IPA · Bab 10 Energi dan Perubahannya

Saeful Karim

24/08/2021 11:52:41

SMP 8 KTSP

Daftar Isi

Bab 1 Pertumbuhan dan Perkembangan Bab 2 Sistem Gerak pada Manusia Bab 3 Sistem Pencernaan Manusia Bab 4 Sistem Pernapasan Manusia Bab 5 Sistem Peredaran Darah Manusia Bab 6 Sistem dalam Kehidupan Tumbuhan Bab 7 Atom, Ion, dan Molekul Bab 8 Bahan Kimia dalam Kehidupan Bab 9 Gaya dan Penerapannya Bab 10 Energi dan Perubahannya Bab 11 Tekanan Bab 12 Getaran dan Gelombang Bab 13 Bunyi Bab 14 Cahaya Bab 15 Alat Optik

Halaman

181

Bab

Setelah mempelajari bab ini, kamu harus mampu:

Hasil yang harus kamu capai:

Energi dan Perubahannya

Tahukah kamu bahwa tanpa energi yang diciptakan

Tuhan tidak akan ada kehidupan. Matahari, angin, sungai,

dan bahkan alam ini tidak akan ada. Energi terdapat di

mana-mana dan dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk

lain. Energilah yang melatarbelakangi setiap kejadian. Jadi,

apakah energi itu?

Semua makhluk hidup membutuhkan energi untuk

kelangsungan hidup mereka. Tumbuhan dan hewan

memperoleh energi dari alam untuk pertumbuhan dan

kelestariannya. Manusia memanfaatkan energi yang berasal

dari otot mereka untuk kegiatan sehari-hari seperti berjalan

dan berlari. Manusia telah mengembangkan berbagai cara

pemanfaatan energi yang tersedia untuk meningkatkan

kualitas hidup mereka.

Sumber:

lh6.ggpht.com

memahami peranan usaha, gaya, dan energi dalam kehidupan sehari-hari.

• menjelaskan hubungan bentuk energi dan perubahannya, prinsip usaha dan energi, serta penerapannya dalam

kehidupan sehari-hari;

• melakukan percobaan tentang pesawat sederhana dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Pengertian Energi

Bentuk-Bentuk Energi

Perubahan

Bentuk-

Bentuk Energi

Hukum Kekekalan

Energi

Usaha

Hubungan antara

Usaha dan Energi

Pesawat

Sederhana

182

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

Untuk mempermudahmu

dalam mempelajari

bab ini, pelajarilah

diagram

alur yang disajikan

sebagai berikut.

kemampuan melakukan

menjadi lebih mudah

dengan

contoh

benda yang bergerak

dirumuskan dalam

terdiri atas

contoh perubahannya

Energi mekanik

Energi

Kipas angin

Pesawat

sederhana

Setrika listrik

Fotosintesis

Usaha

Bidang

miring

Sekrup

Katrol

Tuas

Baji

Energi kinetik

Hukum

Kekekalan

Energi

Energi panas, energi listrik, energi

cahaya, energi Kimia, dan energi

gerak

Energi listrik

menjadi energi

gerak

Energi listrik

menjadi energi

kimia

Energi listrik

menjadi energi

panas

Energi

potensial

Diagram Alur

183

Energi dan Perubahannya

Pikirkan

jawaban

pertanyaan

berikut

sebelum

kamu membaca

uraian materi bab ini. Kemudian,

periksa

kembali

jawabanmu

setelah kamu selesai membaca

uraian bab ini. Apakah

ada yang harus diperbaiki

dengan jawaban

tersebut?

1. Setiap hari, manusia harus makan agar dapat

melakukan usaha. Apakah peran makanan

tersebut pada tubuh?

2. Ada dua sumber energi, yaitu sumber energi

yang dapat diperbarui dan sumber energi yang

tidak dapat diperbarui. Apakah yang dimaksud

dengan kedua sumber itu?

3. Apakah yang dimaksud dengan pesawat

sederhana?

A. Pengertian Energi

Setiap saat manusia memerlukan energi yang sangat

besar untuk menjalankan kegiatannya sehari-hari, baik

untuk kegiatan jasmani maupun kegiatan rohani. Berpikir,

bekerja, belajar, dan bernyanyi memerlukan energi yang

besar. Kamu membutuhkan berjuta-juta kalori setiap harinya

untuk melakukan kegiatan dalam kehidupan sehari-hari.

Oleh karena itu, disarankan setiap pagi sebelum berangkat

sekolah, kamu harus makan terlebih dahulu. Dengan

demikian, tubuhmu cukup energi untuk melakukan kegiatan

di sekolah dan untuk menjaga kesehatanmu.

Ketika kamu sakit dan nafsu makanmu hilang, tubuhmu

akan lemas karena energi dalam tubuhmu berkurang. Jika

demikian, kegiatan rutin sehari-harimu akan terganggu

bahkan kegiatan ibadahmu pun akan terganggu. Menurutmu,

apakah energi itu? Untuk mengetahuinya, diskusikanlah

pertanyaan-pertanyaan di dalam Tugas 10.1 berikut.

Tugas 10.1

Apakah buah kelapa yang bergantung di pohonnya

memiliki kemampuan untuk menggerakan dirinya

sehingga jatuh ke bawah?

Apakah mobil yang sedang bergerak memiliki kemampuan

untuk berpindah tempat?

Ketika kamu berpikir, apakah kamu memiliki kemampuan

untuk menggerakan alat inderamu?

Gambar 10.1

Kegiatan sehari-hari yang

memerlukan energi.

Tes Materi Awal

184

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

Berdasarkan jawabanmu, kemampuan untuk melakukan

sesuatu itulah yang disebut energi. Sesuatu itu dikatakan

sebagai kerja atau usaha. Jadi, energi adalah kemampuan

untuk melakukan kerja atau usaha.

Satuan energi dalam Sistem Internasional (SI) adalah

joule ( J). Satuan energi dalam sistem yang lain adalah kalori,

erg, dan kWh (kilo watt hours). Kesetaraan joule dengan

kalor adalah sebagai berikut.

1 kalori = 4,2 joule

atau

1 joule = 0,24 kalori

Sumber

logdigi.com

Informasi

IPA

Matahari

adalah pemasok

hampir seluruh energi di bumi

ini. Energi matahari

menempuh

jarak ruang angkasa sejauh

149.600

juta kilometer

(93 juta mil) menuju bumi

sebagai radiasi elektromagnetik,

yaitu suatu bentuk energi yang

meliputi cahaya, sinar-X, dan

gelombang

radio.

Sumber:

Jendela Iptek: Energi,

1997

Gambar 10.2

Energi kimia terkandung di

dalam bahan bakar minyak

bumi.

Jelaskan pengertian energi menurut

pendapatmu.

Tuliskan satuan energi yang kamu

ketahui.

Kerjakanlah di buku latihanmu.

Soal Penguasaan Materi 10.1

B. Bentuk-Bentuk Energi

Energi yang paling besar adalah energi matahari. Tuhan

telah menciptakan Matahari khusus untuk kesejahteraan

umat manusia. Jarak Matahari ke Bumi yang telah diatur

pada jarak 149.600 juta kilometer memungkinkan energi

panas yang diterima manusia di Bumi tidak membahayakan.

