Penyelesaian Masalah Kekekalan Energi

Penyelesaian Masalah Kekekalan Energi

Penyelesaian masalah berikut ini bukan merupakan proses yang dapat dilakukan dengan mengikuti satu perangkat aturan. Langkah-langkah berikut bukan merupakan resep, melainkan rangkuman langkah-langkah yang menolong Anda untuk menyelesaikan masalah yang melibatkan energi. Berikut langkah-langkahnya :
  1. Buat gambar.
  2. Tentukan sistem di mana energi akan bersifat kekal: benda atau benda-benda dan gaya-gaya yang bekerja.
  3. Tanyakan pada diri Anda sendiri besaran apa yang Anda cari, dan tentukan lokasi awal (titik 1) dan akhir (titik 2).
  4. Jika benda yang bersangkutan berubah ketinggian selama soal tersebut, pilih tingkat y = 0 untuk energi potensial gravitasi.  Titik ini bisa dipilih untuk memberikan kemudahan; titik terrendah pada soal itu biasanya merupakan pilihan yang baik.
  5. Jika ada pegas, pilih posisi sebelum teregang sebagai x (atau y) = 0
  6. Jika tidak ada gesekan atau gaya non-konservatif lainnya yang bekerja, gunakan kekekalan energi mekanik: \[EK_{1}+EP_{1}=EK_{2}+EK_{2}\]
  7. Selesaikan untuk besaran yang ingin diketahui.
  8. Jika gesekan atau gaya non-konservatif lainnya ada, diperlukan suku tambahan (WNC): \[W_{NC}=\Delta EK+\Delta EP\]
    Untuk yakin akan tanda yang diberikan pada (WNC), atau pada sisi mana dari persamaan tersebut (WNC) akan diletakkan, gunakan intuisi Anda: apakah pada proses itu energi mekanik bertambah atau berkurang?


Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar untuk berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. 

Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.
Selengkapnya »
Contoh Soal dan Pembahasan Mekanisme Gerak Roller-coaster

Contoh Soal dan Pembahasan Mekanisme Gerak Roller-coaster

Roller Coaster
Roller-coaster melaju dengan menggunakan kekekalan energi. Anggap ketinggian bukit pada gambar di berikut ini adalah 40 meter, dan roller-coaster mulai dari keadaan diam pada puncak, hitung :
(a). Laju roller-coaster di kaki/dasar trek bukit tersebut!

(b). Pada ketinggian berapa lajunya menjadi setengahnya?

Penyelesaian :

Tentukan h = 0 pada kaki/dasar bukit.

(a). Kita gunakan persamaan Pemecahan Masalah Energi Kinetik  dengan v1 = 0, h1 = 40 m, dan h2 = 0 m. Maka 
\[\frac{1}{2}mv_{1}^{2}+mgh_{1}=\frac{1}{2}mv_{2}^{2}+mgh_{2}\]
\[0 + (m)(9,8\,m/s^{2})(40\,m)=\frac{1}{2}mv_{2}^{2}+0\]

m  saling meniadakan dan kita dapatkan
\[v_{2}=\sqrt{2(9,8\,m/s^{2})(40\,m)}=\,28\,m/s\]

(b). Kita gunakan persamaan yang sama pada persamaan Pemecahan Masalah Energi Kinetik , tetapi sekarang v= 14 m/s (setengah dari 28 m/s) dan h2 tidak diketahui.
\[\frac{1}{2}mv_{1}^{2}+mgh_{1}=\frac{1}{2}mv_{2}^{2}+mgh_{2}\]
\[0 + (m)(9,8\,m/s^{2})(40\,m)=\frac{1}{2}(m)(14\,m/s)^{2}+(m)(9,8\,m/s^{2})(h_{2})\]

Kita coret m dan selesaikan untuk hdan didapat h= 30 meter. Yaitu, roller-coaster memiliki laju 14 m/s ketika berada 30 meter secara vertikal di atas titik terrendah trek, baik pada saat menaiki bukit maupun pada saat menuruni bukit.

Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar untuk berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.

Selengkapnya »
Roller-coaster Melaju Dengan Menggunakan Kekekalan Energi

Roller-coaster Melaju Dengan Menggunakan Kekekalan Energi

https://cdn.pixabay.com/photo/2013/07/13/09/47/
rollercoaster-156027__340.png
Persamaan pada Kekekalan Energi Mekanik dapat dipakai untuk benda manapun yang bergerak tanpa gesekan di bawah pengaruh gravitasi. Sebagai contoh, gambar berikut menunjukkan sebuah roller-coaster yang mulai dari keadaan diam di puncak, dan meluncur ke bawah tanpa gesekan dari bukit trek ke bagian paling dasar trek dan naik ke bukit berikutnya.

