Halaman
ENERGI DAN USAHA
BAB
17
Coba lihat
kembang api itu!
Indah sekali, ya?
Iya, indah sekali.
Bagaimana
sih
proses
terjadinya kembang
api?
Kembang api
terjadi karena adanya
perubahan bentuk
energi kimia menjadi
energi cahaya.
Benarkah?
Omong-omong kita
akan belajar tentang
energi, bukan?
Benar, kita akan
belajar tentang energi
dan perubahannya serta
usaha dan daya.
Bagus! Setelah
mempelajari bab ini kita
akan mengerti tentang energi
dan usaha serta penerapan-
nya dalam kehidupan
sehari-hari.
200
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
P
erhatikan gambar di atas! Pada gambar tampak para pelari yang sedang mengikuti perlombaan.
Pelari tersebut membutuhkan energi yang cukup besar agar dapat berlari dengan cepat. Dari
manakah pelari tersebut mendapatkan sumber energi? Untuk menjawab pertanyaan tersebut simaklah
materi berikut dengan saksama!
Kata kunci:
energi – perubahan bentuk energi – energi mekanik – energi kinetik – energi potensial –
hukum kekekalan energi – usaha – daya
Gambar 17.1
Seorang pelari membutuhkan energi yang besar untuk dapat berlari dengan kencang
A.
Energi
Pelari pada gambar 17.1 di atas dapat berlari karena memiliki energi. Tanpa
adanya energi pelari tersebut tidak akan sanggup untuk berlari, bahkan tanpa
energi tidak akan ada kehidupan. Tidak akan ada cahaya, panas, atau bunyi lirih
sekalipun. Energi dapat kita peroleh dari sumber-sumber energi yang ada di sekitar
kita. Sumber energi yang diperlukan oleh pelari untuk berlari berasal dari bahan
makanan yang dimakan. Selain makanan, masih ada banyak sumber energi
lainnya, misalnya matahari, listrik, dan bahan bakar minyak bumi. Untuk lebih
memahami tentang energi dan sumber energi, simaklah percakapan berikut!
Rudi sedang mencari pensilnya yang jatuh di kolong tempat tidur. Kolong
tempat tidur Rudi sangat gelap, oleh karena itu ia memerlukan lampu senter
sebagai sumber cahaya. Tetapi baterai pada lampu senter Rudi tidak dapat dipakai
lagi, kemudian ia pergi ke kamar kakaknya.
Gerbang
Rep.www.sprint heats.com
201
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
Pada percakapan di atas, Rudi membutuhkan baterai untuk menyalakan
lampu senter. Dengan demikian, baterai merupakan sumber energi. Dari peristiwa-
peristiwa di atas dapat kita simpulkan bahwa jika kita memiliki energi maka kita
dapat melakukan sesuatu. Jadi,
energi
adalah kemampuan untuk melakukan kerja
atau usaha. Dalam kehidupan sehari-hari, energi sering kita sebut sebagai tenaga.
Energi merupakan salah satu besaran penting dalam fisika, karena fisika
adalah ilmu yang mempelajari tentang energi dan perubahannya. Sebagai salah
satu besaran fisika, energi mempunyai satuan. Satuan SI untuk energi adalah
joule (J). Satu joule setara dengan 1 newtonmeter (Nm). Selain joule, masih ada
satuan energi lain yang sering kita gunakan, di antaranya erg dan kalori. Energi
yang dimiliki suatu benda jika digunakan terus-menerus, lambat laun akan habis.
Oleh karena itu, kita harus memberikan tambahan energi, misalnya dengan makan
secara teratur atau mengganti baterai lampu senter.
Sebelumnya telah disebutkan bahwa makanan,
matahari, listrik, dan bahan bakar minyak bumi
merupakan contoh sumber energi. Berdasarkan
ketersediaannya, sumber energi dibagi menjadi dua
jenis, yaitu sumber energi terbarukan dan sumber
energi yang tidak terbarukan.
Sumber energi
terbarukan
adalah sumber energi yang tidak pernah
habis. Matahari, angin, dan air merupakan contoh
sumber energi terbarukan.
Sumber energi yang tidak
terbarukan
adalah sumber energi yang hanya dapat
digunakan sekali atau dapat habis. Contoh sumber
energi tidak terbarukan antara lain kayu, batu bara,
minyak, dan gas alam.
Energi
Studi Pustaka
Coba kamu cari artikel yang memuat tentang sumber energi terbarukan dan sumber
energi tidak terbarukan! Tulis hasilnya di buku catatanmu, kemudian sampaikan hasilnya
di depan kelas untuk didiskusikan bersama teman sekelas dan gurumu!
