11/19/2016
Tujuan Pembelajaran : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Coba diskusikan ! Mengapa kita merasa lelah setelah berlari ? Mengapa tubuh kita menjadi lemas jika lapar ? Pada saat terjadi pemutusan aliran listrik, mengapa kita tidak dapat menghidupkan lampu dan televisi ? Mengapa batu akan pecah bila dipukul palu ? Mengapa memotong kain lebih mudah jika menggunakan gunting ?
Menunjukan bentukbentuk-bentuk energi dan contohnya dalam kehidupan sehari sehari--hari Mengaplikasikan konsep energi dan perubahannya dalam kehidupan sehari sehari--hari Merancang percobaan sederhana tentang perubahan bentuk energi Membedakan konsep energi kinetik dan energi potensial Menjelaskan adanya energi potensial dan energi kinetik pada suatu benda yang bergerak Menunjukan konsep kekekalan energi Menunjukan hubungan usaha, gaya dan perpindahan Menjelaskan kaitan antara energi usaha Menunujukan kegunaan beberapa pesawat sederhana yang sering digunakandalam kehidupan seharisehari-hari
Pernahkah kamu mendengar kata usaha ! ``Apakah artinya usaha ?
Saya sedang usaha agar memperoleh uang
Apakah betul si ibu tersebut melakukan usaha ?
1
11/19/2016
Pengertian Energi :
BERSEPEDA PESAWAT TERBANG
KINCIR ANGIN
Bentuk energi 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Energi kimia, adalah energi yang tersimpan dalam bahan makanan Energi cahaya dan energi panas,adalah energi dari benda yang menghasilkan cahaya dan panas Energi listrik, adalah energi ditimbulkan oleh arus listrik. Energi Bunyi, adalah energi yang dihasilkan oleh benda yang bergetar. Energi potensial, adalah energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukannya. Energi kinetik, adalah energi yang dimiliki benda saat bergerak.
Adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Usaha sama dengan hasil perkalian antara gaya dengan perpindahan
HUKUM KEKEKALAN ENERGI :
“ ENERGI TIDAK DAPAT DICIPTAKAN DAN TIDAK DAPAT DIMUSNAHKAN, HANYA DAPAT BERUBAH BENTUK MENJADI BENTUK ENERGI YANG LAIN “
2
11/19/2016
Perubahan bentuk energi • Energi listrik menjadi energi cahaya ( arus listrik lampu nyala ) • Energi listrik menjadi energi panas ( arus listrik strika listrik ) • Energi gerak menjadi energi kalor ( dua benda digesekan menjadi panas ) • Energi gerak menjadi energi bunyi ( senar gitar di petik ----- bunyi ) • Energi kimia menjadi energi listrik ( accu / aki atau baterai )
Energi Mekanik ( Em ) Em = Ep
A. Energi Potensial ( Ep )
Ep = m.g.h h
Em=Ep+Ek
Ep = Energi potensial ( Joule ) m = massa benda ( kg ) g = percepatan gravitasi bumi ( m / s2 ) h = ketinggian benda ( m ) Em=Ek LANTAI
B. Energi kinetik ( Ek )
CONTOH SOAL : 1.
Ek = ½ mv
2
Tentukan energi kinetik sebuah sepeda yang 2 sedang melaju pada 5 m/s . Massa sepeda berikut pengendaranya adalah 60 kg. Penyelesaian
Ek = Energi kinetik ( Joule ) m = massa ( kg ) V = percepatan ( m / s )
Diket : m = 60 kg 2 v = 5 m/s Dit. Ek = <<< ? Jawab : Ek = ½ m.v
Em = Energi potensial + Energi kinetik
2
= ½ x 60 kg x 5² m/s
2
= 750 Joule
Em = mgh + ½ mv2
3
11/19/2016
2. Sebuah benda bermassa 0,1 kg dijatuhkan dari ketingiaan10 m ( g = 10 m/s2 ) a. Berapa energi potensial dan energi kinetik benda mula-mula ? b. Berapa energi potensial dan energi kinetik benda saat menyentuh lantai ? c. Berapa energi potensial, energi kinetik dan kecepatan benda saat berada pada ketinggian 5 m ? d. Berapa kecepatan benda pada saat menyentuh lantai ?
