Halaman
Selanjutnya kita membahas jenis-jenis energi dan hukum kekekalan energi.Kaitan antara usaha dan energi menjadi pembahasan selan-jutnya.Setelah mempelajari bab ini kita dapat memahami energi, usaha, dan daya. Kita juga dapat memahami konversi energi yang mengikuti hukum kekeka-lan energi.Ya. Kita akan mempelajari konsep tentang usaha dan energi.BAB4USAHA, ENERGI, DAN DAYAPada bab ini kita akan mempelajari usaha, energi, dan daya. Setelah itu, kita belajar tentang daya.
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 180Gerbangdan Energi – Daya A. UsahaKita sudah sering mendengar kata usaha. Apakah sebenarnya usaha itu? Untuk me-mahami konsep tentang usaha, perhatikan uraian berikut!Gambar 4.2 memperlihatkan ilustrasi ses-eorang yang sedang mendorong lemari sejauh s meter. Orang tersebut dikatakan melakukan usaha atau kerja karena lemari mengalami perpindahan. Pernahkah kamu mengamati orang yang sedang memanah? Mengapa anak panah yang dilepaskan dapat melesat jauh hingga mencapai sasaran? Anak panah dapat mencapai sasaran karena mendapat energi dari pemanah. Sebelum melepaskan anak panah, seorang pemanah harus merentangkan busurnya terlebih dahulu. Busur yang terentang memi-liki energi potensial. Ketika anak panah dilepaskan, energi potensial tersebut berubah menjadi energi kinetik yang digunakan anak panah untuk bergerak. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang energi dan perubahannya, mari kita pelajari konsep tentang usaha, energi, dan daya berikut!Kata Kunci:Konsep tentang Usaha dan Energi – Jenis-jenis Energi – Hubungan antara Usaha Gambar 4.1 Seorang pemanah saat akan melepaskan anak panahSumber: Dok. CAP
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 181Pada gambar 4.3 terlihat seseorang sedang mendorong tembok dengan sekuat tenaga. Orang yang mendorong dinding tembok dikatakan tidak melakukan usaha atau kerja, meskipun orang tersebut mengeluarkan gaya dorong yang sangat besar. Hal ini dikarenakan tembok tidak mengalami perpindahan kedudukan. Usaha dikatakan bernilai jika terdapat perpindahan kedudukan.Usaha memiliki berbagai arti dalam bahasa sehari-hari. Dalam fisika usaha diberi arti yang spesifik untuk mendes-kripsikan apa yang dihasilkan gaya ketika gaya itu bekerja pada suatu benda. Usaha juga didefinisikan sebagai hasilkali besar perpindahan dengan komponen gaya yang sejajar dengan perpindahan. Pada orang yang mendorong lemari seperti ilustrasi di awal, gaya yang diberikan pada lemari searah dengan perpindahan lemari. Jika gaya Gambar 4.4 Diagram gaya dari usahayang dikerjakan pada benda searah dengan perpindahan benda, diagram gayanya dapat digambarkan seperti pada 4.4 di bawah ini.Pada gambar 4.4, gaya F diberikan kepada benda. Akibatnya benda mengalami perpindahan sejauh s. Dengan demikian, usaha yang dilaku-kan oleh gaya F dirumuskan:W = F . s . . . (4.1)Keterangan:W : usaha (joule)F : gaya yang sejajar dengan perpindahan (N)s : perpindahan (m)Persamaan di atas berlaku jika gaya yang diberikan pada benda searah dengan perpindahan benda. Lantas bagaimana jika gaya yang Gambar 4.5 Gaya yang diberikan membentuk sudut αFsF sin ααFsUsahadiberikan pada benda membentuk sudut terhadap arah perpindahan?Perhatikan gambar 4.5 di atas! Pada gambar 4.5 terlihat bahwa sebuah gaya F yang membentuk sudut diberikan pada benda. Akibatnya benda mengalami perpindahan sejauh s. Usaha yang dilakukan oleh gaya F dapat dinyatakan dengan rumus berikut.F cos αw
