SIFAT MEKANIK BAHAN

Apakah hakekatnya bahan itu? Bagaimana memahami, mengolah dan menggunakannya? Bahan, dengan sendirinya merupakan bagian dari alam semesta, akan tetapi secara lebih rinci bahan adalah benda

dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam bangunan, mesin, peralatan atau produk. Termasuk di dalamnya, logam, keramik, polimer (plastik), serat, gelas, kayu, batu, pasir, dan lain - lain. Produksi dan pemrosesan bahan-bahan tersebut menjadi barang jadi memberikan kesempatan kerja bagi kira-kira 12% dari seluruh angkatan kerja di Indonesia Bahan-bahan yang digunakan manusia mengikuti siklus bahan mulai dari ekstraksi, pembuatan sampai pelapukan. Oleh karena itu, siklus bahan adalah suatu sistem yang menggiatkan sumber daya alam dengan kebutuhan manusia. Secara keseluruhan, bahan-bahan merupakan jaringan yang mengikat bangsa-bangsa dan tata ekonomi di dunia satu sama lainnya, demikian pula mengikat manusia dengan alam semesta. Secara singkat, Ilmu dan teknologi bahan meliputi pengembangan dan penerapan pengetahuan mengenai hubungan antara komposisi, struktur dan pemerosesan bahan dengan sifat-sifat dan pemakaiannya.

 

Dalam kehidupan sehari – hari sering dijumpai benda – benda yang jika diberi gaya akan mengalami perubahan ukuran dan ada pula yang tidak . Contohnya seutas karet yang ditarik akan mengalami perubahan panjang, setelah tarikan dilepaskan maka kareta akan kembali ke bentuk semula. namun jika tarikan karet itu terlalu besar , maka karet akan putus atau tidak kembali kebentuk semula.

 

Contoh lain yaitu seorang pemanah akan menarik tali busur untuk memberikan dorongan terhadap anak panah. sifat apa yang terkandung dalam tali tersebut ?. Berapa gaya yang dibutuhkan ketika tali itu ditarik tetap kembali ke keadaan semula?. Pertanyaan ini akan dibahas pada bab sifat mekanik bahan.

 

A. KEKUATAN BAHAN

Kegiatan : Menentukan besaran – besaran yang mempengaruhi kekuatan bahan

Alat :

1. Benang nilon 50 cm
2. beban bervariasi
3. penggaris
4. jangka sorong
5. statip

Cara kerja:

1. Ikatkan benang nilon di statip (benang nilon dapat diganti karet pentil)
2. Ukur panjang mula – mula benang nilon
3. Gantungkan beban bervariasi  sampai nilon putus, jika menggunakan karet pentil gantungkan beban secara bervariasi sampai karet pentil tidak kembali ke bentuk semula
4. Lakukan berilang – ulang dengan variasi panjang nilon , ketebalan nilon atau dapat diganti dengan bahan lain.
5. Catat besaran – besaran apa saja yang dapat mempengaruhi kekuatan suatu bahan.

Dari kegiatan di atas digunakan untuk mengetahui parameter – parameter yang mempengaruhi kekuatan suatu bahanyaitu jenis bahan, gaya yang diberikan, panjang mula – mula bahan dan ketebalan bahan.

Jika mula – mula bahan memiliki panjang Lο dan luas penampang A, setelah ditarik dengan gaya F, akan mengalami pertambahan panjang sebesar ΔL. Berikut gambar kegiatan di atas :

Gambar a. keadaan bahan sebelum diberi gaya

Gambar b. keadaan bahan setelah diberi gaya

 

1. TEGANGAN

Tegangan adalah besarnya gaya yang bekerja pada benda tiap satuan luas, secara matematis dapat ditulis :

τ = F / A

Keterangan :

τ = tegangan benda ( N/m²)

F = gaya yang diberikan pada benda( N )

A = luas penampang (m²)

 

2. Regangan

Regangan adalah perbandingan antara perubahan panjang benda dengan panjang mula – mula benda akibat gaya yang diberikan pada benda tersebut. Secara matematis dapat ditulis :

e = ΔL / Lο

Keterangan :

e = regangan benda

ΔL = perubahan panjang (m)

Lο = panjang mula – mula (m)

contoh soal :

Sebuah kawat luas penampangnya 4 mm² , kemudian ditarik dengan gaya 4,8 N sehingga bertambah panjang 0,04 cm. Bila panjang mula – mula 20 cm, hitunglah :

a. tegangan kawat

b. regangan kawat

Pembahasan:

diketahui :

A = 4 mm² = 0,000004 m²

F = 4,8 N

Lο = 20 cm = 0,2 m

ΔL = 0,0004 m

Ditanya :

a. τ = ……… ?

b. e = …….. ?.

