Gaya, Gerak, dan Energi

GERAK, GAYA, DAN ENERGI

A.   Hubungan antara Gaya dan Gerak

Gaya adalah tarikan atau dorongan yang dapat mempengaruhi keadaan suatu benda. Gaya dapat menimbulkan perubahan gerak atau perubahan kecepatan. Meja yang didorong dapat bergerak karena mendapat gaya dorong. Jadi adanya gaya mempengaruhi gerak suatu benda. Alat yang digunakan untuk mengukur besar kecilnya gaya disebut dinamometer, satuannya adalah newton (N). Gaya dapat mempengaruhi keadaan suatu benda, antara lain gaya dapat menyebabkan :

Benda diam menjadi bergerak. Misalnya saat mendorong mobil mogok, mendorong meja, menarik gerobak pasir, menendang bola, tarik tambang.

Benda bergerak menjadi diam. Pada saat naik sepeda, ketika mengerem sepeda menjadi lambat dan akhirnya berhenti. Berarti gaya dapat menyebabkan benda bergerak menjadi diam

Perubahan bentuk benda. Contoh pada saat terjadi tabrakan mobil, mobil bisa menjadi berubah bentuknya karena gaya yang diberikan pada benda melebihi kekuatan bahan benda yang bertabrakan. Contoh lain adalah saat menggunakan lilin mainan (plastisin).

Perubahan arah gerak benda. Contoh pada saat pemain bola menyudul bola, bola berubah arah karena gaya yang diberikan pada bola.

Macam-macam Gaya

Gaya pegas adalah gaya yang terjadi akibat tarikan atau dorongan terhadap benda yang elastis. 

Gaya listrik adalah gaya yang ditimbulkan karena adanya aliran listrik.

Gaya Gravitasi adalah gaya yang disebabkan oleh gaya tarik bumi. Jika kita melempar benda ke atas maka kecepatan jatuh benda tersebut akan lebih cepat jika mendekati bumi karena pengaruh gaya gravitasi bumi.

Gaya magnet adalah gaya yang ditimbulkan karena adanya tarikan magnet terhadap benda-benda yang terbuat dari logam. 

Gaya gesek adalah gaya yang terjadi akibat dua permukaan benda yang saling bergesekan. Semakin halus permukaan, semakin kecil gaya geseknya dan sebaliknya semakin kasar permukaan, gaya geseknya semakin besar.

Pembuktian bahwa gaya mempengaruhi gerak benda dapat kita lakukan melalui model jungkat-jungkit, katapel, dan traktor pegas.

1. Jungkat-jungkit

Jungkat-jungkit adalah sebuah permainan di mana papan panjang dan sempit berporos di tengah, sehingga di saat salah satu ujungnya bergerak naik maka ujung yang lain bergerak turun. Jungkat-jungkit mempunyai tiga bagian penting yaitu titik tumpu, kuasa, dan beban. Titik tumpu terletak di bagian tengah. Bagian tengah tersebut berada di antara beban dan kuasa. Beban terletak di ujung papan pengungkit. Beban dapat berupa benda atau orang yang akan diangkat. Adapun kuasa ialah gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban. Gaya ini terletak d ujung yang berlawanan dengan beban.

Gerak jungkat-jungkit dipengaruhi oleh:
- berat beban,
- berat kuasa,
- jarak beban ke titik tumpu, dan
- jarak kuasa ke titik tumpu.

Jungkat-jungkit akan imbang jika besarnya gaya pada kedua sisinya (beban dan kuasa) sama besar. Jadi agar seimbang, jungkat-jungkit tersebut diberikan tekanan dengan kekuatan yang sama. Apabila beban dan kuasa memiliki tekanan yang berbeda, misal beban memiliki tekanan yang lebih besar. Untuk membuat jungkat-jungkit dalam keadaan imbang dapat dilakukan dengan menggeser kedudukan kuasa menjauhi titik tumpu. Sebaliknya jika kuasa memiliki tekanan lebih besar, agar jungkat-jungkit dalam keadaan imbang dapat dilakukan dengan menggeser kedudukan beban menjauhi titik tumpu. Benda mempunyai berat karena pengaruh gaya gravitasi bumi. Dengan demikian, berat juga termasuk gaya. Besar beban dan kuasa pada jungkat-jungkit ditentukan oleh berat benda pada beban dan kuasa. Jungkat-jungkit memiliki kelebihan. Jungkat-jungkit dapat mengangkat beban menggunakan gaya (kuasa) yang lebih kecil dari berat beban. Penambahan jarak kuasa ke titik tumpu dapat memperkecil gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban. Dengan ungkapan lain, jungkat-jungkit dapat memperbesar gaya yang dilakukan pada kuasa.

2.   Katapel
Katapel dapat digunakan untuk melontarkan batu. Sebuah katapel biasanya terbuat dari kayu dengan dua karet yang diikatkan kekedua sisinya. Menggunakan katapel juga sangat mudah tinggal isi dan pasang kerikil tarik dan lepas, semakin kuat dalam menarik maka akan semakin jauh kerikil ini akan terlontar. Perlu diperhatikan juga walaupun mudah memakainya kalau kurang hati-hati bisa melukai jempol tangan.

