Materi Fisika Efisiensi Energi

Efisiensi energi (η) terjadi pada alat atau mesin yang mengubah energi baik energi sejenis maupun perubahan bentuk energi satu ke bentuk lain.

Bagan Efisiensi

η = (Eout / Ein) . 100%

Efisiensi merupakan perbandingan energi yang dihasilkan dengan energi yang diubah. Sebuah alat pengubah energi tidak mungkin memiliki η = 100%, artinya energi masuk dengan energi yang dihasilkan tidak mungkin sama.

Efisiensi energi merupakan tingkat keiritan energi mesin atau alat. Efisiensi artinya irit yaitu energi yang dihasilkan mendekati energi yang diperlukan (sedikit energi yang terbuang).

Contoh Soal :

1. Sebuah benda meluncur pada bidang miring / turunan sejauh 20km dengan rata-rata sudut penurunan 37° jika efisiensi lintasan terhadap gerak benda 25% dengan g = 10m/s², tentukan kecepatan benda ketika sampai di bawah!

2. Kendaraan bermotor beserta pengendara bermassa 250kg, jika kendaraan dari keadaan diam kemudian bergerak hingga kecepatan 20m/s menempuh jarak 80km. Jika 1liter bahan bakar setara dengan energi sebesar 2 . 10⁸joule dengan efisiensi mesin kendaraan 40%, tentukan jumlah bahan bakar yang diperlukan!

3. Busur pelontar anak panah berefisiensi 40% , konstanta kelenturan busur 4 . 10³N/m ditarik sepanjang 80cm untuk melontarkan arah panah seberat 2,5N. Jika g = 10m/s². Tentukan kecepatan anak panah saat lepas dari busur!

4. Benda jatuh dari ketinggian 125m untuk nilai g = 10m/s² dengan efisiensi energi 60% tentukan kecepatan benda saat akan menyentuh tanah!

Jawab :

1. Diketahui,
s = 20km
η = 25%
α = 37°
g = 10m/s²

Untuk mencari kecepatan maka kita menggunakan efisiensi perbandingan Ep sebagai energi masuk dan Ek sebagai energi keluar. Dimana kita harus mencari ketinggian (h) terlebih dahulu dengan cara perbandingan trigonometri menggunakan sin yaitu membandingkan antara depan dengan miring.

sin37° = 3/5

sin37° = jarak depan / jarak miring
depan / miring = jarak depan / jarak miring
3/5 = h /20
h = 12km
h = 12.000m

η = (Eout / Ein) . 100%
25% = (1 / 2 . m . v² / m . g . h) . 100%
25% = (1 / 2 . v² / g . h) . 100%
25% = (1 / 2 . v² / 10m/s² . 12.000) . 100%
v² = (2 . 25 . 10 . 12.000) / 100
v² = 60.000
v = 100√(6) m/s

2. Diketahui,
m = 250kg
v = 20m/s
s = 80km = 80000m
1liter = 2 . 10⁸J
η = 40%

Volume bahan bakar yang dibutuhkan.

Pertama kita harus mencari berapa banyak energi yang diperlukan untuk 1 meter kendaraan yang melaju.

Ek = 1 / 2 . m . v²
= 1 / 2 . 250kg . (20m/s)²
= 50.000kg.m²/s²
= 50.000joule

Setelah itu kita cari berapa energi yang dibutuhkan untuk menempuh 80.000m.

80.000m / x = 1m / 50.000joule
x = 4.000.000.000joule = 40 . 10⁸joule

Setelah itu kita bandingkan lagi untuk mencari berapa liter yang dibutuhkan untuk menghasilkan energi sebanyak 40 . 10⁸joule.

1liter / 2 . 10⁸J = x / 40 . 10⁸joule
x = 20liter

Efisiensi = 40% . volume bahan bakar
= 40% . 20liter
= 8 liter

Bahan bakar yang diperlukan = 20liter - 8liter
= 12liter

3. Diketahui,
η = 40%
k = 4 . 10³N/m
Δx = 80cm = 0,8m
w = 2,5N

Kita dapat mencari massa benda melalui rumus berat benda.

m = w / g
= 2,5N / 10m/s²
= 0,25kg

Sekarang kita akan mencari kecepatan anak panah saat lepas dari busur dengan perbandingan efisiensi antara energi kinetik sebagai energi keluar dengan energi potensial pegas sebagai energi masuk.

η = (Eout / Ein) . 100%
40% = (1 / 2 . m . v² / 1 / 2 . k . (Δx)²) . 100%
40% = (0,25kg . v² / 4 . 10³N/m . (0,8m)²) . 100%
v² = 4.096
v = 64m/s

4. Diketahui,
h = 125m
g = 10m/s²
η = 60%

Sekarang kita akan mencari kecepatan benda saat akan menyentuh tanah dengan perbandingan efisiensi antara energi kinetik sebagai energi keluar dengan energi potensial sebagai energi masuk.

η = (Eout / Ein) . 100%
60% = (1 / 2 . m . v² / m . g . h) . 100%
60% = (1 / 2 . v² / 10m/s² . 125m) . 100%
v² = 1.500
v = 10√(15) m/s