Energi

Energi

Kamu telah sering mendengar atau mengucapkan kata energi. Tetapi, tahukan kamu apa sebenarnya energi itu? Bagaimana bentuk dan macam-macam energi? Untuk memahami lebih lanjut mengenai energi, mari kita pelajari uraian berikut!

1. Pengertian Energi

Ketika kamu berolahraga, misalnya main basket. Kamu mengeluarkan tenaga untuk berlari dan memainkan bola. Otototot tubuhmu mengubah energi kimia yang diperoleh dari makanan menjadi energi otot yang digunakan untuk bergerak. Berapa lama kamu dapat bertahan main basket? Tentu ada batasnya bukan? Kamu tidak mungkin bermain basket terusmenerus tanpa istirahat. Kamu pasti lelah. Otot-otot tubuhmu tidak dapat lagi memberikan energi untuk bergerak. Pada saat itu kamu membutuhkan istirahat, makan, dan minum untuk mengganti energi dalam tubuhmu. Perhatikan jika kamu menyetrika baju sekolahmu! Kamu pasti menggunakan setrika listrik untuk melakukannya. Setrika dapat digunakan jika terhubung dengan sumber arus listrik. Di dalam setrika terdapat komponen-komponen elektronika yang mengubah energi listrik menjadi energi panas. Perhatikan juga jika kamu melempar bola ke atas dan jatuh di tanah yang agak lembek! Apa yang terjadi? Batu yang kamu lemparkan akan meninggalkan jejak di tanah dan menimbulkan suara. Dalam hal ini, batu mempunyai energi gerak dan mengubahnya menjadi gaya untuk dapat meninggalkan jejak dan menimbulkan suara. Dari mana energi batu yang kamu lemparkan? Pada bagian selanjutnya kamu akan mengetahuinya. Dari contoh-contoh yang diberikan di atas, dapatkah kamu menjelaskan apa sebenarnya energi itu? Kamu memperoleh energi untuk bermain basket, setrika memperoleh energi listrik untuk memanaskan elemen pemanasnya yang digunakan untuk merapikan baju, batu yang dilemparkan mempunyai energi untuk dapat meninggalkan jejak di tanah dan menimbulkan suara. Dengan demikian, energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

2. Bentuk-Bentuk Energi

Jika kamu memperhatikan contoh-contoh yang diberikan, terlihat bahwa ada bermacam-macam energi. Pada saat kamu main basket kamu memperoleh energi kimia dari makanan yang kamu konsumsi dan mengubahnya menjadi energi gerak. Setrika mempunyai energi listrik yang diubahnya menjadi energi panas. Batu yang dilemparkan mempunyai energi mekanik yang diubah menjadi energi gerak dan energi bunyi. Dapatkah kamu mencari contoh bentuk energi yang lain?

a. Energi Kimia

Seperti telah disinggung sebelumnya, makanan yang kamu makan dan minuman yang kamu minum mengandung energi kimia. Zat-zat kimia yang terkandung di dalam makanan dan minuman tersebut dapat menghasilkan energi kimia karena di dalam tubuhmu sebenarnya terjadi reaksi kimia yang mengubah zat-zat yang terkandung dalam makanan menjadi energi. Gas, bensin, solar, batu bara, dan minyak tanah juga merupakan sumber energi kimia. Jika contoh-contoh sumber energi tersebut direaksikan, dapat menghasilkan energi.

b. Energi Listrik

Saat kamu menonton televisi atau mendengarkan radio, darimana televisi dan radio memperoleh energi? Televisi dan radio serta alat-alat elektronika lainnya memperoleh energi dari energi listrik. Pada televisi, energi listrik ini diubah menjadi energi cahaya dan energi bunyi, sedangkan pada radio diubah menjadi energi bunyi.

