USAHA DAN ENERGI – WORK AND

ENERGY

OLEH: NICKASIUS SINDHUNATA, S.Pd

Jika kamu beraktivitas apakah kamu perlu energi?

USAHA (WORK) DAN ENERGI (ENERGY)

USAHA

DEFINISI KERJA

HUBUNGAN USAHA

DAN ENERGI

ENERGI

MENGENAL MACAM ENERGI

DAYA

PESAWAT SEDERHA

NA

USAHA

• Apa sih yang dimaksud

dengan usaha?

• Samakah makna usaha dalam kehidupan sehari – hari dengan makna usaha pada fisika?

Usaha Dalam Keseharian

• Usaha Cari uang.

• Usaha belajar.

• Usaha dapat pacar.

Contoh Usaha Dalam Pengertian Sehari - Hari

• Dalam kehidupan sehari-hari,

usaha diartikan sebagai segala

sesuatu yang dikerjakan

manusia.

• Dalam ilmu fisika USAHA diartikan sebagai GAYA yang bekerja pada suatu benda, sehingga benda tersebut mengalami PERPINDAHAN.

• Secara matematis dirumuskan:

W = F x s

W : Usaha Joule

F : Gaya Newton

s : jarak perpindahan meter

• Usaha bisa dilakukan dua arah,yaitu ke sumbu x (Horizontal Work) dan ke sumbu y (Vertical

Work)

F Benda ditarik berpindah searah dengan sumbu x

F

Benda ditarik berpindah searah

Sumbu y

Perhatikan Ilustrasi berikut!

Contoh Soal Usaha Pada Sumbu - X

Sebuah batu dengan massa 1000 kg beradadiatas jalan yang licin. Benda ditarik olehsebuah mobil derek dengan gaya sebesar 25N, sehingga benda bergeser sejauh 4m.Berapakah besarnya usaha/ kerja yangdilakukan gaya pada benda?

Latihan – USAHA 1 1. Sebuah troli dengan massa 4 kg berada diatas

lantai yang licin. Troli ditarik dengan gayasebesar F= 16 N sehingga bergeser sejauh 5 m. Berapakah besarnya usaha yang dilakukan gayaF pada benda?

2. Seorang anak mendorong mobil-mobilan yang dinaiki temannya sejauh 20 m denganpercepatan 0,6 m/s2. Jika massa mobil-mobilan15 kg dan massa anak yang menaiki 20 kg, tentukan usaha anak yang mendorong mobil-mobilan tersebut.

USAHA PADA SUMBU Y (VERTICAL WORK)

• Terkadang kita memindahkan suatu bendadari suatu ketinggian ke ketinggian tertentu.

• Perpindahan bisa dari atas ke bawah atau daribawah ke atas.

• Dari perumusan Kerja pada sumbu x, kita sudah tahu bahwa usaha dirumuskan:

W= F x s

• Apabila suatu benda kita pindahkan pada ketinggian tertentu, maka gaya yang bekerja adalah gaya berat.

• Maka perumusan Usaha di atas F diganti dengan w (gaya berat).

• Perpindahannya bukan lagi s (jarak), tetapi h(ketinggian).

• Ingat!!! w = m x g

W = F x s

Berdasarkanketentuan tadi, maka perumusan Kerja/ Usaha bisa diubah menjadi:

W = w x h

SOAL USAHA PADA SUMBU Y (VERTICAL WORK)

Contoh Soal:

Sebuah bola dipindahkan dari lantai 2 ke lantai 1 dengan cara dilempar. Gaya lemparnya adalah 20 N. Massa bola adalah 300 gram. Jarak lantai 1 ke lantai 2 adalah 4 meter. Hitunglah Usaha yang dilakukan bola!

USAHA NEGATIF

• Dilakukan oleh GAYA – GAYA yang BERLAWANAN arah gerak.

• Contoh:

– Pak Dikman bergerak ke kanan, gaya gesek dengan lantai ke kiri.

– Bola dilempar ke atas, gaya gesekan dengan udara ke bawah.

– Dst.

Gaya Gesek (Friction) f

• Gaya gesek yang dimiliki benda saat benda bergerak disebut dengan gaya gesek kinetis (fk).

fk = μk. N

• Gaya gesek yang dimiliki benda saat benda diam disebut dengan gaya gesek statis (fs).

fs = μs. N

N = Gaya Normal

N = w

μk = koefisien gesek kinetis .

Dimiliki benda saat benda bergerak.

μs = koefisien gesek statis.

Dimiliki benda saat benda diam atau hampir bergerak.

Nilai μk dan μs selalu lebih kecil dari 1, tetapi lebih besar dari 0. Secara matematis ditulis:

0< μk ; μs< 1

Ilustrasi gaya gesek (friction illustration)

• Lihat orang ini! Arah gerak

Arah gaya gesek

Contoh Soal

• Lady Gaga mengerem mobil di jalan yang kasar. Massa mobil adalah 500 kg. Koefisien gesek kinetik jalan raya adalah 0,2. Jika jarak tempuh mobil sebelum berhenti akibat direm adalah 100 meter, berapakah usaha yang dilakukan rem tersebut?

• Beyonce mengerem mobil di jalan yang kasar.Massa mobil adalah 1 ton. Koefisien gesekkinetik jalan raya adalah 0,5. Jika jarak tempuhmobil sebelum berhenti akibat direm adalah100 meter, berapakah usaha yang dilakukanrem tersebut?

Gaya Gesek Pada Arah Vertikal

• Lihatlah ilustrasi berikut! Sebuah bola dilempar ke atas

F

w f

(P) DAYA/ POWER/ TENAGA satuan: Watt (W)

• Daya adalah Usaha yang bekerja pada benda tiap satuan waktu. Secara matematis ditulis:

P = W/t

W = usahaJ

t = waktu s

• Jika dijabarkan lebih spesifik menjadi:

P = (F.s)/ t

Contoh Soal Daya

• Barbie berjalan dengan Gaya 100 N. Jarakyang ditempuh Barbie adalah 20 m.Berapakah Daya yang dikeluarkannya apabilaia menempuhnya selama 2 menit?

• Uzumaki Naruto berlari dengan daya 1200Watt. Gaya si naruto 20 N. Jika ia berlarisejauh 100 meter, berapakah waktu yangdiperlukan Naruto?

ENERGI

• Energi merupakan bentuk lain/ dimensi laindari usaha.

• Jika dikaitkan dengan Usaha, maka Usahadapat didefinisikan sebagai perubahan energi.

• Energi dimanfaatkan untuk mempermudahkehidupan manusia.

HUKUM KEKEKALAN ENERGI

1. Energi tidak dapat diciptakan.

2. Energi tidak dapat dimnusnahkan.

3. Energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain.

JENIS – JENIS ENERGI

1. Energi Panas/ Kalor (Q)

2. Energi Listrik (W= EL )

3. Energi Kinetik (EK)

4. Energi Potensial (EP)

5. Energi Mekanik (EM)

6. Energi – Energi lain akan di bahas di kelas 9 dan di SMA.

Energi Kalor (Q)

• Merupakan satu – satunya energi yangmengalir/ merambat.

• Telah dipelajari di kelas 7.

Q = m. c. ΔT

• Energi ini dapat merambat dengan cara:

– Konduksi.

– Konveksi.

– Radiasi.

Contoh Soal Energi Kalor

• Air dengan massa 100 gram dipanaskan dari suhu 273 K ke 293 K. Jika kalor jenis air adalah 4.200 J/kg oC , hitunglah energi kalornya!

Ingat !!!

T K = T oC + 273 oC

Energi Potensial

• Merupakan energi yang dimiliki benda akibat kedudukan ketinggian benda tersebut (h).

• Secara matematis dituliskan:

Ep= m.g.h

Contoh Soal Energi Potensial

• Seekor beruk loncat dari pohon yang tingginya15 m. Beruk tersebut mendarat di pohon yangtingginya 7 m. Jika massa beruk adalah 3 kg,hitunglah energi yang dikeluarkan beruktersebut!

Energi Kinetik

• Merupakan Energi yang dimiliki benda akibat benda melakukan gerak.

• Seacara matematis dituliskan:

EK = ½ m.v2

Contoh Soal Energi Kinetik

• Kanjeng Ratu Nyi Roro Kidul naik keretakencana mengelilingi pantai selatan. Jikamassa kereta ditambah dengan kuda danpenungganggya adalah 1 ton, dan kecepatanjuga diketahui 5 m/s, hitunglah energi kinetikyang dimiliki kereta kencana tersebut!

Energi Mekanik

• Merupakan energi gerak keseluruhan benda.

• Merupakan penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik.

EM = EP + EK

EM = mgh + ½ mv2

EM = m (gh + ½ v2)

Contoh soal energi Mekanik

• Lihatlah gambar berikut!Jika massa benda adalah 30kg, dan benda akan

meluncur dengankecepatan 4 m/s, HitunglahEnergi Mekaniknya!

5m

4m

Energi Listrik (W/ EL)

• Merupakan energi yang ditimbulkan oleh adanya aliran listrik.

W = V.I.t

W = I2 .R.t

W = (V2/R). t

Contoh Soal Energi Listrik

• Hansel, Hansen, dan Anak Keong adalah BFF (BestFriend Forever). Pada suatu hari Hansel danHansen diundang Anak Keong untuk masak –masak bersama di rumah Anak Keong. Untukmenanak nasi, Hansel menggunakan magic com.Jika arus listrik yang mengalir adalah 10 Ampere,dan teganganlistrik adalah 220 Volt, dan Energilistrik yang diperlukan untuk menanak nasiadalah 44.000 J, berapakah waktu yangdiperlukan untuk menanak nasi?

