AhmadDahlan.Net – Sebelumnya kita telah mengetahui tentang energi. Energi merupakan salah satu penyebab kita dapat beraktivitas dalam kehidupan sehari – hari. Salah satu energi yang kita pelajari dalam Fisika adalah Energi Potensial. Berikut penjelasan yang lebih lengkap mengenai energi Potensial.
A. Pengertian Energi Potensial
Potensial dapat diartikan sebagai kemampuan yang tersimpan. Energi Potensial berarti energi yang tersimpan pada sebuah benda dan dapat muncul pada suatu kondisi tertentu. Contohnya karet ketapel yang ditarik akan menegang dan memiliki energi potensial, sehingga apabila dilepaskan akan dapat melontarkan batu dengan kecepatan tertentu.
Energi potensial yang dimiliki karet ketapel pada contoh diatas dinamakan sebagai energi potensial elastik. Energi potensial elastik disebabkan karena adanya perubahan panjang yang terjadi pada benda elastik, seperti karet, pegas, dan sebagainya. Selain itu, energ potensial yang biasa kita temukan dalam kehidupan sehari – hari adalah energi potensial gravitasi.
Energi potensial gravitasi merupakan energi potensial yang berhubungan dengan gaya tarik bumi. Setiap benda yang dijatuhkan pada ketinggian tertentu, akan bergerak ke bawah dikarenakan gaya gravitasi bumi, dan akan mengalami penambahan energi kinetik yang berasal dari pengurangan energi potensial.
B. Persamaan Energi Potensial
Energi potensial gravitasi dapat dihitung menggunakan persamaan :
E_p=m.g.h
dimana, Ep : energi potensial (J) m : massa benda (kg) g : percepatan gravitasi (m/s2) h : ketinggian benda (m)
Apabila ketinggian benda berubah, maka energi potensial juga akan berubah. Adapun perubahan energi potensial dapat dihitung menggunakan persamaan :
∆E_p=m.g.(h_2-h_1)
dimana, Ep : energi potensial (J) m : massa benda (kg) g : percepatan gravitasi (m/s2) h1 : ketinggian benda pada titik pertama (m) h2 : ketinggian benda pada titik kedua (m)
C. Contoh Soal
Sebuah benda bermassa 2 kg berada pada ketinggian 2 m dari atas tanah. Benda tersebut kemudian ditambah ketinggian nya hingga memiliki ketinggian sebesar 5 m dari atas tanah. Apabila percepatan gravitasi sebesar 10 m/s2, tentukan lah perubahan energi potensial benda tersebut!
Pembahasan
Dik : m = 2 kg h1 = 2 m h2 = 5 m g = 10 m/s2
Dit : ∆Ep
Pembahasan :
∆E_p=m.g.(h_2-h_1)
∆E_p=(2\ kg).(10\ m/s^2).(5\ m-2\ m)
∆E_p=(2\ kg).(10\ m/s^2).(3\ m)
∆E_p=60\ J
Jadi, perubahan energi potensial benda tersebut adalah 60 J.
AhmadDahlan.NET – Panas atau Kalor adalah bentuk energi yang ditinjau dalam keadaan berpindah (bergerak). Proses perpindahan panas ini bergantung dari fase benda yang memindahkan dan menerima panas. Pada benda dengan fase solid, panas berpindah tanpa diikuti perpindahan materinya. Perpindahan ini disebut sebagai Konduktivitas Panas.
Konduktivitas Termal
Ketika dua buah benda padat bersentuhan satu sama lain, akan terjadi interaksi antar partikel yang ada di bidang batas bensa. Interaksi ini dapat melibatkan perpindahan kalor jika salah satu dari benda tersebut memiliki suhu yang lebih tinggi.
Interaksi energi panas yang terjadi pada proses konduksi tidak melibatkan pertukaran materi antar benda. Proses perpindahan energi terjadi berdasarkan prinsip momentum pada tingkat partikel. Interkasi tersebut ditunjukkan pada ilustrasi di bawah ini!
Ilustrasi di atas menunjukkan dua ujung yang bersentuhan antara dua benda dengan energi kinetik partikel di daerah sekitar bidang batas yang berbeda. Moleku yang awalnya memiliki suhu T1 akan menumbuk dinding yang juga ditumbuk oleh molekul dengan suhu T3.
Tumbukan antara Molekul T1 dan T3 inilah yang menyebabkan perpindahan energi panas antar partikel. Energi dari T1 yang lebih tinggi berpindah ke T3, sehingga suhunya berubah menjadi T4. Karena kehilangan energi, maka suhu T1 akan turun menjadi T2.
Identitas suhu yang dapat dikenali dari poses ini adalah
T1>T2 T1>T3 T3<T4
Hubungan antara T2 dan T4 tidak bisa ditentukan karena hal ini bergantung dari selesih perbedaan suhu antara T1 dan T3.
Kecepatan perpindahan energi panas tergantung dari selisih panas dari dua benda dan seberapa luas bidang sentuh antara benda. Dengan demikian perpindahan panas dapat dinyatakan dalam bentuk :
\frac{Q}{t} ∼ \frac{A.dT}{L}
Kecepatan perpindahan panas ini bergantung dari koefisiens konduktivitas termal (k) sebuah benda. Dengan demikian rumus konduktivitas termal yakni :
\frac{Q}{t} = \frac{k.A.\Delta T}{L}
Simbol Q ini mewakili yang berpindah selama selang waktu t. Dengan demikian Konduktitvas Termal ini memiliki satuan Joule/sekon atay Watt. Satuan ini adalah satuan daya (P).
Konduktivitas termal terjadi bedan dengan fasa padat namun tidak semua benda bisa mengalami Perpindahan panas ini. Benda dengan konduktivitas tinggi bisa mengalami perubahan panas sangat cepat, benda-benda ini disebut konduktor panas dan pada umumnya konduktor panas yang baik adalah logam. Benda yang sulit melakukan transfer panas melalui konduksi disebut isolator dan umumnya merupakan polimer.
Contoh Soal
Sebatang besi dengan luas penampang 24 cm2 memiliki panjang 4 m. Jika perbedaan suhu antara ujung-ujung besi ini adalah 50º C dan koefisien konduksi termalnya adalah 0,2 kal/msC, maka kecepatan rambat kalor adalah…
Dua batang besi X dan Y disambungkan pada salah satu ujungnya. Pada ujung-ujung yang lain diberi panas dengan suhu berbeda, 60º C dan 30º C. Jika panjang logam sama dan konduktivitas besi X dua kali lipat besi Y. Suhu sambungan dari logam tersebut adalah …
AhmadDahlan.NET – Hukum I Termodinamika membahas tentang energi dari aspek hubungan antara Panas, Kerja dan Konsep Internal Energi. Sama seperti massa, energi akan selalu bersifat kekal sehingga tidak dapat diciptakan dan dimusnakan. Hanya saja, Energi dapat dibuah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya.
Internal energi dari sebuah benda atau sistem itu sendiri adalah karakteristik yang menghubungkan antara energi dan partikel penyusun sistem. Internal energi berhubungan energi kinetik partikel dari sistem dan energi potensial termodinamikanya.
Setiap kali sebuah sistem mengalami perubahan kondisi yang disebabkan oleh panas, usaha dan internal energi akan selalu melibatkan perubahan dan transfer energi. Namun kendati demikian totoal keseluruhan energi akan selalu sama sebelum dan sesudah kejadian.
Dalam hukum I Termodinamika, Panas dikonfirmasi sebagai salah satu bentuk energi. Dengan demikian maka proses termodinamika diatur oleh prinsip kekekalan energi. Hal ini membuat Hukum I Termodinamika sering kali disebut sebagai Hukum Kekekalan Energi.
Hukum I Termodinamika
Sebuah sistem termodinamika dalam keadaan setimbang memiliki variable keadan yang disebut sebagai internal energi (U). Perubahan internal energi dari dua buah sistem melibatkan perpindahan panas (Q) dan usaha yang dilakukan oleh sistem (W).
ΔU = Q - W
Konsekuensi dari Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa energi yang ada di alam semesta ini akan selalu sama, tapi bukan berarti dalam keadaan steady stay seperti pendapat Newton. Meskipun bentuk energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain namun energi tidak dimusnakan.
Dalam upaya melakukan observasi tentang keberlakuan hukum I Termodinamika, dibutuhkan alat yang disebut sebagai Mesin Panas (Heat Engine). Mesin ini mampu mengubah energi panas menjadi energi mekanik begitu pula sebaliknya.
Aplikasi Hukum I Termodinamika Pada Mesin
Secara umum mesin pada dirancang dalam bentuk sistem terbuka dengan prinsip kerja berdasarkan perubahan panas, tekanan dan volume benda yang diakibatkan karekteristik molekul gas yang ada di dalam mesin.
Misalkan saja salah satu pase ketika dilakukan pembakaran dimana suhu gas di dalam menjadi lebih tinggi. Hal ini membuat tekanan gas memuai dan pada akhirnya menaikkan volume gas. Volume gas dapat digunakan dalam menggerakkan piston sehingga ini menunjukkan seberapa besar kerja (W) yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya.
Aplikasi Pada Sistem Tertutup
Pada sistem keadaan tertutup, Usaha yang dilakukan oleh sistem adalah hasil dari perubahan tekanan dan perubahan volume.
W = -P \Delta V
Dimana P adalah tekanan ekternal terhadap sistem dan ΔV adalah perubahan volume di dalam sistem. Kerja ini disebut sebagai Kerja Tekanan-Volume.
Perubahan energi internal di dalam sistem (Berkurang atau bertambah) tergantung dari interaski kerja dari sistem terhadap ruang tempat terjadinya perubahan PV. Energi Internal akan bertambah jika usaha bekerja pada sistem dan akan berkurang jika usaha dikerjakan oleh oleh sistem. Semuan interkasi energi panas yang terjadi pada sistem juga akan mengakibatkan perubahan energi panas. Namun karena energi akan selalu sama maka total perubahan internal energi akan selalu 0. Jika energi sistem berkurang itu berarti ada energi yang diserap oleh lingkungan dan begitu pula sebaliknya.
\Delta U_{sistem} = -\Delta U_{lingkungan}
Energi panas tentu saja adalah bentuk entitas yang nilainya mutlak sehingga tanda minus (-) hanya menunjukkan perubahan energi dari suatu kerangka acuan dalam hal ini sistem-lingkungan. Agar terjadi kesepakatan maka dibuat hubungan antara Panas dan Internal Energi ditunjukkan pada tabel berikut :
Ahmaddahlan.NET – Pada sejumlah air dimasukkan ke dalam panci kemudian dipanaskan, Air dalam panci yang keadaan awalnya berada dalam suhu kamar, mungkin 27oC sampai 33oC, perlahan-perlahan akan memanas. Pemanasan ini dilakukan dengan pemberian kalor dari luar sistem melalui nyala api ke dalam panci.
Perubahan panas dalam panci (dQ) tentu saja tidak dapat diamati oleh mata manusia, namun kita dapat melihat indikator perubahan kalor di dalam panci melalui perubahan suhu yang terjadi (dT). Selain dari perubahan suhu, perubahan kalor juga menimbulkan dampak lain seperti perubahan tekanan (dP) dan perubahan Volume (dV).
Hukum I Thermodinamika
Dalam proses pemanasan air yang dilakukan, panas hanya dipindahkan dari lingkungan, api dari kompor gas, ke dalam sistem yakni air yang ada di dalam panci. Seketika ketika api dipadamkan, Panci adalah sebuah sistem tertutup maka kalor dalam panas akan segera keluar ke lingkungan kembali ketika suhu lingkungan lebih rendah dari suhu sistem.
Hal ini menunjukkan bahwa tidak akan pernah ada energi yang hilang jika tinjaun dilakukan secara menyeluruh karena energi hanya meninggalkan sistem ke lingkungan. Dengan demikian Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnakan hanya dapat dipindahkan dari sistem ke sistem lain atau diubah dalam bentuk energi lain. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum I Termodinamika atau hukum kekekalan Energi.
Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa setiap pemberikan kalor pada sistem akan membuat sistem memiliki energi untuk melakukan usaha (W) dan perubahan energi dalam
Hukum I termodinamika menyatakan bahwa untuk setiap proses apabila kalor (Q) diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha (W), maka akan terjadi perubahan energi dalam Δu.
Δu = Q – W atau Q = Δu – W
Δu = Perubahan Energi dalam (J) Q = Jumlah Kalor (J) W = Usaha Sistem (J)
AhmadDahlan.NET – Pada zaman dahulu kala, sebelum mesin-mesin canggih ditemukan berdaya tinggi, manusia menggunakan hewan sebagai alat bantu mereka dalam melakukan kerja-kerja berat seperti menarik gerobak yang berat, seperti delman, kereta penumpang bertenaga kuda. Usaha yang dilakukan kuda merupakan konversi dari energi yang didapatkan dari makanan kuda.
Hanya seekor kuda ini akan efektif menarik gerobak pada kondisi jalan yang datar. Tidak perduli seberapa besar usaha yang ingin dihasilkan dari kuda, makanan yang diberikan setiap hari akan mampu membuat kuda berjalan puluhan hingga ratusan kilometer dalam waktu berhari-hari.
Masalah seekor kuda menarik pedati baru akan muncul jika ban dari delman tersebut tenggelam di lumpur dan kuda tersebut tidak mampu membuat delman keluar dari lumpur tersebut. JIka sudah demikian, seberapa pun besarnya energi yang diberikan ke kuda, kondisi ini tidak akan membuat delman keluar, karena yang dibutuhkan untuk menarik delmam tidak hanya energi yang besar tapi juga tenaga yang besar pula.
Solusi dari masalah ini adalah menambahkan tenaga penarik delman dengan cepat. Dalam hal ini besar tenaga yang dibutuhkan diwakili oleh jumlah kuda yang digunakan untuk menarik delman keluar dari lumpur. Semakin banyak jumlah kuda yang digunakan semakin mudah pula menarik delman keluar dari lumpur.
Kembali ke jalan datar, jika seekor kuda dapat digunakan untuk menarik delman hingga bergerak dengan kecepatan 10 km/jam, maka 2 ekor kuda mungkin saja akan cukup membuat delman bergerak hingga 20 km/jam. Namun hal ini memiliki batas kritis dimana penambahan tenaga mungkin saja tidak lagi membuat perubahan siginifikan terhadpa kondisi fisi, seperti membuat 100 ekor kuda menarik delman tidak akan membuat kecepatannya bertambah sebesar 1000 km/jam, karena kuda itu sendiri memiliki batas berlari sendiri.
Daya
Dalam fisika Tenaga adalah adalah daya yang didefenisikan sebagai laju perubahan energi. Semakin besar nilai laju perubahan energi dikonversi menjadi kerja maka semakin besar daya yang dihasilkan. Secara matematis :
P = W/t
dimana
P : Daya (Watt atau J/s)
W : usaha (J)
t : Waktu (s)
Tenaga ini dijadikan sebagai rating atau kualitas dari sebuah mesin. Semakin besar perubahan energi yang bisa dilakukan dalam satuan waktu makan semakin baik pula mesin tersebut. Istilah daya ini sangat banyak akrab digunakan untuk menunjukkan seberapa terang lampu yang digunakan dirumah. Lampu 10 watt tentu saja akan lebih terang dari lampu 5 watt, meskipun lampu 5 watt dinyalakan dua kali lebih lama dari lampu 10 wat, dua lampu tersebut hanya menghabiskan jumlah energi yang sama namun dayanya tetap sama.
Sebelum mesin uap ditemukan, sumber tenaga utama manusia dalam menarik mesin mekanik seperti penggiling gandum dan alat transportasi disimbolkan dengan satuan kuda, meskipun belum baku. Setelah mesin uap di temukan, setiap tenaga mesin uap diukur secara presisi kemudian digunakan sebagai pembanidng dari tenaga kuda yang digunakan kala itu dan jadilah Horse Power menjadi satuan baku untuk daya mesin. 1 HP setara dengan dengan 746 watt atau 1 kW ≈ 1,33 HP.
Efisiensi Daya
Sebagaimana yang disebutkan di awal, Daya kerja dari suatu mesin sangatlah mustahil untuk digunakan sepenuhnya. Mesin-mesin yang disusun dengan sistem mekanik komplek akan membuat sebagaian daya hilang sebelum akhirnya bisa dimanfaatkan. Energi tersebut sebagaian terbuang menjadi entropi sebagaimaan hukum II termodinamika dan sisanya menjadi energi yang tidak bisa dimanfaatkan dalam bentuk lain selain panas seperti suara, getaran dan deformasi.
Kemampuan mesin mengubah daya masukan menjadi daya yang bisadimanfaatkan disebut dengan efisiensi mesin. Efisiensi dari suatu mesin adalah
e = Pout/Pin
Secara matematis, nilai dari e berkisar dari 0 sampai dengan 1, namun faktanya efisiensi dari mesin selalu kurang dari 1. Pada mobil-mobil modern yang kita gunakan sekarang, efisiensi mesin hanya sekitar 15 % dari total bahan bakar yang dibakar. Sisanya terbuang jadi energi yang bisa dimanfaatkan.
AhmadDahlan.NET – Pada kajian seputar hukum-hukum Newton tentang gerak, Gaya menjadi faktor sentral yang mempengaruhi semua objek yang ada di alam semesta baik yang diam maupun bergerak. Interaksi antar faktor fisis ini tidak serta muncul begitu saja, melainkan memiliki sumber yang membuat gaya bisa bekerja pada objek gaya. Faktor ini disebut energi.
Usaha dan Energi
Energi merupakan sebuah faktor yang menjaga semua entitas yang ada di alam semesta bahkan yang membentuk alam semesta itu sendiri, baik cahaya matahari yang menyinari, lagu yang yang kita dengarkan, buah-buahan yang kita makan setiap hari, panas tubuh, energi listrik di cel-cel baterai yang ada di smartphone bahkan alam semesta ini sendiri terbentuk karena energi.
Energi ini berkaitan dengan momentum yang jumlah akan selalu sama setelah dan sebelum reaksi, sehingga menurut pandangan klasik energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, hanya bisa di konversi ke dalam bentuk energi lain. Hukum ini selajuntya dikenal dengan sebutan hukum kekekalan energi dan momentum.
Energi listrik yang kita nikmati tidaklah diciptakan oleh Perusahaan Listrik begitu saja, mereka hanya mengkonversi energi yang ada di alam seperti membakar batu bara untuk memanaskan air sehingga menghasilkan upa air cukup kuat untuk memutar turbin pembangkit listrik. Jika tidak dengan batu bara, Perusahaan listrik memanfaatkan energi potensial dari air yang dibendung kemudian dialirkan melalui jalur sempur sehingga sebagian energi potensial tersebut berubah menjadi energi mekanik turbin dan begitu seterusnya. Tanpa adanya energi, sangat mustahil membuat melakukan upaya sekecil apapun.
A. Usaha
Usaha dalam kehidupan sehari-hari memiliki banyak makna yang menggabarkan upaya yang dilakukan manusia untuk mengubah sesuatu, namun dalam fisika, Usaha hanya dapat diimplementasikan pada gaya yang bekerja pada sebuah benda sehingga membuat benda tersebut mengalami perubahan posisi. Usaha dapat didefenisikan sebagai hasil kali magnitude perpindahan dan kompenen gaya yang sejajar dengan arah geraknya. Dalam bentuk persamaan matematis dapat ditulis
W = F \int ds \ \ \ \ \ ..._{(1)}
Misalkan sebuah balok ditarik oleh seseorang dengan arah tertentu seperti pada gambar di bawah ini :
Besar usaha yag dilakukan oleh gaya F berdasarkan gambar di atas dapat ditulis :
W = F \cos θ. Δs \ \ \ \ \ ..._{(2)}
Dimana
W : Usaha (Joule)
F : Gaya (Newton)
S : Perpindahan (meter)
Arah ΔS yang menjadi tinjauan seberapa besar usaha yang berhasil dikonversi oleh gaya F. Misalkan seorang mendorong sebuah balok mengelilingi suatu lintasan hingga kembali ke tempat semula, maka orang tersebut tidak mendapatkan usaha sama sekali karena besar ΔS = 0, namun dalam proses pemindahan balok tersebut, besar gaya yang diberikan oleh oleh tersebut tetap ada.
B. Energi Kinetik dan Prinsip Usaha
Misalkan kita mendorong dua buah meja dengan ukuran yang berbeda, Meja A memiliki massa yang jauh lebih besar dibandingkan dengan meja B. Untuk mendorong Meja A agar bisa berpindah dengan kecepatan yang sama dengan meja B dibutuhkan energi yang lebih besar. Energi dari dalam tubuh yang digunakan untuk mendorong meja tersebut kemudian diubah menjadi menjadi energi kinetik.
Energi Kinetik adalah energi yang dimiliki oleh sebuah benda bermassa m dengan kecepatan v. Pada benda-benda titik, atau benda yang massanya terpusat pada satu titik, besar energi kinetik yang dapat dituliskan secara matematis sebagi berikut :
Ek = 1/2 mv2
Dimana
EK : Energi Kinetik (J)
m : Massa (Kg)
v : kecepatan (m/s2)
1. Hubungan energi kinetik dan Usaha
Misalkan sebuah benda bermassa m berada di atas bidang licin didorong dengan gaya F. Berdasarkan hukum II Newton, benda ini akan mengalami gerak dipercepatan dengan persamaan sebagai berikut
F = ma
a = F/m
Percepatan ini akan membuat benda bergerak sejauh
vt2 = v02 + 2as
karena mobil dari keadaan diam maka v0 = 0, sehingga energi kinetik dari benda tersebut adalah
EKt – EK0= 1/2 m vt2 – 0
EK = 1/2 m vt2
EK = 1/2 m (2 as)
EK= m a s
(ma) itu sendiri tidak lain gaya net yang diberikan kepada benda sehingga :
EK = F . s
karena F.s adalah maka persamaan ini dapat ditulis
EK = W
Hal ini menunjukkan Usaha netto yang diberikan pada benda diawal benda bergerak diubah oleh benda menjadi energi kinetik yang begerak diatas bidang licin.
Prinsip ini membuktikan bahwa gerak benda pada kajian dinamika dapat ditinjau dari dua metode yakni menggunakan analisis Hukum Newton atau dengan Hukum Kekekalan Energi. Hukum kekekalan Newton sendiri berbicara tentang momentum dna impuls suatu benda.
2. Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu materi atau sistem yang dapat dimanfaatkan oleh manusia menjadi usaha. Energi potensial ini memiliki banyak bentuk bergantuk dari konfigurasi dari gaya-gaya yang dihasilkan. Misalnya sebuah mainan yang didorong oleh pegas, maka pegas tersebut memiliki energi potensial pegas yang diubah oleh mobil mainan menjadi energi gerak.
Dalam termodinamika, Pemanasan sejumlah gas pada sebuah sistem piston membuat gas tersebut bisa melakukan ekspansi yang dapat dimanfaatkan menjadi kerja mesin. Energi ini disebut energi potensial termodinamika yang direpresentasikan oleh Fungsi Gibbs dan Fungsi Helmholtz.
Energi Potensial Gravitasi
Sebuah air terjun mengalirkan air dari posisi tinggi ke posisi rendah. Air ini membawa sejumlah energi yang dapat dikonversi oleh manusia menjadi usaha dan energi lain seperti pengairan dan energi listrik jika dihubungkan dengan turbin. Energi yang dimiliki oleh air terjun disebut sebagai energi potensial, meskipun sebagain lainnya adalah energi kinetik akibat dari kecepatan awal air pada saat terjun merupakan kecepatan aliran sungai di bagian atas air terjun.
Energi Potensial Gravitasi adalah adalah energi yang dimiliki oleh sebuah materi berdasarkan posisi terhadap pusat gravitasi dalam hal ini bumi. Semakin jauh benda dari pusat gravitasi semakin besar energi potensial gravitasi yang dimiliki namun jika benda terlalu jauh, maka energi potensial tersebut jadi tidak bisa dimanfaatkan lagi. Seperti pada kasus benda yang keluar dari orbit bumi.
Besar energi potensial dari sebuah benda dapat dituliskan
EP = mg (h2-h1)
Dimana
EP : Energi Potensial (J)
m : massa (kg)
g : Percepatan gravitasi (m/s2)
h : ketinggian (m)
Perhatikan simbol h2 dan h1, simbol tersebut memberi makna bahwa energi potensial dari sebuah materi tidak dimiliki oleh materi itu sendiri, sehingga mustahil untuk menghitung besar Ep dari suatu materi. Misalkan energi potensial dari sebuah benda yang ada di atas meja. Meskipun meja tersebut memiliki ketinggian namun Energi potensi dari benda tidak dapat dihitung kecuali jika sudah memasukkan acuan pada saat meninjau benda, misalnya permukaan lantai.
3. Hubungan Energi Potensial, Kinetik dan Mekanik
Energi mekanik adalah energi yang dimiliki oleh sebuah benda berdasarkan geraknyanya yakni energi potensial dan energi mekanin benda.
EM = EK + EP
Energi mekanik dari sebuah benda juga mengikuti keberlakuan hukum kekekalan energi dimana energi akan selalu sama baik sebelum dan sesudah kejadian.
Agar lebih jelas mari kita tinjau sebuah benda bermassa m yang jatuh bebas dari ketinggian h di atas permukaan bumi. Energi yang yang dimiliki benda ini hanya energi Potensial tanpa energi kinetik karena posisinya yang diam seperti persamaan berikut :
EM = Ep + Ek
EMi = m g hi + 1/2 m vi2
karena vi = 0 maka total energi mekaniknya adalah
EMi = m g h
Karena benda jatuh bebas dari keadaan diam maka kecepatan benda pada saat tempat samapi di tanah dapat ditulis :
vt2 = v02 + 2gh
vt2 = 0 + 2gh
Kondisi energi yang dimiliki benda pada saat berada di tanah tidak lain adalah
EM = Ep + Ek
EMt = 0+ 1/2 m vt2
MAsukkan nilai dari kecepatan benda tepat saat mencapai tanah L
EMt = 0+ 1/2 m (2gh)
EMt = m g h
Dengan demikian dapat disimpulkan jika EMi = EMt. Persamaan matematis ini juga menunjukkan bahwa energi potensial dari benda saat berda di ketinggian h yang diubah menjadi energi kinetik, namun energi mekaniknya akan selalu sama di posisi manapun kelapa tersebut berada.
Latihan Soal
Sebuah balok bermassa m tergelincir dari keadaan diam di atas sebuah bidang miring dengan kemiringan 30o. Tentukan kecepatan balok pada saat bergerak t = 5 sekon dengan menggunakan metode :
Kinematika
Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Budi memanaskan segelas air 200 mL dengan kumparan kawat pemanas berlabel 220 V dan 0,1 A. Berapa lamakah waktu yang dibutuhkan budi membuat air mendidih dari suhu 300 K? (Asumsikan efektifitas ketel 60%)
Sebuah logam bermassa 20 Kg jatuh bebas dari ketinggian 10 meter menempati sebuah logam plat besi bermassa 500 gram. Jika 20 % dari energi total dari logam yang jatuh berubah menjadi panas, berapa kenaikan suhu yang dialami plat besi? (kalor jenis besi = 460 J/(kg °C))
Dua buah benda masing masing bermassa 5 kg dan 2 kg saling bertumbukan satu sama lain dari arah yang sama. Jika terjadi lenting sama sekali dengan benda A berkecepatan 5 m/s dan benda B berkecepatan 1 m/s. Tentukanlah kecepatan ke dua benda tersebut setelah bertumbukan dengan menggunakan metode :
Kekekalan Energi
Kekekalan Momentum
Sebuah bola pejal dengan jari-jari r berada pada lintasan berbentuk melingkar ke atas dengan jari-jari R+r. Tentukan kecepatan bola minimum di titik terendah agar bola tidak terjatuh ketika berada di puncak lingkaran!
