Rumus Energi Potensial Kinetik dan Mekanik

By | July 16, 2020

Kata energi merupakan bahasa yunani yaitu kata ergon yang berarti kerja. Energi adalah kemampuan untuk melakukan suatu tindakan atau usaha/pekerjaan. Satuan besar energi dinyatakan dalam Nm atau Joule. Ada tiga macam energi pada bahasan ipa yaitu energi potensial, kinetik, dan mekanik. Energi potensial adalah besar energi yang dipengaruhi oleh letak ketinggian benda, sedangkan energi kinetik adalah besar energi yang dipengaruhi oleh gerak benda. Besar energi potensial dapat dihitung melalui rumus energi potensial yaitu Ep = m×g×h. Besar energi kinetik dapat dihitung melalui rumus Ek =½×m×v2. Sedangkan untuk besar energi mekanik dihitung dari penjumlahan energi potensial (Ep) dan energi kinetik (Ek).

Apa itu energi potensial? Apa itu energi kinetik dan mekanik? Bagaimanakah rumus energi potensial? Apa rumus untuk menghitung energi kinetik d? Bagaimana cara menghitung besar energi mekanik? Ketiga rumus untuk menghitung tiga macam energi tersebut diberikan pada ulasan di bawah.

Rumus Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena ketinggian dari kedudukan/posisi benda. Semakin tinggi posisi benda dari permukaan tanah, besar nilai energi potensial akan semakin besar. Begitu juga sebaliknya, besar nilai energi potensial akan semakin kecil ketika ketinggian benda semakin rendah.

Besar energi potensial akan maksimal saat berada pada ketinggian maksimal (h = hmax). Nilai besar energi potensial akan sama dengan nol jika posisi benda berada tepat diatas permukaan tanah (h = 0).

Selain tinggi benda, besar energi potensial juga dipengaruhi oleh massa benda (m) percepatan gravitasi bumi (g). Massa benda yang semakin berat akan membuat energi potensial yang dihasilkan semakin besar. Sebaliknya, massa benda yang semakin ringan akan membuat besar energi potensial semakin kecil. Besar gravitasi bumi mempunyai nilai rata–rata yang hampir sama pada setiap permukaan bumi yaitu 9,8 m/s2 atau sering dibulatkan dengan 10 m/s2. Sehingga, pengaruh gravitasi bumi tidak berpengaruh pada perbandingan energi potensial dua benda yang terletak di tempat berbeda dengan ketinggian yang sama.

Rumus energi potensial dapat diperoleh melalui persamaan berikut.

Rumus Energi Potensial

Baca Juga: Pesawat Sederhana (Tuas, Katrol, dan Bidang Miring)

Contoh Cara Menghitung Energi Potensial

Soal: Suatu benda yang bermassa 0,075 kg yang terlempar ke atas dengan ketinggian maksimum 1,4 m. Jika diketahui percepatan gravitasi adalah 10 m/s2 maka besarnya energi potensial tersebut adalah … Joule.
A. 1,05
C. 3,5
B. 1,5
D. 0,05​

Diketahui:

  • Massa benda: m = 0,075 kg
  • Ketinggian maksimum: h = 1,4 m
  • Percepatan gravitasi: g = 10 m/s2

Menghitung energi potensial:
Ep = m×g×h
Ep = 0,075×10×1,4 = 1,05 joule

Jadi, besarnya energi potensial pada benda tersebut adalah 1,05 joule. (B)

Rumus Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya. Setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Besar energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda (m) dan kecepatan benda (v), begitu juga sebaliknya. Semakin tinggi kecepatan benda (v) akan membuat energi kinetik semakin besar, juga berlaku untuk kondisi sebaliknya.

Pada kasus benda yang jatuh pada ketinggian tertentu, besar nilai energi kinetik akan mencapai maksimal saat mencapai permukaan tanah. Kondisi ini dikarenakan benda akan memiliki kecepatan tertinggi sesaat sebelum tepat berhenti di atas permukaan tanah. Sedangkan besar nilai energi kinetik paling kecil/minimal (sama dengan nol) saat benda tepat akan dijatuhkan. Hal ini dikarenakan benda pada awalnya tidak memiliki kecepatan (vo = 0) sehingga energi kinetik akan sama dengan nol.

Rumus energi kinetik diberikan seperti persamaan berikut.

Rumus Energi Kinetik

Baca Juga: Cara Menghitung Biaya Pemakaian Listrik

Contoh Cara Menghitung Energi Kinetik

Soal: Sebuah benda bermassa 60 kg bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Besar energi kinetik benda tersebut adalah …. joule.
A. 125
B. 250
C. 625
D. 750

Diketahui:

  • Massa benda: m = 60 kg
  • Kecepatan benda: v = 5 m/s

Menghitung besar energi kinetik benda:
Ek =½×m×v2
Ek =½×60×52
= ½×60×25
= 750 joule

Jadi, besar energi kinetik benda tersebut adalah 750 joule. (D)

Rumus Energi Mekanik = Energi Potensial + Energi Kinetik

Energi mekanik merupakan jumlah energi dalam sebuah sistem mekanik. Terdapat sebuah hukum yang menyatakan bahwa Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Hukum tersebut dikenal sebagai Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Besar energi mekanik pada setiap titik adalah sama.

Rumus energi mekanik dinyatakan melalui persamaan di bawah.