Pada awalnya, roller-coaster hanya memiliki energi potensial. Sementara pada saat meluncur menuruni bukit, roller-coaster tersebut kehilangan energi potensial dan mendapat energi kinetik, tetapi jumlah keduanya tetap konstan. Di kaki / dasar trek, energi kinetiknya maksimum, dan pada saat menaiki bukit lagi, energi kinetik berubah kembali menjadi energi potensial. Ketika roller-coaster kembali berhenti di puncak berikutnya, semua energinya adalah energi potensial. Dengan mengetahui bahwa energi potensial sebanding dengan ketinggian vertikal, kekekalan energi menunjukkan kepada kita bahwa (dengan tidak adanya gesekan), roller-coaster berhenti pada ketinggian yang sama dengan ketinggain awalnya. Jika kedua bukit memiliki ketinggian yang sama, roller-coaster hampir tidak dapat mencapai bukit kedua ketika berhenti. Jika bukit kedua lebih rendah dari yang pertama, tidak semua energi kinetik roller-coaster diubah menjadi energi potensial, sehingga perjalanan terus dilanjutkan melalui puncak dan menuruni sisi berikutnya.

Hal ini benar (jika tidak ada gesekan) tanpa tergantung pada kecuraman bukit, karena energi potensial hanya bergantung pada ketinggain vertikal.

Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar untuk berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. 

Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.

Selengkapnya »
Benda Jatuh Bebas - Penerapan Kekekalan Energi Mekanik, Hubungan Energi Potensial dan Energi Kinetik

Benda Jatuh Bebas - Penerapan Kekekalan Energi Mekanik, Hubungan Energi Potensial dan Energi Kinetik

https://cdn.pixabay.com/photo/2013/07
/18/20/25/orange-164985__340.jpg
Sebuah benda dari keadaan diam mengalami jatuh bebas. Jika ketinggian awal benda adalah 3 meter, hituglah laju batu ketika telah mencapai posisi 1 meter di atas tanah !

Penyelesaian :

Karena v1 = 0 (saat pelepasan), h2 = 1 meter, dan g = 9,8 m/spersamaan pada Pemecahan Masalah Energi Potensial dan energi Kinetik Menggunakan Kekekalan energi Mekanik , memberikan 
\[\frac{1}{2} m v_{1}^{2} + m g h_{1} = \frac{1}{2} m v_{2}^{2} + m g h_{2}\]
\[0 + (m)(9,8\,\frac{m}{s^{2}})(3,0\,m) = \frac{1}{2} m v^{2} + (m)(9,8\,\frac{m}{s^{2}})(1,0\,m)\]
m saling meniadakan, dan selesaikan untuk v22 (yang kita lihat ternyata tidak bergantung pada m), kita dapatkan

\[v_{2}^{2}=2[(9,8\,\frac{m}{s^{2}})(3,0\,m)-(9,8\,\frac{m}{s^{2}})(1,0\,m)]=39,2\,m^{2}/s^{2}\]
dan diperoleh \[v_{2}=\sqrt{39,2}\,m/s=6,3\,m/s\]

Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar untuk berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. 

Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.

Selengkapnya »
Pemecahan Masalah Energi Potensial Dan Energi Kinetik Menggunakan Kekekalan Energi Mekanik

Pemecahan Masalah Energi Potensial Dan Energi Kinetik Menggunakan Kekekalan Energi Mekanik

https://pixabay.com/en/diving-leaping-ocean-jump-outdoors-1600668/
Suatu contoh sederhana dari kekekalan energi mekanik adalah sebuah benda yang dibiarkan jatuh dari ketinggian h di bawah pengaruh gravitasi (dengan mengabaikan hambatan udara). Begitu dijatuhkan, benda tersebut yang semula dalam keadaan diam, hanya memiliki energi potensial. Sewaktu jatuh, energi potensialnya berkurang karena ketinggiannya berkurang. Akan tetapi, energi kinetiknya bertambah karena semakin lama, bertambah kecepatannya. Bertambahnya energi kinetik mengimbangi berkurangnya energi potensial, sehingga jumlah keduanya tetap (konstan). Pada setiap titik pada lintasan, energi mekanik total dinyatakan dengan
\[EM = EK + EP = \frac{1}{2} m v^{2} + m g h\]
di mana, h  adalah ketinggian benda di atas permukaan pada saat tertentu dan v  adalah lajunya pada titik tersebut. Jika kita tentukan indeks 1 menyatakan benda pada satu titik di lintasannya (misalnya titik awal), dan indeks 2 menyatakan posisi berikutnya, maka dapat kita tuliskan
\[EM_{1}=EM_{2}\]
\[\frac{1}{2} m v_{1}^{2} + m g h_{1} = \frac{1}{2} m v_{2}^{2} + m g h_{2}\]

Persis sebelum benda mengenai dasar permukaan, semua energi potensialnya akan telah diubah menjadi energi kinetik. Kita bisa melihat ini dengan persamaan di atas. Awalnya (titik 1), kita tentukan h1 = h dan v1 = 0 (batu dari keadaan diam). Lalu kita tentukan h= 0, sehingga dari persamaan di atas kita dapatkan 

\[0 + m g h_{1} = \frac{1}{2} m v_{2}^{2} + 0\]
Atau \[EK_{2} = \frac{1}{2} m v_{2}^{2} = m g h = EP_{1}\]

Energi potensial awal berubah menjadi energi kinetik

Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar untuk berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. 

Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.

Selengkapnya »
Daya - Power

Daya - Power

https://kereta-api.co.id
Daya rata-rata didefinisikan sebagai kecepatan dilakukannya usaha. Atau kecepatan perubahan energi. Artinya,
\[\textrm{Power}=\frac{\textrm{Work}}{\textrm{time}}=\frac{\textrm{perubahan energi}}{\textrm{waktu}}\]
Atau
\[\mathrm{P} = \frac{\mathrm{W}}{\mathrm{t}} = \frac{\Delta E}{t}\]
Daya seekor kuda menyatakan seberapa besar usaha yang bisa dilakukannya per satuan waktu. Penilaian daya sebuah mesin menyatakan seberapa besar energi kimia atau energi listrik yang bisa diubah menjadi energi mekanik per satuan waktu. Dalam satuan SI, daya diukur dalam joule per sekon, dan satuan ini diberi nama khusus, watt (W); 1 W = 1 J/s.
Kita paling terbiasa dengan satuan watt yang digunakan untuk mengukur kecepatan bola lampu atau pemanas untuk merubah energi listrik menjadi energi cahaya atau panas, tetapi satuan ini juga digunakan untuk perubahan energi lainnya. Pada sistem Inggris, satuan daya adalah kaki-pon per sekon (ft-lb/s). Untuk tujuan praktis, sering juga digunakan satuan yang lebih besar, Horse Power (†) (Daya Kuda). Satu HP didefinisikan sebagai 550 kaki-pon/s yang sama dengan 746 W.
(†) Satuan ini pertama dipilih oleh James Watt (1736 – 1819), yang memerlukan satu cara untuk menspesifikasi daya untuk mesin uap yang baru dikembangkannya. Ia menemukan berdasarkan percobaan bahwa seekor kuda yang baik dapat bekerja sepanjang hari dengan kecepatan rata-rata sekitar 360 kaki-pon/s. Sehingga agar tidak dituduh melebih-lebihkan dalam menjual mesin uapnya, ia mengalikan nilai ini dengan 1 ½ ketika mendefinisikan mesin uap, menghasilkan 1 HP = 746 W.
Adalah sangat penting untuk melihat perbedaan antara energi dan daya. Untuk membantu membuat perbedaan ini, perhatikan ilustrasi berikut. Seseorang dibatasi dalam usaha yang dapat dilakukan, tidak hanya oleh energi total yang dibutuhkan, tetapi juga dengan seberapa cepat energi ini diubah; yaitu, dengan daya. Sebagai contoh, seseorang mungkin bisa berjalan menempuh jarak yang jauh atau menaiki tangga bertingkat-tingkat sebelum harus berhenti karena banyaknya energi yang telah dikeluarkan. Di pihak lain, seseorang yang berlari dengan cepat menaiki tangga bisa jatuh kelelahan hanya setelah satu atau dua tingkat saja. Dalam hal ini ia dibatasi oleh daya, kecepatan tubuhnya dapat merubah energi kimia menjadi energi mekanik.

Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar untuk berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya.

Welcome To Metode Fisika Blog. Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.
Selengkapnya »
Energi Potensial (2) - Potential Energy (2)

Energi Potensial (2) - Potential Energy (2)

Selamat datang di blog Metode Fisika. Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar untuk berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. 

Welcome To Metode Fisika Blog. Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.


Kita juga dapat menuliskan ΔEP dalam hubungannya dengan usaha yang dilakukan gravitasi itu sendiri, \[W_{\textrm{Gravity}}=-m\,g\,(y_{2}-y_{1})\] \[ W_{\textrm{Gravity}}=-\Delta{EP}\]

Dengan demikian, usaha yang dilakukan oleh gravitasi, sementara massa m bergerak dari titik 1 ke titik 2 sama dengan negatif dari perbedaan energi potensial antara titik 1 dan titik 2.

https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRnnLslDnGfzeNPAqSIq__35bLbPDFw7RpX2XfFXoUlvN_6te7gBA
Perhatikan bahwa energi potensial gravitasi bergantung pada ketinggian vertikal benda di atas tingkat acuan tertentu, dan pada beberapa situasi, Anda mungkin bingung dari titik mana ketinggian y diukur. Energi potensial gravitasi sebuah buku yang dipegang tinggi di atas meja, misalnya, bergantung pada apakah kita mengukur y dari permukaan meja, dari lantai, atau dari titik acuan lainnya. Yang penting secara fisis pada situasi apa pun adalah perubahan energi potensial, ΔEP, karena itulah yang berhubungan dengan usaha yang dilakukan, dan ΔEP –lah yang dapat diukur. Dengan demikian kita dapat memilih pengukuran y dari titik acuan mana pun yang sesuai, tetapi kita harus memilihnya pada saat awal dan konsisten selama perhitungan. Perubahan energi potensial antara dua titik tidak bergantung pada pilihan ini.

