Materi Smp Kelas 7 Bab Vi (perubahan Bentuk Energi)

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 99 Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. MATERI FISIKA SMP

BAB VI PERUBAHAN BENTUK ENERGI

Pembelajaran ini bertujuan agar Anda dapat : Menunjukkan bentuk-bentuk energi dan contohnya dalam kehidupan sehari-hari Mengaplikasikan konsep energi dan perubahannya dalam kehidupan sehari-hari Membedakan konsep energi kinetik dan energi potensial Menjelaskan adanya energi potensial dan energi kinetik pada suatu benda yang bergerak Merancang percobaan sederhana tentang beberapa peristiwa perubahan bentuk energi Menunjukkan konsep kekekalan energi

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 100

Energi angin dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan kincir angin yang langsung dihubungkan dengan turbin pembangkit listrik, atau ke mesin-mesin penggilingan maupun pengepresan. Sementara penggunaan energi di masa lalu hanya terbatas sebagai pendorong kapal layer. Memahami konsep energi dapat membawa kita mengerti dengan baik tentang gerak di sekitar kita dan membuat manusia dapat memprediksi segala sesuatu di masa depan. Dengan demikian upaya menciptakan kesejahteraan umat manusia akan terus menerus direalisasikan melalui cara-cara pemanfaatan energi dengan benar dan lebih mensejahterakan manusia.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 101 Energi A. Menunjukkan bentuk-bentuk energi dan contohnya dalam kehidupan sehari-hari Pada pelajaran terdahulu Kamu telah mengetahui konsep-konsep tentang gerak, kecepatan, gaya beserta persamaan-persamaannya. Kita sering melihat kendaraan bergerak pelan atau cepat, kita juga sering melihat melihat reaksi yang terjadi pada sebuah benda yang dikenai gaya, apakah tetap diam ataukah bergerak. Semua peristiwa yang kita amati itu tidak terlepas dari energi atau tenaga yang bekerja pada benda. Dalam Fisika, energi memegang peran yang sangat penting. Energi tidak hanya terdapat pada makhluk yang hidup saja tetapi juga dimiliki oleh benda-benda mati di seluruh jagad ini. Sebagai contoh, air yang diam di dalam bendungan memiliki energi potensial yang mana dapat berubah menjadi energi kinetik ketika air itu dialirkan keluar melalui turbin. Gambar 6.1. Air di dalam bendungan memiliki energi potensial gravitasi.

Energi dapat muncul dalam berbagai macam bentuk, seperti energi listrik, energi panas, energi cahaya, energi nuklir, energi mekanik, energi potensial, energi kinetik, energi potensial pegas, energi geotermal (panas bumi), dan sebagainya. Gambar 6.2. Energi geotermal sangat melimpah di negara-negara yang kaya gunung api, seperti Indonesia

Energi listrik dihasilkan oleh sumber listrik statik maupun dinamik, energi panas ditimbulkan oleh gerakan atom-atom benda karena perubahan suhu atau perubahan wujud, energi cahaya ditimbulkan oleh gelombang cahaya, energi nuklir dihasilkan oleh reksi nuklir baik reaksi fisi maupun reaksi fusi.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 102 Gambar 6.3. Energi dari reaksi fisi diperoleh dari pembelahan inti atom, sedangkan energi reaksi fusi dari penggabungan inti atom. Energi fisi dapat berlangsung pada suhu kamar, sedangkan reaksi fusi memerlukan suhu lingkungan yang sangat tinggi untuk dapat berlangsung. Sehingga teknologi reaksi fusi di bumi belum mengalami kemajuan berarti

Gambar 6.4. Sebuah reaktor nuklir dapat memanfaatkan energi fisi nuklir

Reaktor nuklir dapat memanfaatkan panas yang dihasilkan dari reaksi fisi untuk dipakai menguapkan air. Uap air bertekanan tinggi dapat memutar turbin generator listrik. Saat ini Indonesia termasuk negara yang masyarakatnya masih bersilang pendapat tentang tentang pemanfaatan PLTN. Kuantitas energi dalam alam semesta tidak pernah berubah karena energi tidak pernah hilang hanya berubah bentuk saja, dan tidak dapat dimusnahkan. Hal ini sesuai dengan hukum kekekalan energi. Memahami konsep energi dapat membawa kita mengerti dengan baik tentang gerak di sekitar kita dan membuat manusia dapat memprediksi segala sesuatu di masa depan. Dengan demikian upaya menciptakan kesejahteraan umat manusia akan terus menerus direalisasikan melalui cara-cara pemanfaatan energi dengan benar. UNJUK KERJA 6.A : Menunjukkan bentuk-bentuk energi dan contohnya dalam kehidupan sehari-hari. Lengkapilah daftar isian berikut dengan mengamati keadaan sekelilingmu, perhatikan contoh no1.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 103 Tabel pengamatan No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pengamatan Teman berbisik-bisik ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. ………………………………………………….. …………………………………………………..

