Pewarisan Sifat

Materi Genetik dan Persilangan Monohibrid

 

Gen dan Kromosom

Gen ialah suatu substansi kimia dalam kromosom yang bertanggung jawab terhadap pewarisan sifat organisme.

 

Istilah gen pertama kali dikemukakan oleh W. Johansen. Fungsi gen antara lain sebagai berikut.

1. Mengatur perkembangan dan metabolisme individu.

2. Menyampaikan informasi genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya.

3. Sebagai zarah tersendiri dalam kromosom.

 

Gen terdapat di dalam kromosom, dan menempati tempat-tempat tertentu yaitu di dalam lokus-lokus kromosom.

 

Pada sel eukariotik, kromosom berada di dalam inti sel.Pada saat sel tidak sedang membelah, kromosom berbentuk benang-benang halus yang disebut benang-benang kromatin.

 

Gen terdiri dari untaian-untaian DNA. Setiap gen menempati tempat tertentu di dalam kromosom. Tempat suatu gen di dalam krosomom disebut sebagai lokus gen.

 

Pada makhluk tingkat tinggi, sel tubuh (sel somatik) mengandung satu pasang kromosom yang diterima dari kedua induk/orang tuanya. Kromosom-kromosom yang berasal dari induk betina bentuknya serupa dengan yang berasal dari induk jantan. Maka sepasang kromosom itu disebut kromosom homolog. Karena itu jumlah kromosom dalam sel tubuh dinamakan diploid (2n). Tetapi pada sel kelamin (gamet) hanya mengandung setengah dari jumlah kromosom yang terdapat di dalam sel somatik. Karena itu jumlah kromosomnya dinamakan haploid (n). Satu pasang kromosom haploid dari satu spesies dinamakan genom. Jumlah kromosom yang dimiliki berbagai makhluk tidak sama.

 

Kromosom pada manusia dan makhluk hidup yang berkembang biak secara seksual dapat dibedakan menjadi dua, yaitu

1. Autosom yaitu kromosom yang mengatur sifat-sifat tubuh selain jenis kelamin. Kromosom tubuh (autosom) manusia ada 22 pasang atau berjumlah 44 buah.

2. Gonosom atau kromosom seks, yaitu kromosom yang khusus menentukan jenis kelamin.

 

Kromosom seks manusia berjumlah satu pasang atau 2 buah. Seorang laki-laki mempunyai kromosom XY, sedangkan seorang wanita mempunyai kromosom XX. Dengan demikian jumlah kromosom pada manusia adalah 23 pasang atau 46 buah. Kromosom laki-laki ditulis 44AA + XY, sedangkan kromosom wanita ditulis 44AA + XX.

 

Persilangan

Persilangan adalah proses menggabungkan dua sifat yang berbeda dan diharapkan mendapatkan sifat yang baik bagi keturunannya.

 

Orang yang pertama kali menyelidiki perkawinan silang dan menganalisa hasilnya dengan teliti ialah Gregor Mendel. Ia mengumpulkan beberapa jenis kacang ercis (Pisum sativum) untuk dipelajari perbedaannya satu sama lain dan melakukan percobaan perkawinan silang pada tanaman ercis tersebut.

Simbol (tanda) yang sering digunakan dalam mempelajari genetika.

P         : induk/parental (orang tua)

F          : keturunan/filial (fillus)

F1       : keturunan pertama

F2       : keturunan kedua

 

Gen biasanya diberi simbol dengan huruf pertama dari suatu sifat. Gen dominan dinyatakan dengan huruf besar, sedangkan gen resesif dengan huruf kecil, misalnya:

T          : simbol untuk gen yang menentukan batang tinggi

t           : simbol untuk gen yang menentukan batang kerdil/pendek

 

Simbol tanaman ditulis dengan huruf dobel, misalnya:

TT        : simbol untuk tanaman berbatang tinggi

tt          : simbol untuk tanaman berbatang kerdil/pendek

 

Dari perkawinan silang yang dilakukan Mendel pada tanaman ercis berbatang tinggi dengan yang berbatang kerdil, maka semua tanaman keturunan pertama seragam berbatang tinggi. Suatu tanda bahwa sifat batang tinggi mengalahkan sifat batang kerdil. Sifat demikian disebut sifat dominan, sedangkan sifat yang dikalahkan disebut sifat resesif.

 

Jika keturunan pertama dibiarkan menyerbuk sendiri, didapatkan keturunan kedua yang memperlihatkan pemisahan sifat dengan perbandingan kira-kira 3/4 batang tinggi dan 1/4 batang kerdil. Percobaan Mendel tersebut di atas dapat diikuti secara genetik seperti diagram perkawinan sebagai berikut.

Dari diagram papan catur di atas, terlihat bahwa keturunan pada F2 adalah:

TT        = berbatang tinggi

2 Tt      = berbatang tinggi

tt          = berbatang pendek/kerdil

Dengan demikian perbandingan tanaman berbatang tinggi : batang kerdil = 3 : 1.

 

Sifat keturunan yang dapat  diamati atau lihat (misalnya warna, bentuk, dan ukuran) dinamakan fenotipe. Sedangkan sifat dasar yang tak tampak dan tetap (tidak berubah karena lingkungan) pada suatu individu dinamakan genotipe (misalnya TT dan tt).

 

Anggota dari sepasang gen yang terletak pada posisi yang sama pada pasangan kromosom disebut alel. Misalnya T menentukan sifat tinggi pada batang, sedangkan t menentukan batang kerdil. Maka T dan t merupakan alel. Tetapi andaikan R adalah gen yang menentukan warna merah bunga, maka T dan r bukan alel.

 

Homozigot ialah individu yang genotipenya terdiri dari alel yang sama (misalnya TT dan tt), sedangkan heterozigot adalah individu yang genotipenya terdiri dari pasangan alel yang tidak sama (misalnya Tt). Homozigot dapat dibedakan atas homozigot dominan (TT) dan homozigot resesif (tt).

 

Fenotipe dua individu dapat sama meskipun genotipenya berbeda. Misalnya tanaman berbatang tinggi dapat mempunyai genotipe TT atau Tt. Untuk mengetahui sifat-sifat yang dominan dan resesif pada manusia,

 

Persilangan Monohibrid

 

a.    Sifat Dominan dan Resesif

 

Perkawinan monohibrid ada yang menunjukkan sifat yang bersifat dominan saja atau resesif saja, jadi tidak ada sifat yang bersifat antara atau intermediet.

 

Contoh :

 

Tanaman kacang ercis berbunga merah dikawinkan dengan yang berbunga putih. Turunan pertamanya (F1) seluruhnya berbunga merah. Apabila turunan pertama disilangkan dengan sesamanya ternyata keturunan kedua (F2) terdiri atas tanaman ercis berbunga merah dan putih dengan perbandingan 3 : 1. 

Apabila gen untuk warna merah bunga dilambangkan M, sedangkan gen untuk warna putih dilambangkan m, proses penyilangannya akan tampak sebagai berikut.

Maka perbandingan fenotipe F2 adalah bunga merah : bunga putih = 3 : 1. Sedangkan perbandingan genotipenya adalah MM : Mm : mm = 1 : 2 : 1.

 

Setiap genotipe yang mengandung M besar, maka akan berwarna merah. Maka gen M dan warna bunga merah bersifat dominan. Namun jika tidak mengandung M, maka termasuk warna putih artinya m bersifat resesif.

 

b.    Sifat Intermediet

 

Persilangan monohibrid tidak selalu memperlihatkan sifat dominan resesif, tapi ada pula keturunan yang mempunyai sifat diantara keduanya. Contohnya pada perkawinan silang tanaman bunga pukul empat (Mirabilis jalapa). Jika sebuk sari berasal dari tanaman homozigot berbunga merah (genotipe MM) disilangkan dengan putik dari tanaman homozigot berbunga putih (genotipe mm). 

Diagram persilangannya dapat digambarkan sebagai berikut.

Maka perbandingan fenotipe F2 adalah bunga merah : bunga merah muda : bunga putih = 1 : 2 : 1. Sedangkan perbandingan genotipenya adalah MM : Mm : mm = 1 : 2 : 1.

 

Warna bunga merah hanya terjadi bila gen M bertemu dengan M. Jika gen m bertemu dengan m dihasilkan bunga warna putih. Bila gen M bertemu dengan m dihasilkan keturunan dengan warna gabungan yaitu merah muda. Sifat ini disebut sifat intermediet.

PERKEMBANGBIAKAN PADA HEWAN

 PERKEMBANGBIAKAN PADA HEWAN

Hewan tingkat rendah melakukan perkembangbiakan dengan cara vegetatif, sedangkan hewan tingkat tinggi melakukan perkembangbiakan secara generatif. Perkembangbiakan vegetatif pada hewan merupakan perkembangbiakan untuk menghasilkan individu baru yang tidak disertai dengan proses pembuahan (peleburan sel kelamin jantan dan sel kelamin betina). Perkembangbiakan vegetatif banyak dilakukan oleh hewan tingkat rendah. Perkembangbiakan vegetatif pada hewan dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu pertunasan, fragmentasi, dan membelah diri. Perkembangbiakan generatif pada hewan dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu Ovipar (bertelur), Vivipar (melahirkan), dan Ovovivipar (bertelur dan melahirkan). Masing-masing perkembangbiakan tersebut memiliki ciri yang membedakan satu dengan lainnya.

 

A. Reproduksi Aseksual Pada Hewan

Beberapa hewan dapat melakukan reproduksi aseksual seperti halnya tumbuhan. Beberapa hewan dapat melakukan reproduksi aseksual seperti halnya tumbuhan, yaitu dengan menggunakan bagian tubuhnya. Berikut ini beberapa reproduksi hewan secara aseksual.

 

1. Membentuk Tunas

         Reproduksi aseksual dengan cara membentuk tunas untuk menghasilkan keturunan. Contoh hewan yang melakukan reproduksi dengan cara ini antara lain Hydra sp., Porifera, dan Coelenterata.

 

2. Fragmentasi

Planaria merupakan salah satu contoh hewan yang melakukan fragmentasi. Reproduksi dengan cara ini terjadi melalui dua tahap. Tahap pertama adalah fragmentasi, yaitu pematahan atau pemotongan tubuh induk menjadi dua bagian atau lebih.

Selanjutnya terjadi tahap regenerasi, yaitu setiap potongan tubuh induk tersebut membentuk bagian tubuh lain yang tidak ada pada bagian tersebut. Pada akhirnya, setiap potongan tubuh tersebut akan membentuk individu baru dengan bagian tubuh yang lengkap seperti induknya.

 

3. Partenogenesis

Partenogenesis secara alami dapat terjadi pada hewan seperti lebah, semut, tawon, kutu daun, dan kutu air. Pada hewan tertentu, misalnya lebah, ovum yang dibuahi akan tumbuh dan berkembang menjadi lebah betina, sedangkan yang tidak dibuahi akan tumbuh menjadi lebah jantan. 

Lebah betina bersifat steril dan memiliki tugas sebagai pekerja dalam kawanan lebah. Lebah jantan bersifat fertil. Lebah jantan mampu menghasilkan sel kelamin yang digunakan untuk membuahi sel telur yang dihasilkan oleh lebah ratu. Lebah ratu adalah lebah yang menghasilkan telur-telur yang menjadi lebah betina dan lebah jantan.

Selain lebah, kutu daun dan kutu air juga dapat bereproduksi dengan cara partenogenesis. Kutu daun betina dan kutu air betina dapat terus menerus bertelur. Telur yang dihasilkan akan berkembang dan menetas menjadi kutu betina tanpa didahului proses fertilisasi. Meski demikian fertilisasi tetap diperlukan untuk menghasilkan individu baru setelah beberapa generasi kutu mengalami partenogenesis.

 

 

B. Reproduksi Seksual Pada Hewan

Sebagian besar hewan bereproduksi secara seksual. Reproduksi seksual terjadi melalui proses perkawinan antara hewan jantan dan hewan betina. Melalui proses ini akan terjadi proses fertilisasi, yaitu proses peleburan inti sel sperma dan inti sel telur. Proses fertilisasi ini akan menghasilkan zigot. Selanjutnya, zigot akan berkembang menjadi embrio (calon anak) dan pada tahap selanjutnya embrio akan berkembang menjadi individu baru.

Proses fertilisasi dapat terjadi melalui dua cara, yaitu fertilisasi internal dan fertilisasi eksternal? Fertilisasi internal terjadi apabila proses peleburan antara inti sel telur dan inti sel sperma terjadi di dalam tubuh hewan betina. Contoh hewan yang melakukan fertilisasi secara internal antara lain sapi, ayam, kura-kura, dan buaya.

Fertilisasi eksternal terjadi apabila proses peleburan antara sel telur dan sel sperma terjadi di luar tubuh hewan betina. Fertilisasi dengan cara ini biasanya terjadi pada hewan yang hidupnya di lingkungan perairan, misalnya ikan.

Reproduksi seksual pada hewan akan menghasilkan telur, anak, serta ada pula hewan yang bertelur dan beranak. Berdasarkan cara perkembangan dan kelahiran embrionya hewan yang bereproduksi secara seksual dibagi menjadi tiga jenis, sebagai berikut.

 

1. Hewan Vivipar

Kucing, kelinci, kerbau, gajah, badak, sapi, kerbau, anoa, babi, banteng, dan kambing adalah beberapa hewan yang tergolong hewan vivipar. Hewan vivipar disebut juga hewan beranak. Hewan ini memiliki embrio yang berkembang di dalam rahim induk betinanya dan akan dilahirkan pada saat umurnya sudah mencukupi.

Hewan Vivipar

Embrio akan memperoleh nutrisi melalui perantara plasenta. Hewan yang baru dilahirkan memerlukan nutrisi. Sayangnya karena pencernaan bayi hewan belum kuat maka diperlukan makanan yang mudah dicerna. Pada hewan mamalia, induk hewan tidak perlu mencari makanan tambahan untuk anaknya. Tuhan Yang Maha Kuasa melengkapi tubuh mamalia dengan kelenjar mammae yang dapat menghasilkan susu. Susu mengandung laktosa yang dapat dicerna oleh perut bayi hewan dengan mudah untuk menghasilkan nutrisi dan energi yang diperlukan.

 

2. Hewan Ovipar

Contoh dari hewan ovipar antara lain cicak, katak, ikan, ayam, burung, itik, dan lain sebagainya. Hewan ovipar disebut juga dengan hewan bertelur. Hewan ini embrionya berkembang di dalam telur. Telur hewan ini akan dikeluarkan dari dalam tubuh induk betina dan akan dilindungi oleh cangkang.

Hewan Ovipar

Hewan tertentu, misalnya penyu, ikan, dan katak, menghasilkan puluhan hingga ratusan telur setiap kali bertelur. Akan banyak dihasilkan individu baru jika telur yang dihasilkan dibuahi atau pun berhasil bertahan hidup. Tidak semua telur yang dihasilkan oleh ikan dan katak yang telah mengalami pembuahan dapat menetas menjadi individu baru. Tidak semua telur penyu yang menetas dapat bertahan hidup sampai dewasa, karena adanya predator, ombak, dan arus laut yang harus dihadapi oleh penyu yang baru saja menetas. Meskipun dapat dihasilkan puluhan bahkan ratusan individu baru dalam sekali reproduksi, kita juga tetap harus menjaga kelestarian ikan, katak, dan terutama penyu agar tetap lestari.

Telur adalah embrio yang dapat menetas jika dierami atau mendapat perlakuan yang seolah-olah dierami. Telur yang kita jumpai sehari-hari terdiri atas kuning telur (yolk), membran vitelin, putih telur (albumen), kalaza, embrio, ruang udara, cangkang telur, dan membran cangkang telur.

Pada telur ayam kampung maupun telur bebek, telah terdapat embrio yang berada pada tahap awal perkembangan. Embrio di jaga agar tetap berada di bagian atas kuning telur oleh ‘tali’ yang berada di bagian samping kuning telur yaitu kalaza. Kalaza juga berfungsi menjaga agar kuning telur tetap berada di tempatnya. Kuning telur mengandung protein, lemak, ion fosfor, zat besi, pigmen karoten, dan air. Kuning telur merupakan cadangan makanan bagi embrio yang sedang tumbuh.

Putih telur tersusun atas protein albumin, air, beberapa ion, dan beberapa mineral. Putih telur juga berfungsi sebagai pelindung embrio dari goncangan. Ruang udara menyediakan keperluan oksigen untuk embrio.

Bagian paling luar dari telur adalah cangkang yang merupakan pelindung telur dari kerusakan baik dari goncangan maupun perlindungan dari kuman penyakit. Pada cangkang telur terdapat pori yang memungkinkan pertukaran gas-gas pernapasan. Telur dapat menetas jika dierami. Ayam, itik, dan burung mengerami telur di bagian bawah tubuhnya di atas sarang. Penyu memiliki cara unik untuk mengerami telurnya, yaitu dengan meletakkan telurnya di dalam tanah daerah pantai.

Embrio pada telur dapat berkembang dengan baik jika berada pada suhu dan kelembaban tertentu. Jika suhu kurang atau lebih rendah dari yang diperlukan oleh telur, maka embrio akan berhenti berkembang. Sebaliknya, jika suhu untuk pengeraman terlalu tinggi dapat mengakibatkan kematian embrio atau ketidaknormalan perkembangan embrio. Tiap telur memerlukan suhu yang berbeda untuk dapat berkembang dan menetas menjadi individu baru. Embrio telur ayam dapat berkembang dengan baik pada suhu 38,33-40,55ºC, itik 37,78-39,45 ºC, puyuh 39,5 ºC, dan walet 32,22-35 ºC.

 

3. Ovovivipar

Hewan ovovivipar disebut juga hewan bertelur dan beranak. Embrio hewan yang tergolong ovovivipar sebenarnya berkembang di dalam telur, tetapi embrio tidak dikeluarkan dalam bentuk telur seperti pada hewan ovipar. Telur tetap berada di dalam tubuh induk betina. Setelah umur embrio cukup untuk dilahirkan, telur akan menetas di dalam tubuh induk dan kemudian anaknya dilahirkan. Contoh dari hewan ovovivipar antara lain kadal dan sebagian jenis ular.

Hewan Ovovivipar

Cacing merupakan hewan hermaprodit artinya dalam satu tubuh cacing terdapat dua alat kelamin yaitu jantan dan betina. Meskipun memiliki dua alat kelamin sekaligus, cacing tidak dapat melakukan reproduksi secara seksual dengan dirinya sendiri. Pada reproduksi seksualnya cacing tetap memerlukan cacing yang lain.

 

 

C. Siklus Hidup Hewan

Hewan juga mengalami siklus hidup seperti pada manusia dan tumbuhan. Zigot kucing berkembang di dalam rahim induk betina. Setelah beberapa waktu anak kucing lahir dan menjadi kucing muda. Kucing muda tumbuh menjadi kucing dewasa yang organ reproduksinya telah siap melakukan fertilisasi. Jika fertilisasi terjadi maka akan terbentuk kembali zigot.

Pada satu siklus hidup, ubur-ubur dapat bereproduksi secara seksual dan secara aseksual. Ubur-ubur seringkali dijumpai dalam bentuk medusa dan berada dalam tahap generatif, yaitu dapat menghasilkan sel kelamin. Sel kelamin dilepaskan ke air dan dapat mengalami fertilisasi. Zigot akan berkembang menjadi larva. Jika berada pada tempat yang sesuai, larva akan tumbuh menjadi polip.

Pada bentuk polip, ubur- ubur dapat berkembangbiak secara aseksual melalui tunas. Polip akan berkembang dan tersusun atas strobilus. Polip strobilus mengalami reproduksi aseksual yaitu dapat terlepas dan berada pada bentuk medusa kembali.

Siklus Hidup Ubur-Ubur

Jika kita perhatikan ratusan kecebong pada suatu kolam, maka kecebong tersebut berasal dari telur yang menetas dan menjadi individu menyerupai induknya. Contoh lainnya, misalnya pada ayam, penyu, dan cicak. Ada pula telur yang menetas dan mengalami beberapa perubahan bentuk tubuh dalam pertumbuhannya, hingga akhirnya menjadi individu dewasa, misalnya pada kupu -kupu, nyamuk, lalat, belalang, dan katak.

Perubahan bentuk tubuh tiap tahap pertumbuhan dan perkembangan biasanya dikenal dengan istilah metamorfosis. Katak merupakan salah satu hewan yang juga mengalami metamorfosis, Gambar berikut menggambarkan tahapan metamorfosis yang terjadi pada katak.

Serangga dapat bermanfaat bagi tumbuhan dan manusia tetapi ada pula serangga yang menjadi hama. Hama dapat diberantas secara efektif dengan menggunakan insektisida. Sayangnya, beberapa serangga dapat berkembang dan menjadi tahan terhadap insektisida atau resisten terhadap insektisida. Keadaan ini biasanya timbul sebagai akibat penggunaan satu jenis insektisida secara terus-menerus dalam waktu yang cukup lama. Racun pada insektisida dapat membunuh hama dan dapat pula membahayakan makhluk hidup bukan hama. Berbagai cara untuk melakukan pengendalian biologis terhadap hama telah dikembangkan dan diuji. Pengendalian biologis terhadap hama dilakukan dengan bantuan berbagai jenis bakteri, jamur, dan virus. Makhluk hidup parasit dan pemberian predator alami bagi hama juga berhasil dilakukan untuk mengendalikan hama tertentu. Dikembangkan pula metode pengendalian hama dengan melibatkan hama jantan. Hama jantan diberi perlakuan tertentu sehingga tidak dapat melakukan reproduksi atau pun diberikan suatu bahan kimia tertentu yang dapat mengganggu perilaku reproduksi hama maupun tingkah laku dari hama.

 

 

D. Teknologi Reproduksi Pada Hewan

Teknologi reproduksi pada hewan adalah upaya manusia untuk mengembangbiakkan hewan di luar perkembangbiakan alaminya, dengan harapan bisa mengatasi masalah dalam perkembangbiakan. Berikut ini adalah beberapa teknologi reproduksi pada hewan.

 

1. Inseminasi Buatan (Kawin Suntik)

Kawin suntik atau dikenal dengan istilah inseminasi buatan (IB) adalah proses memasukkan cairan sperma (semen) dari sapi jantan yang unggul ke dalam saluran reproduksi sapi betina dengan bantuan manusia. Inseminasi buatan ini dilakukan dengan cara memasukkan sperma (semen) yang telah dibekukan dengan menggunakan alat seperti suntikan. Inseminasi buatan memiliki beberapa manfaat, antara lain efisiensi waktu, efisiensi biaya, dan juga memperbaiki kualitas anakan sapi. Perbaikan kualitas misalnya sebagai penghasil daging yang berkualitas (sapi potong). Sebagai contoh, untuk menghasilkan anakan sapi dengan kualitas daging yang baik dan berjumlah banyak, diambil sel-sel sperma dari sapi Brahman dari India untuk diinseminasikan pada sapi betina lokal.

 

2. Perkawinan silang

Perkawinan silang atau hibridisasi adalah mengawinkan dua jenis hewan yang berbeda varietasnya dan memiliki sifat-sifat unggul. Keuntungan dari teknologi perkawinan silang adalah dapat menghasilkan individu baru dengan kualitas yang lebih baik, menghemat biaya, mempercepat produksi, dan memperpanjang usia.

 

3. Kloning

Kloning merupakan proses menghasilkan individu-individu dari jenis yang sama yang identik, berasal dari induk yang sama, memiliki jumlah anggota gen yang sama. karena diambil dari inti somatis induknya.

Konsep kloning berdasarkan prinsip tentang setiap sel pada perencanaan hidup memiliki kemampuan menjadi individu baru.

USAHA DAN ENERGI

 USAHA DAN ENERGI

 

A. Usaha

Usaha adalah gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan arah gaya.  Semakin besar gaya yang diberikan pada benda, semakin besar pula usaha yang dihasilkan. Semakin besar perpindahan benda, semakin besar pula gaya yang dihasilkan. 

Usaha dapat dirumuskan sebagai :

 

Keterangan :

W = usaha (J)

F = gaya yang diberikan (N)

Δs  = perpindahan (m)

 

Beberapa contoh yang termasuk pada usaha:

a. Orang mendorong gerobak hingga gerobaknya pindah.

b. Seorang siswa mendorong mejanya hingga bergeser ke samping.

c. Mobil bergerak sejauh 200 meter, dan sebagainya.

 

Contoh yang tidak termasuk pada usaha:

a. Orang mendorong dinding sehingga dindingnya tetap.

b. Orang menggeser lemari sehingga lemarinya tidak berubah.

c. Seorang siswi mendorong rak buku sehingga raknya itu tidak bergeser sedikitpun, dan sebagainya.

 

Dikatakan ada usaha apabila suatu gaya menggerakkan suatu benda sejauh jarak perpindahan itu. Usaha adalah gaya kali jarak perpindahan. Maka rumusnya:

Usaha = F x s

Joule = N x m

1 joule = 1 Nm atau

Usaha = resultan x s

W = F x s = R x s

1 Joule adalah usaha yang dilakukan apabila gaya sebesar 1 N dapat memindahkan suatu benda sejauh 1 m searah dengan gayanya.

 

Contoh soal:

1. Seseorang mendorong gerobak dengan gaya 30 N, gerobak itu berpindah sejauh 20 m. Berapakah usaha yang dilakukan orang itu?

Diketahui:       F = 30 N

S = 20 m

Ditanya:          W = … ?

Jawab:             W = F x s

     = 30 N x 20 m

     = 600 J

 

2. Banu mengangkat segalon air yang beratnya 19 kg ke atas meja yang tingginya 1 m. Jika percepatan gravitasi adalah 10 m/s², berapa besarnya usaha yang dilakukan Banu?

Diketahui : m = 19 kg

                   g = 10 m/s²

                   s = 1 m

Ditanya : W= … ?

Jawab :

F = m x g

  = 19 x 10

  = 190 N

 

W = F x s

    = 190 x 1

    = 190 J

 

Usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya yang searah dengan perpindahan adalah jumlah gaya kali perpindahannya. Maka rumusnya:

W = F x s

W = (F1 + F2) x s

Karena F-nya lebih dari satu, maka jumlahkan F1 dan F2.

Usaha pada beberapa gaya dapat dikerjakan dengan cara mencari resultan terlebih dahulu.

R = F1 + F2

W = R . s

 

Contoh soal:

Ada dua orang sedang mendorong mobil yang mogok. Dadan mengeluarkan gaya 40 N dan Yudi mengeluarkan gaya 30 N. Setelah didorong mobil itu bergerak 5 m. Berapakah usaha yang dilakukan oleh Dadan dan Yudi itu?

Diketahui:       Gaya Dadan (F1) = 40 N

Gaya Yudi (F2) = 30 N

S = 5 m

Ditanya:          W = … ?

Jawab:             W = F x s

     = (F1 + F2) x s

     = (40 N + 30 N) x 5 m

     = 70 N x 5 m

     = 350 J

 

Usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya yang berlawanan arah dengan perpindahan adalah selisih gaya kali perpindahannya. Maka rumusnya:

W = F x s Karena F-nya lebih dari satu dan berlawanan arah, maka cari selisih gaya itu, maka rumusnya:

W = (F1 - F2) x s

W = R . s

 

Contoh soal:

Arman mendorong mobil dengan mengeluarkan gaya 60 N ke arah depan. Sedangkan Budiman mengeluarkan gaya 70 N ke arah belakang, akhirnya mobil itu berpindah sejauh 4 m ke belakang, tentukan:

a. Usaha yang dilakukan oleh Arman?

b. Usaha yang dilakukan oleh Budiman ? dan

c. Usaha yang dilakukan kedua orang itu?

Diketahui:       gaya Arman (F1) = - 60 N

gaya Budiman (F2) = 70 N

S = 4 m

Ditanya:          a. W1= … ?

b. W2= … ?

c. Wtot= … ?

Jawab: a. Karena gaya pada Arman berlawanan dengan arah perpindahan sehingga gayanya bernilai negative (-), maka:

W1 = F1 x s

       = - 60 N x 4 m

       = -240 Nm

       = -240 J

b. W2 = F2 x s

           = 70 N x 4 m

           = 280 Nm

           = 280 J

c. Wtot = W1 + W2

 = -240 J + 280 J

 = 40 J

 

 

B. Energi

Energi diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Dalam Satuan Internasional, satuan energi dinyatakan dalam joule (J) atau kalori (kal).

 

1. Macam-macam Energi

Energi memiliki berbagai macam jenis. Berdasarkan bentuknya, energi dibedakan menjadi energi kinetik, energi potensial, energi kalor, energi kimia, energi cahaya, energi bunyi, energi nuklir, energi listrik dan sebagainya.

 

2. Perubahan Energi

Energi dapat mengalami perubahan bentuk dari energi satu menjadi energi yang lain. Bentuk perubahan energi ditunjukkan melalui contoh berikut.

a. Energi listrik menjadi energi cahaya

Contoh: lampu belajar, layar TV

b. Energi cahaya menjadi energi listrik

Contoh: sel surya

c. Energi kimia menjadi energi kinetik

Contoh: makanan dijadikan energi untuk manusia sehingga memudahkan pergerakan

d. Energi listrik menjadi energi bunyi

Contoh: radio dan bel kendaraan

e. Energi listrik menjadi energi kinetik

Contoh: kipas angin

f. Energi nuklir menjadi energi listrik

Contoh: PLTN

 

3. Sumber Energi

Secara umum ada dua sumber energi :

a. Dapat Diperbarui (Renewable)

Contoh: cahaya matahari, angin, air (air terjun dan gerakan ombak laut)

b. Tidak Dapat Diperbarui (Unrenewable)

Contoh: nuklir dan fosil (bahan bakar minyak dan gas)

 

4. Energi Kinetik, Energi Potensial, dan Energi Mekanik

a. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah  energi yang dimiliki benda karena geraknya (kecepatan). Energi kinetik jika dituliskan dalam bentuk persamaan seperti berikut.

Contoh Soal

Sebuah sepeda yang massanya 40 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan besar energi kinetik sepeda tersebut!

Diketahui: m = 40 kg

                  v = 10 m/s

Ditanya: Ek = … ?

Jawab: Ek = 1/2 m v²

Ek = 1/2 x 40 x 10²

Ek = 2000 Joule

 

b. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisi kedudukannya (ketinggian) terhadap gaya tarikan gravitasi. Energi potensial jika dituliskan dalam persamaan matematis seperti berikut.

Contoh Soal

Buah pepaya bermassa 0,5 kg tergatung pada tangkainya yang berada pada ketinggian 2 m dari atas tanah. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s², tentukan besar energi potensial yang dimiliki oleh buah pepaya tadi!

Diketahui: m = 0,5 kg

                  h = 2 m

                  g = 10 m/s²

Ditanya: Ep = … ?

Jawab: Ep = m x g x h

Ep = 0,5 x 10 x 2

Ep = 10 Joule

 

c. Energi Mekanik

Energi mekanik merupakan energi total yang dimiliki benda. Energi mekanik juga dapat dikatakan jumlah energi kinetik dan energi potensial. Apabila energi mekanik dituliskan dalam persamaan seperti berikut.

Contoh Soal

Apel dengan massa 300 gram jatuh dari poho pada ketinggian 10 meter. Jika besar gravitasi (g) = 10 m/s², hitunglah energi mekanik pada apel!

Diketahui: m = 300 gram (0,3 kg)

      g = 10 m/s²

      h = 10 m

Ditanyakan: Em= … ?

Jawab:
Benda jatuh dan tidak diketahui kecepatannya atau benda menyentuh tanah, maka energi kinetik (Ek) diasumsikan bernilai nol (Ek = 0)

Em = Ep + Ek

Em = m.g.h + ½.m.v²

Em = (0,3 . 10 .10) + (1/2 . 0,3 . 0²)

Em = 30 + 0

Em = 30 Joule

 

5. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Benda yang dijatuhkan pada ketinggian tertentu atau benda yang dilemparkan ke atas akan mengalami perubahan energi. Perubahan energi tersebut merupakan perubahan energi potensial menjadi energi kinetik atau sebaliknya. Jumlah energi potensial dan energi kinetik suatu benda di posisi manapun selalu sama asalkan tidak ada gaya luar yang memengaruhinya.

Hubungan antara energi potensial dan energi kinetik di posisi manapun menjadi dasar hukum Kekekalan Energi Mekanik. Hukum Kekekalan Energi Mekanik menyatakan jumlah energi potensial dan energi mekanik dalam medan gravitasi nilainya sama. Berdasarkan pernyataan tersebut, hukum Kekekalan Energi Mekanik dapat dituliskan dalam persamaan berikut.

D. Daya

Semakin cepat manusia atau alat teknik dalam melakukan usaha dikatakan memiliki kemampuan tinggi. Dalam fisika, tinggi rendahnya kemampuan disebut dengan daya. Daya juga dapat diartikan usaha persatuan waktu atau perubahan energi persatuan waktu.Daya dirumuskan sebagai berikut.

Satuan daya yang lebih kecil adalah erg/sekon. Satuan daya ukuran bear adalah kilowatt, megawatt, dan daya kuda (horse power). Kesetaraan satuan daya dapat dilihat sebagai berikut.

1 kiloWatt (kW) = 10³ Watt (W)

1 tenaga kuda (hp) = 0,745 kW

1 kW = 1,34 hp

 

Latihan Soal!

1. Sebuah benda ditarik dua buah gaya yang searah masing-masing 10 N dan 20 N. Jika benda berpindah 4 m, maka besar usaha yang dilakukan adalah ….

2.  Ari melakukan usaha sebesar 600 J untuk memindahkan sebuah meja sejauh 3 m. Berapa besar gaya yang dilakukan Ari pada meja?

3. Kelapa jatuh dari ketinggian 15 m. Massa kelapa 2 kg dan g = 10 ms^-2. Hitunglah besarnya energi potensial yang dimiliki kelapa pada ketinggian tersebut!

4. Sebuah benda massanya 4 kg bergerak dengan kecepatan 4 ms-1. Besar energi kinetiknya adalah ….

5. Sebuah pepaya jatuh dari ketinggian 5 m dari permukaan tanah. Jika massa pepaya 2 kg dan g = 10 ms^-2, maka besar energi potensial dan energi kinetik saat pepaya berada 3 m di atas permukaan tanah ….