contoh modul usaha dan energi

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT.karena kami dapat menyelesaikan Modul Fisika kelas X1. Modul fisika ini ditulis untuk membantu proses belajar siswa untuk satuan pendidikan SMA kelas X1. Modul  fisika ini disusun untuk kalangan sendiri dan sesuai dengan kurikulum berbasis kompetensi yang mengangacu pada KTSP, yaitu berdasarkan kurikulum Revisi 2006 yang menyempurnakan Standart Kompetensi dan Kompetensi Dasar dari kurikulum 2004. Adapun Modul   fisika ini juga bertujuan untuk memberikan bahan bacaan untuk memahami fisika bagi para siswa baik ketika berada di sekolah maupun ketika sudah berada di rumah.

Dengan demikian Modul  fisika ini ditulis untuk dapat dipelajari dengan mudah oleh para siswa dengan atau tanpa adanya guru.Bagi bapak guru  manfaat yang diambil dari buku ini,yaitu dapat digunakan sebagai fasilitator .

Sistematika Modul ini menyajikan konsep-konsep fisika yang kontekstual dengan memberikan contoh-contoh yang dapat dimengerti dengan mudah oleh para siswa. Analisa, soal latihan Mandiri (SLM) dan tugas diberikan agar lebih memantapkan para siswa mendalami deskripsi konseptual fisika. Di akhir tiap-tiap bab terdapat soal latihan akhir bab dimana untuk lebih merangsang para siswa mengerjakannya disajikan pula kunci jawabannya.

Soal Latihan blok disajikan untuk mengukur kompetensi siswa setelah mendalami beberapa bab. Soal semester disajikan untuk mengukur kompetensi siswa setelah satu semester mempelajari fisika.

Kegiatan Percobaan dalam Modul   ini dapat dilakukan di laboratorium atau di dalam kelas oleh para siswa bersama bimbingan guru.

Akhirnya cara paling tepat mempelajari Modul  ini adalah membacanya dengan alur yang runtut bukan dibaca cepat atau terpisah-pisah. Itulah cara belajar fisika yang benar  membaca Modul  fisika dengan penuh nikmat.

Kami bersyukur kepada Allah SWT atas selesainya Modul  ini.Kami berusaha memberi sajian yang terbaik.Kritik dan saran kami terima agar kualitas isi Modul  ini menjadi lebih baik.Semoga Modul  ini dapat menjadi tangga untuk meraih cita-cita. Untuk kami ucapkan banyak terima kasih.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL................................................................................................       i

KATA PENGANTAR..............................................................................................      ii

DAFTAR ISI.............................................................................................................      iii

PENDAHULUAN .....................................................................................      1

           

ENERGI DAN USAHA

STANDAR KOMPETENSI 3

Mendeskripsikan gejala alam dalam cakupan mekanika klasik sistem diskret (partikel).

KOMPETENSI DASAR

3.6 membedakan konsep energi, usaha dan daya serta mampu mencari hubungan antara usaha & perubahan energi kinetik.

3.7 menerapkan hukum kekekalan energi mekanik dalam kehidupan sehari – hari.

1). ENERGI

                Segala macam aktifitas atau kegiatan dalam kegiatan sehari – hari membutuhkan energi atau tenaga. Hukum kekekalan energi menyatakan, energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, akan tetapi energi dapat berubah bentuk dari salah satu bentuk energi menjadi bentuk energi lainnya. Dengan pernyataan hukum kekekalan energi tersebut dapat disimpulkan bahwa energi di alam semesta ini besarnya tetap, akan tetapi bentuknya berubah – ubah. Berbagai bentuk energi yang telah tersedia di alam semesta ini misalnya, energi panas atau kalor, listrik, gerak(mekanik), kimia, nuklir, cahaya, bunyi, dan sebagainya. Namun belum semua bentuk energi tersebut secara optimal dapat dimanfaatkan dalam kehidupan, oleh karena keterbatasan ilmu pengetahuan manusia. Sebagai contoh dalam aktifitas industri dan transportasi bentuk energi panas dari bahan bakar minyak bumi di ubah oleh mesin menjadi bentuk energi gerak (mekanik). Oleh sebab itu aktifitas kehidupan sekarang ini banyak tergantung minyak bumi, sedangkan jumlah minyak bumi akan habis dalam beberapa tahun mendatang, sehingga harus ditemukan alternatif penggantikan minyak bumi.

