USAHA DAN ENERGI

USAHA

Istilah Usaha dalam Fisika kadang Berbeda dengan Keseharian , Mengapa?

Apakah Animasi di atas orang melakukan usaha, untuk lebih memahami tentang usaha perhatikan pernyataan di bawah ini!

Pernyataan 1

Anton dan Yudi mendapat tugas dari gurunya untuk mendorong meja, sehingga meja tersbut  tersebut bergeser sejauh 4 mter walau mereka memberikan gaya yang kecil saja.

Pernyataan 2

Pak Anton  dan Pak Yudi  selanjutnya mendorong almari dengan gaya yang besar, Namun walau sudah berusaha dengan keras dan dengan air keringat bercucuran almari tidak berpindah dari posisinya.

Ketika kita bercicara usaha dalam sehari-hari tentunya kita dapat mengatakan  bahwa usaha pada  pernyaaan 2 lebih besar di bandingkan dengan  dengan usaha pada pernyaatan yang pertama.Namun istilah usaha lain  dengan fisika. Dalam fisika usaha usaha berkaitan dengan gaya dan perpindahan. Jika suatu benda mendapatkan gaya dan mengalami perpindahan maka  sesuatu yang memberikan gaya tadi sudah melakukan usaha.  Dan jika sebuah benda sudah memberikan gaya walaupun gaya tersebut besar namun benda tersebut tidak mengalami perpindahan maka usahanya adalah nol atau tidak terjadi usaha. 

Jika sebuah benda dikenai gaya (F) dan benda tersebut mengalami perpindahan (s) yang searah dengan gaya yang diberikan maka gaya tersbut telah melakukan usaha (W) sebesar gaya yang diberikan dikalikan dengan perpindahannya.  

Usaha dalam kehidupan sehari -hari

Maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut dapat ditulisakn secara matematis sebagai berikut ini:

W = F x s

Dengan :

W = usaha satuannya joule atau Nm

F = Gaya satuannya N atau kg m/s²

s = perpindahan  satuannya m

Besaranya usaha di atas dapat bernilai negatif atau positif ataupun dapat bernilai nol .

ENERGI

Energi adalah kemampuan benda untuk melakukan kerja (usaha).Satuan energi menurut Satuan Internasional (SI) adalah joule, satuan energi yang lain: erg, kalori, dan kWh.
Konversi satuan energi:1 kalori = 4,2 joule, 1 joule = 0,24 kalori, 1 joule = 1 watt sekon

Bentuk-bentuk energi

Kalian sudah belajar jenis-jenis energi di sekolah dasar, nah beberapa bentuk energi antara lain:

1. Energi kimia adalah energi yang terkandung dalam zat, misalnya makanan, bahan bakar atau aki
2. Energi bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar, misal gitar yang dipetik atau bel listrik
3. Energi listrik, berasal dari arus listrik
4. Energi cahaya energi yang bersumber dari cahaya misal yang dipancarkan dari matahari atau lampu pijar
5. Energi mekanik dimiliki benda karena sifat geraknya, misal air terjun

Perubahan Bentuk- energi

Dalam pemanfaatan energi. Energi bisa berubah dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi yang lain.Contoh perubahan bentuk energi antara lain:

1. Pada setrika terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor
2. pada lampupijar terjadi perubahan energilistrik menjadi energi cahaya
3. pada dinamoter terjadi perubahan energi gerak menjadi energil istrik

Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya atau kedudukan terhadap suatu acuan. Sebagai contoh sebuah batu yang kita angkat pada ketinggian tertentu memiliki energi potensial, jika batu kita lepas maka batu akan melakukan kerja yaitu bergerak kebawah atau jatuh. Sehingga energi potensialnya berkurang

Rumusan Energi potensial

Energi potensial bumi tergantung pada massa benda, gravitasi bumi dan ketinggian benda. Sehingga dapat dirumuskan:

Ep= m . g . h

Ep= Energi potensial satuanya joule  J
m = massa benda satuannya kilogram   kg 
h= ketinggian satuannya meter   m
G = percepatan gravitasis satuanya   m/s 2

Selain energi potensial gravitasi terdapat juga energi potensial elastis. Energi ini yang memiliki sifat elastis, misalnya karet, busur panah dan pegas.

Energi kinetik

(sumber dari buku BSE kelas VIII)

Percakapan diatas menunjukkan bahwa motor melaju lebih cepat dari pada 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 energikinetiknya akan semakin besar. Semakin cepat benda itu bergerak, energi kinetiknya juga semakin besar.

Rumusan Energi kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Makin besar kecepatan benda bergerak makin besar energi yang bergerak makin besar pula energi kinetik yang dimilikinya. Jadi Energi kinetik dipengaruhi oleh kecepatan dan masanya

Secara matematis dapat dirumuskan

Ek = ½ m x v ²

Ep= Energi kinetik satuuanya joule   J

m = massa benda satuannya kilogram   kg 

v= kecepatan  satuannya meter   m/s

Energi Mekanik

gambar energi mekanik

Energi mekanik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena sifat geraknya. Energi mekanik terdiri dari energi potensial dan energi kinetik.

Daya

Daya merupakan besaran fisika yang mempunyai satuan J/s atau watt. Secara matematis daya dapat dituliskan sebagai berikut.

$P=\frac{W}{t}$

Keterangan:

P: daya satuannya J/s atau Watt

W : Usaha satuannya J

t : waktu Satuannya s

Semakin besar daya yang dimiliki oleh suatu benda, semakin besar pula kemampuan benda tersebut untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.

LATIHAN SOAL

Nomor 1

Perhatikan gambar berikut, sebuah kotak ditarik dengan gaya F sebesar 12 Newton.

Kotak berpindah 4 meter ke kanan dari posisi semula.

Tentukan usaha yang dilakukan gaya pada kotak tersebut!

Nomor 2

Sebuah balok berada pada lantai licin dan ditarik oleh gaya F = 40 Newton. Jika usaha yang dilakukan oleh gaya kepada balok adalah 680 joule, hitunglah besar perpindahan balok!

Nomor 3

Usaha yang diperlukan untuk memindahkan sebuah benda dalam lintasan mendatar sejauh 13 meter sebesar 15,6 joule. Tentukan besar gaya yang harus diberikan pada benda!

Nomor 4

Perhatikan gambar berikut!

Dua buah gaya masing-masing F1 = 10 N dan F2 = 5 N bekerja pada sebuah benda yang terletak pada suatu permukaan lantai. Jika benda berpindah ke kanan sejauh 5 meter, tentukan usaha yang dilakukan pada benda oleh kedua gaya tersebut!

Nomor 5

Perhatikan gambar berikut!

Dua buah gaya masing-masing F1 = 15 N dan F2 = 7 N bekerja pada sebuah benda yang terletak pada suatu permukaan lantai. Jika benda berpindah ke kanan sejauh 6 meter, tentukan usaha yang dilakukan pada benda oleh kedua gaya tersebut!

Nomor 6

Usaha total yang dilakukan oleh dua buah gaya F1 dan F2 pada sebuah benda adalah 120 joule. Perhatikan gambar berikut

ika perpindahan benda adalah 5 meter, tentukan besarnya gaya F2!

Nomor 7

Seorang anak memindahkan sebuah buku yang jatuh dilantai ke atas meja. Massa buku adalah 300 gram dan tinggi meja dari lantai adalah 80 cm.



Jika percepatan gavitasi bumi adalah 10 m/s2 tentukan usaha yang diperlukan!

Nomor 8

Seorang siswa yang beratnya 450 Newton menaiki tangga yang memiliki ketinggian 3 m. Siswa tersebut memerlukan waktu 6 detik untuk sampai ke atas. Tentukan daya yang dikeluarkan siswa untuk kegiatan tersebut!

Nomor 9

Dalam 2 menit sebuah lampu menggunakan energi listrik sebanyak 3000 joule. Tentukan daya lampu tersebut!

Nomor 10

Perhatikan gambar!



Seorang anak membawa kotak yang beratnya 50 Newton dari titik A menuju B, kemudian kembal lagi ke A. Menurut fisika, berapakah usaha yang dilakukan anak?

Nomor 11

Sebuah sepeda yang massanya 40 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan besar energi kinetik sepeda tersebut!

Nomor 12

Sebuah sepeda yang massanya 40 kg bergerak dengan mengeluarkan energi kinetik sebesar 720 Joule. Tentukan Kecepatan sepeda tersebut!

Nomor 13

Sebuah benda bergerak dengan kecepatan 8 m/s hingga memiliki energi kinetik sebesar 128 joule. Tentukan besarnya massa benda tersebut!

Nomor 14

Buah pepaya bermassa 0,5 kg tergatung pada tangkainya yang berada pada ketinggian 2 m dari atas tanah. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2 tentukan besar energi potensial yang dimiliki oleh buah pepaya tadi!

Nomor 15

Sebuah benda berada pada ketinggian 5 m dari atas tanah. Jika energi potensial benda tersebut adalah 2500 joule dan percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2, tentukan massa benda tersebut!

Nomor 16

Seekor burung sedang melayang terbang pada ketinggian 10 m di atas tanah dengan kecepatan konstan sebesar 10 m/s. Jika massa burung adalah 2 kg, tentukan:
a) Energi kinetik burung
b) Energi potensial burung
c) Energi mekanik burung

Nomor 17

Sebuah benda memiliki energi kinetik sebesar 5000 Joule. Jika kecepatan benda tersebut dijadikan setengah dari kecepatan benda mula-mula, tentukan energi kinetiknya sekarang!

Nomor 18

Benda pertama memiliki massa m dan kecepatan v. Benda kedua memiliki massa 3 kali benda pertama dan kecepatan 2 kali benda pertama. Tentukan perbandingan energi kinetik yang dimiliki oleh benda kedua dan benda pertama!

Nomor 19

Sebuah benda yang tidak diketahui massanya jatuh dari ketinggian tertentu. Saat tinggi dari atas tanah 50 m, kecepatannya adalah 20 m/s.



Tentukan perbandingan energi kinetik dan energi potensial benda pada saat itu, gunakan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2

Nomor 20

Buah kelapa dengan massa 2 kg berada pada tangkainya setinggi 5 meter di atas tanah sedangkan buah nangka bermassa 3 kg berada pada 4 meter di atas tanah.



Tentukan perbandingan energi potensial yang dimiliki keduanya.

Nomor 21

seekor burung sedang melayang terbang pada ketinggian 10 m diatas tanah dengan kecepatan konstan 10 m/s.jika massa burung 2 kg .tentukan!

a.Energi potensial 

b. energi kinetik 

c. energi mekanik

Nomor 22

Berapakah usaha yang dilakukan untuk memindahkan kotak tersebut sejaiuh 3 m, jika ditarik dengan gaya 50 N

Nomor 23

Untuk mengangkat sebuah batu yang massanya 5 kg dari lantai, seorang siswa melakukan usaha sebesar 98 J. Jika percepatan grafitasi sebesar 9,8 N/kg, berapakah ketinggian batu tersebut?

Nomor 24

Sebuah mobil dengan berat 1000 N, yang mula-mula diam diberi gaya sehingga mobil berpindah sejauh 5 m, seperti tampak pada gambar

a. Kemanahakh arah perpindahan mobil ?

b. Berapa total gaya?

c. Berapa usaha ?

