Energi Gerak Harmonik Sederhana pada Pegas

AhmadDahlan.NET – Semua benda yang bergerak di permukaan bumi ini akan membutuhkan energi dan berlaku hukum kekekalan energi mekanik, termasuk pada Pegas.

A. Energi Potensial Pegas

Pada saat pegas diberi gaya baik diregangkan atau dimanpatkan hingga mengalmai pertambahan panjang sebesar x, Pegas sebenarnya diberikan energi yang oleh pegas dirubah menjadi energi potensial. Energi potensial ini akan berubah menjadi energi kinetik begitu gaya yang diberikan dilepas.

Besar energi Potensial dari pegas adalah :

E_P = 1/2 kx²

Dimana

EP : Energi Potensial Pegas (J)
k : Konstanta Pegas (N/m)
x : Perpindahan pegas (m)

B. Energi Kinetik

Ketika gaya yang diberikan ke pegas dilepas, semua energi yang dikonversi oleh pegas menjadi energi potensial pegas, perlahan-lahan berubah menjadi energi kinetik seiring dengan pertambahan kecepatan dari pegas.

Besar energi kinetik ini adalah :

E_k=\frac{1}{2}mv^2

Dimana

EK : Energi Kinetik (J)
m : massa beban (kg)
v : kecepatan sesaat (m/s)

C. Energi Mekanik Pegas

Pada awal pegas dilepas, energi potensial pegas berada pada posisi maksimal, sejenak dalam keadaan diam (Ek = 0) kemudian kecepatan beban perlahan-lahan bertambah sampai pada posisi x = 0 atau posisi setimbang ketika pegas tidak diberikan gaya, kecepatan di posisi ini beban memiliki kecepatan maksimal sehingga :

E_{k.mask}=\frac{1}{2}mv_{k.mask}^2

Di posisi ini, seluruh energi potensial sudah berubah menjadi energi kinetik sehingga E_P = 0. Sesaat setelah melewati setimbang, pegas kemudian memiliki tahanan dan membuat kecepatan dari pegas berkurang, tahanan ini adalah proses merubahn energi kinetik menjadi energi potensial samapi akhirnya mencapai perpindahan terjadi dari pegas.

Perpindahan terjauh atau perpindahan maksimal dari pegas tidak lain adalah amplitudo GHS itu sendiri A = x_maks. Sehingga energi potensial maksimal dari pegas adalah :

E_k=\frac{1}{2}kA^2

Dalam keadaan ideal dimana tidak ada energi yang hilang karena panas, proses ini akan terjadi berulang-ulang terus menerus tanpa henti. Berdasarkan hukum kekekalan energi Mekanik maka :

E_M = E_K + E_P

EM : Energi Mekanik

Hanya kondisi di dunia nyata, sangat sulit untuk menemukan sistem pegas yang ideal karena karakteristik dari pegas itu sendiri. Getaran-getaran yang terjadi pada pegas di dunia nyata adalah getaran pegas teredam.

Soal dan latihan

1. Sebuah pegas mengalami pertambahan panjang sebesar 15 cm ketika digantungkan beban bermanssa 0,3 kg. Pegas ini kemudian diletakkan vertikal di atas meja tanpa gaya gesek di atas, jika pegas ditarik sejauh 10 cm lalu dilepaskan, tentukan
   1. konstanta pegas
   2. magnitudo kecepatan maksimum dari pegas
   3. percepatan maksimum dari pegas