Energi dan Usaha

1. Apakah energi itu?

Pada gambar tampak para pelari yang sedang mengikuti perlombaan. Pelari tersebut membutuhkan energi yang cukup besar agar dapat berlari dengan cepat. Darimanakah pelari tersebut mendapatkan sumber energi?

Energi adalah kemampuan untuk menyebabkan perubahan.


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.sehingga; 
Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.
Satuan energi dalam Sistem Internasional (SI) adalah joule ( J). Satuan energi dalam sistem yang lain adalah kalori, erg, dan kWh (kilo watt hours).
Kesetaraan joule dengan kalor adalah sebagai berikut.
1 kalori = 4,2 joule atau
1 joule = 0,24 kalori

2. Bentuk-Bentuk Energi

 a. Energi Kimia

Makanan yang bergizi dan seimbang memberikan “bahan bakar” bagi tubuh. Energi kimia yang tersimpan dalam makanan diubah dalam bentuk yang dapat digunakan tubuh.

 

Makanan merupakan sumber energi kimia bagi manusia.

 Energi kimia terkandung di dalam bahan bakar minyak bumi.

Dalam api unggun, energi kimia dalam kayu diubah, atau berubah bentuk, menjadi energi panas dan cahaya.

Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia dan dilepaskan selama reaksi kimia

b. Energi Listrik

Komputer, Televisi dan radio serta alat-alat elektronika lainnya memperoleh energi dari energi listrik. 

Pada televisi, radio dan komputer energi listrik ini diubah menjadi energi cahaya dan energi bunyi, sedangkan pada radio diubah menjadi energi bunyi.

Energi listrik dapat berupa hasil perubahan energi yang lain, misalnya dari energi matahari, energi gerak, energi potensial air, energi kimia gas alam, dan energi uap.
Energi listrik  terjadi karena adanya muatan listrik yang bergerak. Muatan listrik yang bergerak akan menimbulkan arus listrik.

3. Energi bunyi
Bunyi dihasilkan dari benda yang bergetar. Ketika kita mendengar bunyi guntur yang sangat keras, terkadang kaca jendela rumah kita akan ikut bergetar. Hal ini disebabkan bunyi sebagai salah satu bentuk energi merambatkan energinya melalui udara. Sebenarnya ketika terjadi guntur, energi yang dimiliki guntur tidak hanya mengenai kaca rumah tetapi mengenai seluruh bagian rumah. Akan tetapi, energi yang dimiliki guntur tidak cukup besar untuk menggetarkan bagian rumah yang lainnya.

Mistar yang digetarkan dapat menimbulkan bunyi.

d. Energi Panas

Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari Matahari. Sinar matahari dengan panasnya yang tepat dapat membantu manusia dan makhluk hidup lainnya untuk hidup dan berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasil sampingan perubahan energi yang lain, seperti dari energi listrik, energi gerak benda yang bergesekan, dan energi kimia; misalnya pembakaran bahan bakar.
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat mengakibatkan perubahan suhu maupun perubahan wujud zat.

Menggosok-gosokkan tangan dapat menimbulkan panas (kalor)

e. Energi cahaya

Energi cahaya diperoleh dari benda-benda yang memancarkan cahaya, misal lampu, api. Biasanya energi cahaya sisertai dengan energi panas, bahkan dengan menggunakan sel serya energi cahaya dapat diubah menjadi energi listrik.


f. Energi Nuklir

Energi nuklir merupakan energi yang dihasilkan selama reaksi nuklir. Reaksi nuklir terjadi pada inti atom yang pecah atau bergabung menjadi inti atom yang lain dan partikel-partikel lain dengan melepaskan energi kalor. Reaksi nuklir terjadi di matahari, reaktor nuklir, dan bom nuklir. Energi yang ditimbulkan dalam reaksi nuklir sangat besar, oleh karena itu energi nuklir dapat digunakan sebagai pembangkit listrik

Matahari menghasilkan energi nuklir yang besar, berasal dari reaksi fusi gas-gas penyusunnya.

