FISIKA SEKOLAH

Oleh,

Adityo Panji Wiguna (0800214)

Whisnu Trie Seno Ajie (0802628)

Standar Kompetensi : 1.Menganalisis gejala alam dan

keteraturannya dalam cakupan mekanika benda titik.

Kompetensi Dasar :1.5 Menganalisis hubungan

antara Usaha, Perubahan Energi dengan Hukum Kekekalan Energi Mekanik.

Indikator1.5.1 Menjelaskan konsep usaha.

1.5.2 Menjelaskan konsep energi.

1.5.3 Menjelaskan hubungan antara usaha, gaya, dan perpindahan.

1.5.4 Menjelaskan konsep energi potensial.

1.5.5 Menjelaskan konsep energi kinetik.

1.5.6 Menyimpulkan bentuk Hukum Kekekalan Energi Mekanik.

1.5.7 Menganalisis hubungan antara energi mekanik dengan usaha.

1.5.8 Menjelaskan konsep daya.

Konsep Prasyarat : Kinematika

Dinamika

Konsep Esensial :

a. Usaha

b. Energi Potensial

c. Energi Kinetik

d. Kekekalan Energi Mekanik

e. Daya

BE

RH

UB

UN

GA

N

DE

NG

AN

DAPAT BERUPA

ME

RU

PA

KA

N

TR

AN

SF

ER

PER SATUAN WAKTUUSAHA

ENERGI POTENSIAL

GAYA

ENERGIENERGI

MEKANIK

ENERGI KINETIK

PETa KONSEP

DAYA

BaGaN MaTERI

DAYA

Aspek Kognitif, Apektif, dan Psikomotor

NoKonsep Esensial

AspekContoh Terapan

Kognitif Apektif Psikomotor

1 Usaha √ √ √Memindahkan posisi benda.

2Energi Potensial

√ √ √

Melakukan percobaan yang menunjukkan adanya energi potensial pada suatu benda.

3 Energi Kinetik √ √

Mengamati benda yang sedang bergerak akibat adanya gaya yang bekerja pada benda.

4 Kekekalan Energi Mekanik

√ √

Menjelaskan persamaan energi mekanik pada gerak bola yang di lempar ke atas.

5 Daya √ √ √

Mebandingkan siswa yang mendorong benda dalam waktu 5 sekon dan siswa yang mendorong benda dalam waktu 10 sekon dengan besar perpindahan sama, menghasilkan usaha yang sama.

UsahaPengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari adalah mengerahkan kemampuan yang dimilikinya untuk mencapai tujuan atau kerja yang dilakukan orang atau mesin. Apapun hasil kerja itu, berhasil atau tidak, asalkan orang atau mesin itu melakukan sesuatu, dikatakan orang atau mesin tersebut melakukan usaha. Pengertian usaha dalam fisika didefinisikan sebagai perkalian antara besar gaya yang menyebabkan benda berpindah dengan besar perpindahan benda yang searah dengan arah gaya tersebut.

Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.W = F · s

Keterangan:W : usaha (J)F : gaya yang bekerja pada benda (N)s : jarak pergeseran (m)

Dalam sistem internasional (SI) yang menggunakan satuan mks (meter-kilogram-

sekon), satuan gaya adalah newton dan satuan perpindahan adalah meter sehingga satuan

usaha menjadi newton meter atau disebut joule (1 Nm = 1 J).

1. Usaha yang dilakukan gaya membentuk sudut sembarang

Gambar 1.1 Usaha yang dilakukan gaya F menyebabkan perpindahan sejauh s

W = F.s = Fx.s = F cos α.s

2. Usaha yang bernilai negatifUsaha boleh bernilai negatif. Berdasarkan persamaan W = F cos α.s, ketika α berada pada rentang 90° < α < 270°, usaha bernilai negatif. Hal ini disebabkan cos α bernilai negatif. Misalnya, pada kasus benda yang

dilempar ke atas.

3. Usaha yang dilakukan gaya membentuk sudut Berdasarkan persamaan W = F cos α.s, jika α = 90°, maka perpindahan benda tegak lurus terhadap gaya yang beraksi pada benda. Karena nilai cos 90° = 0, maka diperoleh W = 0. Ketika W = 0, dikatakan gaya tersebut tidak melakukan usaha. Pada kasus ini dapat diartikan bahwa perpindahan benda bukan disebabkan oleh gaya tersebut.

4. Grafik gaya terhadap perpindahanDari gambar 1.4, besar usaha joule. Jadi, dapat disimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya F sama dengan luas daerah di bawah grafik gaya terhadap perpindahan s.

Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi diperlukan oleh kita dalam melakukan segala sesuatu. Energi dapat dibedakan dalam berbagai bentuk, seperti energi potensial dan energi kinetik. Energi bermanfaat pada saat terjadinya perubahan bentuk karena pada saat itu ada usaha yang dilakukan.

Usaha dan Perubahan Energi PotensialSecara sederhana, kata “potensial” dapat diartikan sebagai kemampuan yang tersimpan yang pada suatu saat dapat dimunculkan.

1. Usaha dan Perubahan Energi Potensial Gravitasi

Usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah

Karena energi adalah kemampuan melakukan usaha, besaran mgh adalah bentuk energi yang disebut sebagai energi potensial gravitasi. Energi ini merupakan energi yang dimiliki benda karena kedudukannya yang besarnya adalah

Sehingga

Maka,

Persamaan di atas menunjukkan bahwa usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan pengurangan energi potensial benda itu.

2. Usaha dan Perubahan Energi Potensial PegasEnergi potensial pegas merupakan energi yang dimiliki oleh sebuah pegas saat kedaan termampatkan atau terenggang.Untuk mengembalikan pegas ke keadaan semula, dibutuhkan sebuah gaya pemulih yang besarnya F = -k Δx dengan k adalah konstanta pegas dan Δx adalah perubahan penambahan atau pengurangan panjang pegas saat termampatkan atau terenggang.

Jika sebuah pegas ditarik dengan besar gaya yang berbeda-beda, misal F1, F2, F3, … maka usaha total yang dialami pegas adalah W = F1Δx1+F2Δx2+ F3Δx3+… Sehingga jika dibuat grafik gaya terhadap pertambahan panjang pegas akan membentuk grafik linier yang luasnya merupakan usaha oleh pegas tersebut W = ½ k Δx2 .Energi yang di pindahkan ini selanjutnya disimpan dalam pegas sebagai energi potensial yang besarnya sama dengan usaha oleh gaya pada pegas, yaitu sebesar EPp = ½ k Δx2.

Usaha dan Perubahan Energi KinetikEnergi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh

benda karena geraknya.

Pada persamaan diatas tampak bahwa energi kinetik sebanding dengan massa m dan kuadrat kecepatan (v2).

Pada posisi 1, benda bergerak akibat diberikan gaya F dengan kelajuan v1, sehingga benda berpindah sejauh ∆x . Usaha yang dilakukan oleh gaya F pada benda adalah W = F ∆ x .

Usaha dan energi adalah besaran skalar yang setara, maka Anda dapat pastikan bahwa penambahan energi kinetik berasal dari usaha W = F ∆ x . Secara matematis Anda akan dapat persamaan seperti berikut.

Persamaan gerak untuk gerak lurus berubah beraturan di antaranya adalah

Kita tulis kembali persamaan tersebut.

Substitusi persamaan (2) ke persamaan (1)

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Energi mekanik didefinisikan sebagai penjumlahan antara energi kinetik dan energi potensial.

Misalkan terdapat suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian hA di atas tanah. Pada ketinggian tersebut benda memiliki EPA = m g hA terhadap tanah dan EKA = 0. Kemudian dalam selang waktu t benda jatuh sejauh hB (jarak benda dari tanah hA – hB). Persamaan energi mekaniknya menjadi seperti berikut.

Berdasarkan rumus jatuh bebas, benda yang jatuh sejauh hB memiliki kecepatan sebesar

Persamaan tersebut membuktikan bahwa energi mekanik yang dimiliki oleh suatu benda adalah kekal (tetap).

a. Gaya KonservatifYaitu gaya–gaya yang tidak bergantung pada lintasannya tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhirnya saja. Sebagai contoh dalam kehidupan sehari-hari yang termasuk gaya konservatif adalah gaya gravitasi dan gaya pegas (elastis).

b. Gaya Tak konservatifYaitu gaya–gaya yang bergantung pada lintasannya. Sebagai contoh dalam kehidupan sehari-hari yaitu gaya gesek.

Daya

Usaha yang dilakukan per sat uan wakt u disebut daya. Dar i penger t ian t er sebut , dapat dir umuskan bahwa daya:

dengan :

P = daya (Watt)

W = usaha (Joule)

t = waktu/lamanya melakukan usaha (s)

Usaha yang dilakukan dapat berupa perubahan energi maupun usaha karena gaya yang diberikan pada suatu benda.Sebagai contoh Ujang mendorong meja dalam waktu 5 sekon dan meja berpindah sejauh x, sedangkan Syamsul mendorong meja yang sama dalam waktu 10 sekon dan meja berpindah sejauh x. Untuk melakukan usaha yang sama, Ujang dan Syamsul mebutuhkan waktu yang berbeda. Untuk membedakan kedua kasus tersebut, perlu diketahui besarnya usaha yang dihasilkan dalam waktu tertentu.