Rumus Energi Potensial Kinetik dan Mekanik

Kata energi merupakan bahasa yunani yaitu kata ergon yang berarti kerja. Energi adalah kemampuan untuk melakukan suatu tindakan atau usaha/pekerjaan. Energi dapat berasal dari berbagai sumber seperti magnet, listrik, panas, nuklir, cahaya, dan lain sebagainya. Namun bahasan pada halaman ini tidak membahas berbagai macam energi tersebut. Bahasan energi pada halaman ini terkait tiga macam energi pada fisika yaitu energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik. Satuan besar energi dinyatakan dalam Nm atau Joule. Besar ketiga macam energi tersebut dapat diketahui melalui rumus energi potensial kinetik dan mekanik.

Apa itu energi potensial kinetik dan mekanik? Bagaimanakah rumus energi potensial kinetik dan mekanik? Ketiga rumus untuk menghitung tiga macam energi dalam fisika tersebut diberikan pada ulasan di bawah.

Rumus Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukannya atau posisinya. Semakin tinggi posisi benda dari permukaan tanah, nilai energi potensial akan semakin besar. Besar energi potensial akan maksimal saat berada pada ketinggian maksimal (h = h_max). Nilai besar energi potensial akan sama dengan nol jika posisi benda berada tepat diatas permukaan tanah (h = 0).

Selain tinggi benda, besar energi potensial juga dipengaruhi oleh massa benda (m) percepatan gravitasi bumi (g). Massa benda yang semakin berat akan membuat energi potensial yang dihasilkan semakin besar. Sebaliknya, massa benda yang semakin ringan akan membuat besar energi potensial semakin kecil. Besar gravitasi bumi mempunyai nilai rata – rata yang hampir sama pada setiap permukaan bumi yaitu 9,8 m/s² atau sering dibulatkan dengan 10 m/s². Sehingga, pengaruh gravitasi bumi tidak berpengaruh pada perbandingan energi potensial dua benda.

Besar nilai energi potensial dapat diperoleh melalui rumus energi potensial berikut.

Baca Juga: Pesawat Sederhana (Tuas, Katrol, dan Bidang Miring)

Rumus Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya. Setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Besar energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda (m) dan kecepatan benda (v), begitu juga sebaliknya. Semakin tinggi kecepatan benda (v) akan membuat energi kinetik semakin besar, juga berlaku untuk kondisi sebaliknya.

Pada kasus benda yang jatuh pada ketinggian tertentu, besar nilai energi kinetik akan mencapai maksimal saat mencapai permukaan tanah. Kondisi ini dikarenakan benda akan memiliki kecepatan tertinggi sesaat sebelum tepat berhenti di atas permukaan tanah. Sedangkan besar nilai energi kinetik paling kecil/minimal (sama dengan nol) saat benda tepat akan dijatuhkan. Hal ini dikarenakan benda pada awalnya tidak memiliki kecepatan (v_o = 0) sehingga energi kinetik akan sama dengan nol.

Rumus yang dapat digunakan untuk mengetahui besar energi kinetik diberikan seperti pada persamaan di bawah.

Baca Juga: Cara Menghitung Biaya Pemakaian Listrik

Rumus Energi Mekanik = Energi Potensial + Energi Kinetik

Energi mekanik merupakan jumlah energi dalam sebuah sistem mekanik. Terdapat sebuah hukum yang menyatakan bahwa Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Hukum tersebut dikenal sebagai Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Besar energi mekanik pada setiap titik adalah sama.

Rumus energi mekanik dinyatakan melalui persamaan di bawah.

Baca Juga: Perbedaan Gaung dan Gema

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal dapat melatih kemampuan memahami materi, termasuk untuk materi rumus energi potensial kinetik dan mekanik. Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk memperdalam pemahaman. Setiap contoh soal dilengkapi dengan pembahasan yang dapat digunakan sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakannya. Selamat berlatih!

Contoh 1 – Soal Penggunaan Rumus Energi Potensial

Perhatikan gambar berikut!

Massa buah kelapa A adalah 1,2 kg dan massa buah kelapa B adalah 1,8 kg. Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s², perbandingan energi potensial buah kelapa A dan buah kelapa B adalah ….
A. 3 : 4
B. 4 : 3
C. 4 : 9
D. 9 : 4

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan pada soal diperoleh informasi seperti berikut.

• Massa buah kelapa A: m_A = 1,2 kg
• Massa buah kelapa B: m_B = 1,8 kg
• Ketinggian buah kelapa A: h_A = 6 m
• Ketinggian buah kelapa B: h_B = 3 m
• Percepatan gravitasi: g = 9,8 m/s²

Menghitung energi potensial buah kelapa A:

Ep_A = m_A × g × h_A
= 1,2 × 9,8 × 6
= 70,56

Menghitung energi potensial buah kelapa B:

Ep_B = m_B × g × h_B
= 1,8 × 9,8 × 3
= 52,92

Jadi, perbandingan energi potensial buah kelapa A dan B adalah

Ep_A : Ep_B = 70,56 : 52,92 = 4 : 3.

Jawaban: B

Contoh 2 – Soal Energi Kinetik

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan pada soal diperoleh informasi seperti berikut.

• Percepatan gravitasi: g = 10 m/s²
• Massa buah kelapa: m = 2 kg
• Tinggi pohon kelapa pada titik A: h_A = 8 + 4 = 12 m
• Tinggi pohon kelapa pada titik B: h_B = 4 = 4 m

Ditanyakan: Ek pada titik B

Mencari energi potensial pada titik A:
Ep_A = m × g × h_A
Ep_A = 2 × 10 × 12
Ep_A = 240 J

Menghitung energi mekanik:
Em = Ep_A + Ek_A
Em = 240 + 0 (karena minimum, v = 0)
Em = 240 J

Menghitung energi kinetik di titik B:
Em = Ep_B + Ek_B
Ek_B = Em – Ep_B
Ek_B = Em – (m × g × h)
Ek = 240 – (2 × 10 × 4)
Ek = 240 – 80
Ek = 160 J

Jadi, energi kinetik yang di miliki buah kelapa sampai pada titik B sebesar 160 J.

Jawaban: C

Contoh 3 – Soal Penerapan Rumus Energi Potensial dan Energi Kinetik

Shania melakukan percobaan dengan menjatuhkan bola dari sebuah ketinggian.

Shania menyimpulkan perbandingan antara energi kinetik dan energi potensial pada titik C yaitu …. (g = 10 m/s²)
A. 3 : 2
B. 2 : 3
C. 1 : 4
D. 4 : 1

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan pada soal diperoleh informasi seperti berikut.

• Kecepatan bola di titik A (saat dijatuhkan): v_a = 0
• Ketinggian bola di titik A: h_a = 5 m
• Ketinggian bola di titik C: h_c = 2 m
• Percepatan gravitasi bumi: g = 10 m/s²

Ditanyakan = Ek : Ep pada titik C

Penyelesaian:

Menghitung kecepatan bola pada titik C:

m × g × h_a + ½ × m × v_a² = m × g × h_c + ½ × m × v_c²
g × h_a + ½ × v_a² = g × h_c + ½ × v_c²
10 × 5 + 0 = 10 × 2 + ½ × v_c²
50 = 20 + ½v_c²
50 – 20 = 1/2 vc²
30 = ½ v_c²
60 = v_c²
v_c = √60 m/s

Menghitung perbandingan Ep dan Ek pada titik C:

Jadi, perbandingan antara energi kinetik dan energi potensial bola pada titik C yaitu 3 : 2.

Jawaban: A

Sekian bahasan rumus energi potensial kinetik dan mekanik. Dilengkapi penggunaan rumus untuk menyelesaikan beberapa contoh soal beserta pembahasannya. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.

Baca Juga: Suhu Akhir Campuran

Sumber gini.com