Jenis energi yang dihasilkan Energi bunyi ………………………………... ………………………………... ………………………………... ………………………………... ………………………………... ………………………………... ………………………………... ………………………………... ………………………………...

UJI KOMPETENSI 1. Minyak tanah tergenang di ember, bentuk energi apakah yang terkandung di dalamnya ? 2. Berikan tiga contoh yang merupakan sumber energi nuklir ! 3. Apakah yang dimaksud energi surya ? berasal dari manakah energi itu ? 4. Apakah yang dimaksud energi fisi ? Apa pula yang dimaksud energi fusi ? 5. Bila sebongkah karbit dicampur air akan mengeluarkan gas yang mudah terbakar. Energi apakah yang dikandung gas tersebut ? 6. Apakah kunang-kunang di malam hari menghasilkan energi cahaya ? berikan alasanmu ! 7. Energi apakah yang dikeluarkan pak Guru ketika menjelaskan pelajaran ? 8. Di negara jepang energi gelombang laut banyak dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin. Menurutmu, apakah Indonesia mampu melakukan hal tersebut ? Berikan alasanmu ? 9. Di Negara Belanda banyak memanfaatkan energi angin untuk memutarkan kincir angin. Menurutmu, apakah Indonesia mampu melakukan hal tersebut ? Berikan alasanmu ? 10. Bila Kamu mengetahui bentuk energi panas, adakah energi dingin ? Bila Kamu pernah mendengar seseorang tersengat panas, mungkinkah seseorang bisa tersengat dingin ? Berbahaya manakah tersengat panas atau tersengat dingin ? Pekerjaan Rumah 1. Berikan lima contoh sumber energi listrik ! 2. Dapatkah tubuh manusia menghasilkan energi cahaya ? Berikan alasanmu ! 3. Setumpuk kayu bakar dikatakan memiliki energi. Bentuk energi apakah yang dimiliki kayu baker itu ? 4. Buah durian sudah masak tetapi masih tergantung di tangkainya. Sebutkan dua bentuk energi yang dikandung buah durian tersebut ? 5. Seorang kakek lari pagi dengan pelan. Tentukan bentuk energi yang dikeluarkan kakek ! 6. Bentuk-bentuk energi apakah yang dihasilkan oleh sebuah mobil formula 1 yang meraung di lintasan dengan laju kencang ? 7. Apakah Kamu tetap yakin bahwa seekor semut mengeluarkan energi suara ? 8. Sepiring nasi menyimpan energi. Bentuk energi apakah yang terkandung di dalamnya ? Dalam bentuk apakah tubuh manusia menyimpan energi dari makanan ? 9. Pada siang dan sore hari selama berpuasa seorang siswa merasakan kondisi tubuhnya terasa lemas. Pada saat selesai berbuka, apakah ia langsung mendapatkan energi ? Berikan alasanmu ! 10. Cheetah dapat berlari kencang, bentuk energi apakah yang dikeluarkannya selama berlari ?

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 104 B. Mengaplikasikan konsep energi dan perubahannya dalam kehidupan seharihari

Terdapat ketentuan bahwa perubahan energi mendatangkan perubahan gerak dan perubahan lain di alam. Setiap hari di Bumi memanfaatkan energi dari sumber energi utama yaitu Matahari. Matahari sangat vital perannya bagi semua kehidupan. Gambar 6.5. Matahari memberikan energi setiap hari bagi kehidupan di Bumi.

Tanpa Matahari kehidupan di Bumi akan punah dengan cepat tidak ada yang mampu bertahan, karena ketiadaan energi sebagai penopang kehidupan. Manusia, tumbuhan, hewan tidak mempu melanjutkan kelangsungan hidupnya dalan keadaan yang dingin dan gelap.

Gambar 6.6. Penampang irisan Matahari sebagai sumber energi utama, tampak dari yang paling dalam adalah inti (core), zona radiasi, zona konveksi, dan fotoster

Matahari sebagai sumber energi utama bagi Bumi yang melalui pancarannya mengirimkan energi yang sangat melimpah ke Bumi. Energi tersebut berasal dari reaksi nuklir di inti (core) matahari. Di inti Matahari terdapat reaksi fusi yang menggabungkan inti atom hidrogen menjadi inti atom helium. Menurutmu kapankah energi matahari itu akan habis ? Coba pikirkan pula, dapatkah matahari padam ? Dengan daur kehidupan yang berlangsung lama energi tersebut tersimpan di dalam minyak bumi, batubara, kayu-kayu dan sebagainya.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 105 Gambar 6.7. Sebagian besar energi pancaran matahari berupa energi panas dan energi kimia

