Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9

29Energi dalam Kehidupan Sehari-hari

Mainan berpegas berlari cepat menyeberangi lantai, melambat, lalu berhenti — sampai kamu memutar pegasnya lagi. Senter meredup ketika baterainya letih. Kamu sendiri kehabisan tenaga sebelum makan siang. Segala yang bergerak, bersinar, berbunyi, atau menghangatkan tampak sedang membelanjakan sesuatu. Fisika punya nama untuk sesuatu itu, dan mungkin itulah kata yang paling penting dalam seluruh buku ini: energi.

29.1 Sesuatu yang membuat segalanya terjadi

Definisi 29.1 (Energi)

Yang disebut energi adalah apa yang diperlukan untuk membuat segalanya terjadi: menggerakkan benda, mengangkatnya, menyalakannya, menghangatkannya, membuatnya berbunyi. Tidak ada yang berjalan, berpijar, atau tumbuh tanpa energi yang dibelanjakan untuknya — dan apa pun yang membelanjakannya harus lebih dahulu punya energi untuk dibelanjakan.

Definisi 29.2 (Penyimpan energi)

Sebuah penyimpan energi adalah apa pun yang menyimpan energi siap pakai. Penyimpan sehari-hari yang besar: makanan (bahan bakar tubuhmu), bahan bakar seperti kayu dan bensin, baterai yang terisi, pegas yang terputar, air yang ditahan tinggi di belakang bendungan — dan Matahari yang panas, yang mencurahkan energi ke segala sesuatu, sepanjang hari, dengan cuma-cuma.

Contoh 29.3 (Temukan penyimpannya)

Setiap benda yang berjalan punya penyimpan di belakangnya. Mainan yang berlari: pegasnya yang terputar. Senter: baterainya. Mobil: bahan bakar di tangkinya. Kamu: sarapanmu. Perahu layar: udara yang bergerak sebagai angin. Ketika penyimpannya habis — pegas terurai, baterai kosong, tangki kering, waktu makan siang mendekat — berjalannya pun berhenti.

Catatan 29.4 (Tanpa diberi makan, tidak berjalan)

Selama berabad-abad, para penemu mengejar mesin yang akan berjalan selamanya tanpa apa-apa — roda yang berputar sendiri, jam yang tidak pernah perlu diputar. Setiap satunya gagal. Kegagalan mereka adalah salah satu pelajaran terdalam fisika: energi tidak pernah disulap dari udara kosong. Apa pun yang berjalan sedang diberi makan — temukan penyimpannya, dan kamu memahami mesinnya.

29.2 Energi berubah bentuk

Contoh 29.5 (Bentuk-bentuk energi)

Energi menampakkan diri dalam bentuk yang berbeda-beda: energi gerak pada bola yang menggelinding dan angin yang bertiup; energi cahaya yang mencurah dari lampu dan Matahari; energi panas pada segala yang hangat; energi listrik yang merambat lewat kawat; energi tersimpan yang menunggu diam di dalam makanan, bahan bakar, pegas, dan benda yang terangkat. Sesuatu yang sama, banyak bentuknya.

Proposisi 29.6 (Rantai energi)

Setiap kali sesuatu terjadi, energi ditarik dari sebuah penyimpan lalu diteruskan, biasanya berubah bentuk di sepanjang jalan. Energi tidak pernah diciptakan dari ketiadaan — dan tidak pernah benar-benar dimusnahkan juga: apa yang “dihabiskan” sebuah mesin hanya diteruskan, paling sering berakhir, cepat atau lambat, sebagai kehangatan lembut yang menyebar ke sekelilingnya.

Metode 29.7 (Membaca rantai energi)

Untuk memahami alat apa pun, telusurilah rantainya:

temukan penyimpan asal energinya;
temukan pengubahnya — bagian tempat energinya berubah bentuk;
sebutkan bentuk yang keluar — yang berguna, dan kehangatan yang bocor di sampingnya.

Senter, ditelusuri: baterai (penyimpan) $\to$ bohlam (pengubah) $\to$ cahaya (yang berguna) $+$ sedikit kehangatan (kebocorannya — rabalah bohlamnya).

Rantai energi senter: energi yang tersimpan menjadi cahaya — dan sedikit kehangatan selalu lolos di sampingnya.

Contoh 29.8 (Rantai di mana-mana)

Perjalanan pagimu, ditelusuri: sarapan (penyimpan) $\to$ ototmu (pengubah) $\to$ gerak sepeda $+$ kehangatan (kamu merasakannya — tubuhmu memanas). Ladang angin: udara yang bergerak $\to$ bilah yang berputar $\to$ energi listrik di dalam kawat $\to$ cahaya di lampumu malam ini. Bendungan: air yang tinggi $\to$ air yang jatuh memutar turbin $\to$ energi listrik. Rantai yang panjang hanyalah rantai pendek yang disambung: bentuk demi bentuk demi bentuk.

Rantai energi yang dapat kamu lihat dari jalan: udara yang bergerak memutar bilahnya, dan turbinnya mengirim energi listrik ke dalam kawat.

29.3 Matahari di kepala meja

Contoh 29.9 (Hampir setiap rantai bermula dari Matahari)

Telusurilah kebanyakan rantai ke belakang dan kamu tiba di Matahari. Sarapan? Tumbuhan menumbuhkannya dengan menangkap cahaya matahari; serealmu adalah sinar matahari dalam kaleng. Angin? Matahari menghangatkan daratan secara tidak merata, dan udara yang teraduk itulah angin — jadi perahu layar pun berjalan dengan sinar matahari. Kayu? Sinar matahari yang disimpan pohon. Air tinggi di bendungan? Matahari yang mengangkatnya: ia menguapkan laut, lalu uapnya turun sebagai hujan di pegunungan. Panel surya hanya melewati para perantara.

Dua rantai yang ditelusuri kembali ke sumbernya: sarapan dan angin sama-sama bermula dari Matahari.

Catatan 29.10 (Kata yang akan kita tajamkan)

Untuk sekarang, energi adalah cerita yang diceritakan dengan baik: penyimpan, bentuk, rantai. Dapatkah ia diukur, seperti panjang dalam meter dan massa dalam gram? Dapat — energi punya satuannya sendiri dan pembukuannya yang persis, dan keduanya datang kemudian dalam buku ini, setelah kamu berkenalan dengan kelajuan dan gaya sebagaimana mestinya. Rantai yang kamu telusuri tahun ini adalah petanya; bilangannya akan datang untuk tinggal di atasnya.

29.4 Latihan

Latihan 29.1 ★

Apa itu energi, menurut kata-kata bab ini? Sebutkan empat hal yang tidak dapat terjadi tanpanya.

Solusi

Solusi Latihan 29.1.

Energi adalah apa yang diperlukan untuk membuat segalanya terjadi. Tanpanya, tidak ada yang dapat bergerak, terangkat, bersinar, menghangat, atau berbunyi — pilih empat saja.

Latihan 29.2 ★

Temukan penyimpannya: tikus mainan berpegas yang berlari; seorang pengendara sepeda; api unggun; perahu layar; sebuah senter.

Solusi

Solusi Latihan 29.2.

Pegas yang terputar; makanan si pesepeda; kayu yang terbakar; udara yang bergerak sebagai angin; baterainya.

Latihan 29.3 ★

Sebutkan lima bentuk energi, masing-masing dengan satu contoh dari harimu sendiri.

Solusi

Solusi Latihan 29.3.

Gerak (bola yang menggelinding), cahaya (lampu), panas (air mandi yang hangat), listrik (kawat menuju pemanggang roti), tersimpan (sarapan, sebuah baterai, pegas yang terputar).

Latihan 29.4 ★

Telusurilah rantai energi sebuah pemanggang roti, seperti pada Metode 29.7: penyimpan, pengubah, bentuk keluar.

Solusi

Solusi Latihan 29.4.

Energi listrik dari dinding (yang lebih jauh ke belakang diberi makan oleh penyimpan sebuah pembangkit listrik) $\to$ kawat berpijar di dalam pemanggang roti (pengubah) $\to$ panas menuju rotinya — dengan sedikit cahaya, pijar jingganya, di sampingnya.

Latihan 29.5 ★

Telusurilah rantai dari danau sebuah bendungan sampai ke lampu bacamu malam ini.

Solusi

Solusi Latihan 29.5.

Air yang tinggi (penyimpan) $\to$ air yang jatuh memutar turbin (pengubah) $\to$ energi listrik di dalam kawat $\to$ lampunya (pengubah kedua) $\to$ cahaya, ditambah sedikit kehangatan.

Latihan 29.6 ★

Sebuah telepon “mati”. Apa yang sebenarnya habis? Ke mana perginya energi itu, menurut proposisi rantai?

Solusi

Solusi Latihan 29.6.

Penyimpan baterainya sudah habis. Energinya tidak dimusnahkan: energi itu dibelanjakan sepanjang rantai harian — menyalakan layar, membuat bunyi — dan berakhir tersebar sebagai kehangatan lembut di dalam teleponnya dan di dalam ruangan.

Latihan 29.7 ★

Mengapa laptop menjadi hangat di bagian bawahnya selagi kamu memakainya? Mata rantai yang mana yang sedang menampakkan diri?

Solusi

Solusi Latihan 29.7.

Itulah kebocorannya: setiap pengubah meneruskan sebagian energinya menjadi kehangatan di samping kerja bergunanya. Cip laptop mengubah energi listrik, dan kehangatan di bawahnya adalah saluran samping rantai itu yang tidak terhindarkan.

Latihan 29.8 ★

Tunjukkan bahwa perahu layar berjalan dengan sinar matahari, dengan menelusuri rantainya ke belakang selangkah demi selangkah.

Solusi

Solusi Latihan 29.8.

Layarnya didorong angin; angin adalah udara yang teraduk menjadi gerak karena Matahari menghangatkan daratan dan laut secara tidak merata; jadi energi gerak perahunya tiba, dua mata rantai ke belakang, dari sinar matahari.

Latihan 29.9 ★★

Seorang penemu mengumumkan lampu yang “tidak memerlukan baterai, tidak memerlukan colokan, tidak memerlukan bahan bakar — ia sekadar bersinar selamanya”. Pelajaran mana pada Catatan 29.4 yang dilawan pengumuman itu? Pertanyaan apa yang harus kamu ajukan lebih dahulu kepada penemunya?

Solusi

Solusi Latihan 29.9.

Bahwa energi tidak pernah disulap dari udara kosong — apa pun yang berjalan sedang diberi makan. Pertanyaan pertama: “Apa penyimpannya, dan dari mana lampunya menariknya?” Kalau penemunya tidak punya jawaban, lampu itu masuk golongan roda abadi: ke dalam laci kegagalan yang termasyhur.

Latihan 29.10 ★★

Sebuah bola karet yang dijatuhkan dari setinggi bahu memantul makin rendah dan akhirnya terbaring diam. “Energinya dimusnahkan,” kata Leo. Pakailah Proposisi 29.6 untuk membela akhir cerita yang lebih baik — ke dalam bentuk akhir yang mana energi pantulan itu menyelinap?

Solusi

Solusi Latihan 29.10.

Energinya diteruskan, bukan dimusnahkan: setiap pantulan membelanjakan sebagian energi gerak bolanya untuk memipihkan bola serta menggesek udara dan lantai, dan semua pembayaran itu berakhir sebagai bisikan kehangatan di dalam bola, lantai, dan udara. Terlalu tersebar untuk dikumpulkan, tetapi tidak lenyap.

Latihan 29.11 ★★

Ada rumah yang memanaskan air di panel hitam pada atapnya; ada yang memasak dengan sinar matahari dan cermin melengkung; sel surya membuat listrik dari cahaya siang. Jelaskan ungkapan “panel surya hanya melewati para perantara” pada Contoh 29.9: perantara mana saja yang berdiri di antara Matahari dan kehangatan api kayu?

Solusi

Solusi Latihan 29.11.

Di antara Matahari dan api kayu berdiri para perantara: pohon, yang bertahun-tahun menangkap sinar matahari lalu menyimpannya sebagai kayu, dan api yang akhirnya membongkar simpanan itu. Panel di atap mengambil energi sinar mataharinya langsung — tanpa pohon, tanpa tahunan, tanpa api.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 393 istilah di glosarium