Materi Usaha dan Energi Fisika Kelas 10 SMA Kurikulum Merdeka dan Penjelasannya
Materi Usaha dan Energi Fisika Kelas 10 SMA Kurikulum Merdeka dan Penjelasannya — Di kelas 10 SMA kurikulum merdeka kamu akan berkenalan dengan usaha dan energi.
Materi usaha dan energi fisika kelas 10 yang Mamikos bahas akan mencakup pengertian, rumus usaha dan energi serta yang terakhir contoh usaha dan energi.
Mamikos sudah merangkum materi ini dari berbagai sumber. Simak ya!
Berikut Materi Usaha dan Energi Fisika Kelas 10
Daftar Isi
Daftar Isi
Pada materi usaha dan energi fisika kelas 10 ini siswa akan diajarkan mengenai konsep-konsep dasar fisika yang berkaitan dengan cara objek melakukan usaha dan proses transfer energinya.
Rumus usaha nantinya akan dibedakan menjadi usaha yang dilakukan di bidang datar serta yang dilakukan di bidang miring.
Sementara untuk energi fisika, nantinya Mamikos akan mengupas energi kinetik, energi potensial dan energi mekanik serta kaitannya dengan usaha.
Tanpa berlama-lama lagi, yuk kita pelajari materi usaha dan energi fisika kelas 10 di bawah ini!
Usaha
Materi usaha dan energi fisika kelas 10 yang akan kita pelajari pertama adalah pengertian usaha. Simak ya!
Menurut Uliya (2017) dalam Gaya, Usaha, dan Energi, usaha merujuk pada jumlah energi yang dipindahkan dari satu bentuk ke bentuk lain melalui gaya pada suatu objek yang menyebabkan objek berpindah.
Usaha dihitung sebagai hasil kali antara komponen gaya yang diterapkan pada arah perpindahan dan jarak yang ditempuh oleh objek tersebut.
Rumus Usaha
Rumus usaha (W) adalah sebagai berikut:
W=F⋅s⋅cos(θ)
Di mana:
- W adalah usaha,
- F adalah besar gaya yang diterapkan pada objek,
- s adalah jarak yang ditempuh oleh objek, dan
- θ merupakan sudut di antara vektor gaya serta perpindahan.
Jika gaya diterapkan dalam arah yang sama dengan perpindahan objek, maka sudut θ adalah 0 derajat, dan cos(0) adalah 1, sehingga usaha dapat disederhanakan menjadi
W=F⋅s
Usaha dianggap positif ketika gaya yang diterapkan bergerak searah dengan perpindahan objek, dan negatif ketika gaya bergerak berlawanan dengan arah perpindahan.
Usaha pada Bidang Datar
Usaha pada bidang datar merujuk pada energi yang diperlukan untuk memindahkan objek sepanjang permukaan datar.
Dalam konteks ini, usaha dihitung dengan mengalikan gaya yang diterapkan pada objek, jarak yang ditempuh oleh objek, dan kosinus sudut antara arah gaya dan arah perpindahan.
Rumus Usaha pada Bidang Datar
Rumusnya adalah:
W=F.cos(θ)⋅s
Di mana:
- W adalah usaha yang dilakukan,
- F adalah besar gaya yang diterapkan pada objek,
- θ merupakan sudut di antara vektor gaya serta perpindahan
- s adalah jarak yang ditempuh oleh objek.
Usaha pada Bidang Miring
Tidak semua usaha dilakukan di bidang yang datar, oleh sebab itu materi usaha dan energi fisika kelas 10 selanjutnya akan membahas usaha pada bidang miring.
Pada bidang miring, usaha yang dilakukan untuk memindahkan objek ke atas permukaan miring tergantung pada gaya yang diperlukan untuk mengatasi gaya gravitasi yang bertindak pada objek.
Usaha ini berbeda dari situasi pada bidang datar karena melibatkan komponen gravitasi yang berpengaruh di sepanjang arah kemiringan.
Rumus Usaha Pada Bidang Miring
Rumus usaha pada bidang miring adalah:
W=m⋅g⋅sin(θ)⋅s
Di mana:
- W adalah usaha yang dilakukan,
- m adalah massa objek,
- g adalah percepatan gravitasi (biasanya dianggap sekitar 9.8 m/s2 di permukaan bumi),
- θ merupakan sudut kemiringan suatu bidang miring jika dibandingkan sumbu horizontal
- s adalah jarak sepanjang bidang miring yang ditempuh objek.
Jadi, usaha yang diperlukan untuk memindahkan objek pada bidang miring mencerminkan energi yang diperlukan untuk mengatasi gaya gravitasi ini sepanjang jarak s di bidang miring.
Energi
Materi usaha dan energi fisika kelas 10 yang selanjutnya akan kita kupas adalah mengenai energi.
Energi dalam ilmu fisika adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau menghasilkan perubahan.
Kamu tentu pernah mendengar Hukum Kekekalan Energi yang berbunyi bahwa energi dapat dipindahkan antar objek atau sistem, diubah dari satu bentuk ke bentuk lain, namun tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Nah, seperti itulah gambaran dari sebuah energi dalam konteks fisika.