                Energi merupakan kemampuan melakukan usaha. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat berubah dari suatu bentuk energi ke bentuk energi lain.

                                                       

Gambar 1.1 Energi Nuklir                              Gambar 1.2 Energi Angin

Beberapa percobaan telah di lakukan manusia untuk mencari alternatif pengganti sumber energi dari minyak bumi.

1.1   ENERGI KINETIK

Dalam fisika klasik energi kinetik dipahami sebagai energi yang dimiliki oleh benda atau partikel yang bergerak. Secara sistematis besarnya energi kinetik tergantung pada besarnya massa dan kecepatan gerak benda.

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena geraknya, dirumuskan dengan,

Rumus:

                EK = ½  m v²

                Keterangan: EK ~> Energi Kinetik ( joule )

                                         M ~> massa benda ( kg )

                                         V² ~> besarnya kecepatan benda ( m.s)

Terorema usaha – energi menyatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik benda itu, dirumuskan dengan:

Rumus:

                W = Ek2 – Ek1 = Ek

Gambar 1.3 Kereta Api

1.2   ENRGI POTENSIAL

Energi potensial adalah energi yang ditimbulkan oleh gaya konservatif seperti gaya grafitasi bumi, gaya elektrostatik dan gaya pegas. Oleh sebab itu berdasar gaya penyebabnya energi potensial terdiri dari energi potensial grafitasi, energi potensial listrik, dan energi potensial pegas. Pada bahasan kali ini kita akan membahas tentang energi potensial grafitasi.

Setiap benda yang berada pada kedudukan tertentu dari permukaan bumi senantiasadipengaruhi gaya grafitasi bumi. Besarnya energi untuk mempertahankan kedudukan benda dari permukaan bumi terhadap pengaruh gaya grafitasi dinamakan Energi Potensial Grafitasi.

Rumus:

                Ep= m.g.h

               

Keterangan: Ep ~> energi potensial grafitasi ( joule )

                         M ~> massa benda ( kg )

                         H  ~> ketinggian benda dari permukaan tanah ( meter )

Jika suatu benda mengalami perubahan kedudukan dari h1 menuju h2, maka besarnya energi potensial, dirumuskan dengan:

Rumus: 

                Ep= Ep2 – Ep1 = mg (h2 – h1)

Keterangan: Ep ~> energi potensial grafitasi (joule)

                        M ~> massa benda ( kg )

                        H2 ~> ketanggian benda dari permukaan tanah akhir ( meter )

                        H1 ~> ketinggian benda dari permukaan tanah awal ( meter )

Energi potensial benda dapat bernilai negatif jika benda berada dibawah titik acuan, sehinngga:

Rumus:

                Ep = m g ( -h ) = - m g h

Keterangan: Ep ~> energi potensial grafitasi ( joule )

                         M ~> massa benda ( kg )

                       (-h) ~> ketinggian benda dari permukaan tanah ( meter )

                   

Gambar 1.4 Elektroda Pada Sel Vota        Gambar 1.5 Energi Listrik

1.3   Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa dalam suatu sistem gerak benda besarnya energi mekanik selalu tetap atau konstan. Karena energi mekanik yang dimiliki benda dapat berupa energi kinetik dan energi potensial, maka secara matematis hukum kekekalan energi mekanik di formulasikan sebagai berikut:

Rumus:

                EmA = EmB

                EkA + EpA = EkB + EpB

                ½ mv² + m g h2 = ½ mvB² + m g hB

2) USAHA

                Untuk memindahkan suatu benda dari suatu tempat ketempat lainnya diperlukan gaya. Tetapi tidak semua gaya yang bekerja pada suatu benda dapat memindahkan benda dari posisi awalnya.

