USAHA DAN ENERGI Oke

11/19/2016
Tujuan Pembelajaran :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Coba diskusikan !
Mengapa kita merasa lelah setelah
berlari ?
Mengapa tubuh kita menjadi lemas
jika lapar ?
Pada saat terjadi pemutusan aliran
listrik, mengapa kita tidak dapat
menghidupkan lampu dan televisi ?
Mengapa batu akan pecah bila
dipukul palu ?
Mengapa memotong kain lebih
mudah jika menggunakan gunting ?
Menunjukan bentukbentuk-bentuk energi dan contohnya dalam kehidupan
sehari
sehari--hari
Mengaplikasikan konsep energi dan perubahannya dalam kehidupan
sehari
sehari--hari
Merancang percobaan sederhana tentang perubahan bentuk energi
Membedakan konsep energi kinetik dan energi potensial
Menjelaskan adanya energi potensial dan energi kinetik pada suatu benda
yang bergerak
Menunjukan konsep kekekalan energi
Menunjukan hubungan usaha, gaya dan perpindahan
Menjelaskan kaitan antara energi usaha
Menunujukan kegunaan beberapa pesawat sederhana yang sering
digunakandalam kehidupan seharisehari-hari
Pernahkah kamu mendengar kata
usaha !
``Apakah artinya usaha ?
Saya sedang
usaha agar
memperoleh
uang
Apakah betul si ibu tersebut
melakukan usaha ?
1
11/19/2016
Pengertian Energi :
BERSEPEDA
PESAWAT TERBANG
KINCIR ANGIN
Bentuk energi
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Energi kimia, adalah energi yang tersimpan dalam
bahan makanan
Energi cahaya dan energi panas,adalah energi
dari benda yang menghasilkan cahaya dan panas
Energi listrik, adalah energi ditimbulkan oleh arus
listrik.
Energi Bunyi, adalah energi yang dihasilkan oleh
benda yang bergetar.
Energi potensial, adalah energi yang dimiliki
benda karena keadaan atau kedudukannya.
Energi kinetik, adalah energi yang dimiliki benda
saat bergerak.
Adalah kemampuan untuk
melakukan usaha.
Usaha sama dengan hasil perkalian
antara gaya dengan perpindahan
HUKUM KEKEKALAN ENERGI :
“ ENERGI TIDAK DAPAT
DICIPTAKAN DAN TIDAK DAPAT
DIMUSNAHKAN, HANYA DAPAT
BERUBAH BENTUK MENJADI
BENTUK ENERGI YANG LAIN “
2
11/19/2016
Perubahan bentuk energi
• Energi listrik menjadi energi cahaya
( arus listrik
lampu nyala )
• Energi listrik menjadi energi panas
( arus listrik
strika listrik )
• Energi gerak menjadi energi kalor
( dua benda digesekan menjadi panas )
• Energi gerak menjadi energi bunyi
( senar gitar di petik ----- bunyi )
• Energi kimia menjadi energi listrik
( accu / aki atau baterai )
Energi Mekanik ( Em )
Em = Ep
A. Energi Potensial ( Ep )
Ep = m.g.h
h
Em=Ep+Ek
Ep = Energi potensial ( Joule )
m = massa benda ( kg )
g = percepatan gravitasi bumi ( m / s2 )
h = ketinggian benda ( m )
Em=Ek
LANTAI
B. Energi kinetik ( Ek )
CONTOH SOAL :
1.
Ek = ½ mv
2
Tentukan energi kinetik sebuah
sepeda yang
2
sedang melaju pada 5 m/s . Massa sepeda
berikut pengendaranya adalah 60 kg.
Penyelesaian
Ek = Energi kinetik ( Joule )
m = massa ( kg )
V = percepatan ( m / s )
Diket : m = 60 kg
2
v = 5 m/s
Dit.
Ek = <<< ?
Jawab : Ek = ½ m.v
Em = Energi potensial + Energi kinetik
2
= ½ x 60 kg x 5² m/s
2
= 750 Joule
Em = mgh + ½ mv2
3
11/19/2016
2. Sebuah benda bermassa 0,1 kg dijatuhkan dari
ketingiaan10 m
( g = 10 m/s2 )
a. Berapa energi potensial dan energi
kinetik benda mula-mula ?
b. Berapa energi potensial dan energi
kinetik benda saat menyentuh lantai ?
c. Berapa energi potensial, energi kinetik dan
kecepatan benda saat berada
pada
ketinggian 5 m ?
d. Berapa kecepatan benda pada saat
menyentuh lantai ?
Penyelesaian
Jawab :
3.
Ep = m x g x h
= 0,1 kg x 10 m/s2 x 10 m
= 10 Joule
Ek = 0
b.
Pada saat menyentuh lantai ( h = 0 )
Em = Ek = 10 Joule
c.
Pada saat h = 5 m
Ep = m x g x h
= 0,1 kg x 10 m/s2 x 5 m
= 5 Joule
d. Em = Ep + Ek
10 = 5 + Ek
Ek = 5
2
Ek = ½ x m x v
5 = ½ x 0,1 x v 2
v 2 = ½ x 0,1
Diket : m = 0,1 kg
h = 10 m
2
g = 10 m/s
Dit
a.
v
5
= V0,01 = 0,1 m/s2
4.
5.
vo = 0 m/s2
: a. Ep mula-mula = <.
b. Ep dan Ek saat menyentuh lantai ...
c. Ep, Ek, dan v pada saat h = 5 m
d. v pada saat menyentuh lantai
Tentukan energi sebuah bola volley
bermassa 800 gram ( 0,8 kg ) yang sedang
bergerak dengan kecepatan 2,5 m/s2
Sebuah balok bermassa 2 kg berada pada
ketinggian 5 m. Jika percepatan gravitasi 10
m/s2, tentukan energi potensial balok tersebut
terhadap tanah ?
Sebuah batu bermassa 2,5 kg dipegang pada
jendela sebuah gedung tinggi yang berada 40
m diatas permukaan tanah. Berapakah energi
2
potensial yang dimiliki batu ? ( g = 9,8 m/s )
4
11/19/2016
Persoalan gerak yang melibatkan gaya
konstan Dinamika
Persoalan gerak yang melibatkan gaya
yang tidak tetap:
F(x)
F(t)
Usaha
Usaha sebagai Luas
Usaha adalah suatu
besaran skalar yang
diakibatkan oleh gaya
yang bekerja
sepanjang lintasan
z
ds
F
x2
2
W = ∫ F ( x )dx
F
Wg
x1
1
x
y
∆s
2
r
r
W1→2 = ∫ F ( s ) • d s
x
W = F * ∆s
1
2
Usaha dan Energi
Momentum
2
2
dW = F(s) d s
= ∫ Fx ( s )dx + ∫ Fy ( s )dy + ∫ Fz ( s )dz
1
1
1
5
11/19/2016
Satuan Usaha dan Energi
Energi
Gaya × Jarak = Usaha
Kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja
Bentuk dari energi:
Energi kinetik
Energi potential: gravitasi, pegas, listrik
Panas
dll
Newton
×
[M][L] / [T]2
mks
N.m (Joule)
Energi ditransfer kepada benda
Usaha positif
Energi ditransfer dari benda
Usaha negatif.
Meter
[L]
=
cgs
Dyne-cm (erg)
= 10-7 J
Joule
[M][L]2 / [T]2
Lainnya
BTU
calorie
foot-lb
eV
= 1054 J
= 4.184 J
= 1.356 J
= 1.6x10-19 J
.
Teorema Usaha – Energi kinetik
Usaha dan Energi Kinetik
Jika gaya F selalu tetap, maka percepatan a
akan tetap juga, sehingga untuk a yang tetap:
r
r
2
2
r
r
dv
r
r ds
= ∫ F ( s ) • d s = ∫ m • d s = ∫ mdv •
dt
dt
1
1
1
2
W1→2
2
2
1
1
2
r r
= ∫ mv • d v = ∫ mvdv = 1 mv 2 = 1 mv22 − 1 mv12
2
2
2
1
v1
v2
F
a
m
Wnet = ∆K
1
2
1
2
= K 2 − K1 = mv2 2 − mv12
Usaha yang dilakukan pada benda akan
mengakibatkan perubahan energi kinetik
dari benda tersebut
i
∆x
6
11/19/2016
Usaha yang dilakukan oleh Gaya
Konservatif
Jenis Gaya
Tidak dibergantung kepada lintasan yang
r diambil
r
W2 1
W1→1 = W1→2 + W2→1 = ∫ F ( s ) • d s = 0
Gaya Konservatif
Contoh : Gaya Gravitasi, Gaya Pegas, dll
2
1
Gaya non Konservatif
Contoh : Gaya Gesek, dll
W1
2
Sehingga:
r
W1→2 = −W2→1 ⇒ Fk ( s) = ∇W = −∇PE
Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif
sebanding dengan negatif perubahan energi
potensialnya
Gaya konservatif adalah minus gradient dari energi
potensialnya
Usaha yang dilakukan oleh gaya
gravitasi
Usaha yang dilakukan oleh gaya
gravitasi
W
Wg = Fi ∆s = mg ∆s cos θ
= mg∆y
m
mg
g
s θ
∆s
Wg = mg∆y
j
= W1 + W2 + . . .+ Wn
= Fi ∆rr 1+ Fi ∆rr2 + . . . + Fi ∆rrn
= Fi (∆rr1 + ∆rr 2+ . . .+ ∆rrn)
= Fi ∆r
= F ∆y
m
∆y
∆rr3
∆y
∆r
∆rr1
∆rr2
mg
g
j
Wg = mg ∆y
hanya bergantung pada ∆y !
