Usaha, Energi, dan Pesawat Sederhana

A. Usaha

sumber gambar : https://bimamedia-gurusiana.ap-south-1.linodeobjects.com/d10c3d8e2eab13e9d3db9f2c7d44a78a/2020/10/14/l-images20201014223954.png
 

Pada saat kita mendorong dinding yang kokoh, secara umum dapat dikatakan bahwa kita melakukan usaha terhadap tembok. Akan tetapi secara fisika, mendorong tembok yang tetap diam dikatakan bahawa kitatidak melakukan usaha meskipun orang tersebut mengeluarkan energi besar untuk mendorong tembok. Mengapa bisa begitu?

Dalam ilmu fisika pengertian usaha adalah suatu proses yang dilakukan untuk memindahkan kedudukan suatu benda. 

 Usaha jika dituliskan dalam bentuk persamaan seperti berikut :
 

W = F.s

Keterangan:

W = usaha (joule)
F = gaya (N)
s = jarak perpindahan benda (m)

sehingga jika perpindahan benda bernilai nol, maka usaha pun akan bernilai nol.

 

dan bahwasanya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang telah diusahakannya

 

Usaha berkaitan erat dengan energi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja.
Usaha merupakan energi yang disalurkan gaya ke sebuah benda sehingga benda tersebut bergerak.

 

B. Energi

Seperti yang dibahas sebelumnya, energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Dalam Satuan Internasional, satuan energi dinyatakan dalam joule (J) atau kalori (kal).

1. Macam-macam Energi
Energi memiliki berbagai macam jenis. Berdasarkan bentuknya, energi dibedakan menjadi energi kinetik, energi potensial, energi kalor, energi kimia, energi cahaya, energi bunyi, energi nuklir, energi listrik dan sebagainya.

2. Perubahan Energi
Energi dapat mengalami perubahan bentuk dari energi satu menjadi energi yang lain. Bentuk perubahan energi ditunjukkan melalui contoh berikut.

a. Energi listrik menjadi energi cahaya
Contoh: lampu

b. Energi cahaya menjadi energi listrik
Contoh: sel surya

c. Energi kimia menjadi energi kinetik
Contoh: makanan dijadikan energi untuk manusia sehingga memudahkan pergerakan

d. Energi listrik menjadi energi bunyi
Contoh: radio dan bel

e. Energi listrik menjadi energi kinetik
Contoh: kipas angin

f. Energi nuklir menjadi energi listrik
Contoh: Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir


3. Sumber Energi

Secara umum ada dua sumber energi :

a. Dapat Diperbarui (Renewable)
Contoh: cahaya matahari, angin, air (air terjun dan gerakan ombak laut)

b. Tidak Dapat Diperbarui (Unrenewable)
Contoh: nuklir dan fosil (bahan bakar minyak dan gas)

Energi dibagi menjadi tiga bagian : yaitu Energi potensial, energi kinetik, energi mekanik

1. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya (kecepatan). Energi kinetik jika dituliskan dalam bentuk persamaan seperti berikut.

 
2. Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisi kedudukannya (ketinggian) terhadap gaya tarikan gravitasi. Energi potensial jika dituliskan dalam persamaan matematis seperti berikut.

3. Energi Mekanik
Energi mekanik merupakan energi total yang dimiliki benda. Energi mekanik juga dapat dikatakan jumlah energi kinetik dan energi potensial. Apabila energi mekanik dituliskan dalam persamaan seperti berikut.

 

Hukum Kekekalan Energi Mekanik 

Bunyi hukum kekekalan energi : Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tapi energi dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lainnya.

Perhatikan ilustrasi berikut, sebuah kelapa jatuh dari pohonnya, misal. Pada waktu buah kelapa tersebut masih berada di pohonnya, buah kelapa memiliki energi potensial. Kemudian pada saat jatuh, energi potensial tersebut menjadi energi kinetik. Terdapat energi kinetk yang maksimum pada saat buah kelapa sebelum sampai ke tanah. Jadi kalau sudah sampai ke tanah, hukum kekekalan energinya tidak berlaku. Dan energinya berubah menjadi energi bunyi dan kalor.

sehingga pada berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik berlaku persamaan :

EmA = EmB

EpA + EkA = EpB + EkB

 



Pesawat Sederhana
Pesawat sederhana adalah alat yang memudahkan kerja manusia.
Pesawat sederhana hanya membutuhkan satu gaya untuk bekerja
 

Contohnya untuk memindahkan beban berat ke tempat yang lebih tinggi digunakan pesawat sederhana yaitu katrol dan bidang miring.
Pada prinsipnya pesawat adalah alat untuk memudahkan melakukan usaha, dengan besar usaha yang dilakukan tetap. 

TUAS

Pengungkit atau tuas adalah pesawat sederhana yang berupa batang yang memiliki rotasi pada titik tumpu.

BIDANG MIRING 
Keuntungan mekanis:

w = beban
s = panjang bidang miring
F = gaya kuasa
h = tinggi bidang miring 

Semakin tinggi bidang miring, semakin besar gaya kuasa, semakin kecil keuntungan mekanisnya.

KATROL

Katrol dapat merubah arah gaya.
Berdasarkan tempat kedudukan katrol terbagi menjadi:
1. Katrol tetap (titik tumpu berada di antara beban dan titik kuasa).

2. Katrol bergerak (beban berada diantara titik kuasa dan titik tumpu).

3. Katrol ganda (gabungan katrol tetap dengan katrol bergerak).

RODA GIGI ATAU GIR

Gir adalah sepasang atau lebih roda bergigi yang saling berhubungan yang berfungsi meneruskan gaya dan gerakan pada sebuah mesin. 

 

PESAWAT SEDERHANA DALAM SISTEM RANGKA



Pada tubuh kita juga bekerja berbagai prinsip pesawat sederhana.

Otot-otot leher bekerja ketika kita sedang mendongakkan kepala.


Leher merupakan titik tumpu, dagu merupakan posisi beban, dan otot leher bagian belakang merupakan titik kuasa. Sistem ini merupakan pengungkit jenis pertama.
Sistem pesawat sederhana terdapat pada otot-otot leher yang termasuk pengungkit jenis pertama

Contoh soal :

1. Ali sedang memikul dua beras dengan menggunakan kayu yang diletakkan di bahunya. Berat dari beras pertama adalah 50 Newton dan 100 Newton. Jarak lengan kayu antara Ali dengan beras pertama adalah 100 cm, maka berapakah panjang tongkat yang dibutuhkan agar beras dapat dipikul dengan seimbang?

2. Sebuah sistem katrol digunakan untuk mengangkat beban seperti gambar. Tentukan besar beban yang bisa diangkat oleh katrol ?

 

JAWAB