MAKALAH FISIKA

USAHA DAN ENERGI

HUBUNGAN USAHA & ENERGI KINETIK

GAYA KONSERVATIF DAN NONKONSERVATIF

KELAS XI IPA

 

DI SUSUN  OLEH  :

1.    Afifah

2.    Agustina Lilik Andriani

3.    Ali Mubarok

4.    Muh. Irfansyah

5.    Nur Hamzah

6.    Puri Artiana

7.    Siti Alfiyah

LEMBAGA PENDIDIKAN MA’ARIF NU SIDOREJO

KEC. SEKAMPUNG UDIK LAMPUNG TIMUR

TH AJARAN 2014/2015

USAHA DAN ENERGI

U S A H A

Usaha adalah hasil kali komponen gaya dalam arah perpindahan dengan perpindahannya.

Jika suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh , maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu

                                                    W = F cos a .

                                                                       F

 

                                                                      F cos a

 

                                                                                     

W = usaha   ; F = gaya    ;  = perpindahan  , a = sudut antara gaya dan perpindahan

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Usaha  (W)	joule	erg
Gaya (F)	newton	dyne
Perpindahan ()	meter	cm

1 joule = 10⁷ erg

Catatan : Usaha (work) disimbolkan dengan huruf besar  W

                Berat  (weight) disimbolkan dengan huruf kecil w

Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka usaha total yang dilakukan terhadap benda tersebut sebesar :

Jumlah usaha yang dilakukan tiap gaya,  atau

Usaha yang dilakukan oleh gaya resultan.

D A Y A

Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu.

                                        P =

P = daya  ;  W = usaha   ; t =  waktu

Daya termasuk besaran scalar yang dalam satuan MKS  mempunyai satuan watt atau J/s

Satuan lain adalah : 1 HP = 1 DK = 1 PK = 746 watt

                            

HP = Horse power     ;  DK = Daya kuda     ; PK = Paarden Kracht

1 Kwh adalah satuan energi besarnya = 3,6 .10⁶ watt.detik = 3,6 . 10⁶ joule

KONSEP ENERGI

Suatu system dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika system tersebut mempunyai kemampuan  untuk melakukan usaha. Besarnya energi suatu system sama dengan besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh system tersebut. Oleh karena itu, satuan energi sama dengan satuan usaha dan energi juga merupakan besaran scalar.

Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam antara lain :

Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) , energi panas , energi listrik, energi kimia, energi nuklir, energi cahaya, energi suara, dan sebagainya.

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun.

ENERGI KINETIK.

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya.

                                       Ek = ½ m v²

Ek = Energi kinetik  ; m = massa benda  ;  v = kecepatan benda

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Energi kinetik (Ek)	joule	erg
Massa (m)	Kg	gr
Kecepatan (v)	m/det	cm/det

Usaha = perubahan energi kinetik.             W = DEk = Ek₂ – Ek₁

ENERGI POTENSIAL GRAFITASI

Energi potensial grafitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu  benda karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Energi potensial ini juga disebut energi diam, karena benda yang diam-pun dapat memiliki tenaga potensial.

Sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.

Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, benda akan jatuh.

Maka benda melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w) yang menempuh jarak h.

Besarnya Energi potensial benda sama dengan usaha yang sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak h.

                                Ep = w . h  =  m . g . h

Ep = Energi potensial   ,  w = berat benda   , m = massa benda   ; g = percepatan grafitasi  ; h = tinggi benda

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Energi Potensial (Ep)	joule	erg
Berat benda (w)	newton	dyne
Massa benda (m)	Kg	gr
Percepatan grafitasi (g)	m/det2	cm/det2
Tinggi benda (h)	m	cm

Energi potensial grafitasi tergantung dari :

percepatan grafitasi bumi

kedudukan benda

massa benda

ENERGI POTENSIAL PEGAS.

Energi potensial yang dimiliki benda karena elastik pegas.

                       Gaya pegas (F)  = k . x

                       Ep Pegas     (Ep) = ½ k. x²

 

    k = konstanta gaya pegas   ; x = regangan

Hubungan usaha dengan Energi Potensial :

                                        W = DEp = Ep₁ – Ep₂

ENERGI MEKANIK

Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda.

                                          Em = Ek + Ep

HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK.

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.

Jadi energi itu adalah KEKAL.

                                     Em₁   =    Em₂

                           Ek₁ + Ep₁  =  Ek₂ + Ep₂

Hubungan Usaha dengan Energi

Usaha dengan energi potensial

Apabila dalam sistem hanya berlaku energi potensial gravitasi saja maka teori usaha-energi dapat ditentukan dengan persamaan:

W = △ Ep

W = m . g . h₂ – m . g . h₁ …………………………………………(3-1)

Usaha dengan energi kinetik

Apabila dalam sistem hanya berlaku energi kinetik saja maka teori usaha-energi dapat ditentukan sebagai berikut :

Untuk melihat hubungan antara usaha oleh sistem gaya-gaya (Resultan gaya total) dengan energi kinetik, perhatikan contoh di bawah ini.

Sebuah benda bermassa m berada di atas bidang datar tanpa gesekan. Pada benda bekerja gaya F konstan sejajar bidang dan benda dapat bergerak lurus berubah beraturan

Gambar benda yang bergerak GLBB

Pada suatu saat, kecepatan benda v₁ dan setelah menempuh jarak s kecepatannya menjadi v₂turunan hubungan antara Usaha yang dilakukan resultan gaya yang menjadi pada benda dengan perubahan energi kinetiknya adalah sebagai berikut : Resultan gaya yang bekerja pada benda (benda tidak mengalami gaya friksi)

total F= F

Usaha W

W = F s cos a

W = F s cos a = m a s (1) = m (a s)

Ingat hubungan           v₂ ² – v₂ ²= 2 a s

Dengan kata lain, usaha yang dilakukan oleh sistem gaya-gaya yang bekerja pada benda sama dengan perubahan energi kinetik

Jika

W _{oleh resultan gaya} = 0   Tidak ada perubahan energi kinetic (kecepatan konstan)

W _{oleh resultan gaya} > 0   Usaha yang dilakukan mengakibatkan penambahan energy

    kinetic

W _{oleh resultan gaya} < 0  Usaha yang dilakukan mengakibatkan pengurangan energy

   kinetik

GAYA KONSERVATIF DAN NON KONSERVATIF

1. Gaya konservatif

Apabila usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya ketika benda mulai bergerak dari posisi awal hingga benda kembali lagi ke posisi awal sama dengan nol maka gaya tersebut disebut sebagai gaya konservatif.

Berikut ini contoh beberapa gaya konservatif.

1.1.  Gaya berat

Tinjau sebuah benda yang bergerak vertikal ke atas hingga mencapai ketinggian maksimum lalu bergerak ke bawah menuju posisi semula. Ketika bergerak vertikal ke atas sejauh h, gaya berat berlawanan arah dengan perpindahan benda. Karena berlawanan arah dengan perpindahan benda maka gaya berat melakukan usaha negatif pada benda.

W = w h cos (180o) = – w h = – m g h

Setelah mencapai ketinggian maksimum, benda bergerak ke bawah menuju posisi semula sejauh h. Ketika bergerak ke bawah, gaya berat searah dengan perpindahan benda. Karena searah dengan perpindahan maka gaya berat melakukan usaha positif.

W = w h cos (0o) = – w h = – m g h

Massa benda (m), percepatan gravitasi (g) dan ketinggian (h) sama karenanya usaha yang dilakukan oleh gaya berat ketika benda mulai bergerak vertikal ke atas hingga kembali ke posisinya semula sama dengan nol.

W = m g h – m g h

W = 0

1.2.  Gaya pegas

Tinjau sebuah pegas yang diletakkan horisontal. Jika ujung kanan pegas didorong atau ditekan ke kiri maka pegas juga memberikan gaya dorong ke kanan. Anda dapat membuktikan hal ini dengan menekan pegas. Misalnya pada ujung kanan pegas ditempatkan sebuah benda lalu benda tersebut ditekan ke kiri. Setelah pegas menyimpang, singkirkan tangan anda dari beban dan pegas. Pada saat tangan tidak lagi menyentuh pegas, maka benda mendorong beban ke kanan.  Ketika benda bergerak ke kiri, arah gerakan benda berlawanan dengan arah gaya pegas. Karena berlawanan arah maka gaya pegas melakukan usaha negatif.

W = – ½ k x2

Ketika benda bergerak ke kanan, arah gerakan atau perpindahan beban sama dengan arah gaya pegas. Karena searah maka gaya pegas melakukan usaha positif.

W = ½ k x2

Pegas yang digunakan sama sehingga konstanta pegas (k) sama. Simpangan pegas juga sama. Karenanya usaha yang dilakukan oleh gaya berat ketika benda mulai bergerak ke kiri sejauh x lalu kembali ke kanan sejauh x sama dengan nol.

W = ½ k x2 - ½ k x2

Usaha yang dilakukan oleh gaya berat dan gaya pegas selama benda bergerak dari posisi awal hingga benda kembali lagi ke posisi semula sama dengan nol. Apabila usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya ketika benda mulai bergerak dari posisi awal hingga benda kembali lagi ke posisi awal sama dengan nol maka gaya tersebut disebut sebagai gaya konservatif.

2.     Gaya NonKonservatif

Apabila usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya ketika benda mulai bergerak dari posisi awal hingga kembali lagi ke posisi semula tidak sama dengan nol maka gaya tersebut dijuluki gaya tak konservatif.

Berikut ini contoh gaya tak konservatif :

1.1   Gaya dorong dan gaya gesek kinetis

Tinjau sebuah benda yang didorong ke kanan lalu didorong lagi ke kiri. Ketika bergerak atau berpindah ke kanan, arah perpindahan benda sama dengan arah gaya dorong (F) dan berlawanan arah dengan gaya gesek kinetis (fk).

 Karena searah dengan perpindahan maka gaya dorong melakukan usaha positif pada benda.

W = F s

Sebaliknya gaya gesek kinetis melakukan usaha negatif pada benda.

W = – fk s

Ketika benda bergerak atau berpindah ke kiri, arah perpindahan benda sama dengan arah gaya dorong dan berlawanan arah dengan gaya gesek kinetis. Karena searah dengan perpindahan maka gaya dorong melakukan usaha positif pada benda.

W = F s

Sebaliknya gaya gesek kinetis melakukan usaha negatif pada benda.

W = – fk s

Usaha yang dilakukan oleh gaya dorong dan gaya gesek kinetis pada benda ketika benda mulai bergerak dari posisi awal hingga kembali lagi ke posisi awal adalah W = 2 F s dan W = -2 fk s

Usaha yang dilakukan oleh gaya dorong dan gaya gesek kinetis selama benda mulai bergerak dari posisi awal hingga benda kembali ke posisi semual tidak sama dengan nol.

Apabila usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya ketika benda mulai bergerak dari posisi awal hingga kembali lagi ke posisi semula tidak sama dengan nol maka gaya tersebut dijuluki gaya tak konservatif.

 _{Unduh File docx nya Fisika BAB Usaha Dan Gaya Hubungan Usaha & energi kinetik}