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.

 

 

 

Bentuk-Bentuk dan Transformasi Energi (Fase E)

Bentuk-Bentuk dan Transformasi Energi

Penulis : Agus, S.Pd

 

 

 

 

 

 

Mata pelajaran Fisika Fase E atau Kelas X pada konten ENERGI ALTERNATIF  saya bagi menjadi 4 sub konten atau 4 tujuan Pembelajaran yang harus di pelajari siswa yaitu :

1.      -1. Bentuk-bentuk dan tranformasi energy.

2.      -2. Pengukuran energy (usaha dan daya) dan hukum kekekalan energy

3.      -3. Konsumsi dan sumber-sumber energy alternative.

4.      -4. Membuat produk (Proyek) sumber energy alternative.

Pada artikel ini saya membahas tentang Bentuk-Bentuk Energi dan Transformasi (Perubahan) energy dengan harapan bahwa setelah membaca artikel ini Anda diharapkan dapat :

1.      -1. Menyebutkan dan menuliskan pengertian energy

2.      -2. Menyebutkan dan menuliskan bentuk-bentuk energy

3.      -3. Menyebutkan dan menuliskan alur transformasi atau perubahan energy

4.      -4. Menyebutkan dan menuliskan proses perubahan energy dari suatu alat rumah tangga.

5.      -5. Menyebutkan dan menuliskan sumber energy yang tidak disebutkan dalam artikel ini.

6.      -6. Menuliskan dan menjelaskan proses perubahan energy dari sumber energy yang tersedia.

Kita pahami bersama mengenai konsep energi, meliputi pengertian, rumus, macam-macam bentuk, hingga perubahannya di dalam kehidupan sehari-hari.

Kamu pernah 'kan berolahraga, lalu jadi merasa lelah? Misalnya, lari atau bersepeda. Biasanya, kalo udah capek, hal paling mudah yang dapat kamu lakukan adalah beristirahat. Bisa dengan cara duduk, berdiri di depan kipas angin, atau mengonsumsi makanan dan minuman. Hal ini perlu kamu lakukan, karena sudah kehabisan energi. Apa sih energi itu? Apa hubungannya lelah dengan energi, ya? Ayo, kita temukan jawabannya!

Seperti peralatan elektronik yang memakai baterai misalnya HP, jika peralatan tersebut kehabisan baterainya, maka alat itu tidak akan bisa bekerja dan mati. Selain itu, jika ada dua alat elektronik yang memiliki baterai berbeda, misalnya yang satu dalam keadaan penuh, dan yang satunya dalam keadaan setengah penuh, maka alat yang memiliki kondisi baterai penuh akan bertahan dan bekerja lebih lama.

Pengertian Energi

Baterai dan kelelahan manusia sama-sama dipengaruhi oleh energi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (kerja) dan mengalami perubahan. Perubahan ini bisa berupa perubahan posisi, perubahan gerak, perubahan suhu, perubahan wujud zat, bahkan perubahan pada makhluk hidup, seperti tumbuh dan berkembang juga termasuk di dalamnya.

Jika energi habis, maka suatu benda itu tidak akan bisa melakukan kerja (usaha). Manusia bisa merasa kelelahan sehabis berkegiatan, karena manusia menggunakan energi. Maka, manusia beristirahat dan mengonsumsi makanan serta minuman untuk mengembalikan energi yang hilang.

Bentuk-Bentuk Energi

    Alam menyediakan banyak sekali sumber energi yang dapat digunakan oleh manusia. Angin, air, cahaya, minyak bumi, bahkan bunyi pun memiliki energi. Berbagai macam bentuk atau jenis energi yang bisa kamu ketahui, di antaranya sebagai berikut:

1. Energi potensial

Energi potensial (EP) merupakan energi yang tersimpan pada sebuah benda atau sesuatu karena posisi atau kedudukannya. Energi potensial terbagi lagi menjadi beberapa macam, yaitu energi potensial gravitasi, energi potensial pegas (elastis), dan energi potensial listrik, dan masih banyak lagi. 

Nah, contohnya itu apa, sih? Misalnya, kamu ingin menjatuhkan sebuah benda dengan ketinggian tertentu. Semakin tinggi kedudukan benda tersebut dari tanah/lantai, maka semakin besar pula energi potensialnya. Paham, ya? 

 

2. Energi kinetik

Beda lagi dengan energi kinetik (EK), yang merupakan energi yang dimiliki sebuah benda bermassa akibat geraknya. Energi kinetik ini juga terbagi menjadi energi kinetik translasi dan energi kinetik rotasi. Waduh, bedanya apa tuh? Jadi, kalau energi kinetik translasi ini, geraknya lurus, bisa maju, atau mundur. Contohnya kayak kamu yang sedang menarik atau mendorong benda, ya. Sementara itu, energi kinetik rotasi, gerakannya memutar, contohnya seperti gerakan pada permainan gangsing.  

