USAHA DAN ENERGI

Materi usaha dan energi merupakan bagian penting dalam pembelajaran IPA SMP kelas VIII Kurikulum Merdeka. Materi ini membahas bagaimana gaya dapat menyebabkan perpindahan, bagaimana energi bekerja, serta bagaimana energi dapat berubah bentuk dalam kehidupan sehari-hari. Pemahaman yang baik terhadap usaha dan energi akan membantu peserta didik memahami berbagai fenomena alam dan teknologi di sekitarnya.

A. Pengertian Usaha

Dalam fisika, usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya yang bekerja pada suatu benda dengan perpindahan benda tersebut. Usaha hanya terjadi jika gaya menyebabkan benda berpindah.

Rumus usaha:

W = F × s

Keterangan:
W = usaha (Joule)
F = gaya (Newton)
s = perpindahan (meter)

Syarat Terjadinya Usaha

Suatu usaha dikatakan terjadi apabila terdapat gaya yang bekerja pada benda, benda mengalami perpindahan, dan arah gaya searah atau memiliki komponen searah dengan perpindahan.

Contoh usaha dalam kehidupan sehari-hari antara lain mendorong meja hingga bergeser, mengangkat buku dari lantai ke meja, menarik gerobak, dan menendang bola hingga bergerak.

Sedangkan mendorong tembok yang tidak bergerak atau memegang tas tanpa berpindah tempat tidak termasuk usaha secara fisika.

B. Usaha oleh Berbagai Gaya

1. Usaha Positif

Usaha bernilai positif jika arah gaya searah dengan perpindahan benda, contohnya mendorong meja ke depan.

2. Usaha Negatif

Usaha bernilai negatif jika arah gaya berlawanan dengan arah perpindahan, contohnya gaya gesek yang menghambat gerak benda.

3. Usaha Nol

Usaha bernilai nol jika tidak terjadi perpindahan atau gaya tegak lurus dengan arah perpindahan, contohnya gaya sentripetal pada gerak melingkar.

C. Pengertian Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Tanpa energi, suatu benda atau sistem tidak dapat melakukan aktivitas. Satuan energi dalam sistem internasional adalah Joule (J).

D. Bentuk-Bentuk Energi

1. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya.

Rumus energi kinetik:

E_k = 1/2 × m × v²

Keterangan:
E_k = energi kinetik (J)
m = massa (kg)
v = kecepatan (m/s)

Contoh: Sebuah bola bermassa 2 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s, maka energi kinetiknya adalah:

E_k = 1/2 × 2 × 4² = 16 J

2. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisi atau kedudukannya.

Rumus energi potensial gravitasi:

E_p = m × g × h

Keterangan:
E_p = energi potensial (J)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (10 m/s²)
h = ketinggian (m)

Contoh: Sebuah benda bermassa 3 kg berada pada ketinggian 5 meter, maka energi potensialnya:

E_p = 3 × 10 × 5 = 150 J

3. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi potensial yang dimiliki suatu benda.

Rumus energi mekanik:

E_m = E_k + E_p

Jika tidak ada gaya luar seperti gesekan, maka energi mekanik suatu sistem akan tetap.

E. Hukum Kekekalan Energi

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk energi lainnya.

Contoh perubahan energi dalam kehidupan sehari-hari antara lain energi listrik menjadi energi cahaya pada lampu, energi kimia menjadi energi gerak pada tubuh manusia, serta energi potensial menjadi energi kinetik pada benda yang jatuh.

F. Hubungan Usaha dan Energi

Usaha yang dilakukan pada suatu benda akan menyebabkan perubahan energi pada benda tersebut.

Rumus hubungan usaha dan energi:

W = ΔE

Artinya, usaha sama dengan perubahan energi yang dialami benda.

G. Daya

Daya adalah besarnya usaha atau energi yang dilakukan dalam selang waktu tertentu.

Rumus daya:

P = W / t

Keterangan:
P = daya (Watt)
W = usaha (Joule)
t = waktu (sekon)

Contoh: Seseorang melakukan usaha sebesar 500 J dalam waktu 10 sekon, maka daya yang dihasilkan:

P = 500 / 10 = 50 W

H. Efisiensi Energi

Efisiensi energi menyatakan perbandingan antara energi yang bermanfaat dengan energi yang digunakan secara keseluruhan.

Rumus efisiensi:

Efisiensi = (Energi berguna / Energi total) × 100%

Contoh: Jika energi yang masuk sebesar 1000 J dan energi berguna sebesar 800 J, maka efisiensinya adalah 80%.

I. Contoh Soal Hitungan

Soal 1

Sebuah benda didorong dengan gaya 20 N sejauh 5 meter. Hitung usaha yang dilakukan!

Jawab: W = 20 × 5 = 100 J

Soal 2

Benda bermassa 4 kg berada di ketinggian 10 meter. Hitung energi potensialnya!

Jawab: E_p = 4 × 10 × 10 = 400 J

Soal 3

Sebuah bola bermassa 1 kg bergerak dengan kecepatan 6 m/s. Hitung energi kinetiknya!

Jawab: E_k = 1/2 × 1 × 6² = 18 J

J. Penerapan Usaha dan Energi

Penerapan konsep usaha dan energi dapat ditemukan dalam berbagai aktivitas seperti olahraga, transportasi, pembangkit listrik, mesin industri, serta penggunaan alat-alat rumah tangga.

K. Kesimpulan

Usaha dan energi merupakan konsep dasar fisika yang sangat penting untuk dipahami oleh peserta didik SMP kelas VIII. Dengan memahami pengertian usaha, bentuk-bentuk energi, hukum kekekalan energi, daya, serta efisiensi energi, siswa diharapkan mampu menerapkan konsep tersebut dalam kehidupan sehari-hari secara tepat dan bertanggung jawab.