Energi Kinetik, Potensial, Mekanik : Rumus, Penjelasan, Contoh, Soal

Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik adalah jenis-jenis energi yang hampir ada pada setiap bagian dari hidup manusia. Keberadaannya tidak dapat dihilangkan karena manfaatnya yang begitu besar bagi perkembangan teknologi manusia, terutama yang berkaitan dengan gerakan benda, posisi benda, atau kombinasi antar keduanya.

Energi adalah sesuatu yang sangat melekat dalam setiap aktivitas kehidupan. Secara sederhana, energi dapat diartikan sebagai kemampuan suau benda untuk melakukan suatu usaha. Suatu benda dikatakan memiliki energi ketika benda tersebut mampu menghasilkan gaya yang dapat melakukan kerja.

Konsep Energi

Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik
Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik

Energi diperlukan dalam hampir semua aktivitas manusia. Mulai dari mendorong meja, bermain bola, melempar barang, hingga sampai pada aktivitas bermain badminton. Jenis energi yang dikeluarkanpun tidak hanya satu jenis, melain beberapa jenis energi sekaligus dalam satu aktivitas.

Energi memiliki beberapa jenis. Beberapa yang akan dibahas adalah energi kinetik, energi potensial, dan energi mekanik. Ketiga jenis energi ini sangat erat hubungannya dengan setiap aktivitas sehari-hari.

Energi Kinetik

Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik
Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik

a. Pengertian 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, pasti memiliki energi kinetik yang besar ketika bergerak. Begitu juga sebaliknya, benda yang massa dan kecepatannya kecil, energi kinetiknya juga kecil.

Contoh energi kinetik adalah ketika seseorang memukul shuttlecock pada permainan badminton dengan tujuan agar shuttlecock terbang ke arah lawan. Contoh yang lain adalah ketika Anda melempar batu. Batu yang Anda lemparkan akan melaju dengan kecepatan tertentu, yang menyebabkannya memiliki energi. Energi dapat Anda lihat ketika batu ini menabrak sasaran yang dikenainya.

b. Rumus Energi Kinetik

Energi kinetik dipengaruhi oleh massa (m) dan kecepatan (v) suatu benda. Jika suatu benda dengan massa m bergerak dengan kecepatan v, maka dapat dikatakan benda tersebut memiliki energi kinetik sebesar:

Ek = 1/2 . mv2

Keterangan:
Ek : Energi Kinetik
m : massa benda
v : kecepatan benda

c. Contoh Soal dan Pembahasan Energi Kinetik

Soal 1

Sebuah mobil sedan yang memiliki massa 500 kg sedang melaju dengan kecepatan 25 m/s. Hitunglah energi kinetik mobil pada kelajuan tersebut! Apa yang akan terjadi jika mobil direm secara mendadak?

Diketahui:
– massa mobil (m) = 500 kg
Kecepatan mobil (v) = 25 m/s

Ditanyakan:
Energi kinetik dan kejadian jika mobil direm mendadak

Jawab:
Energi kinetik mobil sedan dapat dihitung sebagai berikut:

Ek = 1/2 . mv2
Ek = 1/2 . 500 . (25)2
Ek = 156.250 Joule

Ketika mobil direm, mobil akan berhenti. Energi kinetik akan berubah menjadi energi panas dan energi bunyi yang ditimbulkan oleh gesekan antara rem dengan as roda dan ban mobil dengan jalan.

Soal 2

Sebuah mobil jip mempunyai energi kinetik sebesar 560.000 Joule. Jika mobil tersebut mempunyai massa sebesar 800 kg, maka kecepatan mobil jip tersebut adalah …

Diketahui:
– Energi kinetik (Ek) = 560.000 Joule
– Massa mobil (m) = 800 kg

Ditanyakan:
Kecepatan mobil (V)

Jawab:
Ek = 1/2 . mv2
V = √ 2 x Ek/m
V = √ 2 x 560.000 / 800
V = 37,42 m/s

Jadi kecepatan mobil jip adalah 37,42 m/s

d. Teorema Usaha-Energi

Usaha dan energi sangat berhubungan erat. Usaha yang dilakukan suatu benda akan berpengaruh terhadap perubahan energi kinetiknya. Sebuah benda bermassa m yang sedang bergerak pada satu garis lurus memiliki kecepatan awal V1. Sebuah gaya F searah konstan dengan laju benda bekerja dan membuat benda berpindah sejauh x dengan kelajuan V2.

Gaya F akan mempercepat laju benda. Hal ini sesuai dengan hukum Newton F = m.a. Usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut. Hal inilah yang disebut sebagai teorema usaha-energi kinetik.

Gaya yang searah dengan laju gerak benda akan menghasilkan usaha positif pada benda, sehingga energi kinetik bertambah besar. Pertambahan besar energi kinetik sebesar usaha yang dilakukan oleh gaya searah tersebut.

Gaya yang berlawanan arah dengan laju gerak benda menghasilkan usaha negatif. Usaha negatif membuat energi kinetik berkurang sebesar usaha yang dilakukan oleh gaya yang berlawanan arah dengan gerak benda.

Contoh Soal

Balok memiliki massa 5 kg meluncur pada permukaan dengan kecepatan 2,5 m/s. Beberapa waktu kemudian, balok tersebut meluncur dengan kecepatan 3,5 m/s. Berapakah usaha total yang dikerjakan pada balok selama selang waktu tersebut?

Diketahui:
– Massa benda = 5 kg
– kecepatan benda awal (V1) = 2.5 m/s
– kecepatan benda akhir (V2) = 3.5 m/s

Ditanyakan:
Usaha total yang dikerjakan pada benda.

Jawab:
W = Ek2 – Ek1
W = 1/2 m.v22 – 1/2 m.v12
W = 1/2 m (v22 – v12)
W = 1/2.5. [(3,5)2 – (2,5)2]
W = 15 Joule

Jadi usaha total yang dikenakan pada benda adalah sebesar 15 Joule.

Energi Potensial

Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik
Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik

a. Konsep Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena kedudukan atau posisi benda tersebut. Energi potensial tersimpan dalam benda tersebut dan dimanfaatkan ketika diperlukan.

Contoh energi potensial yang palin terkenal adalah energi potensial pada 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.

Contoh energi potensial yang lain adalah energi kimia pada bahan bakar. Energi pada bahan bakar akan dapat menggerakkan kendaraan, sehingga kendaraan mempunyai energi kinetik.

b. Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial gravitasi adalah energi potensial yang disebabkan oleg gaya gravitasi bumi. Jika Anda memegang sebauh batu dengan massa m pada ketinggian h dari tanah atau lantai, kemudian batu tersebut Anda lepas tanpa kecepatan awal, maka benda akan jatuh dan membentur tanah atau lantai. Benda itu sudah melakukan usaha terhadap tanah atau lantai.

Suatu benda bermassa m dengan posisi ketinggian h dari atas tanah atau lantai. Jika Anda akan mengangkat benda tersebut dari tanah atau lantai hingga mencapai ketinggian h, dibutuhkan usaha sebesar gaya dikalikan jarak tempuh.

Gaya yang dimaksud disini adalah gaya gravitasi dengan rumus m.g, sedangkan jarak tempah sama artinya seperti ketinggian (disimbolkan dengan huruf h). Rumus yang terbentuk menjadi:

W = Fy = m.g.h

Keterangan:
W : usaha yang diperlukan untuk mengangkat benda setinggi h
Fy : gaya gravitasi
m : massa benda
g : Konstanta gravitasi
h : ketinggian benda

Secara sederhana, energi potensial gravitasi suatu benda bermassa m terhadap satu bidang acuan adalah sebagai hasil kali berat benda tersebut dengan ketinggian benda dari bidang acuan (tanah, lantai, dan lain-lain). Secara matematis, energi potensial dapat dirumuskan dengan perhitungan berikut:

EP = m.g.h

Keterangan
EP : Energi potensial
m : massa benda
g : gravitasi bumi
h : tinggi benda

Energi potensial selalu diukur terhadap suatu bidang acuan atau titik acuan tertentu. Energi potensial pada titik acuan tersebut biasanya sama dengan nol. Jika bidang acuan atau titik acuan suatu benda berbeda, maka energi potensial benda tersebut juga pasti berbeda. Persamaannya adalah pada besar perubahan energi potensial dari kedua titik tersebut.

Pada saat benda berpindah dari titik 1 ke titik 2 yang masing-masing ketinggian terhadap acuan yang sama adalah h1 dan h2, maka perubahan energi potensialnya tetap sama.