Energi panas dari sinar matahari sangat bermanfaat bagi

Bumi dan dapat menghasilkan energi-energi yang lain di

muka Bumi ini. Caranya adalah dengan mengubah energi

matahari menjadi energi yang lain, seperti energi kimia,

energi listrik, energi bunyi, dan energi gerak.

1. Energi Kimia

Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam

persenyawaan kimia. Makanan banyak mengandung energi

kimia yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia. Energi

kimia pun terkandung dalam bahan minyak bumi yang

sangat bermanfaat untuk bahan bakar. Baik energi kimia

dalam makanan maupun energi kimia dalam minyak bumi

berasal dari energi matahari.

Energi cahaya matahari sangat diperlukan untuk proses

fotosintesis pada tumbuhan sehingga mengandung energi

kimia. Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga

mereka akan memiliki energi tersebut. Tumbuhan dan hewan

yang mati milyaran tahun yang lalu menghasilkan minyak

185

Energi dan Perubahannya

bumi. Energi kimia dalam minyak bumi sangat bermanfaat

untuk menggerakkan kendaraan, alat-alat pabrik, ataupun

kegiatan memasak.

2. Energi Listrik

Energi listrik merupakan salah satu bentuk energi yang

paling banyak digunakan. Energi ini dipindahkan dalam

bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor

yang disebut arus listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi

bentuk energi yang lain seperti energi gerak, energi cahaya,

energi panas, atau energi bunyi.

Sebaliknya, energi listrik dapat berupa hasil perubahan

energi yang lain, misalnya dari energi matahari, energi gerak,

energi potensial air, energi kimia gas alam, dan energi uap.

3. Energi Panas

Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari

Matahari. Sinar matahari dengan panasnya yang tepat dapat

membantu manusia dan makhluk hidup lainnya untuk hidup

dan berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasil

perubahan energi yang lain, seperti dari energi listrik, energi

gerak, dan energi kimia. Energi panas dimanfaatkan untuk

membantu manusia melakukan usaha seperti menyetrika

pakaian, memasak, dan mendidihkan air.

4. Energi Mekanik

Ketika kamu memerhatikan sebuah mangga yang

bergantung di pohonnya, mungkin kamu mengharapkan buah

mangga tersebut jatuh dari pohonnya. Mengapa buah mangga

itu dapat jatuh dari pohonnya? Untuk melakukan kerja supaya

dapat jatuh dari pohonnya, buah mangga harus memiliki energi.

Energi apakah itu? Ketika buah mangga jatuh, dia bergerak ke

bawah sampai mencapai tanah. Energi apakah yang terkandung

ketika buah mangga bergerak jatuh?

Dari peristiwa tersebut terdapat dua buah jenis energi

yang saling memengaruhi, yaitu energi yang diakibatkan oleh

ketinggian dan energi karena benda bergerak. Energi akibat

perbedaan ketinggian disebut energi potensial gravitasi,

sedangkan energi gerak disebut energi kinetik (energi gerak).

Energi mekanik merupakan penjumlahan dari energi

potensial dan energi kinetik. Secara matematis persamaan

energi mekanik dapat dituliskan sebagai berikut.

Sumber

www.wvic.com

Gambar 10.3

Generator arus listrik bolak-

balik pada Pembangkit Listrik

Tenaga Air (PLTA) merupakan

salah satu sumber energi listrik.

Gambar 10.4

Buah mangga yang bergantung

di pohon memiliki energi

potensial. Ketika jatuh, energi

tersebut berubah menjadi

energi kinetik.

186

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

= E

+ E

(10–1)

dengan:

energi mekanik ( J)

energi potensial ( J)

= energi kinetik ( J)

a. Energi Potensial

Telah kamu ketahui bahwa energi potensial gravitasi

adalah energi akibat perbedaan ketinggian. Apakah energi

ini diakibatkan oleh ketinggian saja? Untuk mengetahuinya,

kerjakanlah Tugas 10.2 berikut.

Tugas 10.2

Tariklah sebuah karet gelang oleh kedua tanganmu, lalu

lepaskan. Apakah yang terjadi?

Gantungkan sebuah beban pada sebuah pegas atau tali

karet. Tariklah beberapa cm ke bawah, lalu lepaskan.

Apakah yang terjadi?

Energi apakah yang terkandung pada kegiatan di atas? Jelaskan

pendapatmu dan diskusikan dengan teman-temanmu.

Buah kelapa yang bergantung di pohonnya menyimpan

suatu energi yang disebut energi potensial. Energi potensial

yang dimiliki buah kelapa diakibatkan oleh adanya gaya tarik

bumi sehingga jatuhnya selalu menuju ke pusat Bumi. Energi

potensial akibat gravitasi Bumi disebut energi potensial

gravitasi. Energi potensial gravitasi pun bisa diakibatkan oleh

tarikan benda-benda lain seperti tarikan antarplanet. Adapun

energi potensial yang dimiliki suatu benda akibat pegas atau

karet yang kamu regangkan disebut energi potensial pegas.

Energi potensial gravitasi dimiliki oleh benda yang berada

pada ketinggian tertentu dari permukaan bumi. Energi

potensial pegas muncul akibat adanya perbedaan kedudukan

dari titik kesetimbangannya. Titik kesetimbangan adalah

titik keadaan awal sebelum benda ditarik.

Untuk mengetahui besarnya energi potensial gravitasi,

lakukanlah kegiatan Ayo Coba 10.1 berikut.

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

Ayo Coba 10.1

Tujuan

Mengetahui besar energi potensial gravitasi suatu benda

Alat dan bahan

Kelereng kecil, kelereng besar, dan plastisin (lilin mainan)

Cara kerja

Siapkan alat dan bahan.

Jatuhkan kelereng besar dari ketinggian setengah meter tepat

di atas plastisin. Amati bekas yang terjadi pada plastisin.

187

Energi dan Perubahannya

Hasil kegiatan Ayo Coba 10.1

menunjukkan bahwa

besarnya energi potensial gravitasi sebanding dengan

ketinggian (

) dan massa benda (

dan

(10–2)

Selain kedua besaran itu, energi potensial gravitasi

dipengaruhi oleh percepatan gravitasi (

) sehingga dapat

dibuat persamaan energi potensial gravitasi sebagai berikut.

= mgh

(10–3)

dengan:

= energi potensial ( J)

= massa benda (kg)

= konstanta gravitasi (m/s

)

= ketinggian (m)

Gambar 10.5

Sebuah kelereng dijatuhkan di

atas plastisin pada ketinggian

berbeda.

Ulangi kegiatan tersebut dengan menjatuhkan kelereng

yang sama tepat di atas plastisin pada ketinggian satu meter.

Amati kembali bekas yang ditunjukkan pada platisin. Catat

perbedaan yang terjadi pada kedua kegiatan tersebut.

Ulangi kegiatan di atas dengan menjatuhkan kelereng kecil

di atas plastisin pada ketinggian satu meter. Amati bekas

yang terjadi pada plastisin. Catat perbedaannya dengan

bekas kelereng yang besar.

