16.36.00
Crane adalah suatau alat yang berfungsi untuk mengangkat dan memindahkan sesuatau dengan mengaplikasikan kerja tali dan katrol. Crane dipakai untuk mengangkat material secara vertikal dan menggerakannya secara horizontal menuju titik tujuan dimana material akan diletakan. Jenis barang yang dibawa crane adalah barang berat pada proyek-proyek konstruksi, pelabuhan, industri, gudang, maupun lokasi lain dengan muatan yang berat.
Gambar 1. Crane
Selain itu untuk memudahkan kerja dan
aktivitas sehari-hari tentunya kita membutuhkan peralatan tertentu. Misalnya
crane tadi, atau untuk memindahkan barang kalian dapat menggunakan gerobak
dorong, gunting untuk memotong kertas dan sekrup untuk menyatukan beberapa kayu
serta pada saat kalian menuju ke daerah pegunungan menggunakan jalan yang
dibuat dengan kemiringan tertentu bukan. Alat-alat bantu tersebut merupakan
pesawat sederhana. Apakah kalian tahu yang termasuk pesawat sederhana itu?
Pada bab ini kita akan membahas bukan
saja pewat sederhana tetapi dimulai dari konsep usaha, daya, energi serta
pesawat sederhana. Ikutilah pembahasannya dengan sungguh-sungguh
A. Usaha
Pernahkah kalian
mengamati seseorang yang membawa hasil perkebunan menggunakan gerobak beroda?
Mengapa orang tersebut bisa mendorong gerobak yang penuh dengan beban meskipun
tampak begitu banyak? Apa yang dilakukan oleh orang tersebut terhadap gerobak
beroda? Bisakah kalian menjelaskan fenomena ini?
Pada materi ini
kalian akan belajar banyak tentang usaha, energi dan pesawat sederhana yang
akan membantu dalam pekerjaan kalian sehari-hari.
Hubungan antara
konsep energi dan usaha sangat erat dan keduanya merupakan besaran skalar.
Ketika usatu usaha dilakukan, terjadi perubahan energi yang menyebabkan konversi
energi. Usaha atau kerja merupakan gaya yang diterapkan pada uatu benda yang
mengakibatkan perpindahan. Namun, dalam kehidupan sehari-hari, jika ada gaya
yang diterapkan pada suatu benda tanpa adanya perpindahan, itu masih disebut
usaha. Sebagai contoh, ketika kalian mendorong mobil yang mogok, kalian tetap
melakukan usaha meskipun mobil tersebut tidak bergerak (kerena terlalu berat).
Begitu pula ketika kuda menarik gerobak, itu juga dianggap sebagai usaha
Dalam fisika, usaha
didefenisikan sebagai perkalian antra besar gaya yang bekerja pada benda
dengan perpindahan yang terjadi akibat gaya tersebut.
Usaha = Gaya x
Perpindahan
W = F x s
Dengan:
W = usaha
(Joule)
F = gaya yang diberikan (Newton)\
s = perpindahan
benda (meter)
Dapat disimpulkan
bahwa faktor yang mempengaruhi terjadinya usaha adalah gaya dan perpindahan.
Satuan usaha adalah N.m menurut SI satuan ini mempunyai nama lain yaitu Joule
(J).
Usaha dapat
memiliki dua jenis. Yaitu usaha positif dan usaha negatif, tergantung pada arah
dan orientasi gaya yang diterapkan pada benda.
1. Usaha
positif
Usaha positif
terjadi ketika gaya yang diterapkan pada suatu benda memiliki arah sejajar
dengan perpindahan benda tersebut. Dalam hal ini, gaya dan perpindahan memiliki
arah yang sama atau sejalan. Akibatnya, gaya melakukan usaha pada benda dengan
meningkatkan energinya. Contoh umum usaha positif adalah ketika seseorang
mendorong sebuah kotak ke atas sebuah bukit. Gaya dorongan sejajar dengan
perpindahan kotak, sehingga usaha yang dilakukan adalah positif.
2. Usaha
negatif
Usaha negatif
terjadi ketika gaya yang diterapkan pada suatu benda memiliki arah berlawanan
dengan perpindahan benda tersebut. Dalam hal ini, gaya dan perpindahan memiliki
arah yang berlawanan. Akibatnya gaya melakukan usaha pada benda dengan
mengurangi energinya. Contoh umum usaha negatif adalah ketika suatu benda
digerakan melawan gaya gravitasi. Ketika benda naik, gaya gravitasi berlwanan
dengan perpindahan, sehingga usaha yang dilakukan adalah negatif.
B. Daya
Dalam fisika, daya
merupakan ukuran seberapa cepat pekerjaan dilakukan atau energi yang
digunakan atau dihasilkan dalam satu satuan waktu. Dalam konteks umum, daya
menggambarkan tingkat perubahan energi atau seberapa cepat suatu pekerjaan
dilakukan. Daya diukur dalam satuan watt (W).
Konsep daya
dalam kehidupan sehari-hari sering kali terkait dengan kecepatan atau kemampuan
untuk melakukan pekerjaan. Ketika kita berbicara tentang kekuatan mesin, alat
listrik, atau kecepatan kendaraan, kita menggunakan koncep daya. Misalnya, daya
listrik digunakan untuk mengukur seberapa cepat energi listrik dikonsumsi atau
dihasilkan oleh peralatan elektronik, seperti lampu atau mesin.
Rumus daya (P)
dalam fisika adalah:
P = W/t
Dengan
P = Daya (watt)
W = Energi (Joule)
t = selang waktu yang diperlukan (s)
Contoh soal
Diketahui : F = 50 N, s = 6 m
Ditanya : W = …. ?
Jawab : W = F.s = (50 N) (6m) = 300 Joule
2. Sebuah
motor listrik mengangkat beban seberat 500 N ke ketinggian 20 meter dalam waktu
10 detik. Jelaskan bagaimana menghitung
daya yang dihasilkan oleh motor tersebut, dan berapakah nilai dayanya?
Jawaban:
Untuk menghitung daya yang dihasilkan
oleh motor tersebut, kita dapat menggunakan rumus daya (P) = kerja (W) / waktu
(t)
Diketahui : F =
500 N, s = 20 m, t = 10 detik
Ditanyakan : P = 10 detik
Jawab
W = F x s = 100 N x 20 m = 10.000 J
P = W/t = 10.000 Joule/10 detik =
1.000 watt
C. Energi
Energi merupakan
penyebab utama mengapa suatu benda atau mesin dapat bergerak. Sebagai contoh,
mobil, mobil dapat berjalan dengan kekuatan penuh karena mendapatkan energi
dari bahan bakar yang digunakannya. Hewan dapat berlari karena mendapatkan
energi dari makanan yang mereka makan. Dengan demikian. Energi merupakan
penyebab gerakan suatu benda. Setiap benda yang memiliki energi cenderung
melakukan usaha. Oleh karena itu, energi dianggap sebagai kemampuan untuk
melakukan usaha.
Ada berbagai
bentuk energi yang sering kita jumpai, seperti energi listrik, energi surya,
energi minyak bumi, energi potensial, energi kinetik, energi mekanik, energi
limbah dapur, dan masih banyak lagi bentuk energi yang belum dapat dimanfaatkan
sepenuhnya.
Hal ini menunjukan bahwa energi
melimpah di sekitar kita dan tersedia dengan biaya yang terjangkau. Satu bentuk
energi dapat diubah menjadi bentuk energi lainnya. Misalnya, energi mekanik
dapt diubah menjadi energi listrik dan sebaliknya. Dalam setiap perubahan energi, tidak ada energi yang hilang. Dengan
kata lain, enrgi bersifat kekal, artinya energi tidak dapat diciptakan atau
dimusnahkan.
1.
Energi
Kinetik
Ketika kamu sedang mendorong
gerobak berisi muatan, kamu tentu akan mengeluarkan tenaga, bukan? Semakin berat
beban muatan dan semakin banyak. Tenaga inilah yang dalam sains disebut sebagai
energi. Energi pada benda yang bergerak dikenal sebagi energi kinetik. Kata kinetik
berasal dari bahasa yunani yaitu kinetikos yang artinya bergerak. Jadi, setiap
benda yang sedang bergerak memiliki energi kinetik.
Coba kamu bayangkan, saat
mendorong muatan tersebut kamu berlari kencang dan semakin kencag lagi? Apakah
kamu akan merasakan keletihan? Semakin cepat kamu berlari mendorong gerobak
tersebut, rasa letihnya semakin besar? Mengapa bisa demikian?
Karena benda yang bergerak
pasti memiliki kecepatan, maka energi kinetik akan sebanding dengan kecepatan,
maka energi kinteik akan sebanding dengan kecepatan yang terjadi. Yang perlu
diingat adalah, samakin cepat bende bergerak, energinya akan naik sebanding
kuadrat kecepatannya.
Secara matematis, perumusan
energi kinetik dapat diteluskan seperti persamaan berikut,
Dengan:
Ek = energi kinetik
(joule)
m = massa benda (kg)
v =
kecepatan gerak benda (m/s)
Karena benda yang bergerak akan
berpindah posisi (s), maka energi kinetik benda akan sebanding dengan usaha
benda tersebut. Keduanya memiliki satuan yang sama yaitu Joule. Perubahan energi
kinetik suatu benda sebanding dengan usaha benda bergerak yang dalam
perumusannya dituliskan sebagai berikut,
Dengan
W = Usaha benda (Joule)
ΔEk = Perubahan
energi kinetik (Joule)
m = massa benda (kg)
