Seperti yang sudah dijelaskan pada materi usaha dan energi bahwa usaha yang dilakukan pada sebuah benda akan menimbulkan
perubahan energi pada benda itu. Sebagai contoh apabila ada sebuah benda yang
bergerak dengan kecepatan V tertentu diberikan suatu usaha padanya, maka benda
tersebut akan bergerak bertambah cepat yang menandakan energi gerak benda
tersebut menjadi berubah atau bertambah besar. Jika usaha yang dilakukan
terhadap benda tersebut berlawanan arah dengan arah geraknya, maka akan terjadi
juga perubahan energi geraknya yaitu bertambah kecil. Pada artikel kali ini
kita akan membahas energi kinetik, energi potensial dan energi mekanik benda
serta hubungan antara energi tersebut dengan usaha.
Energi
Kinetik Benda (Ek)
Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh
setiap benda yang bergerak. Dengan kata lain energi kinetik benda hanya akan
timbul ketika benda itu bergerak. Semakin cepat gerak benda tersebut semakin
besar pula energi kinetik yang timbul padanya, sebaliknya semakin lambat gerak
benda semakin kecil pula energi kinetik yang dimiliki benda itu. Bagaimana
kalau benda itu diam atau tidak bergerak? Sesuai dengan definisi yang sudah
disampaikan di atas, maka benda yang diam tidak memiliki energi kinetik. Secara
matematik energi kinetik benda ini dapat dituliskan sebagai berikut:
Ek = ½.m.v2
Dimana:
m =
massa benda dalam satuan kg
V =
kecepatan gerak benda dalam satuan m/s
Contoh soal:
Sebuah benda yang massanya 10 kg bergerak dengan
kecepatan tetap sebesar 8 m/s. Hitunglah energi kinetik yang dimiliki oleh
benda itu!
Penyelesaian:
Dik :
M = 10 kg
V = 8 m/s
Dit :
Energi
kinetik benda?
Jawab :
Ek = ½.m.v2
=
½.10.82
=
320 joule
Ketika sebuah benda bergerak mengalami perubahan
kecepatan sebagai akibat dari usaha yang diberikan kepadanya, maka akan terjadi
juga perubahan energi kinetik pada benda tersebut. Semakin besar usaha yang
diberikan kepadanya akan semakin besar pula perubahan kecepatan benda dan
semakin besar pula perubahan energi kinetiknya. Secara matematik keadaan ini
bisa kita tuliskan sebagai berikut:
W = ΔEk
=
Ek akhir – Ek awal
=
½.m.V2 - ½.m.Vo2
Contoh soal
Sebuah mobil yang massanya 1 ton bergerak dengan
kecepatan 36 km/jam. Kemudian mobil dipercepat sehingga kecepatannya menjadi 72
km/jam. Berapakah usaha yang dilakukan untuk mempercepat mobil tersebut?
Penyelesaian:
Dik :
M = 1 ton = 1000 kg
Vo = 36 km/jam =36.000 m / 3600 s = 10 m/s
V = 72 km/jam =72.000 m / 3.600 s = 20
m/s
Dit :
W= ?
Jawab :
W = ΔEk
= Ek akhir – Ek awal
= ½.m.V2 - ½.m.Vo2
=
½.1000.202 - ½.1000.102
=
200.000 – 50.000
=
150.000 joule
Energi Potensial
Benda (Ep)
Kalau energi kinetik benda merupakan energi yang
dimiliki benda karena geraknya, maka energi potensial adalah energi yang
dimiliki benda karena kedudukannya atau letaknya yang diukur dari permukaan
bumi. Semakin tinggi kedudukan atau letak benda dari permukaan bumi semakin
besar energi potensial yang dimilikinya, demikian juga sebaliknya semakin
rendah atau dekat dengan permukaan bumi energi potensialnya semakin kecil juga.
Bagaimana kalau letaknya di permukaan bumi? Karena permukan bumi dinyatakan
dengan ketinggian 0 maka energi potensial benda yang terletak dipermukaan bumi
besarnya adalah 0. Secara matematis energi potensial benda Ep dapat dituliskan
sebagai berikut:
Ep =
m.g.h
Dimana:
Ep =
energi potensial benda dalam joule
m =
massa benda dalam kg
g =
percepatan grafitasi bumi dalam m/s2
h =
kedudukan atau ketinggian benda dalam meter
contoh soal
jika ada sebuah benda yang massanya 10 kg terletak
100 meter di atas permukaan tanah, maka energi potensial yang dimiliki benda
tersebut adalah? Asumsikan grafitasi bumi besarnya 10 m/s2.
Penyelesaian:
Dik :
m = 10 kg
g = 10 m/s2
h = 100 m
Dit :
Ep = ..?
Jawab :
Ep = m.g.h
=
10.10.100
=
10.000 joule
Jika pada benda tersebut terjadi perubahan
kedudukan (letak ketinggian) maka akan terjadi pulah perubahan energi
potensialnya. Perubahan kedudukan ini tentunya disebabkan oleh usaha yang
diberikan kepada benda itu. Secara matematis hubungan antara usaha yang
diberikan pada benda dengan perubahan energi potensial benda dapat dituliskan
sebagai berikut:
W = ΔEp
=
Ep akhir – Ep awal
=
m.g.h – m.g.ho
Lihat contoh soal di sini
Khusus untuk pegas yang ditarik dengan gaya F =
k.x akan menerima usaha sebesar energi potensial pegas. Besarnya dapat dihitung
dengan rumus berikut:
W = ½.k.x2
Dimana :
W =
usaha yang dilakukan dalam joule
k =
konstanta pegas dalam satuan N/m
x =
pertambahan panjang pegas dalam meter
Energi Mekanik Benda (Em)
Energi mekanik merupakan jumlah dari energi
kinetik benda dengan energi potensial benda. Secara matematik dapat dituliskan
sebagai berikut:
Em = Ek
+ Ep
Jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda
(kecuali gaya berat), maka akan berlaku hukum kekekalan energi mekanik yaitu:
Ek + Ep =
tetap
Ini berarti energi mekanik benda tidak mengalami
perubahan alias tetap artinya energi mekanik awal sama saja dengan energi
mekanik akhir. Secara matematik dapat kita tuliskan sebagai berikut:
(Em) awal = (Em) akhir
(Ek + Ep)
awal = (Ek + Ep) akhir
Contoh soal
Sebuah benda yang massanya 10 kg dijatuhkan dari
ketinggian 10 meter dari permukaan tanah. Tentukan kecepatan benda saat
menyentuh tanah.
Penyelesaian:
Dik :
M = 10 kg
H = 10 m
Dit :
Kecepatan
saat menyentuh tanah (V) ?
Jawab :
(Em)
awal = (Em)
akhir
(Ek + Ep) awal = (Ek + Ep) akhir
½.m.Vo2
+ m.g.ho = ½.m.V2 + m.g.h
½.10.02
+ 10.10.10 = ½.10.V2 +
10.10.0
0 + 1000 = 5V2 + 0
1000 = 5V2
5V2 = 1000
V2 = 200
V = 14,14 m/s
Kalau kita cermati dari soal di atas akan terlihat
bahwa pada posisi awal benda hanya memiliki energi potensial Ep sebesar 1.000
joule sedangkan Ek mula-mula besarnya 0 (karena awalnya Vo = 0). Pada posisi
akhir kita lihat Ep benda yang menjadi 0 (karena ketinggian nilainya 0)
sedangkan Ek benda menjadi 1.000 joule. Ini artinya semua energi potensial yang
dimiliki benda waktu mula-mula berubah total menjadi energi kinetik ketika
benda menyentuh tanah. Berarti Energi mekanik benda tersebut tetap.
Great.
ReplyDeleteMakasih
ReplyDeleteSama2
DeleteThe best lah
ReplyDeleteMantap..makasih
ReplyDelete