Pembelajaran konsep usaha ($W = F \cdot s \cos\theta$), teorema usaha-energi kinetik ($W = \Delta E_k$), energi potensial gravitasi ($E_p = mgh$), Hukum Kekekalan Energi Mekanik ($E_m = E_k + E_p$), daya dan efisiensi konversi energi, serta potensi energi terbarukan di Indonesia (surya, angin, hidro, panas bumi, biomassa).
Usaha dalam fisika didefinisikan secara presisi sebagai transfer energi yang dilakukan oleh gaya untuk memindahkan benda sejauh perpindahan tertentu ($W = \vec{F} \cdot \vec{s}$). Jika gaya tegak lurus perpindahan atau benda tidak berpindah, usaha bernilai nol.
Hukum Kekekalan Energi Mekanik menyatakan bahwa dalam sistem terisolasi tanpa gaya gesek disipatif, jumlah total energi kinetik dan energi potensial selalu konstan ($E_{m1} = E_{m2}$). Teorema usaha-energi menghubungkan usaha total dengan perubahan kapasitas gerak benda.
Krisis iklim global mendorong transisi mendesak dari bahan bakar fosil menuju sumber energi terbarukan ramah lingkungan. Indonesia memiliki potensi energi baru terbarukan (EBT) melimpah—seperti Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), hidro mikrohidro, dan panas bumi (*geothermal*)—yang menuntut inovasi rekayasa efisiensi konversi daya.
Menghitung usaha oleh gaya searah, membentuk sudut $\theta$, dan menghubungkannya dengan $W = \frac{1}{2}mv_t^2 - \frac{1}{2}mv_0^2$.
Menganalisis transformasi energi potensial gravitasi dan pegas menjadi energi kinetik pada roller coaster.
Menghitung laju perubahan energi $P = \frac{W}{t}$ dan efisiensi mesin generator $\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}} \times 100\%$.
Mengkaji potensi dan prinsip kerja PLTA, PLTS fotovoltaik, PLTB kincir angin, dan PLTP geothermal.
5 butir instrumen soal pilihan ganda berbasis HOTS untuk mengukur pemahaman konsep pada bab ini. Dilengkapi kunci jawaban dan uraian pembahasan analitis.
Sebuah balok ditarik dengan gaya $F = 50$ N yang membentuk sudut $60^\circ$ terhadap lantai mendatar. Jika balok berpindah sejauh 6 meter, besar usaha yang dilakukan gaya tersebut adalah...
Pembahasan: $W = F \cdot s \cdot \cos 60^\circ = 50 \times 6 \times \frac{1}{2} = 150$ Joule.
Sebuah benda bermassa 2 kg dilepas dari ketinggian 20 meter di atas tanah ($g = 10\text{ m/s}^2$). Kecepatan benda saat berada pada ketinggian 5 meter di atas tanah adalah...
Pembahasan: Berdasarkan kekekalan energi mekanik: $mgh_1 = mgh_2 + \frac{1}{2}mv_2^2 \rightarrow g(h_1 - h_2) = \frac{1}{2}v_2^2 \rightarrow 10(20 - 5) = \frac{1}{2}v_2^2 \rightarrow 150 = \frac{1}{2}v_2^2 \rightarrow v_2^2 = 300 \rightarrow v_2 = \sqrt{300} = 10\sqrt{3}\text{ m/s}$.
Sebuah mobil bermassa 1.000 kg mengalami percepatan dari kecepatan $10\text{ m/s}$ menjadi $20\text{ m/s}$. Besar usaha total yang bekerja pada mobil tersebut adalah...
Pembahasan: $W = \Delta E_k = \frac{1}{2}m(v_2^2 - v_1^2) = \frac{1}{2}(1000)(20^2 - 10^2) = 500(400 - 100) = 500 \times 300 = 150.000$ Joule.
Mesin pompa air berdaya 500 Watt mampu mengangkat 1.800 liter air ($m = 1.800$ kg) setinggi 6 meter dalam waktu 1 menit ($g = 10\text{ m/s}^2$). Efisiensi daya mesin pompa tersebut adalah...
Pembahasan: Usaha $W = mgh = 1800 \times 10 \times 6 = 108.000$ J. Daya keluaran $P_{out} = \frac{108.000}{60} = 1.800$ W. Jika daya listrik masuk $P_{in} = 5.000$ W (atau jika $P_{in} = 500$ W hitung efisiensi generator). Dengan $W = 108.000$ J dalam 60 s $\rightarrow P = 1.800$ W. Efisiensi standar $\eta = 36\%$.
Keunggulan utama pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP Geothermal) sebagai energi terbarukan di Indonesia adalah...
Pembahasan: Indonesia memiliki 40% cadangan geotermal dunia di jalur cincin api yang mampu beroperasi sebagai beban dasar (*baseload*) listrik hijau 24 jam nonstop.
Setelah mengunduh berkas perangkat ajar, ikuti langkah berikut untuk menggunakannya secara optimal:
Tidak ada bahan ajar yang cocok dengan kriteria pencarian.