Gambar 17.2
Angin yang mengge-
rakkan kincir angin merupakan
sumber energi terbarukan
Rep.www.sustrans.org
Kak, apa kamu
memiliki baterai yang
masih bagus?
Untuk meng-
ganti baterai senterku
yang sudah habis.
Ya, aku masih
punya beberapa. Akan
kamu gunakan untuk
apa baterai itu?
O begitu. Kamu
benar, Rud. Untuk menya-
lakan lampu senter kita me-
merlukan baterai sebagai
sumber energi.
202
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
1. Bentuk-bentuk Energi
Energi ada berbagai macam. Makanan yang dimakan pelari pada gambar
17.1 memiliki energi kimia. Batu baterai pada percakapan di depan mempunyai
energi kimia, tetapi lampu senter menyala karena adanya energi listrik. Selain
energi kimia dan energi listrik masih ada banyak jenis energi lainnya, antara
lain energi bunyi, energi kalor, energi cahaya, energi pegas, energi nuklir, dan
energi mekanik. Berikut ini akan kita pelajari bentuk-bentuk energi tersebut.
a. Energi kimia
Energi kimia
adalah energi yang
dilepaskan selama reaksi kimia. Contoh
sumber energi kimia adalah bahan
makanan yang kita makan. Perhatikan
gambar 17.3 di samping! Bahan makan-
an yang kita makan mengandung unsur
kimia. Dalam tubuh kita, unsur kimia
yang terkandung dalam makanan
mengalami reaksi kimia. Selama proses
reaksi kimia, unsur-unsur yang bereaksi
melepaskan sejumlah energi kimia.
Energi kimia yang dilepaskan berguna
bagi tubuh kita untuk membantu kerja organ-organ tubuh, menjaga suhu
tubuh, dan untuk melakukan aktivitas sehari-hari.
Contoh energi kimia lainnya adalah pada peristiwa menyalanya
kembang api. Kembang api dibuat dari sejenis mesiu. Ketika mesiu
tersebut terbakar, sejumlah gas terlepas dengan kecepatan tinggi.
Akibatnya, terjadi pelepasan energi ke udara. Selain dalam bahan
makanan dan kembang api, energi kimia juga tersimpan di dalam bahan
bakar seperti bensin, solar, dan minyak tanah. Energi kimia yang
terkandung dalam bahan bakar jenis ini sangat besar sehingga dapat
digunakan untuk menggerakkan mobil, pesawat terbang, dan kereta api.
b. Energi listrik
Coba kamu perhatikan kembali percakapan
antara Rudi dengan kakaknya! Lampu senter yang
akan digunakan Rudi dapat menyala karena ada
energi listrik yang mengalir pada lampu.
Energi
listrik
terjadi karena adanya muatan listrik yang
bergerak. Muatan listrik yang bergerak akan
menimbulkan arus listrik. Energi listrik banyak
digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya
sebagai penerangan, seperti pada gambar 17.4
di samping. Energi listrik juga dapat digunakan
untuk menggerakkan mesin-mesin. Energi listrik
yang biasa kita gunakan dalam rumah tangga
berasal dari pembangkit listrik. Pembangkit listrik
tersebut menggunakan berbagai sumber energi, seperti air terjun, reaktor
nuklir, angin, atau matahari. Energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit
listrik sangat besar. Untuk menghasilkan sumber energi listrik yang lebih
kecil, kita dapat menggunakan aki, baterai, dan generator.
Energi Kimia
Energi Listrik
Gambar 17.3
Bahan makanan yang kita
makan merupakan sumber energi kimia
Gambar 17.4
Bohlam lam-
pu dapat menyala karena
energi listrik
Dok. Penerbit
Dok. Penerbit
203
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
c. Energi bunyi
Bunyi
dihasilkan dari benda yang bergetar. Ketika kita mendengar
bunyi guntur yang sangat keras, terkadang kaca jendela rumah kita akan
ikut bergetar. Hal ini disebabkan bunyi sebagai salah satu bentuk energi
merambatkan energinya melalui udara. Sebenarnya ketika terjadi guntur,
energi yang dimiliki guntur tidak hanya mengenai kaca rumah tetapi
mengenai seluruh bagian rumah. Akan tetapi, energi yang dimiliki guntur
tidak cukup besar untuk menggetarkan bagian rumah yang lainnya.
d. Energi kalor (panas)
Ketika kamu duduk di kelas VII kamu telah
mempelajari kalor atau panas. Masih ingatkah
kamu apa yang dimaksud dengan kalor?