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 182W = F . cos α. s . . . (4.2)Ada kalanya gaya yang diberikan pada suatu benda besarnya tidak teratur. Bagaimana cara menentukan besarnya usaha, jika gaya yang diberikan tidak teratur? Sebagai contoh, seseorang yang mendorong lemari. Dalam selang waktu 5 sekon, gaya yang diberikan orang tersebut dari 2 N menjadi 8 N. Akibatnya lemari berpindah dari kedudukan 2 m menjadi 6 m.Untuk menentukan usaha yang dilakukan oleh orang tersebut, kita dapat menggambarkan gaya dan perpinda-han yang dilakukannya seperti gambar 4.6. Usaha yang dilakukan orang tersebut dapat ditentukan dengan men-cari luas di bawah kurva. Dari gambar 4.6 terlihat bahwa luas di bawah kurva berbentuk trapesium. Oleh karena itu, usaha yang dilakukan orang tersebut adalah:W = luas trapesiumW = jumlah garis sejajar × × tinggiW = (8 + 2) × W = 10 ( × 4)W = 10 × 2W = 20 joule Agar kamu lebih memahami cara menentukan besarnya usaha, per-hatikan contoh soal berikut! Kemudian kerjakan soal-soal di bawahnya!Contoh SoalSebuah balok bermassa 5 kg di atas lantai licin ditarik gaya 4 N membentuk sudut 60° terhadap bidang horizontal. Jika balok berpindah sejauh 2 m, tentukan usaha yang dilakukan!Penyelesaian:Diketahui: m = 5 kgF = 4 Ns = 2 mDitanyakan:W = . . .?Jawab:W = F . s . cos αW = 4 . 2 .cos 60°W = 4 joule
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 183Kerja Mandiri 1DiskusiDiskusikan bersama kelompokmu!1. Bagaimanakah besar usaha yang dilakukan oleh suatu benda jika lintasan yang ditempuh benda berbeda-beda? Misalnya sebuah mobil yang melaju di jalan lurus, jalan yang berbelok, menikung dan jalan yang menanjak.2. Buatlah penjelasan mengenai masing-masing usaha tersebut!3. Presentasikan hasil diskusimu di depan kelas! Berikan kesem-patan kepada kelompok lain untuk menanggapinya!Kerjakan soal berikut dengan tepat!1. Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m. Jika benda mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar 180 newton, berapa besarnya usaha yang dilakukan oleh benda tersebut?2. Gaya sebesar 60 newton bekerja pada sebuah benda. Arah gaya membentuk sudut 30o dengan bidang horizontal. Jika benda berpindah sejauh 50 m, berapa besarnya usaha yang dilakukan oleh benda tersebut? B. EnergiEnergi merupakan salah satu konsep penting dalam sains. Energi dapat diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja.Cobalah kamu sebutkan beberapa jenis energi yang kamu kenal! Ba-gaimanakah sifat energi tersebut? Apakah energi itu tetap ada namun dapat berubah bentuk? Jelaskanlah salah satu bentuk energi yang kamu kenal dalam melakukan suatu usaha atau gerak!Dalam fisika terdapat berbagai jenis energi, di antaranya energipotensial, energi kinetik, dan energi mekanik yang akan dibahas berikut ini.Energi
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 1841. Energi PotensialEnergi potensial adalah energi yang berkaitan dengan kedudukan benda terhadap titik acuan. Dengan demikian, titik acuan akan men-jadi tolok ukur penentuan ketinggian suatu benda. Energi potensial ada beberapa macam, seperti berikut ini. a. Energi potensial gravitasiKamu tentu pernah melihat air terjun bukan? Pada air ter-jun tersimpan energi potensial gravitasi yang disebabkan oleh ketinggiannya. Demikian juga ketika kita meletakkan sebuah benda pada suatu ketinggian, pada hakikatnya dalam benda tersebut tersimpan energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi adalah energi potensial suatu benda yang disebabkan oleh kedudukan benda terhadap gravitasi bumi.Jika kita menggantungkan bola bermassa m, (lihat gambar 4.7) pada ketinggian h dari permukaan tanah maka energi potensial gravitasi bola tersebut dinyatakan: Ep = m . g . h . . . (4.3)Keterangan:Ep : energi potensial (joule)m : massa (kg)g : percepatan gravitasi (m/s2)h : ketinggian terhadap titik acuan (m)b. Energi potensial gravitasi NewtonEnergi potensial gravitasi Newton adalah energi potensial gravitasi antara dua benda angkasa. Energi ini dirumuskan sebagai berikut.Ep = -. . . (4.4)Keterangan:Ep : energi potensial gravitasi Newton (joule)M : massa planet (kg)m : massa benda (kg)r : jarak benda ke pusat planet (m)G : tetapan gravitasi universal = 6,673 x 10-11 N.m2/kg2.Dari rumus di atas terlihat bahwa Ep bernilai negatif. Artinya, untuk memindahkan benda dari posisi tertentu ke posisi lain yang jaraknya lebih jauh dari pusat planet diperlukan sejumlah energi. Selain itu, tanda negatif pada Ep juga menunjukkan bahwa suatu planet akan tetap terikat pada medan gravitasi matahari, sehingga planet tetap berada pada orbitnya.c. Energi potensial pegasDari pembahasan sebelumnya diketahui bahwa hubungan antara pertambahan panjang dengan gaya pegas adalah seba-gai berikut.F = -k .Δx
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 185Agar kamu lebih memahami konsep energi potensial pada pegas, ambillah sebuah pegas! Setelah itu, tekan pegas tersebut dengan tanganmu! Apa yang ter-jadi? Jika kamu memberikan gaya tekan yang besar pada pegas maka pegas terse-but juga akan mempunyai energi potensial yang besar. Perhatikan gambar 4.8!Jika tekanan yang kamu berikan pada pegas tiba-tiba kamu lepaskan, pegas akan kembali ke bentuk semula dengan cepat. Kemampuan pegas untuk kembali ke bentuk semula disebut energi potensial pegas.Energi potensial pegas dapat diten-tukan dengan meng gambarkan gaya pegas dan pertambahan panjang pegas seperti gambar 4.9. Luas di bawah kurva pada gambar 4.9 menunjuk-kan besarnya energi potensial pegas dan dapat dituliskan: Ep = luas segitigaEp = .xA.FAEp = .xA.k.xAEp = k.xA2Secara umum, energi potensial pegas dapat dirumuskan:Ep = . k . x2 . . . (4.5)Keterangan:Ep : energi potensial pegas (joule)k : konstanta pegas (N/m)x : pertambahan panjang (m)F : gaya pegas (N)Contoh penerapan energi potensial pegas yaitu pada anak panah yang dilepaskan. Contoh lainnya adalah pada mobil mainan yang akan bergerak maju setelah kita beri gaya dorong ke belakang. Untuk membantumu memahami tentang energi potensial, perhatikan contoh soal berikut!Contoh SoalGambar 4.9 Grafik hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegasFFA0xA
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 186Suatu benda ketika berada di permukaan bumi menerima energi gravitasi Newton sebesar 10 joule. Tentukan energi potensial gravitasi Newton yang dialami benda itu ketika berada pada ketinggian satu kali jari-jari bumi dari permukaan bumi!Penyelesaian:Diketahui:Ep1 = 10 jouler2 = 2r1Ditanyakan:Ep2= . . .?Jawab:2. Energi KinetikEnergi kinetik adalah energi yang berkaitan dengan gerak suatu benda. Jadi, setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Meskipun gerak suatu benda dapat dilihat sebagai suatu sikap relatif, namun penentuan kerangka acuan dari gerak harus tetap di-lakukan untuk menentukan gerak itu.Persamaan energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut.Ek = . m v2. . . (4.6)Keterangan:Ek : energi kinetik (joule)m : massa benda (kg)v : kecepatan gerak suatu benda (m/s)3. Energi MekanikEnergi mekanik adalah energi total yang dimiliki oleh suatu ben-da. Energi mekanik berasal dari energi potensial dan energi kinetik
