energi dan perubahannya

ENERGI DAN PERUBAHANNYA

Energi sangat berpengaruh pada kehidupan kita sehari – hari .Setiap kegiatan memerlukan energi,seperti memindahkan meja,mengangkat batu atau melakukan aktivitas lain  pasti mengeluarkan energi.

A.     Pengertian Energi

     Kita dapat menulis,berjalan,dan mengangkat benda karena kita memiliki tenaga.Apabila kita bekerja terus-menerus,maka kita akan kekurangan tenaga.Tenaga di sebut juga energi.

Energi atau tenaga adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Energi tidak hanya dimiliki oleh benda-benda hidup tetapi juga benda tak hidup,misalnya angin.Angin dapat menggerakkan ranting  pepohonan.Pengaruh energi dapat bermacam – macam. Semakin besar energi yang bekerja pada benda semakin besar pula pengaruhnya.

Besaran energi dalam Satuan International (SI) dinyatakan dengan satua Joule (J),Satuan energi lain adalah erg dan kalori

1 joule (J)   = 1 newton meter (Nm)                     1 joule = 10⁷ erg

1 joule        = 0,24 kalori                                     1 erg   = 10^-7 joule

1 kalori (kal) = 4,2 joule

B. BENTUK ENERGI

      Setiap hari kita selalu menggunaka energi dan menemukan bermacam – macam bentuk energi yang tersimpan dalam suatu benda,misalnya energi listrik,energi kimia,energi bunyi,energi panas, ,energi  potensial pegas,,energi cahaya,,dan energi atom.

1.Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang terjadi karena muatan – muatan listrik yang berpindah atau bergerak.Energi listrik banyak di manfaatkan sebagai penerangan dan penggerak mesin – mesin.Dalam pengetahuan ilmu pengetahuan di manfaatkan untuk menghidupkan komputer.

2.     Energi Kimia

Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam bentuk  ikatan kimia / energi yang di peroleh dari reaksi senyawa – senyawa kimia,misalnya batu bara,bensin,dan makanan.Energi kimia dapat kita jumpai dalam akumulator dan batu baterai.

3.     Energi Bunyi

    

 Energi bunyi adalah energi yang di hasilkan oleh sumber bunyi yang sedang bergetar.Misalnya kentongan yang di pukul,gitar yang di petik,bunyi petir yang menggetarkan kaca jendela dan getaran udara pada pengeras suara.

4.    Energi Panas atau Kalor

Energi kalor adalah energi yang di hasilkan oleh gerakan partikel – partikel dalam suatu zat atau energi yang di miliki oleh benda karena suhunya.Contohnya setrika yang di panaskan dapat melicinkan baju,dua telapak tangan yang di gosok –gosokkan akan timbul panas dan solder listrik yang di gunakan untuk mematri komponen – komponen listrik.

5.    Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas adalah energi yang di miliki oleh pegas atau per. Pegas yang di tekan atau di renggangkan menyimpan energi yang di sebut energi potensial pegas.Energi potensial pegas ini biasanya di ubah menjadi energi gerak,misal pada mainan anak atau jam putar.Pada waktu sekrup atau kunci mainan di putar,gulungan pelat akan mengerut .Setelah kunci di lepaskan gulungan pelat akan mengendur dan memutar gigi penggerak pada mainan atau jam.

6.    Energi Cahaya

Energi cahaya adalah energi yang di hasilkan cahaya atau radiasi gelombang elektromagnetik,contoh cahaya pada lampu,sinar matahari,dan api.

7.     Energi Atom

Energi atom  yang di hasilkan oleh bahan – bahan  radioaktif yang akan menghasilkan ledakan yang dasyat atau jika suatu atom pecah atau membelah akan mengeluarkan energi yang sangat besar .Peristiwa tersebut di kenal dengan aistilah fusi.Contoh peristiwa ledakan bom atom di Herosima dan Nagasaki

C.    HUKUM KEKEKALAN ENERGI

Semua makhluk hidup dapat melakukan aktivitas karena memilliki energi. Energi yang di miliki manusia berasal dari makanan,sedangkan makanan berasal dari tumbuhan dan hewan.Tumbuhan dan hewan menyimpan energi yang berasal dari energi yan lain,misalnya energi kimia. Energi kimia yang tersimpan berasal dari energi matahari.Berarti sumber energi di permukaan bumi adalah energi matahari.

Dari uraian di atas ternyata energi hanya bisa berubah bentuk.Dengan kata lain energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat di musnahkan,tetapi hanya bisa berubah bentuknya.Pernyataan tersebut di kenal dengan Hukum Kekekalan Energi.

D.    PERUBAHAN BENTUK ENERGI

Perhatikan gambar di samping,pada gambar tersebut terjadi peristiwa perubahan energi yaitu perubahan energi potensial menjadi energi kinetik.Karena buah kelapa masih tergantung di tangkainya ,berarti buah berada pada ketinggian tertentu sehingga energi yang di miliki berupa energi potensial.Pada saat buah kelapa jatuh sebelum menyentuh tanah,berarti memiliki kecepatan sehingga memiliki energi kinetik.Jika kita perhatikan dalam kehidupan sehari – hari,maka banyak contoh perubahan bentuk anergi,antara lain :

a.  Energi listrik menjadi energi cahaya,contoh lampu tabung (TL).

b.  Energi listrik menjadi energi panas contoh setrika listrik,solder,,kompor listrik.

c.      Energi kimia menjadi energi listrik,contoh batrai dan akumulator.

d.      Energi listrik menjadi energi gerak,contoh kipas angin.

e.      Energi listrik menjadi energi bunyi,contoh bel listrik ,pengeras suara dan lain – lain

E.     SUMBER ENERGI

           Selain matahari,ada banyak sumber energi yang lain.Pemanfaatan sumber energi lain bergantung dari keadaan dan kebutuhan.Untuk lebih mengetahui sumber energi selain matahari,perhatikan uraian berikut !

1.    Energi Angin

   Energi angin merupakan bentuk dari energi kinetik.Energi ini sangat banyak di bumi.Penggunaan energi angin antara lain sebagai pembangkit listrik.Di Belanda banyak terdapat kincir angin yang di gunakan untuk pembangkit listrik.Energi ini merupakan salah satu sumber energi yang tidak akan habis

2.    Energi Air

    Air sungai yang terdapat di negara kita,harus dapat di manfaatkan sebaik mungkin untuk kesejahtraan kehidupan bangsa kita.Air sungai tersebut di bendung dan di alirkan melalui pipa untul memutar turbin yang di hubungkan dengan generator,sehingga menghasilkan energi listrik yang di gunakan setiap hari pada rumah kita. Energi listrik yang di hasilkan dari tenaga air di sebut PLTA (Pembangkit listrik tenaga air).Contoh PLTA Jati Luhur di Jawa Barat,dan PLTA Suralaya di jawa Barat.

Selain dengan aliran air sungai,listrik dapat juga di hasilkan dengan pemanfaatan air laut yang di kenal sebagai energi pasang surut.Energi pasang surut ini di gunakan untuk memutar turbin pada generator sehingga menghasilkan listrik.

3.    Energi Surya

        Sinar matahari yang kita rasakan setiap hari merupakan salah satu bentuk energi.Energi matahari ini dapat langsung di gunakan dan di rasakan,yaitu pada waktu menjemur pakaian ikan atau kerupuk.

Energi surya di gunakan oleh tumbuh – tumbuhan dalam proses fotosintesis,juga digunakan untuk alat – alat seperta kalkulator,mobil tenaga surya,memasak dan lain –lain.

4.    Energi Nuklir

      Energi ini timbul dari reaksi inti atom yang pecah atau dua inti atom yang bergabung menjadi inti atom yang baru.Energi atom sangat besar sehingga dapat membahayakan misalnya ledakan bom atom di Herosima.Namun energi atom sekarang dapat di gunakan untuk kebutuhan manusia,misalnya untuk membangkitkan listrik (PLTN).Di dalam PLTN reaksi atom dapat di kendalikan dan

di atur sehingga energi yang di timbulkan dapat di manfaatkan untuk pembangkit listrik yang cukup besar.

5.    Energi Panas Bumi

       Energi panas bumi di dapat dari dalam bumi dengan cara mengebor tanah sampai pada sumber uap panas atau sumber panas bumi yang alami.Pemanfaatan energi panas bumi antara lain untuk menggerakkan turbin pembangkit tenaga listrik yang sering di sebut pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP).Di daerah Islandia,energi panas bumi di gunakan secara langsung untuk pemanas ruangan rumah.

6.    Energi Biomassa

      Energi biomasaa adalah energi yang berasal dari tumbuh – tumbuhan atau binatang.Contoh energi biomasaa adalah minyak yang di buat dari bunga matahari,atau bahan bakar yang di buat dari tebu.

7.    Energi Biogas

      Salah satu energi alternatif adalah energi biogas.Energi ini di peroleh dengan cara   memanfaatkan limbah dari kotoran ternak dengan mempergunakan prinsip fermentasi,yaitu berubahnya kotoran ternak akibat dari kerja mikroba.Fermentasi ini menghasilkan gas yang dapat di manfaatkan sebagai bahan bakar atau energi dalam rumah tangga.

8.    Energi Minyak Bumi dan Batu Bara

     Hasil tambang dari dalam tanah antara lain minyak bumi dan batu bara,yang dapat di manfaatkan sebagai sumber energi. Minyak bumi di hasilkan dari pengeboran lepas pantai kemudian di olah dalam pengilangan sehingga menghasilkan antara lain avtur,avigas,premium,solar,minyak tanah,lilin,dan aspal.Semua hasil minyak bumi tersebut dapat di manfaatkan sebagai sumber energi.

Batu bara di hasilkan dari fosil tumbuhan yang  berusia ratusan tahun.dan di budidayakan sebagai hasil tambang dengan proses penambangan.Batu bara yang berada di lapisan bawah tanah di ambil dan di angkut menuju tempat pengolahannya. Hasil olahannya dapat di gunakan, misal untuk bahan bakar pabrik,di buat briket batu bara sebagai bahan bakar dalam rumah tangga.

Pada dasarnya sumber energi di kelompokkan menjadi 2 macam,yaitu sebagai berikut :

a.  Sumber energi yang tidak dapat di perbaharui.

Sumber energi yang tidak dapat di perbaharui yaitu sumber energi yang dapat habis jika di pakai terus menerus.Pemulihan energi ini membutuhkan waktu lama sampai ratusan bahkan ribuan tahun.Contoh sumber energi yang tidak dapat di perbaharui yaitu minyak bumi dan batu bara.

b.  Sumber energi yang dapat di perbaharui (sumber energi alternatif).

Sumber energi yang dapat di perbaharui  yaitu sumber energi yang dapat pulih           karena banyak tersedia di alam. Contoh energi angin,energi air,energi matahari,dan    energi biogas.

F.     ENERGI MEKANIK

        Energi yang di miliki suatu benda terhadap kedudukan dan geraknya di sebut energi mekanik.Energi mekanik terdiri atas energi potensial dan energi kinetik.

Energi Potensial

Energi potensial merupakan bentuk energi yang tersimpan atau di miliki benda karena kedudukannya.Pada karet yang di rentangkan,akan memiliki energi potensial elastis.Sebuah kayu yang di naikkan ke posisi yang lebih tinggi akan mempunyai energi potensial gravitasi.Kedudukan benda tersebut di katakan memiliki energi yang tersimpan karena jika karet yang di rentangkan atau kayu yang di naikkan itu dilepaskan,benda tersebut dapat kembali ke posisi semula

Jika massa benda (m) percepatan gravitasi (g) serta ketinggian (h),maka energi potensial (Ep) dapat di tentukan dengan rumus :

Ep = m.g.h                   Ket : Ep = energi potensial (joule)

                                             m  = massa benda  (kg)

                                             g   = gravitasi (m/s²)

                                             h   =  ketinggian (m)

Contoh  Soal

Sebuah benda dengan massa 10 kg di gantungkan pada ketinggian 20 m.Apabila percepatan gravitasi bumi 9,8 m /s² ,berapakah energi potensial yang di miliki ?

Penyelesaian:

Diketahui         : m = 10 kg   ; h = 20 m  ; g = 9,8 m/s²

Ditanya            : Ep............?

Jawab              : Ep  = m.g.h

                                = 10 . 9,8 .20

                                     = 1.960 kg m/s² .m

                                     = 1960 J

G.   Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang di milik oleh setiap benda yang bergerak. Contoh energi kinetik antara lain mangga yang jatuh dari tangkainya,mobil yang sedang berjalan, air terjun,batu yang di lemparkan.

Energi kinetik sering di katakan sebagai energi gerak. Untuk sabuah banda yang bergerak dengan massa (m) dan kecepatan (v) maka energi kinetik benda tersebut adalah :

                          Ek  =  . m .v                Keterangan   : Ek  = energi kinetik (J)

                                                                                     m  = massa benda (kg)

                                                                                               v    = kecepatan (m/s)

Contoh Soal    :

           Sebuah batu bata yang massanya 250 gr di lemparkan dengan kecepatan  6m/s ,berapakah energi kinetiknya ?

Penyelesaian  :

Diketahui         : m = 250 gr  = 0,25 kg

                             v = 6 m/s

Ditanya           : Ek = ... ?

Jawab             : Ek  =   . m .v²

                                 =  .0,25.(6)²

                                 =  4,5 J

H.   HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK

Besar energi potensial gravitasi bergantung dari massa dan ketinggian benda terhadap permukaan bumi,sedangkan besar energi kinetik bergantung pada massa dan kecepatan gerak benda.Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik, yang di tentukan dengan rumus sebagai berikut  :

                          Em  = Ep + Ek

     Besar energi mekanik dari benda jatuh bebas yang hanya di pengaruhi oleh gravitasi bumi adalah tetap.Konsep ini kemudian di kenal dengan Hukum Kekekalan Energi Mekanik.

       

I.      USAHA

a.    Pengertian Usaha                                                                                                              

           Suatu gaya yang bekerja pada benda dikatakan melakukan usaha jika gaya tersebut menyebabkan benda itu berpindah. Gaya yang tidak menghasilkan perpindahan berarti tidak melakukan usah. Dalam melakukan usaha selalu terjadi perubahan bentuk energi. Usaha merupakan besaran vektor, maka :

1.  Usaha berarti nilai positif apabila arah gaya yang bekerja searah dengan arah gaya yang bekerja searah dengan arah perpindahan.

2.  Usaha bernilai negatif apabila arah gaya yang bekerja berlawanan dengan arah perpindahan.

3.  Usaha bernilai nol apabila arah gaya yang bekerja tegak lurus dengan arah perpindahan atau selama gaya bekerja benda tidak mengalami perpindahan.

1)  Usaha yang dihasilkan oleh sebuah gaya

a.      Bila sebuah gaya bekerja pada benda sehingga perpindahan searah dengan arah gaya, maka usaha yang dilakukan :

W = F . S

 

Dengan :

F     =          gaya yang bekerja (N)

S     =          Jarak perpindahan (m)

W    =          usaha (J)

Contoh : menarik balok

b.      Bila sebuah gaya bekerja pada benda sehingga berpindah berlawanan dengan arah gaya, maka usaha yang dilakukan :

W = -F . S

      

      

2)  Usaha yang dihasilkan oleh beberapa gaya

Jika beberapa gaya bekerja secara bersamaan pada sebuah benda, maka besar usaha ditentukan oleh perpaduan (resultan) gaya-gaya tersebut. Usaha akan bernilai besar jika gaya yang bekerja besar dan perpindahan benda semakin jauh.

Bila arah gaya-gaya yang bekerja searah, maka :

W = (F1 + F2 + F3 + …) . S

 

Dengan :

        F1, F2, F3      = besar masing-masing gaya (N)

        S                     = perpindahan (m)

        W                    = usaha (J)

                    Sedangkan jika arah gaya-gaya yang bekerja berlawanan arah, maka resultannya :

W = (F1 - F2) . S

 

3)     Usaha pada suatu benda sebanding dengan perubahan energi pada benda itu

a)  Usaha merupakan perubahan energi kinetik benda. Perhatikan gambar berikut!

A

 

F                                                                     

                                          S

Benda A diam (Ek = 0), kemudian ditarik dengan gaya F dan berpindah sejauh S. Pada saat ini benda A bergerak dan memiliki energi kinetik Ek₂. Usaha pada benda A sebesar :

Usaha  = Ek akhir – Ek awal W        = Ek2 – Ek1

 

b)    Usaha merupakan perubahan energi potensial benda

Perhatkan gambar berikut!

A

Benda A diam di tanah (Ep₁ = 0), akan dipindahkan ke atas bangunan setinggi h. Pada saat itu benda memiliki (Ep₂). Usaha pada :

Usaha  = Ep akhir – Ep awal W        = Ep2 – Ep1

                  h

     

b.    Daya

Daya adalah usaha atau perubahan energi tiap satu satuan waktu, atau dapat diartikan kecepatan untuk melakukan usaha atau energi yang diperlukan untuk melakukan usaha setiap detik.

Secara matematis dapat dituliskan :

P =

P = F .            P = F . v

 

            Dengan :

            W        = usaha / kerja (joule)

            t           = waktu (sekon)

            P         = daya (watt = Joule/sekon)

            F          = gaya kerja (N)

            s          = jarak perpindahan (m)

            v          = kecepatan (m/s)

I.       Pesawat sederhana

Pesawat adalah alat yang digunakan untuk memudahkan melakukan usaha. Pesawat sederhana tidak mengubah besar usaha, tetapi memudahkan orang melakukan usaha tersebut.

1.    Tuas atau pengungkit

Tuas atau pengungkit merupakan batang yang ditumpu salah satu titik pada batang tersebut.

Perhatikan gambar!

                                      Lf                  

                                                     C

                                     Lw  T      

                                         A         B                     F

                                      

                                    

                                    W

            Keterangan :

            W = beban/berat                   AB = Lw = lengan beban

            T = titik tumpu                       BC = Lf = lengang kuasa

            F = kuasa/gaya

Berdasarkan letak beban, kuasa dan tumpuannya, tuas dibedakan menjadi 3 yaitu :

a.    Tuas jenis I yaitu titik tumpu di antara beban dan kuasa. Misalnya : tang, timbangan, papan jungkat jungkit dan gunting.

b.    Tuas jenis II yaitu titik beban diantara tumpu dan kuasa. Misalnya : pembuka tutup botol, gerobak dorong beroda satu, alat pemotong kertas dan alat pemecah kemiri.

c.    Tuas jenis III yaitu titik kuasa berada di tengah. Misalnya : pinset, penjepit roti, siku lengan dan staples.

Untuk semua jenis tuas berlaku persamaan :

F . Lf = W x Lw

   

KM =  atau KM =

            Sehingga besarnya keuntungan mekanik tuas adalah :

Contoh Soal:

Gambar berikut merupakan sebuah tuas dalam keadaan seimbang.   Tentukan besar kuasa F !

 

               1 m                    2 m                        

            50 N                                            F

                                                           

Diketahui       :   W = 50 N    Lw = 1 m        Lf = 2 m

Ditanya          :    F  = …. ?  

Jawab                        :    F . Lf          = W . Lw

                                                 F         =  =

                                                 F         = 25 N

2.    Katrol 

Katrol adalaha roda beralur dengan sebuah tali atau rantai yang lewat pada alur.   Berdasarkan penempatannya, katrol dibedakan menjadi 3 yaitu:

a.    Katrol tetap

Bagian-bagian katrol tetap:

                                                                                                       

W        = benda

                                                F          = kuasa

                                                A         = titik beban

               A      Q    B              Q          = titik tumpu

                                                B         = titik kuasa

                                                Q – A  = lengan beban (Lw)

            W             F                 Q – B  = lengan kuasa (Lf)

                              

       Pada katrol berlaku :  

F . Lf  = W x Lw

 

      

Karena pada katrol tetap lengan beban (Lw) = lengan kuasa (Lf), maka besarnya   keuntungan mekanik katrol tetap adalah 1, sehingga:      = 1   atau     = 1

b.    Katrol bergerak

Katrol bergerak adalah katrol yang penempatannya sedemikian rupa sehingga pada saat katrol ini digunakan dapat bergerak dengan bebas.

Bagian- bagian katrol yang bergerak :

                              W        = beban

                                 F       F          = kuasa

A

                                          A         = titik beban

                                          Q         = titik tumpu

              Q   B       B         = titik kuasa

                                          Q – A  = lengan beban (Lw)

                                          Q – B  = lengan kuasa (Lf)

                 

                      W

                  Pada katrol bergerak berlaku :

F . Lf = W . Lw

 

Karena pada kontrol bergerak panjang lengan kuasa 2 kalinya lengan beban (Lf = 2 Lw) maka besarnya keuntungan mekanik pada katrol bergerak adalah 2, sehingga :

= 2   atau      = 2

 

c.    Katrol gabungan/sistem katrol

Sistem katrol merupakan gabungan antara katrol tetap dan katrol bergerak yang ditata sedemikian rupa dalam satu kerangka sehingga membentuk katrol balok.

Keuntungan mekanik katrol gabungan sama dengan jumlah tali yang digunakan untuk menarik beban atau sama dengan banyaknya katrol dalam sistem katrol tersebut.

Jika pada sistem katrol terdapat n katrol, maka berlaku :

KM = n           dan      F =  . W

 

3.    Bidang miring

Bidang miring merupakan sebuah pesawat sederhana berupa suatu permukaan datar yang dimiringkan.

Perhatikan gambar :

                                                Keterangan :

               F                               s          = panjang bidang miring

           h             s                                h          = tinggi bidang miring

                                                            F          = gaya/kuasa

                                                            W        = berat benda

                                   

                                        W

Pada bidang miring berlaku :

W . h = F . s

 

Sehinggga besarnya keuntungan mekanik dari bidang miring adalah :

KM =            dan      KM =

 

Alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip bidang miring antara lain :

1)    Sekrup                 4)  Jalan di pegunungan

2)    Mata kapak          5)  Pisau

3)    Tangga                6)  Ujung linggis

Tweet