Energi, usaha dan daya
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| power/ˈpaʊə/ | kuasa |
| potential energy/pəˈtenʃl ˈenədʒi/ | energi potensial |
| kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ | energi kinetik |
| conservation of energy/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv ˈenədʒi/ | hukum kekekalan energi |
| work done/wɜːk dʌn/ | kerja yang dilakukan |
| joule/dʒuːl/ | joule |
| gravitational potential energy/ˌɡrævɪˈteɪʃənl pəˈtenʃl ˈenədʒi/ | energi potensial gravitasi |
| watt/wɒt/ | watt |
Energi yang menggerakkan segalanya
- Roller coaster di puncak bukit pertamanya memiliki energi potensial maksimum. Saat terjun ke bawah, energi itu berubah menjadi energi kinetik — kecepatan.
- Kekekalan energi memungkinkan Anda memprediksi kecepatan di titik mana pun tanpa mengetahui lintasannya di antaranya.
Usaha dilakukan
- Usaha dilakukan oleh gaya konstan: $W = Fd\cos\theta$ (diukur dalam joule).
- Usaha adalah energi yang ditransfer oleh gaya yang bekerja melalui jarak.
Contoh terpecah. Gaya 50 N menarik kotak sejauh 4 m sepanjang lantai pada sudut $30^{\circ}$ terhadap horizontal. $W = 50 \times 4 \times \cos 30^{\circ} = 200 \times 0.866 = 173.2\text{ J}$.
Roller coaster menukar energi potensial untuk energi kinetik
Gaya 50 N menarik kotak sejauh 4 m sepanjang lantai (θ = 0°). Usaha = Fd cos θ. Temukan nilainya (J).
W = 50 × 4 × cos 0° = 50 × 4 × 1 = 200 J.
Cocokkan setiap besaran dengan rumus atau maknanya.
Energi kekal: KE dan PE saling bertukar, sedangkan daya adalah laju melakukan usaha.
Energi kinetik dan potensial
- Energi kinetik (gerakan): $\text{KE} = \tfrac12 mv^2$.
- Energi potensial gravitasi (ketinggian): $\text{PE} = mgh$.
KE bergantung pada $v^2$, bukan $v$. Menggandakan kecepatan menggandakan kuadrat energi kinetik. Mobil pada 60 mph memiliki empat kali KE mobil pada 30 mph — dan membutuhkan jarak pengereman empat kali lebih jauh.
Kekekalan energi
PE + KE = konstan
Saat bola jatuh, energi potensial berubah menjadi energi kinetik — tetapi totalnya tidak pernah berubah.
Berapakah energi kinetik benda 2 kg yang bergerak dengan kecepatan 3 m/s (KE = ½mv²), dalam J?
KE = ½ × 2 × 3² = ½ × 2 × 9 = 9 J.
Dengan g = 10, berapakah PE benda 2 kg yang diangkat setinggi 5 m (PE = mgh), dalam J?
PE = mgh = 2 × 10 × 5 = 100 J.
Menggandakan kecepatan suatu benda menggandakan energi kinetiknya.
KE = ½mv², sehingga menggandakan v membuat KE menjadi empat kali lipatnya (2² = 4 kali).
Kekekalan energi
- Dengan tanpa gesekan, total energi kekal (kekekalan energi).
- Penurunan PE = kenaikan KE (untuk benda jatuh): $mgh = \tfrac{1}{2}mv^2$.
Bola 1 kg jatuh dari ketinggian 5 m (g = 10). Menggunakan mgh = ½mv², temukan kecepatan di bagian bawah (m/s).
mgh = ½mv² → v² = 2gh = 2(10)(5) = 100 → v = 10 m/s.
Daya
- Daya adalah laju melakukan usaha (dalam watt): $P = \dfrac{W}{t}$.
- Untuk gaya yang menarik searah gerak: $P = Fv$.
- Usaha adalah perkalian skalar dari gaya dan perpindahan; menurunkan kecepatan menghasilkan percepatan sesaat.
Mobil bekerja pada daya 12 kW pada kecepatan 20 m/s. Menggunakan P = Fv, berapakah gaya penggerak, dalam N?
F = P/v = 12000/20 = 600 N.
Anda telah memahaminya
- usaha $W = Fd\cos\theta$; KE $= \tfrac12 mv^2$; PE $= mgh$
- tanpa gesekan, total energi kekal
- daya = laju usaha; $P = Fv$