ENERGI DAN USAHA
1. Pengertian EnergiKetika kamu berolahraga, misalnya main basket. Kamumengeluarkan tenaga untuk berlari dan memainkan bola. Otot-otottubuhmu mengubah energi kimia yang diperoleh darimakanan menjadi energi otot yang digunakan untuk bergerak.Perhatikan jika kamu menyetrika baju sekolahmu! Kamupasti menggunakan setrika listrik untuk melakukannya. Setrikadapat digunakan jika terhubung dengan sumber arus listrik.Di dalam setrika terdapat komponen-komponen elektronikayang mengubah energi listrik menjadi energi panas.Perhatikan juga jika kamu melempar bola ke atas dan jatuhdi tanah yang agak lembek! Apa yang terjadi? Batu yang kamulemparkan akan meninggalkan jejak di tanah dan menimbulkansuara. Dalam hal ini, batu mempunyai energi gerak dan mengubahnyamenjadi gaya untuk dapat meninggalkan jejak dan menimbulkansuara. Dari mana energi batu yang kamu lemparkan?Pada bagian selanjutnya kamu akan mengetahuinya.Kamu memperoleh energi untuk bermain basket, setrika memperoleh energi listrikuntuk memanaskan elemen pemanasnya yang digunakan untukmerapikan baju, batu yang dilemparkan mempunyai energiuntuk dapat meninggalkan jejak di tanah dan menimbulkansuara. Dengan demikian, energi dapat didefinisikan sebagaikemampuan untuk melakukan usaha.
2. Bentuk-Bentuk EnergiJika kamu memperhatikan contoh-contoh yang diberikan,terlihat bahwa ada bermacam-macam energi. Pada saat kamumain basket kamu memperoleh energi kimia dari makanan yangkamu konsumsi dan mengubahnya menjadi energi gerak.Setrika mempunyai energi listrik yang diubahnya menjadienergi panas. Batu yang dilemparkan mempunyai energimekanik yang diubah menjadi energi gerak dan energi bunyi.
a. Energi Kimia Seperti telah disinggung sebelumnya, makanan yang kamu makan dan minuman yang kamu minum mengandung energi kimia. Zat-zat kimia yang terkandung di dalam makanan dan minuman tersebut dapat menghasilkan energi kimia karena di dalam tubuhmu sebenarnya terjadi reaksi kimia yang mengubah zat-zat yang terkandung dalam makanan menjadi energi. Gas, bensin, solar, batu bara, dan minyak tanah juga merupakan sumber energi kimia. Jika contoh-contoh sumber energi tersebut direaksikan, dapat menghasilkan energi.
b. Energi Listrik Saat kamu menonton televisi atau mendengarkan radio, darimana televisi dan radio memperoleh energi? Televisi dan radio serta alat-alat elektronika lainnya memperoleh energi dari energi listrik. Pada televisi, energi listrik ini diubah menjadi energi cahaya dan energi bunyi, sedangkan pada radio diubah menjadi energi bunyi.
c. Energi Panas Energi panas sering disebut juga energi kalor, merupakan salah satu bentuk energi yang berasal dari partikel-partikel penyusun suatu benda. Mengapa partikel-partikel suatu benda dapat menghasilkan energi panas? Kamu telah
mengetahui bahwa setiap benda tersusun oleh partikelpartikel.
Jika ada sesuatu yang dapat membuat partikelpartikel
ini bergerak, benda tersebut akan menghasilkan
energi panas. Kamu mungkin pernah mendengar bahwa
orang dapat membuat api dari kayu kering yang digosokgosokkan.
Kayu-kayu kering yang saling digosokkan akan
menimbulkan panas yang dapat membakar bahan-bahan
yang mudah terbakar.
d. Energi Bunyi Untuk mengamati energi bunyi, lakukan kegiatan sederhana berikut. Peganglah sebuah mistar, kemudian getarkan mistar tersebut. Kamu akan mendengar bunyi yang dihasilkan dari getaran mistar tersebut. Dapatkah kamu menjelaskannya? Ketika penggaris kamu getarkan, partikel-partikel udara di sekitar mistar akan ikut bergetar, partikel-partikel inilah yang menimbulkan bunyi. Dengan demikian, bunyi dapat dihasilkan oleh getaran partikel udara di sekitar sumber bunyi.
e. Energi Nuklir Pernahkah kamu mendengar energi nuklir? Reaksi nuklir terjadi karena reaksi inti di dalam inti radioaktif. Contoh energi nuklir terjadi pada ledakan bom atom dan reaksi inti yang terjadi di Matahari. Energi nuklir dapat digunakan sebagai energi pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Di Matahari, terjadi reaksi inti fusi yang menghasilkan energi nuklir yang sangat besar sehingga energi ini merupakan sumber energi utama di bumi.