Suatu hasil penting yang telah kita bahas sebelumnya adalah karena gaya gravitasi hanya melakukan usaha pada arah vertikal, usaha yang dilakukan gravitasi hanya bergantung pada ketinggian vertikal h, dan tidak pada lintasan yang dipakai, apakah gerak tersebut murni vertikal atau, katakanlah, gerakan sepanjang bidang miring. Itulah sebabnya, dari persamaan potsing sebelumnya Energi Potensial – Potential Energi , kita lihat bahwa perubahan energi potensial gravitasi hanya bergantung pada ketinggian vertikal dan tidak pada lintasan yang diambil.


Selengkapnya »
Energi Potensial - Potential energy

Energi Potensial - Potential energy

Selamat datang di blog Metode Fisika. Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar agar dapat berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. 

Welcome To Metode Fisika Blog. Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.


Kita telah membahas bagaimana sebuah benda dikatakan memiliki energi sebagai sifat dari geraknya, yang kita sebut sebagai energi kinetik. Tetapi benda juga mungkin memiliki energi potensial, yang merupakan energi yang dihubungkan dengan gaya-gaya yang bergantung posisi atau konfigurasi benda (atau benda-benda) dan lingkungannya. Berbagai energi jenis energi potensial (EP) dapat didefinisikan, dan setiap jenis dihubungkan dengan suatu gaya tertentu.

Pegas pada jam yang diputar merupakan contoh energi potensial. Pegas jam mendapatkan energi potensialnya karena dilakukan usaha padanya oleh orang yang memutar jam tersebut. Sementara pegas memutar balik, ia memberikan gaya dan melakukan usaha untuk memutar jarum jam.


Butir kelapa ketika diam di tangkainya memiliki energi potensial, dan akan berubah menjadi energi kinetik ketika jatuh bebas. Energi kinetik akan terus bertambah dan energi potensial akan terus berkurang. Namun jumlah totalnya konstan.
Mungkin contoh yang paling umum dari energi potensial adalah energi potensial gravitasi. Sebuah batu bata yang dipegang tinggi di udara memiliki energi potensial karena posisi relatifnya terhadap bumi. Batu itu mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha, karena jika dilepaskan, batu tersebut akan jatuh ke tanah karena adanya gaya gravitasi, dan dapat melakukan usaha, katakanlah, pada sebuah tiang yang dipancangkan dan menanamnya ke tanah. Mari kita tentukan energi potensial gravitasi sebuah benda dekat dengan permukaan Bumi. Untuk mengangkat vertikal benda dengan massa m, gaya ke atas yang paling tidak sama dengan beratnya, mg, harus diberikan kepadanya, katakanlah oleh tangan seseorang. Untuk mengangkat benda itu setinggi h tanpa percepatan, dari posisi y1, ke y2, orang harus melakukan usaha yang sama dengan hasil kali gaya eksternal yang dibutuhkan, Feksternal = m g ke atas dan jarak vertikal h. Yaitu \[W_{\textrm{eksternal}}=F_{\textrm{eksternal}}\,d\,cos 0^{\circ}=mgh\]
Atau \[W_{\textrm{eksternal}}=mg(y_{2}-y_{1})\]
Gravitasi juga bekerja pada benda sewaktu bergerak dari posisi y1, ke y2, dan melakukan usaha padanya yang sama dengan \[W_{\textrm{gravity}}= F_{\textrm{gravity}}\,d\,cos180^{\circ}\]
Di mana θ = 180° karena Fgravity dan perpindahan d menunjuk ke arah yang berlawanan. Jadi \[W_{\textrm{gravity}}=-m\,g\,h=-m\,g\,(y_{2}-y{1})\]
Jika sekarang kita melepaskan benda itu dari keadaan diam kemudian benda itu jatuh bebas di bawah pengaruh gravitasi, benda itu akan memiliki kecepatan v2= 2 g h setelah jatuh dari ketinggian h. Benda kemudian memiliki energi kinetik ½ m v2 = ½ m (2 g h) = m g h, dan jika benda tersebut mengenai tiang pancang, ia dapat melakukan usaha terhadap tiang pancang tersebut sebesar m g h (prinsip usaha—energi). Dengan demikian, menaikkan sebuah benda dengan massa m sampat ketinggian h membutuhkan sejumlah usaha yang sama dengan m g h. Dan begitu benda itu pada poosisi h, ia memiliki kemampuan untuk melakukan usaha sebesar m g h.

