Pengukuran Energi (Usaha dan Daya) dan Hukum Kekekalan Energi (Fase-E)

Pengukuran Energi (Usaha dan Daya) dan Hukum Kekekalan Energi

                 Penulis : AGUS, S.Pd

 Pengertian Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Itu hanya dapat diubah dari satu jenis ke jenis lainnya. Satuan Energi sama dengan satuan Usaha yaitu Joule (J). Energi ditentukan dalam banyak hal dan dengan demikian ada berbagai jenis energi.

Semua bentuk energi adalah kinetik atau potensial. Energi yang bergerak dikenal sebagai Energi Kinetik sedangkan Energi Potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda dan diukur dengan jumlah usaha yang dilakukan. Dan ada satu lagi, yaitu Energi Mekanik adalah jumlah dari energi Kinetik dan energi Potensial.

Jenis-Jenis Energi 

Beberapa jenis energi lainnya diberikan di bawah ini :

·         Energi mekanik

·        Energi gelombang mekanik

·        Energi kimia

·         Energi listrik

·         Energi magnetik

·         Energi pancaran

·         Energi nuklir

·         Energi ionisasi

·         Energi elastis

·         Energi gravitasi

·         Energi termal

·         Energi panas

Rumus Energi

Secara umum, ada 3 bentuk energi yang harus kalian ketahui, antara lain Energi Potensial, Energi Kinetik, dan Energi Mekanik. Dari ketiga energi tersebut memiliki konsep dan rumus yang penting diketahui.

1.      Energi Potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda dan diukur berdasarkan jumlah usaha yang dilakukan. Energi Potensial juga memiliki rumus sebagai berikut :

Dimana,
Ep = Energi Potensial (Joule)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
h = ketinggian (meter)

2.      Energi Kinetik adalah energi pada suatu benda atau partikel yang bergerak dan tidak hanya bergantung pada gerakannya tetapi juga pada massanya. Rumus Energi Kinetik bisa ditulis sebagai :

Dimana,
Ek = Energi Kinetik (Joule)
m = massa (kg)
v = kecepatan (m/s)

3.      Energi Mekanik adalah jumlah dari Energi Potensial dan Energi Kinetik. Secara sistematis, Energi Mekanik dapat ditulis dengan rumus :

Dimana,

                         Em = Energi Mekanik

Satuan Energi

Satuan SI untuk energi adalah joule (J), sama dengan satuan usaha. Dijadikan satuan joule (J) oleh James Prescott Joule.

Contoh Soal Energi

Contoh 1 :  Terdapat buah kelapa yang masih menggantung di pohon bermassa 3 kg. Jika pohon kelapa tersebut memiliki ketinggian 12 meter. Hitunglah energi potensial pada buah kelapa tersebut! (g = 10 m/s²)

Diketahui :
m = 3 kg
g = 10 m/s²
h = 12 meter

Penyelesaian :
Ep = mgh
Ep = (3)(10)(12)
Ep = 360 Joule

Jadi, energi potensial yang dihasilkan sebesar 360 Joule.

 

Contoh 2 : Sebuah benda bermassa 200 kg bergerak dengan kecepatan 30 m/s. Hitung berapa energi kinetik yang dihasilkan dari benda tersebut!

DIketahui :
m = 200 kg
v = 30 m/s

Penyelesaian :
Ek = (1/2)m.v²
Ek = (1/2)(200)(30)²
Ek = (100)(900)
Ek = 90.000 Joule
Ek = 90 kJ

Jadi, energi kinetiknya adalah 90 kJ atau 90.000 Joule.

 Contoh 3 : Buah jambu dengan massa 200 gram jatuh dari pohon dengan ketinggian 20 meter. Apabila besar percepatan gravitasi adalah 10 m/s², berapa energi mekaniknya!

Diketahui :
m = 200 gram (0,2 kg)
g = 10 m/s²
h = 20 meter

Mencari energi mekanik :
Em = Ep + Ek
Em = mgh + ½ mv²
Em = (0,2)(10)(20) + ½ (0,2)(0)²

Em = 40 + 0

Em = 40 Joule

Jadi, energi mekanik yang dihasilkan sebesar 40 Joule.

Usaha

         Menurut Kamus Besar  Bahasa Indonesia (KBBI), kata "usaha" berarti kegiatan dengan mengerahkan tenaga, pikiran, atau badan untuk mencapai suatu maksud.

