DAYA dan ENERGI

PENGERTIAN DAYA

Daya → besarnya usaha yang dikeluarkan benda tiap satu satuan waktu. Secara matematika dapat dirumuskan sebagai berikut :

	P = W         t

 

P = daya, dalam watt(W)atau joule/detik (J/s)

W = usaha, dalam joule (J)

t = waktu, dalam detik (s)

1.Daya oleh Gaya Mendatar

Jika suatu suatu gaya mendatar melakukan usaha W, selama satu satuan waktu t, maka didapatkan hubungan rumas sebagai berikut.

P = W

        t

P = F.s

        t

2.Daya oleh Gaya yang Membentuk Sudut

Jika gaya yang bekerja pada benda membentuk sudut  dengan bidang datar, maka besarnya gaya ialah sebagai berikut :

P = m.a.cos α .s t

P = W

        t

P = F.cos. .s                      

            t

                       

                       

m = masa benda, dalam kilogram (kg)

a = percepatan benda, dalam m/s²

s = jarak pergeseran benda, dalam meter (m)

t = waktu, dalam detik (s)

α = sudut kemiringan gaya

3.Satuan-Satuan Gaya

Besaran gaya → besaran usaha dibagi eaktu, maka satuan daya dalam SI adalah

 joule (J/s) atau watt (W)

 detik

Satuan-satuan daya yang sering ditemukan dalam bidang teknik ialah sebagai berikut:

» Horse Power (HP) = Daya kuda (DK)

    Dimana 1 HP = 1 DK = 746 watt

» Kilowatt (KW), dimana 1 kW = 100 watt

4.Efisiensi Daya(Daya Guna)

Efisiensi didefinisikan sebagai hasil bagi antara energi yang diubah menjadi energi kinetik (keluaran) dan energi yang diterima oleh mesin (masukan) dikalikan seratus persen. Secara matematika ditulis sebagai berikut.

Ŋ = daya keluaran x 100%        daya masukan

Contoh soal :

1)      Hitunglah daya rata-rata yang digunakan untuk mengangkat massa sebesar 125 kg, setinggi 8 meter dalam waktu 1 ½ menit!

Penyelesaian:

 Diket              : m = 125 kg

                          h = s = 8 m

                          t = 1,5 menit = 90 sekon

Ditanya           : P = ...?

Jawab  :

P = W

        t

   = m.g.s

          t

   = 125.10.8  = 111,11 watt

            90

PENGERTIAN ENERGI

Suatu system dikatakan mempunyai energi (tenaga) jika system tersebut mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha (kerja). Energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam, antara lain :

• energi potensial;
• energi kinetic;
• energi mekanik;
• energi listrik;
• energi panas;
• energi cahaya;
• energi kimia;
• energi bunyi ; dan sebagainya.

Energi dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lainnya, tetapi energi itu sendri tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan.

1.Energi Potensial (Ep)

    → energi yang dimiliki oleh suatu benda karena kedudukannya.

a.Energi potensial Gravitasi

   Jika suatu benda yang beratnya W, berada pada ketinggian h diatas tanah dan percepatan gravitasi bumu g, maka besarnya energi potensial yang dimiliki benda ialah berbanding lurus dengan berat benda (W) dan ketinggian benda (h).

Secara matematika dirumuskan sebagai berikut.

              

Ep = W.h

Ep = m.g.h

Ep = energi potensial,dalam joule (J)

m  = massa benda, dalam kilogram (kg)

g   = percepatan gravitasi bumi, dalam (m/s²)

h   = ketinggian benda, dalam meter (m)

W = berat benda, dalam newton (N) atau kg.m/s²

b.Energi Potensial Pegas

Energi potensial yang dimiliki pegas atau benda elastis lain yang sedang diregangkan (ditarik/ditekan) besarnya ialah berbanding lurus dengan konstanta pegas (k) dan kuadrat regangannya (∆x).

Ep = ½k.∆x²

    Ket :

          k   = konstanta pegas (N/m)

        ∆x = regangan pegas (m)

        Ep = energi potensial (J)

2.Energi kinetik

    → energi yang dimiliki suatu benda karena pengaruh geraknya.Jadi, hanya benda yang bergerak saja yang memiliki energi kinetik.Besarnya energi kinetik yang dimiliki oleh suatu benda bermassa (m) dan bergerak dengan kecepatan (v). Secara matematika dapat dirumuskan sebagai berikut :

                                                            

Ek = ½m v²

Ek = energi kinetik, dalam joule (J)

m  = massa benda, dalam kilogram (kg)

V  = kecepatan gerak benda, dalam (m/s)

3.Energi Mekanik (Em)

Jumlah energi potensial dan kinetik disetiap titik ketinggian tertentu disebut energi mekanik (Em) dan secara matematika dirumuskan sebagai berikut.

                                                                                  

Em = Ep + Ek Em = ½. m. v2 + m. g. h

4.Hubungan Usaha dan Energi Potensial Gravitasi

Jika sebuah benda diletakan pada ketinggian tertentu dari suatu bidang acuan, maka apabila dilepaskan akan bergerak kebawah karena pengaruh gaya berat W = m . g.

Apabila ketinggian benda mula-mula adalah h1 , maka untuk mencapai ketinggian h2 diatas tanah, benda melakukan usaha sebesar sebagai berikut.

W = ∆Ep

W = Ep1 –Ep2

W = m.g.h1 – m.g.h2

atau

W = m.g (h1-h2)

5.Hubungan Usaha dan Energi Potensial

Besarnya usaha yang dilakukan untuk meregangkan suatu pegas adalah sama dengan

energi potensial akhir dikurangi energi potensial awal pegas tersebut.

W = Epakhir – Epawal

W = ½k.∆x12 - ½k.∆x22

Jika ∆x1 = 0, maka Epawal = 0, sehingga usaha untuk meregangkan pegas adalah sebagai berikut.

                                                                                      

W = ½k.∆x1

6.Hubungan Usaha dan Energi Kinetik

Jika sebuah benda bermassa m, mula- mula bergerak dengan kecepatan v1, kemudian karena pengaruh suatu gaya F, maka kecepatan benda tersebut menjadi v2 dan benda bergeser sejauh s meter. Besarnya usaha yang di lakukan benda merupakan perubahan energi kinetik benda tersebut.

Secara Matematika dapat dirumuskan sebagai berikut.

W = ½m.v22 - ½m.v12

7.Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Jika sebuah benda bermassa m, jatuh bebas ditempat yang mempunyai gravitasi g, maka setelah sampai dititik A akan mempunyai kecepatan vA dan ketinggian hA dari tanah.

Besarnya energi potensial dan energi kinetik benda pada saat itu adalah sebagai berikut.

EpA = m.g. hA dan EkA = ½ m.va2

Ketika benda tepat melintas dititik B, kecepatannya menjadi vB dan ketinggiannya hB dari tanah.

Energi potensial dan energi kinetik ketika benda sampai dititik B, besarnya adalah

EpB = m.g. hB dan EkB = ½ mvB2

Besarnya usaha yang dilakukan benda adalah senagai berikut

W AB = EpA – EpB = m.g. hA – m.g. hB ... (1)

atau

W AB = EkB – EkA = ½ m. vB2 - ½ m. vA2 ... (2)

Dari persamaaan (1) dan (2) diperoleh hubungan sebagai berikut.

EpA + EkA = EpB +EkB

EmA = EmB

atau

Kesimpulan :

” Jika tidak ada gaya luar yang bekerja, maka jumlah energi potensial dan energi kinetik benda setiap kedudukan dalam medan gravitasi adalah selslu tetap ( kekal ).

Contoh soal:

·         Benda bermassa 15 kg jatuh bebas dari ketinggian 100 meter. Jika perceptan gravitasi bumi adalah 10 m/s, tentukan :

a.       besar energi kinetik saat benda jatuh;

b.      besar energi potensial saat benda jatuh;

c.       besar energi mekanik saat benda jatuh;

Penyelesaian:

Diket   :           m = 15 kg;v = 0 m/s

                        h = 100 m

                        g = 10 m/s2

Dit.      :           a) Ek    = …?

                        b)Ep    = …?

                        c)Em    = …?

Jawab :

1. Ek = ½m. V2        b. Ep = m. g. h           c. Em = Ep +  Ek

     = ½ (15) (0)2          = 15 (10) (100)            =15.000 + 0

     = 0 joule.              = 15.000 joule                =15.000 joule