Kalor
merupakan salah satu bentuk energi yang dapat
mengakibatkan perubahan suhu maupun
perubahan wujud zat. Energi k
alor
biasanya
merupakan hasil sampingan dari perubahan
bentuk energi lainnya. Energi k
alor
dapat di-
peroleh dari energi kimia, misalnya pembakaran
bahan bakar. Ener
gi kalor
juga dapat dihasilkan
dari energi kinetik benda-benda yang bergesekan.
Sebagai contoh, ketika kamu menggosok-
gosokkan telapak tanganmu maka kamu akan
merasakan panas pada telapak tanganmu.
e. Energi cahaya
Matahari merupakan salah satu sumber energi cahaya.
Energi cahaya
dapat diperoleh dari benda-benda yang dapat memancarkan cahaya,
misalnya api dan lampu. Energi cahaya biasanya disertai bentuk energi
lain seperti energi kalor (panas). Bahkan dengan menggunakan sel surya,
energi yang dipancarkan oleh matahari dapat diubah menjadi energi listrik.
f.
Energi pegas
Semua benda yang elastis atau lentur
memiliki
energi pegas
. Contoh benda elastis
antara lain pegas, per, busur panah,
trampolin, dan ketapel. Jika kamu menekan,
menggulung, atau meregangkan sebuah
benda elastis, setelah kamu melepaskan
gaya yang kamu berikan maka benda
tersebut akan kembali ke bentuk semula.
Ketika benda tersebut kamu beri gaya maka
benda memiliki energi potensial. Ketika gaya
kamu lepaskan, energi potensial pada benda
berubah menjadi energi kinetik.
g. Energi nuklir
Energi nuklir
merupakan energi yang dihasilkan selama reaksi nuklir.
Reaksi nuklir terjadi pada inti atom yang pecah atau bergabung menjadi
inti atom yang lain dan partikel-partikel lain dengan melepaskan energi
kalor. Reaksi nuklir terjadi di matahari, reaktor nuklir, dan bom nuklir. Energi
yang ditimbulkan dalam reaksi nuklir sangat besar, oleh karena itu energi
nuklir dapat digunakan sebagai pembangkit listrik.
Gambar 17.5
Menggosok-
gosokkan tangan dapat menim-
bulkan panas (kalor)
Gambar 17.6
Trampolin memiliki
energi pegas sehingga trampolin selalu
kembali ke bentuk asalnya
Rep.www.hutt-river-province
Energi Nuklir
Energi Pegas
Energi Cahaya
Energi Kalor
Energi Bunyi
Dok. Penerbit
204
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
Kerja Kelompok
Kerjakan bersama kelompokmu!
Buatlah sebuah karya ilmiah yang memuat tentang pemanfaatan energi dalam kehidupan
sehari-hari! Sampaikan karyamu di depan kelas! Beri kesempatan pada kelompok lain
untuk menanggapi karyamu!
Energi
Mekanik
h. Energi mekanik
Mengapa kaki kita terasa sakit saat kejatuhan buah mangga dari atas
pohon? Hal itu disebabkan buah mangga yang berada di atas pohon
memiliki energi. Buah mangga yang jatuh dari pohonnya memiliki energi
mekanik. Pada saat buah mangga masih berada di pohon, energi
mekaniknya sama dengan energi potensialnya. Ketika buah mangga
tersebut jatuh sampai di tanah, energi mekaniknya sama dengan energi
kinetiknya.
Besarnya
energi mekanik
merupakan penjumlahan antara besarnya
energi kinetik dengan energi potensial. Energi mekanik yang dimiliki suatu
benda dapat ditulis secara matematis sebagai berikut.
E
m
=
E
k
+
E
p
. . . (17.1)
Keterangan:
E
m
: energi mekanik (J)
E
k
: energi kinetik (J)
E
p
: energi potensial (J)
Berikut ini akan kita pelajari tentang energi kinetik dan energi potensial
yang dimiliki suatu benda.
1) Energi kinetik
Setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Dengan
demikian,
energi kinetik
adalah energi yang dimiliki suatu benda
karena geraknya. Misalnya, angin yang bertiup dapat menggerakkan
kincir angin. Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut
dengan energi kinetik. Untuk lebih memahami tentang energi kinetik
simaklah percakapan berikut!
Energi
Kinetik
Lihat motor itu!
Cepat sekali kelajuannya.
