Bangun Budaya Positif, Wujudkan Pembelajaran Berdiferensiasi
-
Bangun Budaya Positif, Wujudkan Pembelajaran Berdiferensiasi
Apakah mereka membaca buku yang sama?
Pembelajaran berdiferensiasi yang optimal tidak serta mer...
Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Materi hukum kekekalan energi mekanik ini merupakan salah satu materi yang esensial saat membahas materi tentang energi. Dalam kenyataan dalam kehidupan sehari-hari ditemukan berbagai kasus yang melibatkan konsep hukum kekekalan energi mekanik. Misalnya pada kasus benda yang dilempar ke atas, benda jatuh bebas, benda menuruni bidang miring dan kasus-kasus benda bergerak lainnya.
Perhatikan gambar berikut.
Sebuah benda yang dijatuhkan dari ketinggian A. Mula-mula benda tersebut diam (kecepatan awal nol). Selanjutnya, makin lama benda makin besar kecepatannya sampai akhirnya ketika mencapai tanah kecepatannya bendanya maksimum. Perhatikan bahwa, benda makin lama makin cepat sedangkan ketinggian makin berkurang. Dengan kata lain, energi kinetiknya bertambah sedangkan energi potensialnya berkurang. Meskipun demikian jumlah energi total (energi potensial + energi kinetik) di setiap tetap adalah sama. Inilah yang dimaksud dengan hukum kekekalan energi, yang dalam kasus ini adalah energi mekanik.
Energi mekanik di A = energi mekanik di B = energi mekanik di C
Energi mekanik = energi potensial + energi kinetik
EM = mgh + ½ mv2
EMA = EMB
mghA + ½ mvA2 = mghB + ½ mvB2
Ketika benda di C (menyentuh tanah berlaku)
mghA + ½ mvA2 = mghC + ½ mvC2
mghA + ½ m.0 = mg.0 + ½ mvC2
ghA = ½ vC2
Contoh soal
Sebuah benda bermassa 0,1 kg berada pada ketinggian 10 m. Jika percepatan gravitasi bumi (g)= 10 m/s2, tentukan :
a. Energi mekanik mula-mula
b. Energi mekanik benda saat mencapai tanah
c. Energi potensial dan energi kinetik benda saat mencapai ketinggian 4 m
d. Kecepatan benda saat mencapai tanah
Penyelesaian
Diketahui :
m = 0,1 kg
g = 10 m/s2
h = 10 m
Ditanya:
a. EM mula-mula
b. EM akhir
c. EP dan EK saat h = 4 m
d. v saat mencapai tanah
Jawab :
a. Mula-mula
EK = ½ m v2 = 0 ( benda mula-mula diam atau v = 0)
EP = m g h = 0,1. 10. 10 = 10 J
EM = EP + EK = 10 J + 0 = 10 J
b. EM saat menyentuh tanah
Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik, maka energi mekanik saat menyentuh tanah juga 10 J
c. Pada saat h = 4 m
EP = m g h = 0,1. 10. 4 = 4 J
Energi mekanik tetap = 10 J
EM = EP + EK
10 J = 4 J + EK
EK = 10 J – 4 J = 6 J
d. Saat mencapai tanah
EM = 10 J
EM = EP + EK
10 J = 0 + EK
EK = 10 J
EK = ½ m v 2
10 = ½ .0,1. v2
v2 = 200
v = 
atau menggunakan rumus
Kisi-kisi Soal UN SMP 2015 mengenai usaha, energi, dan pesawat sederhana ini didasarkan pada kompetensi dan indikator ujian nasional IPA tahun 2015.
a. Usaha dan Energi
Terkait dengan usaha dan energi, kita harus memahami konsep usaha dan energi.
Usaha yang dirumuskan dengan gaya dikalikan dengan perpindahan (W = F .s), bisa saja yang ditanyakan mencari nilai usaha, gaya maupun jarak yang ditempuh.
Rumus energi yang dicari bisa dalam bentuk energi potensial (EP = m g h) maupun energi kinetik (EK = ½ m v2).
Soal mengenai energi potensial, bisa saja membandingkan energi potensial dua benda yang berbeda massa maupun ketinggiannya.
b. Pesawat Sederhana
Pada soal UN tahun 2014, yang dikeluarkan adalah mengenai keuntungan mekanis dari bidang katrol.
Untuk soal UN tahun 2015, sangat dimungkinkan yang ditanyakan besaran-besaran pada tuas. Misalnya mencari berat benda, besar kuasa, panjang lengan kuasa, panjang lengan beban maupun keuntungan mekanisnya.
Sedangkan untuk bidang miring, bisa saja yang ditanyakan kuasa minimal yang dibutuhkan, berat beban, tinggi, panjang bidang miring maupun keuntungan mekanisnya.
Berikut contoh prediksi soal UN IPA SMP tahun 2015 untuk materi usaha, energi, dan pesawat sederhana :
1. Perhatikan gaya-gaya yang bekerja pada benda. Gaya-gaya ini mengakibatkan benda berpindah ke kanan. Usaha sebesar 100 J dilakukan oleh gaya pada ....
2. Perhatikan gambar berikut ini!
Besar usaha yang dilakukan adalah ...
A. 100 J
B. 200 J
C. 300 J
D. 400 J
3. Benda A dan B memiliki massa yang sama bergerak dengan kecepatan 1 m/s dan 3 m/s. Perbandingan energi kinetik benda A dan B adalah ....
A. 1 : 3
B. 1 : 9
C. 3 : 1
D. 9 : 1
4. Perhatikan gambar berikut!
Jika massa A dan B masing-masing 4 kg dan 2 kg, serta ketinggian masing-masing 6 cm dan 8 cm. Berapa perbandingan energi potensial benda B dibandingkan benda A?
A. 2 : 3
B. 3 : 2
C. 3 : 8
D. 8 : 3
5. Perhatikan pesawat sederhana berikut ini.
Diketahui panjang AB = 2/3 BC Jika kuasa di titik C adalah 30 N, maka besarnya beban maksimum di titik A yang dapat terangkat sehingga posisi AC setimbang adalah ….
A. 30 N
B. 45 N
C. 50 N
D. 90 N
6. Perhatikan gambar berikut !
Gaya yang diperlukan untuk mendorong beban pada sistem di atas adalah ....
A. 500 N
B. 1000 N
C. 2.000 N
D. 2.500 N
Untuk sementara kami sajikan 6 soal terlebih dahulu yang bisa dijadikan acuan/prediksi untuk menghadapi UN IPA SMP 2015, khususnya materi usaha, energi, dan pesawat sederhana. Selamat belajar.
Arsyad Riyadi Februari 23, 2015 New Google SEO Bandung, Indonesia
 |
| Matahari sebagai sumber energi terbesar bagi bumi |
Matahari merupakan sumber energi terbesar. Tanpa ada matahari, tidak akan ada kehidupan di muka bumi ini. Sinar matahari diperlukan bagi tumbuhan hijau untuk fotosintesis. Hasil fotosintesis berupa karbohidrat dan oksigen dibutuhkan oleh makhluk hidup lain, termasuk manusia.
Energi dan Bentuknya
Tanpa energi tidak ada kehidupan. Tidak ada cahaya, tidak ada bunyi, dan akhirnya tidak ada makhluk yang hidup.
Tanpa energi tidak akan ada gerak. Sehingga dapat dikatakan energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja.Satuan energi dalam Si adalah Joule. Satuan yang lain adalah kalori atau kilo kalori (kkal).
Contoh sumber energi yang lain : batu bara, minyak bumi, makanan, bensin dan sebagainya.
Bentuk-bentuk energi :
1. Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk bergerak.
2. Energi kalor
Energi kalor adalah energi yang dihasilkan dari gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat.
3. Energi Kimia
Energi Kimia adalah energi yang tersimpan dalam suatu bahan.
Contoh : energi pada makanan, bensin atau solar.
4. Energi Cahaya
Energi Cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik.
Contoh : energi dari sinar matahari atau api.
5. Energi Listrik
Energi listrik adalah energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui suatu penghantar.
Contoh : Energi listrik digunakan untuk menyalakan lampu.
6. Energi Bunyi
Energi bunyi adalah energi yang dihasilkan oleh getaran udara dari sebuah sumber bunyi.
Contoh : bunyi yang dihasilkan dari loudspeaker
7.Energi Nuklir
Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif.
Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk bergerak. Ada dua macam energi, yaitu energi kinetik dan energi potensial.
1. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya atau kelajuannya.Energi kinetik dirumuskan dengan
EK = 1/2 m v2
EK = energi kinetik (joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan (m/s)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan (m/s)
Contoh :
Tentukan energi kinetik sepeda motor bermassa 100 kg yang bergerak dengan kelajuan 20 m/s?
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 100 kg
v = 20 m/s
Ditanyakan : EK=?
Jawab :
EK = 1/2 m v2 = 1/2.100.202 =20000 J = 20 kJ
2. Energi potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukannya.
Contoh : air terjun mengandung energi potensial yang akan bisa digunakan untuk menggerakkan turbin.
Besarnya energi potensial dapat dirumuskan dengan :
EP = energi potensial (joule)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
EP = m g h
EP = energi potensial (joule)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian (m)
Contoh Soal
Benda bermassa 3 kg dinaikkan setinggi 5 meter dari tanah. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, berapa besar energi potensial bendanya?
Penyelesaian :
Diketahui :
m = 3 kg
g = 10 m/s2
h = 5 m
Ditanya : EP = ?
Jawab :
EP = m g h = 3. 10. 5 = 150 joule
Perubahan Energi
Energi listrik baru berguna saat berubah menjadi bentuk energi lain. Misalnya pada lampu terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi cahaya. Contoh Perubahan energi yang lain :
- Energi listrik menjadi energi gerak pada mixer dan kipas angin
- Energi listrik menjadi energi panas pada setrika dan solder
- Energi potensial menjadi energi kinetik pada gerak jatuh bebas
- Energi kimia menjadi energi listrik pada baterai atau aki
 | |
| setrika listrik mengubah energi listrik menjadi energi panas |
 |
| kipas angin mengubah energi listrik menjadi energi gerak |
 | ||
| Pada ayunan terjadi perubahan energi potensial menjadi kinetik (saat di atas) dan terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi potensial (saat di bawah |
Hukum Kekekalan Energi
Dari penjelasan di atas mengenai perubahan energi dapat dituliskan suatu hukum, yaitu hukum kekekalan energi yang berbunyi sebagai berikut.
"Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, energi hanya berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain"
Contoh pada gerak jatuh bebas
 |
| Benda jatuh bebas |
Pada gerak jatuh bebas terjadi perubahan energi potensial menjadi energi kinetik. Energi potensial berkurang, energi kinetik bertambah tetapi energi mekanik tetap.
Berikut penjelasannya.
Benda mula-mula diam (kecepatan = 0) sehingga energi kinetiknya sama dengan nol.
Selanjutnya benda makin lama-makin cepat (energi kinetik bertambah) dan semakin ke bawah (energi potensial berkurang). Dan saat mencapai tanah mengalami kecepatan maksimal (energi kinetik terbesar) dan ketinggian nol (energi potensialnya juga nol).
Yang perlu diperhatikan di sini adalah energi mekanik pada tiap posisi bernilai tetap, yang disebut juga sebagai hukum kekekalan energi mekanik.
Referensi :
Kanginan, Marthen. Sains Fisika 1 B untuk Siswa Kelas VII. Jakarta : Erlangga
Foster, Bob. 2004. Eksplorasi Sains Fisika untuk SMP kelas VII. Erlangga : Jakarta
Purwanto, Budi. 2007. Sains Fisika 2 Konsep dan Penerapannya untuk Kelas VIII SMP dan Mts. Solo : Tiga Serangkai
Sumber Foto :
Dalam kehidupan sehari-hari anak tersebut dikatakan telah melakukan usaha, artinya anak tersebut telah melakukan suatu tugas atau pekerjaan.
Pengertian usaha berbeda dalam kehidupan sehari-hari berbeda dengan pengertian usaha dalam fisika.
Dalam Fisika, usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan perpindahan. Jadi, misalkan ada seseorang yang mendorong meja tapi meja tersebut belum bergeser, dikatakan orang tersebut belum melakukan usaha.
Secara matematis, hubungan antara usaha, gaya, dan perpindahan dapat dirumuskan
W = F s
W = usaha (Joule atau kg m2/s2)F = gaya (Newton)
s = perpindahan (m)
Yang perlu diperhatikan di sini adalah perpindahan benda haruslah searah dengan gaya yang diberikan pada benda.
 |
| Seorang anak membawa kotak mainan |
Anak tersebut baru dikatakan melakukan usaha ketika dia menurunkan beban tersebut atau saat mengangkat beban. Pada saat mengangkat atau menurunkan bebannya, arah gaya searah dengan arah perpindahannya (vertikal).
Contoh :
1.Sebuah kotak kayu yang terletak di lantai datar didorong dengan gaya 20 N sehingga kotak bergeser sejauh 5 m.
Berapa usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?
Penyelesaian :
Diketahui :
F = 20 N
s = 5 m
Ditanya :
W = ?
Jawab :
W = F s
W = 20 . 5 = 100 J
2. Andi dan Budi mendorong sebuah meja. Andi mendororong ke kanan dengan gaya 400 N dan Budi mendorong ke kiri dengan
gaya 300 N sehingga meja bergeser ke kanan sejauh 2 m. Berapa usaha yang dilakukan?
Penyelesaian :
Diketahui :
FA = 400 N ke kanan
FB = 300 N ke kiri
s = 2 m
Ditanya : W = ?
Jawab :
W = (FA - FB) . s
= (400 - 300). 2
= 100 . 2 = 200 J
Referensi
Purwanto, Budi. 2007. Sains Fisika 2 Konsep dan Penerapannya untuk Kelas VIII SMP dan Mts. Solo : Tiga Serangkai
Kanginan, Marthen. Sains Fisika 1 B untuk Siswa Kelas VII. Jakarta : Erlangga
http://farm4.static.flickr.com/3018/2614545256_0d98505b8c_m.jpg
Arsyad Riyadi
Juli 27, 2011
New Google SEO
Bandung, IndonesiaKanginan, Marthen. Sains Fisika 1 B untuk Siswa Kelas VII. Jakarta : Erlangga
http://farm4.static.flickr.com/3018/2614545256_0d98505b8c_m.jpg
 |
| Menaiki tangga |
W = m . g. h = 50. 10. 5 = 2500 J
Seorang anak lain yang mempunyai massa yang sama menaiki tangga tersebut dan membutuhkan waktu 10 sekon. Usaha keduanya bernilai sama yaitu 2500 J yang tidak tergantung pada waktu yang dibutuhkan. Untuk membedakan waktu yang dibutuhkan suatu benda dalam melakukan perpindahan diperlukan besaran daya .
Daya didefinisikan sebagai usaha yang dilakukan oleh benda setiap detik. Daya ini berhubungan dengan kecepatan dalam melakukan usaha.
Daya dapat dirumuskan dengan :
W = usaha (joule)
t = waktu (sekon)
Contoh :
Seorang anak menaiki tangga setinggi 3 meter membutuhkan waktu 5 sekon. Jika massa anak tersebut 50 kg, maka dibutuhkan usaha sebesar :
W = m g h = 50. 10. 3 = 1500 Joule.
Jika membutuhkan waktu 5 sekon maka dayanya :
Jika suatu saat anak tersebut sakit, sehingga untuk menaiki tangga tersebut membutuhkan waktu lebih panjang, misalnya 10 sekon (dengan menganggap massa anak tesebut masih sama).
Sehingga dayanya :
Dari contoh tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa jika waktu yang diperlukan oleh anak tersebut untuk melakukan suatu usaha lebih sedikit maka dikatakan anak tersebut mempunyai daya yang lebih besar.
Sehingga, daya dapat didefinisikan sebagai kecepatan untuk melakukan usaha, dan dirumuskan dengan :
v = kecepatan (m/s)
Selain dalam watt atau kilowatt, satuan daya yang lain dapat dinyatakan dalam bentuk daya kuda (horse power = hp), dengan 1 hp = 746 watt.
Referensi :
Purwanto, Budi. 2007. Sains Fisika 2 Konsep dan Penerapannya untuk Kelas VIII SMP dan Mts. Solo : Tiga SerangkaiKanginan, Marthen. Sains Fisika 1 B untuk Siswa Kelas VII. Jakarta : Erlangga
http://inikian.files.wordpress.com/2009/08/naik-tangga.jpg?w=300&h=240 Arsyad Riyadi Juli 27, 2011 New Google SEO Bandung, Indonesia
