E-BOOK USAHA DAN ENERGI_DURROTUN NAFISAH_0403519012

KATA PENGANTAR Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nya dapat terselesaikan penyusunan E-book Mata Pelajaran Fisika bab Usaha dan Energi untuk siswa pada jenjang SMA kelas X ini. Ucapan terimakasih kami ucapkan kepada semua pihak yang telah membantu dalam proses penyusunan dan penyempurnaan sehingga dapat dipersembahkan E-book sebagai salah satu media pembelajaran bagi siswa di sekolah. Pendidikan adalah hal kompleks, sadar, dan terencana untuk mewujudkan suasana pembelajaran yang kondusif dan menyenangkan bagi siswa, sehingga siswa dapat berperan secara aktif dan terarah dalam mengoptimalkan potensi serta kemampuan yang mereka miliki dalam berbagai hal seperti penguasaan diri, pengendalian diri, keahlian spiritual, kepribadian, kecerdasan, rasa tanggun jawab serta sopan santun dan perilaku baik bagi lingkungan sekolah ataupun lingkungan tempat tinggal. Semakin tinggi tingkat pendidikan suatu Negara maka kualitas sumber daya manusianya akan semakin baik, oleh karena itu tingkat pendidikan dapat dijadikan sebagai salah satu tolok ukur kemajuan suatu negara. Pendidikan yang berkualitas tentunya didukung oleh tenaga pengajar atau guru yang berkompeten. Selain itu sarana dan prasaranan yang memadai akan semakin membuat pendidikan bermutu. Sarana dan prassarana yang dimaksudkan yaitu berupa bahan ajar dan media pembelajaran yang digunakan oleh guru dalam menyampaikan materi pembelajaran. Mengingat sekarang kita berada pada masa pandemi covid -19 yang mengharuskan untuk melaksanakan aktivitas termasuk kegiatan pembelajaran dilaksanakan secara daring (online). Hal tersebut tidak boleh menjadi batasan atau penghalang demi terwujudnya pembelajaran yang interaktif. E-book ini dirancang untuk menunjang pembelajaran sistem daring dan memudahkan siswa untuk mengikuti pembelajran dimanapun dan kapanpun tanpa harus membawa banyak buku. Modul ini dikembangkan dengan bertolok pada Kurikulum 2013 yang mengacu pada Permendikbud No. 24 Tahun 2016. Penyusunannya mengacu pada kompetensi inti dan kompetensi dasar yang mencakup empat aspek, yaitu (1) sikap spiritual, (2) sikap social, (3) pengetahuanh, (4) keterampilan. E-book ini jauh dari kata sempurna, untuk itu kritik, saran, dan masukkan yang membangun diharapakan demi perbaika dan penyempurnaan E-book. Semarang , Oktober 2020 Durrotun Nafisah i

Daftar Isi Kata Pengantar……………………………………………………………………………………..……………………………. i Daftar Isi ………………………………………………………………………………………………….………………………….. ii Daftar Gambar …………………………………………………………………………………………………………………. iii Daftar Video ……………………………………………………………………………………………………………………… iv Daftar Tabel ………………………………………………………………………………………….…………………………… v Pendahuluan ……………………………………………………………………………………….……………………………… 1 Bab 9. Usaha dan Energi A. Usaha …………………………………………………………………………………………………….……… 3 B. Energi …………………………………………………………………………………………………….……… 7 1) Energi Kinetik ……………………………………………………………………………… 8 2) Energi Potensial…………………………………………………………………………. 12 3) Energi Mekanik …………………………………………………………………………. 18 C. Daya …………………………………………………………………………………………………….…….. 20 Rangkuman …………………………………………………………………………………………….……… 21 Uji Kompetensi ……………………………………………………………………………………….………. 22 Lembar Tingkat Kepuasan Siswa …….………………………………………………….………. 22 Glosarium………………………………………………………………………………………………………... 23 Daftar Pustaka ……………………………………………………………………………………………... 24 ii