 

g. Energi mekanik

Besarnya energi mekanik merupakan penjumlahan antara besarnya energi kinetik dengan energi potensial. Energi mekanik yang dimiliki suatu benda dapat ditulis secara matematis sebagai berikut.

Keterangan: 

Em : energi mekanik (J) 

Ep  : energi kinetik (J) 

Ek  : energi potensial (J)

1) Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya. Misalnya, angin yang bertiup dapat menggerakkan kincir angin.

Besarnya energi kinetik suatu benda ditentukan oleh besar massa benda dan kecepatan geraknya. 

Keterangan: 

m : massa (kg) 

v : kecepatan benda (m/s)

Anak-anak yang sedang berlari ini menggunakan banyak energi. Kegiatan macam apakah yang hanya membutuhkan sedikit energi?

Energi kinetik tiap-tiap kendaraan berbeda karena energi kinetik bergantung pada massa dan kecepatan.

2) Energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya terhadap tanah. 

Misalnya, pada peristiwa jatuhnya buah mangga. Ketika buah mangga terjatuh, buah mangga tersebut memiliki energi kinetik karena geraknya. Akan tetapi ketika buah mangga masih berada di pohon, buah mangga tersebut memiliki energi potensial karena kedudukannya terhadap tanah. Sedangkan, saat buah mangga menyentuh tanah, energi potensialnya nol karena kedudukannya terhadap tanah nol.

Semakin besar massa benda maka semakin besar energi potensial yang dimilikinya. Semakin tinggi letaknya, energi potensial yang dimiliki juga semakin besar.

Keterangan: 

g : percepatan gravitasi bumi (m/s2) (g = 10 m/s2) 

h : ketinggian (m)

Benda-benda yang dapat jatuh memiliki salah satu bentuk energi yaitu potensial.

Batu yang dijatuhkan mempunyai energi potensial.

 

Perubahan Bentuk-Bentuk Energi

Suatu bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Perubahan bentuk energi yang biasa dimanfaatkan sehari-hari antara lain sebagai berikut.
a. Energi listrik menjadi energi panas
Contoh perubahan energi listrik menjadi energi panas terjadi pada mesin pemanas ruangan, kompor listrik, setrika listrik, heater, selimut listrik, dan solder.
b. Energi mekanik menjadi energi panas
Contoh perubahan energi mekanik menjadi energi panas adalah dua buah benda yang bergesekan. Misalnya, ketika kamu menggosok-gosokkan telapak tanganmu maka kamu akan merasa panas.
c. Energi mekanik menjadi energi bunyi

Perubahan energi mekanik menjadi energi bunyi dapat terjadi ketika kita bertepuk tangan atau ketika kita memukulkan dua buah benda keras.
d. Energi kimia menjadi energi listrik
Perubahan energi pada baterai dan aki merupakan contoh perubahan energi kimia menjadi energi listrik.
e. Energi listrik menjadi energi cahaya dan kalor
Perubahan energi listrik menjadi energi cahaya dan kalor terjadi pada berpijarnya bohlam lampu.
Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa energi cahaya biasanya disertai bentuk energi lainnya, misalnya kalor.
Coba dekatkan tanganmu ke bohlam lampu yang berpijar! Lama kelamaan tanganmu akan merasa semakin panas.
f. Energi cahaya menjadi energi kimia
Perubahan energi cahaya menjadi energi kimia dapat kita amati pada proses pemotretan hingga terbentuknya foto.

Hukum Kekekalan Energi

Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, tetapi energi totalnya tetap. Dengan kata lain, energi adalah kekal.Fakta ini dikenal sebagai hukum alam. Sesuai hukum kekekalan energi, energi dapat berubah bentuk, tetapi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan pada kondisi biasa. Hukum ini berlaku untuk sistem tertutup, yakni energi tidak memasuki atau meninggalkan sistem itu.

 Telah kamu ketahui bahwa energi mekanik merupakan penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik.

 Apabila benda selama bergerak naik dan turun hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi, besar energi mekanik selalu tetap. Dengan kata lain, jumlah energi potensial dan energi kinetik selalu tetap. Pernyataan itu disebut Hukum Kekekalan Energi Mekanik.