ENERGI DAN MOMENTUM

20
ENERGI DAN ENERGI DAN MOMENTUM MOMENTUM Staf Pengajar Fisika Staf Pengajar Fisika Departemen Fisika, FMIPA, IPB Departemen Fisika, FMIPA, IPB http://bima.ipb.ac.id/~tpb- http://bima.ipb.ac.id/~tpb- ipb/materi ipb/materi

description

ENERGI DAN MOMENTUM. Staf Pengajar Fisika Departemen Fisika, FMIPA, IPB http://bima.ipb.ac.id/~tpb-ipb/materi. KONSEP KERJA-ENERGI. Merupakan konsep alternatif untuk menyelesaikan persoalan gerak Dikembangkan dari konsep gaya dan gerak - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of ENERGI DAN MOMENTUM

Page 1: ENERGI DAN MOMENTUM

ENERGI DAN ENERGI DAN MOMENTUMMOMENTUM

Staf Pengajar FisikaStaf Pengajar FisikaDepartemen Fisika, FMIPA, IPB Departemen Fisika, FMIPA, IPB

http://bima.ipb.ac.id/~tpb-ipb/mathttp://bima.ipb.ac.id/~tpb-ipb/materieri

Page 2: ENERGI DAN MOMENTUM

KONSEP KERJA-ENERGIKONSEP KERJA-ENERGI Merupakan konsep alternatif untuk Merupakan konsep alternatif untuk

menyelesaikan persoalan gerakmenyelesaikan persoalan gerak Dikembangkan dari konsep gaya dan gerakDikembangkan dari konsep gaya dan gerak Merupakan penghubung antara mekanika Newton Merupakan penghubung antara mekanika Newton

dengan bagian ilmu fisika yang lain seperti dengan bagian ilmu fisika yang lain seperti gelombang, fisika panas, dan listrik magnetgelombang, fisika panas, dan listrik magnet

Penghubung antara ilmu fisika dengan bidang Penghubung antara ilmu fisika dengan bidang ilmu lainnya (kimia, elektro, mesin, ilmu gizi dll) ilmu lainnya (kimia, elektro, mesin, ilmu gizi dll)

Tujuan Instruksional: Setelah pertemuan ini Tujuan Instruksional: Setelah pertemuan ini peserta diharapkan dapat menentukan besaran-peserta diharapkan dapat menentukan besaran-besaran usaha, gaya dan energi dan daya dalam besaran usaha, gaya dan energi dan daya dalam persoalan mekanika sederhanapersoalan mekanika sederhana

Page 3: ENERGI DAN MOMENTUM

Apakah kerja itu?Apakah kerja itu? Orang memindahkan bangku dari satu Orang memindahkan bangku dari satu

tempat ke tempat laintempat ke tempat lain Mesin traktor memindahkan tanah Mesin traktor memindahkan tanah Semut membawa makanan Semut membawa makanan Orang, mesin traktor dan semut Orang, mesin traktor dan semut

melakukan usaha/kerja (mekanik)melakukan usaha/kerja (mekanik) Dua komponen yang harus ada dalam Dua komponen yang harus ada dalam

usaha/kerja: usaha/kerja: pelaku yang memberikan pelaku yang memberikan gayagaya pada benda pada benda dan dan perpindahanperpindahan benda benda

Page 4: ENERGI DAN MOMENTUM

cosFdW dF

K E R J AKERJA ( W) yang dilakukan oleh sebuah gaya pada

suatu benda sebagai hasil perkalian titik antara gaya tsb dengan perpindahan

dimana gaya itu bekerja

Gaya dianggap konstan Kerja merupakan besaran skalar Satuan ; SI : joule ( J = N.m)

cgs : erg (erg = dyne. cm)

F

d

Page 5: ENERGI DAN MOMENTUM

ContohContoh Seorang mahasiswa mengangkat Seorang mahasiswa mengangkat

buku bermassa 0,5 kg dari lantai ke buku bermassa 0,5 kg dari lantai ke atas meja yang tingginya 75 cm atas meja yang tingginya 75 cm dengan melawan gaya gravitasi. dengan melawan gaya gravitasi. Tentukan:Tentukan: A. Kerja yang dilakukan oleh mahasiswa A. Kerja yang dilakukan oleh mahasiswa

tsbtsb B. Kerja yang dilakukan gaya gravitasiB. Kerja yang dilakukan gaya gravitasi

Page 6: ENERGI DAN MOMENTUM

APAKAH ENERGI ITU?APAKAH ENERGI ITU? Seseorang yang sedang mengalami kelaparan Seseorang yang sedang mengalami kelaparan

tidak dapat bekerja dengan baiktidak dapat bekerja dengan baik Seorang tukang becak biasanya makannya Seorang tukang becak biasanya makannya

banyak agar memperoleh banyak energibanyak agar memperoleh banyak energi Sebuah mobil memerlukan bahan bakar sebagai Sebuah mobil memerlukan bahan bakar sebagai

sumber energi agar dia bisa bergeraksumber energi agar dia bisa bergerak Energi listrik diperlukan agar alat-alat listrik dapat Energi listrik diperlukan agar alat-alat listrik dapat

berkerjaberkerja

Energi adalah suatu besaran yang Energi adalah suatu besaran yang menunjukkan kemampuan untuk menunjukkan kemampuan untuk melakukan kerjamelakukan kerja

Page 7: ENERGI DAN MOMENTUM

DUA BENTUK ENERGI MEKANIKDUA BENTUK ENERGI MEKANIK ENERGI KINETIK: energi yang terkandung dalam ENERGI KINETIK: energi yang terkandung dalam

objek yang bergerakobjek yang bergerak Palu digerakkan agar mempunyai energi kinetik sehingga Palu digerakkan agar mempunyai energi kinetik sehingga

ketika palu mengenai paku, palu dapat melakukan kerja ketika palu mengenai paku, palu dapat melakukan kerja terhadap paku sehingga paku dapat menancap pada terhadap paku sehingga paku dapat menancap pada dindingdinding

ENERGI POTENSIAL: energi yang terkandung dalam ENERGI POTENSIAL: energi yang terkandung dalam suatu sistem/benda karena konfigurasi sistem suatu sistem/benda karena konfigurasi sistem tersebut atau karena posisi benda tersebuttersebut atau karena posisi benda tersebut Untuk menancapkan tiang-tiang pancang pada pekerjaan Untuk menancapkan tiang-tiang pancang pada pekerjaan

konstruksi bangunan, beban ditarik ke atas kemudian konstruksi bangunan, beban ditarik ke atas kemudian dilepaskan sehingga menumbuk tiang pancang, dilepaskan sehingga menumbuk tiang pancang,

Page 8: ENERGI DAN MOMENTUM

BENTUK ENERGI LAINBENTUK ENERGI LAIN Energi listrik: energi potensial elektromagnetik Energi listrik: energi potensial elektromagnetik

dan energi kinetik elektron yang mengalir pada dan energi kinetik elektron yang mengalir pada penghantar dan pada peralatan listrikpenghantar dan pada peralatan listrik

Energi kimia: energi potensial elektromagnetik Energi kimia: energi potensial elektromagnetik dan energi kinetik pada atom dan molekuldan energi kinetik pada atom dan molekul

Energi dalam gas ideal: energi kinetik partikel-Energi dalam gas ideal: energi kinetik partikel-partikel gas idealpartikel gas ideal

Energi nuklir: energi potensial inti (kuat dan Energi nuklir: energi potensial inti (kuat dan lemah) dalam bentuk energi ikat inti atau lemah) dalam bentuk energi ikat inti atau massa (dari kesetaraan massa dengan energi)massa (dari kesetaraan massa dengan energi)

Page 9: ENERGI DAN MOMENTUM

BAGAIMANA MEKANISME BAGAIMANA MEKANISME PERUBAHAN BENTUK ENERGI?PERUBAHAN BENTUK ENERGI?

KERJA OLEH GAYA-GAYA DAPAT MERUBAH BENTUK KERJA OLEH GAYA-GAYA DAPAT MERUBAH BENTUK ENERGIENERGI

INTERAKSI DAPAT MERUBAH BENTUK ENERGIINTERAKSI DAPAT MERUBAH BENTUK ENERGI Contoh: PLTA Contoh: PLTA

Air sungai di tempat yang tinggi mempunyai energi Air sungai di tempat yang tinggi mempunyai energi potensial yang besarpotensial yang besar

Jika air sungai mendapati terjunan, maka gaya gravitasi Jika air sungai mendapati terjunan, maka gaya gravitasi merubah energi potensial air terjun menjadi energi kinetikmerubah energi potensial air terjun menjadi energi kinetik

Ketika air terjun ini menumbuk turbin, maka kerja oleh Ketika air terjun ini menumbuk turbin, maka kerja oleh gaya tumbukan ini merubah enrgi kinetik air terjun menjadi gaya tumbukan ini merubah enrgi kinetik air terjun menjadi energi kinetik turbinenergi kinetik turbin

Kerja oleh turbin yang membawa kumparan untuk berputar Kerja oleh turbin yang membawa kumparan untuk berputar merubah energi kinetik turbin menjadi energi listrikmerubah energi kinetik turbin menjadi energi listrik

Page 10: ENERGI DAN MOMENTUM

ENERGI KINETIKENERGI KINETIK Pada kotak bermassa Pada kotak bermassa mm

bekerja gaya neto bekerja gaya neto FF Hukum II Newton: a= F/m Kerja oleh gaya F : W=F d

Energi Kinetik: EK = ½ m v2

F

vt

d

vo

m

202

1221 mvmvW t Kerja oleh gaya neto

menghasilkan perubahan energi kinetik

Page 11: ENERGI DAN MOMENTUM

ENERGI POTENSIAL GRAVITASI BUMIENERGI POTENSIAL GRAVITASI BUMI Benda bermassa Benda bermassa mm dibawa ke atas dibawa ke atas

oleh gaya oleh gaya F F melawan gaya melawan gaya gravitasi sehingga benda tersebut gravitasi sehingga benda tersebut selalu dalam kesetimbangan.selalu dalam kesetimbangan.

Kerja oleh gaya Kerja oleh gaya FF : : WWFF= F h = mgh= F h = mgh

Kerja oleh gaya gravitasi:Kerja oleh gaya gravitasi: WWgg = - mgh = - mgh

Energi Potensial Gravitasi bumi:Energi Potensial Gravitasi bumi: EP = mghEP = mgh

mg

Fh

Negatip dari kerja oleh gaya gravitasi bumi menghasilkan perubahan energi potensial gravitasi bumi

Page 12: ENERGI DAN MOMENTUM

Contoh:Contoh: Sebuah batu bermassa 2 kg Sebuah batu bermassa 2 kg

dijatuhkan dari ketinggian 5 m. Bila dijatuhkan dari ketinggian 5 m. Bila gesekan diabaikan, tentukan gesekan diabaikan, tentukan Perubahan energi potensial bendaPerubahan energi potensial benda energi kinetik pada saat dia sampai di energi kinetik pada saat dia sampai di

tanah tanah Kecepatan benda saat menyentuh tanahKecepatan benda saat menyentuh tanah

Page 13: ENERGI DAN MOMENTUM

Kekekalan Energi MekanikKekekalan Energi Mekanik Gaya Konservatif: Gaya Konservatif:

Kerja oleh gaya konservatif tidak Kerja oleh gaya konservatif tidak tergantung lintasan, tapi hanya tergantung lintasan, tapi hanya tergantung titik awal dan akhirnya sajatergantung titik awal dan akhirnya saja

Contoh: gaya gravitasi, gaya pegasContoh: gaya gravitasi, gaya pegas Jika gaya total merupakan gaya Jika gaya total merupakan gaya

konservatif maka:konservatif maka: (EP + EK)(EP + EK)akhirakhir = (EP + EK) = (EP + EK)awalawal

Page 14: ENERGI DAN MOMENTUM

ContohContoh Seorang mahasiswa mengendarai sepeda dari Seorang mahasiswa mengendarai sepeda dari

tempat parkir di FMIPA ke asrama putra. Pada tempat parkir di FMIPA ke asrama putra. Pada saat mencapai pertigaan, awal jalan menurun saat mencapai pertigaan, awal jalan menurun menuju asrama, kelajuan sepeda adalah 5 m/s menuju asrama, kelajuan sepeda adalah 5 m/s dan mahasiswa tersebut berhenti mengayuh dan mahasiswa tersebut berhenti mengayuh sepeda dan sepedanya dibiarkan melaju sepeda dan sepedanya dibiarkan melaju tanpa direm. Ketika hampir sampai asrama tanpa direm. Ketika hampir sampai asrama ternyata kelajuan sepedanya mencapai 15 ternyata kelajuan sepedanya mencapai 15 m/s. Berapakah kira-kira beda ketinggian m/s. Berapakah kira-kira beda ketinggian antara jalan di depan asrama dan di pertigaan antara jalan di depan asrama dan di pertigaan tersebut?tersebut?

Page 15: ENERGI DAN MOMENTUM

D A Y A

Daya adalah laju transfer energi dari satu sistem ke sistem lain.

Jika sebuah gaya F bekerja pada suatu partikel dengan kecepatan v,maka daya yang dihasilkan adalah :

Satuan SI adalah watt (W) :

FvtWP

Contoh :Sebuah mobil sedan dapat menghasilkan gaya sebesar 2x104 N. Jika mobil tersebut melaju dengan kelajuan rata-rata 40 m/s tentukan daya mobil tersebut. Pertanyaan yang sama untuk sebuah truk yang dapat menghasilkan gaya 105 N yang melaju dengan kelajuan rata-rata 10 m/s

Page 16: ENERGI DAN MOMENTUM

Konsep Impuls-MomentumKonsep Impuls-Momentum Dalam proses yang sebenarnya seringkali Dalam proses yang sebenarnya seringkali

didapatkan keadaandidapatkan keadaan Gaya bekerja dalam waktu yang sangat singkat, Gaya bekerja dalam waktu yang sangat singkat,

seperti dalam proses tumbukan atau peluruhanseperti dalam proses tumbukan atau peluruhan Melibatkan banyak massa sekaligusMelibatkan banyak massa sekaligus

Konsep Impuls-Momentum memudahkan kita Konsep Impuls-Momentum memudahkan kita untuk menyelesaikan persoalan seperti ini.untuk menyelesaikan persoalan seperti ini.

Tujuan Instruksional: Setelah pertemuan ini Tujuan Instruksional: Setelah pertemuan ini mahasiswa dapat menentukan besaran-mahasiswa dapat menentukan besaran-besaran mekanika dengan menggunakan besaran mekanika dengan menggunakan konsep Impuls-Momentumkonsep Impuls-Momentum

Page 17: ENERGI DAN MOMENTUM

Gaya Impulsif: gaya yang sangat besar tetapi Gaya Impulsif: gaya yang sangat besar tetapi berlansung dalam waktu yang sangat singkat. berlansung dalam waktu yang sangat singkat.

Jika pada suatu benda bekerja gaya impulsif maka Jika pada suatu benda bekerja gaya impulsif maka gaya lain dapat diabaikangaya lain dapat diabaikan

Impuls : Impuls :

Contoh: Zinedine Zidane menendang bola mati Contoh: Zinedine Zidane menendang bola mati sehingga sesaat setelah ditendang, bola sehingga sesaat setelah ditendang, bola berkelajuan 20 m/s. Jika massa bola 0,8 kg, dan berkelajuan 20 m/s. Jika massa bola 0,8 kg, dan waktu kontak antara kaki dan bola adalah 0,02 waktu kontak antara kaki dan bola adalah 0,02 sekon, tentukan gaya rata-rata yang dilakukan sekon, tentukan gaya rata-rata yang dilakukan Zidane pada bola! Bandingkan besar gaya Zidane pada bola! Bandingkan besar gaya tersebut dengan berat bola! (Ingat:impuls dan tersebut dengan berat bola! (Ingat:impuls dan momentum merupakan besaran-besaran vektor)momentum merupakan besaran-besaran vektor)

IMPULS = PERUBAHAN MOMENTUMIMPULS = PERUBAHAN MOMENTUM

pvmtamtFI

Page 18: ENERGI DAN MOMENTUM

TUMBUKANTUMBUKAN

'22

'112211 vmvmvmvm

Gaya-gaya yang bekerja pada Gaya-gaya yang bekerja pada proses tumbukan adalah pasangan proses tumbukan adalah pasangan gaya aksi-reaksi.gaya aksi-reaksi.

Berlaku hukum kekekalan Berlaku hukum kekekalan momentum totalmomentum total

Elasitisitas Elasitisitas ee : perbandingan besar : perbandingan besar kecepatan relatif antar kedua kecepatan relatif antar kedua benda sesudah dan sebelum benda sesudah dan sebelum tumbukan. Harga tumbukan. Harga e e berkisar antara berkisar antara 0 (tak lenting) dan 1 (lenting)0 (tak lenting) dan 1 (lenting) 12

'1

'2

vvvve

Page 19: ENERGI DAN MOMENTUM

Contoh:Contoh: Sebuah peluru bermassa 20 gram Sebuah peluru bermassa 20 gram

ditembakkan pada bandul balistik ditembakkan pada bandul balistik bermassa 1980 gram sehingga bermassa 1980 gram sehingga akhirnya peluru bersarang dalam akhirnya peluru bersarang dalam bandul. Jika sesaat setelah bandul. Jika sesaat setelah tumbukan kecepatan bandul dan tumbukan kecepatan bandul dan peluru adalah 2 m/s, tentukan peluru adalah 2 m/s, tentukan kecepatan peluru sebelum kecepatan peluru sebelum menumbuk bandulmenumbuk bandul

Page 20: ENERGI DAN MOMENTUM

PENUTUPPENUTUP Konsep Kerja-Energi dan Impuls-Konsep Kerja-Energi dan Impuls-

Momentum adalah konsep alternatif Momentum adalah konsep alternatif untuk menyelesaikan masalah untuk menyelesaikan masalah mekanikamekanika

Pada pertemuan yang akan datang Pada pertemuan yang akan datang akan dibahas mekanika fluida.akan dibahas mekanika fluida.

Persiapkan diri anda dengan mengenali Persiapkan diri anda dengan mengenali besaran-besaran yang terkait dengan besaran-besaran yang terkait dengan mekanika fluida seperti tekanan, mekanika fluida seperti tekanan, kecepatan aliran, rapat massa dll.kecepatan aliran, rapat massa dll.