Coba bandingkan dengan
truk pasir itu!
Kamu benar. Truk itu
massa dan bentuknya lebih
besar tetapi tidak dapat melaju
secepat motor tadi.
205
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
Percakapan di atas menunjukkan bahwa motor melaju lebih cepat
daripada truk. Hal ini disebabkan massa motor lebih kecil
dibandingkan massa truk. Akibatnya, untuk dapat melaju lebih cepat
truk tersebut membutuhkan energi yang lebih besar. Jadi, semakin
besar massa suatu benda maka energi kinetiknya akan semakin
besar. Semakin cepat benda itu bergerak, energi kinetiknya juga
semakin besar.
Besarnya energi kinetik suatu benda ditentukan oleh besar massa
benda dan kecepatan geraknya. Hubungan antara massa benda (
m
),
kecepatan (
v
), dan energi kinetik (
E
k
) dituliskan secara matematis
dalam rumus berikut.
E
k
=
m
.
v
2
. . . (17.2)
Keterangan:
m
: massa (kg)
v
: kecepatan benda (m/s)
Untuk membantumu memahami penghitungan energi kinetik
suatu benda, simaklah contoh soal berikut! Setelah kamu memahami
contoh soal tersebut, coba kerjakan pelatihan di bawahnya!
Contoh Soal
2
1
Kerja Mandiri 1
Seorang anak yang massanya 40 kg berlari dengan kecepatan 5 m/s. Berapakah
energi kinetik yang dimiliki oleh anak tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
m
= 40 kg
v
= 5 m/s
Ditanyakan:
E
k
= . . . ?
Jawab:
E
k
=
m
.
v
2
E
k
= 500 J
Jadi, energi kinetik yang dimiliki anak tersebut adalah 500 J.
2
1
Kerjakan soal berikut dengan tepat!
1. Apa yang dimaksud dengan energi kinetik?
2. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 72 km/jam ke arah utara. Jika energi kinetik
mobil tersebut 30.000 joule, berapa massa mobil tersebut?
3. Seorang anak sedang naik sepeda ke arah barat. Jika massa anak dan sepeda
tersebut 50 kg dan energi kinetiknya 625 joule, berapa kecepatan mereka?
206
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
2) Energi potensial
Energi potensial
adalah energi yang dimiliki suatu benda karena
kedudukannya terhadap tanah. Misalnya, pada peristiwa jatuhnya
buah mangga. Ketika buah mangga terjatuh, buah mangga tersebut
memiliki energi kinetik karena geraknya. Akan tetapi ketika buah
mangga masih berada di pohon, buah mangga tersebut memiliki
energi potensial karena kedudukannya terhadap tanah. Sedangkan,
saat buah mangga menyentuh tanah, energi potensialnya nol karena
kedudukannya terhadap tanah nol. Untuk lebih memahami energi
potensial yang dimiliki suatu benda, lakukan kegiatan berikut!
Praktikum 1
Energi Potensial
A. Tujuan
Mengetahui pengaruh massa dan ketinggian benda terhadap perubahan bentuk tanah liat.
B. Alat dan Bahan
1. Tanah liat
secukupnya
2. Bola yang bermassa sama
2 buah
3. Bola yang massanya berbeda
1 buah
C. Langkah Kerja
1. Letakkan dua bagian tanah liat di atas lantai!
2. Jatuhkan dua bola yang massanya berbeda dari ketinggian ±1 m! (Masing-masing
bola harus jatuh tepat di atas tanah liat). Amati perubahan bentuk tanah liat setelah
terbentur bola!
3. Ulangi langkah 1–2 dengan dua bola yang massanya sama!
4. Jatuhkan satu bola dari ketinggian 1 m dan bola lainnya dari ketinggian 2 m! Amati
perubahan tanah liat setelah terbentur bola!
5. Bandingkan 2 percobaan di atas! Diskusikan hal-hal berikut bersama kelompokmu!
a. Adakah pengaruh massa pada perubahan bentuk tanah liat?
b. Adakah pengaruh ketinggian terhadap bentuk tanah liat?
6. Buat kesimpulan dari kegiatan di atas kemudian sampaikan hasil diskusimu di depan
kelas! Beri kesempatan pada kelompok lain untuk menanggapi!
7. Kembalikan peralatan yang telah kamu gunakan ke tempat semula!
8. Jangan lupa untuk membersihkan tanah liat yang telah kalian gunakan! Jagalah
kebersihan lingkunganmu!
