ENERGI DAN MOMENTUM
description
Transcript of 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
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
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
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
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
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
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,
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)
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
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
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
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
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
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?
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
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
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
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
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
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.