Dengan demikian kita definisikan energi potensial gravitasi sebuah benda sebagai hasil kali beratnya, m g, dan ketinggiannya, y, di atas tingkat acuan tertentu (misalnya tanah).
\[EP_{\textrm{grav}}=m\,g\,y\]
Makin tinggi suatu benda di atas tanah, makin besar pula energi potensial gravitasi yang dimilikinya. Kita gabungkan persamaan-persamaan di atas diperoleh
\[W_{\textrm{eksternal}}=m\,g\,(y_{2}-y_{1})\] \[ W_{\textrm{eksternal}}=EP_{2}-EP_{1}=\Delta{EP}\]
Dengan demikian, usaha yang dilakukan oleh gaya eksternal untuk menggerakkan massa m dari titik 1 ke titik 2 (tanpa percepatan) sama dengan perubahan energi potensial benda antara titik 1 dan titik 2.




Selengkapnya »
Energi Kinetik dan Prinsip Usaha – Energi (bagian 2)

Energi Kinetik dan Prinsip Usaha – Energi (bagian 2)

Selamat datang di blog Metode Fisika. Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar dapat agar berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. 

Welcome To Metode Fisika Blog. Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.

Hubungan antara usaha dan energi \[W_{\textrm{Total}}=EK_{2}-EK_{1}\] atau \[W_{\textrm{Total}}=\Delta{EK}\]
Dapat dijelaskan dengan kata-kata
“Usaha total yang dilakukan pada sebuah benda sama dengan perubahan energi kinetiknya”
Ini merupakan prinsip usaha – energi. Bagaimanapun, perhatikan bahwa kita menggunakan hukum Newton ke dua, FTotal = m a, di mana FTotal adalah gaya total –jumlah semua gaya yang bekerja pada benda tersebut. Dengan demikian, prinsip usaha—energi hanya berlaku jika W adalah usaha total yang dilakukan pada benda –yaitu, usaha yang dilakukan oleh semua gaya yang bekerja pada benda tersebut.

Prinsip usaha—energi memberitahu kita bahwa jika usaha total (positif) W dilakukan pada sebuah benda, energi kinetiknya bertambah sejumlah W. Prinsip ini juga berlaku untuk situasi sebaliknya; jika usaha negatif W dilakukan pada benda, energi kinetik benda berkurang sejumlah W. Artinya gaya total yang diberikan pada benda dengan arah yang berlawanan dengan arah gerak benda mengurangi lajunya dan energi kinetiknya.

Perhatikan bahwa sementara energi kinetik translasi ( = ½ m v2 ) berbanding lurus dengan massa benda, besaran ini berbanding lurus juga dengan kuadrat kecepatan. Dengan demikian, jika massa digandakan, energi kinetik menjadi dua kali lipat. Tetapi jika kecepatan digandakan, energi kinetik bertambah emapt kali lipat, dan dengan demikian bisa melakukan usaha empat kali lipat.

Karena adanya hubungan langsung antara usaha dan energi kinetik, energi dinyatakan dengan  satuan yang sama dengan usaha, joule. Dalam satuan SI atau setara dengan kg m2/s2. Seperti usaha, energi kinetik merupakan besaran skalar. Energi kinetik dari sekumpulan benda merupakan jumlah aljabar dari energi kinetik masing-masing benda tersebut.

Bersambung ke Energi Potensial



Selengkapnya »
Energi Kinetik dan Prinsip Usaha – Energi

Energi Kinetik dan Prinsip Usaha – Energi

Selamat datang di blog Metode Fisika. Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar agar bisa berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. 

Welcome To Metode Fisika Blog. Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.

Energi merupakan salah satu konsep yang paling penting dalam sains. Tetapi kita tidak bisa memberikan definisi umum yang sederhana mengenai energi dalam beberapa kata saja. Bagaimanapun, setiap jenis energi tertentu dapat didefinisikan secara sederhana. Pada kesempatan kali ini, kita definisikan energi kinetik translasi dan energi potensial. Aspek yang paling penting dari semua jenis energi adalah bahwa jumlah dari semua jenis energi, energi total, tetap sama setelah proses apa pun dengan jumlah sebelumnya; yaitu, besaran “energi” dapat didefinisikan sedemikian sehingga energi merupakan besaran yang kekal.

Untuk mencapai tujuan pemahaman pembahasan ini, kita dapat mendefinisikan energi dengan cara tradisional sebagai  “kemampuan untuk melakukan usaha.” Definisi yang sederhana ini tidak terlalu tepat dan tidak valid untuk semua jenis energi. Seperti untuk energi mekanik, kita perlu tekankan hubungan fundamental antara usah dan energi. Juga, energi yang dihubungkan dengan kalor/panas sering tidak bisa melakukan usaha. Kita sekarang mendefinisikan dan membahas satu dari jenis energi dasar, energi kinetik.