PESAWAT SEDERHANA SIMPLE MACHINE

• A simple device or tool which is used to makework easier.

• Types of simple machines:

1.Lever

2.Inclined Plane

3.Pulley

4.Wheel and Axle

Tuas/ PengungkitLEVER

Tuas/PengungkitTuas/pengungkit berfungsi untuk mengungkit,

mencabut atau mengangkat benda yang berat.Bagian-bagian pengungkit:

A = titik kuasa T = titik tumpu B = titik bebanF (K) = gaya kuasa (N)w (B) = gaya beban (N)

KEUNTUNGAN MEKANIS (KM) MECHANICAL ADVANTAGE (MA)

• Keuntungan mekanik pada adalah perbandingan antara gaya beban (w)dengan gaya kuasa (F), dapat dituliskan sebagai :

KM = w/F atau KM = Lk/Lb

Sehingga hubungannya:W/F = Lk/Lb atau K. Lk = B. Lb

Lk = Lf = Lengan Kuasa/ Lengan Gaya (meter)Lb = Lw =Lengan Beban/ Lengan Berat Benda (meter)

Mechanical advantage has no unit.

• Hubungan Lengan Kerja/ Kuasa (Lk), Lengan beban (Lb), Gaya/ Kuasa (K), dan Berat benda / Beban:

K. LK = B. LB

Trick to : Kakak Laki-Lakiku Banci Lebay

memorize

K LK B LB

• Keuntungan mekanik pada tuas bergantung pada masing-masing lengan tuasnya.

• Ingat!!! Dalam tuas ada lengan gaya (LK) dan lengan beban (LB).

• Semakin panjang lengan kuasanya (LK), maka keuntungan mekaniknya akan semakin besar.

• Semakin panjang lengan bebannya (LB), maka keuntungan mekaniknya semakin kecil.

Macam – macam TuasTypes of Levers

1. First Class Levers (B-T-K) - 1Yaitu tuas dengan titik tumpu berada diantara titik beban dan titik kuasa.

Contoh : pemotong kuku, gunting, penjepit jemuran, tang.

2. Second Class levers ( K – B – T) -2

Yaitu tuas dengan titik beban berada diantara titik tumpu dan titik kuasa.

Contoh : gerobak beroda satu, alat pemotong kertas, dan alat pemecah kemiri, pembuka tutup botol

3. Third Class Levers( B-K-T) -3

Yaitu tuas dengan titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban.

Contoh : sekop yang biasa digunakan untuk memindahkan pasir, sendok, centong nasi, dll.

Contoh Soal KM 1

• Hitunglah Keuntungan Mekanis sistem tuas di bawah ini!

30 cm 90 cm

Contoh Soal KM 2

• Hitunglah berapa kilogram massa yang diampu sistem tuas di bawah ini!

F = 20 N

20 cm 60 cm

w

Inclined Plane

• In physics,a board with an inclined installation arrangement is called an inclined plane.

• So, an inclined plane is a sloping surface plane with a triangular cross section.

• Inclined plane principleis used to make:

– Wedge

– Screw

– Hydraulic Jack.

– Archimedes’s water pump.

• From the explanation, the mechanical advantage of an inclined plane can be formulated as:

MA = S/h = w/F

Try to find the MA of the inclied plane according to that figure!

Example – Inclined plane

• A box with 9,000 N weight is pushed onto atruck using inclined plane. If the height of thetruck 1.2 m and the lenght of the inclinedpalne is 4.8 m, determine:

a. The mechanical advantage of the inclinedplane!

b. The force needed to push the box!

Pulley

1. Single Fixed Pulley

2. Single Movable Pulley

3. Compound Pulley System

Single Fixed Pulley

• Pay Attentionto the figure below!

W = F

MA(KM) = w/F = Lf / Lw

w F

Contoh Soal

• Budi menimba air di sumur dengan katroltetap dengan beban air 100 N. Berapa Gayakuasa yang dibutuhkan dan berapakahkenutungan mekanisnya?

• Massa benda yang ditarik dengan katroladalah 25 kg. Berapa gaya tarik yangdiperlukan untuk menarik katrol dan berapakeuntungan mekanisnya?

Single Movable Pulley

• Pay Attention to the figure below!

KM = 2

load

Contoh Soal

• William dan Lauren ingin mengangkat benda dengan katrol tak tetap. Jika massa benda adalah 300 kg, berapakah kuasa yang dikerjakan pada tali?

Compound Pulley

• Pay Attention to the figure below!

MA= 2“Lihat tali yg

menampung beban”F

w

Contoh

• Cha2 dan Sam menarik beban dengan katrol berikut! Hitung KM dan

Kuasa apabila diketahui kepala boneka 500 gr!

Poros Roda

• Terdapat input dan output roda.

• Keuntungan Mekanis :

KM = R/r KM = w/F