Berbincang soal energi, tiap orang mungkin memiliki definisi yang bervariatif. Menurutmu, apa itu energi? Well, kali ini kita tidak membahas energi yang kamu peroleh setelah makan ya. Pada kesempatan ini Hargabelanja.com ingin membagikan pengertian energi dari sudut pandang Fisika. Apa itu energi, ada berapa jenis energi dan seperti apa contoh soal energi, semuanya akan terjawab dalam artikel ini.
Apa itu Energi?
Dalam Fisika, energi diartikan sebagai kapasitas (kemampuan) untuk melakukan usaha, kerja atau melakukan suatu perubahan. Energi terbagi ke dalam beberapa bentuk. Ada dalam energi potensial, magnetik, energi foton hingga bunyi. Untuk lebih jelasnya maka kamu bisa menyimak pembahasan di bawah ini sampai tuntas.
Macam-Macam Jenis Energi Lengkap dengan Rumus dan Contoh Soalnya
Energi Potensial Gravitasi
Energi potensial gravitasi merupakan energi yang dimiliki suatu benda karena posisi (kedudukan) benda tersebut terhadap titik acuannya. Adapun, hal yang sering dijadikan titik acuan itu adalah permukaan tanah.
Bila suatu benda semakin jauh dari permukaan tanah, maka energi potensialnya semakin besar. Begitu pun sebaliknya, jika suatu benda dekat dengan permukaan tanah maka energi potensianya semakin kecil.
Jadi, benda yang berada di ketinggian 5 meter memiliki energi potensial gravitasi lebih besar dibandingkan benda yang berada di ketinggian 2 meter (asumsikan massa benda tersebut sama).
Lantas, kenapa disebut energi potensial? Itu karena energi ini berpotensi (memiliki potensi) untuk berubah ke dalam bentuk energi lain. Sebagai contoh, pembangkit listrik tenaga air mengubah energi potensial menjadi energi listrik. Agar memperoleh gambaran lebih jelas, kamu bisa menyimak rumus energi potensial gravitasi berikut ini.
Rumus
Penjelasannya sebagai berikut.
Ep = energi potensial (satuan Joule)
m = massa benda (satuan kg)
g = percepatan gravitasi 9,8 m/s^2 atau 10 m/s^2
h = ketinggian benda (satuan m)
Contoh Soal Energi Potensial Gravitasi
1. Jika terdapat 4 obyek berikut ini, manakah obyek yang memiliki energi potensial gravitasi?
a) mouse yang terletak di tanah
b) per (pegas) yang ditarik kedua ujungnya
c) batu yang berada di puncak pegunungan
d) katak yang berada di tanah dan sedang bersiap untuk melompat ke udara
2. Jika terdapat kucing bermassa 3 kg berdiam di atas atap rumah yang memiliki ketinggian 5 meter, maka berapakah besar energi potensial gravitasinya? (g = 10 m/s^2)
Pembahasan contoh soal energi 1
Jawabannya adalah c) batu yang berada di pegunungan, karena batu tersebut berada di tempat yang tinggi. Dengan demikian, batu tersebut memiliki ketinggian. Bila suatu benda memiliki ketinggian maka besar kemungkinannya benda itu menyimpan energi potensial gravitasi.
Pembahasan contoh soal energi 2
Untuk mengerjakan soal ini maka kamu perlu mengeluarkan formula berikut:
Ep = mgh
Selanjutnya, masukkan nilainya sehingga:
Ep = 3 . 10 . 5
Ep = 150 Joule
Jadi, energi potensial yang dimiliki kucing tersebut adalah 150 J.
Itulah contoh soal energi potensial gravitasi dan pembahasannya. Ingin melihat lebih banyak soal seperti ini? Kamu bisa mampir ke artikel Contoh Soal Energi Potensial.
Energi Kinetik
Bila pada umumnya energi potensial gravitasi dimiliki benda yang sedang diam, maka energi kinetik dimiliki oleh benda yang sedang bergerak. Misalnya, rusa ketika berlari.
Fisika mengartikan energi kinetik sebagai energi yang dimiliki suatu obyek oleh karena pergerakannya. Besar kecilnya energi kinetik sangat dipengaruhi oleh massa dan kecepatan obyek tersebut. Berikut adalah rumus energi kinetik yang perlu diketahui.
Rumus
Penjelasannya sebagai berikut.
Ek = energi kinetik (satuan Joule)
m = massa (satuan kg)
v = kecepatan (satuan m/s^2)
Contoh Soal Energi Kinetik
1. Seekor kucing berlari dengan kecepatan 10 m/s. Jika massa kucing tersebut adalah 3 kg maka berapakah energi kinetiknya?
2. Sebuah alat menembakkan labu bermassa 3 kg. Bila energi kinetik yang bekerja pada saat itu 110 Joule, maka berapakah kecepatannya?
Pembahasan contoh soal energi 1
Perhatikan bahwa:
v = 10 m/s
m = 3 kg
maka energi kinetik kucing tersebut adalah:
Ek = ½mv^2
Ek = ½ . 3 . 10^2 = 150 Joule
Pembahasan contoh soal energi 2
Dari soal kamu dapat mengetahui bahwa:
m = 3 kg
Ek = 110 J
Maka, kecepatannya adalah:
Ek = ½mv^2
Masukkan nilainya sehingga:
110 = ½ . 3 . v^2
110 = 1,5v^2
Selanjutnya:
110/1,5 = v^2
73,33 = v^2
√73,33 = v
8,5 = v
Jadi, kecepatannya adalah 8,5 m/s.
Demikian contoh soal energi kinetik dan pembahasannya. Ingin berlatih soal lagi? Langsung meluncur ke artikel Contoh Soal Energi Kinetik.
Energi Mekanik
Secara sederhana, energi mekanik adalah penjumlahan dari energi potensial dan energi mekanik yang dimiliki oleh suatu benda atau obyek. Jadi, nilai energi mekanik dapat kamu hitung dengan menjumlahkan antara Ep dan Ek.
Hal yang menarik dari energi mekanik adalah apabila energi potensial / Ep benda minimum, maka energi kinetik / Ek benda maksimum. Sementara, bila Ep benda maksimum maka Ek benda minimum. Seperti apa rumus energi mekanik? Berikut rumusnya.
Rumus
Penjelasannya sebagai berikut.
Ep = Energi potensial (satuan Joule)
Ek = Energi kinetik (satuan Joule)
Δh = jarak ketinggian pada saat awal dan akhir (h2 – h1)
Contoh Soal Energi Mekanik
Sebuah benda memiliki massa 0,3 kg, lalu benda tersebut didorong dari permukaan meja yang memiliki ketinggian 2 meter dari permukaan tanah. Bila kecepatan bola pada saat lepas dari bibir meja adalah 10 m/s maka berapakah besar energi mekanik bola pada saat berada di ketinggian 1 meter dari permukaan tanah?
Pembahasan Contoh Soal Energi 1
Untuk mengerjakan soal ini maka kamu bisa menggunakan rumus energi mekanik, yakni:
Em = mgΔh + 1/2 mv^2
Selanjutnya tuliskan apa yang terdapat pada soal seperti berikut ini.
m = 0,3 kg
h2 = 2 meter
h1 = 1 meter
v = 10 m/s
Selanjutnya, masukkan nilai ke dalam persamaan energi mekanik sehingga:
Em = 0,3 . 10 . (2-1) + ½ . 0,3 . 10^2
Em = 3 + 15 = 18 Joule
Jadi, energi mekanik benda tersebut pada saat berada di ketinggian 1 meter adalah sebesar 18 Joule.
Mudah bukan? Untuk soal lainnya, kamu bisa membaca Pengertian, Rumus dan Contoh Soal Energi Mekanik.
Energi Potensial Elastis (Pegas)
Energi ini dimiliki benda yang bersifat elastis, misalnya pegas. Diartikan pula sebagai energi yang dibutuhkan untuk menekan atau meregangkan pegas.
Salah satu contohnya adalah pada saat seorang pemanah menarik tali busur. Maka, hal ini menyebabkan tali busur tersebut meregang sehingga anak panah menyimpan energi potensial.
Kemudian, pada saat tali busur dilepaskan, maka hal ini memicu perubahan pada energi yang tersimpan sehingga Ep pegas berubah menjadi Ek.
Rumus
Ep = energi potensial pegas (satuan Joule)
k = konstanta benda elastis (satuan N/m)
Δx (x2 – x1) = perubahan panjang benda elastis (satuan m)
F = gaya pegas (satuan N)
Contoh Soal Energi Potensial Elastis
1. Sebuah pegas tergantung secara vertikal pada sebuah statif. Pada saat ujung bebas pegas menyimpan beban bermassa 300 gram, maka pegas tersebut bertambah panjang sebesar 4 cm. Jika percepatan gravitasi 10 m/s^2 maka berapakah energi potensial pegas itu?
2. Sebuah pegas memiliki panjang 5 cm. Pada saat Baki menarik pegas tersebut dengan gaya 200 N, maka panjang pegas menjadi 6 cm, maka berapakah energi potensial elastis pegas tersebut?
Pembahasan contoh soal energi 1
Sebelumnya, tuliskan dulu apa yang diketahui:
m = 300 gram, maka jika diubah ke dalam kg menjadi 0,3 kg
g = 10 m/s^2
Δx = 4 cm, maka dalam meter = 0,04 m
Untuk menyelesaikan soal ini maka dapat menggunakan rumus berikut.
Ep = ½ FΔx
Selanjutnya, masukkan nilainya:
Ep = ½ . 0,3 . 10 . 0,04
Ep = 0,06 Joule
Jadi, energi potensial pegas tersebut adalah 0,06 J atau sama dengan 6,0 x 10^-2 J.
Pembahasan contoh soal energi 2
Seperti cara sebelumnya, kamu dapat menggunakan rumus berikut untuk menyelesaikan soal ini.
Ep = ½ FΔx
Maka, kamu bisa langsung masukkan nilainya seperti berikut.
Ep = ½ . 200 . (0,06 – 0,05)
Maka,
Ep = 100 . 0,01
Ep = 1 J
Jadi energi potensial elastis pegas tersebut adalah 1 Joule. Cek contoh soal energi potensial pegas lainnya disini.
Energi Kinetik Gas Ideal
Energi kinetik gas ideal merupakan energi yang dipicu adanya gerakan partikel gas di dalam suatu ruangan tertutup. Sebagaimana yang kamu ketahui, gas selalu bergerak dengan kecepatan tertentu. Kecepatan inilah yang berpengaruh pada energi kinetik gas. Agar lebih jelas, perhatikan rumus energi kinetik gas ideal berikut.
Rumus
Penjelasannya sebagai berikut.
Ek = energi kinetik rata-rata partikel gas, karena termasuk besar vektor maka nilainya memiliki arah (satuan Joule)
k = konstanta Boltzman 1,38 . 10^-23 J/K
T = temperatur atau suhu (satuan K)
N = jumlah partikel
n = jumlah mol gas (satuan mol)
R = tetapan gas ideal 8,314 J/molK
Contoh Soal Energi Kinetik Gas Ideal
1. Berapakah energi kinetik translasi rata-rata molekul gas pada suhu 57° C?
2. Suatu gas bersuhu 27° C berada dalam suatu wadah tertutup. Agar energi kinetik menjadi 2x lipat energi kinetik pada saat awal maka gas harus dipanaskan hingga mencapai suhu berapa?
Pembahasan contoh soal energi 1
Untuk menjawab soal ini maka kamu bisa menggunakan rumus Ek = 3/2 kT. Sebagaimana yang terdapat di soal bahwa suhunya adalah 57° C maka jika diubah dalam bentuk K, suhunya menjadi 57 + 273 = 330 K. Adapun, k = 1,38 . 10^-23 J/K, maka selanjutnya kamu bisa masukkan nilai tersebut ke dalam persamaan Ek = 3/2 kT.
Ek = 3/2 kT
Ek = 3/2 . (1,38 . 10^-23) . 330
Hitung secara teliti maka hasilnya:
Ek = 495 . 1,38 . 10^-23
Ek = 683,1 . 10^-23 J
Jadi, energi kinetik translasi rata-ratanya adalah 683,1 x 10^-23 Joule atau sama dengan 6,831 x 10^-21 Joule.
Pembahasan contoh soal energi 2
Secara matematis kamu dapat menuliskan:
Ek akhir = 2 . Ek awal
Maka, kamu perlu menghitung dulu Ek pada saat awal melalui cara berikut.
Ek awal = 3/2 kT
Ek awal = 3/2 . (1,38 . 10^-23) . T
Sebagaimana yang tertera di soal, suhu awal adalah 27° C maka jika kamu ubah ke dalam K menjadi 27 + 273 = 300 K, sehingga:
Ek awal = 3/2 . (1,38 . 10^-23) . 300
Ek awal = 450 . 1,38 . 10^-23 = 621 . 10^-23 J
Jika Ek pada saat awal = 621 . 10^-23 J, maka Ek akhir adalah 2 . (621 . 10^-23) J = 1242 . 10^-23 Joule. Dengan demikian, suhu akhirnya adalah:
Ek akhir = 3/2 kT
1242 . 10^-23 = 3/2 . (1,38 . 10^-23) . T
(1242 . 10^-23) / (1,38 . 10^-23) = 3/2T
900 = 3/2T
900 : 3/2 = T
600 = T
Jadi, gas harus dipanaskan sampai mencapai suhu 600 K atau 327° C.
Cara cepat mengerjakan soal ini adalah sebagai berikut.
Ek akhir = 2x Ek pada saat awal
3/2 kT2 = 2 (3/2 kT1)
Selanjutnya, sederhanakan menjadi seperti berikut.
T2 = 2 (T1)
Karena suhu awal adalah 27 C atau 300 K, maka:
T2 = 2 (300)
T2 = 600 K atau 327° C
Selengkapnya mengenai energi kinetik gas ideal bisa dibaca disini.
Itulah pembahasan mengenai beberapa jenis energi dan contoh soalnya. Itu baru sebagian kecil lho, klik disini untuk membaca lanjutan dari artikel ini.
Ternyata, energi memiliki bentuk yang bervariatif ya. Setelah membaca artikel ini, apakah kamu jadi makin semangat untuk mempelajari Energi? Sering-sering mampir ke Hargabelanja.com ya karena ada banyak artikel edukatif lainnya yang sayang untuk kamu lewatkan. Ayo lanjut belajar!