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 187Hukum Kekekalan Energi Me-kanikbenda tersebut. Untuk lebih jelasnya, simaklah uraian berikut!Perhatikan benda yang jatuh dari suatu ketinggian! Bagai-manakah perubahan kecepatan dan ketinggiannnya? Pada benda yang jatuh tampak bahwa ketinggiannya akan selalu berkurang.Hal ini berarti energi potensialnya juga berkurang. Apakah energi potensial yang berkurang tersebut hilang begitu saja? Tentu tidak. Karena energi tersebut berubah menjadi energi kinetik, sehingga energi kinetik dan kecepatan benda tersebut akan bertambah. Den-gan demikian, besar energi mekanik benda tersebut adalah tetap dan dirumuskan sebagai berikut.Em = Ep+ Ek. . . (4.7)Energi mekanik suatu benda bersifat kekal, artinya energi mekanik tidak dapat dimusnahkan, namun dapat berubah bentuk. Pernyataan di atas disebut hukum kekekalan energi mekanik. Secara matematis, hukum kekekalan energi mekanik dapat diru-muskan:Ep1+ Ek1 = Ep2+ Ek2. . . (4.8)Persamaan di atas hanya berlaku jika tidak terjadi gesekan. Jika terjadi gesekan, sebagian energi akan berubah menjadi energi panas. Agar kamu dapat lebih memahami penerapan rumus-rumus energi, pelajari contoh soal berikut! Kemudian kerjakan soal-soal di bawahnya! Contoh Soal1. Buah kelapa bermassa 4 kg jatuh dari pohon setinggi 12,5 m. Tentukan kecepatan kelapa saat menyentuh tanah!Penyelesaian:Diketahui:m = 4 kgh = 12,5 mDitanyakan: v2 = . . .?Jawab:Kelapa jatuh mengalami gerak jatuh bebas, sehingga kecepatan awalnya nol. Saat jatuh di tanah ketinggian kelapa sama dengan nol. m . g . h1 + .m.v12 = m . g . h2 + .m.v22Jika semua ruas dibagi dengan m maka diperoleh:g . h1 + .v12 = g . h2 + .v2210.12,5 + . 02 = 10 . 0 + .v22125 + 0 = 0 + v22v2 =
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 188v2 = 15,8 m/s 2. Sebuah benda jatuh dari ketinggian 4 m, kemudian melewati bidang leng-kung seperempat lingkaran licin dengan jari-jari 2 m. Tentukan kelajuan saat lepas dari bidang lengkung tersebut!Penyelesaian:Diketahui:h1 = 6 mDitanyakan:v2 = . . .?Jawab:Jika bidang lintasan licin maka benda mengalami gerak jatuh bebas. Lin-tasan benda tidak perlu diperhatikan, sehingga diperoleh:m . g . h1 + .m.v12 = m . g . h2 + .m.v22g . h1 + .v12 = g . h2 + .v2210 . 6 + . 02 = 10 . 0 + .v2260 + 0 = 0 + v22v2 = v2 = 10,95 m/sKerjakan soal berikut dengan tepat!1. Sebutkan beberapa bentuk energi yang ada di alam semesta berikut sumbernya!2. Tuliskan cara memanfaatkan energi tersebut, kemudian uraikan kelebihan dan kekurangannya!3. Presentasikan hasil kerjamu di depan kelas secara bergantian!AB4 mC2 m C. Kaitan antara Usaha dan Energi Pada bagian ini akan kita pelajari hubungan antara usaha dengan energi kinetik dan energi potensial. Di depan telah disinggung bahwa kerja atau usaha dapat terjadi karena adanya sejumlah energi. Apabila dalam sistem hanya berlaku energi kinetik saja maka teori usaha-energi dapat ditentukan sebagai berikut.Kerja Mandiri 2
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 189W = F . sW = m . a . sW = m .2. a . sKarena 2 .a . s = v22 – v12 maka W = .m. (v22 – v12)W = .m.v22 – . m . v12W = ΔEk. . . (4.9)Apabila dalam sistem hanya berlaku energi potensial gravitasi saja maka teori usaha-energi dapat ditentukan dengan persamaan:W = ΔEpW = m . g . h2 – m . g . h1. . . (4.10)Pada berbagai kasus dengan beberapa gaya dapat ditentukan be-sarnya usaha netto (bersih) sebagai berikut.1. Pada bidang datarPerhatikan gambar 4.11! Pada gambar terlihat bahwa sebuah gaya F menarik balok sehingga balok mengalami perpindahan sejauh s. Jika lantai pada gambar tersebut menimbulkan gaya gesek sebesar fk maka resultan gaya yang bekerja pada benda adalah:F = F – fkBesar usaha yang dilakukan oleh benda dirumuskan:W = F.sGambar 4.11 Gaya yang bekerja searah bidang datarvosfkvosfkFαGambar 4.12 Gaya yang bekerja membentuk sudut terhadap bidang datarW = (F – fk) .sDari persamaan 4.9, kita tahu bahwa W = ΔEk sehingga Wnetto =F . cos α– fk . s = .m (vt2 – v02). . . (4.11)Jika gaya yang bekerja membentuk sudut αterhadap bidang datar, seperti gambar 4.12, resultan gaya yang bekerja pada balok adalah:F = F cosα– fkFwNF cos αNw
