√ Rumus Energi Kinetik : Mekanik, Potensial dan Usaha

Diposting pada

Usaha

Rumus Energi Kinetik – Di dalam kehidupan sehari-hari, mungkin Anda sering mendengar kata usaha. Pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari adalah mengerahkan kemampuan yang dimilikinya untuk mencapai tujuan atau kerja yang dilakukan orang atau mesin. Apapun hasil kerja itu, berhasil atau tidak,

asalkan orang atau mesin itu melakukan sesuatu, dikatakan orang atau mesin tersebut melakukan usaha. Pengertian usaha dalam fisika didefinisikan sebagai perkalian antara besar gaya yang menyebabkan benda berpindah dengan besar perpindahan benda yang searah dengan arah gaya tersebut. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Usaha yang Dilakukan Gaya Membentuk Sudut Sembarang

Perhatikan Gambar 4.1! Toni menarik balok dengan suatu gaya konstan F dan menyebabkan balok berpindah sejauh s dan tidak searah dengan arah gaya F. Komponen gaya F yang segaris dengan perpindahan adalah Fx = cos ὰ, dengan ὰ merupakan sudut apit antara arah gaya dan bidang horizontal. Berdasarkan definisi usaha tersebut diperoleh persamaan sebagai berikut.

Energi

Di SMP, Anda telah mempelajari bahwa energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha. Pada bagian pengantarjuga telah disinggung beberapa bentuk energi. Anda tentu juga tahu tentang hukum kekekalan energi. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan melainkan hanya dapat diubah bentuknya.


Proses perubahan bentuk energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya disebut konversi energi. Alat untuk mengubah energi disebut konventor energi. Perubahan energi terjadi ketika usaha sedang dilakukan. Misalnya, ketika Anda melakukan usaha dengan mendorong mobil hingga mobil tersebut bergerak maju. Pada proses usaha sedang berlangsung, sebagian energi kimia yang tersimpan dalam tubuh Anda diubah menjadi energi mekanik. Di sini Anda berfungsi sebagai pengubah energi (konverter energi).

Anda telah mengenal berbagai sumber energi, antara lain, energi matahari, energi panas bumi, energi angin, energi air, dan energi nuklir. Sumber utama semua energi adalah energi matahari. Energi listrik merupakan salah satu bentuk energi yang sering digunakan. Dari jaringan listrik PLN di rumah, Anda dapat melakukan berbagai kegiatan, antara lain, menyalakan lampu, komputer, menyetrika baju, mendengarkan radio, melihat siaran televisi. Hal ini menunjukkan bahwa energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi lain yang Anda butuhkan.


Energi listrik diperoleh dari berbagai sumber. Misalnya dari air terjun atau bendungan (PLTA), diesel (PLTD), panas bumi (PLTG), batubara (PLTU), dan nuklir (PLTN). Sumber energi fosil (minyak bumi, gas alam, batubara) merupakan jenis sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu, Anda harus menghemat energi supaya sumber energi yang dimiliki tidak cepat habis.

Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya. Di SMP, Anda sudah mempelajari energi kinetik secara kuantitatif. Sekarang Anda akan mempelajari energi kinetik secara kualitatif, yaitu menurunkan rumus energi kinetik. Secara umum energi kinetik suatu benda yang memiliki massa m dan bergerak dengan kecepatan v dirumuskan oleh persamaan berikut.

Pada persamaan diatas tampak bahwa energi kinetik sebanding dengan massa m dan kuadrat kecepatan (v2 ).

Contoh soal energi kinetik gas

Sebuah gaya sebesar 6 N bekerja pada sebuah balok bermassa 2 kg secara horizontal selama 4 s. Hitunglah energi kinetik akhir yang dimiliki balok tersebut!

Hubungan energi kinetik dengan usaha dijelaskan sebagai berikut. Sebuah benda pada posisi 1 bergerak dengan kelajuan v1 . Kemudian benda dikenai gaya luar F, sehingga benda bergerak dipercepat beraturan. Dalam selang waktu t benda berpindah sejauh ∆x dari posisi 1 ke posisi 2. Pada posisi 2 benda bergerak dengan kelajuan v2 .Perhatikan Gambar 4.13!

Pada posisi 1, benda bergerak dengan kelajuan v1 , kemudian pada benda bekerja gaya F, sehingga benda berpindah sejauh ∆x . Usaha yang dilakukan oleh gaya F pada benda adalah W = F ∆x . Usaha dan energi adalah besaran skalar yang setara, maka Anda dapat pastikan bahwa penambahan energi kinetik berasal dari usaha W = F ∆x . Secara matematis Anda akan dapat persamaan seperti berikut.

Persamaan ini dikenal sebagai teorema usaha-energi kinetik. Teorema ini menyatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh resultan gaya suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik yang dialami benda.

Energi Potensial

Energi potensial diartikan sebagai energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukan (posisinya). Misalnya, energi pegas (per), energi ketapel, energi busur, dan energi air terjun. Energi potensial juga dapat diartikan sebagai energi yang tersimpan dalam suatu benda. Misalnya energi kimia dan energi listrik. Contoh energi kimia adalah energi minyak bumi dan energi nuklir.

Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukan ketinggian dari benda lain. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

Energi potensial gravitasi tersebut adalah energi potensial benda terhadap bidang acuan yang terletak pada jarak h di bawah benda. Energi potensial gravitasi terhadap bidang acuan lain tentu saja berbeda besarnya. Misalnya, terhadap bidang acuan yang jaraknya h1 , di bawah kedudukan benda, maka energi potensial gravitasinya adalah m g h1 . Bidang acuan tidak harus berada di bawah kedudukan benda. Dapat saja dipilih bidang acuan yang letaknya di atas kedudukan benda. Dalam hal demikian energi potensial gravitasi memiliki nilai negatif. Namun, biasanya bidang acuan dipilih di bawah kedudukan benda.

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Energi mekanik didefinisikan sebagai penjumlahan antara energi kinetik dan energi potensial. Untuk lebih memahami energi kinetik perhatikan sebuah bola yang dilempar ke atas. Kecepatan bola yang dilempar ke atas makin lama makin berkurang. Makin tinggi kedudukan bola (energi potensial gravitasi makin besar), makin kecil kecepatannya (energi kinetik bola makin kecil). Saat mencapai keadaan tertinggi, bola akan diam. Hal ini berarti energi potensial gravitasinya maksimum, namun energi kinetiknya minimun (v = 0).


Pada waktu bola mulai jatuh, kecepatannya mulai bertambah (energi kinetiknya bertambah) dan tingginya berkurang (energi potensial gravitasi berkurang). Berdasarkan kejadian di atas, seolah terjadi semacam pertukaran energi antara energi kinetik dan energi potensial gravitasi. Apakah hukum kekekalan energi mekanik berlaku dalam hal ini?

Persamaan di atas membuktikan bahwa energi mekanik yang dimiliki oleh suatu benda adalah kekal (tetap). Pernyataan ini disebut hukum kekekalan energi mekanik. Hukum kekekalan energi mekanik dapat dirumuskan sebagai berikut.

Perlu digaris bawahi bahwa hukum kekekalan energi mekanik berlaku hanya jika tidak ada energi yang hilang akibat adanya gaya konservatif. Misalnya akibat gesekan udara maupun gesekan antara dua bidang yang bersentuhan. Gaya konservatif adalah gaya yang tidak bergantung pada lintasan, tetapi hanya ditentukan oleh keadaan awal dan akhir.

Demikianlah artikel dari dosenimipa.com mengenai Rumus Energi Kinetik, semoga artikel ini bermanfaat bagi anda semuanya.