BAB
I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Energi
merupakan kebutuhan pokok yang esensial bagi perikehidupan manusia. Manusia
hidup memerlukan energi. Energi tidak saja digunakan untuk menggerakkan sistem
yang ada dalam tubuhnya seperti peredaran darah, dan pencernaan makanan. Energi
dibutuhkan oleh manusia bahkan oleh semua makhluk hidup dalam upayanya
mempertahankan kehidupan mencari makan dan berkembang biak. Manusia tidaklah
sekedar ingin mempertahankan hidupnya. Ia menghendaki sesuatu yang lebih dari itu.
Manusia ingin dapat terbang seperti burung, ingin mempunyai baju yang bagus,
ingin dapat bergerak baik di darat, air maupun di angkasa. Manusia mempunyai
keinginan yang tak terbatas, dan itu semua membutuhkan energi.
Kebutuhan
dunia masa kini masih banyak bergantung pada energi fosil, seperti minyak bumi.
Kita mengetahui bahwa sumber daya minyak bumi tak dapat diperbaharui. Oleh
karena itu, dalam topik energi kali ini dibicarakan juga tentang kemungkinan
memanfaatkan energi surya untuk kehidupan sehari-hari, diperkenalkan pula
prinsip kerja PLTN sebagai sumber energi alternatif.
Dalam
fisika, energi adalah sebuah kuantitas yang secara tidak langsung diamati. Hal
ini sering dipahami sebagai kemampuan suatu energi fisik untuk melakukan
pekerjaan pada energi fisik lainnya . Karena pekerjaan didefinisikan sebagai
kekuatan yang bertindak melalui jarak (panjang ruang), energi selalu setara
dengan kemampuan mengerahkan menarik atau mendorong melawan kekuatan dasar
alam, sepanjang jalan panjang tertentu. Total energi yang terkandung dalam
suatu objek diidentifikasi dengan massanya, dan energi (seperti massa), tidak
dapat diciptakan atau dihancurkan. Ketika materi (partikel materi biasa) diubah
menjadi energi (seperti energi gerak atau menjadi radiasi), massa dari energi
tidak berubah melalui proses transformasi. Namun, mungkin ada batas mekanistik
untuk berapa banyak materi di sebuah benda dapat diubah menjadi jenis energi
lainnya dan dengan demikian ke dalam pekerjaan, pada energi lainnya. Energi,
seperti massa, adalah kuantitas energi fisik.
Dalam
Sistem Satuan Internasional (SI), energi diukur dalam joule, tetapi dalam
berbagai bidang unit lain, seperti kilowatt-jam dan kilokalori, yang adat.
Semua unit-unit menerjemahkan ke unit kerja, yang selalu didefinisikan dalam
hal kekuatan dan jarak yang kekuatan bertindak melalui perantara. Sebuah energi
dapat mentransfer energi ke energi lain dengan hanya mentransfer materi untuk
itu (karena materi adalah setara dengan energi, sesuai dengan massanya). Namun,
ketika energi ditransfer dengan cara selain materi-transfer, transfer
menghasilkan perubahan dalam energi kedua, sebagai hasil kerja yang dilakukan
di atasnya. Pekerjaan ini memanifestasikan dirinya sebagai efek dari kekuatan
(s) diterapkan melalui jarak dalam energi target. Sebagai contoh, energi dapat
memancarkan energi yang lain dengan mentransfer (memancarkan) energi
elektromagnetik, tapi ini menciptakan tenaga pada partikel yang menyerap
radiasi.
Energi
dapat disimpan dalam energi tanpa hadir sebagai materi, atau elektromagnetik
sebagai. Energi yang tersimpan dibuat setiap kali sebuah partikel telah
dipindahkan melalui medan berinteraksi dengan (yang membutuhkan kekuatan untuk
melakukannya), tapi energi untuk mencapai hal ini disimpan sebagai posisi baru
dari partikel dalam konfigurasi lapangan yang harus “ diadakan” atau tetap
dengan berbagai jenis kekuatan (jika tidak, konfigurasi baru akan menyelesaikan
sendiri oleh medan mendorong atau menarik partikel kembali ke posisi
sebelumnya). Jenis energi “disimpan” oleh kekuatan-ladang dan partikel yang
telah dipaksa menjadi konfigurasi fisik baru di lapangan dengan melakukan
bekerja pada mereka dengan energi lain, disebut sebagai energi potensial.
Sebuah contoh sederhana dari energi potensial adalah pekerjaan yang diperlukan
untuk mengangkat benda dalam medan gravitasi, sampai mendukung. Setiap kekuatan
dasar alam dikaitkan dengan berbagai jenis energi potensial, dan semua jenis
energi potensial (seperti semua jenis energi lainnya) muncul sebagai massa
energi, setiap kali hadir.
Setiap
bentuk energi yang dapat diubah menjadi bentuk lain. Ketika energi dalam bentuk
lain selain energi panas, mungkin ditransformasikan dengan efisiensi yang baik
atau bahkan sempurna, untuk semua jenis energi lainnya, termasuk listrik atau
produksi partikel baru materi. Dengan energi termal, bagaimanapun, sering ada
batas untuk efisiensi konversi ke bentuk energi lainnya.
1.2
Rumusan Masalah
Dalam
penulisan Makalah Konsep Dasar IPA penulis memiliki rumusan masalah yang
digunakan dalam penyusunan makalah tersebut. Adapun rumusan masalah dalam
proses penyusunan makalah ini antara lain:
1.
Apakah
Energi Itu?
2.
Apa
sajakah bentuk-bentuk Energi?
1.3
Tujuan Penulisan
Melalui
makalah ini, diharapkan mahasiswa PGSD memilki kemampuan untuk menjelaskan
konsep dasar serta memberikan contoh-contoh tentang:
1.
Berbagai
bentuk energi serta perubahan dari satu bentuk ke bentuk yang lain;
2.
Memahami
Hukum-hukum yang terkait dengan energi
1.4
Manfaat Penulisan
Melalui
makalah ini, diharapkan dapat memberikan kegunaan kepada pembaca maupun
penulis. Adapun manfaat yang terdapat dalam makalah ini adalah:
1.
Dapat
mendefinisikan arti energi
2.
Memahami
bentuk-bentuk energi
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1
Pengertian Energi
Energi
adalah kemampuan untuk melakukan kerja (usaha). Energi merupakan besaran yang
kekal, artinya enegi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi dapat
diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain. Satuan energi menurut Satuan
Internasional (SI) adalah joule. Menurut Arif Alfatah & Muji Lestari
(2009), energi adalah sesuatu yang dibutuhkan oleh benda agar benda dapat
melakukan usaha. Dalam kenyataannya setiap dilakukan usaha selalu ada
perubahan. Sehingga usaha juga didefiniskan sebagai kemampuan untuk menyebabkan
perubahan. Sedangkan menurut Campbell, Reece, & Mitchell (2002), energi
adalah kemampuan untuk mengatur ulang suatu kumpulan materi atau dengan kata
lain, energi adalah kapasitas atau kemampuan untuk melaksanakan kerja. Alvin
Hadiwono (2007), mengemukakan bahwa energi adalah perihal tentang apapun yang bergerak,
berhubungan dengan ruang dan waktu. Menurut Sumantoro (1993), Energi adalah
kemampuan untuk melakukan usaha seperti mendorong dan menggerakkan suatu benda.
Suatu
benda dikatakan memiliki energi jika ia dapat melakukan kerja. Air terjun
misalnya, dapat dikatakan memiliki energi karena ia dapat memutar turbin. Bola
yang menggelinding memiliki energi bila ia menabrak pot bunga, pot itu jatuh.
Cahaya matahari memiliki energi, ia dapat menguapkan air laut atau mengeringkan
pakaian. Bensin memiliki energi karena pembakaran bensin dapat menggerakkan
mesin mobil. Jadi Energi adalah sesuatu yang dapat menyebabkan benda dapat
melakukan kerja. Satuan energi dalam Sistem Internasional (SI) adalah
joule (J). Satuan energi dalam sistem yang lain adalah kalori, erg, dan kWh
(kilo watt hours). Kesetaraan joule dengan kalor adalah sebagai berikut. 1
kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori.
2.2
Bentuk-bentuk
Energi
Di alam ini tidak ada makhluk yang dapat
menciptakan dan memusnahkan energi, atau dengan kata populernya “energi tidak
dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan dan energi bisa berubah dari
bentuk satu ke bentuk yang lainnya”. Ini merupakan bunyi hukum kekekalan
energi. Yang terjadi di alam hanya perubahan energi dari satu bentuk kebentuk
yang lainnya. Perubahan yang menyertai materi sebenarnya menjelaskan esensi
energi sebagi kemampuan melakukan kerja atau usaha. Melakukan usaha artinya
melakukan perubahan antara lain perubahan posisi, perubahan bentuk, perubahan
ukuran, perubahan suhu, perubahan gerak, perubahan wujud, dan perubahan
struktur kimia suatu at.
Pada dasarnya ada 2 macam bentuk energi, yaitu
energi potensial dan energi kinetik. Kedua energi tersebut merupakan energi
mekanik. Namun, ada juga yang memiliki sumber berbeda.
2.2.1
Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki
suatu benda yang bergerak. Besarnya energi kinetik suatu benda bergantung pada
massa dan kecepatan benda-benda tersebut. Benda bermassa m bergerak horizontal
dengan kecepatan, maka Ek benda :
Dengan : Ek =energi kinetik (J)
m = massa materi (kg)
v = kecepatan
gerak materi (ms-1)
2.2.2
Energi
Potensial
m
h
Benda dari
ketinggian h dari permukaan bumi
Energi
potensial gravitasi adalah energi yang dikandung suatu materi berdasarka tinggi
rendahnya kedudukannya. Besarnya energi potensial bergantung pada massa dan
ketinggian. Secara matematis hubungan tersebut ditulis
Ep = m.g.h
Keterangan:
Ep = energi
potensial (J)
m = massa materi (kg)
g = percepatan gravitasi (ms-2)
h = ketinggian dari bumi (m)
Selain
energi potensial gravitasi juga dikenal energi potensial pegas. Energi ini
dimiliki oleh benda yang dapat melentur seperti pegas atau busur panah. Pegas
dan busur panah harta benda sejenis akan memiliki energi potensial jika benda
itu direntangkan atau diciutkan.
Jika
sebuah pegas direnggangkan oleh gaya F sejauh X, maka pegas tersebut akan
memiliki energi potensial sebesar :
Ep=1/2 kx2,
atau Ep= F.x
Dengan : F = gaya pegas (N),
k = konstanta
pegas (N/m),
x = pertambahan
panjang pegas (m)
Energi
potensial baik pada grafitasi maupun energi potensial pegas, perubahan energi
potensial suatu benda selalu terkait dengan perubahan posisi (gerak) benda.
Jumlah energi kinetik dan energi potensial yang dimiliki suatu benda pada suatu
saat desebut energi mekanik (Em). Bagi suatu benda, setiap saat berlaku hukum
kekelan energi mekanik Ek+Ep=konstan. Artinya, jika benda mengalami
kenaikan salah satu energi dari komponene energi mekanik (Ek atau Ep) maka
komponen lainnya mengalami penurunan. Contoh, jika benda dilempar vertikal,
benda setiap saat mengalami penurunan energi kinetik maka pada saat yang sama
benda tersebut mengalami penambahan (kenaikan ) energi potensial.
2.2.3
Energi Mekanik
Energi
mekanik juga dapat dinyatakan dengan perubahan posisi benda karena engaruh gaya
(tarikan atau dorongan)
Menggeser benda
sejauh s dengan gaya F
Benda
berupa balok ditarik oleh gaya F sebagaimana nampak pada gambar hingga sejauh
s. Energi yang digunakan untuk usaha menggeser benda sejauh s dengan gaya
sebesar F adalah W=F.s. Dimana F adalah komponen gaya yang sejajar dengan arah
perpindahan benda (s). Jika arah gaya F membentuk sudut α dengan arah
perpindahan (s) maka W = F Cos α.s
2.2.4
Energi Panas ( Kalor)
Kalor
adalah energi yang diteri oleh sebuah benda sehingga suatu benda itu naik atau
energi yang dilepaskan oleh suatu benda sehingga suhu benda itu turun atau
wujud benda berubah. Satuan energi untuk kalor biasanya dinyatakan dalam
kalori. Satu kalori adalah banyaknya kalor diperlukan untuk memanaskan air 1
gram sehingga naik 10C, satu kilo kalori ialah banyaknya kalor yang
diperlukan untuk memanaskan air 1 kilogram (kg) sehingga suhu naik 10
C.
a.
Kalor jenis dan kapasitas kalor
Banyaknya kalor
yang diterima oleh benda yang dipanaskan sebanding dengna massa benda dan
sebanding dengan turinannya suhu benda. Dengan demikian
jika Q menyatakan kalor yang diperlukan oleh m gram benda suhunya naik ∆t maka:
Q = m.c. ∆t
Dengan : Q = kalor yang diperlukan (kalor)
m = massa benda
(gram)
c = kalor jenis
benda (kalori-1. 0C-1.)
∆t =
Selisih/perubahan suhu (0C)
Dari rumus di
atas dapat memahami bahwa kalor jenis suatu zat adalah kalor yang diperlukan
untuk menaikkan suhu 1 zat tersebut setinggi 1 derajat Celcius. Adapun
kapasitas kalor (H) adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh m gram benda
sehingga suhu naik 10 C. Secara matematika dapat ditulis dalam bentuk rumus:
HN = Q∆t atau H
= m.c
b.
Azas Black
Pengukuran
jumlah kalor yang dilepaskan dan diterima ketika dua benda yang suhunya berbeda
bercampur:
1)
Jika dua benda saling bercampur, maka benda
yang panas akan memberikan kalor kepada benda yang dingin, sehingga suhu kedua
benda itu sama.
2)
Jumlah kalor yang diserap oleh benda yang
dingin, sama dengan jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda yang panas.
3)
Sebuah benda yang didinginkan akan melepaskan
kalor yang sama banyaknya dengan kalor yang diserapnya, jika benda itu
dipanaskan.
Dari hal di
atas dapat disimpulkan bahwa prinsip dasar Azas Black adalah:kalor yang
diterima sama dengan kalor yang dilepaskan.
2.2.5
Energi Cahaya
Energi
cahaya adalah energi yang dimiliki oleh gerakan foton dalam bentuk gelombang
elektromagnetik. Gelombang cahaya mempunyai frekuensi dan panjang gelombang
tertentu, dengan kecepatan yang sama. Makin besar nilai panjang gelombang maka
makin kecil frekuensi dan sebaliknya. Bila ditulis dengan rumus seperti berikut
ini:
Dengan:
=
frekuensi (Hz)
c = kecepatan
cahaya (3 x 108 ms-1)
Menurut Planck,
energi cahaya bergantung pada frekuensinya.
Ec = h
Ec = energi
cahaya (J)
h
=
tetapan planck (6.626 x 10-34Js)
2.2.6
Energi Listrik
Energi
listrik adalah energi yang diakibatkan oleh gerakan partikel bermuatan dalam
suatu media (konduktor), karena adanya beda potensial antara kedua ujung
konduktor. Besarnya energi listrik bergantung pada beda potensial dan jumlah
muatan yang mengalir.
W = q.E
Dengan: W= energi
listrik (J)
q = muatan yang
mengalir (C)
E = beda
potensial listrik (V)
2.2.7
Energi Kimia
Energi
kimia adalah energi yang dikandung suatu senyawa dalam bentuk energi ikatan
antara atom-atomnya. Besarnya energi bergantung pada jenis dan jumlah pereaksi
serta suhu dan tekanan. Contoh penggunaan energi kimia yaitu pada aki motor
2.2.8
Energi Nuklir
Energi
nuklir adalah energi yang terkandung dalam inti atom. Energi nuklir akan keluar
bila suatu inti akan berubah menjadi inti lain. Besarnya energi nuklir
bergantung pada jenis dan jumlah inti. Contoh penggunaan energi nuklir yaitu
pada PLTN
2.3
Contoh Soal
1.
Perhatikan
gambar berikut!
Sebuah
benda yang massanya 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 25 m seperti pada gambar.
Hitunglah:
a.
Energi kinetik dititik A
b.
Energi kinetik benda saat berada dititik B (10 m diatas tanah)!
Penyelesaian
a.
Energi kinetik dititik A
Pada
soal diatas, benda mengalami gerak jatuh bebas sehingga vA = 0. Maka energi
kinetik saat dititik A:
b.
Energi kinetik pada saat dititik B
Dengan
hukum kekekalan energi mekanik:
2.
Sebuah
bola yang memiliki massa 2 kg, terletak di atas almari dengan ketinggian 3 m.
Berapakah energi potensial bola? (percepatan gravitasi bumi = 10 m/s2)
Penyelesaian
m = 2 kg, h = 3 m, g = 10 m/s2
Ep = m g h
Ep = 2 kg x 10 m/s2 x 3 m
Ep = 60 joule.
Energi potensial bola adalah 60 joule.
3.
Sebuah
mobil yang mula-mula bergerak dengan kecepatan 20 m/s diperlambat dengan
perlambatan 20 m/s2. Jika massa mobil tersebut adalah 1 ton, maka
perubahan energi kinetik mobil pada detik kelima adalah....
Penyelesaian
Perubahan
energi adalah selisih antara energi kinetik akhir dengan kinetik awal. Jika
energi kinetik akhir lebih kecil dari energi kinetik awal awal, maka perubahan
energi kinetik bernilai negatif
∆Ek = Ekt – Eko
Keterangan
∆Ek = Perubahan
energi kinetik (J)
Ekt =
Energi kinetik akhir benda (J)
Eko = Energi
kinetik mula-mula (J)
Berdasarkan
soal :
Dik : Vo = 20
m/s, a = 2 m/s2, m = 1000 kg, t = 5 s
Dit : ∆Ek...?
Kecepatan mobil
pada detik ke lima
Vt = Vo – at
Vt = 20 – 2(5)
Vt = 10 m/s
Energi kinetik
mula-mula:
Eko =
½.m.Vo2
Eko =
½.1000 (20)2
Eko
= 200.000 J
Eko
= 200 kJ
Energi kinetik
mula-mula:
Ekt =
½.m.Vt2
Ekt =
½.1000 (10)2
Ekt
= 50.000 J
Ekt
= 50 kJ
Perubahan
energi kinetik mobil:
∆Ek = Ekt – Eko
∆Ek = 50 – 200
∆Ek = -150 kJ
4.
Sebuah
benda jatuh bebas dari ketinggian h meter di atas permukaan tanah. Jikar energi
potensial mula-mula benda adalah 200 J, maka energi mekanik benda saat
ketinggiannya setengan dari ketinggian mula-mula adalah....
Penyelesaian
Berdasarkan
hukum kekekalan energi mekanik, energi mekanik benda disetiap titik di samping
lintasannya sama. Pada gerak jauh bebas berlaku kekekalan energi mekanik. Itu
artinya, energi mekanik pada ketinggian h akan sama dengan energi mekanik pada
ketinggian ½ h.
Berdasarkan
soal :
Dik : h1
= h, Ep1 = 200 J = ½ h, V1 = 0
Dit : Em2....?
Sesuai hukum
kekekalan energi mekanik:
Em2
= Em1
Em2
= Ep1 + Ek1
Em2
= 200 + 0
Em2
= 200 J
5.
Suatu
boneka memiliki massa 3 kg. Jika boneka tersebut memiliki energi potensial 120
joule di atas lemari. Berapakah ketinggian lemari tersebut? (g = 10 m/s2)
Penyelesaian
Ep = 120 J, g = 10
m/s2, m = 3 kg
Ditanya ketinggian benda?
Ep = m g h
h = Ep : (m x g)
h = 120 : (3 kg x 10 m/s2)
h = 120 : 30
h = 4 meter
ketinggian lemari tersebut adalah 4 meter.
BAB III
PENUTUP
3.1
Simpulan
Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja (usaha). Energi
merupakan besaran yang kekal, artinya enegi tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain. Satuan
energi menurut Satuan Internasional (SI) adalah joule. Ada beberapa bentuk
energi diantaranya: 1) Energi Kinetik, 2) Energi Potensial, 3) Energi Panas (
Kalor), 4) Energi Cahaya, 5) Energi Listrik, 6) Energi Kimia, 7) Energi Nuklir.
Usaha dapat didefinisikan sebagai perubahan energi. Jika perubahan energi ini
diukur setiap satu sekon, akan didapatkan sebuah besaran baru yaitu perubahan
usaha setiap satu sekon. Besaran tersebut disebut daya. Jadi, daya dapat
didefinisikan sebagai perubahan energi setiap satu sekon.
3.2
Saran
Berdasarkan pembahasan diatas dapat disarankan sebagai berikut.
1.
Kepada
mahasiswa, hendaknya mahasiswa mengetahui pengertian energi dan bentuk-bentuk
dari energi, pengerian usaha, hubungan antara usaha dan energi dan pengertian
dari daya.
2.
Kepada
Masyarakat, hendaknya masyarakat setidaknya mengetahui pengertian energi dan
bentuk-bentuk dari energi, pengerian usaha, hubungan antara usaha dan energi
dan pengertian dari daya.
DAFTAR PUSTAKA
Astawan,
I Gede. 2012. Konsep Dasar IPA 2. Singaraja: Universitas Pendidikan
Ganesha.
http://fismath.com/rumus-energi-potensial-dan-contoh-soal-energi-potensial/
https://datasoal.com/contoh-soal-energi-potensial/
No comments:
Post a Comment