Katapel dibuat dengan memanfaatkan sifat karet yang lentur. Saat menarik karet pentil, berarti kita memberikan gaya pada karet pentil. Akibatnya, karet pentil menjadi kencang. Jauhnya rentangan karet ketapel menunjukkan bahwa gaya yang kita berikan juga semakin besar. Hal tersebut dapat kita rasakan dari semakin kuatnya tegangan karet pada tangan kita. Agar kerikil dapat terlontar jauh, kita harus memberikan gaya yang besar. Gaya yang besar dapat timbul jika kita menarik ketapel kuat-kuat. Gaya tarik yang diperlukan akan semakin besar jika benda yang ditarik juga semakin besar. Sehingga dikatakan gaya tarik yang diperlukan sebanding dengan berat benda.

Setelah tarikan dilepas (gaya dihilangkan), karet pentil kembali ke keadaan semula. Saat itu, karet pentil mempunyai gaya yang lebih besar dari gaya tarik. Gaya inilah yang menyebabkan batu kerikil terlontar dari bantalannya. Semakin jauh kita menarik karet pentil, semakin besar gaya yang kita berikan. Ini berarti semakin besar pula gaya yang dilakukan karet pentil pada batu. Akibatnya, batu akan terlontar semakin jauh. Gaya yang ditimbulkan karet katapel adalah gaya pegas. Disebut gaya pegas karena sifat karet seperti sifat pegas. Karet dan pegas mempunyai sifat yang sama, yaitu bersifat elastis (lentur).

Selain katapel, peralatan lain yang memanfaatkan gaya pegas adalah busur panah. Saat ditarik, tali busur mendapatkan sebuah gaya. Ketika tarikan dilepaskan, anak panah akan melesat. Proses melesatnya anak panah sama dengan proses terlontarnya batu dari bantalan katapel. Semakin kencang kita menarik tali busur, maka semakin semakin besar dorongan terhadap anak panah. Sehingga anak panah melesat lebih  cepat, dan terlontar semakin jauh.
Hal ini menunjukkan bahwa gaya pegas dapat mengakibatkan benda bergerak. Besarnya gaya tarik pada karet dan tali busur memengaruhi kecepatan gerak benda. Semakin besar gaya tarik, semakin cepat batu dan anak panah bergerak. Dengan demikian, jarak yang ditempuh juga semakin jauh.

3. Traktor Pegas

Seperti katapel dan busur panah, traktor pegas juga bekerja menggunakan gaya pegas. Traktor pegas bergerak karena adanya gaya pegas. Traktor dapat bergerak karena ada gaya pada karet. Saat roda diputar ke arah belakang, karet akan tergulung pada bilah bambu. Akibatnya, karet menjadi kencang. Saat traktor dilepaskan, gulungan karet juga terlepas. Traktor bergerak maju bersamaan dengan terlepasnya gulungan karet. Gaya yang bekerja pada traktor adalah gaya pegas. Oleh sebab itu, traktor tersebut biasa disebut traktor pegas. Gaya pegas yang bekerja pada traktor dapat menyebabkan traktor bergerak maju. Traktor pun dapat berpindah dari tempatnya semula. Semakin lama kalian menggulung karet, semakin besar gaya pegasnya, semakin jauh pula traktor berjalan. Prinsip kerja traktor pegas juga berlaku pada mobil-mobilan pegas. Mobil-mobilan tersebut ditarik mundur kemudian dilepaskan sehingga bergerak maju.

B.      Hubungan antara Gaya dan Energi

Dalam permainan jungkat-jungkit, seorang anak bergerak karena gaya berat anak lainnya. Dengan kata lain, gaya berat dapat membuat benda berpindah posisi. Saat gaya menyebabkan benda berpindah, dikatakan gaya melakukan kerja. Begitu pula ketika batu dilemparkan dengan ketapel, batu terlontar dari bantalanya, berarti pentil melakukan kerja terhadap batu.

Energi diartikan sebagai  kemampuan suatu benda dalam melakukan kerja. Jelaslah bahwa ada hubungan antara gaya dan energi. Dalam keseharian energi disebut tenaga. Energi yang dimiliki batu yang terlontar disebut energi gerak atau energi kinetik. Jadi semua benda yang bergerak memiliki energi kinetik, misal mobil melaju, orang berlari atau bola melambung.

Pada ketapel energi kinetik tidak hanya dimiliki oleh batu, karet pentil yang melemparkan batu juga memiliki energi. Pada saat ditarik karet pentil memiliki energi potensial. Energi potensial tersebut ditimbulkan oleh gaya pegas. Oleh sebab itu energi potensial karet disebut energi potensial pegas. Permainan jungkat-jungkit juga berhubungan dengan energi potensial. Saat anak berada di atas, ia memiliki energi potensial. Energi potensial anak itu dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Karenanya energi potensial anak tersebut dinamakan energi potensial gravitasi. Semua benda pada ketinggian memiliki energi potensial gravitasi. Misalnya mangga yang menggantung dan lampu yang tergantung.

