Modul Fisika tentang Usaha, Energi dan Daya

Kelompok          : Semua Program Keahlian
Mata Pelajaran   : Fisika
Kelas / Semester : X / 2
Standar Kompetensi : 4. Menerapkan Konsep Usaha / Daya dan Energi
Kompetensi Dasar : 4.1 Menguasai Konsep Usaha / Daya dan Energi


I. Tujuan Pembelajaran
1. Siswa dapat menyebutkan pengertian usaha
2. Siswa dapat menyebutkan pengertian energi potensial
3. Siswa dapat menyebutkan pengertian energi kinetik
4. Siswa dapat menyebutkan pengertian energi mekanik
5. Siswa dapat menyebutkan pengertian daya
6. Siswa dapat menuliskan persamaan usaha
7. Siswa dapat menuliskan persamaan energi potensial
8. Siswa dapat menuliskan persamaan energi kinetik
9. Siswa dapat menuliskan persamaan energi mekanik
10. Siswa dapat membedakan energi potensial gravitasi dan energi potensial listrik
11. Siswa dapat mendiskusikan aplikasi usaha, energi, potensial, energi dan daya dalam kehidupan sehari-hari.

Uraian Materi
A. Usaha
Usaha adalah kerja yang dilakukan ketika suatu gaya F menggerakkan benda, sehingga mengakibatkan benda berpindah sejauh S. Dalam bentuk matematis ditulis :
W = F . S


Jika gaya F membentuk sudut £ dengan lantai dan juga mengakibatkan benda berpindah sejauh S, maka secara matematis ditulis :

W = F cos £ . S


Ket : W = usaha (joule)
F = gaya (Newton)
s = jarak / perpindahan (meter)
£ = sudut yang dibentuk antara gaya dan perpindahan (derajat)
Pada keadaan gaya F berlawanan arah dengan arah perpindahan benda maka, ditulis
W = - F . S

B. ENERGI
Adalah kemampuan untuk melakukan usaha
Hukum kekekalan energi menyatakan :
• Eergi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusahkan.
• Jumlah energi selalu konstan,energi dapat berubah dari satu bentuk energi ke energi lainya.
Macam-macam energi
1. Energi Potensial
Energi yang dimiliki oleh benda karena kedudukannya atau keadaan benda itu, atau dapat diartikan sebagai energi yang masih tersimpan.
Energi potensial dapat lagi dibedakan
a.Energi Potensial Gravitasi
adalah energi yang dimiliki oleh benda karena tempatnya (kedudukannya)

Ep = w . h
Ep = m . g . h


h w = m . g



Ket : Ep = Energi potensial (Joule)
w = berat benda (Newton)
h = tinggi benda (meter)
m = massa benda (kilogram)
g = percepatan gravitasi bumi
b. Energi Potensial Pegas
energi yang dimiliki benda karena keadaan tertentu,seperti diregangkan
contoh ; - karet ketapel yang diregangkan
- busur paah yag ditarik
- pegas yang ditekan

Energi potensial yang dimiliki benda elastis besarnya berbending lurus dengan konstanta peges (k) dan kuadrat simpangannya, dapat dinyatakan dengan persamaan :

Ep = ½ k . x²

k = Konstanta pegas ( N/m )
x = simpangan/pertambahan panjang ( m )
Ep = Energi Potencial ( Joule )


2. Energi Kinetik
adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergeaak

Ek = ½ m . V2

Ek = energi kinetik (joule)
m = massa benda (kilogram)
V = kecepatan benda (meter/sekon)

3. Energi Mekanik
adalah jumlah energi potensial dengan energi kinetic

Em = Ep + Ek

Em = m .g .h + ½ m. V2

C. Daya
adalah banyaknya usaha atau energi tiap satuan waktu


P = W
t dimana : W = F .s
P = F. s
t
P = F. V

Ket : P = daya (joule/sekon = watt)
W = usaha (joule)
t = waktu (sekon)
F = gaya (Newton)
V = kecepatan (m/s)

Satuan daya yang lebih besar adalah daya kuda atau biasa disebut HP (Horse Power) 1 HP = 746 J/s




BAHAN AJAR


Kelompok : Semua Program Keahlian
Mata Pelajaran : Fisika
Kelas / Semester : X /2
Standar Kompetensi : 4. Menerapkan Konsep Usaha / Daya dan Energi
Kompetensi : 4.2 Menguasai Hukum Kekekalan Energi


Tujuan Pembelajaran
1. Siswa dapat menyebutkan Hukum Kekekalan Energi Mekanik
2. Siswa dapat menuliskan Persamaan Hukum Kekekalan Energi Mekanik
3. Siswa dapat menyelesaikan soal-soal yang berhubungan dengan Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Uraian Materi

Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Bila tidak ada gaya luar yang bekerja maka jumlah energi potensial dan energi kinetik benda bernilai tetap atau energi mekanik benda yang dipengaruhi gaya gravitasi pada setiap kedudukan adalah tetap, asalkan tidak ada gaya lain yang turut mempengaruhi.
“Jumlah energi potensial dan energi kinetik adalah konstan”