Tampaknya manusia akan terus mengalami krisis sumber-sumber energi di masa depan. Sumber-sumber energi yang tersisa seperti minyak bumi, batu bara, kayu, akan menjadi sangat mahal bagi dunia, bila tidak segera diciptakan cara-cara konservasi energi. Para ilmuwan dan administrator spesial di bidang konversi energi terus mengembangkan upaya penemuan cara-cara memanfaatkan sumber-sumber energi yang melimpah namun belum didayagunakan seperti energi surya, energi angin, energi gelombang laut, energi panas bumi/geothermal, energi gerakan bumi/geotektonik, dan lain-lain. Gambar 6.8. Solar sel dapat menangkap dan menyimpan energi surya pada siang hari

Pemanfaatan energi surya mengggunakan peralatan solar sel dapat digunakan untuk pemanas ruangan di daerah bermusim dingin, pemanas air, maupun disimpan dalam bentuk energi listrik ke dalam accumulator.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 106 Gambar 6.9. Energi angin dapat menggerakkan kincir angin

Energi angin dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan kincir angin yang langsung dihubungkan dengan turbin pembangkit listrik, atau ke mesin-mesin penggilingan maupun pengepresan. Stasiun pembangkit energi hidroelektrik dan termoelektrik setiap hari mengubah energi panas menjadi energi mekanik kemudian menjadi energi listrik. Energi listrik mempunyai banyak kegunaan dari pemanas sampai penggerak mesin-mesin industri, dari penghasil cahaya sampai penghidup komputer dan sebagainya. Keberadaan energi dalam suatu sistem dapat berwujud banyak tipe yang berbeda seperti energi kinetik, energi potensial, energi listrik, energi nuklir dan lain-lain. Jenis energi sistem berubah menjadi energi bentuk lain dapat sekaligus beberapa jenis energi; sebagai contoh energi listrik diubah menjadi energi panas pada kabel, menjadi energi cahaya pada lampu, menjadi energi gerak pada mesin cuci. Energi total sistem disebut sebagai energi mekanik. Maka energi mekanik sistem mencakup energi kinetik sistem, energi potensial gravitasi dan energi pitensial elastik, tetapi tidak mencakup energi listrik dan energi nuklir. Unjuk Kerja 6.B. Mengaplikasikan konsep energi dan perubahannya dalam kehidupan sehari-hari Isilah kolom berikut dengan jenis energi yang sesuai dengan keterangan sebelumnya. Bila perlu isikanlah perubahan lebih dari satu macam bentuk energi. Perhatikan contoh yang ada ! No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Kegiatan Ketapel yang direntangkan dan melepas batu Buah kelapa yang terjatuh dari tangkainya Mobil yang diam kemudian dijalankan Tamiya dilepas untuk mengitari lintasan Accumulator yang sedang diisi arus listrik Seseorang sedang berenang Lampu neon yang menyala terang Harimau mengejar rusa Radio listrik dibunyikan keras-keras Air sungai yang mengalir deras Pemakaian setrika listrik Mengeringkan rambut dengan hair dryer Mengaduk adonan roti memakai mixer Membuat “es jus” alpokat dengan blender Kulkas dinyalakan 24 jam per hari

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Perubahan energi Energi potensial → energi kinetik ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………………… Energi listrik → energi kinetik + energi kalor ………………………………………………… ………………………………………………… …………………………………………………

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 107

WARTA SAINS ORANG TIDAK PUAS KALAU HANYA MENGAMATI BENDA-BENDA LANGIT DARI BUMI. DICIPTAKANLAH ALAT YANG DAPAT DIKIRIM KE RUANG ANGKASA LUAR UNTUK MENDEKATKAN PADA BENDABENDA LANGIT. MULA-MULA TANPA AWAK, KEMUDIAN DIISI HEWAN, SETELAH TERBUKTI KESELAMATANNYA TERJAMIN BARU DIBERI AWAK MANUSIA. BELAKANGAN TUJUAN UTAMA MISI KE ANGKASA LUAR ADALAH MENCARI SUMBER-SUMBER ENERGI BARU. PENDARATAN MANUSIA DI BULAN SEBAGAI PERWUJUDAN KEINGINAN MANUSIA UNTUK MENGETAHUI APAKAH DI BULAN TERKANDUNG SUMBER-SUMBER ENERGI ALTERNATIF SEBAGAI PENGGANTI SUMBER-SUMBER ENERGI DI BUMI YANG SUDAH MENYUSUT. NAMUN DIJUMPAI TERNYATA BULAN HANYALAH TEMPAT YANG KERING DAN GERSANG.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 108

UJI KOMPETENSI 1. Coba Anda jelaskan perubahan bentuk energi ketika seseorang mengayuh sepeda menaiki sebuah bukit ! 2. Ayah menuruni tangga sambil bernyanyi. Perubahan energi apakah yang dilakukan Ayah ? 3. Sebuah kincir air dijatuhi air terjun, as kincir dapat memutar turbin dan turbin menggerakkan generator yang di dalamnya terdapat kumparan yang berputar. Terjadi perubahan fluks magnetik, sehingga kedua ujung keluaran generator menghasilkan beda potensial. Jelaskan urut-urutan perubahan bentuk energi dalam sistem tersebut ! 4. Pada saat Kamu menyalakan TV, terjadi perubahan bentuk energi. Perubahan energi apakah yang dimaksud? 5. Ibu sesudah keramas mengeringkan rambut dengan hair dryer. Sebutkan jenis perubahan–perubahan energi yang meyertai pemakaian alat itu ! Pekerjaan Rumah 1. Carilah lima contoh peristiwa yang menerangkan perubahan energi listrik menjadi energi suara ! 2. Di dalam kipas angin, tamiya, hair dryer, mixer, blender, dan peralatan lain, terdapat motor listrik. Jelaskan perubahan bentuk energi yang dilakukan oleh motor listrik ! 3. Mengapa anak yang bermain ayunan bila tidak mengayun lagi lama-lama berhenti ? berubah menjadi apa energi itu hilang ? 4. Ibu memasak di dapur menggunakan kompor gas untuk menanak nasi. Jelaskan perubahan bentuk energi selama proses itu ! 5. Kapal selam menambah kedalamannya untuk mencapai dasar laut dengan cara membuang sebagian udara pada tangki udaranya. Perubahan bentuk energi apakah yang terjadi selama itu ?

C. Membedakan konsep energi kinetik dan energi potensial Energi Kinetik

Dalam mempelajari konsep-konsep dasar Fisika, ahli-ahli Fisika di abad ke 17 belum memiliki cukup banyak pengetahuan jenis-jenis energi yang seperti kita gunakan saat ini, termasuk sumber energinya. Mereka hanya menggunakan energi kuda untuk transportasi dan pengangkutan barang, menggunakan energi angin atau energi air yang mengalir untuk menggerakkan peralatan penggilingan atau pemintalan. Mereka belum mengenal minyak bumi dan belum memanfaatkan sumber-sumber energi lainnya.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 109 Gambar 6.10. kincir angin

Kebanyakan tipe-tipe energi saat itu adalah energi mekanik, sehingga fisikawan sejak awal mendifinisikan bentuk energi kinetik adalah bagian dari energi mekanik. Leibnitz merupakan fisikawan pertama yang meneliti tergantung pada apa sajakah tipetipe energi itu. Leibnitz mencatat, setelah percobaannya yang mencakup tentang tumbukan antara dua benda, bahwa jumlah besar ½ (massa).(kecepatan)2 benda sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama. Dia menamakan besaran ini sebagai vis viva yang artinya “gaya hidup”. Maka Leibnitz menemukan bahwa energi mekanik sebuah benda berbanding lurus dengan massanya dan kuadrat kecepatannya. Pada akhir abad ke 18, fisikawan Thomas Young mulai menggunakan istilah energi kinetik untuk menyebutkan “gaya hidup”. Persamaan energi kinetik adalah Ek = ½ m v2 Jadi energi kinetik benda sebanding dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya. Satuan energi kinetik dalam SI adalah joule(J), sedangkan dalam sisten cgs adalah erg. Carilah 1 joule berapa erg ! Energi Potensial

Energi potensial yang dimiliki benda karena posisinya. Potensial mempunyai arti segala sesuatu yang belum berkembang, tetapi dalam keadaan itu berpeluang melakukan sesuatu. Pegas yang terentang oleh suatu gaya, busur anak panah yang direntangkan, memiliki energi potensial yang dinamakan energi potensial elastisitas. Air yang menggenang dalam bak tandon mempunyai energi potensial gravitasi karena berpeluang berubah menjadi energi kinetik bila kran tandon dibuka. Minyak bumi, batu bara, baterai juga memiliki energi potensial yang disebut energi potensial kimia yang dihasilkan oleh struktur molekul benda-benda tersebut. Gambar 6.11. Busur terentang memiliki energi potensial pegas, berpeluang berubah menjadi energi kinetik

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 110

Energi potensial pegas benda dengan konstanta (k) dapat berubah menjadi energi kinetik seiring dengan perubahan regangan (x) benda. Maka energi potensial pegas suatu benda dengan konstanta k pada peregangan tertentu dapat ditentukan dengan Ep = ½ k x2 Gambar 6.12. Air terjun, memiliki energi potensial gravitasi yang dapat menggerakkan turbin.

