Energi Mekanik

Energi mekanik

Energi mekanik ialah merupakan suatu energi total yang dimiliki suatu benda dimana merupakan penjumlahan antara energi potensial dengan energi kinetik. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa energi ini berkaitan dengan gerak dan posisi dari suatu benda. Secara matematis energi mekanik dapat ditulis dalam persamaan:

Energi mekanik = Energi potensial + Energi kinetik Em = Ep + Ek

1)      Energi potensial

Energi potensialadalah energi yang dimiliki oleh suatu benda pada suatu tempat (kedudukan) tertentu. Dari kedudukan atau tempat itu ia dapat melakukan usaha. Oleh karena itu energi potensial disebut juga energi tenaga tempat. Energi potensial yang paling terkenal adalah energi potensial pegas. Jika pegas ditekan dan kemudian dilepaskan, maka pegas akan melempar benda yang menekan tersebut. Energi yang digunakan melempar oleh pegas adalah contoh energi potensial.

Energi potensial gravitasi adalah energi potensial yang disebabkan oleh gaya gravitasi bumi. Jika kita memegang sebuah batu dengan massa m pada ketinggian h dari tanah atau lantai, kemudian batu tersebut dilepaskan tanpa kecepatan awal, maka benda akan jatuh dan membentur tanah atau lantai. Benda itu sudah melakukan usaha terhadap tanah atau lantai. Energi potensial gravitasi dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:

Ep = m.g.h

Keterangan:

Ep     = energi potensial (J)

m      = massa benda (kg)

g       = percepatan gravitasi bumi (m/s²)

h       = ketinggian (m)

Pada energi potensial gravitasi, semakin tinggi letak benda terhadap titik acuan, maka besar energi potensialnya semakin besar. Selain itu, semakin besar massa benda maka semakin besar pula energi potensial yang dimiliki benda tersebut.

2)      Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena gerak yang dilakukan atau dialaminya. Kata kinetik berasal dari bahasa Yunani yaitu kinetikos yang artinya bergerak. Maka dari itu, semua benda yang bergerak, sudah pasti memiliki energi kinetik. Energi kinetik disebut juga dengan energi gerak.

Energi kinetik dipengaruhi oleh massa dan kecepatan suatu benda saat bergerak. Massa disimbolkan dengan huruf m, sedangkan kecepatan disimbolkan dengan huruf v. Besarnya energi berbanding lurus dengan besarnya massa dan besarnya kecepatan suatu benda ketika bergerak.

Benda yang massa dan kecepatannya besar, memiliki energi kinetik yang besar ketika bergerak. Begitu juga sebaliknya, benda yang massa dan kecepatannya kecil, energi kinetiknya juga kecil. Energi kinetik dimiliki oleh buah kelapa yang jatuh dari pohonnya. Contoh yang lain adalah ketika kita melempar bola. Bola yang bergerak dengan kecepatan tertentumenyebabkannya bola tersebut memilikienergi kinetik. Besar energi kinetik dapat dihitung dengan persamaan berikut.

Ek = ½ m.v2

Keterangan:

Ek  = energi kinetik (J)

m   = massa benda (kg)

v    = kecepatan benda (m/s)

Pernahkah kalian bersepeda mendaki dan menuruni bukit? Bagaimana rasanya ketika mendaki dan menuruni bukit? Samakah gaya yang kita berikan untuk mengayuh pedal sepeda? Ketika kita mendaki bukit terasa berat untuk mengayuh pedal sepeda dan kecepatan sepedapun mulai berkurang. Sebaliknya ketika kita menuruni bukit, semakin ringan kita dalam mengayuh pedal sepeda dan kecepatan sepedapun semakin bertambah. Bahkan tidak usah dikayuhpun sepeda sudah menggelinding dengan kecepatan semakin cepat ketika mendekati dasar bukit.

Ketika suatu benda bergerak naik (lintasan AB), energi kinetiknya semakin berkurang dan kecepatannyapun semakin kecil, tetapi energi potensialnya bertambah. Di sini terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi potensial.

Ketika benda berada di titik puncak (titik B) maka energi kinetiknya sama dengan nol dan benda berhenti sesaat (kecepannya juga nol), sedangkan energi potensialnya maksimum karena semua energi kinetik berubah menjadi energi potensial.

Ketika benda bergerak turun (lintasan BC) energi kinetiknya bertambah, kecepatan benda juga bertambah cepat, tetapi energi potensialnya semakin berkurang. Terjadi perubahan energi potensial menjadi energi kinetik

Energi kinetik akan maksimum dengan kecepatan juga maksimum ketika benda di titik dasar, tetapi energi potensialnya nol. Semua energi potensial berubah mennjadi energi kinetik.

Dari ilustrasi tersebut berlaku hukum kekekalan energi yaitu energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lainnya. Dengan demikian besar energi mekanik pada setiap tempat selalu tetap.

Contoh Soal 1

Sebuah bola dengan massa 1,5 kg digantung pada sebuah tiang seperti gambar berikut:

 

Percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s². Ketika tali putus dan bola jatuh mengikuti gerak A, B dan C,  energi kinetik bola di titik B adalah ....

Penyelesaian

Diketahui  : m	=	1,5 kg
hAC	=	7 m
hAB	=	3 m
g	=	10 m/s2
Ditanya     : Ek	=	. . . ?
Jawab      : Ek	=	m.g.hAB
	=	1,5 kg x 10 m/s2 x 3 m
	=	45 joule

Contoh Soal 2

Energi kinetik di titik B = 100 J.

Bila massa benda 2,5 kg, maka energi kinetik benda saat menyentuh tanah di titik C adalah . . . . .

Penyelesaian

Diketahui  : EkB	=	100 J
m	=	2,5 kg
h	=	6 m
g	=	10 m/s2
Ditanya     : EkC	=	. . . ?
Jawab      : EkC	=	EM
	=	EpB + EKB
	=	100 + mgh
		100 + 2,5.10.6
		100 + 150 = 250 J

Jadi energi kinetik di titik C adalah 250 J

Hukum Kekekalan Energi

“Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk energi lain”.

Rumus Hukum Kekekalan Energi

Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa besar energi mekanik pada benda yang bergerak selalu tetap. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut:

Em1 = Em2

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

Keterangan:

Em1, Em2 : energi mekanik awal dan energi mekanik akhir (J).

Ek1, Ek2 : energi kinetik awal dan energi kinetik akhir (J).

Ep1, Ep2 : energi potensial awal dan energi potensial akhir (J).

Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi

Sebuah mangga bermassa 1,2 kg jatuh dari pohon dengan ketinggian 5 m di atas tanah. (g = 10 m/s2).

a. Berapa energi potensial dan energi kinetik mula-mula?

b. Berapa energi potensial dan energi kinetik pada saat tingginya 4,8 m? Berapa kecepatan mangga saat itu?

c. Berapa kecepatan saat menyentuh tanah?

Pembahasan

Diketahui:

m = 1,2 kg

h = 5 mg = 10 m/s2

Ditanya:

a. Ep dan Ek mula-mula = …?

b. Ep dan Ek saat h1 = 4,8 = …? v1 = …?

c. v saat menyentuh tanah = …?

Jawab                 :
a.                Ep	=	m . g. h
	=	1,2 x 5 x 10 = 60 J
Ek	=	0
b.          Ep1	=	m . g . h1
	=	1,2 x 4,8 x 10 = 57,6 J
Ep1 + Ek1	=	Ep + Ek
57,6 + Ek1	=	60 + 0
Ek1	=	60 – 57,6 = 2,4 J
½mv12	=	Ek1
½.1,2.v12	=	2,4
v12	=	4
v1	=	2 m/s
c.     Ep2 + Ek2	=	Ep + Ek
0 + ½mv22	=	60 + 0
½.1,2.v22	=	60
v22	=	100
v2	=	10 m/s
Kecepatan mangga saat menyentuh tanah 10 m/s

Kecepatan benda yang jatuh bebas ketika menyentuh tanah tidak tergantung pada massa benda, tetapi bergantung pada ketinggian tempat dan percepatan gravitasi di trmpat tersebut. Perhatikan gambar berikut!

SOAL LATIHAN

Share this post