[Kelas 8] Hubungan Usaha dan Energi

Usaha (W) merupakan gaya yang menyebabkan terjadinya perpindahan benda dari satu tempat ke tempat lainnya. Energi (E) adalah kemampuan untuk mengerjakan sesuatu dengan sifat kekal. Satuan usaha dan energi keduanya dinyatakan dalam satuan joule (j). Sifat energi tidak bisa dimusnahkan tetapi bisa berubah bentuk. Sebuah benda yang mengalami perubahan energi terjadi karena mendapatkan usaha dari gaya yang bekerja pada benda tersebut. Sehingga, antara usaha dan energi memiliki hubungan yang sangat erat. Hubungan tersebut dapat dinyatakan dalam sebuah hubungan rumus usaha dan energi.

Sebelumnya, ingat kembali bagaimana masing – masing nilai besar usaha dan energi diperoleh. Besar usaha (W) untuk memindahkan sebuah benda dengan gaya sebesar F sejauh s dinyatakan dalam rumus W = F × s. Besar energi tergantung dari jenis energi yang dialami suatu benda, misalnya pada energi potensial dan kinetik. Besar energi potensial (Ep) dipengaruhi oleh ketinggian (h) benda, sedangkan besar energi kinetik (Ek) dipengaruhi kecepatan (v) benda. Rumus mencari energi potensial dan energi kinetik berturut – turut dinyatakan dalam persamaan Ep = m · g · h dan Ek = ¹/₂ · m · V²·

Rumus usaha dan energi dapat dinyatakan dalam sebuah hubungan. Bagaimanakah hubungan rumus usaha dan energi potensial? Bagaimanakah hubungan rumus usaha dan energi kinetik? 

Hubungan Usaha dan Energi Potensial

Besar energi potensial sangat dipengaruhi oleh ketinggian benda dari permukaan tanah. Semakin tinggi letak benda dari permukaan tanah, energi potensial yang ada pada benda tersebut semakin besar. Begitupula sebaliknya, semakin dekat/rendah letak benda dari permukaan tanah maka energi potensial benda tersebut semakin kecil. Selain ketinggian, besar energi potensial juga dipengaruhi oleh massa benda (m) dan gaya gravitasi (g) pada suatu tempat.

Perpindahan benda terjadi karena adanya usaha yang bekerja pada benda tersebut. Suatu benda yang terletak pada titik 1 dan bergerak ke titik 2 memerlukan usaha. Besarnya usaha gaya gravitasi sama dengan gaya gravitasi (m × g) dikalikan dengan perpindahan benda (h₁ – h₂).

Besarnya energi potensial gravitasi sama dengan energi potensial akhir dikurangi energi potensial mula – mula ( ΔEp = Ep_akhir – Ep_awal). Dengan ΔEp merupakan negatif perubahan energi potensial gravitasi. Persamaan ini menyatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi sama dengan minus perubahan energi potensial gravitasi.

Hubungan Usaha dan Energi Kinetik

Setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik yang besarnya dipengaruhi oleh kecepatan benda. Besar energi kinetik akan semakin besar saat kecepatan yang dimiliki benda semakin tinggi, begitu juga sebaliknya. Energi dari benda bergerak timbul karena adanya usaha yang bekerja pada benda tersebut.

Sebelumnya, ingat kembali persamaan – persamaan pada Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Besarnya kecepatan (V) dan jarak (s) yang ditempuh benda pada GLBB diberikan seperti persamaan berikut.

Rumus kecepatan benda pada gerak lurus berubah beraturan:

Vt = V0 · t + at

Vt = 0 · t + at

Vt = at

Rumus jarak yang ditempuh benda pada gerak lurus berubah beraturan:

s = V0 ·t + 1/2 · at2

s = 0·t + 1/2 · at2

s = 1/2 · at2

at2 = 2s

Kedua persamaan di atas akan dibutuhkan pada penurunan rumus selanjutnya.  

Sebuah gaya (F) bekerja pada suatu benda dengan massa m yang berada pada titik 1 dengan kecepatan V1 = 0 (benda mula – mula dalam keadaan diam). Setelah t sekon, benda bergerak sejauh s dan berada pada titik 2 dengan kecepatan V2. Persamaan selisih kecepatan benda pada dua titik diberikan seperti berikut.

V22 – V12 = V22 – 02

V22 – V12 = (at)2

V22 – V12 = (at)2

V22 – V12 = a2 · t2

V22 – V12 = a · at2

V22 – V12 = a · 2s

V22 – V12 = 2as

as = 1/2(V22 – V12)

Persamaan selisih kuadrat kecepatan di atas akan berguna untuk menentukan rumus hubungan usaha dengan energi kinetik. Benda bergerak memerlukan usaha (W) yang besarnya tergantung pada besar energi kinetik benda. Hubungan usaha dan energi potensial terlihat seperti pada persamaan di bawah.

https://idschool.net/sma/hubungan-rumus-usaha-dan-energi-potensial-dan-kinetik/