                Dalam fisika definisi dasar tentang usaha adalah hasil kali gaya yang bekerja pada suatu benda terhadap perpindahan yang disebabkannya.

                Dalam fisika usaha yang dilakukan oleh suatu gaya merupakan hasil kali antara komponen gaya yang segaris dengan perpindahan terhadap besarnya perpindahan.

                Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut,

Rumus:

                W = F cos Ɵ                                    s = F s cos Ɵ

Keterangan: W ~> usaha yang dilakukan ( j )

                         F ~> gaya yang diberikan ( N )

                         S ~> perpindahan benda ( m )

                        Ɵ ~> sudut yang dibentuk antara f dan s

                                         

Gambar 1.6 Untuk Memindahkan            Gambar 1.7 Memanah

Benda Diperlukan Gaya.

1.       Usaha oleh beberapa gaya

Jika pada satu benda dikenai beberapa gaya, maka usaha yang dilakukan merupakan penjumlahan skalar dari gaya gayanya, dirumuskan sebagai berikut,

W = W1 + W2 + . . . . . . . + Wn

2.       Grafik hubungan gaya f terhadap perpindahan s

Usaha bernilai positif jika luas daerah berada diatas sumbu s, sedangkan usaha bernilai negatif jika berada dibawah s. Pada grafik f – s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya selama perpindahan sama dengan luas daerah arsiran yang dibatasi oleh grafik dan sumbu s.

        W = Luas I – luas II

CONTOH SOAL

A.Pilihlah satu jawaban yang paling tepat

1. Satuan energi dalam SI adalah . . . .

a. dyne

b. joule

c. newton

d. watt

jawaban:B

2. Jika kita menyalakan kipas angin maka terjadi perubahan energi dari . . . .

a. energi listrik menjadi energi panas

b. energi listrik menjadi energi kimia

c. energi listrik menjadi energi gerak

d. energi panas menjadi energi listrik

jawaban:C

3. Energi yang tersimpan dalam makanan adalah energi . . . .

a. kimia

b. gerak

c. cahaya

d. bunyi

jawaban:A

4. Mobil balap A bergerak lebih lambat daripada mobil balap B. Jika mA = mB maka energi kinetik mobil balap A . . . .

a. lebih kecil daripada energi kinetik mobil balap B

b. lebih besar daripada energi kinetik mobil balap B

c. sama dengan energi kinetik mobil balap B

d. berubah-ubah

jawaban:A

5. Benda A dan B bermassa sama. Jika benda A berada pada tempat yang lebih tinggi dari B maka . . . .

a. Ep A = Ep B

b. Ep A lebih besar dari Ep B 

c. Ep A lebih kecil dari Ep B

d. Ep A = 0

jawaban:B

6. Sebuah mobil bermassa 1 ton bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Energi kinetic mobil adalah . . . .

a. 2.000.000 J

b. 200.000 J

c. 20.000 J

d. 2.000 J

jawaban:B

7. Sebuah bola berada pada ketinggian 2 m. Jika massa bola 0,25 kg dan percepatan gravitasi   di tempat itu 10 m/s^2, besar energi potensial bola adalah . . . .

a. 2 J

b. 3 J

c. 4 J

d. 5 J

jawaban:D

8. Seorang anak mendorong tembok, usaha yang dilakukan anak tersebut adalah . . . .

a. tetap

b. berubah-ubah

c. 0

d. 0,5 J

jawaban:C

9. Untuk mencari besarnya usaha dapat dicari dengan persamaan . . . .

a. W = F – s

b. W = F + s

c. W = F . s

d. W = F . 2s

jawaban:C

10. Andi melakukan usaha untuk mengangkat karung beras sebesar 250 J dalam waktu 125 sekon. Besar daya Andi adalah . . . .