Pertanyaan

Manakah bekas kelereng yang lebih dalam pada plastisin jika

kelereng yang sama dijatuhkan dari ketinggian yang berbeda?

Manakah energi potensial yang lebih besar?

Apabila kelereng itu dijatuhkan semakin tinggi, apakah yang

terjadi pada besar energi potensialnya?

Kelereng yang manakah yang memiliki energi potensial lebih

besar pada ketinggian yang sama?

Bagaimanakah besar energi potensial yang dimiliki benda

jika massanya semakin besar?

Berilah kesimpulan dari hasil jawabanmu.

Sebuah buku bermassa 0,5 kg berada di atas rak lemari pada

ketinggian 2 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s

, berapakah energi

potensial yang dimiliki buku pada ketinggian tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

= 0,5 kg

= 2 m

= 10 m/s

Ditanyakan:

Jawab:

mgh

= (0,5 kg)(2 m)(10 m/s

)

= 10 joule

Jadi, energi potensial yang dimiliki buku tersebut sebesar 10 joule.

Contoh Soal 10.1

Galileo Galilei

(1564–1642)

Galileo Galilei

seorang

sarjana Italia, adalah salah satu

fisikawan

modern

pertama.

Ia melakukan

percobaan

dengan benda yang jatuh

dan menggelinding menuruni

tempat yang terjal. Walaupun

mungkin

ia belum memahami

apapun tentang energi,

tampaknya

ia merasakan

adanya gagasan mengenai

energi potensial.

Sumber:

antwrp.gsfc.nasa;

en.wikipedia.org

Ilmuwan

IPA

188

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

b. Energi Kinetik

Suatu ketika, ada seorang pelaut malang yang terdampar

di pulau kecil. Dia berpikir hanya dengan tiga cara dia dapat

mencari bantuan. Pertama, dia dapat menerbangkan layang-

layang dan berharap ada kapal yang melihat layang-layang

tersebut. Kedua, dia menyimpan pesan dalam botol dan

membiarkannya mengapung di atas air sampai ada orang

yang menemukannya. Ketiga, dia membuat rakit untuk

mencoba pergi dari pulau itu.

Gagasan pelaut itu bergantung pada satu jenis energi

yang bekerja, yaitu energi akibat gerakan angin yang akan

membuat layangan dapat mengapung, botol dapat bergerak

dibawa ombak, dan rakit dapat melaju. Sesuatu yang

bergerak, misalnya angin dan air, memiliki kemampuan yang

dapat digunakan untuk menarik atau mendorong sesuatu.

Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut energi

kinetik. Kamu pun memiliki energi kinetik apabila bergerak.

Ketika kamu menaiki sepeda dengan laju yang besar, tiba-

tiba dihadapanmu terdapat batu besar yang menghalangi

jalan. Tanpa ragu-ragu, kamu akan segera mengerem

sepedamu. Sesaat badanmu terhentak sampai akhirnya

berhenti. Hentakan yang kamu rasakan pada saat mengerem

sepedamu itu disebut energi kinetik. Jika kamu mengajak

temanmu menaiki sepeda tersebut, tentu kamu akan labih

keras lagi mengerem sepedamu. Oleh karena massa orang

yang menaiki sepeda lebih besar dari sebelumnya, dapat

diambil kesimpulan bahwa energi kinetik bergantung

pada massa benda dan kecepatan benda tersebut. Secara

matematis, energi kinetik suatu benda dapat ditulis sebagai

berikut.

(10–4)

dengan:

= energi kinetik ( J)

= massa (kg)

= kecepatan (m/s)

Gambar 10.6

Gagasan pelaut,

(a) menerbangkan layang-

layang, (b) menyimpan pesan

dalam botol, dan

Informasi

IPA

Dinamo adalah mesin

pengubah energi mekanik

menjadi energi listrik.

Zenobe Theophile

Gramme

(1826–1901)

yang berasal dari Belgia

menciptakan dinamo

pertama pada 1870. Oleh

karena itu, dinamo ini

dinamakan dengan dinamo

Gramme. Dinamo ini

menghasilkan arus searah.

Sumber:

www.germes-online.com;

Jendela Iptek: Energi,

1997

189

Energi dan Perubahannya

C. Perubahan Bentuk-Bentuk

Energi

Energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat

dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke

bentuk yang lain. Pada umumnya, manfaat energi akan terlihat

setelah berubah bentuk menjadi energi yang lain. Misalnya,

energi listrik akan bermanfaat ketika berubah bentuk menjadi

energi cahaya atau panas. Untuk memahami perubahan bentuk

energi ini, lakukanlah kegiatan Ayo Coba 10.2

berikut.

Sebuah kelereng yang massanya 10 g mula-mula diam, kemudian

bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Berapakah energi kinetik yang

dimiliki kelereng yang sedang bergerak?

Penyelesaian:

Diketahui:

= 10 g = 0,01 kg

= 5 m/s

Ditanyakan:

Jawab:

)(

)

= 0,125 joule

Jadi, energi kinetik yang dimiliki kelereng sebesar 0,125 joule.

Contoh Soal 10.2

Tuliskan bentuk-bentuk energi yang kamu

ketahui.

Energi kimia dari minyak bumi adalah

energi yang banyak dimanfaatkan untuk

bahan bakar. Apabila energi ini terus-

menerus dieksplorasi atau diambil, dapat

mengakibatkan persediaannya menipis.

Bagaimanakah sikapmu terhadap peng

gunaan energi ini?

Seorang anak melepaskan bola bermassa

20 g dari jendela. Berapakah ketinggian

jendela tersebut jika energi potensial

yang dimiliki bola sebesar 5 joule dan

percepatan gravitasi 10 m/s

Budi melempar bola dan ditangkap oleh

Dani. Jika massa bola tersebut 30 g dan

energi kinetik bola sampai di tangan Dani

sebesar 0,5 joule, berapakah kecepatan

bola ketika sampai di tangan Dani?

Kerjakanlah di buku latihanmu.

Soal Penguasaan Materi 10.2

190

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

Ayo Coba 10.2

Tujuan

Memahami perubahan bentuk energi

Alat dan bahan

Sebuah lampu 3 volt DC, sakelar, baterai, dan kabel secukupnya

Cara kerja

Siapkan alat dan bahan.

Rangkaikan alat dan bahan menjadi rangkaian, seperti pada

Gambar 10.7.

Sambungkan sakelar. Apakah yang terjadi pada lampu?

Peganglah lampu. Apakah yang kamu rasakan?

Pertanyaan

Perubahan energi apa sajakah yang terjadi pada peristiwa

tersebut?

Berilah kesimpulanmu dari kegiatan ini.

Gambar 10.7

Dapatkah kamu membuktikan

adanya perubahan energi pada

rangkaian di atas?

Untuk lebih memahami perubahan bentuk energi, lakukanlah

kegiatan sederhana pada Tugas 10.3

berikut. Kemudian, diskusi

kan

dengan teman-teman dan guru Fisikamu.

Tugas 10.3

Gosok-gosokkan kedua telapak tanganmu beberapa saat.

Apakah yang kamu rasakan?

Perubahan bentuk energi apakah yang terjadi pada

peristiwa tersebut?

Jatuhkan sebuah kaleng dari ketinggian tertentu. Apakah

yang terjadi?

Perubahan energi apa sajakah yang terjadi pada peristiwa

tersebut?

Key Point

Hal Penting

Energi

adalah kemam-

puan untuk melaku kan kerja.

Satuan SI untuk energi adalah

joule (J).

Energy is the capacity to do

work. The SI unit for energy is

the joule (J).

Matahari sebagai sumber energi terbesar yang diciptakan

Tuhan telah mengalami beberapa perubahan bentuk energi

yang sangat bermanfaat bagi kehidupan umat manusia.

Misalnya, energi panas dan energi cahaya matahari menyinari

tumbuhan sehingga tumbuhan dapat melakukan fotosintesis.

Dengan demikian, tumbuhan memiliki energi kimia. Tumbuhan

dimakan manusia atau hewan sehingga manusia atau tumbuhan

memiliki energi untuk melakukan usaha.

Beberapa kegiatan tersebut menunjukkan bahwa energi

dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang

lain. Energi kimia yang terkandung dalam batu baterai dapat

mengalirkan muatan listrik jika dihubungkan dengan kabel.

Jika aliran listrik tersebut melalui sebuah lampu, lampu akan

menyala dan lama kelamaan lampu menjadi panas. Pada

peristiwa tersebut, telah terjadi beberapa perubahan energi,

191

Energi dan Perubahannya

antara lain energi kimia, energi listrik, energi cahaya, dan energi

panas. Ketika kedua telapak tanganmu digosok-gosokkan,

lama-kelamaan telapak tanganmu akan terasa panas. Hal ini

menunjukkan bahwa pada telapak tanganmu telah terjadi

perubahan energi dari energi gerak menjadi energi panas.

= maksimum

= 0

= maksimum

Gambar 10.8

Bola dilempar vertikal.

Kamu sedang makan dan minum susu

sebelum berangkat ke sekolah. Perubahan

energi apa sajakah yang terjadi pada

peristiwa tersebut?

Ayah sedang mengendarai mobil menuju

ke kantor. Perubahan energi apa sajakah

yang terjadi pada peristiwa tersebut?

Ibu sedang memasak sayuran dan lauk

pauk. Perubahan energi apa sajakah yang

terjadi pada peristiwa tersebut?

Ibu sedang menyetrika pakaian. Perubahan

energi apa sajakah yang terjadi pada

peristiwa tersebut?

Kerjakanlah di buku latihanmu.

Soal Penguasaan Materi 10.3

D. Hukum Kekekalan Energi

Berasal dari manakah energi yang kamu gunakan untuk

melakukan kegiatan sehari-hari? Berubah menjadi energi

apakah yang telah kamu gunakan tersebut? Apakah manusia

dapat membuat mesin yang dapat melakukan kerja terus-

menerus tanpa menggunakan bahan bakar? Pertanyaan-

pertanyaan tersebut merupakan beberapa pertanyaan yang

berhubungan dengan energi yang mungkin sering kamu

tanyakan pada dirimu sendiri.

Coba kamu lemparkan sebuah bola vertikal ke atas dan

amati sampai jatuh lagi ke lantai, seperti pada Gambar 10.8.

Ketika bola bergerak ke atas, kecepatan bola semakin lama

semakin melambat dan ketinggian bola semakin besar. Pada

ketinggian tertentu, bola berhenti sesaat dan kembali lagi

ke bawah dengan kecepatan yang semakin besar. Peristiwa

tersebut menunjukkan bahwa energi gerak semakin lama

semakin kecil sampai menjadi nol ketika berhenti sesaat pada

ketinggian tertentu. Ke manakah energi gerak tersebut?

Energi gerak (

) tersebut ternyata berubah menjadi

energi potensial gravitasi (

) sampai akhirnya mencapai

maksimum. Begitu pula sebaliknya, energi potensial gravitasi

semakin kecil ketika bola tersebut bergerak ke bawah. Adapun

energi geraknya semakin besar dan mencapai maksimum

ketika sampai di lantai, tetapi energi potensial gravitasinya

menjadi nol ketika sampai di lantai. Setelah diam di lantai,

semua energi mekanik benda habis. Tahukah kamu, kemana

perginya? Apakah yang dapat kamu simpulkan? Adakah

energi yang hilang?

192

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

Ayo Coba 10.3

Kegiatan tersebut menunjukkan bahwa energi bersifat

kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat

dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk energi

menjadi bentuk energi yang lain. Pernyataan tersebut dikenal

dengan Hukum Kekekalan Energi.

Telah kamu ketahui bahwa energi mekanik merupakan

penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik.

= E

+ E

Apabila benda selama bergerak naik dan turun hanya

dipengaruhi oleh gaya gravitasi, besar energi mekanik selalu

tetap. Dengan kata lain, jumlah energi potensial dan energi

kinetik selalu tetap. Pernyataan itu disebut Hukum Kekekalan

Energi Mekanik.

Tujuan

Mengidentifikasi pengertian usaha

Alat dan bahan

Sebuah buku dan meja tulis

Sebuah benda memiliki energi potensial

100 J jatuh dari ketinggian tertentu.

Berapakah energi kinetik benda saat

mencapai tanah?

Buah jambu yang bergantung di ketinggian

2 meter dari tanah, tiba-tiba jatuh. Amir

yang menemukan buah jambu tersebut

menimbangnya, ternyata massanya 200 g.

Jika percepatan gravitasi di tempat itu

10 m/s

. Hitunglah:

energi potensial dan energi kinetik

yang dimiliki buah jambu ketika

masih bergantung,

energi potensial, energi kinetik

dan kecepatan buah jambu pada

ketinggian 1 meter,

energi kinetik dan kecepatan saat

mencapai tanah, dan

energi mekanik pada ketinggian 2 meter,

1 meter, dan saat di tanah.

Kerjakanlah di buku latihanmu.

Soal Penguasaan Materi 10.4

E. Usaha

Dalam kehidupan sehari-hari, pengertian usaha identik

dengan kemampuan untuk meraih sesuatu. Misalnya, usaha

untuk bisa naik kelas atau usaha untuk mendapatkan nilai

yang besar. Namun, apakah pengertian usaha menurut ilmu

Fisika? Untuk mengetahuinya lakukanlah kegiatan Ayo Coba

10.3

berikut.

193

Energi dan Perubahannya

Berdasarkan kegiatan Ayo Coba 10.3, dapat diketahui

bahwa ketika benda didorong ada yang berpindah tempat dan

ada pula yang tetap di tempatnya. Ketika kamu mendorong atau

menarik suatu benda, berarti kamu telah memberikan gaya

pada benda tersebut. Oleh karena itu, usaha sangat dipengaruhi

oleh dorongan atau tarikan (gaya). Menurut informasi tersebut,

jika setelah didorong benda itu tidak berpindah, gayamu tidak

melakukan usaha. Dengan kata lain, usaha juga dipengaruhi

oleh perpindahan. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa

usaha dihasilkan oleh gaya yang dikerjakan pada suatu benda

sehingga benda itu berpindah tempat.

