USAHA DAN ENERGI

Pada materi sebelumnya, ktai menggunakan hukum Newton untuk menganalisis gerak benda. Informasi gaya dan massa digunakan untuk menentukan percepatan suatu benda. Informasi percepatan kemudian digunakan untuk menentukan informasi tentang kecepatan atau perpindahan suatu benda setelah periode waktu tertentu. Dengan cara ini, hukum Newton berfungsi sebagai model yang berguna untuk menganalisis gerakan dan membuat prediksi tentang keadaan akhir gerakan suatu benda. Dalam unit ini, model yang sepenuhnya berbeda akan digunakan untuk menganalisis gerakan objek. Gerak akan didekati dari perspektif usaha dan energi. Pengaruh usaha terhadap energi suatu benda (atau sistem benda) akan diselidiki; kecepatan dan / atau tinggi benda yang dihasilkan kemudian dapat diprediksi dari informasi energi.

USAHA

Ketika suatu gaya bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan perpindahan benda, dikatakan bahwa benda tersebut melakukan usaha. Ada tiga unsur utama untuk melakukan usaha yaitu gaya, perpindahan, dan sudut (theta). Agar suatu gaya memenuhi syarat melakukan usaha pada suatu benda, harus ada perpindahan dan gaya harus menyebabkan perpindahan. Ada beberapa contoh usaha yang dapat diamati dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya seekor kuda menarik bajak melalui ladang, seorang ayah mendorong gerobak kelontong di lorong toko bahan makanan, seorang mahasiswa baru mengangkat ransel penuh buku di bahunya, seorang atlet angkat besi mengangkat barbel di atas kepalanya, seorang atlet Olimpiade meluncurkan tolak peluru, dll. Dalam setiap kasus yang dijelaskan di sini, ada gaya yang diberikan pada suatu benda untuk menyebabkan benda tersebut dipindahkan.

Secara matematis, usaha dapat diekspresikan dengan persamaan berikut.

W = F x s

dimana :

W = Usaha (Joule)

F = gaya (Newton)

s = perpindahan (Meter)

ENERGI

Energi adalah kata yang cenderung banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Meskipun sering digunakan secara lumrah, kata ini memiliki arti fisik yang sangat spesifik.

Energi adalah ukuran kemampuan sesuatu untuk melakukan usaha. Itu bukan substansi material. Energi dapat disimpan dan diukur dalam berbagai bentuk.

Meskipun kita sering mendengar orang berbicara tentang konsumsi energi, energi tidak pernah benar-benar dimusnahkan. Itu hanya ditransfer dari satu bentuk ke bentuk lain, melakukan usaha dalam prosesnya.

 

Energi Potensial Gravitasi

Suatu benda dapat menyimpan energi sebagai hasil dari posisinya. Energi yang bersumber atau kerena posisi ini disebut sebagai energi potensial. Energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam posisi yang dimiliki oleh suatu benda.

Contohnya adalah bola yang berat digantung pada mesin menyimpan energi saat berada pada posisi yang lebih tinggi. Demikian pula, busur yang ditarik mampu menyimpan energi sebagai hasil dari posisinya. Saat mengambil posisi (yaitu, saat tidak ditarik), tidak ada energi yang disimpan. Namun ketika posisinya diubah dari posisi kesetimbangan biasanya, busur mampu menyimpan energi berdasarkan posisinya.

Dua contoh di atas mengilustrasikan dua bentuk energi potensial yang akan dibahas dalam pembahasan ini yakni energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis. Energi potensial gravitasi adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat posisi vertikal atau ketinggiannya. Energi tersebut disimpan sebagai hasil dari tarikan gravitasi bumi terhadap benda tersebut. Energi potensial gravitasi bola dari mesin bergantung pada dua variabel - massa bola dan ketinggian bola itu dinaikkan. Ada hubungan langsung antara energi potensial gravitasi dan massa suatu benda. Bola memiliki energi potensial gravitasi yang lebih besar. Ada juga hubungan langsung antara energi potensial gravitasi dan ketinggian suatu benda. Semakin tinggi suatu benda dinaikkan, semakin besar energi potensial gravitasinya seperti yang tertera pada gambar di bawah ini.

Hubungan tersebut diekspresikan oleh persamaan berikut:

Keterangan

EP = Energi Potensial (Joule)

m = Massa (kg)

g = Percepatan Gravitasi (m/s2)

h = Ketinggian (meter)

 

Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi gerak. Sebuah benda yang memiliki gerak - baik itu gerak vertikal maupun horizontal - memiliki energi kinetik. Ada banyak bentuk energi kinetik - vibrasi (energi akibat gerak getaran), rotasi (energi akibat gerak berputar), dan translasi (energi akibat gerak dari satu lokasi ke lokasi lain). Untuk menyederhanakan masalahnya, kita akan fokus pada energi kinetik translasi. Jumlah energi kinetik translasi dimiliki suatu benda bergantung pada dua variabel: massa (m) benda dan kecepatan (v) benda. Persamaan berikut digunakan untuk merepresentasikan energi kinetik (EK) suatu benda.

Keterangan:

Ek = energi Kinetik (Joule)

m = Massa (kg)

v = kecepatan (m/s)

Persamaan ini mengungkapkan bahwa energi kinetik suatu benda berbanding lurus dengan kuadrat kecepatannya. Artinya, untuk peningkatan kecepatan dua kali lipat, energi kinetik akan meningkat empat kali lipat. Untuk peningkatan kecepatan tiga kali lipat, energi kinetik akan meningkat dengan faktor sembilan. Dan untuk peningkatan kecepatan empat kali lipat, energi kinetik akan meningkat dengan faktor enam belas. Energi kinetik bergantung pada kuadrat kecepatan. Seperti yang sering dikatakan, persamaan bukan hanya resep untuk pemecahan masalah aljabar, tetapi juga panduan untuk memikirkan hubungan antar besaran.

Tulisan in dambil dan diolah berdasarkan pada :
https://www.khanacademy.org/  dan  https://www.physicsclassroom.com/