Energi Mekanik

Energi mekanik merupakan gabungan dari energi potensial dan energi kinetik. Energi mekanik suatu benda selalu sama besar. Nilai yang berubah adalah energi kinetik dan energi potensial.

a.       Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena ketinggiannya. Contoh air terjun, buah kelapa di pohon, dan benda di atas meja mempunyai energi potensial terhadap tanah di bawahnya.

Faktor apakah yang memengaruhi besar energi potensial? Jika besi lebih berat dibanding kayu. Kedua benda berada pada ketinggian sama. Apabila tangan kita kejatuhan kedua benda tersebut, mana yang lebih sakit? Tangan akan terasa lebih sakit jika terkena besi. Berarti, energi potensial besi lebih besar dibanding energy potensial kayu. Jadi, energi potensial sebanding dengan berat benda.

Selain sebanding dengan berat benda,energi potensial juga sebanding dengan ketinggiannya. Semakin tinggi suatu benda, energi potensial yang dimiliki benda tersebut semakin besar. Misal batu yang dijatuhkan ke tanah dari ketinggian 80 cm dan 60 cm. Batu yang dijatuhkan dari ketinggian 80 cm akan melesak ke tanah lebih dalam dibanding batu yang dijatuhkan dari ketinggian 60 cm.

Berdasarkan penjelasan di atas, persamaan energi potensial dituliskan sebagai berikut.

atau

…..1

 

                keterangan:

            w = berat benda (N)

h = ketinggian benda (m)

m = massa (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s²)

Ep = energi potensial (J)

b.      Energi Kinetik

            Seorang pemain sepakbola menendang bola yang semula diam. Apa yang terjadi saat bola tersebut ditendang? Tentu saja bola bergerak. Bola yang diam tidak mempunyai energi kinetik, sedangkan bola yang bergerak memiliki energi kinetik.

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda akibat benda itu bergerak.

 

            Energi kinetik benda yang bergerak sama denga usaha yang dilakukan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda itu untuk mengubah benda dari keadaan diam ke keadaan bergerak. Saat pemain bola menendang bola, dia melakukan usaha. Jika besar gaya yang bekerja pada bola itu konstan, yaitu F, dan gaya itu dapat memindahkan bola sejauh ssebelum bola bermassa m itu meninggalkan kaki pesepakbola, maka menurut hukum kedua Newton, F=ma. Karena F konstan, maka percepatan a ketika masih berada di kaki juga konstan dan besarnya a = F/m. jika benda yang semula diammemperoleh percepatan a sepanjang jarak s, kecepatan akhir v dapat dicari dengan rumus v² = 2as. Jika a diganti dengan F/m, persamaan menjadi:

Fs adalah besar usaha yang dilakukan oleh kaki sewaktu menendang bola; adalah besar energi yang diperoleh bola akibat usaha yang dilakukan kaki kepada bola itu. Dengan demikian, besar energi kinetik benda yang sedang bergeraksama dengan setengah hasil kali massa dan pangkat dua kecepata benda.

            dengan:

            Ek = energi kinetik (J)

            m = massa (kg)

v = kecepatan benda (m/s)

c.      Hukum Kekekalan Energi Mekanik

            Benda yang jatuh dari ketinggian tertentu atau benda yang dilemparkan ke atas akan selalu mengalami perubahan bentuk energi. Perubahan bentuk energi yang terjadi adalah dari energi potensial ke energi kinetik dan sebaliknya dari energi kinetik ke energi potensial sepanjang gerakan benda.

A

 

B

C

 

            Jumlah energi potensial (Ep) dan energi kinetik (E_k) selalu sama (tetap atau konstan) apabila tidak ada gaya dari luar yang memengaruhinya. Persamaan secara matematis sebagai berikut.

…..3

           

Dalam hal ini c merupakan bilangan konstan dan merupakan bentuk dari energi mekanik (E_m).

            Hubungan antara energi potensial (E_p) dan energi kinetik (E_k) menjadi dasar hukum kekekalan energi mekanik menyatakan jumlah energi potensial dan energi kinetik di dalam medan gravitasi adalah sama.

…..4