Daftar Gambar Gambar 1. Mendorong dan menarik meja ……………………………………………………………………… 3 Gambar 2. Contoh usaha ………………………………………………………………………………………………….. 3 Gambar 3. Usaha dengan perpindahan searah sumbu x ……………………………………………… 4 Gambar 4. Penguraian gaya …………………………………………………………………………………………… 4 Gambar 5. Penguraian gaya ……………………………………………………………………………………………. 5 Gambar 6. Grafik hubungan F dan S ……………………………………………………………………………… 5 Gambar 7. Jenis energi …………………………………………………………………………………………………….... 7 Gambar 8. (a) dan (b) contoh energi kinetik …………………………………………………………………. 9 Gambar 9. (a) dan (b) perbedaan energi kinetic dan energi potensial……………………… 10 Gambar. 10 Ilustrasi energi potensial………………………………………………………………………………. 12 Gambar 11. Ilustrasi energi potensial……………………………………………………………………………….. 13 Gambar 12. Rumus energi potensial………………………………………………………………..…………….... 14 Gambar 13. (a) dan (b) contoh energi potensial……………………………………………………………. 15 Gambar 14. Energi mekanik…………………………………………………………………………………………….. 18 Gambar 15. Penjelasan energi mekanik ………………………………………………………………………... 19 iii

Daftar Video Video 1. Animasi Usaha ………………………………………………………………………………….…………………. 6 Video 2. Animasi Usaha ……………………………………………………………………………………………………. 6 Video 3. Pengertian Energi ………………………………………………………………………………………………. 7 Video 4. Animasi Energi Kinetik ……………………………………………………………………………………… 10 Video 5. Animasi Energi Kinetik ……………………………………………………………………………………… 10 Video 6. Animasi Energi Potensial …………………………………………………………………………………… 17 Video 7. Animasi Energi Potensial …………………………………………………………………………………… 17 Video 8. Energi Mekanik ………………………………………………………………………………………………….. 18 iv

Daftar Tabel Tabel 1. Satuan……………………………………………………………………………………………………………………. 8 Tabel 2. Satuan…..……………………………………………………………………………………………………………… 14 v

BBAABB 99 Pendahuluan E-book ini berisi materi-materi pelajaran mengenai usaha, energi kinetic, energi potensial, energi mekanik dan daya yang telah disesuaikan dengan Kurikulum 2013. E-book ini disusun dengan bahasa yang sederhana dan komunikatif sehingga mudah dipahami. E-book ini dilengkapi dengan berbagai animasi gambar serta link video untuk dapat memahami materi dalam bentuk audio dan visual. E-book ini disusun dengan tujuan sebagai berikut : 1. Meningkatkan keyakinan siswa atas keagungan Tuhan Yang Maha Esa berdasarkan keberadaan dan keteraturan ciptaan-Nya. 2. Meningkatkan pemahaman siswa terhadap konsep materi usaha dan energi , sehingga siswa dapat berpikir secara logis dan sistematis. 3. Meningkatkan kesadaran dan ikut berperan aktif di masa pandemic Covid- 19 untuk tetap produktif dan kreatif menciptakan bahan ajar yang dapat digunakan secara online Berikut adalah bagian-bagian yang terdapat pada modul ini : Judul bab Tujuan pembelajaran Peta konsep Uraian materi Rangkuman Uji kompetensi Lembar tingkat kepuasan siswa Harapannya adalah modul ini dapat mengembalikan minat belajar siswa secara online dan dapat memudahkan siswa pada pembelajaran daring. 1

Peta Konsep KOMPETENSI DASAR 3.9. Menganalisis konsep energi, usaha (kerja), hubungan usaha (kerja) dan perubahan energi, hukum kekekalan energi, serta penerapannya dalam peristiwa sehari-hari 4.9. Menerapkan metode ilmiah untuk mengajukan gagasan penyelesaian masalah gerak dalam kehidupan sehari-hari, yang berkaitan dengan konsep energi, usaha (kerja), dan hukum kekekalan energi TUJUAN PEMBELAJARAN Setelah mempelajari materi ini, siswa diharapkan dapat : 1. Menjelaskan konsep usaha 2. Mendeskripsikan hubungan usaha dengan energi potensial 3. Menjelaskan hubungan usaha dengan energi kinetic 4. Menerangkan konsep hukum kekekalan energi mekanik 5. Menjelaskan konsep daya Mempelajari tentang Usaha Energi potensial Energi Usaha Daya Energi kinetik dan energi Hukum kekekalan energi mekanik 2

USAHA A. Coba bayangkan Anton sedang memindahkan meja Apa itu sampai meja bergeser sejauh 5 meter. usaha ? Gambar 1. mendorong dan menarik Gambar 2. contoh usaha meja Anton mendorong sebuah meja, dia mengerahkan gaya konstan sebesar F Newton, ternyata meja bergeser sejauh S meter searah dengan F. Kita bisa menghitung besarnya usaha Adalah W (Tipler). W = ������. ������ …(1) 3

