energi potensial

Kalian sudah mengetahui usaha yang
dilakukan untuk memindahkan sebuah
benda ke arah horisontal, tetapi
bagaimanakah besarnya usaha yang
dilakukan untuk memindahkan sebuah
benda ke arah vertikal? Memindahkan
benda secara vertikal memerlukan gaya
minimal untuk mengatasi gaya gravitasi
bumi yang besarnya sama dengan berat
suatu benda. Secara matematis gaya
tersebut dapat ditulis sebagai berikut.
F=mg
Karena perpindahan benda ke arah
vertikal sama dengan ketinggian benda
(h), dengan memasukkan Persamaan F =
m.g ke dalam Persamaan W = F.s,
diperoleh usaha yang dilakukan terhadap
benda tersebut sebagai berikut.
W=Fs
W=mgh
dengan:
W = usaha (J)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (N/kg)
h = perpindahan atau ketinggian (m)
Sebuah benda yang massanya 3 kg
diangkat vertikal sampai ketinggian 2 m.
Apabila percepatan gravitasi di tempat
tersebut 10 m/s2 hitunglah besarnya usaha
untuk memindahkan benda tersebut.
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 2 kg
h=1m
g = 10 m/s^{2}
Ditanyakan :
W = …….?
Jawab:
W = mgh
W = (3 kg)(10 )m/s2(2 m)
W = 60 J
Jadi, usaha untuk memindahkan benda sebesar 60
joule.
Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk
melakukan usaha. Suatu benda dikatakan memiliki
energi jika benda tersebut dapat melakukan usaha.
Misalnya kendaraan dapat mengangkat barang karena
memiliki energi yang diperoleh dari bahan bakar.
Keberadaan energi bersifat kekal, sesuai dengan
pernyataan Hukum Kekekalan Energi yang berbunyi :
“Energi tidak dapat diciptakan dan tidak
dapat dimusnahkan”.
Energi hanya mengalami perubahan bentuk
dari bentuk satu menjadi bentuk lain.
Misalnya, energi bahan bakar berubah
menjadi energi kinetik yang dimiliki
kendaraan.
Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda
karena gerakannya. Jadi hanya benda bergerak yang
memiliki energi kinetik.
Energi kinetik suatu benda besarnya
berbanding lurus dengan massa benda dan
kuadrat kecepatannya. Secara matematika
ditulis sebagai berikut:
1
Ek  .m.v 2
2
dengan,
m = massa benda
(kg)
v = kecepatan benda (m/s)
Ek = Energi kinetik
(joule)
Berdasarkan Hukum II Newton, diketahui bahwa
percepatan berbanding lurus dengan gaya dan
berbanding terbalik dengan massa.
Maka usaha yang dilakukan pada benda adalah
jika
maka
dengan,
F = gaya (N)
s = perpindahan (s)
m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (m/s2)
W = Usaha (joule)
Jika gaya F bekerja pada benda, benda tersebut akan
bergerak berubah beraturan (GLBB), sehingga
berlaku
atau
dengan,
V0 = kecepatan awal benda (m/s)
Vt = kecepatan akhir benda (m/s)
a = percepatan benda (m/s2)
s = perpindahan (s)
Sehingga persamaan usaha pada benda menjadi
Dengan demikian, didapat hubungan usaha dan
energi kinetik, yaitu
Berapa usaha yang diperlukan seorang pelari
cepat dengan massa 74 kg untuk mencapai
kecepatan 2,2 m/s dari keadaan diam?
Diketahui:
Ditanya:
Jawab:
m = 74 kg
Vt = 2,2 m/s
V0 = 0
W = …?
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya pada
benda sama dengan perubahan energi kinetik
partikel.
Persamaan di atas dikenal dengan teorema
Usaha-Energi.
Energi potensial merupakan energi yang dimiliki
suatu benda karena kedudukannya atau
keberadaannya.
Benda yang memiliki kedudukan di atas
permukaan bumi, dikatakan bahwa benda
tersebut memiliki energi potensial gravitasi.
Jika suatu benda yang ditegangkan, ditekan atau
ditarik maka benda itu akan memiliki energi
potensial pegas.
Energi potensial gravitasi adalah energi
yang dimiliki oleh suatu
benda karena
pengaruh
tempat
kedudukannya
(ketinggian).
dengan,
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = tinggi benda (m)
Ep = energi potensial gravitasi (Joule)
Misalnya, usaha untuk mendarat sebuah
Helikopter dari suatu ketinggian sampai ke
permukaan tanah adalah.
Energi potensial dinyatakan dengan
Dengan demikian, didapat hubungan usaha
dan energi potensial.
Jadi, perlakuan oleh gaya pada benda sama
dengan perbahan energi potensial.
dengan,
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
ht = tinggi akhir benda (m)
h0 = tinggi awal benda (m)
Ep = energi potensial gravitasi (Joule)
W = usaha (Joule)
Benda bermassa 2 kg jatuh
bebas dari ketinggian 20 m
di atas tanah. Tentukan
usaha yang dilakukan gaya
berat benda tersebut pada
saat mencapai tanah.
g
m
h
Diketahui:
m=
h0 =
ht =
g=
Ditanya:
W = …?
Jawab:
W=
2 kg
0
20 m
10 m/s2
m . g . (ht – h0)
= 2 . 10 . (20 – 0)
= 20 . 20
W = 400 joule
Ketika bahan elastis diberi regangan maka
pada bahan tersebut akan timbul energi
potensial.
Misalnya, karet atau pegas yang
direntangkan akan memiliki energi
potensial.
Jika gaya yang diberikan dihilangkan,
energi potensial pegas akan berubah
menjadi energi kinetik.
Sifat pegas ini dimanfaatkan dalam
shockbreaker dan busur panah.
Energi potensial yang dimiliki pegas atau
benda elastis besarnya berbanding lurus
dengan konstanta pegas k dan kuadrat
simpangannya.
Secara matematis dapat dinyatakan dengan
persamaan berikut
dengan,
k = konstanta pegas (N/m)
Δx = simpangan (m)
Ep = energi potensial pegas (Joule)
Persamaan di atas diperoleh dari hasil
penurunan persamaan gaya pegas yang
dirumuskan oleh Hooke.
Besarnya usaha yang diperlukan untuk
meregangkan pegas adalah sama dengan
keadaan energi potensial akhir dikurangi
keadaan energi potensial awal dari pegas
atau
Untuk keadaan awal Δx1 = 0, energi
potensial awal Epawal = 0, sehingga usaha
untuk meregangkan pegas dari keadaan
awal adalah
Sebuah pegas memiliki
konstanta pegas 2.102 N/m. Jika
pegas tersebut ditarik hingga
bertambah panjang 20 mm,
berapa besar energi potensial
pegas sebelum dilepaskan?
Diketahui:
Ditanya:
Jawab:
K = 2.102 N/m
Δx = 20 mm = 2.10-2 m
Ep = …?
Panas adalah bentuk akhir dari energi, yakni bentuk
yang akhirnya diambil dari semua bentuk energi lain.
Kita dapat mengubah energi gravitasi menjadi energi
kinetik dengan mendorong jatuh sebuah batu di tepi
tebing. Kita dapat mengubah energi kinetik air terjun
menjadi energi listrik dengan menghubungkan kincir
air ke sebuah generator.
Tetapi tidak ada konversi yang bisa lengkap 100%.
Sebagian energi terbuang menjadi panas. Ketika
sebuah batu jatuh menimpa tanah ia menjadi sedikit
lebih panas. Ketika kincir air berputar, ia juga
menjadi lebih panas. Pendek kata, kita dapat
mengubah energi sebanyak yang kita sukai namun
setiap kali pula, kita akan kehilangan sebagian energi
itu dalam bentuk panas.
Panas Adalah energi sedangkan temperatur
adalah ukuran seberapa padat konsentrasi
panas dalam sebuah benda
liat, nobita aja sudah pintar, masa kita kaga