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 190Wnetto = (F – w. sin α– fk). s = .m (vt2 – v02). . . (4.13)Jika gaya yang bekerja pada balok membentuk sudut βterhadap bidang miring maka resultan gayanya:F = F . cos β– w.sin α– fkDengan demikian, usaha netto yang bekerja pada balok adalah:Wnetto = (F . cos β– w.sin α– fk). s = .m (vt2 – v02). . . (4.14)Keterangan:α : sudut yang dibentuk bidang miringUntuk lebih jelasnya, pelajari contoh soal berikut! Kemudian kerjakan soal di bawahnya!Contoh SoalGambar 4.13 Gaya F searah bidang miringGambar 4.14 Gaya F membentuk sudut terhadap bidang miringNV0w sin αfkw cos ααV0w sin αsfkw cos αwF cos βFβBesar usaha yang dilakukan oleh balok tersebut adalah:W = F.sW = ( cosα– fk) .sAnalogi dengan persamaan 4.12 kita peroleh:Wnetto = F . cos α– fk . s = .m (vt2 – v02). . . (4.12)Keterangan:m : massa balok (kg)V0 : kecepatan awal (m/s)V1 : kecepatan akhir (m/s)2. Pada bidang miringKaitan antara usaha dan energi pada gerak benda pada bidang miring adalah sebagai berikut. Misalnya sebuah balok bermassa m diberi gaya F sehingga balok bergerak ke atas sejauh s seperti gambar 4.13. Jika lantai bidang miring pada gambar terse but men-imbulkan gaya gesek fk maka resultan gaya yang bekerja adalah:F = F – w sinα– fkDengan demikian, usaha netto yang bekerja pada balok diru-muskan:FF sin αsw
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 191Ditanyakan: W = . . .?Jawab:W = m . g (h1 – h2)W = 10 . 10 . (0 – 1,5)W = – 150 jouleTanda (–) berarti diperlukan sejumlah energi untuk mengangkat balok tersebut.2. Sebuah air terjun setinggi 100 m menumpahkan air melalui sebuah pipa dengan luas penampang 0,5 m2. Laju aliran air yang melalui pipa adalah 2 m/s. Tentukan energi yang dihasilkan air terjun tiap sekon yang dapat digunakan untuk menggerakkan turbin di dasar air terjun!Penyelesaian:Diketahui:h1 = 100 mh2 = 0 mA = 0,5 m2v = 2 m/sDitanyakan: W = . . .?Jawab:Langkah 1:Menentukan debit air terjun, yaitu banyaknya volume air yang mengalir melalui suatu penampang lintang tertentu tiap satuan waktu.Q = A.vQ = 0,5 . 2Q = 1 m3/sLangkah 2:Menentukan volume air dalam debit air.V = 1 m3Langkah 3:1. Tentukan usaha untuk mengangkat balok 10 kg dari permukaan tanah ke atas meja setinggi 1,5 m.Penyelesaian:Diketahui:m = 10 kgh1 = 0 mh2 = 1,5 m
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 192Menentukan massa air tiap sekon.m = 1.000 kgLangkah 4:Menentukan energi yang dihasilkan air terjun tiap sekon.W = m.g. (h1 – h2)W = 1.000 . 10 . (100 – 0)W = 1.000.000 jouleKerjakan soal berikut dengan tepat!Gaya sebesar 80 newton bekerja pada benda bermassa 50 kg. Jika arah gaya membentuk sudut 30o dengan horizontal, hitunglah kecepatan benda setelah berpin-dah sejauh 10 m! D. DayaSaat kita membeli bola lampu, pada kardus kemasan bola lampu tersebut selalu Kerja Mandiri 3tercantum angka-angka dalam satuan watt. Misalnya 5 watt, 10 watt, dan sebagainya. Menyatakan besaran apakah watt itu? Watt meru-pakan satuan untuk menyatakan daya.Daya adalah kemampuan untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain. Sebagai contoh, sebuah lampu 100 watt be-Dayarefisiensi 100 %. Artinya tiap detik lampu tersebut akan mengubah 100 joule energi listrik yang memasuki lampu menjadi 100 joule energi cahaya.Semakin besar daya suatu alat, semakin besar pula kemampuan alat tersebut mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.Jika energi yang masuk ke suatu alat seluruhnya dapat diubah menjadi energi bentuk lain maka efisiensi alat tersebut adalah 100%. Besarnya daya dirumuskan sebagai berikut.. . . (4.15)Keterangan:P : daya (watt)W : usaha (joule)