Bagaimanakah ketika kamu mendorong dinding

kelasmu? Apakah dinding berpindah tempat? Walaupun

kamu telah sekuat tenaga mendorongnya, tetapi dinding

tetap ditempatnya. Oleh sebab itu, menurut Fisika gayamu

dikatakan tidak melakukan usaha.

Apabila gaya disimbolkan dengan

dan perpindahan

dengan

, secara matematis usaha dituliskan dalam

persamaan berikut.

W = F s

(10–5)

dengan:

= usaha ( J)

= gaya (N)

perpindahan (m)

Persamaan (10–5)

berlaku untuk gaya yang arahnya sama

dengan perpindahan, seperti terlihat pada Gambar 10.10.

Usaha memiliki satuan yang sama dengan energi, yaitu

joule. Dengan ketentuan bahwa 1 joule sama dengan besar usaha

yang dilakukan oleh gaya sebesar 1 N dengan perpindahan 1 m.

Cara kerja

Ambillah sebuah buku temanmu, lalu letakkan di atas mejamu.

Doronglah meja tulismu sampai berpindah tempat.

Doronglah dinding kelasmu sekuat tenaga.

Pertanyaan

Besaran apakah yang memengaruhi besaran usaha?

Bagaimanakah besaran-besaran itu memengaruhi usaha

menurut perkiraanmu?

Gambar 10.9

Beberapa kegiatan yang

berhubungan dengan usaha,

seperti

(a) mengangkat buku,

(b) mendorong meja, dan

Gambar 10.10

Arah gaya yang diberikan

pada balok searah dengan

perpindahannya.

194

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

Kamu sudah mengetahui usaha yang dilakukan untuk

memindahkan sebuah benda ke arah horisontal, tetapi

bagaimanakah besarnya usaha yang dilakukan untuk

memindahkan sebuah benda ke arah vertikal? Memindahkan

benda secara vertikal memerlukan gaya minimal untuk

mengatasi gaya gravitasi bumi yang besarnya sama dengan

berat suatu benda. Secara matematis gaya tersebut dapat

ditulis sebagai berikut.

F = m g

(10–6)

Karena perpindahan benda ke arah vertikal sama dengan

ketinggian benda (

), dengan memasukkan Persamaan (10–6)

ke dalam Persamaan (10–5)

diperoleh usaha yang dilakukan

terhadap benda tersebut sebagai berikut.

W = F s

W = m g h

(10–7)

dengan:

= usaha ( J)

massa (kg)

= percepatan gravitasi (N/kg)

perpindahan atau ketinggian (m)

Sebuah benda yang massanya 2 kg diangkat vertikal sampai

ketinggian 1 m. Apabila percepatan gravitasi di tempat tersebut

10 m/s

, hitunglah besarnya usaha untuk memindahkan benda

tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui:

= 2 kg

= 1 m

= 10 m/s

Rizki mendorong meja dengan gaya 100 N sehingga meja bergeser

sejauh 2 m. Hitung usaha yang dilakukan Rizki.

Penyelesaian:

Diketahui:

= 100 N

= 2 m

Ditanya:

= ?

Jawab:

W = F s

= (100 N)(2 m)

= 200 J

Jadi, usaha yang dilakukan Rizki sebesar 200 joule.

Contoh Soal 10.3

Contoh Soal 10.4

Ilmuwan

IPA

Hermann V Helmholtz

(1821–1894)

Pada

1947 seorang

ilmuwan

Jerman bernama

Hermann Von

Helmholtz

menjadi

orang

pertama

yang menjelaskan

kekekalan energi dengan

gemilang.

Ia mengatakan

bahwa

segala energi alamiah bersifat

“hidup”

(energi gerak) atau

“tersimpan”

(energi potensial)

dan dapat saling dipertukarkan.

Kata energi baru diberi makna

ilmiah seperti sekarang

sejak

pertengahan

abad ke-19.

Sumber:

en.wikipedia.org

195

Energi dan Perubahannya

F. Hubungan antara Usaha dan

Energi

Kamu sudah mengetahui bahwa energi adalah kemampuan

melakukan usaha. Definisi tersebut menunjukkan bahwa usaha

memiliki kaitan yang erat dengan energi. Untuk dapat mengetahui

kaitan energi dengan usaha, kerjakanlah Tugas 10.4 berikut.

Ditanyakan

Jawab:

mgh

= (2 kg)(10 m/s

)(1 m)

= 20 J

Jadi, usaha untuk memindahkan benda sebesar 20 joule.

Ketika gayamu berusaha mendorong mobil sehingga

bergerak, berarti telah terjadi perubahan energi dari energi

yang dikeluarkan olehmu menjadi energi gerak.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa ketika gaya melakukan

usaha pada sebuah benda maka akan terjadi perubahan

energi pada benda tersebut. Usaha yang dilakukan pada

sebuah benda yang bergerak horisontal menyebabkan

perubahan energi kinetik. Dengan demikian, besarnya

usaha sama dengan perubahan energi kinetik benda. Secara

matematis ditulis sebagai berikut.

W = ∆ E

W = E

– E

(10–8)

Seorang anak menarik gerobak dengan

gaya 50 N searah dengan perpindahannya.

Jika gerobak berpindah sejauh 5 m, berapa

usaha yang dilakukan anak tersebut?

Rizki dan Rizal sedang mendorong sebuah

lemari. Untuk berpindah sejauh 2 m

diperlukan usaha sebesar 1 kJ. Jika rizal

memberikan gaya 150 N, berapakah gaya

yang harus diberikan Rizki?

Kerjakanlah di buku latihanmu.

Soal Penguasaan Materi 10.5

Tugas 10.4

Angkat bukumu sampai ketinggian 0,5 meter. Pada

saat gayamu melakukan usaha mengangkat buku sampai

setengah meter, apakah terjadi perubahan energi? Jelaskan.

Doronglah sebuah buku sejauh setengah meter. Pada saat

gayamu melakukan usaha pada buku tersebut, apakah

terjadi perubahan energi? Jelaskan.

Dari kegiatan di atas, apakah hubungan antara usaha dan

energi? Berilah kesimpulan.

196

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

dengan:

= usaha ( J)

perubahan energi kinetik ( J)

= energi kinetik akhir ( J)

= energi kinetik awal ( J)

Ketika kamu mengangkat sebuah balok, kamu akan

memberikan gaya dorong terhadap balok. Pada saat ke atas,

berlaku:

tangan

m g h

Saat ke bawah:

gravitasi

–m g h

Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi (benda

yang bergerak vertikal) sama dengan perubahan energi

potensial gravitasi. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

W = ∆ E

W = E

– E

W = m g (h

– h

)

(10–9)

dengan:

= usaha ( J)

∆E

perubahan energi potensial ( J)

energi potensial awal ( J)

energi potensial akhir ( J)

G. Pesawat Sederhana

Setiap hari kamu pasti selalu melakukan usaha. Ada

yang mudah dan ada pula yang sulit. Oleh karena itu, kadang-

kadang kamu memerlukan suatu alat sederhana yang dapat

membantumu melakukan usaha. Alat itu disebut dengan

pesawat sederhana. Misalnya, kamu akan menancapkan paku

pada kayu, tentu akan sulit tanpa palu. Begitu pula ketika

kamu akan membuka baut, akan kesulitan apabila tanpa

bantuan kunci pembukanya. Pesawat sederhana banyak

sekali jenisnya dan semuanya dibuat untuk memudahkan

kamu melakukan usaha. Prinsip kerja pesawat sederhana

dikelompokkan menjadi beberapa bagian, di antaranya tuas,

katrol, dan bidang miring. Marilah kita bahas satu persatu.