Energi Kinetik dan Energi Potensial dalam Kehidupan Sehari-hari

Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik
Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik

– Prinsip kerja ketapel. Pada ketapel terdapat karet atau pegas yang berfungsi sebagai pelontar batu atau peluru mainan. Karet atau pegas yang ditarik dan ditahan memiliki energi potensial. Jika karet atau pegas dilepaskan, maka energi potensial akan berubah menjadi energi kinetik

– Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga air. Prinsip yang digunakan hampir sama yaitu dengan menaikkan potensial gravitasi air-air yang terkumpul.

Energi Mekanik

Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik
Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik

a. Konsep Energi Mekanik

Sebuah benda bermassa m berada di posisi awal (1) dengan ketinggian h1 dan posisi akhir (2) dengan ketinggian h2 terhadap bidang acuan. Gaya berat benda (w) = m.g melakukan usaha dari posisi (1) ke posisi (2) yang itu sebanding dengan perubahan energi potensial gravitasi dari posisi 1 ke posisi 2.

Energi mekanik, secara sederhana, dapat diartikan sebagai jumlah antara energi potensial dan energi kinetik pada sautu benda. ketika melakukan usaha. Hal ini berarti, senergi suatu benda yang disebabkan karena gerakan, posisi atau keduanya dapat disebut sebagai energi mekanik. Energi mekanik memiliki satuan joule atau biasa disingkat dengan huruf J.

Contoh energi mekanik sederhana adalah ketika Anda melakukan service pada permainan badminton. Ketika Anda memukul bola, Anda mengeluarkan energi kinetik, dan shuttlecock yang terbang memiliki energi potensial, kemudian jatuh ke lapangan lawan main Anda. Rangkaian aktivitas pada permainan badminton adalah contoh penggunaan energi mekanik dalam kehidupan sehari-hari.

b. Rumus Energi Mekanik

Energi mekanik adalah penjumlahan antara energi potensial dan energi kinetik, maka rumus energi mekanik adalah gabungan antara rumus energi potensial dengan rumus energi kinetik. Rumus energi kinetik adalah sebagai berikut:

Em = Ep + Ek

Keterangan:
Em: Energi mekanik (joule)
Ep : energi potensial (joule)
Ek : Energi kinetik (joule)

Energi mekanik berkaitan langsung dengan hukum kekekalan energi. Hukum kekekalan energi berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, energi hanya dapat diubah bentuk dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lain.

Rumus pada hukum kekekalan energi dapat ditulis:

Em = Ep + Ek = konstan
Em1 = Em2
Ep1 + Ek1 = Em2 + Ek2
m1.g.h1 + 1/2 m1.v12 = m1.g.h2 + 1/2 m1.v22

Keterangan:
m1 : massa benda (kg)
h1 : Ketinggian benda pada posisi awal
h2 : Ketinggian benda pada posisi akhir
v1 : kecepatan awal benda
v2 : kecepatan akhir benda

c. Contoh Energi Mekanik dalam kehidupan sehari-hari

Salah satu contoh energi mekanik dalam kehidupan sehari-hari adalah ketika Anda memegang sebuah benda pada ketinggian 3 meter di atas tanah, maka benda tersebut tidak memiliki energi kinetik, akan tetapi benda tersebut memiliki energi potensial.

Benda tersebut tidak memiliki energi kinetik karena belum bergerak. Benda tersebut memiliki energi potensial karena posisinya berada 3 meter di atas titik atau bidang acuan

Energi mekanik adalah gabungan dari energi potensial dan energi kinetik, maka jika ada benda yang memiliki energi potensial saja atau energi kinetik saja, itu sudah termasuk ke dalam contoh energi mekanik.

Benda yang tadi di awal dipegang, jika dijatuhkan akan memiliki energi kinetik karena sudah bergerak. Ketika benda sampai tanah dan berhenti, maka ia tidak lagi memiliki energi potensial karena kedudukan atau posisi benda sudah sama atau berada pada titik acuan.

Contoh lain dari energi mekanik dalam kehidupan ada pada permainan bilyar. Ketika bola A dipukul dan mengenai bola B yang diam, disitu terjadi perubahan energi dari energi potensial ke energi kinetik. Hal ini menyebabkan bola yang tadinya diam menjadi bergerak setelah ditumbuk bola A

Contoh energi mekanik sehari-hari berikutnya adalah pada permainan ayunan. Pada awalnya, sebuah usaha akan diberikan pada ebuah sistem ayunan. Ayunan akan bergerak dari titik terendah A sampai pada titik tertinggi B dan C.

Sistem ayunan akan memiliki energi potensial maksimum ketika berada di titik B dan C, sedangkan energi kinetknya nol. Setelah berayun-ayun, energi kinetik lama-lama akan berkurang karena sudah diubah menjadi energi kinetik.

Contoh energi mekanik dalam kehidupan sehari-hari sangatlah banyak. Contoh lainnya adalah ketika buah jatuh dari pohon buku jatuh dari ketinggian, dan ketika seseorang sedang melakukan lompat galah.

d. Contoh Soal dan Pembahasan Energi Mekanik

Soal 1

Apel dengan massa 300 gram jatuh dari poho pada ketinggian 10 meter. Jika besar gravitasi (g) = 10 m/s2, hitunglah energi mekanik pada apel!

Diketahui:
– massa benda : 300 gram (0,3 kg)
– gravitasi g = 10 m/s2
– ketinggian h = 10 m
Ditanyakan:
Energi mekanik (Em) apel

Jawab:
Benda jatuh dan tidak diketahui kecepatannya, maka energi kinetik (Ek) diasumsikan bernilai nol (Ek = 0)

Em = Ep + Ek
Em = Ep + 0
Em = Ep
Em = m.g.h
Em = 0,3 kg . 10 .10
Em = 30 joule

Kesimpulan

Energi mekanik yang dimiliki oleh apel yang jatuh tersebut adalah 30 joule.

Soal 2

Sebuah buku bermassa1 kg jatuh dari gedung. Ketika jatuh ke tanah, kecepatan buku tersebut adalah 20 m/s. Berapakah tinggi gedung tempat buku terjatuh jika nilai g = 10 m/s2?

Diketahui
– massa m = 1 kg
– kecepatan v = 20 m/s
– grafitasi g = 10 m/s2

Ditanyakan
Ketinggian gedung (h)

Jawab
Em1 = Em2
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
m1.g.h1 + 1/2 m1.v12 = m1.g.h2 + 1/2 m1.v22
Ep = maksimum
Ek1 = 0 (karena buku belum bergerak
Ep2 = 0 (karena buku sudah berada di tanah dan tidak memiliki ketinggian)
Ek2 = maksimum

m1.g.h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v22
1 x 10 x h = 1/2 x 1 x 202
10 x h = 200
h = 200/10
h = 20 meter.

Kesimpulan

Jadi, ketinggian gedung tempat buku terjatuh adalah setinggi 20 meter.

Soal 3

Sebuah benda bermassa 1 kg dilempar secara vertikal ke atas dengan kecepatan awal adalah 20 m/s. Apabila percepatan gravitasi g = 10 m/s2, maka ketinggian benda saat energi potensialnya sama dengan tiga perempat energi kinetik maksimumnya adalah …

Diketahui
– massa m = 1 kg
– Kecapatan awal (V1) = 20 m/s
– percepatan grafitasi g = 10 m/s2
– Ep = 3/4 . Ek maksimum

Ditanyakan:
Ketinggian benda saat Ep = 3/4 . Ek maks

Jawab:
Benda bergerak ke atas (vertikal), maka energi kinetik maksimum benda adalah saat awal gerak kecepatan benda dilemparkan.

Ek maks = Ek awal
Ek maks = 1/2.m.v12
Ek maks = 1/2.1.(20)2
Ek mask = 200 joule

Ketinggian benda dapat dihitung sebagai berikut:
Ep = 3/4. Ek maks
m.g.h = 3/4 (200)
1.10.h = 150
10h = 150
h = 15 meter.

Jadi, ketinggian benda saat energi potensial benda sama dengan tiga perempat energi kinetik maksimum adalah 15 meter.

Pembahasan tentang energi kinetik, potensial, dan mekanik membuat manusia semakin memahami berbagai jenis energi yang selama ini jarang disadari dan dipahami. Setiap kegiatan harian manusia selalu memerlukan energi, mulai dari menutup pintu, bermain bola, hingga menuntun motor yang mogok di jalan raya.

Boleh copy paste, tapi jangan lupa cantumkan sumber. Terimakasih

Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik

Leave a Comment