Energi potensial gravitasi benda dapat berubah menjadi energi kinetik seiring dengan perubahan kedudukan benda. Maka energi potensial gravirasi suatu benda bermassa m pada ketinggian h tertentu dapat ditentukan dengan Ep = m g h Seorang pendaki gunung pada ketinggian tertentu dikatakan memiliki energi potensial gravitasi karena posisinya (h). Gambar 6.13. Seorang pendaki gunung pada ketinggian h memiliki energi potensial gravitasi dan berpeluang berubah menjadi energi kinetik ketika ia jatuh

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 111 Energi potensial gravitasi umum seperti yang terdapat dalam sistem tata surya dihasilkan oleh gaya-gaya gravitasi umum antar anggota-anggota tata surya. Gambar 6.14. Sistem satelit planet Jupiter memiliki energi potensial gravitasi

Satelit mengorbit Jupiter berada dibawah pengaruh gaya-gaya gravitasi antara Jupiter dengan satelit. Misalkan massa Jupiter M dan massa satelit m pusat keduanya terpisah sejauh r, maka energi potensial gravirasi umum dapat ditentukan dengan Ep = -

GMm r

Tanda negatif (-) menunjukkan bahwa energi potensial gravitasi masih terpendam/laten.

UJI KOMPETENSI 1. Berapa joule energi kinetik dari 1 kg pesawat terbang mainan; a) ketika terbang dengan kecepatan 4 m/s ? b) ketika terbang dengan kecepatan 10 m/s? 2. Tiga buah benda A,B, dan C massanya 2m, ½m, m, bergerak dengan kecepatan v, 2v, ½v. Manakah yang mempunyai energi kinetik paling besar ? Paling kecil ? 3. Hitunglah energi potensial yang dimiliki masing-masing pegas dengan konstanta gaya 100 N/m dan 5000 N/m jika keduanya diregangkan sejauh 10 cm !

WARTA SAINS SETELAH DIKETAHUI BAHWA TERNYATA DI BULAN TIDAK MEMUNGKINKAN UNTUK MEMPEROLEH ENERGI YANG DIINGINKAN, MANUSIA KEMUDIAN MENGEMBANGKAN WILAYAH PENCARIAN SUMBER-SUMBER ENERGI BARU KE PLANET MARS. GAMBAR DI BAWAH INI MENUNJUKKAN PESAWAT PATHFINDER YANG BERHASIL MENDARAT DI PLANET MARS MENERUSKAN TUGAS PESAWAT SEBELUMNYA YAITU SOJOURNER.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 112

4. Tentukan energi potensial dari sebuah pot bunga bermassa 10 kg yang diletakkan di permukaan meja setinggi 1 m dari lantai terhadap a) permukaan meja, b) lantai, c) buku di rak setinggi 2,5 m dari lantai ! 5. Berapakah energi potensial gravitasi antara Bumi dan Bulan bila dinyatakan massa Bumi 6.1024 kg, massa Bulan 7,5.1022 kg, jarak rata-rata pusat Bumi ke pusat Bulan 3,8.108 m, dan konstantan gravitasi umum 6,67.10-11 N.m2/kg2 ? 6. Seorang penerjun massanya 70 kg melakukan terjun bebas dari ketinggian 1000 meter Sebelum mengembangkan parasutnya, penerjun meluncur kebawah. Tentukan kecepatannya pada saat ketinggiannya 500 meter dari tanah !

Pekerjaan Rumah 1. Tergantung dari apa sajakah energi kinetik itu ? apa satuan energi kinetik ? 2. Dapatkah energi kinetik bernilai negatif ? Berikan alasanmu ! 3. Tergantung dari apa sajakah energi potensial itu ?

4.

Seorang pendaki gunung memanjat gunung menggunakan tali, kemudian turun menggunakan tali yang sama. Perubahan energi apakah yang terjadi selama gerak pendaki gunung tersebut ? 5. Hitunglah energi kinetik seorang atlet bermassa 60 kg yang berlari dengan kecepatan konstan 6 m/s !

6.

Pembalap sepeda mengayuh dengan kecepatan konstan 600 m/menit. Jika massa sepeda dan massa pembalap 80 kg, berapakah energi kinetiknya ? Milik siapakah energi kinetik itu, sepeda atau pembalap atau keduanya ?

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 113

7.

Tentukan energi kinetik dari 100 ton pesawat terbang yang bergerak dengan kecepatan 720 km/jam dan energi kinetik pilot di dalamnya yang bermassa 60 kg! 8. Hitunglah energi potensial gravitasi yang harus digantikan oleh anak ketika mengambil sebuah apel 100 gram dari permukaan meja dan memasukkan ke mulutnya setinggi 50 cm dari permukaan meja !

9.

Seorang pemanah menarik busur sejauh 60 cm ke belakang dari posisi keseimbangan dengan menggunakan gaya 300 N. a. Tentukan konstanta gaya dari busur panah ! b. Berapa energi potensial yang dimiliki busur ketika direntangkan ? 10. Satelit bermassa 1000 kg mengorbit Bumi pada ketinggian 30.000 km dari pusat Bumi. Berapa energi potensial sistem Bumi-satelit ?

D. Menjelaskan adanya energi potensial dan energi kinetik pada suatu benda yang bergerak Sebuah benda yang bergerak dengan kecapatan v dengan mengalami perubahan kedudukan dari posisi ketinggian 1 ke ketinggian 2 maka benda tersebut memiliki energi kinetik sekaligus energi potensial.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 114 Gambar 6.15. Pesenam yang bergerak melompat memiliki energi kinetik dan energi potensial

Seorang pesenam atau pemain akrobat dapat melakukan gerakan melompat dengan cepat, merupakan contoh obyek bergerak yang sekaligus memiliki energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik pada suatu saat yang dimiliki benda itu sebesar Sedangkan energi potensial persamaan sebagai berikut.

Ek = ½ m v2 benda pada ketinggian tertentu dapat dihitung dengan Ep = m g h

Serombongan orang yang melakukan terjun payung masing-masing memiliki energi kinetik dan energi potensial. Manakah diantara kedua energi itu yang semakin berkurang ? mana pula yang semakin bertambah ? Gambar 6.16. Rombongan penerjun payung bebas

Gunakan penalaran bahwa semakin lama ketinggian tiap-tiap penerjun semakin berkurang, sedangkan kecepatannya semakin bertambah. UJI KOMPETENSI 1. Sebuah batu bermassa 400 g dijatuhkan ke tanah dari ketinggian 12 m. Percepatan gravitasi di tempat itu 10m/det2. Berapa pengurangan energi potensial batu tersebut di ketinggian 8 m ? 2. Sebuah jeruk bermassa 250 g dijatuhkan ke tanah dari ketinggian 3 m. dari atas ke bawah, besar pengurangan energi potensial selalu sama dengan penambahan energi kinetik. Percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/det2. Berapa energi kinetik buah jeruk tersebut pada ketinggian 2 m ? 3. Percepatan gravitasi di suatu tempat 980 cm/det2. Berapa kecepatan sebuah batu bila batu itu jatuh bebas sejauh 15 cm dan gesekan batu terhadap udara diabaikan?

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 115

4.

Seseorang terjun dari papan loncat ke permukaan air. Pada ketinggian 6 m di atas permukaan air, kecepatan orang itu 25 m/det. Percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/det m/det2. Berapa tinggi papan loncat tersebut dari permukaan air? 5. Sebuah peluru bermassa 300 g bergerak dengan kecepatan 500 m/det. Peluru itu mengenai kayu sehingga masuk ke dalam kayu itu sedalam 14 cm. berapa besar energi peluru yang mengenai kayu tersebut ? 6.Seorang pemanjat tebing mendaki tebing terjal hingga mencapai ketinggian 100 meter dari tanah. Bila massa orang tersebut 60 kg, berapa energi potensial yang ada pada seorang pendaki tersebut ?

Pekerjaan Rumah 1. Sebuah pegas ditekan dengan kelereng. Energi potensial kelereng karena pegas tersebut ditekan adalah ½ kx2. Massa kelereng adalah m. Berapa besar kecepatan kelereng tepat ketika kelereng itu lepas dari pegas ? 2. Sebuah peluru dari tanah kita tembakkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal sebesar 5000 cm/det. Percepatan gravitasi di tempat itu adalah 1000 cm/det2. Berapa tinggi yang dapat dicapai peluru tersebut ? 3. Sebuah bola besi kecil ditembakkan ke atas dengan kecepatan 20 m/det. Bila gaya gesekannya dengan udara diabaikan, berapa tinggi yang dicapai bola besi kecil itu ketika kecepatannya 8 m/det ? 4. Sebuah air terjun mengalirkan 200 m3 air. Tinggi air terjun 15 m. Percepatan gravitasi = 10 m/det2. Bila massa jenis air 1 g/m3 ,berapa energi potensial air terjun itu ? 5. Seseorang seberat 600 newton menaiki tangga sebuah bangunan yang berada 20 m di atas lantai. Berapa besar energi yang harus dilakukan orang itu ?

E.

Merancang percobaan sederhana tentang perubahan bentuk energi

beberapa peristiwa

Lakukan percobaan dengan menggunakan pendulum/bandul ayunan seperti gambar berikut ini. Ikutilah langkah-langkah yang telah ditentukan.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 116

Langkah-langkah percobaan : a. Ikatkan tali pengikat pendulum pada statif atau benda lain yang dapat berfungsi sebagai penyangga. b. Simpangkanlah pendulum dengan sudut simpang 45°, dan pastikan pendulum dalam keadaan diam lalu lepaskan. c. Amati gerakan pendulum ketika mendekati dan berada pada titik terendah. d. mati gerakan pendulum ketika melewati titik terendah dan menuju titik tertinggi. e. Amati perubahan jarak simpang pendulum terhadap titik keseimbangan. f. Buatlah kesimpulanmu tentang perubahan bentuk energi yang terjadi pada percobaan ini.

F.