Jawab :

a. τ = F / A = 4,8  / 0,000004 = 1200000 N / m²

b. e = ΔL / Lο = 0,0004 / 0,2 =0,002

 

B. ELASTISITAS BAHAN

Sifat benda ada yang plastis dan ada yang elastis, jika benda diberi gaya, kembali kebentuk semula maka maka benda tersebut dikatakan elastis. contoh benda elastis yaitu karet, baja dan kayu. Sedangkan benda plastis adalah benda jika dikenai gaya tidak bisa kembalu kebentuk semula misalnya plastisin, tanah liat, lumpur dan lain – lain.

Ketika gaya dberikan pada benda elastis, ada kemungkinan bentuk benda tidak kembali kebentuk semula. Hal ini gaya yang diberikan sudah melebihi batas elastisitasnya. Secara umum keealstisitasan suatu benda ditentukan oleh oleh persamaan modulus elastisitas atau modulus young. Modulus elastisitas didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan dengan regangan, secara matematis ditulis :

Keterangan :

E = modulus young atau modulus elastisitas (N / m²)

Kegiatan menemukan modulus elastisitas suatu bahan

Alat : Buku teks, internet dan sumber lain

Cara kerja carilah dari berbagai sumber data tentang modulus elastisitas suatu bahan, kemudian susunlah menjadi laporan.

Contoh soal :

Seutas kawat luas penampangnya 6 mm², kemudian ditarik dengan gaya 9 N sehingga bertambah panjang 0,05 cm. Bila panjang kawat mula – mula40 cm, berapakah modulus elastisitas kawat tersebut ?.

Pembahasan :

Diketahui :

A = 6 mm² = 0,000006 m²

F = 9 N

Lο = 40 cm = 0,4 m

ΔL = 0,05 cm = 0,0005 m

Ditanya : E = ……

Jawab :

E = F. Lο / A.ΔL = 9 . 0,4 / 0,000006 . 0,0005 = 1200000000 N/m²

Latihan 6.1

1. Seekor ikan yang sudah memakan umpan, berenang, menjauh dan menarik senar pancing. Dan memberikan gaya rata – rata 80 N. Jika luas penampang senar pancing0,05 mm²  . Berapakah tegangan yang dialami tali.
2. Seekor laba bermassa 8 gram sedang berayun – ayun di atas sebuah jaringnya yang menggantung dipohon dengan panjang mula – mula 18 cm, karena berat dari laba – laba , panjang serat jaring – jarng menjadi 18,09 cm. Hitunglah regangan yang dalami seutas jaring tersebut ?.
3. Suatu kawat berdiameter 2 mmmengalami tegangan sebesar 1400000 N/m² . Hitunglah gaya yang diberikan kepada kawat tersebut !.

C. HUKUM HOOKE

KEGIATAN : Menentukan konstanta suatu pegas

Alat :

1. Statip
2. pegas
3. Jolly ballance
4. beban 10 gr 5 buah
5. neraca lengan
6. Penggaris

Cara kerja :

1. Gantungkan pegas pada statip, ukur panjang pegas dan catat sebagai lengan Lο.
2. Buat variasi massa sebanyak 5 kali , catat sebagai massa (m)
3. Ukur perubahan panjang pegas dengan menggunakan penggaris , mengukur panjang pegas setelah dberi beban (L) . Kemudian kurangkan dengan Lο catat sebagai perubahan panjang (ΔL).
4. Kalikan m dengan percepatan grafitasi bumi ( g = 10 m/s² dan bagi dengan perubahan panjang (ΔL).
5. Bandingkan hasil setiap perhitunganmu

Gambar a. pegas sebelum diberi beban

Gambar b. pegas setelah diberi beban

Berdasarkan percobaan dan gambar di atas akan diperoleh suatu besaran yang nilainya selalu tetap. Besaran tersebut dinamakan dengan konstanta pegas. Jika menggunakan persamaan matematis , diperoleh konstanta pegas sebagai berikut :

K = -F / ΔL

Keterangan :

F = gaya (N)

ΔL = pertambahan panjang (m)

K = konstanta (N / m)

Persamaan ini dinamakan dengan Hukum Hooke. Tanda negatif merupakan arah  vektor gaya yang bekerja pada pegas.

Pegas yang dikenai gaya F juga memiliki energi potensial pegas karena sudah menjauh dari posisi seimbangnya . Energi potensial pegas merupakan usaha yang dilakukan gaya tarik pegas selama memanjang . Secara matematis dapat ditulis :

Ep = 1/2 K(ΔL)²

Keterangan :

Ep = energi potensial (joule)

 

Contoh soal :

1. Sebuah pegas yang digantung secara vertikal akan bertambah panjang 20 cm jika diberi gaya 5 N. Berapakah konstanta pegas ini .?

Pembahasan :

Diketahui :

Lο = 20 cm = 0,2 m

F = 5 N

Ditanya : K = ……… ?

Jawab :

K = F / ΔL = 5 / 0,2 = 25 N

2. Sebuah pegas memiliki konstanta 400 N/m digantung dan diberi beban 0,5 Kg. Berapakah energi potensial pegas ini .

Pembahasan :

diketahui :

m = 0,5 Kg

K = 400 N

Ditanya : Ep = …… ?

Jawab :

Ep = 1/2 . K (ΔL)² = 1/2 . 400 (0,0125)² = 0,03125 Joule

Latihan :

1. Berapakah konstanta senar gitar yang ditarik dengan gaya 50 N . Bertambah panjang 2 cm ?.

2. Sebuah pegas memiliki konstanta 20 N/m. Jika digantungi beban bermassa 400 gram di salah satu ujungnya. Berapakah pertambahan panjang pegas .

3. Sebuah pegas akan bertambah panjang 5 cm jika diberi gaya 4 N. Berapakah pertambahan panjang pegas jika diberi gaya 9 N.

4. Berapakah energipotensial pegas , jika memiliki konstanta 30 N/m digantungkan dan diberi beban 0,5 Kg ?.

5. Sebuah pegas menggantung dalam keadaan normal panjangnya 25 cm . Bila pada ujung pegas digantungkan beban 50 gram, panjang pegas menjadi 28 cm. Berapakah energi potensial pegas , jika pegas disimpangkan sejauh 8 cm.

 

D. SUSUNAN PEGAS

Beberapa pegas dapat disusun secara seri, paralel dan campuran

1. Susunan Seri

Konstanta pegas yang disusun secara seri yaitu :

1/ks = 1/k1 + 1/k2 + ……… 1/kn

2. Susunan Paralel

 

Konstanta pegas yang disusun secara paralel adalah :

kp = k1 + k2 + …….. kn

Latihan

1. Empat buah pegas disusun seperti gambar di bawah ini konstanta pegas totalnya adalah …….

2. Sebuah pegas identik dipasang secara paralel. Berapakah berat beban yang harus diberikan agar pertambahan panjang pegas susunan paralel sama dengan pertambahan panjang pegas tunggal?.

 

Soal -soal pilihan ganda

1. Besarnya gaya yang bekerja pada benda tiap satuan luas dinamakan ……..

a. massa jensi     b. berat jenis    c. elastisitas    d. tegangan

e. modulus young

2. Sebuah benda ditekan dengan gaya F dan luas penampang yang bersentuhan sebesar A sehingga menghasilkan tegangan sebesar T. Jika gaya yang diberikan 2 kali semula dan luas pemukaan bidang sentuh diperkecilmenjadi setengahnya, maka tegangan yang dihasilkan …..

a. 1/4 T    b. 1/2 T      c. T     d. 2T    e. 4T

3. Perbandingan antara perubahan benda yang dihasilkan oleh tegangan dengan bentuk benda mula – mula disebut …..

a. massa jenis      b. berat jenis       c. regangan

d. tegangan        e. modulus young

4. Jika seutas kawat yang memiliki panjang Lο , kemudian ditarik dengan gaya F sehingga mengalami perubahan panjang sebesar ΔL. Regangan yang dialami kawat sebesar …..

a. ΔL/ Lο        b. Lο / ΔL      c. F. ΔL / Lο    d. F. Lο / ΔL

e. F. Lο. ΔL

5. Satuan regangan yang benar adalah ……

a. Kg. m/s     b. Kg. m/s²    c. Kg / m². s²    d. Kg/ m². s

e. tidak memiliki satuan

6. Seutas kawat yang mula – mula panjangnya 2 meter dikenai gaya sebesar 400 N, sehingga panjangnya menjadi 2,02 meter. Besarnya regangan kawat adalah …..

a. 0,01     b. 0,99     c. 1,01     d. 4     e. 404

7. Perbandingan antara tegangan dan regangan disebut …..

a. massa jenis      b. berat jenis    c. regangan

d. tegangan        e. modulus young

8. Suatu poegas memiliki panjang 100 cm, kemudian digantungi beban yang bermassa 40 Kg(g=10 m/s² )  sehingga panjang pegas menjadi 125 cm. Konstanta pegas kawat tersebut adalah ……Nm.

a. 0,4   b. 1600    c. 16       d. 40    e. 2000

9. Pegas yang mula – mula panjangnya 10 cm. kemudian digantungkan beban 1 Kg di ujung bawahnya sehingga panjangnya menjadi 12 cm. Tetapan gaya pegas adalah …….

a. 500 N/m      b. 600 N/m     c. 800 N//m    d. 1000 N/m

e. 1200 N/m

10. Agar suatu pegas dapat dapat meregang sejauh 4 cm diperlukan gaya sebesar 40 N. Besar energi potensial pegas jika meregang sejauh 3 cm adalah …..

a. 30 joule     b. 15 joule     c. 1,6 joule    d. 4,5 joule   e. 0,45 joule

 

B. Essay

1.        Batang baja memiliki modulus elastisitas E = 20 x 10¹° Pa. Jika panjang baja 8 m dan diameter 20 cm dipakai untuk menggantungkan beban 15 ton. hitunglah :

a. egangan pada baja

b. regangan baja

c. pertambahan panjang baja

2. Diketahui modulus young timah 1,6 x 10¹° N/m². Hitunglah berat beban maksimum yang digantungkan pada seutas seutas kawat timah yang berdiameter 5 mm jika regangan yang terjadi tidak boleh lebih dari 0,0006.

3. Kawat timah memiliki modulus young 1,6 x10¹° N/m² . jika suatu beban bermassa 750 Kg digantungkan pada kawat timah yang memiliki panjang mula – mula 2 m dan diameter 2 cm. Hitunglah :

a. tegangan pada kawat timah

b. berapa persen pertambahan panjang kwat timah

Top of Form

 

Bottom of Form

 

USAHA, ENERGI DAN DAYA

 

A.    USAHA

Pengertian Usaha

Pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari berbeda dengan pengertian usaha dalam fisika.

Pengertian Usaha dalam kehidupan sehari-hari atau menurut bahasa sehari-hari adalah upaya untuk mendapatkan sesuatu, yang dapat dicontohkan sebagai berikut:

1.             Seorang mahasiswa yang ingin lulus dengan IPK tinggi, diperlukan usaha keras dalam belajar.

2.             Dosen akan selalu berusaha dengan berbagai cara untuk menerangkan mata kuliahnya, agar dapat dipahami mahasiswanya dengan baik.

Dua contoh di atas menunjukkan bahwa kata Usaha dalam bahasa sehari-hari menjelaskan suatu aktivitas sehari-hari. Kata usaha dalam pengertian sehari-hari tidak dapat dinyatakan dengan suatu angka atau ukuran sehingga tidak dapat dinyatakan dengan rumus matematis.

Usaha dalam Fisika merupakan definisi yang sudah pasti, mempunyai arti dan dapat dinyatakan dengan rumus matematis. Usaha dalam Fisika merupakan proses perubahan Energi dan usaha ini selalu dihubungkan dengan gaya (F) yang menyebabkan perpindahan (s) suatu benda. Dengan kata lain, bila ada gaya yang menyebabkan perpindahan suatu benda, maka dikatakan gaya tersebut melakukan usaha terhadap benda.

 

Usaha oleh Gaya Konstan

Usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya konstan F) pada suatu benda yang mengakibatkan perpindahan sebesar S, dapat dirumuskan sebagai berikut:

W = F. S

= F. S cos x

W = Usaha (joule atau J)

F = Gaya (newton atau N)

S = Perpindahan (meter atau m)

x = sudut yang dibentuk antara F dengan S

Lalu ada juga keterangan tambahan seperti di bawah ini:

• 1 N=10⁵dyne
• 1 m=10²cm
• 1 Nm=10⁷dyne cm
• 1 J=10⁷erg
• Nm=J
• Dyne cm=erg

 

Jadi besar usaha oleh gaya konstan adalah hasil kali besar komponen gaya pada arah perpindahan dengan besarnya perpindahan yang dihasilkan.

Arah gaya yang tegak lurus dengan arah perpindahan benda tidak menghasilkan usaha. Sebagai contohnya, seorang anak sedang berdiri sambil menggendong tas. Tas tersebut memiliki gaya berat sebesar W dengan arah kebawah.

Dan jika gaya yang bekerja pada benda lebih dari satu, maka usaha yang di kerjakan benda merupakan hasil dari resultan gaya. Lalu benda bermasa m di dorong oleh gaya F1 dan di tarik oleh gaya F2. Dan di antara benda dan lantai terjadi gaya gesek F3. Dan akibat dari bekerjanya ketiga gaya tadi benda akan berpindah sejauh s. Lalu besar usaha yang telah di kerjakan pada benda yaitu :

rumus usaha

W=W1+W2+W

=F1s+F2s+(-F3)s

=(F1+F2–F3)s

=w=Rs

(R=resultan gaya yang bekerja pada benda)

 

B.     ENERGI

Energi yang disebut dengan tenaga, dalam kehidupan sehari-hari sering dihubungkan dengan gerak. Contohnya, orang yang energik adalah orang yang selalu bergerak tidak pernah diam. Energi dihubungkan juga dengan kerja, sehingga Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja.

Dalam Fisika energi dihubungkan dengan gerak, yaitu kemapuan untuk melakukan kerja mekanik. Energi di alam adalah besaran yang kekal, dengan sifat-sifat sebagai berikut :

1.             Transformasi energi : energi dapat diubah menjadi energi bentuk lain, tidak dapat hilang misal energi pembakaran berubah menjadi energi penggerak mesin

2.             Transfer energi : energi dapat dipindahkan dari suatu benda kebenda lain atau dari sistem ke sistem lain, misal kita memasak air, energi dari api pindah ke air menjadi energi panas, energi panas atau kalor dipindah lagi keuap menjadi energi uap

3.             Kerja : energi dapat dipindah ke sistem lain melalui gaya yang menyebabkan pergeseran, yaitu kerja mekanik

4.             Kekal : energi tidak dapat dibentuk dari nol dan tidak dapat dimusnahkan

Energyi adalah suatu besaran yang tak dapat diciptakan atau dimusnahkan (hanya bisa di konversi atau berubah bentuk menjadi energi lain). Sumber-sumber energi banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari misalnya: energi minyak bumi, energi batubara, energi air terjun, energi nuklir dan energi kimia.

 

Macam-macam Energi :

1. Energi panas

Energi panas atau kalor adalah energi yang dihasilkan oleh panas. Contoh energi panas adalah api, yang dapat dibangkitkan dari kompor sebagai penghasil panas sehingga dapat digunakan untuk memasak. Energi panas juga dihasilkan dari sumber energi terbesar yaitu matahari, yang dapat digunakan untuk menjemur pakaian secara alami dan juga bisa digunakan untuk proses fotosintesis.

2. Energi kimia

Energi kimia adalah energi yang dihasilkan atau diperoleh dari hasil reaksi kimia. Contoh energi kimia adalah ketika kita mengonsumsi makanan di setiap harinya, maka makanan dalam tubuh terjadi reaksi kimia yang menghasilkan energi untuk beraktivitas. Contoh lainnya, Mobil dapat bergerak dihasilkan dari energi panas saat proses pembakaran berlangsung pada bensin.

3. Energi cahaya

Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh cahaya. Energi cahaya merupakan salah satu bentuk energi yang terpenting dalam kehidupan manusia. Tanpa adanya cahaya, maka kita akan kegelapan di malam hari. Sumber cahaya terbesar di bumi adalah matahari. Dengan adanya matahari, tumbuhan bisa melangsungkan proses fotosintesis yang menghasilkan oksigen untuk dapat dihirup oleh semua makhluk hidup di dunia. Selain cahaya matahari, energi cahaya juga tersimpan dalam lampu penerangan di malam hari.

4. Energi listrik

Energi listrik adalah energi yang dihasilkan oleh arus listrik. Energi listrik sangat diperlukan untuk menjalankan berbagai macam alat elektronik yang dibutuhkan saat beraktivitas. Energi istrik berfungsi sebagai alat penerangan, juga diperlukan untuk menjalankan alat-alat rumah tangga seperti kipas angin, AC, mesin cuci dan berbagai macam alat elektronik lainnya.

5. Energi gerak

Energi gerak (kinetik) adalah energi yang dimiliki oleh benda yang sedang mengalami gerak. Ada dua macam energi gerak, yaitu energi gerak alami dan energi gerak buatan. Contoh energi kinetik alami adalah air mengalir dan angin berhembus. Contoh energi kinetik buatan adalah gerakan kipas angin, gerakan mobil atau sepeda motor yang melaju. Semakin cepat benda bergerak, semakin besar energi geraknya.

6. Energi getaran

Energi getaran adalah energi yang ditimbulkan akibat adanya getaram. Bunyi adalah salah satu bentuk energi getar. Ketika pemain musik memetik gitar, dawai gitar akan bergetar. Getaran dawai inilah yang menghasilkan bunyi. Pada umumnya, alat musik menghasilkan energi getar.

7. Energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dipunyai oleh suatu benda sebab posisinya (kedudukannya) terhadap suatu acuan. Contohnya, batu yang diangkat pada suatu ketinggian tertentu akan memiliki energi potensial. Jika massa batu besar makan energi yang dimiliki juga akan besar. Batu yang memiliki energi potensial yang disebabkan gravitasi bumi maka energinya akan disebut energi potensial bumi.

7. Energi pegas

Energi pegas adalah energi yang dimiliki oleh benda yang lentur atau elastisi. Misalnya per, busur, pegas, ketapel, trampolin, dan lain-lain. Saat kita menekan, menggulung, menarik, atau merenggangkan suatu benda elastis maka saat dilepaskan ia akan kembali ke bentuknya semula. Saat kita memberikan gaya pada benda itu, maka energi yang dihasilkan ialah energi potensial. Sedangkan, saat dilepaskan maka energinya berubah menjadi energi kinetik.

8. Energi Nuklir

Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan dari proses reaksi nuklir. Reaksi nuklir terjadi di inti atom yang pecah atau bergabung menjadi inti atom yang lain dan partikel lain lalu melepaskan energi kalor. Reaksi nuklir terdapat di matahari, bom nuklir, serta reaktor nuklir. Energi yang dihasilkan dari reaksi nuklir sangatlah besar sehingga dapat digunakan untuk dijadikan sebagai pembangkit listrik.

 

Persamaan Energi Kinetik

Rumus:EK=1/2m . v²

Keterangan:

• EK=energi kinetik(joule)
• m=massa(kg)
• v=kecepatan benda(m/s²)

lalu hubungan antara energi kinetik dan usaha di rumuskan seperti ini:

W=EK=1/2m(v2/2–v1/2)

keterangan:

• W=usaha yang di lakukan benda(joule)
• EK=energi kinetik(joule)
• (v2/2–v1/2)=perubahan kecepatan(m/s²)

 

Persamaan Energi Potensial

Rumus:EP=m.g.h

Keterangan:

• EP=energi potensial(joule)
• m=massa(kg)
• g=percepatan gravitasi(m/s²)
• h=tinggi benda dari permukaan tanah(m)

lalu hubungan antara energi kinetik dan usaha di rumuskan seperti ini:

W=EP=m.g(h₂–h₁)

Keterangan:

• W=usaha yang di lakukan benda(joule)
• EP=energi potensial(joule)
• m=massa(kg)
• g=percepatan grativasi(m/s²)
• h₂ dan h₁=perubahan ketinggian(m)

Contoh Soal

Berapakah energi potensial sebuah benda yang memiliki massa sebesar 10 kg yang berada pada ketinggian 1,2 m, jika percepatan gravitasi bumi di tempat itu 10 m/s²?

Penyelesaian:

Dik:     m = 10 kg

      h = 1,2 m

      g = 10 m/s²

Dit:      Ep= …………?

Jawab:

Ep = m . g . h = 10 . 10 . 1,2 = 120 J

 

Persamaan Energi Mekanik

EM=Ek+Ep

Lalu ada juga yang di sebut Hukum kekekalan energi yang artinya energi mekanik yang di miliki suatu benda nilai nya selalu konstan atau tetap pada setiap titik lintasan benda. Dan yang terpenting adalah Energi tidak dapat diciptakan maupun di hancur kan, energi hanya bisa berubah bentuk dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Maka persamaan Hukum kekekalan energi di rumuskan seperti di bawah ini:

Δ=0

EM₁=EM₂=konstan

Ek₁+Ep₁=Ek₂+Ep₂

Keterangan:

• EM=energi mekanik
• Ek=energi kinetik
• Ep=energi potensial

 

 

 

C.    DAYA

Daya merupakan Laju Energi yang dihantarkan selama melakukan usaha dalam periode waktu tertentu. Satuan SI (Satuan Internasional) untuk Daya yaitu Joule / Sekon (J/s) = Watt (W). Satuan Watt dipakai untuk penghormatan kepada seorang ilmuan penemu mesin uap yang bernama James Watt. Satuan daya lainnya yang sering dipakai yaitu Daya Kuda atau Horse Power (hp), 1 hp = 746 Watt. Daya adalah Besaran Skalar, karena Daya hanya mempunyai nilai, tidak memiliki arah.

Dalam Fisika, Daya disimbolkan dengan Persamaan Berikut :
P = W / t

Dari Persamaan diatas maka kita juga bisa mengubah rumus daya menjadi :
P = (F.s) / t
P = F . v

Hasil tersebut didapatkan karena Rumus Usaha (W) = Gaya (F) dikali Jarak (s) dibagi Waktu (t)
Dan Rumus Kecepata (v) = jarak (s) dibagi waktu (t)

Keterangan
P = Daya ( satuannya J/s atau Watt )
W = Usaha ( Satuannya Joule [ J ] )
t = Waktu ( satuannya sekon [ s ] )
F = Gaya (Satuannya Newton [ N ] )
s = Jarak (satuannya Meter [ m ] )
v = Kecepatan (satuannya Meter / Sekon [ m/s ] )

Dengan berdasarkan persamaan fisika diatas, maka bisa disimpulkan bahwa semakin besar laju usaha, maka semakin besar pula laju daya. Sedangkan jika semakin lama waktunya maka laju daya akan semakin kecil.

Contoh Soal Daya

Seorang anak melakukan usaha sebesar 750 J untuk memindahkan balok selama 5 menit. Berapakah daya anak tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:
W = 750 J
t = 5 menit = 5 × 60 s = 300 s

Ditanyakan: P = . . .?

Jawab:
P = W/t
P = 750/300
P = 2,5 watt
Jadi, daya yang dipunyai oleh anak tersebut yaitu sebesar 2,5 watt.

 

Pada saat pesawat digunakan, pekerjaan lebih mudah, Tidak semua energi yang dikeluarkan berguna. Akan tetapi, sebagian energi akan berubah menjadi energi lain.

Misalnya, energi panas dan energi bunyi. Perbandingan antara energi (usaha) yang berguna terhadap energi (usaha) yang dikeluarkan disebut efisiensi.

Contoh Soal Efisiensi Daya

Sebuah alat pengangkat dengan daya 5 pk digunakan untuk mengangkat beban 40.284 N ke tempat yang tingginya 10 m. Untuk melakukan itu, waktu yang diperlukan 2 menit. Berapakah efisiensinya?

Pembahasan
Diketahui:

P = 5 pk
   = 5 x 746
   = 3.730 watt
w = F = 40.284 N
h = s = 10 m
Δt = 2 menit = 120 detik

Ditanya: η = …?

Jawab:
Wberguna = F s
                  = 40.284 x 10
                  = 402.840 J

Wtotal = P Δt
            = 3.730 x 120
            = 447.600 J

η = Wberguna : Wtotal x 100%
   = 402.840 : 447.600 x 100%
   = 90%

Jadi, efisiensi alat pengangkat tersebut adalah 90%.