Pembahasan Hubungan Usaha Dan Energi Lengkap

Ketika kamu menarik sebuah kotak, kamu memberikan gaya otot pada peti tersebut sehingga peti tersebut dapat bergerak.

Dalam peristiwa itu, energi kimia dalam otot berubah menjadi energi gerak seperti yang telah kamu di depan, bahwa suatu bentuk energi dapat diubah ke bentuk energi lain.

Dapat dikatakan bahwa proses melakukan usaha merupakan cara untuk memindahkan energi. Usaha yang dilakukan suatu benda sama dengan besarnya energi yang dipindahkan.

Pada contoh di atas, energi kimia di dalam ototmu digunakan untuk menggeser kotak. Besarnya usaha untuk menggeser kotak tersebut sama dengan besar energi otot.

Selain menggunakan energi kimia, usaha dapat juga dilakukan oleh sebuah benda yang memiliki energi lain misalnya energi listrik. Perhatikan alat berat yang digunakan untuk menebang pohon.

Gambar: Mesin memperoleh energi dari pembakaran bahan bakar untuk melakukan usaha.

Alat-alat tersebut dapat melakukan usaha dengan memberikan gaya yang diperoleh dari energi kimia yaitu pembakaran bahan bakar yang dapat memberikan energi pada mesin.

Sebuah mobil bergerak dengan laju v1. Oleh karena kelajuan ini, mobil tersebut mempunyai energi kinetik Ek1. Jika pengemudi menginjak pedal gas untuk menambah laju mobilnya hingga menjadi v2, energi kinetik mobil tersebut berubah menjadi Ek2.

Untuk melakukan penambahan laju mobil tersebut, mesin mobil dikatakan melakukan usaha. Besar usaha ini sama dengan selisih energi kinetiknya.

Kamu memegang batu pada suatu ketinggian h1, kemudian batu tersebut kamu ubah kedudukannya ke tempat yang lebih tinggi h2.

Untuk melakukan itu, otot tanganmu melakukan usaha yang besarnya sama dengan selisih energi potensial pada ketinggian h2 (Ep2) dan energi potensial pada ketinggian h1 (Ep1).

Usaha di sini dapat dituliskan dalam bentuk persaman berikut.

W = E2 – E1

Keterangan:
W = usaha (Joule)
E1 = energi pada keadaan 1 (Joule)
E2 = energi pada keadaan 2 (Joule)

Contoh Soal

1. Sebuah benda yang sedang bergerak mempunyai energi kinetik 500 Joule. Benda tersebut dipercepat hingga energi kinetiknya 600 Joule. Hitunglah usaha yang dilakukan benda tersebut!

Jawab:
Ek1 = 500 Joule
Ek2 = 600 Joule
W = .... ?

W = E2 – E1
     = 600 – 500
     = 100 Joule
Jadi, usaha yang dilakukan untuk benda tersebut adalah 100 Joule.

2. Sebuah mobil massanya 1.500 kg bergerak dengan kelajuan 72 km/jam. Pengemudi melihat ada kemacetan di depan maka rem diinjak sehingga kelajuan mobil menjadi 36 km/jam. Selama pengereman, mobil menempuh jarak 20 m. Hitunglah gaya yang dilakukan rem pada roda!

Gambar: Mobil yang bergerak mempunyai energi kinetik.

Jawab:
m = 1.500 kg
v1 = 72 km/jam = 20 m/s
v2 = 36 km/jam = 10 m/s
s = 20 m
F = .... ?

Energi mobil adalah energi kinetik.
Ek = ½ m × v2
 Ek1 = ½ × 1.500 kg × (20)²  m/s
       = 3 × 105 Joule

Ek2 = ½ × 1.500 kg × (10)²  m/s
        = 0,75 × 105 Joule

W = Ek2 – Ek1
     = (0,75 – 3) × 105 Joule
     = –2,25 × 105 Joule

W = F × s
F = W/s
   = -2,25 x 105 Joule : 20 m
   = -11,250 N
Jadi, gaya yang dilakukan rem pada roda adalah –11.250 N.

Perhatikan contoh soal nomor 2 di atas. Terlihat bahwa usaha yang dilakukan mobil bernilai negatif, ini berarti usaha bukan dilakukan oleh mesin mobil, tetapi usaha dilakukan oleh rem mobil pada roda.

Rem mobil memberikan gaya pada roda untuk memperlambat laju mobil yang arahnya berlawanan dengan arah gerak mobil. Oleh karena itu, gaya rem mobil pada roda bernilai negatif.