Materi IPA Kelas 8 Bab 6 Usaha, Energi dan Pesawat Sederhana (Kurikulum Merdeka)

 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

1.      Seorang siswa menarik meja di atas lantai yang licin dengan gaya 50 N sehingga meja berpindah sejauh 6 meter. Berapakah usaha yang dilakukan anak tersebut?

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:

E_k = 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)

ΔE_k = Perubahan energi kinetik (Joule)

m = massa benda (kg)