ENERGI DALAM SISTEM KEHIDUPAN 1

KELAS  VII

BAB VI

(Bagian 1 )

(untuk mempelajari Bagian 2 klik di sini)

A. Pengertian Energi

Setiap hari kita membutuhkan energi untuk beraktivitas, kendaraan bermotor membutuhkan energi untuk melaju, untuk penerangan dan mengoperasikan piranti elektronik kita membutuhkan energi. Sebenarnya apakah energi itu?

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja atau

melakukan suatu perubahan.

Terdapat bermacam-macam bentuk energi diantaranya:

• Energi Potensial (meliputi energi potensial gravitasi, energi potensial pegas/elastis, energi potensial listrik)
• Energi Kinetik(gerak)
• Energi Kimia
• Energi Listrik
• Energi Cahaya
• Energi Nulkir
• Energi Panas (kalor)
• Energi Panas Bumi (Geothermal)

Energi di alam jumlahnya selalu tetap. Tidak bertambah dan tidak berkurang. Hukum kekekalan energi mengatakan:

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.

Energi hanya dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain.

Contoh:

Lampu pijar mengubah energi listrik menjadi energi cahaya dan panas (kalor)

Kipas angin mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

Batu baterai mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik

1. Energi Potensial Gravitasi (Ep)

Buah-buahan dapat jatuh ke tanah jika lepas dari tangkainya, bola yang ditendang ke atas akan kembali ke bawah dan banyak lagi peristiwa sejenis. Mengapa itu bisa terjadi? Semua bisa terjadi karena adanya gravitasi bumi.

Benda yang berada pada ketinggian tertentu mempunyai potensi untuk bergerak ke bawah (jatuh) jika keadaan memungkinkan. Benda-benda ini mempunyai energi potensial gravitasi.

Energi potensial gravitasi bumi, yaitu energi yang dimiliki suatu benda karena terletak di atas permukaan bumi. 

Semakin tinggi letak suatu

benda di atas permukaan bumi, makin besar energi potensial gravitasi yang dimiliki dan sebaliknya.

Dalam persamaan matematika besarnya energi potensial gravitasi dinyatakan:

Keterangan :

• Ep= energi potensial gravitasi (dalam satuan Joule)
• m= massa benda (dalam satuan kg atau gr)
• g= percepatan gravitasi bumi (dalam satuan m/s²)
• h= ketinggian posisi benda dari permukaan bumi (dalam satuan m atau cm)

Energi potensial pegas atau elastisitas, ialah energi yang tersimpan pada benda yang sedang diregangkan (misalnya, pada karet katapel dan busur panah) atau ditekan (misalnya, pada per). Makin jauh peregangan (tarikannya) dan penekanannya, makin besar pula energinya.

 

Energi potensial listrik  yaitu energi yang digunakan untuk menindahkan satu satuan muatan listrik dari satu tempat ke tempat lain

2. Energi Kinetik (Ek)

Energi Kinetik adalah energi yang dimiliki setiap materi yang bergerak atau berpindah

Misalnya:

• Pemain biliarmenggerakkan tongkat biliar untuk mendorong bola. Selanjutnya, bola yang bergerak akan menggerakkan bola-bola lain. 
• Air yang mengalir melalui suatu bendungan akan menggerakkan turbin.
• Ketika kamu naik sepeda, kontraksi otot kaki akan mendorong pedal sepeda.

Jadi, energi kinetik dapat disimpulk an sebagai berikut.

Energi kinetik adalah bentuk energi ketika suatu materi berpindah atau bergerak (mempunyai kecepatan).

Semakin cepat benda bergerak, semakin besar energi kinetiknya.

Dalam persamaan matematika besarnya energi potensial gravitasi dinyatakan:

Keterangan:

• Ek = energi kinetik (dalam satuan Joule)
• m  = massa zat (dalam satuan kg atau gr)
• V  = kecepatan benda (m/s)

3. Energi Mekanik (Em)

Energi mekanik disebut juga energi penggerak yaitu penjumlahan antara energi potensial dan energi kinetik.

Sebagai contoh, buah mangga yang sedang jatuh, pada tetinggian tertentu  (sebelum menyentuh tanah) mangga mempuyai energi potensial dan energi kinetik.

• Energi potensial dimiliki mangga karena berada pada ketinggian tertentu dari tanah
• Energi kinetik dimiliki mangga karena mangga sedang bergerak jatuh.