a. 1 watt

b. 1,5 watt

c. 2 watt

d. 2,5 watt

jawaban:C

11.Sebuah gaya horizontal 100 N digunakan untuk mendorong sebuah peti yang berada di atas lantai licin.membentuk sudut 90° berpindah sejauh 10 m. Berapakah usaha yang dilakukan gaya tersebut?

a.1000 j

b.100 j

c.0 j

d.1 j

jawaban:C

12.Gaya sebesar 40 N bekerja pada sebuah benda dan menyebabkan benda berpindah tempat sejauh 80 cm,jika uasa yang dilakukan 25,6 j. Berapa sudut yang dibentuk gaya terhadap bidang?

a.35°

b.37°

c.34°

d.38°

jawaban:B

13.sebuah benda dengan berada pada bidang mirik dengan susut 30° bergerak ke atas karena mendapat beberapa gaya. Yaitu gaya mendatar 40 N,tegak lurus bidang miring 30 N,sejajar bidang miring 30 N.Hitunglah kerja yang dilakukan gaya mendatar ditambah gaya sejajar bidang miring jika berpindah sejauh 0,8 m ?

a.62 j

b.52 j

c.42 j

d.50 j

jawaban:B

14.Sebuah pegas dengan kostanta pegas 400N/m, ditempatkan pada sebuah dinding, ujung pegas lain bebas di bidang datar yang licin.Jika sebuah benda bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s menumbuk ujung pegas tersebut,berapa pemendekan maksimum yang dapat ditekan oleh benda tersebut?

a.

b.1/2

c.1/4

d.

jawaban:B

15.Dalam fisika energy digolongkan beberapa macam ,kecuali…

a.energi mekanik

b.energi kimia

c.energi suara

d.energi manusia

jawaban:D

B.Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan tepat

1.Sebuah mesin pengangkat mengangkat barang setinggi 10 m.Berapa  tersebut jika energy potensialnya 4⁷ erg dan gravitasinya 10 m/s?

Penyelesaian;

Diket: h= 10 m

           Ep= 4⁷= 4 J

           G=10 m/s

Ditanya: m?

Jawab: Ep = m g h

               4 = m.10.10

            m  =

                 =0,04 kg

2.Sebuah benda bermassa 300 gr meluncur sepanjang 80 cm diatas meja horizontal. Berapakah usaha yang dilakukan pada benda tersebut oleh gaya gesek yang diperoleh dari meja jika koefisien gesekanya 0,2?

Penyelesaianya:

Diket: m   = 300 gr= 0,3 kg

            s    = 80 cm= 0,8 m

           µ    = 0,2

          α     = 180°

Ditanya: W?

Jawab: f   = µ.m.g

                 = 0,2.0,3.10

                 = 0,6

          W    = f cos α s

                 = 0,6. -1. 0,8

                 = -0,48 J

3.Sebuah benda mempunyai berat 20 N mempunyai Ek 500 J. Berapa kecepatan benda tersebut?

Penyelesaianya:

Diket: w  = 20 N

            Ek = 500 J

Ditanya: v

Jawab: m = w/g

                 = 20/10

                 = 2 kg

            Ek = ½ m.v²

            V² =

     =  = 500

            v   =  500

                  = 22,4 m/s

4.Sebuah benda bermassa 5 kg jatuh dari ketinggian 10 m diatastanah hitung berapa besar energy mekanik benda tsb setelah mencapai tanah?

Penyelesaianya:

Diket: m = 5 kg

            h          = 10 m

Ditanya:Em

Jawab :  Ep      = m.g.h                                    Ek= 1/2m.v²                             v= v₀ +  2gh

                        = 5.10.10                                     = ½.5.()²                       =

                        = 500 J                                         = 2,5. 200                              =

                                                                            = 500 J

            Em= Ek + E p

                  = 500 + 500

                  = 1000 J

5.Sebutkan macam-macam energy dalam fisika?

Jawab:

a.energi mekanik ( energy kinetic + energy potensial )

b.energi panas

c.energi listrik

d.energi kimia

e.energi nuklir

f.energi cahaya

g.energi suara