Usaha adalah perkalian saklar antara vector ������ dengan vector pergeseran S. Usaha akan maksimal bila ������ memiliki arah yang sama dengan pergeseran, usaha akan nol (0) bila gaya yang dikerahkan tegak lurus dengan pergeseran. Gaya ������ mengakibatkan pergeseran sejauh S . Besar gaya F akan mengalami perpindahan sebesar ������������ = ������ ������������������ ������ maka besarnya usaha adalah: W = ������. ������ …(2) = F . S cos ������ Satuan dari usaha adalah satuan gaya kali jarak atau Newton meter, dalam SI 1 Newton meter = 1 joule. Satuan usaha umumnya adalah joule. Usaha bernilai (+) jika ������ searah ������ dan bernilai (-) jika ������ berlawanan arah dengan ������ . Gambar 3. usaha dengan perpindahan Gambar 4. penguraian gaya searah sumbu x 4

Gambar 5. penguraian gaya Jika ada grafik hubungan antara gaya (F) dan perpindahan (s), maka besar usaha sama dengan luas dibawah grafik Gambar 6. grafik hubungan F dan S 5

Animasi VIDEO 1 usaha https://drive.google.com/file/d/1QYnaBBC8vorAUsX3V 7UJBvVMHK9NWU2R/view?usp=sharing VIDEO 2 https://drive.google.com/file/d/1dnptmJsl08I4hdXtTx- WGwkc5PXjKtMD/view?usp=sharing Contoh soal 1. Sebuah gaya sebesar 15 N horizontal dikerjakan pada sebuah balok sehingga balok bergeser 5 m. Berapakah usaha yang dikerjakan gaya pada balok? Penyelesaian : Diketahui : F = 15 N s =5 m Jawab : Usaha yang dikerjakan pada balok. W= Fs = (15N) (5m) = 75 J 2. Balok bermassa 20 kg dinaikkan dari dasar ke puncak bidang miring yang panjangnya 5 m, dan ketinggiannya 4 m. Bila permukaan licin berapa usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya yang sejajar dengan bidang miring agar balok bergerak dengan kecepatan konstan. Penyelesaian : Diketahui : M = 20 kg, s = 5 m, h = 4 m. Jawab : Agar balok bergerak ke atas dengan kecepatan konstan maka gaya yang dikerahkan sama dengan komponen gaya gravitasi yang sejajar dengan bidang. F = mg sinT= (20)(9,8) (4/5) = 156,8 N Usaha yang dikerahkan: F.s = 156,8(5) = 784 J. 6

ENERGI B. OhtESMtunpaXestr2:ug/z/i7dhm/ravievliereuyw.pag?anoukgosagpnsl=aeksn.cehgomaamrtain/mbfgiepleruh/audnb/u1unLnygtuNaknNmCdoeehlna3gkwaunks5au7nsDauKhsaa9h7aKa.dWSauLlaamthuCdesynCsetfervgmyi. dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika system tersebut mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha. Besarnya energi suatu system sama dengan besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh system tersebut, energi juga merupakan besaran scalar. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, Ayo cek video tentang energi di link ini Video.3 https://drive.google.com/file/d/1LyNNCoh3ws57DK97KWLmCdCfvyOMX2z 7/view?usp=sharing ENERGI dibagi menjadi dua, yaitu : Gambar 7. jenis energi 7

1. ENERGI KINETIK Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya.. ������������ = ������ ������������������ … ������) ������ Ket : Ek =Energi kinetik (Joule) ; m =massa benda (kg) ; v =kecepatan benda (m/s) Tabel 1. BESARAN SATUAN MKS SATUAN CGS Satuan joule Erg Kg Gr Energi kinetik (Ek) m/s cm/s Massa (m) Kecepatan (v) Usaha = perubahan energi kinetik. W =∆ ������ = ������������������ − ������������������ … ������) 8

Teorema Usaha Energi Usaha yang dilakukan oleh gaya total pada partikel,selalu sama dengan perubahan tenaga kinetik partikel. (a) (b) Gambar 8. (a) dan (b) contoh energi kinetik 9

(a) (b) Gambar 9. (a) dan (b) perbedaan energi kinetic dan energi potensial Video Animasi Energi Kinetik VIDEO 4 https://drive.google.com/file/d/1ETmEbSQB0056 FLctFmuSnHriEWKbcIYi/view?usp=sharing VIDEO 5 https://drive.google.com/file/d/12AO6_YD7AD7z lR4ocKZ5C9HSdLZ6FMia/view?usp=sharing 10