c. Energi Panas

Energi panas sering disebut juga energi kalor, merupakan salah satu bentuk energi yang berasal dari partikel-partikel penyusun suatu benda. Mengapa partikel-partikel suatu benda dapat menghasilkan energi panas? Kamu telah mengetahui bahwa setiap benda tersusun oleh partikelpartikel. Jika ada sesuatu yang dapat membuat partikelpartikel ini bergerak, benda tersebut akan menghasilkan energi panas. Kamu mungkin pernah mendengar bahwa orang dapat membuat api dari kayu kering yang digosokgosokkan. Kayu-kayu kering yang saling digosokkan akan menimbulkan panas yang dapat membakar bahan-bahan yang mudah terbakar.

d. Energi Bunyi

Untuk mengamati energi bunyi, lakukan kegiatan sederhana berikut. Peganglah sebuah mistar, kemudian getarkan mistar tersebut. Kamu akan mendengar bunyi yang dihasilkan dari getaran mistar tersebut. Dapatkah kamu menjelaskannya? Ketika penggaris kamu getarkan, partikel-partikel udara di sekitar mistar akan ikut bergetar, partikel-partikel inilah yang menimbulkan bunyi. Dengan demikian, bunyi dapat dihasilkan oleh getaran partikel udara di sekitar sumber bunyi. Dapatkah kamu mencari contoh benda-benda penghasil bunyi yang lain?

e. Energi Nuklir

Pernahkah kamu mendengar energi nuklir? Reaksi nuklir terjadi karena reaksi inti di dalam inti radioaktif. Contoh energi nuklir terjadi pada ledakan bom atom dan reaksi inti yang terjadi di Matahari. Energi nuklir dapat digunakan sebagai energi pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

(PLTN). Di Matahari, terjadi reaksi inti fusi yang menghasilkan energi nuklir yang sangat besar sehingga energi ini merupakan sumber energi utama di bumi. Sumber-sumber energi yang sering digunakan seperti minyak bumi, gas bumi, panas bumi, dan batubara jumlahnya terbatas dan tidak dapat diperbarui sehingga diperlukan konservasi energi. Sumber-sumber energi yang dapat diperbarui seperti air, tanah, hutan, dan Matahari masih belum banyak dipergunakan sehingga dapat dijadikan energi alternatif.

3. Perubahan Energi

Ketika sebuah batu jatu hdari suatu ketinggian, batu tersebut memiliki energi. Jika batu tersebut jatuh ke tanah, energi ini akan diubah menjadi energi panas (dapat teramati pada tanah yang menjadi hangat ketika terkena batu) dan energi bunyi. Jika jumlah energi tersebut dihitung, jumlah total energi tersebut adalah sama. Energi gerak yang dimiliki batu yang jatuh akan sama dengan energi bunyi ditambah energi kalor. Untuk mengetahui perhitungan energi secara kuantitatif akan dijelaskan pada bagian lain. Jadi, energi tidak pernah hilang, tetapi diubah ke dalam bentuk energi lain. Dengan konsep di atas, maka energi dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Tidak semua energi dapat langsung dimanfaatkan tetapi perlu diubah ke bentuk lain. Contoh perubahan energi antara lain sebagai berikut.

a. Energi listrik menjadi energi panas, misalnya pada setrika listrik, kompor listrik, dan solder listrik.

b. Energi listrik menjadi energi cahaya, misalnya pada lampu.

c. Energi listrik menjadi energi kimia, misalnya pada penyetruman (pengisian) aki.

d. Energi cahaya menjadi energi kimia, misalnya fotosintesis.

3. Energi Mekanik

Pernahkah kamu melihat buah jatuh dari pohonnya? Buah yang jatuh dari suatu ketinggian tersebut memiliki energi mekanik. Apa yang dimaksud energi mekanik? Energi mekanik adalah energi yang dimiliki suatu benda yang berkaitan dengan gerak. Energi mekanik terdiri atas energi potensial dan energi kinetik. Berikut penjelasan kedua energi tersebut.

