Setiap benda yang bergerak memiliki energi. Ketapel yang ditarik lalu
dilepaskan sehingga batu yang berada di dalam ketapel meluncur dengan kecepatan
tertentu. Batu yang bergerak tersebut memiliki energi. Jika diarahkan pada ayam
tetangga maka kemungkinan besar ayam tersebut lemas tak berdaya akibat dihajar
batu. Pada contoh ini batu melakukan kerja pada ayam ;) Kendaraan beroda yang
bergerak dengan laju tertentu di jalan raya juga memiliki energi kinetik.
Ketika dua buah kendaraan yang sedang bergerak saling bertabrakan, maka bisa
dipastikan kendaraan akan digiring ke bengkel untuk diperbaiki. Kerusakan
akibat tabrakan terjadi karena kedua mobil yang pada mulanya bergerak melakukan
usaha / kerja satu terhadap lainnya. Ketika tukang bangunan memukul paku
menggunakan martil, martil yang digerakan tukang bangunan melakukan kerja pada
paku.
Setiap benda yang bergerak memberikan gaya pada benda lain dan memindahkannya
sejauh jarak tertentu. Benda yang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan kerja,
karenanya dapat dikatakan memiliki energi. Energi pada benda yang bergerak
disebut energi kinetik. Kata kinetik berasal dari bahasa yunani, kinetikos,
yang artinya “gerak”. ketika benda bergerak, benda pasti memiliki kecepatan.
Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik merupakan energi
yang dimiliki benda karena gerakannya atau kecepatannya.
Sekarang mari kita turunkan persamaan Energi Kinetik.
Untuk menurunkan persamaan energi kinetik, bayangkanlah sebuah benda bermassa m
sedang bergerak pada lintasan lurus dengan laju awal vo.
Agar benda dipercepat beraturan sampai bergerak dengan laju v maka pada benda
tersebut harus diberikan gaya total yang konstan dan searah dengan arah gerak
benda sejauh s. Untuk itu dilakukan usaha alias kerja pada benda tersebut
sebesar W = F s. Besar gaya F = m a.
Karena benda memiliki laju awal vo, laju akhir vt dan bergerak sejauh s, maka
untuk menghitung nilai percepatan a, kita menggunakan persamaan vt2 = vo2 +
2as.
Kita subtitusikan nilai percepatan a ke dalam persamaan gaya F = m a, untuk
menentukan besar usaha :
Persamaan ini menjelaskan usaha total yang dikerjakan pada benda. Karena W = EK
maka kita dapat menyimpulkan bahwa besar energi kinetik translasi pada benda
tersebut adalah :
W = EK = ½ mv2 —– persamaan 2
Persamaan 1 di atas dapat kita tulis kembali menjadi :
Persamaan 3 menyatakan bahwa usaha total yang bekerja pada sebuah benda sama
dengan perubahan energi kinetiknya. Pernyataan ini merupakan prinsip
usaha-energi. Prinsip usaha-energi berlaku jika W adalah usaha total yang
dilakukan oleh setiap gaya yang bekerja pada benda. Jika usaha positif (W)
bekerja pada suatu benda, maka energi kinetiknya bertambah sesuai dengan besar
usaha positif tersebut (W). Jika usaha (W) yang dilakukan pada benda bernilai
negatif, maka energi kinetik benda tersebut berkurang sebesar W. Dapat
dikatakan bahwa gaya total yang diberikan pada benda di mana arahnya berlawanan
dengan arah gerak benda, maka gaya total tersebut mengurangi laju dan energi
kinetik benda. Jika besar usaha total yang dilakukan pada benda adalah nol,
maka besar energi kinetik benda tetap (laju benda konstan).
Contoh soal 1 :
Sebuah bola sepak bermassa 150 gram ditendang oleh Ronaldo dan bola tersebut
bergerak lurus menuju gawang dengan laju 30 m/s. Hitunglah :
a) energi kinetik bola tersebut
b) berapa usaha yang dilakukan Ronaldo pada bola untuk mencapai laju ini, jika
bola mulai bergerak dari keadaan diam ?
panduan jawaban :
a) Energi Kinetik bola
EK= ½ mv2 = ½ (0,15 kg) (30 m/s2)2 = 67,5 Joule
b) Usaha total
W = EK2 – EK1
EK2 = 67,5 Joule
EK1 = ½ mv2 = ½ m (0) = 0 — laju awal bola (vo) = 0
Dengan demikian, usaha total :
W = 67,5 Joule – 0 = 67,5 Joule
Contoh soal 2 :
Berapa usaha yang diperlukan untuk mempercepat gerak sepeda motor bermassa 200
kg dari 5 m/s sampai 20 m/s ?
Panduan jawaban :
Pertanyaan soal di atas adalah berapa usaha total yang diperlukan untuk
mempercepat gerak motor.
W = EK2 – EK1
Sekarang kita hitung terlebih dahulu EK1 dan EK2
EK1 = ½ mv12 = ½ (200 kg) (5 m/s)2 = 2500 J
EK2 = ½ mv22 = ½ (200 kg) (20 m/s)2 = 40.000 J
Energi total :
W = 40.000 J – 2.500 J
W = 37.500 J
Tidak ada komentar:
Posting Komentar