TMR Mekanika - Kelompok 7 [PDF]

Citation preview

Mini Riset (MR) ENERGI POTENSIAL DAN USAHA



DI SUSUN OLEH : KELOMPOK 7 1. AZZAHRA SIREGAR (4203151042) 2. . MIRANDA NIHDATUL ZAHWA (4203351011) 3. MONICA AURELIA (4203151048)



MATA KULIAH: MEKANIKA DOSEN PENGAMPU: Drs.PINTOR SIMAMORA, M.Si



PROGRAM STUDI S1 PENDIDIKAN IPA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN



2021



KATA PENGANTAR



Puji syukur kami ucapkan atas kehadirat Allah SWT, karena dengan rahmat dan karunia-Nya kami masih diberi kesempatan untuk menyelesaikan tugas Mini Riset (MR) ini. Tugas Mini Riset (MR) ini kami susun dengan maksud sebagai salah satu tugas kuliah Mekanika dan sebagai penambah wawasan dan pemahaman bagi kami mengenai materi yang sedang kami pelajari yaitu mengenai Usaha dan Energi. Harapan kami setelah menulis tugas Mini Riset (MR) ini ,kami dan teman-teman yang membaca akan lebih mengerti tentang materi ini. Tidak lupa kami ucapkan terimakasih kepada dosen pengampu Bapak Drs.Pintor Simamora, M.Si dan teman-teman yang telah memberikan dukungan dalam menyelesaikan tugas Mini Riset (MR) ini . Kami menyadari bahawa tugas Mini Riset (MR) kami ini masih memiliki banyak kekurangan,oleh karena itu kami berharap adanya kritik dan saran akan tugas Mini Riset (MR) kami ini. Akhir penulis berharap semoga Allah memberikan imbalan yang setimpal pada mereka, yang telah memberikan bantuan, dan dapat menjadikan semua bantuan ini sebagai ibadah. Amin Yaa Robbal’Alamiin.



Medan,April 2021 Penyusun



Kelompok 7



i



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR ...................................................................................................... i DAFTAR ISI ..................................................................................................................... ii BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 A. Latar Belakang ........................................................................................................ 1 B. Rumusan Masalah ................................................................................................... 2 C. Tujuan dan Manfaat ................................................................................................ 2 BAB II TEORI SINGKAT ............................................................................................... 3 BAB III ALAT BAHAN DAN PROSEDUR .................................................................. 9 A. Alat dan Bahan ........................................................................................................ 9 B. Prosedur Kerja ........................................................................................................ 9 BAB IV PEMBAHASAN ................................................................................................ 10 A. Hasil Pengamatan.................................................................................................... 10 B. Analisis Data ........................................................................................................... 11 BAB V PENUTUP............................................................................................................. 12 A. Kesimpulan ............................................................................................................. 12 B. Saran ....................................................................................................................... 12 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 13



ii



BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Usaha dan energi sebenarnya merupakan ungkapan yang sering digunakan dalam percakapan sehari-hari.



Usaha yang dalam kehidupan sehari-hari sering disebut kerja



merupakan segala kegiatan untuk mencapai tujuan tidak memperdulikan apakah tujuan tersebut tercapai atau tidak selama orang yang melakukan kegiatan dapat dikatakan bahwa orang tersebut sudah berusaha atau bekerja sedangkan energi atau orang yang disebut dengan tenaga adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Oleh karena itu, kita sering menyebut orang yang banyak melakukan kegiatan dan seakan-akan tanpa lelah sebagai orang yang energik. Dalam fisika, usaha yang dibangun oleh gaya (F), jarak perpindahan (s) dan arah perpindahan ( ).Yang artinya usaha dapat terjadi pada suatu benda yang diberikan oleh orang yang memberikan benda tersebut mengalami benda tersebut mengalami perubahan gaya dan gaya yang diberikan tidak vertikal dengan arah pergerakannya (a



90º "/ 270º). Energi



dalam fisika merupakan kemampuan melakukan usaha. Definisi yang sederhana ini sebenamya Kurang tepat atau kurang valid untuk beberapa jenis energi (misalnya energi panas atau energi cahaya tidak dapat melakukan kerja) Definisi tersebut hanya bersifat umum. Secara umum, tanpa energi kita tidak dapat melakukan kerja. Usaha dilakukan ketika energi dipindahkan dari satu benda ke Contoh ini juga menjelaskan salah satu konsep penting dalam sains, yakni kekekalan energi Jumlah total energi pada sistem dan lingkungan bersifat kekal alias tetap. Energi tidak pernah hilang, tetapi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi menjadi energi lain. Hukum Kekekalan Energi akan kita kupas tuntas dalam pokok bahasan listrik. (Alexsander, 2008). Usaha dan Energi merupakan besaran skalar sehingga analisis kita menjadi lebih mudah dibandingkan ketika kita belajar gaya. Energi potensial adalah energy yang tersimpan di dalam suatu benda (materi) karena kedudukannya.Adapun rumusanya adalah : Usaha adalah gaya yang bekerja pada