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 193Praktikum3. Bola kecil 1 buahC. Langkah Kerja1. Tempelkan pegas pada balok yang cukup besar. Kemudian di ujung pegas diberi bola kecil!2. Letakkan semua benda di meja! Tariklah bola kecil kemudian lepaskan!3. Selidikilah perubahan energi apa saja yang terjadi dalam percobaan terse-but!4. Buatlah kesimpulan dari hasil kerjamu dan diskusikan hasilnya dengan teman-temanmu dengan bimbingan bapak ibu guru. Peringatan:a. Kembalikan semua peralatan ke tempat semula!b. Jagalah kebersihan lingkungan!Setelah melakukan kegiatan di atas, kamu tentu sudah memahami tentang perubahan bentuk energi. Selanjutnya simaklah contoh soal berikut! Setelah itu kerjakan soal-soal di bawahnya!Contoh Soal1. Romi mendorong kotak bermassa 3 kg dengan gaya 15 N. Tentukan daya t : waktu (s)Dalam kehidupan sehari-hari sukar ditemukan kondisi ideal. Oleh karena itu, dikenal adanya konsep efisiensi. Konsep efisiensi adalah suatu perbandingan antara energi atau daya yang dihasilkan dibandingkan den-gan usaha atau daya masukan. Efisiensi dirumuskan sebagai berikut. x 100 % atau x 100 %. . . (4.16)Keterangan:η : efisiensi (%)Wout : usaha yang dihasilkan (joule)Win : usaha yang dimasukkan atau diperlukan (joule)Pout : daya yang dihasilkan (watt)Pin : daya yang dimasukkan atau dibutuhkan (watt)Untuk membantumu memahami tentang perubahan bentuk energi, lakukan kegiatan berikut!Perubahan Bentuk EnergiA. TujuanMenunjukkan adanya perubahan suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.B. Alat dan Bahan1. Pegas 1 buah2. Balok 1 buah
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 194 F = 15 N s = 2,5 m t = 2 sDitanyakan: P = . . .?Jawab: P = 18,75 watt2. Sebuah mobil bermassa 1 ton dipacu dari kelajuan 36 km/jam menjadi 144 km/jam dalam 4 sekon. Jika efisiensi mobil 80 %, tentukan daya yang dihasilkan mobil!Penyelesaian:Diketahui:m= 1 tonv1 = 36 km/jamv2 = 144 km/jamt = 4 sDitanyakan: P = . . .?Jawab:Langkah 1:Menentukan usaha yang dilakukan.W = m v22 – m v12 (1 ton = 1.000 kg, 144 km/jam = 40 m/s, 36 km/jam = 10 m/s)W = . 1.000 . (40)2 – 1.000 . (10 )2W = 750.000 jouleLangkah 2:Menentukan daya yang dibutuhkan.Pin = 187.500 watt yang dilakukan anak tersebut jika ia mampu mendorong kotak sejauh 2,5 m dalam waktu 2 sekon!Penyelesaian:Diketahui: mk = 3 kg
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 195Langkah 3:Menentukan usaha yang dihasilkan.80 % = Pout = 150.000 wattKerjakan soal berikut bersama teman sebangkumu!1. Gambar di bawah ini adalah salah satu kegiatan bangsa Mesir primitif dalam memban-gun piramid. Berikan ilustrasi secara singkat mengenai besaran-besaran yang bekerja pada gambar berikut!2. Sebutkan faktor yang dibutuhkan oleh bangsa Mesir primitif dalam memindahkan batu besar!3. Berapa daya yang dibutuhkan untuk memindahkan batu tersebut? Jelaskan pula efisiensinya!1. Usaha adalah hasil kali resultan gaya dengan perpindahan.Kerja Berpasangan W = F . cos α. d2. Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posis-inya.FFΔ xEp = m . g . h3. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda bergerak.