Sebuah martil yang bergerak melakukan usaha pada paku yang dipukulnya
Sebuah benda yang bergerak dapat melakukan usaha pada benda lain yang ditumbuknya. Sebuah peluru meriam yang melayang melakukan usaha pada dinding rumah yang dihancurkannya; sebuah martil yang bergerak melakukan usaha pada paku yang dipukulnya. Pada setiap kasus tersebut, sebuah benda yang bergerak memberikan gaya pada benda kedua dan memindahkannya sejauh jarak tertentu. Sebuah benda yang sedang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan usaha dan dengan demikian dapat dikatakan memiliki energi. Energi gerak disebut energi kinetik, dari kata Yunani, kinetikos, yang berarti “gerak”.


Untuk mendapatkan definisi kuantitatif dari energi kinetik, mari kita bayangkan sebuah benda dengan massa m yang sedang bergerak pada garis lurus dengan laju awal v1. Untuk mempercepat benda itu secara beraturan sampai laju v2, gaya total konstan FTotal, diberikan padanya dengan arah sejajar dengan arah geraknya sejauh d. Kemudian usaha total yang dilakukan benda itu adalah WTotal = FTotal d.

Kita terapkan hukum Newton kedua, FTotal = m a.

Kemudian dari persamaan gerak : v22 = v12 + 2 a d, dengan v1 sebagai kecepatan awal dan v2 sebagai kecepatan akhir, kita peroleh percepatan a :
\[a=\frac{v_{2}^{2}- v_{1}^{2}}{2\,d}\]
Kemudian kita substitusikan ke dalam  FTotal = m a, dan ketentuan usaha WTotal = FTotal d maka : \[W_{\textrm{Total}}=F_{\textrm{Total}}\,d=m\,a\,d=m(\frac{v_{2}^{2}- v_{1}^{2}}{2\,d})\,d\]
Atau \[ W_{\textrm{Total}}=\frac{1}{2}\,m\,v_{2}^{2}-\frac{1}{2}\,m\,v_{1}^{2}\]
Kita definisikan besaran ½ m v 2 sebagai Energi Kinetik Translasi (EK) dari benda tersebut:
\[EK=\frac{1}{2}\,m\,v^{2}\]
Kita sebut besaran ini sebagai energi kinetik “translasi” untuk membedakan dari energi kinetik rotasi (untuk benda yang bergerak berputar). Persamaan energi kinetik di atas untuk gerak satu dimensi, berlaku umum juga untuk gerak translasi pada tiga dimensi dan bahkan jika gaya yang bekerja tidak beraturan. Kita dapat menuliskan hubungan persamaan usaha dengan energi kinetik translasi di atas dalam bentuk lain sebagai \[W_{\textrm{Total}}=EK_{2}-EK_{1}\] atau \[W_{\textrm{Total}}=\Delta{EK}\]

Lanjut ke Energi Kinetik dan Prinsip Usaha – Energi (bagian 2)

Selengkapnya »
Tahap-Tahap Penyelesaian Soal Tentang Usaha - Step By Step How To Solve Problem Set About Work

Tahap-Tahap Penyelesaian Soal Tentang Usaha - Step By Step How To Solve Problem Set About Work

Gunakan tahap demi tahap berikut ini untuk menyelesaiakan soal-soal tentang usaha:
  1. Pilih sistem koordinat xy. Jika benda sedang bergerak, lebih cocok jika arah gerak dipilih sebagai salah satu arah koordinat. Dengan demikian untuk sebuah benda pada bidang miring, kita bisa memilih salah satu sumbu koordinat sejajar dengan bidang miring tersebut.

  2. Buat diagram benda bebas yang menunjukkan semua gaya yang bekerja pada benda tersebut.

  3. Cari / tentukan gaya-gaya yang tidak diketahui dengan menggunakan hukum Newton.

  4. Hitung usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya tertentu pada benda dengan menggunakan persamaan W =  F d cos θ. Perhatikan bahwa usaha yang dilakukan adalah negatif jika sebuah gaya cenderung melawan perpindahan.

  5. Untuk menemukan usaha total yang dilakukan pada benda, (a) hitung usaha yang dilakukan oleh setiap gaya dana tambahkan hasilnya secara aljabar; atau (b) hitung gaya total pada benda, Ftotal dan kemudian gunakan hasilnya untuk menghitung usaha total yang dilakukan Wtotal =  Ftotal d cos θ 

Use the following step by step to resolve problem set aout work:
  1. Select the xy coordinate system. If the object is moving, more suitable if the direction of motion selected as one of the coordinate directions. Thus for an object on an inclined plane, we can choose one of the coordinate axes parallel to the inclined plane.

  2. Create a free-body diagram showing all the forces acting on the object.

  3. Search / specify the force that are unknown by using Newton's laws.

  4. Calculate the work done by a certain force on objects by using the equation W = F d cos θ. Note that these efforts are likely to be negative if a force against displacement.