a. Energi Potensial

Untuk mengamati energi potensial, lakukan kegiatan sederhana berikut! Peganglah sebuah batu. Julurkan tanganmu ke depan, kemudian lepaskan batu tersebut. Batu akan jatuh menimpa lantai dan kamu dapat mendengar suaranya. Sekarang, berjongkoklah di lantai, kemudian angkat batu kurang lebih 5 cm dari ubin. Kemudian, lepaskan. Kamu akan mendengar suara benturan batu dengan lantai lebih pelan. Mari kita amati peristiwa tersebut. Pada suatu ketinggian, batu memiliki energi. Pada saat batu masih dipegang, batu tersebut tidak dapat melakukan usaha. Akan tetapi, ketika dilepaskan dari ketinggian, batu dapat bergerak ke bawah. Berarti, batu tersebut mempunyai energi untuk melakukan gerak. Bentuk energi ini dapat kamu buktikan dengan suara benturan batu dengan lantai. Hal ini menandakan energi tersebut telah berubah menjadi energi bunyi. Jika batu tersebut dijatuhkan dari ketinggian 5 cm, bunyi akibat benturan batu dengan lantai terdengar lebih pelan. Hal ini menunjukkan bahwa energi dari ketinggian ini lebih kecil daripada energi yang dihasilkan sewaktu kamu berdiri. Percobaan sederhana tersebut membuktikan adanya energi potensial. Jadi, energi potensial adalah energi yang disebabkan oleh posisi benda. Pada kasus ini, posisi benda adalah ketinggian diukur dari lantai. Semakin besar ketinggian batu dari lantai, semakin besar pula energi potensial yang dimiliki batu tersebut. Energi potensial juga

]

dipengaruhi oleh massa benda. Kamu akan mendengar bunyi lebih keras ketika menjatuhkan sebongkah batu yang massanya lebih besar daripada bunyi yang dihasilkan oleh jatuhnya batu kecil. Dari uraian di atas, energi potensial dapat ditulis ke dalam bentuk matematis sebagai berikut.

b. Energi Kinetik

Mengapa peluru yang keluar dari sebuah senapan sangat berbahaya jika mengenai manusia, padahal massa peluru hanya beberapa gram? Meskipun massanya kecil, peluru yang keluar dari senapan memiliki energi yang sangat besar. Hal ini disebabkan peluru tersebut mempunyai kelajuan yang sangat besar. Jika massa peluru tersebut diperbesar dengan gaya yang sama, energinya akan semakin besar pula. Energi apakah yang dimiliki peluru yang keluar dari senapan? Energi tersebut dinamakan energi kinetik. Jadi energi kinetik dapat didefinisikan sebagai energi yang dimiliki sebuah benda karena kelajuannya. Pada kasus peluru yang keluar dari senapan dapat disimpulkan bahwa besar energi kinetik bergantung pada massa benda dan kecepatannya. Energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut.

c. Energi Potensial dan Energi Kinetik pada Benda Bergerak

Perhatikan kembali batu yang kamu jatuhkan dari suatu ketinggian. Ketika batu berada pada suatu ketinggian, batu bermassa m pada suatu ketinggian h mempunyai energi potensial EP yang besarnya m × g × h. Ketika batu tersebut dijatuhkan, energi potensial tersebut berubah menjadi energi kinetik. Semakin bergerak ke bawah, energi potensialnya semakin berkurang dan energi kinetiknya semakin bertambah. Hal ini dikarenakan semakin bergerak ke bawah, ketinggian batu tersebut dari lantai semakin kecil (energi potensial berkurang) dan kelajuannya semakin besar (energi kinetiknya bertambah). Pada ketinggian tertentu, batu akan mempunyai energi potensial sama dengan energi kinetiknya. Pada akhirnya, batu tersebut jatuh ke lantai. Pada saat ini, energi yang dimiliki batu seluruhnya merupakan energi kinetik.

d. Hukum Kekekalan Energi

Pada bagian terdahulu telah dibahas mengenai bentukbentuk energi. Kamu tidak dapat bermain basket terusmenerus tanpa istirahat, makan, dan minum karena energi kimia dalam tubuhmu yang diperoleh dari makanan akan habis. Energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan, tetapi energi dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain. Pernyataan ini dikenal dengan hukum kekekalan energi. Ketika batu kamu jatuhkan dari suatu ketinggian, terjadi perubahan energi yaitu energi potensial menjadi energi kinetik. Pada akhirnya, energi kinetik ini pun akan berubah menjadi bentuk lain ketika batu sampai di lantai. Marilah kita selidiki hukum kekekalan energi pada kasus benda jatuh bebas. Pada sebuah benda yang jatuh bebas, terdapat dua buah energi yaitu energi mekanik. Energi mekanik terdiri atas energi potensial dan energi kinetik. Meskipun energi potensial benda yang jatuh bebas akan semakin kecil ketika ketinggian semakin rendah, tetapi di sisi lain energi kinetiknya bertambah. Dengan demikian energi mekaniknya tetap sama (konstan). Kekekalan energi mekanik pada benda jatuh bebas dapat diilustrasikan seperti pada Gambar 7.10.

B. Usaha

Dalam kehidupan sehari-hari, kamu pasti sering mendengar kata “usaha”. Misalnya, kamu berusaha keras mempelajari pelajaran Fisika untuk mempersiapkan diri menghadapi ulangan. Seorang atlet balap sepeda berusaha keras untuk menghadapi olimpiade. Romi berusaha mendorong lemari sejauh 3 meter.

1. Pengertian Usaha

Dalam kehidupan sehari-hari usaha berarti upaya manusia untuk melakukan sesuatu guna tujuan tertentu. Apa pengertian usaha dalam Sains? Sebuah benda dikatakan melakukan usaha jika ada gaya yang dilakukan pada benda tersebut atau benda tersebut memberikan gaya yang menyebabkan benda tersebut berubah posisinya. Dari tiga contoh yang diberikan di atas, coba kamu tentukan mana yang merupakan usaha menurut Fisika dan mana yang bukan. Dari pengertian gaya, usaha (W) dapat dituliskan dalam bentuk matematis, yaitu hasil kali antara gaya (F) dan perpindahan (s). Dalam hal ini, usaha searah dengan gaya, sehingga usaha merupakan besaran vektor.

Kamu harus ingat bahwa gaya yang dimaksud dalam persamaan ini adalah gaya yang searah dengan arah perpindahan. Seorang pramusaji yang sedang berjalan mengantarkan makanan ke meja pelanggannya dikatakan tidak melakukan usaha meskipun tangannya memberikan gaya untuk menahan makanan yang dibawanya. Hal ini dikarenakan gaya yang diberikan pramusaji tersebut tegak lurus dengan arah berjalannya. Gaya tangannya ke atas dan arah berjalannya mendatar. Apa satuan usaha? Jika sebuah benda melakukan usaha dengan gaya F = 1 N sehingga membuat benda bergeser 1 m, usaha dan satuannya dapat dihitung sebagai berikut.

2. Hubungan Energi dengan Usaha

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 pada Gambar 7.14. 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.

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.

C. Daya

Pada pembahasan tentang gerak, kamu telah mengetahui bahwa kecepatan adalah perubahan jarak per satu sekon. Misalkan, sebuah mobil kecepatannya 20 m/s. Angka ini mengandung arti bahwa dalam satu sekon, mobil tersebut mampu menempuh jarak 20 m. Terlihat bahwa kecepatan merupakan perubahan jarak setiap satu sekon. Usaha dapat didefinisikan sebagai perubahan energi. Jika perubahan energi ini diukur setiap satu sekon, akan didapatkan sebuah besaran baru yaitu perubahan usaha setiap satu sekon. Besaran tersebut disebut daya. Jadi, daya dapat didefinisikan sebagai perubahan energi setiap satu sekon. Dalam bahasa Inggris, daya adalah power. Dengan demikian, daya dilambangkan dengan P. Secara matematis, daya dituliskan sebagai berikut.

Beri Penilaian