Kompetensi
Dasar :
5.3 Menjelaskan hubungan
bentuk energi dan perubahannya, prinsip usaha dan energi serta penerapannya
dalam kehidupan sehari-hari.
ENERGI,
USAHA dan DAYA
A. Pengertian Energi
Saat
kamu berolahraga, misalnya berlari dan kamu mengeluarkan tenaga untuk itu.
Otot-otot tubuhmu mengubah energi kimia yang diperoleh dari makanan menjadi
energi otot yang digunakan untuk bergerak. Setelah berlari jauh, kamu pasti
lelah dan beristirahat karena otot-otot tubuhmu sudah tidak dapat memberikan
energi untuk berlari lagi. Sehingga kamu harus beristirahat, makan dan minum
untuk mengganti energi dalam tubuhmu.
Dalam
ilmu fisika, energi didefinisikan sebagai suatu kemampuan untuk melakukan kerja
atau usaha. Energi merupakan suatu besaran turunan yang menurut SI satuan
energi adalah Joule (J). Satuan energi yang lain adalah erg dan kalori (kal).
B.
Bentuk-Bentuk Energi
Energi dapat
tampil dalam berbagai bentu, antara lain sebagai berikut :
1.
Energi panas (kalor), yaitu energi
yang timbul dari energi kinetik suatu benda.
2. Energi
listrik, yaitu energi yang terdapat dalam arus listrik. Alat-alat yang menghasilkan
arus listrik antara lain aki, baterai dan generator.
3. Energi
bunyi, yaitu energi yang dihasilkan oleh bend-benda yang bergetar
4. Energi
cahaya, yaitu energi yang dihasilkan oleh benda-benda yang menghasilkan cahaya,
misalnya cahaya matahari, lampu dan api.
5. Energi
nuklir, yaitu energi yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif.
6. Energi
kimia, yaitu energi yang diperoleh dari hasil pembakaran. Energi kimia terdapat
dalam makanan, bahan bakar seperti bensin, minyak tanah, solar, kayu dan
lain-lain.
7. Energi
mekanik, yaitu energi yang terdiri dari energi potensial dan energi kinetik.
8. Energi
kinetik, yaitu energi yang dimiliki suatu benda yang bergerak.
9. Energi
potensial, yaitu energi yang dimiliki oleh suatu benda karena kedudukanya.
C. Perubahan
Bentuk Energi
Sebelumnya
kita telah mempelajari perubahan bentuk energi. Pada materi perubahan bentuk
energi telah disebutkan bahwa energi tidak hilang atau habis, namun mengalami
perubahan menjadi bentuk energi lain. Energi juga tidak dapat dimunculkan tanpa
menimbulkan perubahan bentuk energi lainnya.Banyaknya energi yang berubah
menjadi bentuk energi lain sama dengan banyaknya energi yang berkurang sehingga
total energi dalam sistem tersebut adalah tetap.
Dengan
demikian, dapat kita simpulkan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau
dimusnahkan, energi hanya dapat berubah bentuk menjadi bentuk energi lain.
Pernyataan ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi. Suatu bentuk
energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Perubahan bentuk energi
yang biasa dimanfaatkan sehari-hari antara lain sebagai berikut:
- Energi
listrik menjadi energi kalor. Contoh perubahan energi
listrik menjadi energi kalor terjadi pada mesin pemanas ruangan, kompor
listrik, setrika listrik, heater, selimut listrik, dan solder.
- Energi
mekanik menjadi energi kalor. Contoh perubahan energi
mekanik menjadi energi kalor adalah dua buah benda yang bergesekan.
Misalnya, ketika kamu menggosok-gosokkan telapak tanganmu maka kamu akan
merasa panas.
- Energi
mekanik menjadi energi bunyi. Perubahan energi mekanik
menjadi energi bunyi dapat terjadi ketika kita bertepuk tangan atau ketika
kita memukulkan dua buah benda keras.
- Energi
kimia menjadi energi listrik. Perubahan energi pada baterai
dan aki merupakan contoh perubahan energi kimia menjadi energi listrik.
- Energi
listrik menjadi energi cahaya dan kalor. Perubahan energi listrik
menjadi energi cahaya dan kalor terjadi pada berpijarnya bohlam lampu.
Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa energi cahaya biasanya disertai
bentuk energi lainnya, misalnya kalor. Coba dekatkan tanganmu ke bohlam
lampu yang berpijar! Lama kelamaan tanganmu akan merasa semakin panas.
- Energi
cahaya menjadi energi kimia. Perubahan energi cahaya
menjadi energi kimia dapat kita amati pada proses pemotretan hingga
terbentuknya foto.
- Energi
listrik menjadi energi gerak. Perubahan energi listrik
menjadi energi gerak misalnya pada kipas angin, motor listrik, bor
listrik, gergaji listrik, dan lain-lain.
D. Energi
Mekanik
- Energi Kinetik
Setiap benda
yang bergerak memiliki energi kinetik. Dengan demikian, energi kinetik adalah
energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya. Misalnya, angin yang bertiup
dapat menggerakkan kincir angin. Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak
disebut dengan energi kinetik. Kita tahu bahwa motor melaju lebih cepat
daripada truk. Hal ini disebabkan massa motor lebih kecil dibandingkan massa
truk. Akibatnya, untuk dapat melaju lebih cepat truk tersebut membutuhkan
energi yang lebih besar.
Jadi,
semakin besar massa suatu benda maka energi kinetiknya akan semakin besar.
Semakin cepat benda itu bergerak, energi kinetiknya juga semakin besar.
Besarnya energi kinetik suatu benda ditentukan oleh besar massa benda dan
kecepatan geraknya. Hubungan antara massa benda (m), kecepatan (v), dan energi
kinetik (Ek) dituliskan secara matematis dalam rumus berikut.
- Energi Potensial
Energi
potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya terhadap
tanah. Misalnya, pada peristiwa jatuhnya buah mangga. Ketika buah mangga
terjatuh, buah mangga tersebut memiliki energi kinetik karena geraknya. Akan
tetapi ketika buah mangga masih berada di pohon, buah mangga tersebut memiliki
energi potensial karena kedudukannya terhadap tanah.
Sedangkan,
saat buah mangga menyentuh tanah, energi potensialnya nol karena kedudukannya
terhadap tanah nol. Semakin besar massa benda maka semakin besar energi
potensial yang dimilikinya. Semakin tinggi letaknya, energi potensial yang
dimiliki juga semakin besar. Besarnya energi potensial dapat dirumuskan sebagai
berikut :
·
Energi Mekanik
Energi
mekanik yaitu energi yang dimiliki benda karena gerak maupun kedudukan. Jika
benda bergerak dan beada pada ketinggian tertentu, maka energi mekaniknya
merupakan gabungan dari energi potensial dan energi kinetik. Namun, apabila
benda diam pada ketinggian tertentu, maka energi mekaniknya sama dengan energi
potensialnya, karena energi kinetik sama dengan nol ( Ep = Ek ).
Besarnya
energi mekanik merupakan penjumlahan antara besarnya energi kinetik dengan
energi potensial. Energi mekanik yang dimiliki suatu benda dapat ditulis secara
matematis sebagai berikut :
E.
Sumber-Sumber Energi
Kamu telah mengetahui tentang
berbagai bentuk energi, seperti energi kimia, mekenik,kalor, bunyi, cahaya,
listrik, dan nuklir. Bentuk-bentuk energi tersebut berasal dari sumber energi,
misalnya energi kimia dari makanan, energi listrik dari air. Sumber energi yang
paling utama adalah matahari. Sebagian besar sumber energi yang kita gunakan
adalah berasal dari BBM seperti minyak tanah, solar, bensin, dan gas alam.
Selain makanan, air dan matahari, kita mengenal sumber energi lain yang
dikelompokkan menjadi 2 yaitu :
1. Sumber
energi yang dapat diperbarui, yaitu sumber energi yang tidak akan habis jika
dikelola dengan baik. Contoh : air, tanah, dan sumber energi hewani.
2. Sumber energi yang tidak dapat diperbarui,
yaitu sumber eergi yang bisa habis apabila dieksploitasi secara terus-menerus.
Contoh : gas alam, minyak bumi, panas bumi, dan batu bara.
Untuk mengatasi agar kita tidak kehabisan
sumber energi maka dilakukan upaya sebagai berikut :
1.
Konservasi,
yaitu menggunakan energi secara efisien dan rasional.
2.
Intensifikasi,
yaitu meningkatkann atau mengembangkan sumber energi.
3.
Diversifikasi,
yaitu upaya penganekaragaman sumber energi untuk mengurangi ketergantungan
terhadap minyak bumi.
Sumber energi BBM dan gas bumi termasuk energi
yang tidak dapat diperbarui. Sebab BBM dan gas bumi habis diharapkan sudah ada
sumber energi pengganti. Adapun sumber energi pengganti yang dapat dimanfaatkan
antara lain : energi matahari, energi pasang surut air laut, energi air terjun,
energi batu bara, energi nuklir, energi koversi panas samudra (OTEC : Ocean
Thermal Energy Conversion), energi panas bumi, energi air, energi angin, energi
biomassa/biogas.
F. Usaha
Kata usaha
sudah tidak asing lagi bagi kita. Apa sebenarnya usaha itu? Sering kali kita
mendengar orang berkata bahwa untuk mencapai suatu tujuan tertentu maka kita
harus melakukan kerja atau usaha. Dalam fisika, usaha didefinisikan sebagai
hasil kali antara besarnya gaya yang diberikan pada benda dengan besar
perpindahan benda tersebut. Usaha merupakan besaran skalar karena tidak
memiliki arah dan hanya memiliki besar.
Usaha dalam
fisika dikatakan bernilai jika usaha yang dilakukan menghasilkan perubahan
kedudukan. Ketika sebuah gaya bekerja pada suatu benda sehingga menimbulkan
perpindahan benda, dikatakan bahwa gaya melakukan usaha pada benda tersebut.
Jika gaya sebesar F yang dapat menyebabkan balok berpindah sejauh s terletak
pada sebuah garis lurus maka besarnya usaha W dapat dirumuskan sebagai berikut :
G. Hubungan
antara Energi dengan Usaha
Sebelumnya
telah disebutkan bahwa energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Bayangkan
sebuah bola berada di atas lantai. Bola tersebut kemudian digerakkan ke atas
dengan gaya F, akibatnya bola berpindah setinggi h. Hal ini berarti kita
melakukan usaha untuk memindahkan bola dari lantai sampai setinggi h. Ketika
bola bergerak, bola memiliki energi kinetik. Pada saat bola berada setinggi h,
bola memiliki energi potensial. Besarnya usaha yang diperlukan untuk
memindahkan bola sama dengan selisih energi kinetiknya atau selisih energi
potensialnya. Jadi, dapat disimpulkan bahwa besarnya usaha sama dengan besarnya
perubahan energi pada benda.
H. Daya
Daya adalah
perubahan energi potensial atau energi kinetik tiap satu satuan waktu. Dengan
demikian, daya didefinisikan sebagai usaha yang dilakukan tiap satuan waktu.
Daya merupakan besaran fisika yang mempunyai satuan J/s atau watt. Secara
matematis daya dapat dituliskan sebagai berikut.
Jika gaya
ototmu melakukan usaha W = 1 joule dalam selang waktu t = 1 sekon menurut
persamaan di atas daya dari ototmu adalah :
P =
=
= 1 joule/sekon
Satuan daya
dalam SI diberi nama watt (disingkat W) untuk menghormati James Watt, penemu
mesin uap. Dengan demikian kita peroleh hubungan satuan.
1 watt = 1 joule/sekon
Satu watt
(1W) adalah besar daya ketika usaha satu joule dilakukan dalam selang waktu
satu sekon. Misalnya di sebuah lampu tertulis 10 watt, yang berarti bahwa lampu
tersebut memindahkan energi listrik menjadi energi cahaya dan panas (melakukan
usaha) sebesar 10 joule tiap detiknya.
Satuan daya
selain watt antara lain : kilowatt, megawatt, daya kuda ( horse power = HP) = PK
(poarde kracht).
Semakin
besar daya yang dimiliki oleh suatu benda, semakin besar pula kemampuan benda
tersebut untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.
Penerapan
daya dalam kehidupan sehari-hari ada banyak, adapun beberapa contoh daya yaitu
sebagai berikut :
1.
Dua pekerja bangunan, A dan B sedang
memindahkan beberapa batu bata dari tanah ke atas truk. Dalam waktu yang sama,
pekerja A dapat memindahkan lebih banyak batu bata daripada pekerja B. Siapakah
yang dayanya lebih besar?? Tentu saja pekerja A, karena dalam waktu yang sama,
gaya otot A mampu melakukan usaha lebih besar daripada gaya otot B ( karena A
dapat memindahkan batu bata lebih banyak), maka sudah pasti daya A lebih besar
daripada B.
2.
Traktor memiliki daya lebih besar dari
pada petani ketika keduanya bekerja membajak sawah. Mengapa? Alasannya serupa
dengan contoh 1, yaitu dalam selang waktu yang sama traktor dapat melakukan
usaha lebih besar daripada petani (karena traktor dapat membajaktanah lebih
luas daripada petani).
3.
Saat kamu membeli dua buah bola
lampu pijar dengan spesifikasi masing-masing 15 watt dan 60 watt. Manakah daya
lampu yang lebih besar? Lampu 15 watt melakukan usaha dengan laju 15 joule
dalam satu sekon. Dalam satu sekon yang sama, lampu 60 watt dapat melakukan
usaha 60 joule. Karena dalam satu sekon, lampu 60 watt melakukan usaha lebih
besar daripada lampu 15 watt, maka daya lampu 60 watt lebih besar daripada
lampu 15 watt.