Gambar 10.11

Benda diangkat dengan gaya

dorong

tangan

gravitasi

Gambar 10.12

Peralatan pesawat sederhana,

seperti

(a) tuas,

(b) katrol, dan

197

Energi dan Perubahannya

1. Tuas

Gambar 10.13 memperlihatkan beberapa anak yang

sedang bermain jungkat-jungkit. Jungkat-jungkit adalah

sejenis pesawat sederhana yang disebut pengungkit atau

tuas. Tuas memiliki banyak kegunaan, di antaranya adalah

untuk mengangkat atau memindahkan benda yang berat.

Gambar 10.14 merupakan tuas yang digunakan orang

untuk memindahkan sebuah batu yang berat. Berat beban

yang akan diangkat disebut gaya beban (

) dan gaya yang

digunakan untuk mengangkat batu atau beban disebut gaya

kuasa (

). Jarak antara penumpu dan beban disebut lengan

beban (

) dan jarak antara penumpu dengan kuasa disebut

lengan kuasa (

Hubungan antara besaran-besaran tersebut menunjukkan

bahwa perkalian gaya kuasa dan lengan kuasa (

) sama dengan

gaya beban dikalikan dengan lengan beban (

). Artinya besar

usaha yang dilakukan kuasa sama dengan besarnya usaha yang

dilakukan beban. Oleh sebab itu, pada tuas berlaku persamaan

sebagai berikut.

= F

(10–10)

dengan:

= gaya kuasa (N)

= gaya beban (N)

lengan kuasa (m)

lengan beban (m)

Keuntungan pada pesawat sederhana disebut

Keuntungan Mekanis (

). Secara umum keuntungan

mekanis didefinisikan sebagai perbandingan gaya beban

dengan gaya kuasa

sehingga keuntungan mekanis

pada tuas atau pengungkit bergantung pada panjang

masing-masing lengan. Semakin panjang lengan kuasanya,

semakin besar keuntungan mekanisnya. Secara matematis

keuntungan mekanis ditulis sebagai berikut.

(10–11)

Gambar 10.13

Anak-anak yang sedang

bermain jungkat-jungkit.

Gambar 10.14

Penggunaan tuas

Perhatikan gambar berikut.

3,5 m

= 300 N

Jika panjang tuas 4 m,

keuntungan mekanisnya

adalah ....

(

UN 2007

)

a. 2

b. 6

c. 7

d. 8

Jawaban (c)

Lengan kuasa (



) = 3,5 m

Lengan beban (



) = 4 – 3,5

= 0,5 m



Pembahasan UN

198

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

Berdasarkan letak titik tumpunya, tuas atau pengungkit

diklasifikasikan menjadi tiga golongan, yaitu sebagai berikut.

a. Tuas Golongan Pertama

Titik tumpu berada di antara titik beban dan titik kuasa,

seperti terlihat pada Gambar 10.15. Contohnya gunting, tang

pemotong, gunting kuku, dan linggis.

Titik tumpu

Gaya

Beban

b. Tuas Golongan Kedua

Titik beban berada di antara titik tumpu dan titik kuasa.

Contoh tuas jenis ini, di antaranya adalah gerobak beroda

satu, pemotong kertas, dan pelubang kertas.

Gambar 10.15

a) Tuas golongan pertama

dan b) gunting kuku.

Sebuah pengungkit dengan panjang 3 m digunakan untuk

mengangkat batu yang beratnya 2.000 N. Jika panjang lengan kuasa

2,5 m, hitunglah:

gaya kuasa yang harus diberikan untuk mengangkat batu;

keuntungan mekanis tuas.

Penyelesaian:

Diketahui:

= 3 m

= (3 m – 2,5 m) = 0,5 m

= 2.000 N

= 2,5 m

Ditanya:

a. gaya kuasa

keuntungan mekanis

Jawab:

= F

000

)(0

= 400 N

keuntungan mekanis

000

400

000

Contoh Soal 10.5

199

Energi dan Perubahannya

Titik tumpu

Beban

Gaya

c. Tuas Golongan Ketiga

Titik kuasa berada di antara titik tumpu dan titik beban.

Contoh tuas jenis ini adalah lengan, alat pancing, dan sekop.

Gaya

Titik tumpu

Beban

2. Katrol

Katrol digunakan untuk mengambil air atau mengangkat

beban yang berat. Katrol merupakan pesawat sederhana yang

dapat memudahkan melakukan usaha. Katrol dibedakan

menjadi tiga jenis, yaitu katrol tetap, katrol bergerak, dan

katrol berganda.

a. Katrol Tetap

Bagian-bagian katrol tetap diperlihatkan pada

Gambar

10.18.

keterangan:

gaya beban

gaya kuasa

AO = lengan beban

= OB = lengan kuasa

Katrol berfungsi untuk membelokkan gaya sehingga berat

beban tetap sama dengan gaya kuasanya tetapi dapat dilakukan

dengan mudah. Keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan

satu. Katrol tetap digunakan untuk menimba air. Berdasarkan

Persamaan (10–10),

diketahui bahwa

= F

Oleh karena

= l

(10–12)

= F

(10–13)

sehingga keuntungan mekanisnya adalah

(10–14)

Gambar 10.16

a) Tuas golongan kedua

dan b) pemotong kertas.

Gambar 10.17

a) Tuas golongan ketiga.

dan b) sekop.

Gambar 10.18

Katrol tetap

200

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

b. Katrol Tunggal Bergerak

Prinsip katrol tunggal bergerak hampir sama dengan

tuas jenis kedua, yaitu titik beban berada di antara titik

tumpu dan titik kuasa.

Perhatikan Gambar 10.19. Titik tumpu katrol tunggal

bergerak berada di titik

. Lengan beban

adalah jarak

dan lengan kuasa

adalah jarak

. Dengan demikian,

berlaku persamaan sebagai berikut.

= 2

(10–15)

Jadi, keuntungan mekanis katrol tunggal bergerak adalah:

(10–16)

Adapun besar gaya kuasa yang harus dilakukan untuk

mengangkat beban adalah

= F

(

) = F

(10–17)

c. Katrol Majemuk atau Katrol Berganda

Manusia selalu berusaha mencari tahu bagaimana

caranya agar benda-benda yang relatif besar dan berat dapat

diangkat dengan kerja yang dilakukan lebih mudah. Dengan

prinsip katrol bergerak, hal tersebut mudah dilakukan.

Katrol majemuk merupakan gabungan dari beberapa katrol

sehingga kerja yang dilakukan semakin mudah.