Ep = m g h



benda dan menyebabkan



Sedangkan untuk kecepatan menggunakan :



perpindahan.Adapun rumusnya adalah : v=



dan untuk t =



W=Fs 1



B. Rumusan Masalah Dari uraian latar belakang mengenai usaha dan energi diatas, maka dapat ditarik beberapa rumusan masalah seperti: 1. Bagaimana cara mengukur energy potensial dari sebuah benda dengan ketinggian yang sama dan massa yang berbeda ? 2. Apa hasil dari kecepatan benda yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu ? 3. Apa yang terjadi bila besar usaha yang diberikan pada sebuah benda dengan massa tetap (tetapan gravitasi bumi = 10 m/s) ?



C. Tujuan dan Manfaat Dari beberapa rumusan masalah di atas, maka dapat ditentukan tujuan serta manfaat dari makalah ini, seperti berikut: 1. Mengukur energi potensial dari sebuah benda jika diukur dari ketinggian yang sama dan massa yang berbeda. 2. Mengatahui kecepatan benda yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu. 3. Mengetahui besar usaha yang diberikan pada sebuah benda dengan massa tetap dengan tetapan gravitasi bumi = 10 m/s.



2



BAB II TEORI SINGKAT 1. Usaha Usaha merupakan sesuatu yang dilakukan oleh gaya pada sebuah benda, yang menyebabkan benda bergerak. Usaha dikatakan telah dilakukan hanya jika gaya menyebabkan sebuah benda bergerak. Namun, jika kamu hanya menahan sebuah benda agar benda tersebut tidak bergerak, itu bukan melakukan usaha walaupun orang tersebut telah mengerakan seluruh kekuatannya untuk menahan batu tersebut. Jadi, dalam fisika, usaha berkaitan dengan gerak sebuah benda. Secara matematis, usaha yang dilakukan oleh gaya yang konstan didefinisikan sebagai hasil kali perpindahan dengan gaya yang sejajar dengan perpindahan.



Untuk memindahkan sebuah benda yang bermassa lebih besar, diperlukan usaha yang lebih besar pula. Juga untuk memindahkan suatu benda pada jarak yang lebih jauh, diperlukan pula usaha yang lebih besar. Dengan berdasarkan pada kenyataan tersebut, Usaha didefinisikan sebagai hasil kali gaya dan perpindahan yang terjadi. Bila usaha kita simbolkan dengan W, gaya F, dan perpindahan s, maka W = F . s .



S Baik gaya maupun perpindahan merupakan besaran vektor. Sesuai dengan konsep perkalian titik antara dua buah vektor, maka usaha W merupakan besaran skalar. Bila sudut yang dibentuk oleh gaya F, dengan perpindahan s adalah α, maka besaranya usaha dapat dituliskan sebagai :



3



W = (F cos α) s W = F s cos α Dalam sistem satuaan SI, satuan usaha adalah joule, yang dilambangkan dengan huruf J. Satu joule didefinisikan sebagai besarnya usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya 1 newton yang bekerja searah dengan perpindahan benda, yang menyebabkan perpindahan sejauh 1 meter. Dengan demikian, 1 joule = 1 newton x 1 meter joule = Newton x meter Untuk usaha yang lebih besar, biasanya menggunakan satuan kilojoule (kJ) dan megajoule (MJ). 1 kJ = 1000 J 1 MJ = 1000 000 J a) Usaha oleh Beberapa Gaya Ketika beberapa gaya berkerja pada suatu benda, berapakah usaha total yang dilakukan pada benda tersebut ? Dalam kasus ini, kita dapat menghitung usaha masingmasing gaya secara individual. Usaha total sama dengan jumlah dari usaha yang dilakuakn masing-masing gaya.Metode ini benar karena usaha merupakan besaran skalar, sehingga penjualan aljabar biasa berlaku di sini. Wtotal = F1 s1 + F2 s2 + F3 s3 + …. + FN sN = W1 + W2 + W3 + …. + WN



b) Usaha Negatif Tanda negatif menujukan arah gaya yang berlawanan dengan arah perpindahan. Jika usaha oleh tangan pada balok adalah usaha positif, karena searah dengan perpindahan balok, maka usaha oleh balok pada tangan benilai negatif. Contoh usaha negatif yaitu gaya gesek (Fg) benda yang bergerak dengan bidang yang kasar.



