Dalam artikel sebelumnya kami menganalisis secara menyeluruh energi kinetik dan segala sesuatu yang berhubungan dengannya. Dalam hal ini, kami melanjutkan pelatihan dan melanjutkan studi energi mekanik. Jenis energi inilah yang dihasilkan oleh kerja suatu benda dan dapat ditransfer antar benda lain. Energi mekanik adalah penjumlahan energi kinetik (gerak) dengan energi potensial elastis dan/atau gravitasi, yang dihasilkan oleh interaksi benda-benda bergantung pada posisinya.
Pada artikel kali ini kami akan menjelaskan cara kerja energi mekanik, cara menghitungnya serta beberapa contoh dan penerapannya. Jika Anda ingin memahami konsep ini dengan jelas dan sederhana, teruslah membaca.
Penjelasan energi mekanik
Mari kita ambil contoh untuk menjelaskan energi mekanik. Bayangkan kita melempar bola dari ketinggian tertentu. Selama lemparan, bola dimiliki Energi kinetik karena pergerakannya, saat berada di udara ia juga memperolehnya energi potensial gravitasi karena posisinya terhadap tanah. Semakin naik maka energi potensial semakin besar, dan semakin turun energi potensial tersebut diubah menjadi energi kinetik.
Lengan yang menggerakkan bola melakukan usaha padanya, mentransfer energi kinetik ke bola. Jika kita mengabaikan gesekan dengan udara, bola akan kekal energi mekanik totalnya, yaitu jumlah energi kinetik dan energi potensial. Faktanya, energi mekanik suatu sistem dapat tetap konstan bila tidak ada gaya penahan seperti gesekan.
Penting untuk diingat bahwa kuburan Gaya ini konstan (9,8 m/s² di Bumi) dan selalu bekerja pada benda. Jadi, energi mekanik yang dihitung adalah hasil interaksi antara kecepatan, massa, dan tinggi suatu benda. Satuan ukuran energi mekanik adalah Juli (J), menurut Sistem Satuan Internasional.
Rumus energi mekanik
Energi mekanik (Em) adalah jumlah dari energi kinetik (Ec) dan energi potensial (Ep). Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut:
Em = Ec + Ep
Untuk menghitung Energi kinetik (Ec), kita menggunakan rumus:
- Ec = 1/2 mv²
mana m adalah massa tubuh dan v adalah kecepatannya.
Sebagai energi potensial gravitasi (Ep), rumusnya adalah:
- Ep = mgh
mana m adalah massa, g adalah percepatan yang disebabkan oleh gravitasi dan h ketinggian.
Dengan cara ini, jika Anda mengetahui massa suatu benda, kecepatannya, dan ketinggian peluncurannya, Anda dapat menghitung energi mekaniknya.
Prinsip kekekalan energi mekanik
Prinsip dasar dalam fisika adalah prinsip yang menyatakan bahwa Energi tidak diciptakan atau dimusnahkan, tetapi diubah. Ini dikenal sebagai prinsip kekekalan energi. Dalam hal energi mekanik, prinsip ini berlaku jika sistem terisolasi, yaitu jika tidak ada gaya nonkonservatif seperti gesekan.
Jika kita melempar sebuah bola ke udara, pada titik tertingginya energi kinetiknya akan menjadi nol, namun energi potensial gravitasinya akan maksimum. Saat turun, energi potensial diubah menjadi energi kinetik. Sepanjang proses ini, energi mekanik total sistem tetap konstan.
Persamaan matematika yang menggambarkan prinsip ini adalah sebagai berikut:
Em = Ec + Ep = konstan
Dalam sistem nyata, adanya gesekan dan gaya non-konservatif lainnya mengubah persamaan ini, menyebabkan sebagian energi hilang sebagai panas atau jenis lainnya. Meski begitu, prinsip ini tetap berguna untuk analisis berbagai sistem fisik.
Contoh latihan
Mari kita lihat beberapa latihan untuk mengilustrasikan bagaimana menerapkan konsep yang dijelaskan di atas:
-
- Pilih opsi yang salah:
- a) Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda ketika ia bergerak.
- b) Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki suatu benda karena terletak pada ketinggian tertentu.
- c) Energi mekanik total suatu benda tetap konstan meskipun ada gesekan.
- d) Energi alam semesta adalah konstan dan hanya berubah.
- e) Jika suatu benda mempunyai energi kinetik maka benda tersebut dapat melakukan usaha.
- Pilih opsi yang salah:
Pilihan yang salah adalah (C). Energi mekanik tidak kekal dengan adanya gesekan, karena sebagian energi tersebut hilang sebagai panas.
- Bus dengan adonan m menuruni lereng dengan kecepatan konstan. Pengemudi terus menginjak rem sehingga membatasi kecepatan bus meskipun sedang turun dari ketinggian h. Jawablah apakah pernyataan berikut ini benar atau salah:
- Perubahan energi kinetik bus adalah nol.
- Energi mekanik sistem bus-Ground dilestarikan.
- Energi total sistem bus-Bumi bersifat kekal, meskipun sebagian diubah menjadi energi internal.
Dalam hal ini, jawaban yang benar adalah V, F, V. Energi kinetik tidak berubah karena kecepatannya konstan; Namun, energi mekanik tidak kekal karena peningkatan energi dalam sistem yang disebabkan oleh gesekan.
Contoh-contoh ini menggambarkan pentingnya memahami bagaimana gaya dan energi berinteraksi dalam konteks yang berbeda. Energi mekanik adalah kunci dalam banyak aplikasi sehari-hari, mulai dari menggerakkan kendaraan hingga melompat dari trampolin.
Pemahaman yang benar tentang energi mekanik tidak hanya berguna untuk lulus ujian, tetapi juga untuk memahami fenomena dunia sekitar kita.