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 196RangkumanEk = . m . v 24. Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik.Em = Ep + Ek5. Usaha pada arah mendatar sama dengan perubahan energi kinetik.W = ΔEk6. Usaha pada arah vertikal sama dengan perubahan energi potensial.W = ΔEp7. Hukum Kekekalan Energi Mekanik dirumuskan sebagai berikut.Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep28. Daya adalah energi tiap satuan waktu.A.Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!1. Gaya sebesar 40 N digunakan untuk me narik sebuah benda pada lantai datar. Tali yang digunakan untuk menarik benda membentuk sudut 45° dan ben da berpindah sejauh m. Be sar usaha yang dilakukan adalah . . . .a. 40 joule b. 120 joule c. 160 joule
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 197Soal-soal Uji Kompetensid. joulee. joule2. Sebuah mobil mainan mempunyai kedudukan yang ditunjukkan oleh grafik berikut ini.Usaha yang dilakukan mobil mainan untuk berpindah dari titik asal ke kedudukan sejauh 8 meter adalah . . . .a. 30 joule d. 46 jouleb. 44 joule e. 49 joulec. 45 joule3. Jika sebuah bola bermassa 1 kg menggelinding dengan kelajuan tetap 4 m/s maka energi kinetik bola adalah . . . .b. m/s e. m/sc. 2 m/s5. Sebuah motor dengan kelajuan 18 km/jam memerlukan waktu 5 sekon untuk berhenti. Jika massa motor 100 kg maka:1) perlambatan motor sebesar 1 m/s22) usaha yang diperlukan untuk meng hentikan motor adalah -1.250 joule3) gaya rem untuk menghentikan gerak motor sebesar -100 N4) motor berhenti setelah menempuh jarak 12,5 mPernyataan di atas yang benar adalah . . . .a. 1), 2), dan 3) b. 1) dan 3)c. 2) dan 4)d. 4) sajae. semua benar6. Sebuah balok bermassa 400 gram dijatuhkan dari ketinggian 2 m ke per-mukaan tanah. Jika pada permukaan tanah terdapat pegas dengan kon-stanta 100 N/m maka pegas akan tertekan sebesar . . . .a. 0,01 m d. 0,04 mb. 0,02 m e. 0,05 mc. 0,03 m7. Sebuah motor bermassa 300 kg ber-henti dari kelajuan 36 km/jam sejauh 5 m. Besar gaya pengereman yang dilakukan adalah . . . .a. 1.000 N d. 4.000 Nb. 2.000 N e. 5.000 Nc. 3.000 N8. Saat sebuah peluru ditembakkan ver-tikal ke atas dari permukaan tanah, a. 1 joule d. 4 jouleb. 2 joule e. 8 joulec. 3 joule4. Kelereng dilempar ke atas dari permu-kaan tanah dengan kecepatan 8 m/s. Kecepatan kelereng saat bergerak ke atas dengan tinggi 2 m adalah . . . .a. m/s d. m/sF (N)1110987654321-1-2s (m)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 198berlaku . . . .1) di permukaan tanah energi kinetik minimum2) di permukaan tanah energi poten-sial maksimum3) di titik tertinggi energi kinetik mak-simum4) di titik tertinggi energi potensial maksimumDari pernyataan di atas yang benar adalah . . . .a. 1), 2), dan 3) b. 1) dan 3)c. 2) dan 4)d. 4) sajae. semua benar9. Mesin truk Pak Bonar mempunyai kekuatan 1.000 daya kuda (hp). Jika 1 hp = 746 watt maka daya keluaran mesin dengan efisiensi mesin 90 % adalah . . . .a. 7,460 . 105 watt b. 7,460 . 104 watt c. 7,460 . 103 wattd. 6,714 . 105 watte. 6,714 . 104 watt10. Air terjun pada ketinggian 40 m men-galirkan air sebanyak 150.000 kg/menit. Jika efisiensi generator 50 % maka daya yang dihasilkan generator adalah . . . .a. 525 kW d. 450 kW b. 500 kW e. 400 kWc. 475 kWB. Kerjakan soal-soal berikut dengan te-pat!1. Mila memindahkan buku 200 gram dari permukaan tanah ke atas meja setinggi 1,25 m. Tentukan besar usaha yang diperlukan!2. Buah apel bermassa 100 gram jatuh dari ketinggian 2 m. Tentukan ke-ce patan buah apel saat menyentuh tanah!3. Sebuah mobil dengan rem blong dan berkecepatan 36 km/jam menaiki tan-jakan dengan kemiringan 37°. Berapa besar gaya gesek roda dan jalan tan-jakan itu sehingga mobil berhenti?4. Sebuah peluru bermassa 40 gram ditembakkan dengan sudut elevasi 63° dan kecepatan awal 20 m/s. Tentukan energi total peluru di titik tertinggi!5. Sebuah mesin mempunyai kekuatan 1.350 hp. Jika 1 hp = 746 watt dan efisiensi mesin adalah 87%, tentukan daya keluaran mesin dalam satuan watt!