3. Perubahan EnergiKetika sebuah batu jatuh dari suatu ketinggian, batu tersebutmemiliki energi. Jika batu tersebut jatuh ke tanah, energi iniakan diubah menjadi energi panas (dapat teramati pada tanahyang menjadi hangat ketika terkena batu) dan energi bunyi.Jika jumlah energi tersebut dihitung, jumlah total energi tersebutadalah sama. Energi gerak yang dimiliki batu yang jatuh akansama dengan energi bunyi ditambah energi kalor. Untukmengetahui perhitungan energi secara kuantitatif akandijelaskan pada bagian lain. Jadi, energi tidak pernah hilang,tetapi diubah ke dalam bentuk energi lain.Dengan konsep di atas, maka energi dapat dimanfaatkandalam kehidupan sehari-hari. Tidak semua energi dapatlangsung dimanfaatkan tetapi perlu diubah ke bentuk lain.Contoh perubahan energi antara lain sebagai berikut.a. Energi listrik menjadi energi panas, misalnya pada setrikalistrik, kompor listrik, dan solder listrik.b. Energi listrik menjadi energi cahaya, misalnya pada lampu.c. Energi listrik menjadi energi kimia, misalnya padapenyetruman (pengisian) aki.d. Energi cahaya menjadi energi kimia, misalnya fotosintesis.
3. Energi MekanikPernahkah kamu melihat buah jatuh dari pohonnya? Buahyang jatuh dari suatu ketinggian tersebut memiliki energimekanik. Apa yang dimaksud energi mekanik? Energi mekanikadalah energi yang dimiliki suatu benda yang berkaitan dengangerak. Energi mekanik terdiri atas energi potensial dan energikinetik. Berikut penjelasan kedua energi tersebut.
a. Energi PotensialUntuk mengamati energi potensial, lakukan kegiatansederhana berikut! Peganglah sebuah batu. Julurkan tanganmuke depan, kemudian lepaskan batu tersebut. Batu akanjatuh menimpa lantai dan kamu dapat mendengar suaranya.Sekarang, berjongkoklah di lantai, kemudian angkat batukurang lebih 5 cm dari ubin. Kemudian, lepaskan. Kamuakan mendengar suara benturan batu dengan lantai lebihpelan. Mari kita amati peristiwa tersebut. Pada suatuketinggian, batu memiliki energi. Pada saat batu masihdipegang, batu tersebut tidak dapat melakukan usaha. Akantetapi, ketika dilepaskan dari ketinggian, batu dapat bergerakke bawah. Berarti, batu tersebut mempunyai energi untukmelakukan gerak. Bentuk energi ini dapat kamu buktikandengan suara benturan batu dengan lantai. Hal inimenandakan energi tersebut telah berubah menjadi energibunyi. Jika batu tersebut dijatuhkan dari ketinggian 5 cm,bunyi akibat benturan batu dengan lantai terdengar lebihpelan. Hal ini menunjukkan bahwa energi dari ketinggianini lebih kecil daripada energi yang dihasilkan sewaktu kamuberdiri.Percobaan sederhana tersebut membuktikan adanya energipotensial. Jadi, energi potensial adalah energi yang disebabkanoleh posisi benda. Pada kasus ini, posisi bendaadalah ketinggian diukur dari lantai. Semakin besarketinggian batu dari lantai, semakin besar pula energipotensial yang dimiliki batu tersebut.Energi potensial juga dipengaruhi oleh massa benda. Kamu akan mendengarbunyi lebih keras ketika menjatuhkan sebongkah batu yangmassanya lebih besar daripada bunyi yang dihasilkan olehjatuhnya batu kecil. Dari uraian di atas, energi potensial dapatditulis ke dalam bentuk matematis sebagai berikut.Ep = m × g × h ....... (7.1)Keterangan:EP = energi potensial (Joule)m = massa (kg)g = percepatan gravitasi (m/s2)h = ketinggian (m)