Contoh Soal Sebuah truk mainan ditarik oleh gaya 5 N membentuk sudut sebesar 300terhadap horizontal, massa truk 1,5 kg. Berapakah kecepatan benda setelah dikenai gaya jika : (a). benda mula-mula diam. (b). truk mula-mula bergerak dengan kecepatan 1,5 m/det. Penyelesaian : a. Usaha yang dilakukan jika lantai licin adalah 25,8 J, maka perubahan tenaga kinetiknya adalah 25,8 J. Truk mula-mula diam maka : Jadi, kecepatannya adalah 5,9 m/det. Jika lantai tidak licin koefisien gesekan 0,2 dan usaha yang dilakukan adalah W = 10,08 J truk mula-mula diam maka b. Bila mula-mula truk bergerak dengan kecepatan konstan 1,5 m/det maka. Jika lantai licin 11

2. ENERGI POTENSIAL Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Energi potensial ini juga disebut energi diam, karena benda yang diam-pun dapat memiliki tenaga potensial. Sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, benda akan jatuh. Maka benda melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w) yang menempuh jarak h.Besarnya Energi potensial benda sama dengan usaha yang sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak h. Gambar. 10 ilustrasi energi potensial 12

Gambar 11. ilustrasi energi potensial ...5) Ep = w . h = m . g . h Ket: Ep = Energi potensial (joule); w = berat benda (N); m = massa benda (kg); g = percepatan gravitasi (m/s2); h = tinggi benda (m) 13

Tabel 2.Satuan BESARAN SATUAN MKS SATUAN CGS Energi Potensial (Ep) Joule erg Berat benda (w) dyne Massa benda (m) Newton gr Percepatan gravitasi (g) Kg Tinggi benda (h) c������/������2 ������/������2 cm m Energi potensial gravitasi tergantung dari percepatan gravitasi bumi, kedudukan benda, dan massa benda Gambar 12. rumus energi potensial 14

(a) (b) Gambar 13. (a) dan (b) contoh energi potensial 15

Energi potensial yang dimiliki benda Energi karena elastik pegas. Potensial Gaya pegas (F) …6) Pegas F=k.x Ep Pegas (Ep) Ep = ������ ������. ������������ …7) ������ Ket: k = konstanta gaya pegas ; x = regangan Hubungan usaha dengan Energi Potensial W =∆������������ = ������������������ − ������������������ …8) 16

Video Animasi Energi Potensial VIDEO 6 https://drive.google.com/file/d/1wcuY7kWblA5d d2YxZlV3PLFnBUWcAEzk/view?usp=sharing VIDEO 7 https://drive.google.com/file/d/1ePvhD9x_gBSHH 3rtZkeTHIFmTfH36FnV/view?usp=sharing Contoh soal Sebuah pegas memiliki konstanta pegas sebesar 400 N/m. Pada ujungnya diikatkan balok bermassa 0,5 kg diletakkan mendatar di atas lantai. Pegas disimpangkan sampai sejauh 5 cm. Gesekan antara balok dengan lantai diabaikan. Berapa kerja yang dilakukan pegas bila balok bergerak dari x = 5 sampai x = 0 cm? Penyelesaian ; Diketahui : K= 400 N/m, ∆x= 5 cm = 0,05 m. Jawab : Balok bergerak dari 5 cm ke posisi setimbang, maka gaya pegas searah dengan pergeseran maka usaha yang dilakukan pegas positif. Kerja yang dilakukan pegas W = 1 ������. ������2 = 1 (400 ������) 0,05 2 = 0,5������ 2 2 ������ 17

ENERGI MEKANIK Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda. Em = Ek + Ep …9) Sebuah bola mula-mula berada pada ketinggian h1. Setelah selang beberapa waktu, bola bergerak ke bawah sehingga ketinggiannya menjadi h2. Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik, maka: Hukum Kekekalan Energi Mekanik. “ Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.” Gambar 14. energi mekanik 18

Jadi energi itu adalah KEKAL. ������������������ = ������������������ ������������������ + ������������������ = ������������������ + ������������������ ������ ������ ������ ������������������������ +������������������������ = ������ ������������������������ +������������������������ …10) Gambar 15. penjelasan energi mekanik Video 8 https://drive.google.com/file/d/1AChbXZSdIQcrZ EM nfI3PFiO_5vNep61ZqT/view?usp=sharing 19

DAYA C. Daya adalah laju perubahan usaha dari satu sistem ke sistem yang lain. Perhatikan gaya F bekerja pada sebuah partikel sehingga partikel bergerak dengan kecepatan sesaat ,selama selang waktu dt partikel bergeser sejauh ds. Besar pergeseran adalah ds = v dt. Usaha yang dikerjakan gaya F pada partikel adalah dW = ������. ������������ = ������������������������ …11) Laju usaha atau kecepatan perubahan usaha adalah P = dW / dt = ������������ …12) Satuan daya adalah J/detik sering dinamakan satu Watt. 1 J/s = 1 Watt Kita tidak bisa menyamakan daya dengan usaha atau energi. Daya menunjukkan kemampuan suatu alat merubah energi. Bila kalian memiliki lampu 5 Watt, artinya lampu mengubah 5 Joule tenaga listrik tiap detiknya menjadi tenaga panas dan cahaya. Satuan energi sering menggunakan satuan daya seperti watt-jam. 1 Watt-jam = 1W.3600 detik = 3600 Joule. Satuan daya yang sering digunakan adalah 1 daya kuda atau horsepower. 1 hp = 550ft lb/s = 746 W 20

RANGKUMAN 1. Usaha atau kerja Usaha atau kerja didefinisikan sebagai besar usaha adalah W= Fs cos θ Usaha akan ada jika ada pergeseran s,ada gaya dan sudut antara gaya dan pergeseran tidak tegak lurus 2. Energi Energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha. Energi dibagi menjadi energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. EK = 1 mv2 2 Energi potensial energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Ep = w . h = m . g . h Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda. Em = Ek + Ep 3. Daya Daya adalah laju perubahan usaha dari satu sistem ke sistem yang lain. P = dW / dt = Fv 21

UJI KOMPETENSI ANGKET SISWA https://forms.gle/ https://forms.gle/E VnmcZAK5tsXsTpv Uj3PwnejfC3YwZ4 g7 9 22

GLOSARIUM Daya Laju perubahan usaha dari satu sistem Energi kinetik ke sistem yang lain Energi potensial gravitasi Energi mekanik (Em) Energi yang dimiliki oleh setiap benda Hukum Kekekalan Energi yang bergerak. Energi yang dimiliki oleh suatu benda Usaha karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda. Energi total sebuah sistem dan lingkungannya tidak akan berubah, tetapi hanya terjadi perubahan bentuk Perkalian saklar antara vector ������ dengan vector pergeseran S 23

Daftara Pustaka Cover : https://www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/usaha-dan-energi-fisika-kelas-11/ Gambar 1. : https://www.amongguru.com/pengertian-usaha-rumus-contoh-soal-dan- penyelesaiannya/ Gambar 2. : https://lalalaila.com/pengertian-usaha/ Gambar 4. : http://ujiansma.com/pengertian-usaha-sebagai-gaya-pada-suatu-benda Gambar 7. : https://images.app.goo.gl/zyf8efd41wtyAJKP8 Gambar 8. (a) : https://saintif.com/rumus-energi-kinetik/ Gambar 8.(b) : https://saintif.com/rumus-energi-kinetik/ Gambar 9. (a) : https://serviceacjogja.pro/rumus-energi-kinetik/ Gambar 9.(b) : https://apayangdimaksud.com/energi-kinetik/ Gambar 11. : https://learniseasy.com/pengertian-energi-potensial-energi-kinetik/ Gambar 12. : https://idschool.net/smp/rumus-energi-potensial-kinetik-dan-mekanik/ Gambar 13. (a) : http://geophypalace.blogspot.com/2013/10/energi-potensial.html Gambar 13. (b) : http://www.pengertianku.net/2019/01/pengertian-energi-potensial- contohnya-dan-rumusnya-yang-menarik-di-pelajari.html Gambar 15. : https://www.utakatikotak.com/kongkow/detail/13022/Contoh-Soal-Energi- Kinetik-dan-Pembahasannya Video 1. : https://www.youtube.com/watch?v=oNxA847luzY Video 2. : https://www.youtube.com/watch?v=dvXrdx0ZjdI Video 3. : https://www.youtube.com/watch?v=Ou0fNw051xE Video 4. : https://www.youtube.com/watch?v=v08JVL945Pw Video 5. : https://www.youtube.com/watch?v=v6v-YVBArek Video 6. : https://www.youtube.com/watch?v=x22KDx6shZE Video 7. : https://www.youtube.com/watch?v=g4fUHIgbV-k Video 8. : https://www.youtube.com/watch?v=l1F0v_nm9_A 24

Daftara Pustaka Dewi, D.K., Mulyar, L.D.,& Agatha S. 2016. Handout Usaha dan Energi. Jakarta :Universitas Negeri Jakarta Palupi, D.S., Suharyanto, & Karyono. 2009. Fisika untuk SMA dan MA Kelas XI. Jakarta : CV. Sahabat. 25