Namun, berbeda pengertiannya dengan "usaha" dalam ilmu fisika yang berkaitan dengan penggunaan gaya dan perpindahan benda, yaitu usaha adalah suatu jumlah gaya yang bekerja pada suatu benda yang menyebabkan benda itu berpindah atau bergerak. Kita dapat mendefinisikan usaha sebagai aktivitas yang melibatkan gerakan dan gaya dalam arah gaya.

Rumus Usaha

Ketika kita menendang bola, kita mengerahkan gaya eksternal (F) dan karena gaya ini (tendangan), bola bergerak ke jarak tertentu. Bergeraknya bola dari posisi A ke B dikenal sebagai perpindahan (s). Usaha ini dikatakan selesai dan dapat dihitung sebagai W = F × s.

 

Dimana,
W =  usaha (Joule)
F =  Gaya (Newton)
s =  Jarak/Perpindahan (m)

Satuan Usaha

Jika sebuah gaya 5 Newton diberikan pada sebuah benda dan benda tersebut bergerak sejauh 2 meter, usaha yang dilakukan adalah 10 Newton meter (Nm). Newton meter dalam istilahnya adalah Joule dan itu adalah satuan dari Usaha.

Contoh Soal 4 : Sebuah benda ditarik mendatar melintasi permukaan dengan gaya 100 N yang bekerja sejajar dengan permukaan. Hitunglah besar usaha yang dilakukan oleh gaya dalam menggerakkan benda sejauh 8 meter.

Diketahui :
F = 100 N
s = 8 m

Penyelesaian :
W = F . s
W = 100(8) = 800 Joule

Jadi, Usahanya adalah 800 Joule.

 

Daya

Daya adalah konsep fisik yang memiliki beberapa arti berbeda, tergantung pada konteks dan informasi yang tersedia. Kita dapat mendefinisikan daya adalah laju melakukan suatu usaha. Ini adalah jumlah energi yang dikonsumsi per satuan waktu.

Rumus Daya

Daya adalah laju melakukan suatu usaha. Oleh karena itu, dapat dihitung dengan membagi usaha yang dilakukan dengan waktu. Untuk rumus daya diberikan di bawah ini.

Dimana,
P = Daya (Watt)
W = Usaha (Joule)
t = Waktu (s)

Satuan Daya

Karena daya tidak memiliki arah, itu adalah besaran skalar. Satuan SI untuk daya adalah Joule per detik (J/s), atau biasa disebut Watt. Watt dapat didefinisikan sebagai daya yang diperlukan untuk melakukan satu joule usaha dalam satu detik. Watt dijadikan satuan oleh So James Watt, pengembang mesin uap.

Kesetaraannya :

1 kilo Watt     = 10³ Watt 

1 Mega Watt  = 106 Watt

 1 Giga Watt    = 109 Watt

 

1 kWh = 1 kilo Watt hour = 103 x 1 jam

 

= 1000 Watt  x 60 menit

                     = 1000 Watt x 60 x 60 second

                     = 3600 000 Watt.second

                     = 3600 000 Joule

                     = 3,6 x 105 Joule

Contoh Soal 4 :  Seseorang bermassa 30 kg memanjat pohon jati sampai ketinggian 6 meter selama 18 detik. Daya yang dibutuhkan orang tersebut supaya dapat memanjat pohon jati adalah… (g = 10 m/s²)

Diketahui :
m = 30 kg
h = 6 meter
t = 18 sekon
g = 10 m/s²

Ingat! Kita cari terlebih dahulu Usahanya dengan menggunakan rumus energi potensial, karena perpindahannya menggunakan ketinggian (h).

Ep = W
W = mgh
W = (30)(10)(6)
W = 1.800 Joule

Mencari Daya :
P = W/t
P = 1.800/18
P = 100 Watt

Jadi, daya yang dihasilkan adalah 100 Watt.

 

Hukum Kekekalan Energi

 

 

Energi bersifat kekal, artinya energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan namun energi dapat berubah bentuk dari satu bentuk ke bentuk lainnya (tranformasi). Contoh pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA), terjadi perubahan energi potensial dari air pada ketinggian tertentu menjadi energi kinetik saat air bergerak ke bawah dan memutarkan turbin, putaran turbin menggerakan kumparan/magnet sehingga menghasilkan energi listrik.