Energi dan Usaha

ENERGI DAN USAHA

Disusun Oleh : Melvin Erlina Putri

NIM : 210343606417

A. Uraian Materi

Ketika kita melesatkan sebuah anak panah dari busurnya, bisakah kita menghitung laju anak panah yang lepas dari busur tersebut? Gaya yang diberikan tali busur ke anak panah berubah-ubah posisinya. Bagaimana caranya menyelesaikan masalah ini? dibawah ini kita akan membahas tentang konsep yang bisa mengatasi permasalahan tersebut

1. Pengertian dan Rumus Usaha

Besarnya energi atau gaya untuk memindahkan atau menggerakkan suatu benda atau objek bisa disebut dengan usaha. Untuk menghitung seberapa besar usaha yang digunakan persamaan berikut :

Keterangan:

W = usaha (Joule);

F = gaya (N); dan

s = perpindahan (m).

Usaha (W) bertanda positif (+), usaha searah dengan perpindahan benda.

Usaha (W) bertanda negatif (-), usaha berlawanan arah dengan perpindahan benda.

a. Usaha pada bidang datar

Gambar diatas menunjukkan bahwa ada suatu gaya yang dibutuhkan untuk menarik benda sampai pindah sejauh s. Jika gaya tersebut membentuk sudut θ terhadap perpindahan, perumusannya menjadi seperti berikut :

b. Usaha pada bidang miring

Tidak hanya pada bidang datar, usaha juga dapat dilakukan pada bidang miring, salah satu contoh adalah pada saat kita melihat kurir yang memindahkan barang kedalam truk menggunakan bantuan salah satu pesawat sederhana yaitu bidang miring

Untuk menghitung besarnya usaha pada bidang miring dirumuskan sebagai berikut :

2. Pengertian dan rumus Energi

Pada ilmu fisika yang dimaksud dengan energi yang berhubungan dengan usaha adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi dan usaha saling berhubungan karena energi yang terjadi pada suatu benda atau objek termasuk perubahan energi kinetik dan energi potensial.

a. Energi Kinetik

Energi yang dimiliki nemda bergerak disebut dengan energi kinetik. Karena memiliki kecepatan, benda tersebut berarti memiliki energi kinetik. Massa dan kecepatan dari benda saling berkaitan dengan nilai energi kinetik. Besarnya massa dan besarnya energi kinetik berbanding lurus dan kecepatan gerak benda berbanding kuadrat. Benda yang memiliki kecepatan besar ketika bergerak artinya benda tersebut massanya juga besar. Begitupun sebaliknya, jika kecepatannya kecil, maka energi kinetiknya juga kecil. Contoh pada saat kita melempar batu, batu tersebut tentu saja memiliki kecepatan, oleh karena itu ia memiliki energi kinetik. Energi kinetik dari batu tersebut bisa dilihat apabila batu tadi menumbuk sesuatu yang ada didepannya.

Berikut adalah rumus dari energi potensial :

Keterangan:

Ek = energi kinetik (Joule);

m = massa (kg); dan

v = kecepatan (m/s).

b. Energi Potensial

Benda yang memiliki ketinggian berarti benda itu memiliki energi potensial. Berikut adalah rumus dari energi potensial:

Keterangan:

Ep = energi potensial (Joule);

m = massa (kg);

g = percepatan gravitasi (m/s²); dan

h = ketinggian benda (m).

c. Energi Potensial Pegas

Pada saat pegas direnggangkan atau dimampatkan terdapat energi potensial pegas. Berikut adalah rumus dari energi potensial :

Keterangan:

Ep = energi potensial pegas (Joule);

k = konstanta pegas (N/m); dan

∆x = perubahan panjang pegas (m).

d. Energi Mekanik

Energi potensial dan energi kinetik yang dijumlahkan akan menjadi energi mekanik. Gaya diluar benda yang berkerja bisa mempengaruhi besarnya energi. Rumus energi mekanik sebagai berikut :

Keterangan:

Em = energi mekanik (Joule);

Ep = energi potensial (Joule); dan

Ek = energi kinetik (Joule).

3. Hubungan antara Usaha dan Energi

Perubahan energi yang terjadi pada suatu benda baik perubahan energi kinetik maupun energi potensial disebut dengan usaha. Rumus usaha dan energi sebagai berikut :

a. Daya

Daya adalah kecepatan untuk melakukan usaha. Usaha yang dilakukan setiap sekon adalah istilah lain dari daya. Rumus daya sebagai berikut :

Keterangan:

P = daya (Watt);

t = waktu (s);

F = gaya (N);

s = perpindahan (m); dan

v = kecepatan (m/s).