3. Energi mekanik

    Jenis energi lainnya adalah energi mekanik (EM), yang merupakan jumlah energi potensial dan energi kinetik pada sebuah benda atau sistem. Maksudnya bagemana, sik? Kok, campuran gini! Hehehe... Kalem, boss! Contohnya itu saat kamu sedang bermain ketapel, deh. Ketika batu kamu tarik ke belakang, batu tersebut memiliki energi potensial, tapi ketika batu itu kamu lepas dan terdorong ke depan, batu tersebut memiliki energi kinetik. 

4. Energi listrik dan energi potensial listrik

Energi potensial listrik adalah usaha untuk memindahkan muatan dalam beda potensial listrik. Sementara itu, energi listrik adalah energi yang dihasilkan oleh arus listrik yang bekerja pada sebuah perangkat listrik. Materi ini bakal kamu pelajari lebih lanjut pada topik kelistrikan di kelas 9 nanti, ya. Contoh energi listrik itu ada pada baterai atau aki.  

5. Energi panas (termal)

Energi panas terbagi dua, yaitu energi panas yang tersimpan pada sebuah benda, dan energi panas yang dipindahkan ke benda lain (kalor). Contoh energi panas yang paling besar dan penting adalah matahari. Energi matahari juga bisa membuat air menguap dan melakukan siklus untuk membuat hujan, serta masih banyak lainnya.

Panel surya, digunakan untuk menyerap energi yang dihasilkan panas matahari

Selain matahari, bumi juga menyediakan energi panas yang bisa kita manfaatkan. Misalnya, panas bumi yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga panas bumi (geothermal). 

6. Energi kimia

Energi kimia merupakan energi yang terkandung dalam ikatan atom-atom penyusun sebuah materi. Energi kimia juga merupakan sumber energi yang dapat diolah oleh tubuh makhluk hidup. Contohnya pengolahan karbohidrat oleh enzim-enzim yang ada di tubuh kita.

7. Energi nuklir

Manusia juga menciptakan sumber energi lain yang cukup berbahaya, yaitu melalui radioaktif dari uranium dan plutonium. Biasanya kita mengenal energi ini dengan nama energi nuklir. Memang, energi nuklir dapat menghasilkan tenaga yang besar melalui reaksi inti baik reaksi fisi (pemisahan) maupun reaksi fusi (penggabungan), tetapi diperlukan tenaga ahli dan perlengkapan yang memadai untuk menstabilkan reaksinya sebelum bisa digunakan tenaganya. karena jika salah penanganan maka uranium atau plutonium ini bisa meledak dengan sangat dahsyat!

8. Energi cahaya

Sama seperti namanya, energi cahaya merupakan energi yang menghasilkan cahaya. Bukan cahaya ilahi tentunya, ya. Contohnya itu lampu, lilin, senter, bahkan matahari, selain merupakan sumber energi panas, juga menghasilkan cahaya. Cahaya pada matahari digunakan tumbuhan untuk melakukan fotosintesis dan menghasilkan oksigen untuk menopang kehidupan.

9. Energi bunyi

Terakhir, energi bunyi yang menghasilkan sumber bunyi. Coba, menurut kamu, contoh energi bunyi itu ada apa aja? Tulis jawabanmu di kolom komentar, yah! 

Perubahan Energi

Sebenernya, energi yang kita gunakan itu berasal dari bentuk energi lain yang kita olah dan konversi menjadi bentuk energi yang kita inginkan. Hal ini dinyatakan dalam hukum kekekalan energi. Kurang lebih bunyinya seperti ini, ya:

Coba perhatikan pada kalimat energi dapat berubah ke bentuk energi lain. Perubahan energi ini bisa kita sebut sebagai konversi energi atau transformasi energi. Misalnya, kita ingin menggunakan sepeda motor, itu berarti kita mengubah bentuk energi kimia dari bahan bakar minyak, menjadi kalor pada mesin, dan menjadi energi kinetik, sehingga motor bisa bergerak. Contoh perubahan energi lainnya, bisa kamu lihat pada gambar di bawah ini.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fungsi Energi

Fungsi energi membantu makhluk hidup untuk beraktivitas. Manusia menggunakan energi untuk mempertahankan kelangsungan hidup. Alam menyediakan banyak energi yang dapat dimanfaatkan oleh manusia, misalnya energi panas matahari, gelombang laut, dan masih banyak lagi.

Kesimpulannya, baik makhluk hidup maupun benda-benda sekitar kita, dapat melakukan kerja apabila mempunyai energi yang cukup. Nah, energi tersebut didapatkan dari sumber energi. Makanan yang kita makan, baterai, dan bahan bakar merupakan contoh sumber energi.