4



2. Energi Potensial Secara umum, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam sebuah benda atau dalam suatu kedaan tertentu. Dengan demikian, dalam air terjun terdapat energi potensial, dalam batu bara terdapat energi potensial, dalam tubuh kita terdapat energi potensial. Energi potensial karena masih tersimpan, yang tersimpan dalam air yang berada diatas suatu tebing baru bermanfaat ketika diubah menjadi energi kinetik dalam air terjun. Energi potensial dalam batu bara baru bermanfaat ketika diubah menjadi energi panas melalui pembakaran. Energi potensial dalam tubuh kita akan bermanfaat jika kita mengubah menjadi energi gerak yang dilakukan oleh otot-otot tubuh kita. Dalam pengertian yang lebih sempit, yakni dalam mekanika, energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena kedudukan atau keadaan benda tersebut. Contoh energi potensial gravitasi dan energi potensial elastik. Energi potensial gravitasi dimiliki oleh benda yang berada di ketinggian tertentu dari permukaan tanah. sedangkan energi potensial elastic dimiliki oleh, misalnya karet ketapel yang direnggangkan. Energi potensial elastik pada karet ketapel ini baru bermanfaat ketika regangan tersebut dilepaskan sehingga menyebabkan berubahnya energi potensial elastik menjadi energi kinetik. a) Energi Potensial Gravitasi Sebuah benda yang berada pada ketinggian tertentu terhadap suatu bidang acuan tertentu memiliki energi potensial. Energi ini, sesuai dengan penyebanya, disebut energi potensial gravitasi. Artinya, energi ini potensial untuk melakukan usaha dengan cara mengubah ketinggiannya. Semakin tinggi kedudukan suatu benda dari bidang acuan, semakin besar energi potensial gravitsi yang dimilikinya. Untuk membahas seberapa besar energi ini, mari kita simak uraian berikut terlebih dahulu : Sebuah benda bermassa 1 kg yang diam diatas lantai diangkat sampai pada ketinggian 1m diatas lantai. Lantai dianggap sebagai bidang acuan. kita tahu bahwa gaya yang diperlukan untuk melakukan usaha ini, yaitu mengangkat benda ini, sama dengan gaya yang diperlukan untuk melawan gaya gravitsi yang berkerja pada benda (gaya berat). Besarnya berat tersebut dapat kita tuliskan sebagai F = mg, dimana m adalah massa benda, dan g adalah percepatan gravitsi Bumi. jika ketinggian benda sama dengan h, besarnya usaha yang dilakukan untuk mengangkat benda bermassa m setinggi h adalah.



5



W=Fh =mgh Kembali pada benda bermassa 1 kg yang diangkat setinggi 1 m, maka besar usaha yang telah dilakukan adalah, W = (1kg) (9,8 m/s 2) (1m) W = 9,8 J Dengan demikian, pada ketinggian 1m di atas, benda tersebut memiliki energi potensial gravitasi, yaitu kemampuan untuk malakukan usaha (misalnya menjatuhkan diri) sebesar 9,8 J. Dari uraian di atas, kita dapat merumuskan secara umum persamaan untuk menghitung energi potensial (EP). EP = berat x ketinggian EP = m g h Dalam rumus ini, h adalah perubahan ketinggian diukur dari bidang acuan. b) Energi Potensial Elastik Pegas Ketika kita merentangkan sebuah pegas, misalnya yang digunakan untuk melatih otot lengan, kita harus melakukan suatu kerja dengan mengerahkan suatu usaha. Pada bagian terdahulu kita pelajari bahwa usaha sama dengan luas daerah dibawah grafik gaya (F) kali perpindahan (x).



6



Ketika berada dalam keadaan diam, setiap pegas memiliki panjang alami. Jika pegas di tekan sejauh x dari panjang alami, diperlukan gaya sebesar Ft (gaya tekan) yang nilainya berbanding lurus dengan x, yakni : Ft = kx k adalah konstanta pegas (ukuran kelenturan/elastisitas pegas) dan besarnya tetap. Ketika ditekan, pegas memberikan gaya reaksi, yang besarnya sama dengan gaya tekan tetapi arahnya berlawanan. gaya reaksi pegas tersebut dikenal sebagai gaya pemulih. Besarnya gaya pemulih adalah : FP = ‐kx Tanda minus menunjukkan bahwa arah gaya pemulih berlawanan arah dengan gaya tekan. Untuk menghitung Energi Potensial pegas yang ditekan atau diregangkan, terlebih dahulu kita hitung usaha yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas. Kita tidak bisa menggunakan persamaan W = F s = F x, karena gaya tekan atau gaya regang yang kita berikan pada pegas selalu berubah‐ubah selama pegas ditekan. Ketika menekan pegas misalnya, semakin besar x, gaya tekan kita juga semakin besar. Beda dengan gaya angkat yang besarnya tetap ketika kita mengangkat batu. Kita menggunakan gaya rata‐rata. Gaya tekan atau gaya regang selalu berubah, dari F = 0 ketika x = 0 sampai F = kx (ketika pegas tertekan atau teregang sejauh x). Besar gaya rata‐rata adalah : F =