Menunjukkan konsep kekekalan energi

Dari percobaan 1 yang telah Anda lakukan terdahulu tampaklah dalam kesimpulanmu bahwa energi kinetik mengalami pengurangan seiring dengan penambahan energi potensial gravitasi. Namun jumlah energi kinetic dengan energi potensial selaku sama. Jadi Em = Ek + Ep Em = ½ m v2 + mgh Dengan demikian di sembarang titik kedudukan benda, jumlah energi mekanik selalu konstan. Dapat diungkapkan sebagai berikut. Em1 = Em2 ½ m v21 + mgh1 = ½ m v22 + mgh2

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 117 UJI KOMPETENSI 1. Hafidz bermain prosotan. Ia berada di puncak prosotan yang tingginya 1,8 meter dari tanah. Tentukan kecepatan Hafidz sewaktu tiba di dasar prosotan!

2. Sebuah bola dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Berapa ketinggian yang dicapai bola sebelum jatuh kembali ? 3. Seorang gadis lompat indah dari papan lompat setinggi 6 meter. Dengan ayunan papan Ia melompat ke atas setinggi 2 meter sebelum terjun ke bawah. Berapa kecepatannya pada saat berada 3 meter di atas permukaan air ? 4. Zahra bermain ayunan. Simpangan tertinggi dicapai pada ketinggian 2 meter dari tanah. Berapa kecepatan Zahra di titik terendah ? 5. Sebuah jeruk bermassa 450 g dijatuhkan ke tanah dari ketinggian 6 m. dari atas ke bawah, besar pengurangan energi potensial selalu sama dengan penambahan energi kinetik. Percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/det2. Berapa energi kinetik buah jeruk tersebut pada ketinggian 2 m ? 6. Percepatan gravitasi di suatu tempat 1000 cm/det2. Berapa kecepatan sebuah batu bila batu itu jatuh bebas sejauh 25 cm dan gesekan batu terhadap udara diabaikan?

7.

Seseorang terjun dari papan loncat ke permukaan air. Pada ketinggian 10 m di atas permukaan air, kecepatan orang itu 25 m/det. Percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/det m/det2. Berapa tinggi papan loncat tersebut dari permukaan air ? 8. Sebuah peluru dari tanah kita tembakkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal sebesar 10000 cm/det. Percepatan gravitasi di tempat itu adalah 980 cm/det2. Berapa tinggi yang dapat dicapai peluru tersebut ? 9. Sebuah bola besi kecil ditembakkan ke atas dengan kecepatan 20 m/det. Bila gaya gesekannya dengan udara diabaikan, berapa tinggi yang dicapai bola besi kecil itu ketika kecepatannya 8 m/det ? 10. Ali melempar batu bermassa 0,5 kg kearah buah mangga dengan kecepatan lemparan 20 m/s. Tinggi buah mangga 15 meter dari tanah. Berapa kelajuan batu saat tepat mengenai buah mangga ? RINGKASAN • •

Energi atau tenaga diperlukan untuk melakukan usaha. Macam-macam energi antara lain energi panas, energi suara, energi listrik, energi kinetik, energi potensial, energi nuklir, energi surya, energi pegas dan sebagainya.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 118 • • •

•

Sumber utama energi di bumi baik secara langsung maupun tidak langsung adalah matahari. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan hanya dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain. Usaha untuk mengkonversi energi yang bermanfaat bagi kehidupan untuk menggantikan energi dari sumber energi yang sudah mulai berkurang terus dilakukan penelitiannya terutama pada energi gelombang laut, energi angin, energi surya, bahkan usaha eksplorasi sampai ke ruang angkasa antara lain ke bulan dan ke planet Mars. Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa jumlah energi kinetik dan energi potensial yang dimiliki suatu benda selalu konstan. SOAL-SOAL KOMPETENSI BAB VI

SOAL-SOAL ESSAY 1. Sebuah batu bermassa 400 g dijatuhkan ke tanah dari ketinggian 12 m. Percepatan gravitasi di tempat itu 10m/det2. Berapa pengurangan energi potensial batu tersebut di ketinggian 8 m ? 2. Sebuah jeruk bermassa 250 g dijatuhkan ke tanah dari ketinggian 3 m. dari atas ke bawah, besar pengurangan energi potensial selalu sama dengan penambahan energi kinetik. Percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/det2. Berapa energi kinetik buah jeruk tersebut pada ketinggian 2 m ? 3. Percepatan gravitasi di suatu tempat 980 cm/det2. Berapa kecepatan sebuah batu bila batu itu jatuh bebas sejauh 15 cm dan gesekan batu terhadap udara diabaikan?

4.