B. Fenomena dalam Bidang Bioteknologi

Bioteknologi merupakan cabang dari ilmu biologi yang mencakup tentang materi mikroorganisme, sel, genetika, dan biokimia. Sehingga dapat disimpulkan bahwa materi kimia juga termasuk dalam bagian dari bioteknologi, karena mempelajari tentang enzim, bakteri, fungi, virus, dan lainnya.

Salah satu contoh adalah pada saat kita makan. Tubuh kita memerlukan makan untuk memperoleh energi sehingga kita bisa bergerak dan beraktivitas dengan bebas. Pada saat makan, terjadilah perubagan energi kimia yang berupa glukosa kemudian diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk ATP (Adenosine Triphosphate). ATP sendiri adalah molekul yang membawa energi di dalam sel. ATP termasuk energi utama sel, dan itu adalah produk akhir dari proses fotofosforilasi (menambahkan gugus fosfat ke molekul menggunakan energi dari cahaya), respirasi sel, dan fermentasi.

C. Teknologi dalam Bidang Bioteknologi

Bioteknologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang pemanfaatan makhluk hidup (seperti bakteri, virus, fungi, dan lainnya) maupun produk dari makhluk hidup itu sendiri (seperti enzim, antibiotik, sel) untuk menghasilkan barang atau jasa yang bermanfaat umtuk manusia. Dari sana kita bisa mengambil kesimpulan bahwa bioteknologi berhubungan dengan bakteri dan virus. Contoh teknologi yang berhubungan dengan bidang bioteknologi adalah penggunaan Robot medical Assistant ITS-Airlangga (RAISA). Robot RAISA digunakan untuk meminimalkan kontak tenaga medis dengan pasien COVID-19.

Robot RAISA di RSKI Unair/Foto: Esti Widiyana

Robot RAISA dikendalikan dengan menggunakan remote control dari jarak jauh menggunakan Joystick. Robot ini bisa beroprasi bergantung pada koneksi Wireless Fidelity (WiFi), dan dengan spesifikasi baterai 0,85 kWh, robot RAISA mampu bertahan hingga 8-10 jam. Robot setinggi 1,5 meter ini dilengkapi dengan empat rak secara bersusun yang bisa membawa banyak barang maksimal 50 kilogram. Selain itu juga dilengkapi monitor untuk komunikasi dua arah antara tenaga medis dengan pasien menggunakan multimedia. Penerapan energi kinetik dalam teknologi tersebut terletak pada saat Robot RAISA sedang berjalan, tentu saja peristiwa itu menerapkan energi kinetik dan juga membutuhkan usaha untuk dapat bergerak.

D. Contoh Soal pada Bidang Bioteknologi

Sebuah robot kesehatan memiliki energi kinetik sebesar 560.000 joule. Jika robot tersebut memiliki massa sebesar 800 kg, maka kecepatan robot tersebut adalah

Diketahui : Energi kinetik (Ek) = 560.000 joule

Massa robot (m) = 800 kg

Ditanya : kecepatan robot (v)?

Jawab : Ek = 1/2 . m v²
v = √ 2 x Ek/m
v = √ 2 x 560.000 / 800
v = 37,42 m/s

Jadi kecepatan robot tersebut adalah 37,42 m/s

E. Permasalahan Kontekstual pada Bidang Bioteknologi, Solusi – Solusi Penyelesaian yang Sudah Ada, Solusi Baru yang Ditawarkan, dan Desain Miniatur Teknologi Penyelesaiannya

Pada Maret 2020 kemarin, terdapat kasus Covid-19 pertama terdeteksi di Indonesia. Sejak saat itu kasus Covid-19 di Indonesia semakin bertambah setiap harinya. Hal ini tentu saja membuat tenaga kesehatan di Indonesia menjadi kewalahan.

Solusi dari masalah diatas membuat Institut Teknologi Sepuluh Nopemeber (ITS) berkolaborasi dengan Universitas Airlangga (Unair) secara resmi menciptakan Robot medical Assistent ITS – Airlangga (RAISA). Robot ini mampu memberikan pelayanan kepada pasien Covid-19 yang sedang diisolasi seperti mengantar makanan, pakaian, maupun obat-obatan. Walaupun dengan adanya robot ini, pasien Covid-19 tetap membutuhkan perawat, setidaknya interaksi antara perawat dan pasien berkurang, sehingga bisa mengurangi penularan virus Covid-19.

Solusi penyelesaian sebelumnya belum ditemukan, saya sudah mencari di beberapa artikel yang membahas robot tersebut kurang mendetail pembahasannya. Hal ini mungkin disebabkan karena robot RAISA tergolong masih baru di dunia teknologi kesehatan, dan belum bisa di produksi banyak di Indonesia.