Usaha dan Energi
Pendahuluan ► Bentuk
dari energi:
mekanik ► Fokus
saat ini
kimia elektromagnet Inti
► Energi
bisa ditransformasi dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain
Usaha ► Menyatakan
hubungan antara gaya dan energi ► Usaha, W, yang dilakukan oleh gaya konstan pada sebuah benda didefinisikan sebagai perkalian antara komponen gaya sepanjang arah perpindahan dengan besarnya perpindahan
W ≡ ( F cosθ )∆x
(F cos θ) komponen dari gaya sepanjang arah perpindahan
∆x adalah besar perpindahan
Usaha (lanjutan) ► Tidak
memberikan informasi tentang:
waktu yang diperlukan untuk terjadinya perpindahan Kecepatan atau percepatan benda ► Catatan:
usaha adalah nol ketika:
► Tidak
ada perpindahan ► Gaya dan perpindahan saling tegak lurus, sehingga cos 90° = 0 (jika kita membawa ember secara horisontal, gaya gravitasi tidak melakukan kerja)
W ≡ ( F cosθ )∆x
Usaha (lanjutan) ►
Besaran Skalar Satuan Usaha
►
SI
joule (J=N m)
CGS
erg (erg=dyne cm)
USA & UK
foot-pound (foot-pound=ft lb)
Jika terdapat banyak gaya yang bekerja pada benda, usaha total yang dilakukan adalah penjumlahan aljabar dari sejumlah usaha yang dilakukan tiap gaya
Usaha (lanjutan)
Usaha dapat bernilai positif atau negatif Positif jika gaya dan perpindahan berarah sama Negatif jika gaya dan perpindahan berlawanan arah
Contoh 1: mengangkat kotak… Usaha yang dilakukan oleh orang: positif ketika menaikkan kotak
negatif ketika menurunkan kotak
Contoh 2: … kemudian bergerak horisontal Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi: negatif ketika menaikkan kotak
positif ketika menurunkan kotak nol ketika bergerak horisontal
Usaha total : W = W1 + W2 + W3 = −mgh + mgh + 0 = 0 naik
turun
gerak total
Energi Kinetik ► ► ► ►
Energi diasosiasikan dengan gerak sebuah benda Besaran skalar, satuannya sama dengan usaha Kerja berhubungan dengan energi kinetik Misalkan F adalah sebuah gaya konstan:
Wnet = Fs = (ma )s, sedangkan : v 2 − v 02 v = v + 2a ⋅ s, atau a ⋅ s = . 2 2
2 0
Sehingga : Wnet
v 2 − v 02 1 1 2 2 = m = mv mv − 0 . 2 2 2
1 Besaran ini disebut energi kinetik: EK = mv 2 2
Teorema Usaha-Energi Kinetik ► Ketika
usaha dilakukan oleh gaya neto pada sebuah benda dan benda hanya mengalami perubahan laju, usaha yang dilakukan sama dengan perubahan energi kinetik benda
►
Wnet = KE f − KEi = ∆KE Laju akan bertambah jika kerja positif Laju akan berkurang jika kerja negatif
Usaha dan Energi Kinetik (lanjutan) Palu yang bergerak mempunyai energi kinetik dan dapat melakukan usaha pada paku (palu mengalami perubahan kecepatan)
Tes Konsep Dua buah kelereng, salah satu lebih berat dua kali dari yang lain, dijatuhkan ke tanah dari atap sebuah bangunan. Sesaat sebelum menumbuk tanah, kelereng yang lebih berat memiliki energi kinetik a. sama dengan kelereng yang lebih ringan b. dua kali lebih besar dari kelereng yang lebih ringan c. setengah kali lebih besar dari kelereng yang lebih ringan d. seperempat kali lebih besar dari kelereng yang lebih ringan e. tidak dapat ditentukan
Energi Potensial ► Energi
Potensial diasosiasikan dengan posisi sebuah benda dalam sebuah sistem Energi potensial adalah sifat dari sistem, bukan benda Sebuah sistem adalah kumpulan dari benda atau partikel yang saling berinteraksi melalui gaya
► Satuan
dari Energi Potensial adalah sama dengan Usaha dan Energi kinetik
Energi Potensial Gravitasi ► Energi
potensial Gravitasi adalah energi yang berkaitan dengan posisi relatif sebuah benda dalam ruang di dekat permukaan bumi Benda berinteraksi dengan bumi melalui gaya gravitasi Sebenarnya energi potensial dari sistem bumibenda
Usaha dan Energi Potensial Gravitasi ►
Tinjau sebuah buku bermassa m pada ketinggian awal yi
►
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi:
Wgrav = (F cos θ ) s = (mg cos θ)s, dengan : s = y i − y f , cos θ = 1, Sehingga : Wgrav = mg (y i − y f ) = mgy i − mgy f . Besaran ini disebut energi potensial:
EP = mgy Catatan:
W gravity = EPi − EP f
Titik Acuan untuk Energi Potensial Gravitasi ► Tempat
dimana energi potensial gravitasi bernilai nol harus dipilih untuk setiap problem Pemilihannya bebas karena perubahan enegi potensial yang merupakan kuantitas penting Pilih tempat yang tepat untuk ketinggian acuan nol ► Biasanya
permukaan bumi ► Dapat tempat lain yang disarankan oleh problem
Kekekalan Energi Mekanik ► Kekekalan
secara umum
Untuk mengatakan besaran fisika kekal adalah dengan mengatakan nilai numerik besaran tersebut konstan ► Dalam
kekekalan energi, energi mekanik total tidak berubah (konstan) Dalam sebuah sistem yang terisolasi yang terdiri dari benda-benda yang saling berinteraksi melalui gaya konservatif, energi mekanik total sistem tidak berubah
Kekekalan Energi ► Energi
mekanik total adalah jumlah dari energi kinetik dan energi potensial sistem Ei = E f EK i + EPi = EK f + EP f Energi bentuk lain dapat ditambahkan guna memodifikasi persamaan di atas
Tes Konsep Sebuah balok dari keadaan diam diluncurkan pada sebuah bidang miring tanpa gesekan dan mencapai batas bawah bidang miring dengan laju v. Untuk mencapai laju 2v pada batas bawah bidang miring, berapa kali ketinggian semula balok harus dilepaskan? a. b. c. d. e. f.
1 2 3 4 5 6
Transfer Energi ► Melalui
Usaha
Dengan memberikan gaya Menghasilkan perpindahan dari sistem
Transfer Energi ► Panas
Proses transfer panas melalui tumbukan antar molekul
Transfer Energi ► Gelombang
Mekanik
Gangguan yang menjalar melalui medium Contoh: suara, air, seismik
Transfer Energi ► Transmisi
Elektrik
Transfer oleh arus listrik
Transfer Energi ► Radiasi
Elektromagnetik Berbagai bentuk gelombang elektromagnetik ►cahaya,
gelombang mikro (microwave), gelombang radio
Catatan Tentang Kekekalan Energi ► Kita
tidak dapat menciptakan atau memusnahkan energi
Denga kata lain energi adalah kekal Jika energi total sebuah sistem tidak konstan, energi pasti telah berubah ke bentuk lain dengan mekanisme tertentu Diaplikasikan ke bidang lain selain FISIKA
Daya ► Daya
didefinisikan sebagai laju transfer (aliran) energi P = W = Fv t 2 Satuan SI adalah Watt (W) : W =
J kg • m = s s2
USA & UK : hp (horsepower) : ft lb 1 hp = 550 = 746 W s kilowatt hours (kWh) digunakan dalam tagihan listrik