Ek1 + Ep1


Ek2 + Ep2




Em1 = Em2 = C

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

½ m1V12 + m1 g h1 = ½ m2V22 + m2 g h2






Kelompok : Semua Program Keahlian
Mata pelajaran : Fisika
Kelas / Semester : X / I
Standar Kompetensi : 4. Menerapkan Konsep Usaha / Daya dan Energi
Kompetensi Dasar : 4.3 Menghitung Usaha / Daya dan Energi

Tujuan Pembelajaran
1. Siswa dapat menghitung persamaan usaha
2. Siswa dapat menggunakan persamaan energi potensial
3. Siswa dapat menggunakan persamaan energi kinetic
4. Siswa dapat menggunakan persamaan energi mekanik
5. Siswa dapat menyelesaikan soal-soal yang berhubungan dengan daya

Uraian Materi

Contoh-contoh soal yang berhubungan dengan usaha/daya dan energ
1. Sebuah balok didorong dengan gaya 20 N sehingga berpindah sejauh 5 meter. Berapakah usaha yang dilakukan ?
Penyelesaian
Diketahui : F = 20 N
S = 5 m
Ditanya : W...........?

Jawab : W = F x S
= 20 N x 5 m
= 100 Nm (joule)

2. Sebuah benda yang massanya 2 kg jatuh dari ketinggian 10 m dan tersangkut kemudian berhenti pada ketinggian 2 m dari tanah. Jika g = 10 m/s2, hitung besarnya perubahan energi potensial benda tersebut ?
Penyelesaian :
Diketahui : m = 2 kg h1 =10 m
h2 = 2 m g = 10 m/s2
Ditanya : Ep …………..?
Jawab : Ep = Ep1 – Ep2
= m g h1 – m g h2
= m .g (h1 – h2 )
= 2 kg . 10 m/s2 ( 10 m – 2 m )
= 160 Joule

3. Dua buah benda masing-masing massanya m1 =25 kg dan m2 = 4 kg memiliki energi kinetic yang sama. Bila benda m1 bergerak dengan laju 10 m/s2 berapa laju benda m2 ?


Penyelesaian :
Diketahui : m1 = 25 kg m2 = 4 kg
V1 = 10 m/s
Ditanya : V2 ………..?
Jawab : Ek1 = Ek2
½ m1 V1 2 = ½ m2 V22
½ 25kg (10 m/s)2 = ½ 4kg V22
1251 = 2 V22
V22 = √ 625
V2 = 25 m/s

4. Sebuah benda dengan massa 2 kg dilemparkan vertical ke atas dari suatu tempat ditanah. Berapa kecepatan awal yang harus diberikan pada benda itu agar dapat mencapi ketinggian 15 m dengan kecepatan 18 m/s (g = 10 m/s2)

Penyelesaian :
Diketahui : m = 2 kg g= 10 m/s2
h2 = 15 m h1 = 0 V2 = 10 m/s
Ditanya : V1 = …………?
Jawab : ½ m1V12 + m1 g h1 = ½ m2V22 + m2 g h2
½ .2.V12 + 2. 10. 0 = ½. 2. 102 = 2.10. 15
V12 = 100 + 300
V12 = 400
V1 =√400
= 20 m/s



4. Untuk mengangkut beban 1 ton setinggi 6 meter selama 1 menit berapa diperlukan pesawat pengangkut yang dayanya minimal (ambil g = 10 m/s2)


Penyelesaian :
Diketahui : m = 1 ton = 1000 kg
h = 6 m
t = 1 menit = 60 s
g = 10 m/s2
Ditanya : P = ………..?
Jawab : P = W
t
= m . g. h
t
= 1000kg . 10m/s2 6m
60 s
= 1000 watt








Latihan Kerja Siswa
1. Sebongkah batu yang massanya 1,5 ton dari ketinggian 20 m sampai ketinggian 5 m dari tanah. Berapa usaha yang dilakukan gaya berat pada batu sampai ketinggian tersebut ?

1. Sebuah balok ditarik dengan tali oleh gaya 15 N berpindah sejauh 4 m. Jika tali membentuk sudut 600 dengan arah perpindahan balok, berapa usaha yang dilakukan balok tersebut ?

2. Jika sebuah batu massanya 2 kg dilepas dari ketinggian 20 m dan g = 10 m/s2, hitung energi potensial batu itu ?

3. Sebuah benda bermassa 5 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s, hitung energi kinetik benda tersebut ?

4. Dengan gaya 36 N peluncur bergerak dengan kecepatan 54 km/jam, hitung daya tenaga peluncur tersebut ?


1. Kepada benda diberikan kecepatan vertical sebesar 60 m/s . Tentukan tempat tertinggi yang dapat dicapai oleh benda tersebut dengan menggunakan Hukum Kekekalan Energi ? (g = 10 m/s2)

2. Seorang pemain ski meluncur menuruni bukit es yang tingginya 100 m dari atas bukit. Bila g = 10 m/s2 dan dianggap tidak ada gesekan. Berapa kelajuan pemain ski pada saat tiba di dasar bukit ?