USAHA DAN ENERGI

USAHA
Kata usaha dalam kehidupan sehari-hari adalah berbagai aktivitas yang dilakukan manusia. Usaha dalam fisika di definisikan sebagai hasil kali gaya dan perpindahan. Secar sistematis dapat di tulis :
W=F.s
Dengan :    W = usaha (joule)
    F = gaya (N)
    s = perpindahan (m)

Gaya yang bekerja pada kereta api mainan membentuk sudut α terhadap arah perpindahannya. Oleh karena itu, besar usaha yang dilakukan gaya tersebut dinyatakan dengan persamaan :
W=F cos⁡〖α s〗
dengan α = sudut antara gaya dan perpindahan benda (derajat).

    DAYA
Besaran usaha menyatakan gaya yang menyebabkan perpindahan benda. Daya adalah besarnya usaha yang dilakukan tiap sekon.
P=W/t
dengan:     W = usaha (joule),
    t = waktu (sekon),
    P = daya (J/s atau watt).
Efisiensi adalah perbandingan antara energi atau daya keluaran dan masukan :
Efisiensi∶ ŋ= (energi keluaran)/(energi masukan) x100%
    ENERGI
Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha.  Bentuk- bentuk energi antara lain energi gerak, energi potensial gravitasi, energi listrik, energi panas, energi cahaya, energi bunyi, energi nuklir, dan energi lain-lain.  Sumber energi yang paling utama adalah matahari. Energi yang tersedia di bumi antara lain : angin air terju, minyak dan gas bumi, batu bara, nuklir pasang surut dari ombak.
Hukum kekekalan energi berbunyi : “Energi tidak dapat di ciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat di ubah menjadi bentuk lain”.

    ENERGI POTENSIAL
Energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat kedudukan atau posisi benda tersebut dan suatu saat dapat dimunculkan.Energi potensial terbagi atas dua, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis. Energi potensial gravitasi ini timbul akibat tarikan gaya gravitasi Bumi yang bekerja pada benda.energi potensial gravitasi ini adalah seperti pada

(a) Beban yang digantung pada ketinggian tertentu memiliki energi potensial gravitasi. (b) Busur yang teregang memiliki energi potensial elastis, sedangkan yang tidak teregang tidak memiliki energi potensial.
Jika massa beban diperbesar, energi potensial gravitasinya juga akan membesar. Demikian juga, apabila ketinggian benda dari tanah diperbesar, energi potensial gravitasi beban tersebut akan semakin besar. Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan :
EP=m.g.h
dengan:     EP = energi potensial (joule),
    w = berat benda (newton) = mg,
    m = massa benda (kg),
    g = percepatan gravitasi bumi (m/s2), dan
    h = tinggi benda (m).

    Energi potensial gravitasi benda yang mengalami jatuh bebas akan berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya berat.

Apabila tinggi benda mula-mula h1 usaha yang dilakukan oleh gaya berat untuk mencapai tempat setinggi h1 adalah sebesar:
W_w=〖mgh〗_1-〖mgh〗_2
W_w=mg (h_1-h_2)
W_w=-mg (h_1-h_2)
dengan:  Ww = usaha oleh gaya berat.
Oleh karena mgh = EP, perubahan energi potensial gravitasinya dapat dinyatakan sebagai ΔEP sehingga Persamaan diatas dapat dituliskan :
W_w=∆ EP
    ENERGI KINETIK
Enegi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena gerakannya. Jadi, setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik.

Percepatan yang timbul pada gerak lurus berubah beraturan berhubungan dengan gaya F yang bekerja padanya sehingga benda bergerak dengan percepatan a. Besar usaha yang dilakukan gaya sebesar F pada benda dapat dihitung dengan persamaan :
W=F.s=m.a.s
Oleh karena gerak benda adalah gerak lurus berubah beraturan, nilai a dan s dapat disubstitusikan dengan persamaan a dan s dari gerak lurus berubah beraturan, yaitu : sehingga diperoleh :
W=m((v_2-v_1)/t)  1/2 (v_2+v_1 )t
Fs=m((v_2-v_1 )(v_2+v_1 )
Fs=1/2(mv_2^2-mv_1^2
Besaran ½ mv2 merupakan energi kinetik benda karena menyatakan kemampuan benda untuk melakukan usaha. Secara umum, persamaan energi kinetik dituliskan sebagai :
Ek= 1/2 〖mv〗^2
dengan:     EK = energi kinetik (joule),
    m = massa benda (kg),
    v = kecepatan benda (m/s).

    HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK
Dalam proses melakukan usaha, benda yang melakukan usaha itu memindahkan energi yang dimilikinya ke benda lain. Energi yang dimiliki benda agar benda itu dapat melakukan usaha dinamakan energi mekanik.Dengan demikian, energi mekanik dapat didefinisikan sebagai jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh suatu benda, atau disebut juga energi total. Besarnya energi mekanik suatu benda selalu tetap, sedangkan energi kinetik dan energi potensialnya dapat berubah-ubah.
Em=Ep+Ek=Tetap
Benda yang jatuh bebas akan mengalami perubahan energi kinetik dan energi potensial gravitasi.

Saat bola benda berada di ketinggian h1  energi potensial gravitasinya adalah EP1 dan energi kinetiknya EK1.  Saat benda mencapai ketinggian h2  energi potensialnya dinyatakan sebagai EP2 dan energi kinetiknya EK2. Perubahan energi kinetik dan energi potensial benda adalah usaha yang dilakukan gaya pada benda. Dengan demikian, dapat dituliskan :
W=∆Ek=∆Ep
〖Ek〗_2-〖Ek〗_1=〖Ep〗_1-〖Ep〗_(2 )
〖Ep〗_1+〖Ek〗_1=〖Ep〗_2+〖Ek〗_2
〖mgh〗_1+1/2 〖mv〗_1^2=〖mgh〗_2+1/2 〖mv〗_2^2