Berdasarkan percobaan di atas dapat disimpulkan bahwa
semakin besar massa benda maka semakin besar energi potensial
yang dimilikinya. Semakin tinggi letaknya, energi potensial yang
dimiliki juga semakin besar. Besarnya energi potensial dapat
dirumuskan sebagai berikut.
E
p
=
m
.
g
.
h
. . . (17.3)
207
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
Keterangan:
g
: percepatan gravitasi bumi (m/s
2
) (
g
= 10 m/s
2
)
h
: ketinggian (m)
Agar kamu lebih memahami energi potensial, pelajarilah contoh
soal berikut!
Contoh Soal
2. Perubahan Bentuk Energi
Sebelumnya telah disebutkan bahwa dalam baterai terdapat energi kimia
dan lampu senter menyala karena adanya energi listrik. Lalu bagaimana cara
lampu senter memperoleh energi listrik? Energi listrik yang digunakan untuk
menyalakan lampu berasal dari baterai. Baterai mengubah energi kimia
menjadi energi listrik.
Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering mengatakan bahwa kita
kehabisan energi setelah melakukan suatu aktivitas atau baterai senter kita
telah habis. Benarkah energi dapat habis? Sebenarnya ketika kita melakukan
aktivitas, energi yang tersimpan dalam tubuh kita telah berubah bentuk menjadi
Nah, tidak sulit, bukan? Sekarang coba kamu kerjakan soal berikut!
Kerja Mandiri 2
Kerjakan soal berikut dengan tepat!
1. Apa yang dimaksud dengan energi potensial suatu benda?
2. Buah kelapa yang memiliki massa 1 kg jatuh dari atas pohon yang tingginya 4 m.
Berapakah energi potensial yang dimiliki buah kelapa?
3. Sebuah bola jatuh dari ketinggian 8 m. Jika energi potensial yang dialami bola adalah
10 joule, berapa massa bola tersebut?
Buah kelapa yang massanya 1,2 kg berada pada pohon setinggi 5 m. Jika
percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s
2
, berapakah besar energi potensial
yang dimiliki buah kelapa tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
m
= 1,2 kg
h
= 5 m
g
= 10 m/s
2
Ditanyakan:
E
p
= . . . ?
Jawab:
E
p
=
m
.
g
.
h
E
p
= 1,2
.
10
.
5
E
p
= 60 J
Jadi, energi potensial yang dimiliki kelapa tersebut sebesar 60 J.
208
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
energi kinetik. Energi kimia yang dimiliki oleh baterai tidak habis, tetapi energi
tersebut telah berubah menjadi energi listrik.
Suatu bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain.
Perubahan bentuk energi yang biasa dimanfaatkan sehari-hari antara lain
sebagai berikut.
a. Energi listrik menjadi energi panas
Contoh perubahan energi listrik menjadi energi panas terjadi pada
mesin pemanas ruangan, kompor listrik, setrika listrik,
heater
,
selimut listrik, dan solder.
b. Energi mekanik menjadi energi panas
Contoh perubahan energi mekanik menjadi energi panas adalah
dua buah benda yang bergesekan. Misalnya, ketika kamu meng-
gosok-gosokkan telapak tanganmu maka kamu akan merasa panas.
c. Energi mekanik menjadi energi bunyi
Perubahan energi mekanik menjadi energi bunyi dapat terjadi ketika kita
bertepuk tangan atau ketika kita memukulkan dua buah benda keras.
d. Energi kimia menjadi energi listrik
Perubahan energi pada baterai dan aki merupakan contoh perubahan
energi kimia menjadi energi listrik.
e. Energi listrik menjadi energi cahaya dan kalor
Perubahan energi listrik menjadi energi cahaya dan kalor terjadi pada
berpijarnya bohlam lampu. Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa
energi cahaya biasanya disertai bentuk energi lainnya, misalnya kalor.
Coba dekatkan tanganmu ke bohlam lampu yang berpijar! Lama-
kelamaan tanganmu akan merasa semakin panas.
f.
Energi cahaya menjadi energi kimia
Perubahan energi cahaya menjadi energi kimia dapat kita amati pada
proses pemotretan hingga terbentuknya foto.
Agar kamu lebih memahami peristiwa perubahan bentuk energi, lakukan
kegiatan berikut!
Praktikum 2
Perubahan Bentuk Energi
A. Tujuan
Mengamati perubahan bentuk energi.
B. Alat dan Bahan
1. Bohlam lampu kecil
1 buah
2. Baterai
3 buah
3. Kabel
secukupnya
4. Lampu senter
1 buah
5. Sel surya
1 buah
6. Voltmeter
1 buah
7. Termometer
1 buah
Gambar 17.7
Setrika listrik mengu-
bah energi listrik menjadi energi kalor
Dok. Penerbit
209
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
C. Langkah Kerja
1. Rangkailah alat dan bahan seperti gambar berikut!
2. Nyalakan senter ke arah sel surya! Amati apa yang terjadi!
3. Rangkailah alat dan bahan seperti pada gambar berikut!
4. Tempelkan termometer pada bohlam lampu! Amati apa yang terjadi!
5. Ulangi langkah 3 dan 4 untuk jumlah baterai dan lama pengamatan yang berbeda!
Catat hasil pengamatanmu pada tabel berikut!
No.
Jumlah Baterai
Waktu
Keadaan Lampu
Suhu
1.
2 buah
3 menit
6 menit
9 menit
2.
3 buah
3 menit
6 menit
9 menit
6. Buatlah kesimpulan dari kegiatan di atas! Sampaikan kesimpulanmu di depan kelas
untuk didiskusikan bersama! Beri kesempatan pada kelompok lain untuk menanggapi!
7. Berhati-hatilah dalam melakukan setiap percobaan! Jangan menyentuh peralatan
listrik jika tangan atau anggota badanmu basah agar tidak terkena sengatan listrik!
Jangan lupa untuk mengembalikan semua alat dan bahan ke tempat semula!
Berdasarkan hasil percobaan di atas, dapat kita simpulkan bahwa
semakin lama kita menyinari sel surya, energi yang terkandung dalam sel
surya akan semakin besar. Semakin banyak jumlah baterai yang kita gunakan,
bohlam lampu akan menyala semakin terang. Semakin lama kita menyalakan
bohlam lampu, energi kalor yang dihasilkan juga semakin besar. Sekarang
coba kerjakan pelatihan berikut!
Baterai
Lampu
Voltmeter
Sel surya
Sinar senter
210
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
3. Hukum Kekekalan Energi
Sebelumnya kita telah mempelajari perubahan bentuk energi. Pada materi
perubahan bentuk energi telah disebutkan bahwa energi tidak hilang atau
habis, namun mengalami perubahan menjadi bentuk energi lain. Energi juga
tidak dapat dimunculkan tanpa menimbulkan perubahan bentuk energi lainnya.
Banyaknya energi yang berubah menjadi bentuk energi lain sama dengan
banyaknya energi yang berkurang sehingga total energi dalam sistem tersebut
adalah tetap. Dengan demikian, dapat kita simpulkan bahwa energi tidak dapat
diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat berubah bentuk menjadi
bentuk energi lain. Pernyataan ini dikenal sebagai
hukum kekekalan energi.
B.
Usaha
Kata usaha sudah tidak asing lagi bagi kita. Apa sebenarnya usaha itu? Sering
kali kita mendengar orang berkata bahwa untuk mencapai suatu tujuan tertentu
maka kita harus melakukan kerja atau usaha. Dalam fisika,
usaha
didefinisikan
sebagai hasil kali antara besarnya gaya yang diberikan pada benda dengan besar
perpindahan benda tersebut. Usaha merupakan besaran skalar karena tidak
memiliki arah dan hanya memiliki besar. Usaha dalam fisika dikatakan bernilai
jika usaha yang dilakukan menghasilkan perubahan kedudukan.
Ketika sebuah gaya bekerja
pada suatu benda sehingga
menimbulkan perpindahan benda,
dikatakan bahwa gaya melakukan
usaha pada benda tersebut. Per-
hatikan gambar 17.8 di samping!
Jika gaya sebesar
G
F
yang dapat
menyebabkan balok berpindah
sejauh
s
terletak pada sebuah garis lurus maka besarnya usaha
W
dapat
dirumuskan sebagai berikut.
W
=
G
F
.
s
. . . (17.4)
Keterangan:
W
: usaha (Nm atau J)
G
F
: gaya (N)
s
: perpindahan (m)
Hukum
Kekekalan
Energi
Usaha
Kerja Berpasangan
Kerjakan bersama teman sebangkumu!
Buatlah sebuah karya ilmiah yang memuat tentang penerapan perubahan energi dalam
kehidupan sehari-hari! Kumpulkan hasil karyamu kepada gurumu untuk dinilai!
s
Gambar 17.8
Gaya sebesar
F
G
dapat menggeser balok
sejauh
s
G
F
211
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
Agar kamu lebih memahami penghitungan matematis dari usaha, simaklah
contoh soal berikut!