Seseorang terjun dari papan loncat ke permukaan air. Pada ketinggian 6 m di atas permukaan air, kecepatan orang itu 25 m/det. Percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/det m/det2. Berapa tinggi papan loncat tersebut dari permukaan air? 5. Sebuah pegas ditekan dengan kelereng. Energi potensial kelereng karena pegas tersebut ditekan adalah ½ kx2. Massa kelereng adalah m. Berapa besar kecepatan kelereng tepat ketika kelereng itu lepas dari pegas ? 6. Sebuah peluru dari tanah kita tembakkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal sebesar 5000 cm/det. Percepatan gravitasi di tempat itu adalah 1000 cm/det2. Berapa tinggi yang dapat dicapai peluru tersebut ? 7. Sebuah bola besi kecil ditembakkan ke atas dengan kecepatan 20 m/det. Bila gaya gesekannya dengan udara diabaikan, berapa tinggi yang dicapai bola besi kecil itu ketika kecepatannya 8 m/det ? 8. Sebuah batu yang massanya 1 kg dilepaskan dari ketinggian 5 m. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 dan tidak ada gesekan udara, berapakah energi kinetik batu sesaat sebelum menumbuk tanah ? 9. Hafidz bermain ayuan, Ia mulai berayun dari keadaan diam hingga ketinggiannya berkurang 0,5 meter. Tentukan besar kecepatannya pada kedudukan tersebut. 10. Sebuah bola dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika massa bola 0,5 kg dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, tentukan energi kinetik bola pada saat mencapai ketinggian 6 meter di atas tanah.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 119 SOAL-SOAL PILIHAN GANDA Pilihlah jawaban yang benar 1. Pernyataan mengenai energi mekanik yang benar kecuali a. Penjumlahan antara energi potensial dan kinetic b. Selalu tetap besarnya jika tidak ada gaya luar. c. semakin besar jika letak benda makin tinggi d. dimiliki benda yang sedang bergerak 2. Kecepatan Benda di A 4 m/s dan dititik B sebesar 10 m/s. Massa benda 1 kg, g = 10 m/s Ơ A Jika tinggi A 10 meter dari tanah, maka jarak B dengan tanah …m a. 0,8 b. 1,6 c. 5,8 d. 6,6 ƠB

3. Perubahan energi yang terjadi pada lampu senter adalah … a. kimia – listrik – cahaya c. listrik – cahaya- kimia b. listrik – kimia – cahaya d. kimia – cahaya – listrik 4. Yang termasuk sumber energi yang diperbaruhi adalah … a. bensin b. batu bara c. minyak tanah d. listrik 5. Berikut ini adalah alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi kalor 1. solder 2. kipas angina 3. radio 4. setrika yang benar adalah … a. 1 dan 2 b. 1 dan 3 c. 1 dan 4 d. 2 dan 3 6. Tali busur panah yang kita rentangkan memiliki energi …. a. potensial b. kinetik c. kimia d. gerak 7. Di bawah ini yang termasuk satuan energi, kecuali a. joule b. Newton meter c. Newton/ meter d.watt sekonn 8. Benda yang massanya 2 kg digantungkan pada ketinggian 10 m dari tanah. Jika g = 10 m/s2 , maka energi potensialnya adalah …joule a. 20 b. 50 c. 100 d. 200 9. Perubahan energi yang terjadi pada sepeda motor yang sedang distarter kemudian dijalankan adalah…. a. gerak – listrik – mekanik b. listrik – gerak – cahaya c. gerak – listrik – bunyi – gerak d. listrik – gerak – bunyi –gerak 10. Semua peristiwa di bawah ini dapat menimbulkan energi kinetik kecuali …. a. bintang beralih (meteor) b. mobil yang sedang melaju c.peluru yang meluncur d. penerjun yang berada di dalam pesawat terbang yang bergerak 11. Benda yang jatuh ke lantai mengeluarkan bunyi. Energi yang berubah menjadi energi bunyi yaitu…. a. energi kinetik b. energi listrik c. energi potensial d. energi cahaya 12. Buah mangga lepas dari pohonnya, makin ke bawah terjadi peristiwa …. a. energi potensial gravitasi semakin kecil, energi kinetik semakin besar b. energi potensial gravitasi semakin besar, energi kinetik semakin besar c. energi potensial gravitasi semakin besar, energi kinetik semakin kecil d. energi potensial gravitasi semakin kecil, energi kinetik semakin kecil 13. Proses yang menyatakan bahwa cahaya matahari dapat berubah menjadi energi kimia adalah … a. pengembunan c. oksidasi b. sublimasi d. asimilasi

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd. 120 14. Sebuah pegas yang diikat di salah satu ujungnya kemudian ujung lainnya ditarik lalu dilepaskan, maka pegas akan bergerak merapat karena … a. pegas memiliki energi mekanik b. pegas memiliki energi potensial gravitasi c. pegas memiliki energi kinetik d. pegas memiliki energi potensial pegas 15. Sebuah benda bermassa 1 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s. Besar energi kinetik pada saat ketinggian benda mencapai 20 meter adalah … a. 300 joule c. 500 joule b. 400 joule d. 600 joule

Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd.