Energi dan Usaha dalam Fisika
Berikut adalah materi lengkap tentang Energi dan Usaha (Work and Energy) dalam fisika, mencakup pengertian, rumus, jenis-jenis, hukum kekekalan energi, serta contoh soal dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari:
PENGERTIAN USAHA (WORK)
✅ Definisi:
Usaha adalah hasil kali gaya yang diberikan pada suatu benda dengan perpindahan benda tersebut ke arah gaya.
✅ Rumus:
W = F \cdot s \cdot \cos(\theta)
Keterangan:
- : usaha (joule, J)
- : gaya (N)
- : perpindahan (m)
- : sudut antara arah gaya dan arah perpindahan
✅ Keterangan penting:
- Jika gaya searah perpindahan → , maka
- Jika gaya tegak lurus perpindahan → , maka
- Jika gaya berlawanan arah perpindahan → , maka bernilai negatif
ENERGI
✅ Definisi:
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi memiliki satuan yang sama dengan usaha, yaitu joule (J).
JENIS-JENIS ENERGI:
🔸 a. Energi Kinetik (Energi Gerak)
E_k = \frac{1}{2} m v^2
- : energi kinetik (J)
- : massa benda (kg)
- : kecepatan (m/s)
🔸 b. Energi Potensial (Energi karena posisi)
E_p = m \cdot g \cdot h
- : energi potensial (J)
- : ketinggian dari permukaan acuan (m)
🔸 c. Energi Mekanik (Total Energi)
E_m = E_k + E_p
- Jumlah energi kinetik dan potensial
HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK
"Dalam sistem tertutup (tanpa gesekan), energi mekanik total selalu tetap."
E_{m\ awal} = E_{m\ akhir}
E_{k1} + E_{p1} = E_{k2} + E_{p2}
✅ Contoh:
Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian, maka energi potensial berubah menjadi energi kinetik saat jatuh, tapi total energi tetap.
DAYA (POWER)
✅ Definisi:
Daya adalah laju usaha atau energi yang dilakukan per satuan waktu.
✅ Rumus:
P = \frac{W}{t}
- : daya (watt, W)
- : usaha (joule, J)
- : waktu (detik, s)
✅ Satuan lain:
1 watt = 1 joule/detik
EFISIENSI ENERGI
\eta = \frac{E_{keluar}}{E_{masuk}} \times 100\%
- Digunakan untuk menghitung seberapa efektif energi digunakan pada suatu alat.
CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN
Soal 1: Usaha
Seseorang mendorong meja dengan gaya 50 N sejauh 3 meter. Berapa usaha yang dilakukan?
✅ Jawaban:
W = F \cdot s = 50 \cdot 3 = 150\, J
Soal 2: Energi Kinetik
Bola bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Hitung energi kinetiknya.
✅ Jawaban:
E_k = \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 4^2 = 1 \cdot 16 = 16\, J
Soal 3: Daya
Mesin melakukan usaha sebesar 300 J dalam 10 detik. Hitung daya mesin!
✅ Jawaban:
P = \frac{300}{10} = 30\, W
PENERAPAN ENERGI DAN USAHA DI KEHIDUPAN SEHARI-HARI
| Aktivitas | Jenis Energi / Usaha |
|---|---|
| Naik tangga | Usaha melawan gravitasi (energi potensial) |
| Mobil melaju | Energi kimia → energi kinetik |
| Menyetel lampu | Energi listrik → energi cahaya dan panas |
| Membakar makanan | Kalori (energi kimia) diubah jadi energi tubuh |