Contoh Soal
Sebuah meja didorong dengan sebuah gaya sebesar 200 N dan bergeser sejauh 2,5 m.
Berapakah besar usaha yang dilakukan?
Penyelesaian:
Diketahui:
G
F
= 200 N
s
= 2,5 m
Ditanyakan:
W
=...?
Jawab:
W
=
G
F
.
s
W
= 200 · 2,5
W
= 500 J
Jadi, usaha yang dilakukan untuk memindahkan meja sebesar 500 J.
Bagaimana mudah, bukan? Sekarang, coba kamu kerjakan pelatihan berikut!
Kerja Mandiri 3
Kerjakan soal berikut dengan tepat!
1. Apa yang dimaksud dengan usaha dalam fisika?
2. Untuk menggeser lemari sejauh 1,5 m, seorang anak melakukan usaha sebesar 800 J.
Berapakah gaya yang diberikan anak tersebut pada lemari?
3. Berapa besar perpindahan yang dilakukan oleh gaya 300 N jika gaya tersebut
melakukan usaha sebesar 1.200 J?
Gambar 17.9
Usaha yang dilakukan
oleh bola untuk berpindah setinggi
h
memerlukan energi
h
Hubungan antara Energi dengan Usaha
Sebelumnya telah disebutkan bahwa energi adalah kemampuan
untuk melakukan usaha. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar 17.9
di samping!
Sebuah bola berada di atas lantai. Bola tersebut kemudian
digerakkan ke atas dengan gaya
G
F
, akibatnya bola berpindah setinggi
h
. Hal ini berarti kita melakukan usaha untuk memindahkan bola dari
lantai sampai setinggi
h
. Ketika bola bergerak, bola memiliki energi
kinetik. Pada saat bola berada setinggi
h
, bola memiliki energi potensial.
Besarnya usaha yang
diperlukan untuk memindahkan bola sama dengan
selisih energi kinetiknya at
au selisih
energi potensialnya.
'
E
p
=
'
E
k
=
W
=
G
F
.
s
. . . (17.5)
Jadi, dapat disimpulkan bahwa besarnya usaha sama dengan
besarnya perubahan energi pada benda.
212
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
C.
Daya
Daya
adalah perubahan energi potensial atau energi kinetik tiap satu satuan
waktu.
'
'
p
k
E
E
P =
=
tt
. . . (17.6)
Dengan demikian, daya didefinisikan sebagai usaha yang dilakukan tiap satuan
waktu. Daya merupakan besaran fisika yang mempunyai satuan J/s atau watt.
Secara matematis daya dapat dituliskan sebagai berikut.
P
=
. . . (17.7)
Keterangan:
P
: daya (J/s atau watt)
t
: waktu (s)
Semakin besar daya yang dimiliki oleh suatu benda, semakin besar pula ke-
mampuan benda tersebut untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi
lain. Untuk dapat lebih memahami daya, coba kamu pelajari contoh soal berikut ini!
Contoh Soal
t
W
Sekarang, mari kita uji pemahamanmu dengan mengerjakan pelatihan berikut!
Daya
Seorang anak melakukan usaha sebesar 750 J untuk memindahkan balok selama 5 menit.
Berapakah daya anak tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
W
= 750 J
t
= 5 menit = 5 × 60 s = 300 s
Ditanyakan:
P
= . . .?
Jawab:
P
=
P
=
P
= 2,5 watt
Jadi, daya yang dimiliki oleh anak tersebut adalah sebesar 2,5 watt.
t
W
300
750
Kerja Mandiri 4
Kerjakan soal berikut dengan tepat!
1. Apa yang dimaksud dengan daya? Bagaimana rumus daya dan apa satuannya?
2. Sebuah benda memiliki daya 140 watt. Jika usaha yang dilakukan sebesar 6.400 J,
berapa menitkah usaha itu dilakukan?
3. Sebuah lampu yang memiliki daya 40 watt dinyalakan selama 1,5 jam. Berapa besar
usaha yang diperlukan?
213
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
Rangkuman
2
1
1. Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha.
2. Bentuk-bentuk energi antara lain energi kimia, energi listrik, energi bunyi, energi kalor,
energi cahaya, energi pegas, energi nuklir, dan energi mekanik.
Suatu bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Misalnya:
a. Energi listrik menjadi energi panas, contoh: setrika listrik, kompor listrik, dan solder.
b. Energi mekanik menjadi energi panas, contoh: menggosokkan tangan.
c. Energi mekanik menjadi energi bunyi, contoh: bertepuk tangan dan memukul benda.
d. Energi kimia menjadi energi listrik, contoh: baterai dan aki.
e. Energi listrik menjadi energi cahaya dan kalor, contoh: bohlam lampu yang berpijar.
f.