Energi Kinetik
Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh suatu objek karena objek tersebut melakukan gerakan.
Objek yang bergerak, tidak peduli seberapa lambat atau cepat, memiliki energi kinetik karena memiliki massa dan kecepatan.
Rumus Energi Kinetik
Rumus dasar energi kinetik (Ek) adalah sebagai berikut:
Ek = mv2
Di mana:
- Ek adalah energi kinetik,
- m adalah massa objek
- v adalah kecepatan objek.
Hubungan Energi Kinetik dengan Usaha
Dalam konteks fisika, hubungan antara energi kinetik dan usaha didasarkan pada prinsip bahwa usaha yang dilakukan pada objek digunakan untuk mengubah energi kinetiknya.
W = ΔEk = Ek2−Ek1 = m(v22 – v12)
Di mana:
- W adalah total usaha yang dilakukan pada objek.
- Ek2 adalah energi kinetik akhir objek.
- Ek1 adalah energi kinetik awal objek.
Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh objek karena posisinya, komposisi, atau keadaan.
Energi ini berpotensi untuk diubah menjadi bentuk energi lain, seperti energi kinetik, ketika objek berubah posisi atau keadaan serta energi lainnya.
Energi Potensial Gravitasi
Energi potensial gravitasi adalah jenis energi yang dimiliki oleh objek karena posisinya dalam medan gravitasi.
Energi ini adalah bentuk energi potensial yang terkait dengan ketinggian objek relatif terhadap titik acuan tertentu.
Energi potensial gravitasi bergantung pada tiga faktor utama: massa objek, percepatan gravitasi, dan ketinggian objek dari titik acuan.
Rumus Energi Potensial
Rumus yang umum untuk energi potensial gravitasi (Ep) adalah seperti di bawah ini:
Ep =m⋅g⋅h
Di mana:
- Ep adalah energi potensial,
- m adalah massa objek,
- g adalah percepatan gravitasi, dan
- ℎ merupakan ketinggian suatu objek jika diukur dari titik awal.
Hubungan Energi Potensial dengan Usaha
Hubungan antara energi potensial dan usaha berdasarkan konsep bahwa usaha yang dilakukan terhadap suatu objek dapat mengubah energi potensialnya.
Misalnya, untuk mengangkat objek ke ketinggian tertentu, kita melakukan usaha terhadap gaya gravitasi, yang meningkatkan energi potensial gravitasi objek tersebut.
Rumus usaha (W) yang dilakukan untuk mengubah energi potensial objek adalah:
W = ΔEp = Ep2−Ep1 = m⋅g⋅(h2 – h1)
Di mana:
- W adalah total usaha yang dilakukan,
- ΔEp adalah perubahan energi potensial,
- Ep2 adalah energi potensial akhir
- Ep1 adalah energi potensial awal.
Energi Potensial Pegas
Materi usaha dan energi fisika kelas 10 selanjutnya yang akan Mamikos bahas adalah energi potensial pegas.
Energi potensial pegas adalah energi yang disimpan dalam pegas atau sistem elastis ketika pegas tersebut direntangkan atau ditekan.
Energi ini disimpan karena perpindahan pegas dari posisi setimbangnya dan akan dilepaskan ketika pegas kembali ke posisi semula.
Rumus Energi Potensial Pegas
Energi potensial pegas (Ep) dihitung dengan rumus berikut:
Ep = kx2
Di mana:
- Ep merupakan energi potensial pegas.
- k merupakan konstanta pegas yang digunakan untuk mengukur kekakuan pegas
- x merupakan perpindahan pegas dari posisi setimbangnya (dapat berupa peregangan atau kompresi).
Usaha yang diperlukan untuk merentangkan atau menekan pegas dianggap positif karena menambah energi sistem.
Ketika pegas dilepaskan, energi potensial pegas ini kemudian dapat diubah menjadi energi kinetik atau bentuk energi lain, tergantung pada sistemnya.
Energi Mekanik
Materi usaha dan energi fisika kelas 10 belum lengkap jika kita belum mengupas mengenai energi mekanik.
Energi mekanik adalah jumlah total dari energi kinetik dan energi potensial yang dimiliki oleh sebuah objek atau sistem.
Rumus Energi Mekanik
Energi mekanik (Em) dari sebuah objek atau sistem dapat dihitung dengan menjumlahkan energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep):
Em = Ek + Ep
- Em adalah energi mekanik total,
- Ek adalah energi kinetic
- Ep adalah energi potensial
Daya
Saat membahas materi usaha dan energi fisika kelas 10 tentu kita tidak boleh melupakan untuk mempelajari daya
Daya dalam ilmu fisika digunakan untuk mengukur laju di mana pekerjaan dilakukan atau energi ditransfer dalam suatu sistem.
Dengan kata lain, daya merupakan jumlah energi yang dikonsumsi atau diproduksi per unit waktu.