b. Energi KinetikMengapa peluru yang keluar dari sebuah senapan sangatberbahaya jika mengenai manusia, padahal massa peluruhanya beberapa gram? Meskipun massanya kecil, peluruyang keluar dari senapan memiliki energi yang sangat besar.Hal ini disebabkan peluru tersebut mempunyai kelajuan yangsangat besar. Jika massa peluru tersebut diperbesar dengangaya yang sama, energinya akan semakin besar pula. Energiapakah yang dimiliki peluru yang keluar dari senapan?Energi tersebut dinamakan energi kinetik. Jadi energikinetik dapat didefinisikan sebagai energi yang dimilikisebuah benda karena kelajuannya.Pada kasus peluru yang keluar dari senapan dapat disimpulkanbahwa besar energi kinetik bergantung pada massabenda dan kecepatannya. Energi kinetik dapat dirumuskansebagai berikut.E= 1\2×m×v ....... (7.2)Keterangan:Ek = energi kinetik (Joule)m = massa (kg)v = kelajuan (m/s)
c. Energi Potensial dan Energi Kinetik pada Benda BergerakPerhatikan kembali batu yang kamu jatuhkan dari suatuketinggian. Ketika batu berada pada suatu ketinggian, batubermassa m pada suatu ketinggian h mempunyai energipotensial EP yang besarnya m × g × h.Ketika batu tersebut dijatuhkan, energi potensial tersebutberubah menjadi energi kinetik. Semakin bergerak kebawah, energi potensialnya semakin berkurang dan energikinetiknya semakin bertambah. Hal ini dikarenakan semakinbergerak ke bawah, ketinggian batu tersebut dari lantaisemakin kecil (energi potensial berkurang) dan kelajuannyasemakin besar (energi kinetiknya bertambah).Pada ketinggian tertentu, batu akan mempunyai energipotensial sama dengan energi kinetiknya. Pada akhirnya,batu tersebut jatuh ke lantai. Pada saat ini, energi yangdimiliki batu seluruhnya merupakan energi kinetik.
d. Hukum Kekekalan EnergiPada bagian terdahulu telah dibahas mengenai bentukbentukenergi. Kamu tidak dapat bermain basket terusmenerustanpa istirahat, makan, dan minum karena energikimia dalam tubuhmu yang diperoleh dari makanan akanhabis. Energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan,tetapi energi dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain.Pernyataan ini dikenal dengan hukum kekekalan energi.Ketika batu kamu jatuhkan dari suatu ketinggian, terjadiperubahan energi yaitu energi potensial menjadi energikinetik. Pada akhirnya, energi kinetik ini pun akan berubahmenjadi bentuk lain ketika batu sampai di lantai. Marilahkita selidiki hukum kekekalan energi pada kasus benda jatuhbebas.Pada sebuah benda yang jatuh bebas, terdapat dua buahenergi yaitu energi mekanik. Energi mekanik terdiri atasenergi potensial dan energi kinetik. Meskipun energipotensial benda yang jatuh bebas akan semakin kecil ketikaketinggian semakin rendah, tetapi di sisi lain energikinetiknya bertambah. Dengan demikian energi mekaniknyatetap sama (konstan).Pada kedudukan 1, energi mekanik seluruhnya merupakan
energi potensial. Dapat dituliskan sebagai berikut.Em = Ep = m × g × hPada kedudukan 2, energi mekanik merupakan jumlahenergi potensial dan energi kinetik. Dapat dituliskan sebagaiberikut.Em = Ep+ Ek= m × g × h + 1\2 × m × v2Pada kedudukan 3, energi mekanik seluruhnya merupakanenergi kinetik. Dapat dituliskan sebagai berikut.Em = Ek = 1\2 × m × v2
B. UsahaDalam kehidupan sehari-hari, kamu pasti sering mendengarkata “usaha”. Misalnya, kamu berusaha keras mempelajaripelajaran Fisika untuk mempersiapkan diri menghadapiulangan. Seorang atlet balap sepeda berusaha keras untukmenghadapi olimpiade. Romi berusaha mendorong lemarisejauh 3 meter.