Energi cahaya menjadi energi kimia, contoh: proses pemotretan hingga menjadi foto.
3. Energi mekanik (
E
m
) merupakan penjumlahan antara besarnya energi kinetik dengan energi
potensial. Energi mekanik dapat dirumuskan dengan:
E
m
=
E
k
+
E
p
4. Energi kinetik (
E
k
) adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya. Energi kinetik
dituliskan secara matematis sebagai berikut.
E
k
=
m
.
v
2
5. Energi potensial (
E
p
) adalah energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya. Energi
potensial dirumuskan sebagai berikut.
E
p
=
m
.
g
.
h
6. Hukum kekekalan energi berbunyi: ”
Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan,
energi hanya dapat berubah bentuk menjadi bentuk energi lain
.”
7. Usaha adalah hasil kali antara besarnya gaya yang diberikan pada benda dengan besar
perpindahan benda tersebut. Besarnya usaha dapat dirumuskan:
W
=
G
F
.
s
8. Daya adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu. Besarnya daya dapat dirumuskan:
P
=
t
W
214
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Energi dan Usaha
A.
Ayo, berilah tanda silang pada jawaban
yang paling tepat!
1. Satuan energi dalam SI adalah . . . .
a. dyne
c. newton
b. joule
d. watt
2. Jika kita menyalakan kipas angin maka
terjadi perubahan energi dari . . . .
a. energi listrik menjadi energi panas
b. energi listrik menjadi energi kimia
c. energi listrik menjadi energi gerak
d. energi panas menjadi energi listrik
3. Energi yang tersimpan dalam makanan
adalah energi . . . .
a. kimia
c. cahaya
b. gerak
d. bunyi
4. Mobil balap A bergerak lebih lambat
daripada mobil balap B. Jika
m
A
=
m
B
maka energi kinetik mobil balap A . . . .
a. lebih kecil daripada energi kinetik
mobil balap B
b. lebih besar daripada energi kinetik
mobil balap B
c. sama dengan energi kinetik mobil
balap B
d. berubah-ubah
5. Benda A dan B bermassa sama. Jika
benda A berada pada tempat yang lebih
tinggi dari B maka . . . .
a.
E
p
A
=
E
p
B
b.
E
p
A
<
E
p
B
c.
E
p
A
>
E
p
B
d.
E
p
A
= 0
6. Sebuah mobil bermassa 1 ton bergerak
dengan kecepatan 20 m/s. Energi kinetik
mobil adalah . . . .
a. 2.000.000 J
b. 200.000 J
c. 20.000 J
d. 2.000 J
Soal-soal Uji Kompetensi
7. Sebuah bola berada pada ketinggian 2 m.
Jika massa bola 0,25 kg dan percepatan
gravitasi di tempat itu 10 m/s
2
, besar
energi potensial bola adalah . . . .
a. 2 J
c. 4 J
b. 3 J
d. 5 J
8. Seorang anak mendorong tembok,
usaha yang dilakukan anak tersebut
adalah . . . .
a. tetap
c. 0
b. berubah-ubah
d. 0,5 J
9. Untuk mencari besarnya usaha dapat
dicari dengan persamaan . . . .
a.
W
=
G
F
–
s
b.
W
=
G
F
+
s
c.
W
=
G
F
.
s
d. W =
G
F
.
2
s
10. Andi melakukan usaha untuk mengang-
kat karung beras sebesar 250 J dalam
waktu 125 sekon. Besar daya Andi
adalah . . . .
a. 1 watt
c. 2 watt
b. 1,5 watt
d. 2,5 watt
B.
Jawablah pertanyaan berikut dengan
benar!
1. Sebut dan jelaskan 3 macam bentuk
energi!
2. Sebutkan 3 macam sumber energi!
3. Sebuah sepeda motor bergerak dengan
kecepatan 36 km/jam. Jika massa
sepeda motor 8 kg, berapakah besar
energi kinetiknya?
4. Sebuah meja berpindah sejauh 1,5 m
setelah didorong dengan gaya 12 N.
Berapakah besarnya usaha yang
dilakukan oleh gaya tersebut?
5. Seorang anak memiliki daya 7 watt me-
lakukan usaha selama 7 sekon. Berapa-
kah besarnya usaha yang dilakukan anak
tersebut?