GAYA, USAHA, DAN ENERGI

Oleh

Herdiana Prasetyaningrum

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Tuhan YME karena telah membantu penulis untuk

menyelesaikan buku ini. Buku ini berisi tentang Gaya, Usaha, dan Energi yang

telah disesuaikan dengan kurikulum standar isi 2006.

Penulis menyusun buku ini dengan harapan dapat menambah wawasan.

Buku ini ditulis dengan bahasa sederhana sehingga diharapkan dapat membantu

siswa untuk mengetahui lebih jauh tentang zat cair.

Penulis mengharapkan kritik dan saran untuk dapat membuat penulisan

yang lebih baik lagi.

Januari 2010

Penulis

1

DAFTAR ISI

Kata Pengantar................................................................................................1

Daftar Isi.........................................................................................................2

Bab 1 Gerak....................................................................................................3

Bab 2 Gaya.....................................................................................................6

Bab 3 Usaha..................................................................................................11

Bab 4 Energi.................................................................................................13

Bab 4 Perubahan Bentuk Energi...................................................................18

Bab 4 Sejarah Kincir.....................................................................................23

Bab 5 Kincir Angin.......................................................................................27

Bab 6 Kincir Air...........................................................................................50

Glosarium.....................................................................................................78

Sumber Gambar............................................................................................79

Daftar Pustaka...............................................................................................80

2

BAB I

GERAK

Perhatikanlah semua benda yang ada di sekelilingmu!

Jarum jam bergerak memutari angka-angka yang ada di lingkaran jam.

Mengapa jarum itu dikatakan bergerak? Begitu juga sepede bergerak mengelilingi

lintasan? Bagaimana sepeda itu dikatakan bergerak?

Apakah yang dimaksud dengan gerak?

Coba kamu berjalan, mengapa kamu dikatakan bergerak? Perhatikanlah

baik-baik ketika kamu berjalan, kamu berpindah dari titik satu ke titik yang lain,

bukan? Nah, perpindahan dari satu titik ke titik yang lain inilah yang disebut

gerak.

Coba perhatikan lagi jam dinding, berarti jarum jam dikatakan bergerak

karena berpindah dari satu angka ke angka yang lain. Sepeda juga demikian,

berpindah dari satu titik ke titik yang lain pada lintasan.

3

Bagaimana benda dikatakan bergerak?

Benda dikatakan bergerak jika memiliki titik acuan. Saat kamu berjalan

tentu saja kamu akan dikatakan bergerak terhadap sebuah titik, yaitu titik awal,

kemudian berpindah ke titik yang lain. Titik acuan jarum jam berarti adalah

angka-angka yang ada dalam lingkaran jarum jam.

Bagaimana benda dikatakan bergerak relatif?

Gerak dikatakan relatif. Ada sebuah kereta yang bergerak. Kereta tersebut

bergerak menjauhi stasiun kereta api. Berarti, titik acuannya adalah stasiun.

Tetapi, kereta api juga bergerak terhadap tanah dan rel karena berpindah dari titik

satu ke titik yang lain pada tanah dan rel. Jadi, kereta api dikatakan bergerak

tergantung pada titik acuannya.

Pernahkah terpikirkan olehmu, apa yang menyebabkan sebuah benda dapat

bergerak. Tidak mungkin sebuah benda dapat bergerak jika tidak ada sesuatu

apapun yang mengenainya. Lalu apakah yang membuat benda bergerak atau tetap

diam? Ayo kita pelajari bab berikutnya.

Kegiatan

Memahami pengertian gerak dan gerak relatif

Alat

Kapur

Langkah-langkah

1. Kumpulkan teman-temanmu sebanyak 3 orang

2. Tentukan tiga titik tempat teman-temanmu berdiri dengan membuat

lingkaran dengan kapur.

3. Berjalanlah kamu ke temanmu yang pertama.

4. Apakah kamu dikatakan bergerak?

5. Apakah yang menjadi titik acuanmu?

4

6. Suruhlah temanmu di titik ke tiga untuk bergerak ke titik temanmu yang

ke dua bersamaan denganmu yang juga berpindah ke titik tersebut.

7. Terhadap titik manakah temanmu dikatakan bergerak?

8. Terhadap titik manakah kamu dikatakan bergerak?

9. Buatlah kesimpulan

5

BAB II

GAYA

Sebuah gerobak yang diam di tempat didorong oleh seseorang menjadi

bergerak maju. Kemudian gerobang itu didorong oleh seseorang dari arah yang

berlawanan sehingga gerobak menjadi diam.

Dari pernyataan itu, dapatkah kamu menyimpulkan dari mana gerobak

dapat bergerak?

Sebuah peti yang diam di tempat ditarik oleh seseorang sehingga peti itu

bergerak. Kemudian orang itu menghentikan tarikannya sehingga peti kembali

diam.

Dari pernyatan tersebut, dapatkah kamu simpulkan dari mana peti dapat

bergerak kemudian diam?

Jika jawabmu dorongan dan tarikan yang menyebabkan gerobab dan peti

gerak, kamu benar. Sebuah benda dapat bergerak karena ada gaya yang mengenai

benda itu.

Apakah yang dimaksud dengan gaya?

Gaya adalah suatu dorongan atau tarikan dengan satuan Newton. Dengan

adanya gaya yang mengenai suatu benda, maka:

6

1. Benda diam akan bergerak

2. Benda bergerak menjadi diam

3. Arah benda bergerak dapat berubah

4. Bentuk dan ukuran benda dapat berubah.

Jadi, gambar pada awal bab, yaitu seseorang mendorong bola bilyar. Bola

dapat bergerak karena adanya gaya dorong dari manusia.

Gaya bermacam-macam asalnya, antara lain sebagai berikut.

1. Gaya listrik berasal dari listrik.

Listrik memiliki dua muatan, yaitu muatan listrik positif dan muatan listrik

negatif. Jika terjadi tarik-menarik atau tolak-menolak antarmuatan itu

maka disebut gaya listrik karena ditimbulkan oleh muatan listrik.

2. Gaya magnet berasal dari magnet.

Magnet memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan selatan Jika terjadi

tarik-menarik atau tolak-menolak antarkutub itu maka disebut gaya

magnet karena ditimbulkan oleh kutub magnet. Gaya magnet ini dapat

menarik benda benda yang berasal dari logam, seperi besi dan emas.

3. Gaya gravitasi berasal dari gaya tarik bumi.

Bumi terus-menerus berputar. Bumi selalu mengelilingi matahari pada

lintasannya sendiri, begitu juga planet lain. Untuk tetap berputar pada

tempatnya dan berputar mengelilingi matahari, bumi memiliki gaya yang

selalu menuju pusat bumi yang disebut gaya gravitasi. Gaya gravitasi

setiap planet berbeda-beda.

7

Gaya gravitasi bumi selalu mengarah ke pusat bumi sehingga

semua benda yang ada di permukaan bumi pasti akan selalu mengarah ke

pusat bumi.

Coba kamu lempar sebuah batu, batu tersebut pasti akan kembali

ke tanah karena adanya gaya gravitasi bumi. Begitu juga buah jika telah

lepas dariu tangkainya, maka akan jatuh ke tanah karena adanya gaya

gravitasi bumi.

4. Gaya otot berasal dari otot manusia.

Manusia bekerja menggunakan otot. Untuk dapat menarik dan mendorong

sebuah benda diperlukan gaya dari otot.

5. Gaya gesekan berasal dari persentuhan benda.

Ketika benda bergerak, seperti bola menggelinding di lantai, maka akan

terjadi persentuhan antara bola dengan lantai.Persentuhan ini dapat

8

membuat bola menjadi semakin cepat menggelinding jika permukaan

lantai licin atau semakin lambat menggelinding jika permukaan lantai

kasar. Persentuhan yang membuat bola ini menjadi cepat atau lambat

menggelinding inilah yang disebut gaya gesekan.

6. Gaya mesin

Gaya mesin merupakan gaya yang dilakukan dari sebuah mesin. Mobil

atau sepeda motor dapat bekerja karena adanya gaya mesin.

Lalu dari manakah sebuah gaya dihasilkan? Dari mana gaya yang kamu keluarkan

untuk dapat menarik sebuah peti?

Kegiatan

Mengenal gaya

Alat dan bahan

Meja, kursi, tali, dua magnet batang, paku, peniti, koin.

Langkah-langkah a

1. Letakkan meja di depanmu, kemudian doronglah olehmu.

2. Bagaimana gerak meja?

3. Gaya apa yang ada pada kegiatanmu itu?

4. Doronglah meja oleh mu dan dua orang temanmu.

5. Bagaimana gerak meja?

6. Buatlah kesimpulan.

Langkah-langkah b

1. Letakkan kursi di belakangmu

2. Tariklah kursi dengan tanganmu

3. Bagaimana gerak kursi?

4. Gaya apa yang terlibat dalam kegiatanmu itu?

5. Ikatkan tali pada kursi. Tariklah kursi dengan tali itu.

9

6. Bagaimana gerak kursi?

7. Buatlah kesimpulan

Langkah-langkah c

1. Letakkan kutub utara magnet 1 di depan kutub selatan magnet 2.

2. Bagaimana gaya magnet itu?

3. Letakkan kutub utara magnet 1 di depan kutub utara magnet 2.

4. Bagaimana gaya magnet itu?

5. Dekatkan paku, peniti, dan koin ke magnet.

6. Benda manakah yang lebih kuat ditarik magnet?

7. Buat kesimpulan.

10

BAB III

USAHA

Seseorang sedang menggunakan ototnya untuk menarik sebuah panah

kemudian panah tersebut dilepaskan. Apakah orang tersebut dikatakan melakukan

usaha?

Apakah yang dimaksud dengan usaha?

Untuk mendapatkan peringkat di kelas, kamu berusaha belajar giat untuk

mendapatkan nilai terbaik. Apakah usahamu ini sama dengan usaha yang

dimaksud dalam ilmu fisika?

Usaha dalam ilmu fisika adalah perkalian gaya yang dilakukan pada

sebuah benda dengan perpindahan benda yang ditimbulkan oleh gaya itu. Dapat

dirumuskan:

W = F x s

W = usaha (joule)

F = gaya (Newton)

s = perpindahan (meter)

11

Kamu dikatakan tidak melakukan usaha jika:

1. Benda yang dikenai gaya tidak mengalami perpindahan. Artinya,

perpindahan sama dengan nol berarti usahanya juga nol.

W = F x 0 = 0

2. Benda bergerak dengan kecepatan tertentu dikenai gaya tetap bergerak

dengan kecepatan yang sama. Artinya, jika kecepatan tidak berubah, tidak

ada percepatan dan dianggap tidak ada gaya.

W = 0 x s = 0

3. Perpindahan benda tegak lurus terhadap arah gaya.

Untuk melakukan suatu usaha, kita membutuhkan tenaga atau energi. Dari

manakah energi itu kamu dapatkan? Ayo kita pelajari bab berikutnya.

12

BAB IV

ENERGI

Ketika kamu belajar, kamu pasti akan merasa lelah setelah belajar, bukan?

Seperti halnya, kompor, minyaknya akan terus membasahi sumbu dan lama-

kelamaan habis. Mengapa demikian?

Kamu belajar menggunakan energi. Energi yang kamu dapatkan berasal

dari makanan yang kamu makan. Jika energi tersebut kamu pakai terus untuk

belajar, maka lama-kelamaan akan habis dan kamu akan merasa lelah.

Kompor menyala jika minyak membasahi sumbu. Minyak merupakan

sumber energi untuk kompor.

Apakah yang dimaksud dengan energi?

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Satuan energi adalah

joule (J) atau kalori (kal).

1 Joule = 0,24 kalori dan 1 kalori = 4,2 joule

Energi bermacam-macam bentuknya, antara lain sebagai berikut.

1. Energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena

kedudukannya. Besarnya energi ini dapat dihitung dengan rumus:

Ep = m x g x h

Ep = energi potensial dengan satuan joule

m = massa benda dengan satuan kilogram

g = percepatan gravitasi dengan satuan meter per sekon kuadrat (m/s2)

besarnya 9,8 m/s2 atau dibulatkan menjadi 10 m/s2

h = ketinggian benda berada dengan satuan meter

13

Untuk massa benda yang sama, semakin tinggi posisi benda dari

permukaan tanah, semakin besar energi potensialnya. Untuk posisi benda yang

sama, semakin besar massa benda, semakin besar juga energi potensialnya.

2. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya.

Besarnya energi kinetik dapat dihitung dengan rumus:

Ek = 1/2 x m x v2

Ek = energi kinetik (joule)

m = massa (kg)

v = kecepatan (m/s)

Untuk massa benda yang sama, semakin besar kecepatan benda bergerak,

semakin besar energi kinetiknya. Untuk kecepatan gerak benda yang sama,

semakin besar massa benda, semakin besar energi kinetiknya.

3. Energi panas (kalor)

Energi panas adalah energi yang dihasilkan oleh gerakan partikel-

partikel dalam benda. Partikel yang terus-menerus akan saling tarik-

menarik atau tolak-menolak terus-menerus. Jika hal tersebut terjadi,

maka akan terjadi gesekan antar partikel dan akan menimbulkan panas.

14

Cobalah kamu gosokkan tanganmu terus-menerus, tanganmu akan

merasa panas, bukan? Hal ini digunakan oleh orang di zaman dahulu.

Mereka tidak memiliki tempat tinggal sehingga mereka akan kedinginan.

Untuk menghilangkan rasa dingin itu, mereka menggosok-gosokkan

tangan agar merasa hangat.

Selain itu, orang di zaman dahulu juga memanfaatkan gosokan ini

untuk membuat api. Jika batu atau kayu kering terus-menerus digosok,

maka lama-kelamaan akan panas, panas ini kemudian akan menjadi api.