Rumus Daya
Membahas materi usaha dan energi fisika kelas 10 tidak lengkap jika belum kita ketahui rumus daya. Daya atau (P) dapat dihitung menggunakan rumus:
P = = = F.v
Di mana:
- P adalah daya (Watt)
- W adalah usaha atau energi yang dipindahkan (Joule)
- t adalah waktu yang diperlukan untuk melakukan usaha atau pemindahan energi tersebut. (detik)
- F adalah gaya (N)
- s adalah jarak (m)
- v adalah kecepatan (m/s)
Contoh Penerapan Konsep Usaha dan Energi
Tadi kita sudah banyak mempelajari materi usaha dan energi fisika kelas 10 yang berkutat pada teori dan rumus.
Selanjutnya pelajari juga penerapan materi usaha dan energi fisika kelas 10 dalam kehidupan sehari-hari yuk!
Contoh usaha dan energi dapat dilihat dalam berbagai fenomena sehari-hari berikut:
1. Mengayuh Sepeda
Konsep usaha dan energi dari mengayuh sepeda adalah sebagai berikut:
Usaha
Ketika mengayuh sepeda, seorang pengendara melakukan usaha terhadap sepeda dengan mengaplikasikan gaya melalui pedal.
Usaha ini menghasilkan perpindahan sepeda, di mana gaya yang diterapkan pada pedal menyebabkan sepeda bergerak ke depan.
Energi
Energi yang diperlukan untuk mengayuh sepeda berasal dari energi kimia dalam tubuh pengendara, yang diubah menjadi energi mekanik.
Energi ini digunakan untuk meningkatkan energi kinetik sepeda (dan pengendara) serta untuk mengatasi gaya gesekan dan hambatan udara.
2. Bendungan dan Pembangkit Listrik Tenaga Air
Contoh materi usaha dan energi fisika kelas 10 selanjutnya adalah bendungan dan PLTA.
Usaha
Dalam bendungan, usaha dilakukan oleh air yang jatuh dari ketinggian. Berat air karena gravitasi melakukan usaha terhadap turbin pembangkit listrik.
Energi
Air yang tersimpan di bendungan memiliki energi potensial gravitasi karena ketinggiannya. Ketika air dilepaskan dan jatuh, energi potensialnya diubah menjadi energi kinetik.
Saat air menggerakkan turbin, energi kinetiknya diubah lagi menjadi energi mekanik turbin, yang selanjutnya diubah menjadi energi listrik oleh generator.
3. Memanaskan Air
Penerapan konsep materi usaha dan energi fisika kelas 10 yang ketiga adalah saat kita memanaskan air. Penjelasannya adalah sebagai berikut:
Usaha
Usaha dalam konteks ini mungkin tidak terlihat secara langsung sebagai gaya yang menyebabkan perpindahan, tetapi lebih pada transfer energi termal.
Energi
Energi termal yang dihasilkan oleh pemanas air (misalnya, kompor gas atau pemanas listrik) dipindahkan ke air, meningkatkan energi internal (termal) air dan akhirnya meningkatkan suhunya.
Proses ini melibatkan perubahan energi kimia menjadi energi termal atau energi listrik menjadi energi termal, yang kemudian ditransfer ke air.
4. Menarik Busur Panah
Contoh penerapan materi usaha dan energi fisika kelas 10 yang terakhir adalah saat menarik busur panah.
Usaha
Ketika seorang pemanah menarik tali busur, ia melakukan usaha terhadap busur dengan mengaplikasikan gaya yang menyebabkan perpindahan tali busur.
Energi
Usaha yang dilakukan untuk menarik tali busur menyimpan energi dalam bentuk energi potensial elastis pada busur.
Ketika tali dilepaskan, energi potensial elastis diubah menjadi energi kinetik, yang kemudian ditransfer ke panah untuk memproyeksikannya menuju sasaran.
Penutup
Itulah materi usaha dan energi fisika kelas 10 yang sudah Mamikos susun berdasarkan kurikulum merdeka.
Usaha dan energi erat kaitannya dalam kehidupan sehari-hari kita. Semoga dengan ini kamu jadi semakin semangat dalam belajar fisika, ya!
Jika ada materi usaha dan energi fisika kelas 10 yang belum kamu pahami, maka kamu bisa melihat penjelasannya pada FAQ di bawah ini!
FAQ
Energi dan usaha (kerja) dalam fisika saling terhubung karena keduanya merupakan konsep yang menggambarkan transfer dan transformasi energi dalam sistem fisik.
Usaha dilakukan ketika ada perpindahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain atau dari satu objek ke objek lain.
Suatu gaya pada benda atau objek dapat dikatakan suatu usaha yaitu ketika adanya perpindahan (s) pada suatu benda atau objek.
Usaha bisa bernilai positif apabila suatu gaya yang dilakukan memiliki arah yang sejalan dengan perpindahan benda atau objeknya.
Jika hal itu yang terjadi maka benda itu akan bergerak tanpa bisa berhenti karena tidak adanya gaya yang bisa memperlambat atau menghentikan gerak benda itu.
Usaha otomatis akan bernilai negatif jika gaya yang bekerja berlawanan dengan perpindahan benda tersebut.
Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu: