KERJA DAN ENERGI

Kerja dan energi adalah salah satu konsep yang paling penting dalam fisika dan memainkan peranan yang penting dalam kehidupan kita sehari –hari, dalam fisika kerja diberi definisi yang tepat yang berbeda dari pemakaian kita sehari – hari. Kerja dilakukan pada suatu benda oleh sebuah gaya hanya bila titik tangkap gaya itu bergerak melewati suatu jarak dan ada komponen gaya sepanjang lintasan geraknya.

Yang sangat erat berhubungan dengan konsep kerja adalah konsep energi, yang tak lain adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Jika kerja dilakukan oleh suatu sistem pada sistem lain, energi dipindahkan antara kedua sistem tersebut. Salah satu prinsip yang paling penting dalam sains adalah kekekalan energi. Energi total sebuah sistem dan lingkungannya tidak berubah. Bila energi sistem berkurang, maka selalu ada pertambahan energi yang terkait dengan lingkungannya atau sistem lain. Pada sap ini akan dijelaskan konsep dasar kerja dan energi

Kerja
Di dalam kehidupan sehari-hari, seorang yang sedang belajar atau membaca dapat dikatakan sedang melakukan kerja. Tetapi di dalam ilmu fisika, pengertian kerja tidak sesederhana tersebut. Kerja menurut ilmu fisika harus dikaitkan dengan adanya perpindahan, sehingga kerja dapat didefinisikan sebagai berikut :
Besar kerja yang dilakukan oleh sebuah gaya luar yang bekerja pada suatu benda sama dengan perkalian antara gaya (F) tersebut dengan perpindahannya (d).

Energi dan Prinsip Kerja – Energi.
Energi merupakan konsep yang sangat penting dalam dunia sains. Timbul pertanyaan apakah itu energi ? Pengertian energi sangat luas sekali sehingga susah untuk didefinisikan seperti energi metabolisme,energi termal, energi nuklir, energi kimia, energi kristal dsb. Selain itu ada yang mudah dideskripsikan seperti energi kinetik (translasi) dan energi potensial (mekanik).
Secara sederhana energi dapat didefinisikan yaitu kemampuan untuk melakukan kerja, definisi ini tidak terlalu tepat dan juga tidak berlaku umum. Namun cukup bagus sebagai awal pembahasan terutama dikaitkan dengan energi mekanik.
Sebuah benda yang sedang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan kerja dab dengan demikian dapat dikatakan mempunyai energi. Energi gerak disebut energi kinetik, dari kata Yunani Kinetikos yang berarti ”gerakan”
Untuk mendapatkan definisi kuantitatif dari energi kinetik, mari kita bayangkan sebuah benda dengan massa m yang sedang bergerak pada garis lurus dengan laju awal v1. Untuk mempercepat benda secara beraturan sampai laju v2, gaya total konsta Ftot diberikan padanya dengan arah yang sejajar dengan geraknya sejauh jarah d. Kemudian kerja total yang dilakukan pada benda itu adalah Wtot = Ftot X d.

Bentuk-Bentuk Energi :

a) Energi Mekanik
Benda yang bergerak atau memiliki kemampuan untuk bergerak, memiliki energi mekanik. Air terjun yang berada di puncak tebing memiliki energi mekanik yang cukup besar, demikian juga dengan angin.

b) Energi Bunyi
Energi bunyi adalaj energi yang dihasilkan oleh getaran partikel-partikel udara disekitar sebuah sumber bunyi. Contoh : Ketika radio atau televisi beroperasi, pengeras suara secara nyata menggerakkan udara didepannya. Caranya dengan menyebabkan partikel-partikel udara itu bergetar. Energi dari getaran partikel-partikel udara ini sampai ditelinga, sehingga kamu dapat mendengar.

c) Energi kalor
Energi kalor adalah energi yang dihasilkan oleh gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat. Contoh : apabila kedua tanganmu digosok-gosokkan selam beberapa detik maka tanganmu akan terasa panas. Umumnya energi kalor dihasilkan dari gesekan. Energi kalor menyebabkan perubahan suhu dan perubahan wujud.

d) Energi Cahaya
Energi Cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik

e) Energi Listrik

Energi Listrik adalah energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui kabel.

f) Energi Nuklir
Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan oleh reaksi inti dari bahan radioaktif. Ada dua jenis energi nuklir yaitu energi nuklir fisi dan fusi. Energi nuklir fisi terjadi pada reaktor atom PLTN. Ketika suatu inti berat (misal uranium) membelah (fisi), energi nuklir cukup besar dibebaskan dalam bentuk energi kalor dan energi cahaya. Energi nuklir juga dibebaskan ketika inti-inti ringan (misalnya hidrogen) bertumbukan pada kelajuan tinggi dan bergabung (fusi). Energi matahari dihasilkan dari suatu reaksi niklir fusi dimana inti-inti hidrogen bergabung membentuk inti helium.

 Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk bergerak. Ada dua macam energi mekanik yaitu ; energi kinetik dan energi potensial. dapat dirumuskan :
(E_M)E_M = E_k + E_p
 
Energi potensial.
Selain dari pengertian di atas, sebuah benda juga mungkin memiliki energi potensial, yang merupakan energi yang merupakan energi yang dihubungkan dengan gaya – gaya yang bergantung pada posisi atau konfigurasi benda dan lingkungannya. Berbagai jenis energi potensial dapat didefinisikan, dan setiap jenis dihubungkan dengan suatu gaya tertentu. dapat dirumuskan:
E_p = m g h

h = tinggi benda terhadap tanah
 
Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya atau kelajuannya. Energi kinetik dirumuskan :
E_{k trans} = 1/2 m v²
E_{k rot} = 1/2 I w²

m = massa
v = kecepatan
I = momen inersia
w = kecepatan sudut
 

EK = energi kinetik (joule atau J), m = massa (kg), v = kelajuan

Konverter energi
Konverter energi adalah alat atau benda yang melakukan konversi energi. Beberapa konverter energi yaitu:
1. Setrika listrik mengubah energi listrik menjadi kalor
2. Ayunan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial energi potensial menjadi energi kinetik
3. Rem mobil mengubah energi kinetik menjadi energi kalor.

Pemecahan soal fisika, khususnya dalam mekanika, pada umumnya didasarkan pada HUKUM KEKEKALAN ENERGI, yaitu energi selalu tetap tetapi bentuknya bisa berubah; artinya jika ada bentuk energi yang hilang harus ada energi bentuk lain yang timbul, yang besarnya sama dengan energi yang hilang tersebut.

E_k + E_p = E_M = tetap

E_k1 + E_p1 = E_k2 + E_p2

ENERGI POTENSIAL PEGAS (E_p)

E_p = 1/2 k D x² = 1/2 F_p Dx

F_p = - k Dx

Dx = regangan pegas
k = konstanta pegas
F_p = gaya pegas

Tanda minus (-) menyatakan bahwa arah gaya F_p berlawanan arah dengan arah regangan x.

2 buah pegas dengan konstanta K₁ dan K₂ disusun secara seri dan paralel:

seri	paralel
1 = 1 + 1 Ktot K1 K2	Ktot = K1 + K2

Note: Energi potensial tergantung tinggi benda dari permukaan bumi. Bila jarak benda jauh lebih kecil dari jari-jari bumi, maka permukaan bumi sebagai acuan pengukuran. Bila jarak benda jauh lebih besar atau sama dengan jari-jari bumi, make pusat bumi sebagai acuan.

Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial ini berpotensi untuk melakukan usaha dengan cara mengubah ketinggian. Semakin tinggi kedudukan suatu benda dari bidang acuan, semakinbesar pula energy potensial gravitasinya. Usaha untuk mengangkat benda setinggi h adalah

W = Fs = mgh

Dengan demikian, pada ketinggian h benda mamiliki energy potensial gravitasi, yaitu kemampuan untuk melakukan usaha sebesar W = mgh. Jadi, energy potensial gravitasi dapat dirumuskan sebagai

EP = mgh

Dengan,

EP = energy potensial gravitasi (Joule)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

h = ketinggian benda dari bidang acuan (m)

Kekekalan Energi

Bunyi hukum kekekalan energy, Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk energy lain.

E_bensin <!–[if gte msEquation 12]>?<![endif]–> E_kimia <!–[if gte msEquation 12]>_?<![endif]–> E_gerak

E_mekanik = EK +EP

E_mekanik = konstan (kekal), selama tidak ada gaya dari luar.