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%.