Usaha dan Energi – Materi IPAS SMK

GuruOnlinee.com – Halo sobat cerdas, dalam artikel ini kita akan membahas tentang Usaha dan Energi. Apa sih itu Usaha dan Energi? Bagaimana hubungan antara Usaha dan Energi? Untuk mengetahuinya, yuk simak penjelasan berikut!

A. Konsep Energi

Energi adalah kemampuan melakukan kerja atau usaha. Energi merupakan konsep fundamental dalam fisika.

Energi digunakan dalam berbagai konteks untuk menjelaskan berbagai fenomena alam seperti pergerakan benda, perubahan suhu, pembangkitan listrik, dan lain sebagainya.

Hukum kekekalan energi berbunyi :

Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, melainkan hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain.

Hukum Kekalan Energi

Energi bermacam-macam bentuk seperti Energi Mekanik, Energi Kalor, Energi Listrik, Energi Kimia, Energi Nuklir dan lain-lain.

1. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah  total energi yang dimiliki oleh suatu benda karena gerak dan posisinya. Energi tersebut merupakan gabungan dari energi kinetik (energi gerak) dan energi potensial (energi tersimpan karena posisi).

Berikut rumus energi mekanik:

dengan

Em : Energi Mekanik (J)

Ek : Energi Kinetik (J)

Em : Energi Potensial (J)

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak, yang dirumuskan dengan:

Sementara Energi Potensial adalah energi yang dimiliki benda akibat kedudukannya dari permukaan tanah, yang dirumuskan seperti berikut:

Sehingga

Pada energi mekanik dikenal dengan hukum Kekekalan Energi Mekanik.

Pada suatu sistem terisolasi, gaya-gaya yang bekerja hanyalah gaya-gaya dalam yang bersifat konservatif sehingga energi potensial dan energi kinetik selalu konstan.

2. Energi Kalor

Energi kalor adalah energi yang dapat berpindah dari satu benda ke benda lain (yang saling terhubung) akibat perbedaan suhu, yaitu selalu mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. 

Secara mikroskopis, energi kalor merupakan energi yang timbul karena interaksi antar molekul, atom atau elektron dari sebuah zat.

Kalor dapat menaikkan suhu suatu benda, mengubah wujud benda (seperti es yang mencair), dan memiliki satuan internasional yaitu joule (J). 

3. Energi Listrik

Energi listrik adalah bentuk energi yang dihasilkan dari pergerakan partikel bermuatan, seperti elektron, melalui sebuah konduktor (penghantar) atau sirkuit listrik, akibat adanya beda potensial listrik.

Energi tersebut dapat diubah menjadi bentuk energi lain seperti energi cahaya (lampu), energi panas (setrika), atau energi gerak (kipas angin), serta merupakan sumber daya utama untuk menjalankan berbagai perangkat elektronik dan teknologi modern. 

a. Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik adalah energi yang dimiliki benda yang bermuatan listrik.

W: Energi Listrik (J)

q: Muatan Listrik (C)

V: Potensial Listrik (V)

b. Energi Listrik dalam Rangkaian

Energi listrik dalam rangakaian adalah energi yang dimiliki oleh muatan listrik yang mengalir pada rangkaian.

W; Energi Listrik (J)

I: Kuat Arus (A)

R: Hambatan (ohm)

t: Waktu (s)

4. Energi Kimia

Energi kimia adalah bentuk energi potensial yang tersimpan dalam ikatan antar atom dalam suatu senyawa kimia.

Energi ini dapat dilepaskan dan diubah menjadi bentuk energi lain (seperti panas, listrik, atau gerak) ketika terjadi reaksi kimia yang memecah atau membentuk ikatan kimia tersebut.

a. Reaksi Endoterm

Reaksi endoterm yaitu reaksi kimia yang ditandai dengan kenaikan suhu sistem, sebab kalor dari lingkungan diserap oleh sistem.

b. Reaksi Eksoterm

Reaksi eksoterm yaitu reaksi kimia yang ditandai dengan penurunan suhu sistem, sebab kalor dari sistem dibuang ke lingkungan.

5. Energi Nuklir

Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan dari reaksi antar partikel di dalam inti atom. Sumber energi nuklir yaitu energi ikat pada partikel bebas.

Energi nuklir dihasilkan dari sumber energi yang rendah karbon, murah dan aman untuk dimanfaatkan. Bahan baku yang digunakan berupa uranium dan plutonium.

B. Konsep Usaha

Usaha adalah energi yang dipindahkan melalui gaya yang menyebabkan perpindahan suatu benda sejauh s.

Usaha terjadi ketika gaya yang diberikan pada benda menghasilkan perpindahan benda tersebut ke arah gaya itu sendiri atau arah lainnya.

W: Usaha (J)

F: Gaya (N)

s: Perpindahan (s)

Karena gaya merupakan besaran vektor, arah gaya menentukan besarnya kerja yang dilakukan. Perhatikan gambar berikut!

Untuk benda yang bergerak tidak searah dengan arah gayanya, maka berlaku:

W: Usaha (J)

F: Gaya (N)

s: Perpindahan (m)

: sudut antara gaya dan perpindahan

C. Hubungan Energi dan Usaha

Energi digunakan untuk melakukan usaha, dan usaha adalah hasil dari penerapan energi untuk menghasilkan perubahan pada suatu benda.

Hubungan matematis antara usaha (W) dan energi (E) adalah bahwa usaha adalah perubahan energi (ΔE).

atau

dan

Dalam bidang teknologi, usaha diartikan sebagai kinerja output mesin karena daya merupakan kecepatan sebuah mesin melakukan kerja.

Mesin mendapatkan energi dari bahan bakar atau listrik. Energi tersebut dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut:

Berdasarkan kedua persamaan terakhir, maka dapat dihitung efisiensi dari sebuah mesin dengan rumus:

atau