Nomor 25

Toni dan Dino memiliki berat yang sama yaitu 490 N. Keduanya berlomba menaiki anak tangga. Toni dan Dino memulai lomba dengan berjalan dari kaki tangga secara bersamaan. ternyata Toni sampai di puncak tangga terlebih dahulu dibanding Dino

a. Siapakah yang gaya ototnya melakukan usaha lebih besar?

b. Mengapa Toni bisa lebih dahulu sampai dibanding Dino?

Nomor 26

Sebuah elavator dalam pertokoan dapat membawa 15 orang melalui ketinggian 10 m dalam waktu 8 sekon. Massa total elavator dan seluruh penumpangnya adalah 1.200 kg. Tentukan :

a. Gaya

b. Usaha

c. Daya

Nomor 27

Ada buah kelapa yang masih menggantung di pohon bermassa 2 kg, seperti tampak pada gambar

Hitunglah energi potensial pada buah kelapa tersebut!

Nomor 28

Sebuah troli yang berisikan 2 karung beras yang masing-masing bermassa 5 kg bergerak karena didorong dengan kecepatan 1 m/s. Tentukan besar energi kinetik pada troli tersebut!

Nomor 29

Sebuah sepeda yang massanya 20 kg bergerak dengan mengeluarkan energi kinetik sebesar 720 Joule. tentukan kecepatan sepeda tersebut!

Nomor 30

Sebuah mangga bermasa 0,5 kg tergantung pada tangkainya yang berada pada ketinggian 4 m dari atas tanah. Tentukan besar energi potensial yang dimiliki oleh mangga tersebut!

Nomor 31

Sebuah benda bergerak pada ketinggian 4 m dari atas tanah. Jika energi potensial benda tersebut 250 Joule, tentukan massa benda tersebut!

Nomor 32

Sebuah drone yang massanya 4 kg bergerak mendatar dengan mengeluarkan energi kinetik 7200 Joule. Tentukan kecepatan drone tersebut!

Nomor 33

Benda bermassa 5 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Besarnya energi potensial di titik tertinggi yang dicapai benda adalah ...

Nomor 34

Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian tertentu dengan kecepatan 10 m/s. Jika massa bola 2 kg. Tentukan tinggi bola sesaat sebelum dijatuhkan, jika kecepatan bola sampai di tanah 20 m/s

Nomor 35

Perhatikan gambar!

Jika massa buah kelapa 2 kg. tentukan kecepatan buah kelapa pada saat mencapai ketinggian B

Nomor 36

Sebuah balok berada pada lantai licin dan ditarik oleh gaya 40 N. Jika usaha yang dilakukan oleh gaya kepada balok adalah 680 Joule, hitunglah besar perpindahan balok!

Nomor 37

Usaha yang dilakukan unutuk memindahkan sebuah benda dalam lintasan mendatar sejauh 13 meter sebesar 15,6 joule. tentukan besar gaya yang harus diberikan benda!

Nomor 38

Perhatikan gambar!

Tentukan usaha yang dilakukan pada benda oleh kedua gaya tersebut!

Nomor 39

Perhatikan gambar!

Jika usaha bersama gaya-gaya tersebut terhadap benda 18.000 Joule, tentukan jarak perpindahan benda tersebut!

Nomor 40

Sebuah mobil bergerak dari titik A ke titik B dan ke titik C seperti pada gambar

Jika kecepatan mobil dari titik A ke titik B 20 km/jam dan kecepatan dari titik B ke titik C 40 km/jam, maka perbandingan energi kinetik yang dimiliki sewaktu bergerak antara titik A ke B dengan antara titik B ke C adalah ...

Nomor 41

Mobil $x$ dan mobil $y$ sejenis dan sama massanya. Jika pada suatu saat energi kinetik mobil $x$ adalah 9 kali energi kinetik mobil $y$. INi menunjukan bahwa perbandingan kecepatan mobil $x$ dan mobil $y$ adalah ...

Nomor 42

Perhatikan gambar!

Energi kinetik benda di titik B = 100 Joule. Bila massa benda 2,5 kg, maka energi kinetik benda saat menyentuh tanah di titik C adalah ....