  5. To find the total work done on the object, (a) calculate the work done by each force funds algebraically add the results; or (b) calculate the net force on the object, Ftotal and then use the results to calculate the total work done Wtotal =  Ftotal d cos θ


Selengkapnya »
Soal Jawab Usaha - Problem Solving about Work (2)

Soal Jawab Usaha - Problem Solving about Work (2)

Sebuah boks bergerak pada bidang miring dengan kemiringan 30°, karena diberi beberapa gaya, di antaranya; gaya mendatar (F1) sebesar 40 newton; gaya tegak lurus bidang (F2) sebesar 20 newton dan gaya tarik searah dengan arah gerak (F3) sebesar 30 newton seperti ditunjukkan oleh gambar berikut. Hitunglah usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya kalu benda berpindah 80 cm !

A block moves up a 30° incline under the action of certain forces, three of which are shown in figure below. (F1) is horizontal and of magnitude 40 newton. (F2) is normal to the plane and of magnitude 20 newton. (F3) is parallel and of magnitude 30 newton. Determine the work done by each force as the block (and point of application of each force) moves 80 cm up the incline !



Teori tentang usaha, silakan baca Usaha 1 dan Usaha 2
The theory about work, please read Usaha 1 dan Usaha 2

Penyelesaian:

Komponen  F1 sejajar arah perpindahan adalah \[F_{1}\cos30^{\circ}=(40\,N)(0,866)=34,6\,N\]

Maka usaha yang dilakukan F1 adalah (34,6)(0,8 m) = 28 J. (Perhatikan bahwa perpindahan harus dinyatakan dalam meter.)

F2 ternyata tidak melakukan usaha apa pun, karena gaya ini tidak memiliki komponen dalam arah perpindahan.

Komponen F3 dalam arah perpindahan adalah 30 newton, maka usaha yang dilakukan oleh F3 adalah (30 N)(0,8 m) = 24 J.


Problem Solving:

The component of  F1 along the direction of the displacement is \[F_{1}\cos30^{\circ}=(40\,N)(0,866)=34,6\,N\]

Hence the work done by F1 is (34,6)(0,8 m) = 28 J. (Notice that the distance must be expressed in meters.)

Because it has no component in the direction of the displacement, F2 does no work.

The component of F3 in the direction of the displacement is 30 newton. Hence the work done by F3 is (30 N)(0,8 m) = 24 J.


Selengkapnya »
Soal Jawab Usaha - Problem Solving about Work

Soal Jawab Usaha - Problem Solving about Work

Sebuah peti dengan massa 50 kg ditarik sejauh 40 m sepanjang lantai horizontal dengan gaya konstan yang diberikan oleh seseorang, sebesar FP = 100 N, yang bekerja membentuk sudut 37° sebagaimana gambar berikut ini. Lantai tersebut kasar dan memberikan gaya gesekan Ff = 50 N. Tentukan usaha yang dilakukan oleh setiap gaya yang bekerja pada peti tersebut, dan usaha total yang dilakukan terhadap peti !

Teori tentang usaha, silakan baca Usaha 1 dan Usaha 2

Penyelesaian:
Usaha oleh gaya F terhadap peti, dengan arah gaya membentuk 37° terhadap arah gerak benda  

Kita pilih sistem koordinat sedemikian sehingga d dapat menjadi vektor yang merepresentasikan perpindahan sejauh 40 m (yaitu sepanjang sumbu x). Ada empat gaya yang bekerja pada peti, yaitu gaya yang diberikan oleh orang FP ; gaya gesekan oleh lantai kasar Ff ; gaya berat peti mg dan gaya Normal peti FN yang diberikan ke atas oleh lantai. Usaha yang dilakukan oleh gaya berat dan gaya normal sama dengan nol, karena tegak lurus terhadap perpindahan d (θ = 90°).
\[W_{\textrm{weight}}=m\,g\,d\cos 90^{\circ}=0\]
\[W_{\textrm{normal}}=F_{N}\,d\cos 90^{\circ}=0\]
Usaha yang dilakukan oleh orang, FP adalah \[W_{\textrm{person}}=F_{P}\,d\cos \theta{}=(100\,N)(40\,m)\,cos 37^{\circ}=3.200\,J\]
Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek, Ff adalah \[W_{\textrm{friction}}=F_{f}\,d\cos \theta{}=(50\,N)(40\,m)\,cos 180^{\circ}=-2.000\,J\]
Sudut antara perpindahan d dan Ff  adalah 180° karena menunjuk ke arah yang berlawanan. Karena gaya gesek melawan gerak, ia melakukan usaha negatif pada peti.