( +



)



= ½ kx x merupakan jarak total pegas yang teregang atau pegas yang tertekan (bandingkan dengan gambar di atas). Usaha yang dilakukan adalah : W=F. W=(½kx)x W = ½ k x2



7



Seluruh usaha yang dilakukan oleh beban (atau oleh tangan kita) ini akhirnya disimpan menjadi energi potensial elastik pegas, karena dalam peristiwa ini tidak terjadi perubahan energi kinetika pegas. Dengan demikian, sebuah pegas yang memiliki konstanta gaya k dan terentang sejauh x dari keadaan setimbanganya memiliki energy potensial elastik sebesar EP. EP = ½ k x2



8



BAB III ALAT BAHAN DAN PROSEDUR A. Alat dan Bahan Adapun alat dan bahannya,yaitu : 1. Bola bekel 2. Bola tennis 3. Bola pingpong 4. Beban dari kayu 5. Alat pengukur usaha 6. Mistar (panjang = 100 cm) 7. Stopwatch digital



B. Prosedur Kerja Untuk EP 1. Meletakkan mistar di dinding secara tegak. 2. Menjatuhkan bola dari ketinggian yang diinginkan,ulangi setiap bola minimal 5 kali percobaan. 3. Mencatat hasil perhitungan waktu. Untuk Usaha 1. Memasangkan beban pada alat ukur. 2. Mencatat F yang terlihat. 3. Menarik secara konstan.



9



BAB IV PEMBAHASAN A. Hasil Pengamatan EP (massa berbeda,ketinggian sama) Tabel 1.1 No



m (gr)



g (m/s2)



h (m)



t (s)



v (m/s)



Ep (j)



1



3,6



10



1



0,31



36



2



6,5



10



1



0,33



65



3



13,62



10



1



0,34



136,2



4



52,3



10



1



0,32



523



5



56,1



10



1



0,31



561



EP (massa sama,ketinggian berbeda) Tabel 1.2 No



m (gr)



g (m/s2)



h (m)



t (s)



1



56,1



10



0,5



0,17



280,5



2



56,1



10



0,75



0,24



420,75



3



56,1



10



1



0,26



561



4



56,1



10



1,25



0,35



701,25



5



56,1



10



1,50



0,40



841,5



10



v (m/s)



Ep (j)



Usaha Tabel 1.3 No



F(N)



s (m)



W



1



0,8



0,2



0,16



2



0,8



0,3



0,24



3



0,8



0,4



0,32



4



0,8



0,5



0,40



5



0,8



0,6



0,48



B. Analisis Data 1) Perhitungan salah satu dari data Ep V= = = Ep = mgh = (56,1) (10) (0,5) = 280,5 J



2) Penghitung salah satu dari data W W=Fs = (0,8) (20) = 16 J



11



BAB V PENUTUP A. Kesimpulan Adapun kesimpulan dari percobaan ini,yaitu : 1. Semakin besar massa benda,maka semakin besar pula energi potensialnya. 2. Semakin tinggi jarak benda dari tanah,maka energi potensialnya semakin besar. 3. Benda yang memiliki massa berbeda apabila dijatuhkan dari ketinggian yang sama maka kecepatannya akan sama.



B. Saran Kami berharap kepada semua pembaca agar dapat memahami isi dari Mini Riset kami ini, yang membahas tentang Energi Potensial dan Usaha. Mudah-mudahan dapat berguna bagi kita semua pada umumnya, dan Perguruan Tinggi UNIMED khususnya.



12



DAFTAR PUSTAKA



 Fendi, Purwoko.FISIKA 2 SMA Kelas XI.Jakarta: Yudhistira  Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.  Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.  Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik–Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.  Young, Hugh D. & Freedman, Roger A. 2002. Fisika Universitas (Terjemahan).  Jakarta : Penerbit Erlangga.  Sutrisno. 1997. Fisika Dasar (Edisi kelima). Jakarta. Penerbit Erlangga.



13