Nomor 43

Kecepatan sebuah mobil diperbesar menjadi 3 kali semula. Perbandingan energi kinetik semula dan sekarang adalah ...

Nomor 44

Perhatikan gambar

Energi kinetik benda di titik B adalah 100 Joule. Jika massa benda 2,5 kg, maka energi benda pada saat menyentuh tanah di titik C adalah ...

Nomor 45

Anak panah yang massanya 500 gram dilepaskan mendatar pada ketinggian 3 m dengan kecepatan 40 m/s. Jika kecepatan grafitasi bumi 20 $ m/s^{2}$, maka tentukan energi mekanik yang dimiliki anak panah sesaat setelah dilepaskan!

Nomor 46

Sebuah anak meluncur dengan papan luncur dari puncak bukit setinggi 5 meter. Jika massa anak dan papan luncurnya 50 kg dan tidak ada gesekan, berapa kecepatan anaak saat berada di dasar bukit?

Nomor 47

Sebuah benda bermasa 1,5 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan 20 m/s.

a. Berapa ketinggian maksimum yang di capai benda?

b. Berepa energi kinetik benda saat berada pada ketinggian 10 meter?

Nomor 48

Sebuah roller coaster bermassa 500 kg mulai bergerak dari ketinggian 40 meter dan meluncur ke bawah tanpa mesin. Dilintasan bawah yang berada 5 meter dari tanah, kecepatan roller coaster adalah 20 m/s.

a. Hitung energi mekanik saat ketinggian 40 meter dan 5 m

b. Apakah energi mekanik sistem tetap? Jelaskan!

Nomor 49

Sebuah peluncur air memiliki tinggi 5 meter. Seorang anak bermassa 30 kg duduk di atas peluncur tersebut dan dilepaskan tanpadorongan awal. Berapa kecepatan anak ssaat mencapai dasar seluncuran?

Nomor 50

Sebuah bola bermassa 0,5 kg dilempar ke atas denagn kecepatan 12 m/s. Hitung :

a. Energi mekanik awal

b. Ketinggian maksimum yang dapat dicapai bola

Nomor 51

Seorang pemain ski meluncur dari bukit es setinggi 10 m. Jika tidak ada gesekan, berapa kecepatan pemain ski saat berada pada ketinggian 2 meter dari dasar?

Nomor 52

Sebuah benda bermassa 1 kg dilempar ke atas dari tanah dengan kecepatan 20 m/s

a. Tentykan ketinggian maksimum yang dapat dicapai

b. Berapa energi potensial dan kinetik pada ketinggian 10 meter?

Nomor 53

Sebuah bola dilempar vertikal ke atas dari atas meja setinggi 2 meter dengan kecepatan 5 m/s. tentukan :

a. Ketinggian maksimum bola dari lantai

b. Energi mekanik sistem pada saat dilempar dan saat titik tertinggi

SOAL-SOAL UJIAN NASIOANAL USAHA DAN ENERGI

Nomor 1

Perhatikan gambar! Sopir sedan ingin memarkir mobilnya tepat 0,5 m di depan mobil truk yang mula-mula berjarak 10 m dari kedudukan sedan.

Usaha yang diperlukan oleh mobil sedan tersebut adalah ....
A. 525 J
B. 500 J
C. 495 J
D. 475 J

Nomor 2

Perhatikan gambar!



Besarnya usaha yang dilakukan oleh Andi dan Toni agar mobil bisa berpindah sejauh 4 meter jika gaya kedua anak itu masing-masing 50 N dan 70 N adalah....
A. 80 joule
B. 200 joule
C. 280 joule
D. 480 joule

Nomor 3

Seorang sopir menarik mobil yang mogok seperti pada gambar, sehingga mobil tersebut berpindah sejauh 1000 cm. Besarnya usaha adalah....



A. 250 joule
B. 1.000 joule
C. 2.500 joule
D. 250.000 joule

Nomor 4

Sebuah peti didorong dengan kekuatan 400 newton dan berpindah sejauh 4 meter. Berapakah usaha yang dilakukan pada peti tersebut?
A. 100 J
B. 396 J
C. 404 J
D. 1600 J

Nomor 5

Perhatikan gambar berikut!



Besar usaha yang dilakukan anak pada gambar adalah...
A. 70 joule
B. 90 joule
C. 190 joule
D. 7000 joule

Nomor 6

Sebuah kotak mendapatkan gaya ke kanan sebesar 36 Newton dan mendapat ke kiri sebesar X Newton sehingga kotak bergeser ke kanan sejauh 5 meter. Jika usaha total yang bekerja pada kotak adalah 120 joule, maka nilai X adalah....Newton
A. 6
B. 8
C. 9
D. 12

Nomor 7

Ketika sebuah pegas direntangkan dengan tangan kemudian dilepas kembali, maka perubahan energi yang terjadi adalah….

A. Energi mekanik menjadi energi kinetik
B. Energi potensial menjadi energi kinetik
C. Energi kinetik menjadi potensial
D. Energi mekanik menjadi energi potensial

Nomor 8
Perhatikan gambar!



Sebuah mobil yang menggunakan aki sebagai sumber energi sedang melaju. Urutan perubahan energi yang terjadi pada mobil adalah....
A. energi gerak → energi bunyi → energi listrik
B. energi gerak → energi listrik → energi panas
C. energi kimia → energi panas → energi listrik
D. energi kimia → energi listrik → energi gerak

Nomor 9
Perhatikan gambar rangkaian bola lampu senter!



Perubahan energi yang terjadi pada saat bola lampu menyala adalah….
A. Energi kimia-->energi kalor-->energi listrik+cahaya

B. Energi listrik-->energi kimia-->energi cahaya+energi kalor

C. Energi listrik-->energi kimia-->energi kalor + energi cahaya
D. Energi kimia-->energi listrik-->energi cahaya+energi kalor

Nomor 10

Perhatikan alat seperti gambar berikut!



Ketika alat tersebut sedang digunakan, perubahan energi yang terjadi adalah...
A. energi kimia → energi cahaya → energi panas
B. energi panas→energi cahaya→energi kimia
C. energi panas →energi kimia + energi cahaya
D. energi kimia→ energi panas + energi cahaya

Nomor 11
Perhatikan gambar di bawah!



Benda A mempunyai massa 1.500 gram berada pada posisi seperti gambar. Setelah beberapa saat benda tersebut jatuh ke tanah. Energi potensial terbesar yang dimiliki oleh benda A adalah…(diketahui gbumi = 10 m/s2)
A. 15 joule
B. 200 joule
C. 300 joule
D. 30.000 joule

Nomor 12
Sebutir peluru bermassa 10 gram bergerak dengan kecepatan 100 m/s. energi kinetik peluru tersebut adalah....
A. 50 joule
B. 1.000 joule
C. 10.000 joule
D. 50.000 joule

Nomor 13

Seorang pemain bola menendang bola bermassa 200 gram dengan kecepatan 20 m/s, maka energi kinetik bola tersebut adalah…
A. 25 joule
B. 40 joule
C. 50 joule
D. 400 joule

Nomor 14

Perhatikan gambar gedung berikut!



Jika massa benda 1 dan benda 2 masing-masing 2 kg dan 4 kg, maka perbandingan energi potensial benda 1 dan benda 2 adalah…
A. 1 : 2
B. 2 : 3
C. 3 : 2
D. 4 : 3

Nomor 15

Dua benda A dan B memiliki massa sama. Benda A bergerak dengan energi kinetik 4 J dan B dengan energi kinetik 16 J. Perbandingan kecepatan benda A dengan B adalah....
A. 1 : 2
B. 1 : 4
C. 2 : 1
D. 4 : 1