000 N x 2m = 24000 J
03. Panjang bidang miring adalah 4 m dan
jarak dari ujung bawah ke ujung atas
bidang miring 1 m. Berapa keuntungan
mekanis, jika berat badan yang diangkat
600 N, berapa gaya dorongnya !
Diketahui : ℓb = 4m, h = 1 m
Ditanya : a. KM = ?
b. F = ?
Jawab :
a. KM =
b
4
= =4
1
h
beban W

kuasa
F
600
4 =
F
600
F =
 150 N
4
b. KM =
SOAL – SOAL LATIHAN
01. Yang tidak termasuk satuan energi adalah . . .
A. erg
B. dyne
C. Joule
D. N meter
02. Nilai 5.000 Erg setara dengan . . . Joule.
A. 5 . 10 -10
B. 5 . 10 -5
C. 5 .10 4
D. 5 . 10 -3
04. Energi yang dimiliki benda karena letak atau
posisinya disebut …
A. energi kinetik
B. energi potensial
C. energi mekanik
D energi kimia
05. Sebuah mangga jatuh dari pohon yang tinggi,
maka:
1. energi potensial dan energi kinetik
membesar
2. energi potensial tetap, energi kinetik
membesar
3. energi potensial mengecil, energi kinetik
membesar
Pernyataan yang benar adalah …
A. 3
B. 1 dan 2
C. 1 dan 3
D. 2 dan 3
06. Orang yang menahan beban 980 N di atas
kepalanya dikatakan tidak melakukan usaha,
hal ini disebabkan oleh . . .
A.
B.
C.
D.
tinggi orang tersebut dianggap nol
tidak ada perpindahan benda
berat beban sama dengan berat orang
tidak ada gaya yang dilawan oleh beban
07. Benda bermassa 4 kg benda dan bergerak
dengan kecepatan 5 m/s memiliki energi
kinetik sebesar …
A. 50 Joule
B. 100 Joule
C. 10 Joule
D. 20 Joule
08. Perhatikan gambar di bawah ini !
A VA=0
20 m
B
03. Sebuah radio dengan sumber listrik batu
baterai dihidupkan sehingga kita dapat
mendengar siaran radio itu. Perubahan energi
yang terjadi adalah . . .
A.
B.
C.
D.
energi listrik – energi kimia – energi bunyi
energi kimia – energi listrik – energi bunyi
energi bunyi – energi listrik – energi kimia
energi panas – energi listrik – energi
bunyi
10 m
C
Bila massa benda adalah 2 kg dan percepatan
gravitasi pada tempat tersebut = 10 m/s2.
Maka energi potensial di A adalah . . . Joule.
A. 400 Joule
B. 40 Joule
C. 200 Joule
D. 300 Joule
09. Seekor burung terbang pada ketinggian 20 m
dengan kecepatan 8 m/s. Jika massa burung
tersebut 0,25 kg dan percepatan gravitasinya
10 m/s2 maka energi mekanik burung
tersebut adalah :
A.
F
B.
F
C.
A. 116 Joule
B. 58 Joule
C. 40 Joule
D. 4 Joule
10. Dari gambar di bawah ini, maka nilai usaha
total yang dilakukan adalah . . .
F2=5 N

F1=10 N
F
D.
F
15. Perhatikan gambar berikut !

2m
A. 30 Joule
B. 15 Joule
C. 10 Joule
D. 5 Joule
F
1000 N
11. Pada sebuah benda gaya F1 = 125 N arah ke
kanan dan gaya F2 = 100 N arah ke kiri
sehingga benda berpindah sejauh 2 m.
Besarnya usaha yang dilakukan oleh kedua
gaya itu adalah . . .
A. 25 Joule
B. 50 Joule
Dengan menggunakan susunan katrol seperti
di atas, maka . . .
A.
B.
C.
D.
C. 200 Joule
D. 250 Joule
12. Sebuah gerobak ditarik oleh Fajar dengan
gaya 100 N, dari belakang gerobak di dorong
oleh ganda dengan gaya 200 N. Jika lantai
kasar dan gaya gesek gerobak dan lantai
adalah 50 N, maka berapa besar usaha yang
dilakukan untuk mendorong balok tersebut
sejauh 10 m, adalah . . .
A. 250 Joule
B. 2500 Joule
C. 3000 Joule
D. 3500 Joule
16.
5m
2m
A. 50 N
B. 40 N
F
Dari gambar disamping
besar gaya F yang diperlukan untuk mengangkat beban tersebut
adalah . . .
C. 20 N
D. 10 N
Dari gambar disamping,
besarnya gaya F yang
mengimbangi beban w
adalah :
A. 900 N
B. 450 N
C. 300 N
D. 150 N
17. Sekrup merupakan . . .
A.
B.
C.
D.
13.
100N
keuntungan mekanis = 4
keuntungan mekanis = 6
gaya untuk menaikkan beban = 500 N
diperoleh keuntungan arah tetapi tidak
diperoleh keuntungan mekanis
tuas
bidang miring
bidang miring rangkap
bidang miring yang diputarkan pada
silinder
18.
r
R
14. Perhatikan gambar tuas di bawah ini ! Tuas
memiliki yang keuntungan mekanisnya
terbesar adalah . . .
F=100 N
w
Bila jari-jari gandar r = 2 cm
dan jari-jari roda R = 6 cm,
maka berat w adalah . . .
A. 33,3 N
B. 300 N
C. 600 N
D. 1200 N
19. Pada gambar di bawah ini, gaya yang
diperlukan untuk mendorong benda adalah :
A.
B.
C.
D.
F=?
400 N
200 N
160 N
80 N
400 N
5m
2m
20. Dalam waktu 10 menit, seseorang melakukan
usaha 240.000 Joule. Maka daya yang
dikeluarkan orang tersebut adalah :
A. 100 watt
B. 200 watt
C. 300 watt
D. 400 watt
ESAI
01. Sebuah benda dilempar ke atas seperti
lintasan berikut :
2
3
1
Tentukan pada posisi mana Ep dan Ek
mencapai maksimum dan minimum !
02. Sebuah pesawat terbang melaju dengan
kecepatan 200 m/s2 pada ketinggian 150 m.
Jika massa pesawat terbang tersebut 1000 kg
dan percepatan gravitasinya 10 m/s2 maka
tentukan energi mekaniknya !
03. Sebuah mobil mogok didorong oleh 3 orang.
Andi dengan gaya dorong 350 N, Budi
dengan gaya 650 N dan Tono dengan gaya
250 N. Jika mobil itu berpindah sejauh 100 m
dari tempat semula, tentukan :
a.
b.
c.
Usaha tiap-tiap orang
Berapa besar gaya dorong mobil
Berapa usaha yang dilakukan terhadap `
mobil itu
04.
A
B
50 cm
Massa Anto = 40 kg
Massa Bardi = 50 kb
50 cm
Tentukan dimana Bardi duduk agar ayunan
berada pada posisi setimbang.
05. Benda 200 kg ditarik ke atas. Berapa besar
gaya yang diperlukan dan keuntungan
mekaniknya jika digunakan :
a. Sebuah katrol tetap
b. Sebuah katrol bergerak
c. Sebuah takal yang terdiri atas 4 katrol