Api ini kemudian digunakan digunakan untuk memasak ataupun api

unggun untuk menghangatkan tubuh.

4. Energi listrik

Energi listrik adalah energi yang berasal dari arus listrik. Arus

listrik ini berasal dari aliran muatan negatif terus-menerus. Energi listrik

dapat dihasilkan oleh baterai, aki, dan generator.

Besar energi listrik dapat dihitung dengan rumus

E = W = V x I x t = I2 x R x t

E = W = energi listrik (joule)

V = tegangan listrik (volt)

I = arus listrik (ampere)

R = hambatan listrik (ohm)

t = waktu/ lamanya sebuah alat listrik bekerja (sekon)

Contoh Soal

Sebuah setrika listrik bekerja pada tegangan 220 V dan arusnya

sebesar 4 ampere. Jika setrika itu digunakan selama 1 jam, berapa energi

listrik yang digunakan setrika itu?

Jawab:

W = V x I x t

= 220 V x 4 A x 1 jam x 3.600 sekon

= 3.168.000 joule = 3.168 kJ

15

5. Energi bunyi

Energi bunyi adalah energi yang berasal dari benda yang bergetar.

Coba kamu pukul sebuah drum. Kulit pada drum itu akan bergetar dan

akan menimbulkan bunyi. Begitu juga pita suaramu. Karena ada udara

yang menggetarkan pita suara kita, maka akan ada bunyi keluar dari

mulut kita.

6. Energi kimia

Energi kimia adalah energi yang berasal dari bahan kimia, seperti

makanan ataupun bahan nuklir. Bahan makanan yang kamu makan

merupakan energi kimia. Jika kamu mendapatkan energi ini, maka kamu

dapat melakukan semua kegiatan, seperti belajar, berjalan, lari,

bersepeda, tidur, dan bermain.

7. Energi cahaya

Energi cahaya adalah energi yang berasal dari gelombang

elektromagnetik. Energi ini dapat menghasilkan cahaya, seperti cahaya

matahari dan cahaya lampu.

16

8. Energi angin

Energi angin adalah energi yang berasal dari angin. Angin ada

karena adanya perbedaan tekanan udara dan suhu di uadara. Udara ini

bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah atau udara yang panas

naik ke atas kemudian udara yang dingin turun sehingga terjadilah angin.

9. Energi air

Energi air berasal dari air. Air dapat kita manfaatkan untuk

berbagai macam kebutuhan, seperti untuk minum, mengairi sawah,

atapun menggerakkan turbin.

Masih banyak bentuk energi lain, dapatkah kamu menyebutkannya?

Dari manakah energi itu?

Energi berasal dari sumber energi. Sumber energi yang paling besar dan

paling utama adalah matahari. Seluruh energi berasal dari matahari.

Matahari menyinari bumi sehingga permukaan bumi menjadi panas. Panas

ini disimpan oleh tanah dan akan menjadi energi panas bumi. Panas yang diterima

bumi dapat menimbulkan perbedaan tekanan udara sehingga menghasilkan energi

angin. Cahaya matahari jika mengenai tanaman juga dapat membantu tanaman

mengolah makanan. Tanaman kemudian kita ambil dan kita makan yang berarti

merupakan energi kimia. Energi kimia ini kemudian kita gunakan untuk

beraktivitas. Jadi, sumber dari segala sumber energi adalah matahari.

17

Sumber energi ada yang dapat diperbarui dan ada yang tidak dapat

diperbarui.

1. Energi yang dapat diperbarui adalah energi yang sumbernya dapat

dihasilkan kembali sehingga untuk mendapatkannya lagi mudah dan tidak

perlu waktu lama. Contoh energi angin, energi air, energi matahari, energi

panas bumi.

2. Energi yang tidak dapat diperbarui adalah energi yang sumbernya sulit

untuk didapatkan kembali, butuh waktu yang sangat lama. Contoh minyak

bumi. Minyak bumi terbentuk dari makhluk hidup yang mati berjuta-juta

tahun yang lalu sehingga untuk mendapatkannya kembali membutuhkan

waktu yang lama.

Kecepatan energi dapat juga dihitung per satuan waktu. Kecepatan energi

ini biasa disebut daya. Satuan daya adalah Watt.

P = W / t

P = daya (watt)

W = work = kerja = energi (joule)

t = waktu

Kamu pasti sering mendengar orang mengatakan lampu 10 Watt. Apakah

maksudnya?

Lampu 10 Watt berarti lampu tersebut bekerja dengan energi sebesar 10

joule tiap satu detik.

18