1. Pengertian UsahaDalam kehidupan sehari-hari usaha berarti upaya manusiauntuk melakukan sesuatu guna tujuan tertentu. Apa pengertianusaha dalam Sains? Sebuah benda dikatakan melakukan usahajika ada gaya yang dilakukan pada benda tersebut atau bendatersebut memberikan gaya yang menyebabkan benda tersebutberubah posisinya. Dari tiga contoh yang diberikan di atas, cobakamu tentukan mana yang merupakan usaha menurut Fisikadan mana yang bukan.Dari pengertian gaya, usaha (W) dapat dituliskan dalambentuk matematis, yaitu hasil kali antara gaya (F) danperpindahan (s). Dalam hal ini, usaha searah dengan gaya,sehingga usaha merupakan besaran vektor.Dalam bentuk matematis, usaha dapat dituliskan sebagai
berikut.W = F × s ....... (7.3)Kamu harus ingat bahwa gaya yang dimaksud dalampersamaan ini adalah gaya yang searah dengan arahperpindahan.Seorang pramusaji yang sedang berjalan mengantarkanmakanan ke meja pelanggannya dikatakan tidak melakukanusaha meskipun tangannya memberikan gaya untuk menahanmakanan yang dibawanya. Hal ini dikarenakan gaya yangdiberikan pramusaji tersebut tegak lurus dengan arahberjalannya. Gaya tangannya ke atas dan arah berjalannyamendatar.Apa satuan usaha? Jika sebuah benda melakukan usahadengan gaya F = 1 N sehingga membuat benda bergeser 1 m,usaha dan satuannya dapat dihitung sebagai berikut.
W = F × s= 1 N × 1 m= 1 NmSelanjutnya, diperoleh bahwa 1 Nm = 1 Joule.
2. Hubungan Energi dengan UsahaKetika kamu menarik sebuah kotak, kamu memberikan gayaotot pada peti tersebut sehingga peti tersebut dapat bergerak.Dalam peristiwa itu, energi kimia dalam otot berubah menjadienergi gerak seperti yang telah kamu di depan, bahwa suatubentuk energi dapat diubah ke bentuk energi lain.Dapat dikatakan bahwa proses melakukan usaha merupakancara untuk memindahkan energi. Usaha yang dilakukan suatubenda sama dengan besarnya energi yang dipindahkan. Padacontoh di atas, energi kimia di dalam ototmu digunakan untukmenggeser kotak. Besarnya usaha untuk menggeser kotaktersebut sama dengan besar energi otot.Selain menggunakan energi kimia, usaha dapat jugadilakukan oleh sebuah benda yang memiliki energi lain misalnyaenergi listrik.Kamu memegang batu pada suatu ketinggian h1, kemudian
batu tersebut kamu ubah kedudukannya ke tempat yang lebihtinggi h2. Untuk melakukan itu, otot tanganmu melakukanusaha yang besarnya sama dengan selisih energi potensial padaketinggian h2 (Ep2) dan energi potensial pada ketinggian h1 (Ep1).Usaha di sini dapat dituliskan dalam bentuk persaman berikut.
Keterangan:W = usaha (Joule)E1 = energi pada keadaan 1 (Joule)E2 = energi pada keadaan 2 (Joule)
C DayaPada pembahasan tentang gerak, kamu telah mengetahuibahwa kecepatan adalah perubahan jarak per satu sekon.Misalkan, sebuah mobil kecepatannya 20 m/s. Angka inimengandung arti bahwa dalam satu sekon, mobil tersebutmampu menempuh jarak 20 m. Terlihat bahwa kecepatanmerupakan perubahan jarak setiap satu sekon.Usaha dapat didefinisikan sebagai perubahan energi. Jikaperubahan energi ini diukur setiap satu sekon, akan didapatkansebuah besaran baru yaitu perubahan usaha setiap satu sekon.Besaran tersebut disebut daya. Jadi, daya dapat didefinisikansebagai perubahan energi setiap satu sekon. Dalam bahasaInggris, daya adalah power. Dengan demikian, daya dilambangkandengan P.Secara matematis, daya dituliskan sebagai berikut.P= W\t....... (7.5)Keterangan:P = daya (Joule/sekon)W = usaha (Joule)t = waktu (sekon)Satuan daya yaitu Joule/sekon. Dalam satuan SI disebutsebagai watt dilambangkan W.1 watt = 1 Joule/sekon
Artikel keren lainnya: