Show
Pada materi Fisika SMA kelas XI, dipelajari konsep energi dan juga pembagian jenis-jenis energi. Salah satu jenis energi yang banyak dipelajari adalah energi potensial. Energi potensial wajib dipelajari mengingat jenis energi ini mudah ditemukan di kehidupan seperti energi dari benda jatuh dan lainnya. Pengertian Energi PotensialEnergi potensial merupakan jenis energi yang sudah dimiliki oleh suatu benda dikarenakan kedudukan (posisi) atau keadaan benda tersebut. Oleh karena itu bisa dikatakan energi potensial secara alami sudah dimiliki atau tersimpan oleh suatu benda meski dalam keadaan diam. Ada banyak jenis energi potensial di muka bumi ini seperti energi ketapel, energi air terjun, energi busur, energi pegas dan lainnya. Energi potensial juga dimiliki oleh energi listrik dan juga energi kimia seperti energi minyak bumi dan energi nuklir. Sebagaimana di dalam hukum kekekalan energi, energi potensial yang sudah tersimpan di dalam suatu benda tersebut tidak akan dapat dihilangkan atau diciptakan kembali. Energi yang tersimpan di dalam benda tersebut hanya dapat diubah menjadi bentuk energi lainnya. Energi Potensial ListrikEnergi potensial listrik adalah energi yang dimiliki oleh suatu partikel bermuatan yang bergerak dalam suatu medan listrik. Pada kondisi ini medan listrik akan mengerahkan gaya serta melakukan kerja terhadap partikel bermuatan tersebut. Energi potensial listrik bisa diubah menjadi energi cahaya atau energi panas pada alat-alat listrik dikarenakan arus yang umumnya agak besar. Pada aliran arus listrik ini akan terjadi banyak tumbukan antara atom dan elektron pada kawat. Setiap kali atom dan elektron saling menumbuk, maka akan terjadi transfer energi dari elektron ke atom yang ditumbuk. Hal ini membuat energi kinetik atom bertambah serta menyebabkan suhu elemen kawat semakin tinggi. Secara matematis, energi potensial listrik dirumuskan sebagai berikut: Ep = k(q0 x q/r) Keterangan: Ep = energi potensial listrik (Joule)q0 = muatan sumber (Coloumb)q = muatan uji (Coloumb) k = konstanta (9 x 109 N.m²/C²) Energi Potensial GravitasiEnergi potensial gravitasi merupakan energi yang dimiliki oleh benda dikarenakan kedudukan (posisi) atau ketinggian benda tersebut dari benda lainnya. Energi potensial gravitasi yaitu energi potensial benda terhadap bidang acuan yang terletak di jarak h di bawah dari benda. Bidang acuan terkadang bisa saja berada di atas kedudukan benda. Apabila bidang acuan berada di atas kedudukan benda, maka energi potensial gravitasi bernilai negatif. Secara matematis, persamaan energi potensial gravitasi menggunakan rumus berikut ini: Ep = m x g x h Keterangan: Ep = energi potensial gravitasi (Joule)g = percepatan gravitasi (m/s²)h = ketinggian terhadap titik acuan (m) m = massa benda (kg) Energi Potensial PegasPegas juga memiliki energi potensial yang berkaitan dengan kemampuan pegas untuk meregang akibat adanya usaha dari luar pegas. Energi potensial sistem pegas akan tercapai ketika beban menarik pegas secara maksimal sehingga pegas teregang maksimal. Kemampuan pegas untuk meregang berbeda-beda untuk setiap pegas karena ditentukan oleh konstanta pegas tersebut sebesar k. Untuk mengetahui energi potensial pegas maka sangat erat kaitannya dengan usaha dalam menarik pegas tersebut hingga teregang maksimal. Pegas yang diikat ujungnya menggunakan balok dengan massa m yang ditaruh di atas lantai yang licin. Pegas sendiri memiliki massa yang jauh lebih kecil dibandingkan massa balok. Selanjutnya balok ditarik secara perlahan-lahan hingga pegas meregang sejauh x dengan kecepatan konstan. Gaya yang diberikan kepada pegas oleh balok sebesar Fluar = kx maka gaya yang dikerahkan oleh pegas sebesar F = kx dengan arah yang berlawanan. Oleh karena itu gaya total antara gaya luar dan gaya pegas bernilai nol sehingga balok akan terus bergerak dengan kecepatan konstan. Pegas dan juga balok membentuk suatu sistem yang dikenal sebagai sistem pegas balok. Usaha yang dilakukan oleh gaya luar pegas sebesar: Wluar = ½ kx² Sementara usaha yang dilakukan pegas sebesar Wpegas = -½ kx² Total usaha yang dikerjakan pada balok merupakan penjumlahan usaha pegas ditambah dengan usaha yang berasal dari luar dengan total bernilai nol. Sehingga perubahan energi kinetik sistem sebesar 0 atau berarti tidak terjadi perubahan energi kinetik pada pegas. Usaha dari luar yang diberikan oleh balok terhadap pegas menyebabkan pegas mengalami perubahan konfigurasi. Energi yang terkait dengan perubahan konfigurasi pegas dinamakan energi potensial pegas. Usaha dari luar yang diberikan ke sistem balok pegas akan disimpan sebagai tenaga potensial. Apabila energi potensial disebut U, maka saat balok berada di posisi x=0, tenaga potensial balok dianggap 0. Sehingga energi potensial yang dimiliki oleh sistem pegas massa sebesar: U(x) = ½ kx² Rumus di atas bisa digunakan untuk menghitung energi potensial sistem pegas di setiap posisi balok. Energi potensial maksimal sistem pegas tercapai ketika balok meregang di jarak maksimal. Sebaliknya, ketika pegas tertekan oleh balok sejauh –x, maka energi potensial sistem bisa dihitung menggunakan persamaan di atas yang mana hasilnya akan sama dengan balok yang diregangkan sejauh x. Energi Potensial Dalam Kehidupan Sehari-HariEnergi potensial gravitasi sangat mudah ditemukan dalam kehidupan sehari-hari karena ada banyak benda yang berada pada ketinggian tertentu secara otomatis menyimpan energi potensial karena posisi (ketinggiannya). Berikut beberapa contoh energi potensial dalam kehidupan sehari-hari:
Contoh Soal Energi PotensialHitunglah energi potensial yang dimiliki oleh batu yang ada di ketinggian 15 m di atas permukaan bumi dengan massa 5 kg. Apabila gravitasi bumi yang ada di tempat tersebut sebesar 9,8 m/s² Diketahui: m = 5 kgh = 15 m g = 9,8 m/s² Ditanya: Energi potensial (Ep) Jawab: Ep = m x g x h Ep = 5 kg x 9,8 m/s² x 15 m Ep = 735 Joule Suatu pegas mempunyai konstanta pegas dengan nilai sebesar 500 N/m. Pada ujung pegas diikat sebuah balok dengan massa sebesar 0,5 kg diletakkan secara mendatar di atas lantai. Pegas direnggangkan sejauh 10 cm. Besar gesekan antara balok dan lantai diabaikan. Hitung kerja pegas! Diketahui: k = 400 N/m∆x = 10 – 0 = 10 cm = 0,1 m m = 0,5 kg Ditanya: Besar usaha pegas? Jawab: W = ½ kx² W = ½ x 400 x (0,1)² = 2 Joule KesimpulanEnergi potensial yaitu energi yang dimiliki oleh suatu benda dikarenakan kedudukan (posisi) atau keadaan benda tersebut. Ada banyak jenis energi potensial yang bisa ditemukan di kehidupan sehari-hari seperti energi potensial gravitasi, energi potensial listrik, energi potensial kimia, dan lainnya. Kembali ke Materi Fisika
Energi mekanik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena gerak dan kedudukannya. Energi mekanik terdiri atas energi kinetik (EK) dan energi potensial (EP), dirumuskan EM = EK + EP. Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang energi mekanik. Sebelumnya, kita telah menuntaskan pembahasan tentang energi kinetik dan energi potensial. Kalian bisa membaca materinya di sini:
Nah, gabungan dari kedua energi itulah yang disebut energi mekanik. Setiap benda memiliki kedua energi tersebut di dalam dirinya. Lantas, apa sih sebenarnya hakikat energi mekanik itu? Bagaimana bentuk perhitungannya? Materi ini akan menguraikannya dengan lengkap disertai dengan contoh soal. Baiklah, kita mulai saja materinya... Pengertian Energi MekanikApa yang dimaksud dengan energi mekanik? Dalam ilmu fisika, energi mekanik (mekanis) adalah energi yang dimiliki oleh benda karena gerak dan kedudukannya (posisi). Energi mekanik merupakan jumlah atau gabungan dari energi kinetik dan energi potensial. Sifat energi mekanik adalah nilainya selalu tetap, meskipun energi kinetik dan energi potensialnya berubah-berubah. Jika energi kinetiknya minimum, maka energi potensialnya maksimum. Begitupun sebaliknya, jika energi kinetiknya maksimum, maka energi potensialnya minium. Hal inilah yang membuat nilai energi mekanik selalu tetap. Oleh karena energi mekanik tersusun dari energi kinetik dan energi potensial, mungkin ada baiknya kita bahasa satu per satu kedua jenis energi tersebut.
Apa yang dimaksud energi kinetik? Menurut ilmu fisika, energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh sebuah benda karena geraknya. Dengan kata lain, energi ini adalah energi yang terdapat pada benda bergerak. Energi kinetik baru akan muncul ketika suatu benda bergerak. Pada saat benda berhenti atau diam, maka energi kinetiknya juga ikut berhenti atau bernilai nol (0).
Berdasarkan penjelasan di atas, gerak merupakan komponen terpenting dari sebuah benda bermassa untuk bisa memiliki energi kinetik. Tanpa adanya gerak, maka tidak akan ada energi kinetik. Kecepatan gerak merupakan besaran pembeda ketika terdapat dua benda yang bermassa sama akan ditinjau energi kinetiknya. Di antara dua benda tersebut, benda dengan gerak tercepatlah yang memiliki energi kinetik terbesar.
Namun, selain kecepatan, besaran yang juga ikut berpengaruh terhadap energi kinetik adalah massa benda. Jika terdapat dua benda dengan kecepatan gerak sama besar, maka benda dengan massa paling besar yang memiliki energi kinetik terbesar.
Berdasarkan jenis satuannya, energi kinetik termasuk besaran turunan. Energi kinetik dinyatakan dengan satuan SI kg.m2/s2 atau Joule, serta dinyatakan dengan dimensi [M][L]2[T]-2. Dari pemahaman di atas, terlihat energi kinetik bergantung pada besaran massa dan kecepatan. Dua besaran inilah yang menyusun rumus umum energi kinetik. Energi kinetik berbanding lurus dengan massa dan kuadrat kecepatan benda, dituliskan dalam bentuk persamaan matematis: EK = 1/2 m . v2 Keterangan:
Apa yang dimaksud dengan energi potensial? Secara umum, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam benda atau sistem karena kedudukannya, bentuknya atau keadaannya dan jika keadaan memungkinkan, energi tersebut dapat dimunculkan. Misalnya, benda yang berada pada kedudukan tertentu di atas permukaan tanah, maka benda tersebut menyimpan energi potensial karena faktor ketinggiannya. Semakin tinggi posisinya dari permukaan tanah, maka semakin besar pula energi potensialnya. Dalam contoh yang lain, pada tali busur yang sedang ditegangkan. Pada keadaan ini, tali busur memiliki energi potensial. Jika tali busur dilepaskan, anak panah dapat terlempar dengan jarak tertentu. Begitu juga pada ketapel, energi potensial muncul ketika karet ketapel ditegangkan, kemudian hilang ketika karet ketapel dilepaskan. Benda yang memiliki energi potensial cenderung untuk melakukan usaha. Dalam fisika, energi potensial disimbolkan dengan EP , satuannya menurut Sistem Satuan Internasional (SI) adalah kg.m2/s2 atau Joule, serta dinyatakan dengan dimensi [M][L]2[T]-2. Berdasarkan jenis satuannya, maka energi potensial termasuk ke dalam besaran turunan, yaitu besaran yang tersusun dari besaran pokok. Energi potensial meliputi energi potensial gravitasi, listrik, pegas, nuklir, dan kimia. Berikut ini akan kakak bahas satu per satu: EP = m . g . h Keterangan:
EP = k . q1.q2/r Atau:EP = q . V Keterangan:
Pada mulanya, pegas dalam keadaan tanpa teregang. Kemudian sebuah bola diletakkan pada ujung pegas dan pegas ditekan. Bola dilepaskan dan ternyata bola akan bergerak. Percobaan ini menunjukkan bahwa pegas yang tertekan dari keadaan seimbang mempunyai energi. Nilai energi potensial elastik pegas sebanding dengan kuadrat simpangan pegas (x), dirumuskan: EP = 1/2.k . x2 Keterangan:
Simbol energi mekanik yang umum digunakan adalah (EM). Dalam Sistem Satuan Internasional, energi mekanik dinyatakan dengan satuan yang sama dengan satuan energi lainnya, yaitu Joule (J). Energi mekanik merupakan besaran turunan sehingga cukup dinyatakan nilai atau angka saja, tidak mempunyai arah.
Berdasarkan definisi energi mekanik di atas, maka rumus energi mekanik bisa dituliskan dengan persamaan: EM = EK + EP Keterangan:
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa:
Energi mekanik benda akan selalu konstan (tetap) jika tidak ada gaya luar yang bekerja padanya.Gaya luar (eksternal) yang dimaksud di sini bisa berupa dorongan seperti mobil yang dipercepat atau bisa juga berupa gesekan. Selama gaya-gaya semacam itu tidak bekerja pada benda maka besar energi mekaniknya tidak berubah atau konstan.
Hukum kekekalan energi mekanik dirumuskan: EM1 = EM2 = Konstan, atau Keterangan:
Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang energi mekanik:
Energi mekanik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena gerak dan kedudukannya (posisi), atau gabungan dari energi kinetik dan energi potensial. 2. Suatu bola dengan massa 0,3 kg didorong dari permukaan meja yang tingginya 2 meter dari tanah. Jika kecepatan bola pada saat lepas dari bibir meja 10 m/s, maka energi mekanik bola pada saat ketinggian 1 meter dari tanah adalah?
Diketahui:
Ditanyakan: Penyelesaian: EM = EK + EP = 1/2 m . v2 + m . g . (h2 - h1) = 1/2 0,3 . 102 + 0,3 . 10 . (2 - 1) = 15 + 3 = 18 J Jadi, energi mekanik bola pada saat ketinggian 1 meter dari tanah adalah 18 Joule.
Contoh energi mekanik dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:
Tetap (Ingat hukum kekekalan energi mekanik)
Diketahui: Ditanyakan: Penyelesaian: EM = EK + EP 84 = EK + 34 EK = 84 - 34 = 50 J Jadi, besar energi kinetiknya adalah 50 J. 6. Bola massa 50 gram di lempar vertikal ke atas dengan kecepatan 20 m/s, tentukan energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik saat berada:
Diketahui:
Penyelesaian: a. EP, EK, EM pada h = 5 m EP = m . g . h = 0,05 . 10 . 5 = 2,5 J EK = 1/2 m . v2 = 1/2 0,05 . 202. = 10 J EM = EK + EP. = 10 J + 2,5 J = 12,5 J b. EP, EK, EM pada hmax hmax = v02/2g = 400/20 = 20 meter Pada hmax, v = 0 m/s EP = m . g . (hmax + h) = 0,05 . 10 . (20 + 5) = 12,5 J EK = 1/2 m . v2 = 1/2 0,05 . 02 = 0 J EM = EK + EP. = 0 J + 12,5 J = 12,5 J Jadi, energi mekanik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena gerak dan kedudukannya. Energi mekanik terdiri atas energi kinetik (EK) dan energi potensial (EP), dirumuskan EM = EK + EP. Gimana adik-adik, udah paham kan materi ini energi mekanik di atas? Jangan lupa lagi yah. Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat. Referensi:
Energi Mekanik: Pengertian, Rumus, Contoh Soal (Lengkap) 2020-09-26T01:01:00-07:00 Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Afdan Fisika |
Energi yang dimiliki pegas dalam keadaan teregang disebut energi
Pos Terkait
Copyright © 2024 idkuu.com Inc.