∆rrn
m
Bergantung hanya pada ∆y,
bukan pada lintasan yang
diambil !
7
11/19/2016
Usaha yang dilakukan pada Pegas
Pegas (lanjutan<)
x2
Ws = ∫ F ( x )dx
Pada pegas akan bekerja gaya sbb:
F = −kx
F(x)
x1
x1
F(x)
x2
x1
F = - k x2
Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Σ Energiawal = Σ Energiakhir .
Berlaku pada sistem yang terisolasi
Proses pengereman ada energi yang berubah
menjadi panas (hilang)
Energi tidak dapat diciptakan atau
dimusnahkan
Hanya bentuk energi yang berubah
Contoh: Energi potensial
(benda jatuh bebas)
x1
Ws
=−
-kx
-kx
F = - k x1
= ∫ ( − kx) dx
x
x
Posisi awal
x2
x2
Energi
Potensial
Pegas
Ws = −
1 2
kx
2
x2
x1
1
k (x22 − x12 )
2
Gerak Bandul Fisis
Pada kasus ini dapat
terlihat perubahan
antara energi kinetik
(KE) dan energi
potensial (PE) pada
bandul.
m
h1
h2
v
KE2 + PE2 = KE1 + PE1
Energi Kinetik
8
11/19/2016
Jet Coaster
Usaha oleh Gaya Non-Konservatif
Bergantung kepada lintasan yang diambil
B
Wlintasan 2 > Wlintasan 1.
KE2 + PE2 = KE1 + PE1
N
v
Contoh:
Gaya gesek adalah
gaya non-konservatif
Lintasan 1
Lintasan 2
A
Wf = Ff • D = -µkmgD.
Ff = -µkmg
v
R
mg
D
Gerak pada permukaan kasar
Hukum Kekekalan Energi Umum
WNC = ∆KE + ∆PE = ∆E
Dimana WNC adalah usaha yang dilakukan oleh
gaya non konservatif
Hitunglah x!
d
µk
∆E TOT = ∆KE + ∆PE + ∆Eint = 0
Dimana ∆Eint adalah perubahan yang terjadi pada
energi internal benda ( perubahan energi panas)
dan ∆Eint = -WNC
x
9
11/19/2016
Diagram Energi Potensial
Keseimbangan
F
1
PEs = kx2
2
m
U
x
U
m
m
x
x
U
x
F
0
x
U
F = -dPE/dx
= - {slope}
0
x
x
0
Kita meletakan suatu
balok pada permukan
kurva
energi
Jika
posisipotensial:
awal pada
a.
titik stabil maka balok
tersebut akan
bergerak bolak-balik
pada posis awalnya
b. Jika posisi awal pada
titik unstabil maka
balok tidak akan
pernah kembali
keadaan semulanya
unstabil
netral
Stabil
x
0
c.
Jika posisi awal pada
titik netral maka
balok tersebut akan
bergerak jika ada
gaya yang bekerja
padanya
Daya
F
Daya adalah laju perubahan
usaha yang dilakukan tiap detik
θ
dW F .d s
Daya =
=
= F .v
dt
dt
∆rr
v
Satuan SI dari daya
= F v cos θ
1 W = 1 J/s = 1 N.m/s1
1 W = 0.738 ft.lb/s
1 horsepower = 1 hp = 746 W
10
11/19/2016
11
11/19/2016
12
11/19/2016
13
11/19/2016
14
11/19/2016
15
11/19/2016
16