Rumus Energi Kinetik dan

Contoh Menghitung Energi Mekanik

Soal: Sebuah benda bermassa 2 kg jatuh dari ketinggian 1 m dengan kecepatan 5 m/s. Jjika diketahui percepatan gravitasi 10 m/s² maka besar energi mekanik benda adalah ….
A. 45 joule
B. 90 joule
C. 135 joule
D. 180 joule

Diketahui:

  • massa benda: m = 2 kg
  • ketinggian: h = 1 m
  • kecepatan benda: v= 5 m/s
  • percepatan gravitasi: g = 10 m/s²

Menghitung besar energi potensial: Ep = m×g×h
Ep = 2×10×1
Ep = 20 joule

Menghitung besar energi kinetik: Ek = ½×m×v2
Ek = ½×2×52
Ek = ½×2×25 = 25 joule

Jadi, besar energi menkanik pada benda tersebut adalah Em = Ep + Ek = 20 + 25 = 45 joule.

Baca Juga: Perbedaan Gaung dan Gema

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal dapat melatih kemampuan memahami materi, termasuk untuk materi rumus energi potensial kinetik dan mekanik. Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk memperdalam pemahaman. Setiap contoh soal dilengkapi dengan pembahasan yang dapat digunakan sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakannya. Selamat berlatih!

Contoh 1 – Soal Penggunaan Rumus Energi Potensial

Perhatikan gambar berikut!

Contoh Soal Energi Potensial

Massa buah kelapa A adalah 1,2 kg dan massa buah kelapa B adalah 1,8 kg. Jika percepatan gravitasi 9,8 m/s2, perbandingan energi potensial buah kelapa A dan buah kelapa B adalah ….
A. 3 : 4
B. 4 : 3
C. 4 : 9
D. 9 : 4

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan pada soal diperoleh informasi seperti berikut.

  • Massa buah kelapa A: mA = 1,2 kg
  • Massa buah kelapa B: mB = 1,8 kg
  • Ketinggian buah kelapa A: hA = 6 m
  • Ketinggian buah kelapa B: hB = 3 m
  • Percepatan gravitasi: g = 9,8 m/s2

Menghitung energi potensial buah kelapa A:

EpA = mA × g × hA
= 1,2 × 9,8 × 6
= 70,56

Menghitung energi potensial buah kelapa B:

EpB = mB × g × hB
= 1,8 × 9,8 × 3
= 52,92

Jadi, perbandingan energi potensial buah kelapa A dan B adalah

EpA : EpB = 70,56 : 52,92 = 4 : 3.

Jawaban: B

Contoh 2 – Soal Energi Kinetik

Contoh Soal Energi Kinetik

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan pada soal diperoleh informasi seperti berikut.

  • Percepatan gravitasi: g = 10 m/s2
  • Massa buah kelapa: m = 2 kg
  • Tinggi pohon kelapa pada titik A: hA = 8 + 4 = 12 m
  • Tinggi pohon kelapa pada titik B: hB = 4 = 4 m

Ditanyakan: Ek pada titik B

Mencari energi potensial pada titik A:
EpA = m × g × hA
EpA = 2 × 10 × 12 = 240 J

Menghitung energi mekanik:
Em = EpA + EkA
karena minimum, maka v = 0 sehingga EkA = 0
Em = 240 + 0
Em = 240 J

Menghitung energi kinetik di titik B: Em = EpB + EkB
EkB = Em – EpB
EkB = Em – (m × g × h)
= 240 – (2 × 10 × 4)
= 240 – 80 = 160 J

Jadi, energi kinetik yang di miliki buah kelapa sampai pada titik B sebesar 160 J.

Jawaban: C

Contoh 3 – Soal Penerapan Rumus Energi Potensial dan Energi Kinetik

Shania melakukan percobaan dengan menjatuhkan bola dari sebuah ketinggian.

Contoh Soal Perbandingan Energi Potensial

Shania menyimpulkan perbandingan antara energi kinetik dan energi potensial pada titik C yaitu …. (g = 10 m/s2)
A. 3 : 2
B. 2 : 3
C. 1 : 4
D. 4 : 1

Pembahasan:

Berdasarkan keterangan pada soal diperoleh informasi seperti berikut.

  • Kecepatan bola di titik A (saat dijatuhkan): va = 0
  • Ketinggian bola di titik A: ha = 5 m
  • Ketinggian bola di titik C: hc = 2 m
  • Percepatan gravitasi bumi: g = 10 m/s²

Ditanyakan = Ek : Ep pada titik C

Penyelesaian:

Menghitung kecepatan bola pada titik C:

m × g × ha + ½ × m × va² = m × g × hc + ½ × m × vc²
g × ha + ½ × va² = g × hc + ½ × vc²
10 × 5 + 0 = 10 × 2 + ½ × vc²
50 = 20 + ½vc²
50 – 20 = 1/2 vc²
30 = ½ vc²
60 = vc²
vc = √60 m/s

Menghitung perbandingan Ep dan Ek pada titik C:

Rumus Energi Mekanik

Jadi, perbandingan antara energi kinetik dan energi potensial bola pada titik C yaitu 3 : 2.

Jawaban: A

Sekian bahasan rumus energi potensial kinetik dan mekanik. Dilengkapi penggunaan rumus untuk menyelesaikan beberapa contoh soal beserta pembahasannya. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.

Baca Juga: Suhu Akhir Campuran

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.