10/3/2014

1

Kerja dan EnergiKerja dan Energi

Kinetik dan PotensialKinetik dan Potensial

I Wayan Sudiarta Ph.DKK. Teori dan Komputasi

Fisika, FMIPA, Universitas MataramMinggu iniMinggu ini

�� Kita akan membahas konsep Kita akan membahas konsep energi�� Energi merupakan salah satu konsep yang Energi merupakan salah satu konsep yang

paling penting di Fisika dan juga di bidang paling penting di Fisika dan juga di bidang lain.lain.

�� Konsep energi juga dapat digunakan Konsep energi juga dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan yang untuk menyelesaikan permasalahan yang mungkin sulit diselesaikan menggunakan mungkin sulit diselesaikan menggunakan persamaan Newtonpersamaan Newton

EnergiEnergi

�� Ada di seluruh alam semesta iniAda di seluruh alam semesta ini�� Setiap proses di alam melibatkan energi Setiap proses di alam melibatkan energi

dan transfer atau transformasi energidan transfer atau transformasi energi�� Mempunyai berbagai bentuk:Mempunyai berbagai bentuk:

Kinetik, Panas, Kimia, Nuklir, Kinetik, Panas, Kimia, Nuklir, Elektromagnetik, Gelombang, GravitasiElektromagnetik, Gelombang, Gravitasi

Model SistemModel Sistem

�� Sebelumnya kita sudah dikenalkan Sebelumnya kita sudah dikenalkan dengan model partikeldengan model partikel

�� Untuk pemahaman konsep energi dan Untuk pemahaman konsep energi dan penggunaannya, kita perlu mengenal penggunaannya, kita perlu mengenal Model Sistem

Sistem

Lingkungan

10/3/2014

2

Contoh 1: Model SistemContoh 1: Model Sistem

�� Sistem berupa objek Sistem berupa objek (kotak)(kotak)

�� Lingkungan Lingkungan mempengaruhi sistem mempengaruhi sistem dengan gaya yang dengan gaya yang diberikan ke sistemdiberikan ke sistem

Contoh 2Contoh 2

�� Sistem terdiri Sistem terdiri dari: Bola, dari: Bola, Kotak, dan TaliKotak, dan Tali

�� Lingkungan Lingkungan mempengaruhi mempengaruhi sistem, gaya sistem, gaya gravitasi, gaya gravitasi, gaya gesek, gaya gesek, gaya normalnormal

MekanismeMekanisme

�� Kita akan mempelajari, bagaimana Kita akan mempelajari, bagaimana mekanisme lingkungan mempengaruhi mekanisme lingkungan mempengaruhi sistem.sistem.

�� Kita akan bahas terlebih dahulu tentang Kita akan bahas terlebih dahulu tentang Kerja

KerjaKerja�� Pertimbangkan sebuah gaya bekerja pada sebuah Pertimbangkan sebuah gaya bekerja pada sebuah

benda. Seberapa efektif gaya tersebut memindahkan benda. Seberapa efektif gaya tersebut memindahkan benda?benda?

�� Tergantung tidak hanya besar gaya, tetapi juga arahnya!Tergantung tidak hanya besar gaya, tetapi juga arahnya!

10/3/2014

3

Definisi KerjaDefinisi Kerja

�� Kerja yang dilakukan pada sistem, untuk Kerja yang dilakukan pada sistem, untuk gaya yang konstan adalah:gaya yang konstan adalah:

Perlu diingatPerlu diingat�� Konsep kerja ini berbeda dengan apa Konsep kerja ini berbeda dengan apa

yang biasa kita lakukan, contohnya pada yang biasa kita lakukan, contohnya pada saat kita memikul sebuah benda selama saat kita memikul sebuah benda selama beberapa menitbeberapa menit

Tidak melakukan Kerja, Karena

Definisi yang lebih umumDefinisi yang lebih umum SatuanSatuan

�� Kerja merupakan besaran skalarKerja merupakan besaran skalar�� Satuannya adalah satuan gaya dikali Satuannya adalah satuan gaya dikali

dengan satuan panjang:dengan satuan panjang:�� Jadi: Nm atau joule (J)Jadi: Nm atau joule (J)

10/3/2014

4

Sebagai pertimbangan dalam menggunakan model sistem :• Kerja (W) adalah sebuah transfer energi

•W adalah kerja pada sistem, W bernilai positif

atau energi di transfer ke sistem

• Jika W bernilai negatif berarti energi ditransfer dari sistem.

Perlu DiingatPerlu Diingat Jika F tidak konstanJika F tidak konstan

Fx=Fcos(θ)

Jika banyak gaya yang bekerja :

Kerja = Luas dibawah kurva FKerja = Luas dibawah kurva Fxx vs xvs x

Kerja

10/3/2014

5

Contoh: Berapa kerja yang Contoh: Berapa kerja yang dilakukan oleh gaya Fdilakukan oleh gaya Fxx??

Definisi KerjaDefinisi Kerja

F

ds

Kerja dilakukan oleh PegasKerja dilakukan oleh Pegas

Gaya

Ingat:k - konstanta pegasx - perpindahan dari titik tanpa regangan

10/3/2014

6

Kerja dari posisi xi ke xfKerja dari posisi xi ke xf Jika kita menarik pegas, FJika kita menarik pegas, Fappapp

Teorema Kerja <> EnergiTeorema Kerja <> Energi

10/3/2014

7

Energi KinetikEnergi Kinetik

Kerja yang dilakukan pada sistem hanya mengubah laju benda. Kerja sama dengan perubahan

energi kinetik

Definisi :

Teorema Kerja–Energi Kinetik mengindikasikan bahwa

• Laju benda akan dipercepat jika kerja netnya positif• Laju benda diperlambat jika kerja netnya negatif

Perlu diingat:Teorema kerja–energi kinetik menggunakan Laju, bukan kecepatan.

Teorema ini menghubungkan kerja dengan perubahan lajusebuah benda. Bukan perubahan kecepatan.

Gerak melingkar, laju konstan, kecepatan berubah-ubah. Gaya sentripetal tidak melakukan kerja, karena perpindahan tegak lurus dengan gaya. Theta = 90o

Salah satu hal utama dalam menggunakan metode energi adalah energi tidak dapat dimusnahkan dan

diciptakan. Energi selalu conserve (kekal).

Jika energi sistem berubah berarti ada energi yang ditransfer keluar atau kedalam batas sistem.

Kekekalan EnergiKekekalan Energi

T - Transfer

Gaya Gesek kinetikGaya Gesek kinetik

fk fk

KiKf

vi vf

10/3/2014

8

DayaDayaEnergi per satuan waktu yang ditransfer disebut daya (power).

Daya rata-rata kerja dilakukan pada interval waktu:

Menggunakan :

dan

SatuanSatuan

Contoh :

W?W?

10/3/2014

9

W?W? Energi PotensialEnergi PotensialEksperimen sederhana Eksperimen sederhana

mengangkat sebuah buku:mengangkat sebuah buku:

Kita melakukan kerja! Kita melakukan kerja!

Tetapi tidak ada perubahan Tetapi tidak ada perubahan energi kinetikenergi kinetik

Energi tersimpan dalam Energi tersimpan dalam bentuk lain yaitu energi bentuk lain yaitu energi potensial gravitasipotensial gravitasi

Potensial Gravitasi (UPotensial Gravitasi (Ugg)) Sistem terisolasi, contoh sistem Sistem terisolasi, contoh sistem bukubuku--bumibumi

Kerja yang dilakukan Kerja yang dilakukan oleh gaya gravitasi:oleh gaya gravitasi:

10/3/2014

10

Ingat! ini hanya berlaku untuk gaya konservatif

Konservasi energi mekanisKonservasi energi mekanis

Menunjukkan bahwa tidak ada perubahan energi total pada sistem. Atau energi tidak ada yang du transfer

Definisi Energi mekanis:

Ini menyatakan bahwa energi total (kinetik + potensial), bagian inisial dan final haruslah sama

Konsep konservasi energi mekanis

Potensial ElastisPotensial Elastis

Definisi

10/3/2014

11

CiriCiri--ciri Gaya Konservatifciri Gaya Konservatif

�� Kerja yang dilakukan gaya konservatif Kerja yang dilakukan gaya konservatif tidak tergantung pada lintasan.tidak tergantung pada lintasan.

�� Kerja pada lintasan tertutup adalah nol.Kerja pada lintasan tertutup adalah nol.

Kerja dilakukan oleh gaya gesekKerja dilakukan oleh gaya gesek

�� Karena gaya gesek selalu berlawanan Karena gaya gesek selalu berlawanan denga arah perpindahan, makadenga arah perpindahan, maka

Hubungan gaya konservatifHubungan gaya konservatif Tiga dimensiTiga dimensi

10/3/2014

12

Grafik potensialGrafik potensial Contoh PenggunaanContoh Penggunaan

Contoh PenggunaanContoh Penggunaan