Energi mekanik – definisi, rumus, contoh soal

Energi mekanik dapat didefinisikan sebagai kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha. Ketika kemampuan untuk melakukan pekerjaan ini dikaitkan dengan gerakan, itu disebut energi kinetik. Akan tetapi, jika kemampuan untuk melakukan usaha dikaitkan dengan posisi suatu benda, hal itu disebut energi potensial.

Energi, dalam fisika, adalah kemampuan suatu sistem untuk melakukan usaha. Usaha adalah gaya yang dihasilkan suatu sistem pada sistem lain dari kejauhan. Oleh karena itu, energi sama dengan kemampuan suatu sistem untuk menarik atau menekan gaya lainnya.

Apa itu Energi Mekanik?

Energi mekanik adalah besaran skalar yang diukur dalam joule.  Ini sesuai dengan hasil jumlah energi kinetik dan energi potensial suatu sistem. Dalam sistem konservatif, yaitu sistem yang tidak memiliki gaya gesek atau gaya hambat, energi mekanik total adalah kekal.

Energi mekanik bisa dibagi menjadi dua bentuk energi: energi kinetik dan energi potensial.

Rumus energi mekanik

Seperti disebutkan sebelumnya, energi mekanik setara dengan jumlah energi kinetik dan energi potensial, periksa:

Em = Ep + Ek

  • Em – energi mekanik
  • Ek – energi kinetik
  • Ep – energi potensial

Energi kinetik berkaitan dengan gerakan, sedangkan energi potensial berkaitan dengan posisi di mana suatu benda ditemukan. Ada beberapa jenis energi potensial, namun dalam bidang mekanika, kita biasanya membuat perhitungan dengan energi potensial gravitasi dan dengan energi potensial elastis.

Selanjutnya, kami akan merinci rumus energi kinetik dan energi potensial elastis dan gravitasi.

Apa itu Energi kinetik

Saat sebuah benda bergerak, jenis energi yang terlihat adalah energi kinetik. Beberapa dari banyak bentuk energi kinetik termasuk rotasi (energi berputar di sekitar sumbu), getaran (energi dari getaran) dan translasi (energi dari pergerakan dari satu lokasi ke lokasi lainnya). Persamaan untuk memecahkan jumlah energi kinetik suatu benda pada waktu tertentu adalah: Ek= (1/2) * m * v ^ 2, di mana m = massa benda dan v = kecepatan benda.

Rumus energi kinetik tergantung pada massa benda, dalam kg, dan kecepatan benda, dalam m/s, tetapi juga dapat ditulis dalam momentum, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Ek = (mv2)/2 atau Ek = p2/2m dengan p = m.v

  • Ek – energi kinetik
  • m – massa
  • v – kecepatan
  • p – momentum

Apa itu Energi potensial

Dimana energi kinetik adalah energi gerak, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda tergantung pada posisinya. Dalam bentuk ini, energi tidak melakukan usaha, namun memiliki potensi untuk diubah menjadi bentuk energi lainnya. Dalam kasus energi mekanik, energi potensial berubah menjadi energi kinetik saat benda mengalami gerakan. Dua bentuk energi potensial adalah energi potensial gravitasi dan elastis. Energi potensial gravitasi adalah energi suatu benda tergantung pada ketinggiannya di atas tanah. Energi potensial elastis adalah energi yang tersimpan dalam benda yang diregangkan atau dikompres, seperti pegas.

Energi potensial gravitasi adalah yang terkandung dalam benda-benda yang memiliki ketinggian tertentu dalam kaitannya dengan Bumi, karena gravitasi. Rumus energi potensial gravitasi ditunjukkan di bawah ini:

Ep = mgh

  • Ep – energi potensial gravitasi
  • m – massa
  • g – percepatan gravitasi
  • h – tinggi

Energi potensial elastis muncul ketika kita mengubah bentuk beberapa benda elastis, seperti karet gelang, misalnya. Bentuk energi ini bergantung pada deformasi, yaitu pada kenaikan yang dialami benda, tetapi juga pada konstanta elastis k.

Ep = kx2/2

  • k – konstanta elastis (N/m)
  • x – deformasi atau perubahan panjang (m)

Hukum kekekalan Energi

Hukum kekekalan energi adalah hukum dasar fisika dan menyatakan bahwa di dalam sistem yang terisolasi dari sekitarnya, energi total dalam sistem akan kekal. Artinya, meski jumlah energi kinetik dan energi potensial dapat berubah dari waktu ke waktu jumlah total energi, energi mekanik suatu benda, tidak pernah berubah asalkan tetap terisolasi. Energi potensial suatu benda ditentukan dalam persamaan: Ep= mgh, di mana m = massa benda, g = percepatan gravitasi dan h = ketinggian benda di atas tanah.

Jumlah Energi Mekanik Total

Energi mekanik suatu sistem adalah jumlah energi kinetik dan potensial di dalam sistem: energi mekanik = energi potensial + energi kinetik. Hasil dari persamaan ini disebut energi mekanik total. Energi mekanik diukur dalam satuan yang disebut joule. Benda dengan energi mekanik baik bergerak atau telah menyimpan energi untuk melakukan usaha. Sementara sistem yang terisolasi menghemat energi mekanisnya, hal ini biasanya tidak terjadi dalam kata sebenarnya karena beberapa energi potensial diubah menjadi bentuk energi lainnya, seperti panas, melalui hambatan udara dan gesekan. Energi ini menjadi “hilang” pada sistem.

Contoh soal Energi Mekanik dan pembahasannya

Dalam semua latihan soal, anggap percepatan gravitasi sebagai g = 10 m/s².

Soal 1) Sebuah benda bermassa 500 gram dijatuhkan dari ketinggian 5 m di atas tanah. Periksa alternatif yang mewakili kecepatan benda, segera sebelum menyentuh tanah, dengan mengabaikan hambatan udara.

a) 10 m/s

b) 7,0 m/s

c) 5,0 m/s

d) 15 m/s

e) 2,5 m/s

Pembahasan:

Mari kita gunakan kekekalan energi mekanik sehingga melalui energi kinetik dan energi potensial gravitasi, kita dapat mengetahui seberapa cepat benda mencapai tanah, periksa:

Perhitungan di atas dapat dilakukan dengan mempertimbangkan bahwa, pada titik pelepasannya, benda hanya memiliki energi potensial gravitasi dan, segera sebelum menyentuh tanah, hanya energi kinetik. Berdasarkan hasil yang diperoleh, alternatif yang benar adalah huruf A.

Pertanyaan 2) Seorang atlet lompat galah, selama berlari untuk mengatasi rintangan di depannya, mengubah energinya _____________ menjadi energi ____________ karena bertambahnya tinggi badan dan akibatnya mengalami _____________ kecepatannya.

Kesenjangan dalam teks di atas, dengan benar dan masing-masing, diisi oleh:

a) potensial – kinetik – meningkat.

b) termal – potensial – menurun.

c) kinetik – potensial – menurun.

d) kinetik – termal – meningkat.

e) termal – kinetik – meningkat.

Pembahasan:

Periksa kalimat yang diisi dengan benar:

Seorang atlet lompat galah, selama berlari untuk mengatasi rintangan di depannya, mengubah energi kinetiknya menjadi energi potensial karena kenaikan ketinggian dan akibatnya mengalami penurunan kecepatan.