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

"Besarnya energi mekanik di setiap tempat adalah sama besar"

Misalnya untuk benda yang sedang jatuh seperti gambar berikut:

Perhatikan  benda yang sedang jatuh berikut ini dan tentukan berapa besar Ep dan Ek pada tiap posisi yang ditentukan!

1. Pada posisi A 

Benda masih dalam keadaan diam (sebelum jatuh), sehingga kecepatannya = 0.

Besarnya energi mekanik pada titik A adalah:

EM (A)  =  Ek (A) + Ep (A)

karena di A benda diam maka V(A) = 0, Shg Ek(A)=0 maka:

        EM(A) =(½xmxV(A)²)+(mxgxh(A))

        EM(A) = 0 + (m x g x h(A)

        EM(A) = m x g x h(A)            

Jadi, energi mekanik di A = energi potensial gravitasinya

2. Pada posisi B 

Benda sedang bergerak (punya kecepatan) dan masih berada pada ketinggian tertentu.

Sehingga pada posisi B benda punya Ek dan Ep lengkap dan dinyatakan sebagai:

  EM(B)= Ek (B) + Ep (B) 

  EM(B)={½ x m x V(B)²}+{m x g x h(B)} 

Jadi, energi mekanik di B sempurna, ada Ek dan Ep

3. Pada posisi C 

Posisi C adalah keadaan dimana benda dalam keadaan “tepat pada saat” menyentuh tanah. Sehingga pada posisi ini kecepatan benda maksimum namun ketinggiannya adalah =0. 

EM (C) = Ek (C) + Ep (C),

karena di  C benda sudah menyentuh tanah maka h(C)= 0 sehingga Ep(C)=0 

EM(C) = {½ x m x V(C)²}+{m x g x h(C)}

        EM(C) = {½ x m x V(C)²}+0

Dan Energi mekanik benda di C adalah:

         EM(C) = ½ x m x V(C)² 

Jadi, energi mekanik di C = energi Kinetiknya

Contoh soal:

1. Buah kelapa massanya 0,5 kg menggantung pada pohonnya pada ketinggian 8 meter. Jika percepatan gravitasi bumi di tempat itu 10 m/s², hitunglah energi potensial gravitasi yang dimiliki buah kelapa!

Diketahui    : m = 0,5 kg

                    h  = 8 m

                    g  = 10 m/s²

Ditanyakan  : Ep = ....?

Jawab          :

        Ep = m x g x h

        Ep = 0,5 x 10 x 8

        Ep = 40 joule

2.  Mobil mainan yang massanya 600 gram bergerak dengan kecepatan tetap 4 m/s. Hitunglah energi kinetik mobil mainan tersebut!

Diketahui    : m = 600 gram = 0,6 kg  

                    v =  4 m/s

Ditanyakan  : Ek = ... ?

Jawab         : 

    Ek =  ½ x m x v²

    Ek =  ½ x 0,6 x 4²

    Ek =  ½ x 0,6 x 16

    Ek =  0,6 x 8

    Ek =  4,8 joule

3. Perhatikan gambar!

a. Pada posisi mana energi potensial gravitasi  benda maksimum? Jelaskan!

b. Pada posisi mana energi kinetik benda maksimum? Jelaskan!

c. Jika massa benda 2 kg dan percepatan gravitasi bumi  10 m/s2 hitunglah energi kinetik di titik Q!

PENYELESAIAN:

a. Di titik P karena posisinya dari permukaan tanah paling tinggi.

b. Di titik  S karena pada posisi S kecepatan benda maksimum.

c. Diketahui m = 2 kg

                g = 10 m/s²

                h(P) = 20 m

                h(Q) = 16 m

Ditanyakan        Ek (Q)= ...?

Jawab :

Dicari EM di P dahulu

EM (P) = Ep(P)

EM(P) = m x g x h(P)

        = 2 x 10 x 20

        = 400 J

EM(Q) = EM(P) = 400J

EM(Q) = Ep(Q) + EK(Q)

400         = m x g x h(Q) + Ek(Q)

400         = (2 x 10 x 16) + Ek(Q)

400         = 320 + Ek(Q)

Ek(Q)        = 400-320 

Ek(Q)        = 80 J

LINK SOAL TUGAS 

1. LINK SOAL KELAS 7A

2. LINK SOAL KELAS 7B

Sumber :

1. Buku Siswa IPA kelas 7

2. Buku Guru IPA kelas 7

3. Dokumen pribadi

4. https://www.google.co.id/ (gambar lampu pijar, batu baterai, kipas angin, generator)