Keuntungan mekanis dari katrol majemuk bergantung

pada banyaknya tali yang dipergunakan untuk mengangkat

beban. Pada Gambar 10.20 dapat kamu lihat empat tali

digunakan untuk mengangkat beban. Jadi, keuntungan

mekanisnya sama dengan 4. Jika kamu akan mengangkat

beban 100 N, cukup dengan gaya 25 N saja benda sudah

terangkat.

3. Bidang Miring

Ketika di pasar, mungkin kamu pernah melihat orang

yang sedang menaikkan drum berisi minyak ke atas sebuah

truk. Pesawat sederhana apakah yang mereka gunakan?

Bidang miring merupakan alat yang sangat efektif untuk

memudahkan kerja.

Untuk mengetahui peran bidang miring lebih memudah

kan kerja lakukanlah kegiatan Ayo Coba 10.4 berikut.

Gambar 10.19

Katrol tunggal bergerak

Gambar 10.20

Katrol majemuk yang terdiri

atas empat katrol.

Gambar 10.21

Orang yang sedang menaikkan

drum ke

atas truk dengan

bidang miring.

W = F

3 4

201

Energi dan Perubahannya

Ayo Coba 10.4

Keuntungan mekanis bidang miring bergantung pada

panjang landasan bidang miring dan tingginya. Semakin

kecil sudut kemiringan bidang, semakin besar keuntungan

mekanisnya atau semakin kecil gaya kuasa yang harus

dilakukan. Keuntungan mekanis bidang miring adalah

perbandingan panjang (

) dan tinggi bidang miring (

(10–18)

Dalam kehidupan sehari-hari, penggunaan bidang miring

terdapat pada tangga, lereng gunung, dan jalan di daerah

pegunungan. Semakin landai tangga, semakin mudah untuk

dilalui. Sama halnya dengan lereng gunung, semakin landai

lereng gunung maka semakin mudah untuk menaikinya,

walaupun semakin jauh jarak tempuhnya. Jalan-jalan di

pegunungan dibuat berkelok-kelok dan sangat panjang. Hal

ini dilakukan untuk mendapatkan keuntungan mekanis yang

cukup besar agar kendaraan dapat menaikinya dengan mudah.

a. Baji

Baji adalah pesawat sederhana yang prinsip kerjanya

sama dengan bidang miring. Baji merupakan dua bidang

miring yang disatukan.

Tujuan

Mengidentifikasi kegunaan bidang miring

Alat dan bahan

Papan landasan (bidang miring), neraca pegas, balok kayu, dan tali

Cara kerja

Siapkan alat dan bahan.

Ukurlah berat balok kayu dengan neraca pegas secara langsung.

Catat hasilnya pada buku tulismu.

Tariklah balok kayu melalui bidang miring. Catat skala yang

ditunjukkan neraca pegas.

Pertanyaan

Bandingkan hasil pengukuran berat beban secara langsung dan

berat beban dengan bidang miring.

Berilah kesimpulan dari dua cara tersbut. Cara manakah yang

lebih memudahkan kerja?

Gambar 10.22

Mengukur berat balok kayu

dengan menggunakan neraca

pegas.

Gambar 10.23

Keuntungan mekanisme bidang

miring.

Gambar 10.24

Baji (a) tampak seluruhnya dan

(b) tampak dari atas.

202

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

Baji terbuat dari bahan keras, misalnya besi atau baja.

Baji digunakan untuk membelah kayu, membelah batu, atau

benda keras lainnya. Semakin tipis bentuk baji, semakin

mudah kerja yang dilakukan. Gambar 10.25 menunjukkan

alat-alat yang sering kamu jumpai yang menggunakan

prinsip baji.

b. Sekrup

Sekrup adalah alat yang digunakan untuk memudahkan

kerja. Sekrup merupakan bidang miring yang dililitkan pada

sebuah tabung sehingga lilitannya berbentuk spiral. Jarak

antara ulir-ulir lilitan sekrup disebut interval sekrup. Untuk

membuktikan bahwa sekrup merupakan penerapan bidang

miring, kamu bisa mempraktikkan cara berikut.

Buatlah bidang miring dengan kertas, lalu gulung kertas

tersebut pada sebuah pensil. Bagaimanakah hasilnya?

Pesawat sederhana yang sering kamu jumpai dalam

kehidupan sehari-hari yang prinsip kerjanya berdasarkan

sekrup adalah dongkrak mobil mekanik, paku ulir, dan baut.

Gambar 10.25

Prinsip baji digunakan pada (a)

obeng dan (b) paku.

Gambar 10.26

(a) Kertas berbentuk segitiga

dan pensil

(b) Kertas model bidang miring

setelah digulung pada pensil.

Gambar 10.27

Prinsip kerja sekrup digunakan

pada (a) baut, (b) paku ulir, dan

203

Energi dan Perubahannya

Sebuah peti harus dinaikkan ke atas truk. Agar lebih ringan,

digunakan bidang miring yang licin dan panjangnya 4 m. Jika tinggi

truk 1 m dan berat peti 600 N, hitunglah:

gaya yang diperlukan untuk mengangkat peti tersebut,

keuntungan mekanis bidangmiring tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui:

= 4 m

= 1 m

= 600 N

Ditanyakan:

gaya untuk memindahkan peti (

)

keuntungan mekanis bidang miring (

)

Jawab:

()

(

600

)(1

150

Jadi, gaya untuk mengangkat peti adalah 150 N dan keuntungan

mekanisnya adalah 4.

Sebuah pengungkit digunakan untuk

mengangkat batu yang massanya 50 kg.

Jika panjang lengan kuasa 150 cm, lengan

beban 30 cm, dan

= 10 N/kg, hitunglah:

gaya kuasa yang harus diberikan

untuk mengangkat batu tersebut,

keuntungan mekanis.

Termasuk tuas golongan manakah alat-

alat berikut?

Pinset

Kunci pas

Penjepit kertas

Seorang Ibu sedang menimba air yang

massanya 5 kg menggunakan katrol tetap.

Jika percepatan gravitasi

= 10 m/s

hitunglah:

gaya yang diperlukan untuk meng

angkatnya,

keuntungan mekanis katrol tersebut.

Berapakah gaya yang diperlukan untuk

mengangkat air yang massanya 5 kg

dan

= 10 m/s

jika menggunakan katrol

tunggal bergerak?

Mengapa jalan di tanjakan yang cukup

curam dibuat berkelok-kelok?

Jelaskan perbedaan dan persamaan antara

baji dan bidang miring.

Sebuah bidang miring yang panjangnya 5 m

dipergunakan untuk menaikkan sebuah

benda yang beratnya 100 kg. Jika gaya yang

digunakan 200 N dan

= 10 m/s

, hitunglah

tinggi bidang miring dari lantai.

Contoh Soal 10.6

Kerjakanlah di buku latihanmu.

Soal Penguasaan Materi 10.6

204

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

• Energi

adalah

kemampuan

untuk

melaku

kan kerja atau usaha.

• Energi

kimia

adalah

energi

yang

tersimpan

dalam persenyawaan kimia. Energi kimia

terkandung dalam makanan, minyak

bumi, dan baterai.