Selain energi kinetik dan potensial, masih ada bentuk energi yang lain. Energi tersebut adalah sebagai berikut :

1.       Energi panas, yaitu energi dalam bentuk panas. Energi panas juga disebut energi kalor. Energi panas berasal dari matahari, api, ataupun benda panas lainnya.

2.       Energi kimia, yaitu energi yang timbul akibat reaksi kimia. Contohnya, energi kimia di dalam tubuh kita. Energi tersebut berasal dari pembakaran bahan makanan. Kita menggunakannya untuk bergerak. Contoh lainnya adalah energi kimia dalam bahan bakar. Energi tersebut digunakan untuk menjalankan mesin. Contohnya, mobil, motor, dan pesawat terbang.

3.       Energi listrik, yaitu energi yang dimiliki arus listrik. Energi listrik merupakan energi yang paling banyak digunakan.

4.       Energi bunyi, yaitu energi yang dimiliki oleh bunyi. Kita dapat membuktikan bahwa bunyi mempunyai energi. Saat mendengar bunyi sangat keras, telinga kita menjadi sakit. Bunyi pesawat jet yang terbang rendah dapat memecahkan kaca jendela.

5.       Energi cahaya, yaitu energi yang dimiliki cahaya. Contohnya, penggunaan laser untuk memotong logam. Laser juga digunakan untuk mengiris bagian tubuh yang akan dioperasi.

6.       Energi Nuklir, energi nuklir adalah energi yang terdapat pada inti atom.

C.      Energi Listrik

Dalam kehidupan sehari-hari, kita tidak terlepas dari penggunaan energi listrik. Kita dapat menonton TV, mendengar radio, belajar pada malam hari. Semuanya menggunakan energi listrik.

1. Gejala Kelistrikan

Bagaimana cara menghasilkan energi listrik? Untuk memahami energi listrik, kamu harus memahami gejala kelistrikan terlebih dahulu. Suatu benda mengandung ribuan muatan listrik yang sangat kecil. Ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif (+) dan muatan  negatif (–). Jumlah muatan listrik pada setiap benda sama. Gejala kelistrikan muncul ketika kedua muatan tersebut tidak sama.

2. Sumber Energi Listrik

Listrik yang umumnya kita kenal adalah listrik yang mengalir. Listrik yang mengalir disebut arus listrik. Benda yang dapat menghasilkan arus listrik dinamakan sumber energi listrik, misalnya baterai. Baterai berisi zat kimia yang dapat berubah menjadi energi listrik. Apabila kutub positif (+) dan kutub negatif (–) dihubungkan dengan menggunakan kawat, arus listrik akan mengalir. Untuk mengetahui baterai itu mengalirkan arus listrik, kamu dapat memasang sebuah lampu. Apabila lampunya menyala berarti arusnya mengalir.

3. Konduktor dan Isolator Listrik

Konduktor listrik adalah benda yang dapat menghantarkan arus listrik, misalnya benda dari logam. Adapun isolator listrik adalah benda yang tidak dapat menghantarkan arus listrik, misalnya plastik dan karet.

Untuk mengetahui suatu benda termasuk konduktor listrik atau isolator listrik, lakukanlah kegiatan berikut.

 

4.  Rangkaian Listrik

Kamu telah melakukan percobaan bahwa sebuah lampu dapat menyala jika kabel-kabelnya saling dihubungkan. Jadi, arus listrik dapat mengalir dalam rangkaian tertutup. Rangkaian listrik dapat disusun menjadi dua jenis, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel.

a. Rangkaian Seri

Arus listrik pada rangkaian seri hanya memiliki satu jalan. Arus listrik dari baterai mengalir ke lampu A, kemudian ke lampu B, dan kembali lagi ke baterai.

Kamu dapat mengamatinya pada Gambar 6a.

b. Rangkaian Paralel

Arus lisrik pada rangkaian paralel memiliki cabang. Oleh karena bercabang, rangkaian paralel memiliki dua jalan aliran listrik. Arus listrik dari baterai mengalir secara bersamaan melalui lampu A dan lampu B, kemudian balik lagi ke baterai. Kamu dapat mengamatinya pada Gambar 6b.

5.  Perubahan Energi 
      Untuk mempelajari perubahan energi, silakan klik video berikut.

Setelah mempelajari materi gaya, gerak, dan energi, ayo kerjakan latihan berikut.

https://www.flexiquiz.com/SC/N/c9d1de7f-66ea-43de-b659-eb2bdd17cd43

SELAMAT DATANG

Selamat datang di blog GURU KELAS SEKOLAH DASAR. Blog ini berisi pembelajaran di Sekolah Dasar khususnya kelas tinggi.