Usaha dan Energi

USAHA (KERJA) DAN ENERGI

Konsep fisika dalam dinamika yang juga dapat digunakan untuk mengetahui keadaan gerak suatu benda yang menghubungkan pengaruh luar (gaya) dengan keadaan gerak benda, selain hukum Newton adalah konsep usaha (kerja) dan energi (tenaga). Bedanya dengan konsep hukum newton, usaha dan energi adalah besaran skalar. Karena itu, untuk beberapa kasus, konsep usaha-energi dapat lebih mudah digunakan untuk mengetahui keadaan gerak suatu benda akibat pengaruh luar (gaya).


Usaha
Dalam fisika, usaha merupakan proses perubahan Energi dan usaha ini selalu dihubungkan dengan gaya (F) yang menyebabkan perpindahan (s) suatu benda. Dengan kata lain, bila ada gaya yang menyebabkan perpindahan suatu benda, maka dikatakan gaya tersebut melakukan usaha terhadap benda.

Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan adalah hasil kali skalar vektor gaya dan vektor perpindahan benda, hasil kali komponen gaya dalam arah gerakan dan besar perpindahan titik tangkap gaya tersebut :
W=F cos θ Δx = Fx Δx
dengan θ adalah sudut antara vektor gaya dan vektor perpindahan benda.

Energi
Energi sering juga disebut dengan tenaga. Dalam kehidupan sehari-hari energi dihubungkan dengan gerak, misal orang yang energik artinya orang yang selalu bergerak tidak pernah diam. Energi dihubungkan juga dengan kerja. Jadi Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja.
Dalam Fisika energi dihubungkan dengan gerak, yaitu kemapuan untuk melakukan kerja mekanik. Energi dialam adalah besaran yang kekal, dengan sifat-sifat sebagai berikut :

1. Transformasi energi : energi dapat diubah menjadi energi bentuk lain, tidak dapat hilang misal energi pembakaran berubah menjadi energi penggerak mesin
2. Transfer energi : energi dapat dipindahkan dari suatu benda kebenda lain atau dari sistem ke sistem lain, misal kita memasak air, energi dari api pindah ke air menjadi energi panas, energi panas atau kalor dipindah lagi keuap menjadi energi uap
3. Kerja : energi dapat dipindah ke sistem lain melalui gaya yang menyebabkan pergeseran, yaitu kerja mekanik
4. Energi tidak dapat dibentuk dari nol dan tidak dapat dimusnahkan

Sumber-sumber energi yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari misalnya: energi minyak bumi, energi batubara, energi air terjun, energi angin, energi nuklir dan energi kimia. Bagi tubuh manusia energi didapatkan dari nutrisi makanan. Satuan energi dalam standar internasional adalah Joule. Berkaitan dengan energi nutrisi biasanya digunakan kalori atau Kilokalori (Kkal), dimana 4,2 Joule setara dengan 1 kalori.

Macam-Macam Energi
Terdapat banyak definisi jenis energi, tetapi yang paling sering dibahas dalam sistem gerak adalah energi kinerik dan energi potensial. Energi didasarkan bentuk konversinya sangat banyak, antara lain: energi kimia, energi listrik, energi cahaya, energi bunyi, energi mekanik dan lain-lain….

Energi Kinetik
Sebuah benda yang bermassa m dan bergerak dengan laju v, mempunyai energi kinetik sebesar Ek dengan kata lain , energi kinetik suatu benda adalah energi yang dipunyai benda yang bergerak. Berarti setiap benda yang bergerak, mempunyai energi kinetik Ek, secara matematis, energi kinetik dapat ditulis sebagai:

Ek = 1/2 mv^2

Dimana
m = massa benda (kg)
v = laju benda (m/s)
Ek = energi kinetik (joule)

Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki akibat kedudukan benda tersebut terhadap bidang acuannya. Sedangkan yang dimaksud dengan bidang acuan adalah bidang yang diambil sebagai acuan tempat benda mempunyai energi potensial sama dengan nol. Sebagai contoh dari energi potensial, adalah energi pegas yang diregangkan, energi karet ketapel, energi air terjun.

Perumusan energi potensial, secara matematis dapat ditulis
Ep = m g h
Dimana :
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s 2 )
h = ketinggian dari muka bumi (m)
Ep = energi potensial (joule)

Tubuh kita yang berkedudukan h meter dari tanah/lantai memiliki Energi Potensial terhadap tanah. Dalam hal ini, bidang lantai dianggap sebagai bidang acuan.

SUMBER ENERGI TUBUH MANUSIA
Manusia dalam melakukan kegiatan/aktivitas setiap hari membutuhkan energi, baik untuk bergerak maupun untuk bekerja. Kemampuan tubuh manusia untuk melangsungkan kegiatannya dipengaruhi oleh struktur fisiknya. Tubuh manusia terdiri dari struktur tulang, otot, syaraf, dan proses metabolisme.
Rangkah tubuh manusia disusun dari 206 tulang yang berfungsi untuk melindungi dan melaksanakan kegiatan fisiknya, dimana tulang-tulang tersebut dihubungkan dengan sendi-sendi otot yang dapat berkontraksi.
Otot-otot ini berfungsi mengubah energi kimia menjadi energi mekanik, dimana kegiatannya dikontrol oleh sistem syaraf sehingga dapat bekerja secara optimal. Hasil dari proses metabolisme yang terjadi di otot, berupa kumpulan proses kimia yang mengubah bahan makanan menjadi dua bentuk, yaitu energi mekanik dan energi panas. Proses dari pengubahan makanan dan air menjadi bentuk energi.

Tubuh manusia disusun dari 100 triliun sel dan mempunyai sifat dasar tertentu yang sama. Setiap sel digabung oleh struktur penyokong intrasel, dan secara khusus beradaptasi untuk melakukan fungsi tertentu. Dari total sel yang ada tersebut, 25 triliun sel merupakan sel darah merah yang mempunyai fungsi sebagai alat tranportasi bahan makanan dan oksigen di dalam tubuh dan membawa karbon dioksida menuju paru-paru untuk dikeluarkan. Disamping itu, hampir semua sel juga mempunyai kemampuan untuk berkembang biak, walaupun sel-sel tertentu rusak karena suatu sebab, sel-sel yang tersisa dari jenisnya akan membelah diri secara kontinyu sampai jumlah yang sesuai/membentuk seperti semula. Semua sel menggunakan oksigen sebagai salah satu zat utama untuk membentuk energi, dimana mekanisme umum perubahan zat gizi menjadi energi di semua sel pada dasarnya sama.

Bahan makanan yang berupa karbohidrat, lemak, dan protein yang dioksidasi akan menghasilkan energi. Energi dari karbohidrat, lemak, dan protein semuanya digunakan untuk membentuk sejumlah besar Adenosine TriPosphate (ATP), dan selanjutnya ATP tersebut digunakan sebagai sumber energi bagi banyak fungsi sel. Bila ATP di urai secara kimia sehingga menjadi Adenosine DiPosphate (ADP) akan menghasilkan energi sebesar 8 kkal/mol, dan cukup untuk berlangsungnya hampir semau langkah reaksi kimia dalam tubuh. Beberapa reaksi kimia yang memerlukan energi ATP hanya menggunakan beberapa ratus kalori dari 8 kkal yang tersedia, sehingga sisa energi ini hilang dalam bentuk panas. Beberapa fungsi utama ATP sebagai sumber energi adalah untuk mensintesis komponen sel yang penting, kontraksi otot, dan transport aktif untuk melintasi membran sel.

Bila dilihat secara persentase, energi yang menjadi panas sebesar 60% selama pembentukan ATP, kemudian lebih banyak lagi energi yang menjadi panas sewaktu dipindahkan dari ATP ke sistem fungsional sel. Sehingga hanya 25% dari seluruh energi dari makanan yang digunakan oleh sistem fungsional sel.

Dan walaupun demikian, sebagian besar energi ini juga menjadi panas karena:
• Energi untuk sistesis protein dan unsur-unsur pertumbuhan lain. Bila protein disintesis menyebabkan banyak ATP digunakan untuk membentuk ikatan peptida dan ia menyimpan energi dalam rantai ini, terdapat pertukaran protein secara terus-menerus, sebagian didegradasi dan sementara protein lainnya dibentuk. Energi yang disimpan dalam ikatan peptida dikeluarkan dalam bentuk panas ke dalam tubuh.
• Energi untuk aktivitas otot. Sebagian besar energi ini dengan mudah melawan viskositas otot itu sendiri atau jaringan sekelilingnya sehingga anggota badan dapat bergerak. Pergerakan liat ini menyebabkan gesekan dalam jaringan akan menimbulkan panas.
• Energi untuk jantung memompa darah. Darah merenggangkan sistem arteri sehingga menyebabkan reservoar energi potensial. Pada saat darah mengalir melalui pembuluh darah kapiler, gesekan dari lapisan darah yang mengalir satu sama lain terhadap dinding pembuluh mengubah energi ini menjadi panas.

Oleh karena itu, dapat dikatakan semua energi yang digunakan oleh tubuh diubah menjadi panas, kecuali di otot yang digunakan untuk melakukan beberapa bentuk kerja di luar tubuh.