• Energi

listrik

dapat

berubah

bentuk

menjadi

energi gerak, energi cahaya, energi panas,

dan energi bunyi. Energi listrik merupakan

hasil perubahan energi yang lain, seperti

dari energi matahari, energi gerak, energi

potensial air, energi kimia gas alam, dan

energi uap.

• Energi

panas

merupakan

hasil

perubahan

energi yang lain, seperti energi listrik,

energi gerak, dan energi kimia.

• Enegi

potensial

gravitasi

adalah

energi

akibat perbedaan ketinggian.

= m g h

• Energi

kinetik

adalah

energi

akibat

gerakan.

• Energi

mekanik

adalah

penjumlahan

antara energi potensial dan energi kinetik.

= E

+ E

• Hukum

kekekalan

energi

menyatakan

bahwa

energi tidak dapat diciptakan dan tidak

dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah

dari satu bentuk ke bentuk yang lain.

• Usaha

dihasilkan

oleh

gaya

yang

dikerjakan

pada suatu benda sehingga benda

berpindah tempat sejauh dan searah gaya

adalah:

W = F s

• Usaha

yang

dilakukan

pada

benda

yang bergerak horisontal sama dengan

perubahan energi kinetik.

W = ∆E

• Usaha

yang

dilakukan

pada

benda

yang

bergerak vertikal sama dengan perubahan

energi potensial gravitasi.

W = ∆E

• Pesawat

sederhana

adalah

alat alat sederhana

yang dapat membantu melakukan usaha.

• Pesawat

sederhana

terdiri

atas

tuas,

katrol,

dan bidang miring.

• Tuas

terdiri

atas

tiga golongan,

antara

lain

tuas golongan pertama, tuas golongan

kedua, dan tuas golongan ketiga.

• Pada

tuas berlaku

persamaan

sebagai

berikut.

= F

• Pada

tuas

golongan

pertama,

titik tumpu

berada di antara titik beban dan titik kuasa.

Tuas golongan kedua, titik beban berada

di antara titik tumpu dan titik kuasa. Tuas

golongan ketiga, titik kuasa berada di antara

titik tumpu dan titik beban.

• Katrol

terdiri

atas

katrol

tetap,

katrol

tunggal bergerak, dan katrol berganda

atau majemuk.

• Sekrup

merupakan

bidang

miring

yang

dililitkan pada sebuah tabung sehingga

lilitannya berbentuk spiral, contohnya

dongkrak mobil, paku ulir, dan baut.

Rangkuman

Refleksi

Selamat, kamu telah selesai mempe

lajari

Bab Energi dan Perubahannya. Sangat menarik,

bukan? Energi adalah sumber kehidupan

makhluk hidup di Bumi, tata surya, bahkan di

seluruh jagat raya ini. Tanpa energi maka tidak

ada kehidupan. Energi pula yang menyebabkan

manusia dapat melakukan usaha sehingga

dapat beraktivitas sehari-hari.

Bagaimana pemahamanmu tentang

materi bab ini? Sudahkah kamu memahami

seluruhnya? Manakah yang tidak kamu

mengerti? Ayo diskusikan dengan teman-

temanmu sebelum kamu tanyakan kepada

gurumu.

205

Energi dan Perubahannya

Perubahan energi yang terjadi pada

gambar berikut adalah ....

kimia – listrik – gerak

kimia – listrik – kalor

kimia – listrik – cahaya

listrik – kimia – cahaya

Perubahan energi yang terjadi pada setrika

listrik adalah ....

energi listrik menjadi energi kalor

energi kimia menjadi energi kalor

energi listrik menjadi energi cahaya

energi listrik menjadi energi gerak

Buah jeruk massanya 200 g tergantung di

pohon yang tingginya 2 m. Jika percepatan

gravitasi di tempat tersebut 10 N/kg, buah

jeruk tersebut memiliki energi potensial

sebesar ....

4000 joule

40 joule

400 joule

4 joule

Sebuah benda massanya 2 kg bergerak

dengan kecepatan 2 m/s

. Energi kinetik

yang dimiliki benda adalah ....

2 joule

6 joule

4 joule

8 joule

Keuntungan-keuntungan pemakaian sum

ber

energi yang dapat diperbarui di antaranya :

sedikit menimbulkan polusi;

biaya terjangkau masyarakat;

tidak banyak merusak lingkungan;

menghasilkan daya yang besar.

Pernyataan yang paling tepat adalah

nomor ....

Pada gambar tersebut tampak sebuah

timbangan dalam keadaan seimbang. Jika

massa benda 15 kg dan masing-masing

anak timbangan massanya sama, massa

setiap timbangan besarnya adalah ....

3 kg

10 kg

5 kg

25 kg

Untuk mengangkat benda-benda yang

sangat berat, lebih efektif menggunakan ....

katrol tetap

katrol tunggal bergerak

katrol berganda

tuas

Jika gesekan tali dan katrol diabaikan, gaya

kuasa untuk mengangkat benda adalah ....

100 N

50 N

150 N

100 N

200 N

Sebuah bidang miring yang panjangnya

3 m digunakan untuk menaikkan drum

setinggi 1 m. Keuntungan mekanis meng-

kan bidang miring adalah ....

10.

Sekrup merupakan contoh dari pesawat

sederhana untuk memudahkan kerja yang

prinsip kerjanya menggunakan ....

A. Pilihlah jawaban yang paling tepat.

Kerjakanlah di buku latihanmu

es Kompetensi Bab 10

206

Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

B. Selesaikan soal-soal berikut dengan benar.

Jelaskan perubahan energi yang terjadi

pada alat berikut.

lampu pijar

kompor gas

mixer

pengocok telur

Pada saat sebuah benda dilemparkan

vertikal ke atas,

energi apakah yang terus membesar?

energi apakah yang terus mengecil?

energi apakah yang besarnya tetap?

Jelaskan mengapa kita harus menghemat

energi. Bagaimana caranya?

Termasuk pesawat sederhana apakah alat-

alat berikut ini?

tang

baut

obeng

Berapakah keuntungan mekanis dari

katrol tetap? Bagaimana katrol tetap

dapat memudahkan kerja kita meskipun

keuntungan mekanisnya kecil.

tuas

katrol tunggal

bidang miring

katrol majemuk

11.

Sebuah bidang miring tingginya 1 m dan

panjangnya 5 m. Jika berat benda yang

akan dipindahkan 1.880 N, gaya yang

diperlukan adalah ....

376 N

940 N

9.400 N

37,6 N

12.

Pada peristiwa buah kelapa yang jatuh

dari pohon, terdapat perubahan energi ....

kimia menjadi kinetik

potensial menjadi kinetik

kinetik menjadi potensial

kinetik menjadi kalor

13.

Semua alat untuk memudahkan usaha

disebut ....

tuas

bidang miring

pesawat sederhana

katrol

14.

Keuntungan mekanis dari katrol tetap

adalah ....

tidak tentu

15.

1 m

4 m

20 N

Pada keadaan seimbang, besar

adalah ....

40 N

80 N

100 N

Perhatikan gambar berikut. Berapakah kecepatan

roller coaster

saat berada di titik B?

= 10 m/s

100 m

50 m

C. Jawablah soal tantangan berikut dengan tepat.