Akhirnya, usaha total dapat dihitung menggunakan dua cara :
1.    Usaha total yang dilakukan terhadap suatu benda merupakan jumlah aljabar usaha dari usaha yang dilakukan oleh setiap gaya, karena usaha merupakan besaran skalar :
\[W_{\textrm{Total}}=W_{\textrm{weight}}+W_{\textrm{person}}+W_{\textrm{friction}}\]\[W_ {\textrm{Total}}=0+0+3.200\,J-2.000\,J=1.200\,J\]
2.    Usaha total juga dapat dihitung dengan cara terlebih dahulu menentukan gaya total pada benda dan kemudian mengambil komponennya sepanjang perpindahan: (FTotal) = Fp cos θFf . Dengan demikian usaha total adalah \[W_{\textrm{Total}}=(F_{Total}\,d=(F_{P}\,cos\,\theta{}-F_{f})\,d\]
\[W_{\textrm{Total}}=(100\,N\,cos\,37^{\circ}-50\,N)(40\,m)=1.200\,J\]
Tidak ada perpindahan pada arah vertikal (y), berarti tidak ada usaha yang dilakukan.


Dari contoh ini kita melihat bahwa gesekan melakukan usaha negatif. Secara umum, usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya dalah negatif jika gaya tersebut (atau komponen gaya, F||) bekerja dengan arah berlawanan arah gerak. 



Selengkapnya »
Usaha, Energi, Daya - Work, Energy, Power (bagian 2)

Usaha, Energi, Daya - Work, Energy, Power (bagian 2)


Lanjutan Usaha, Energi, Daya - Work, Energy, Power



Usaha yang Dilakukan oleh Gaya Konstan

Usaha memiliki arti spesifik untuk mendeskripsikan apa yang dihasilkan oleh gaya ketia gaya bekerja pada benda sementara benda tersebut bergerak dalam jarak tertentu. Lebih spesifik lagi, usaha yang dilakukan pada sebuah benda oleh gaya konstan (dalam hal besar dan arah) didefnisikan sebagai hasil kali besar perpindahan dengan komponen gaya yang sejajar dengan perpindahan. Dalam bentuk persamaan, dapat kita tuliskan  \[W=F||d\]
Dimana F|| adalah komponen gaya konstan F yang sejajar dengan perpindahan d. Kita juga dapat menuliskan \[W=F\,d\,cos\,\theta{}\]
Dimana F adalah besar gaya konstan, d adalah besar perpindahan benda, dan θ adalah sudut antara arah gaya dan perpindahan. Faktor cos θ muncul karena F cos θ ( = F|| ) adalahkomponen F yang sejajar dengan d. Usaha merupakan besaran skalar (hanya memiliki besar).



https://pixabay.com/en/shopping-cart-shopping-chrome-steel-1026501/
Mari kita pertimbangkan kasus di mana gerak dan gaya memiliki arah yang sama, sehingga θ = 0° dan cos θ = 1, dan dengan demikian, W = F d. Sebagai contoh, jika Anda mendorong sebuah troli belanja yang penuh sepanjang jarak 50 meter dengan memberikan gaya horizontal sebesar 30 Newton, Anda melakukan usaha 30 N x 50 m = 1500 N m terhadap troli itu.

Sebagaimana ditunjukkan oleh contoh ini, dalam satuan SI, usaha dinyatakan dalam newton-meter. Diberikan nama khusus untuk satuan ini, joule (J) ; 1 J = 1 N m.

Gaya dapat diberikan pada sebuah benda dan tetap tidak melakukan usaha. Sebagai contoh, jika Anda menenteng tas belanja yang berat dalam keadaan diam, Anda tidak melakukan usaha padanya. Sebiah gaya memang diberikan, namun perpindahannya nol, sehingga usaha W = 0. Anda juga tidak melakukan usaha pada tas belanja itu jika Anda membawanya sementara Anda berjalan horizontal melintasi lantai dengan kecepatan konstan. Karena dalam keadaan ini, gaya angkat oleh tangan arahnya ke atas, namun Anda bergerak ke depan. Usaha akan bernilai nol manakala arah gaya dan arah gerak benda saling tegak lurus, θ = 90°, sehingga cos θ = 0.

Kesimpulan dari penjelasan ini, ketika suatu gaya tertentu bekerja tegak lurus terhadap gerak, tidak ada usaha yang dilakukan oleh gaya itu.

Ketika berhubungan dengan usaha, sebagaimana dengan gaya, adalah penting untuk menentukan apakah Anda membicarakan mengenai usaha yang dilakukan oleh suatu benda atau dilakukan terhadap suatu benda. Juga penting untuk menentukan apakah usaha yang dilakukan disebabkan oleh suatu gaya tertentu saja atau usaha yang dilakukan oleh gaya total pada benda yang bersangkutan.
 


Bersambung...




Selengkapnya »

Usaha Energi Daya

Listrik Magnet

Soal Jawab

Mekanika

Impuls Momentum

Universitas

Optik