Penyelesaian
Jawab :
3.
Ep = m x g x h = 0,1 kg x 10 m/s2 x 10 m = 10 Joule Ek = 0 b. Pada saat menyentuh lantai ( h = 0 ) Em = Ek = 10 Joule c. Pada saat h = 5 m Ep = m x g x h = 0,1 kg x 10 m/s2 x 5 m = 5 Joule d. Em = Ep + Ek 10 = 5 + Ek Ek = 5 2 Ek = ½ x m x v 5 = ½ x 0,1 x v 2 v 2 = ½ x 0,1
Diket : m = 0,1 kg h = 10 m 2 g = 10 m/s Dit
a.
v
5 = V0,01 = 0,1 m/s2
4.
5.
vo = 0 m/s2 : a. Ep mula-mula = <. b. Ep dan Ek saat menyentuh lantai ... c. Ep, Ek, dan v pada saat h = 5 m d. v pada saat menyentuh lantai
Tentukan energi sebuah bola volley bermassa 800 gram ( 0,8 kg ) yang sedang bergerak dengan kecepatan 2,5 m/s2 Sebuah balok bermassa 2 kg berada pada ketinggian 5 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, tentukan energi potensial balok tersebut terhadap tanah ? Sebuah batu bermassa 2,5 kg dipegang pada jendela sebuah gedung tinggi yang berada 40 m diatas permukaan tanah. Berapakah energi 2 potensial yang dimiliki batu ? ( g = 9,8 m/s )
4
11/19/2016
Persoalan gerak yang melibatkan gaya konstan Dinamika Persoalan gerak yang melibatkan gaya yang tidak tetap: F(x) F(t)
Usaha
Usaha sebagai Luas
Usaha adalah suatu besaran skalar yang diakibatkan oleh gaya yang bekerja sepanjang lintasan
z
ds
F
x2
2
W = ∫ F ( x )dx
F Wg
x1
1
x
y
∆s
2
r r W1→2 = ∫ F ( s ) • d s
x
W = F * ∆s
1
2
Usaha dan Energi Momentum
2
2
dW = F(s) d s
= ∫ Fx ( s )dx + ∫ Fy ( s )dy + ∫ Fz ( s )dz 1
1
1
5
11/19/2016
Satuan Usaha dan Energi
Energi
Gaya × Jarak = Usaha Kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja Bentuk dari energi: Energi kinetik Energi potential: gravitasi, pegas, listrik Panas dll
Newton × [M][L] / [T]2 mks N.m (Joule)
Energi ditransfer kepada benda Usaha positif Energi ditransfer dari benda Usaha negatif.
Meter [L]
=
cgs Dyne-cm (erg) = 10-7 J
Joule [M][L]2 / [T]2 Lainnya
BTU calorie foot-lb eV
= 1054 J = 4.184 J = 1.356 J = 1.6x10-19 J
.
Teorema Usaha – Energi kinetik
Usaha dan Energi Kinetik Jika gaya F selalu tetap, maka percepatan a akan tetap juga, sehingga untuk a yang tetap: r r 2 2 r r dv r r ds = ∫ F ( s ) • d s = ∫ m • d s = ∫ mdv • dt dt 1 1 1 2
W1→2
2
2
1
1
2 r r = ∫ mv • d v = ∫ mvdv = 1 mv 2 = 1 mv22 − 1 mv12 2 2 2 1
v1
v2 F
a
m
Wnet = ∆K
1 2
1 2
= K 2 − K1 = mv2 2 − mv12
Usaha yang dilakukan pada benda akan mengakibatkan perubahan energi kinetik dari benda tersebut
i ∆x
6
11/19/2016
Usaha yang dilakukan oleh Gaya Konservatif
Jenis Gaya
Tidak dibergantung kepada lintasan yang r diambil r W2 1 W1→1 = W1→2 + W2→1 = ∫ F ( s ) • d s = 0
Gaya Konservatif Contoh : Gaya Gravitasi, Gaya Pegas, dll
2 1
Gaya non Konservatif Contoh : Gaya Gesek, dll
W1
2
Sehingga:
r W1→2 = −W2→1 ⇒ Fk ( s) = ∇W = −∇PE
Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif sebanding dengan negatif perubahan energi potensialnya Gaya konservatif adalah minus gradient dari energi potensialnya
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi W
Wg = Fi ∆s = mg ∆s cos θ = mg∆y
m mg g s θ ∆s
Wg = mg∆y
j
= W1 + W2 + . . .+ Wn
= Fi ∆rr 1+ Fi ∆rr2 + . . . + Fi ∆rrn = Fi (∆rr1 + ∆rr 2+ . . .+ ∆rrn) = Fi ∆r = F ∆y
m
∆y
∆rr3
∆y
∆r
∆rr1 ∆rr2
mg g
j
Wg = mg ∆y
hanya bergantung pada ∆y !
∆rrn
m
Bergantung hanya pada ∆y, bukan pada lintasan yang diambil !
7
11/19/2016
Usaha yang dilakukan pada Pegas
Pegas (lanjutan<) x2
Ws = ∫ F ( x )dx
Pada pegas akan bekerja gaya sbb:
F = −kx
F(x)
x1
x1
F(x)
x2
x1
F = - k x2
Hukum Kekekalan Energi Mekanik Σ Energiawal = Σ Energiakhir . Berlaku pada sistem yang terisolasi Proses pengereman ada energi yang berubah menjadi panas (hilang)
Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan Hanya bentuk energi yang berubah Contoh: Energi potensial (benda jatuh bebas)
x1
Ws
=−
-kx
-kx F = - k x1
= ∫ ( − kx) dx
x
x Posisi awal
x2
x2
Energi Potensial Pegas
Ws = −
1 2 kx 2
x2 x1
1 k (x22 − x12 ) 2
Gerak Bandul Fisis Pada kasus ini dapat terlihat perubahan antara energi kinetik (KE) dan energi potensial (PE) pada bandul.
m h1
h2
v KE2 + PE2 = KE1 + PE1
Energi Kinetik
8
11/19/2016
Jet Coaster
Usaha oleh Gaya Non-Konservatif Bergantung kepada lintasan yang diambil B
Wlintasan 2 > Wlintasan 1.
KE2 + PE2 = KE1 + PE1
N
v
Contoh: Gaya gesek adalah gaya non-konservatif
Lintasan 1
Lintasan 2 A
Wf = Ff • D = -µkmgD.
Ff = -µkmg
v R
mg D
Gerak pada permukaan kasar
Hukum Kekekalan Energi Umum WNC = ∆KE + ∆PE = ∆E Dimana WNC adalah usaha yang dilakukan oleh gaya non konservatif
Hitunglah x! d
µk
∆E TOT = ∆KE + ∆PE + ∆Eint = 0 Dimana ∆Eint adalah perubahan yang terjadi pada energi internal benda ( perubahan energi panas) dan ∆Eint = -WNC
x
9
11/19/2016
Diagram Energi Potensial
Keseimbangan
F
1 PEs = kx2 2
m
U
x U
m
m x
x
U
x
F 0
x U
F = -dPE/dx = - {slope} 0
x
x
0
Kita meletakan suatu balok pada permukan kurva energi Jika posisipotensial: awal pada a. titik stabil maka balok tersebut akan bergerak bolak-balik pada posis awalnya b. Jika posisi awal pada titik unstabil maka balok tidak akan pernah kembali keadaan semulanya
unstabil netral Stabil
x
0 c.
Jika posisi awal pada titik netral maka balok tersebut akan bergerak jika ada gaya yang bekerja padanya
Daya F
Daya adalah laju perubahan usaha yang dilakukan tiap detik
θ
dW F .d s Daya = = = F .v dt dt
∆rr
v
Satuan SI dari daya
= F v cos θ
1 W = 1 J/s = 1 N.m/s1 1 W = 0.738 ft.lb/s 1 horsepower = 1 hp = 746 W
10
11/19/2016
11
11/19/2016
12
11/19/2016
13
11/19/2016
14
11/19/2016
15
11/19/2016
16
