Tahukah teman-teman bahwa hampir semua yang dipelajari dalam Fisika itu berhubungan dengan Energi lho. Pada kesempatan ini, mari kita berkenalan lebih jauh dengan konsep energi. Yuk, kita pelajari apa itu energi berikut ragam jenisnya. Setelah membaca, jangan lupa untuk mengerjakan contoh soal energi yang ada di akhir artikel ini ya. Cus kita mulai!
Pengertian Energi: Apa itu Energi?
Apa itu energi? Secara ringkas, energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Energi juga bisa diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan suatu perubahan. Untuk menggambarkan, coba pikirkan beberapa contoh energi.
Tak perlu bingung, bayangkan saja ketika kamu sedang berjalan, bersepeda atau berlari. Ketiga aktivitas ini merupakan bentuk energi.
Tak hanya waktu bergerak, pada saat kamu diam pun sebenarnya kamu memiliki energi lho. Jika kamu berdiri (diam) di bibir rooftop sebuah gedung misalnya, maka sebenarnya kamu sedang menyimpan energi potensial. Agar lebih jelas, baca pembahasan berikut ya.
Jenis Energi
Sebelumnya disinggung soal energi potensial, apa sih energi potensial itu? Nanti dulu bicara soal definisinya, yang jelas energi potensial merupakan salah satu jenis energi.
Selain energi potensial, masih ada banyak lagi jenis energi yang lain, yakni energi kalor, energi listrik, energi kimia, energi gerak, energi cahaya dan sebagainya. Tetapi, semua itu tidak akan dibahas disini karena fokus pembahasan ini adalah Energi Potensial, Energi Kinetik dan Energi Mekanik.
Energi Potensial
Energi potensial merupakan energi yang memiliki potensi untuk berubah menjadi bentuk energi lain. Besar kecilnya energi ini dipengaruhi oleh sekurangnya 3 faktor, yakni massa, percepatan gravitasi dan posisi (ketinggian). Perhatikan hubungannya dalam rumus energi potensial berikut ini.
Rumus
Dengan keterangan berikut.
Ep = Energi potensial (satuan Joule)
m = massa (satuan kg)
g = percepatan gravitasi (9,8 m/s^2 atau 10 m/s^2)
h = ketinggian (satuan m)
Seperti yang tertera dalam persamaan / rumus, bahwa energi potensial dipengaruhi oleh massa, percepatan gravitasi dan ketinggian. Semakin tinggi kedudukan sebuah benda (jauh dari tanah) maka semakin besar energi potensialnya.
Jadi, manakah energi potensial yang lebih besar? Benda yang berada di ketinggian 20 meter di atas tanah atau benda yang berada di ketinggian 2 meter (asumsikan massanya sama)? Ya, energi potensial yang dimiliki benda pada ketinggian 20 meter lebih besar dibandingkan energi potensial benda yang berada di ketinggian 2 meter.
Pada saat posisi berubah, energi potensial benda juga berubah. Misal, pada mulanya benda A berada di ketinggian 2 meter, lalu 30 menit kemudian benda A berada di ketinggian 5 meter. Maka, energi potensial benda pada saat berada di posisi X (h = 3 meter) dengan pada saat di posisi Y (h = 5 meter) tidaklah sama.
Adapun, energi potensial terbagi ke dalam beberapa macam, antara lain energi potensial magnet, energi potensial gravitasi, energi potensial listrik, energi potensial elastis dan sebagainya.
Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu obyek akibat pergerakannya. Lumrahnya, energi kinetik dijumpai pada obyek yang bergerak, misalnya mobil, hewan yang sedang berlari dan sebagainya. Adapun, persamaan atau rumus energi kinetik adalah sebagai berikut.
Rumus
Dengan keterangan berikut.
Ek = Energi kinetik (satuan Joule)
m = massa (satuan kg)
v = kecepatan (satuan m/s)
Dari rumus ini, kamu dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik dipengaruhi oleh 2 hal, yakni massa dan kecepatan benda. Jadi, semakin besar massa dan kecepatannya, maka energi kinetiknya pun semakin besar.
Selain itu, energi kinetik tidak memiliki arah alias bukan termasuk besaran vektor sehingga arah pergerakan benda tidak berpengaruh apa-apa terhadap energi kinetik.
Sebuah bola yang dilempar ke kanan dengan kecepatan konstan 3 m/s akan memiliki energi kinetik yang sama besar dengan sebuah bola yang dilempar ke bawah dengan kecepatan 3 m/s.
Meskipun kecepatan bisa bernilai negatif, tetapi energi kinetik selalu memiliki nilai positif. Kenapa? Perhatikan rumus energi kinetik, nilai kecepatan dikuadratkan sehingga kecepatan dengan nilai minus pun pada akhirnya menjadi positif. Contohnya, sebuah obyek bergerak dengan kecepatan -6 m/s dan memiliki massa 5 kg, maka energi kinetiknya adalah:
Ek = 1/2 . 5 . (-6)^2 = 2,5 . 36 = 90 Joule. Betul, kan?
Energi Mekanik
Konsep energi mekanik masih berkaitan erat dengan dua jenis energi yang dibahas di atas. Mengapa demikian? Energi mekanik merupakan gabungan antara energi potensial dan energi kinetik. Jadi, besar energi mekanik dihitung dari penjumlahan energi potensial (Ep) dan energi kinetik (Ek). Agar lebih jelas, kamu dapat melihat rumus energi mekanik berikut ini.
Rumus
Dengan keterangan berikut.
Em = Energi mekanik
Ep = Energi potensial
Ek = Energi kinetik
Dari rumus tersebut kamu dapat menyimpulkan bahwa energi mekanik memuat seluruh elemen penting energi potensial (massa, percepatan gravitasi, ketinggian) dan energi kinetik (massa, kecepatan). Dalam konsep ini juga berlaku, Em1 = Em2. (Em = energi mekanik)
Jika dijabarkan menjadi:
Sebagai penjelasan, h1 adalah ketinggian benda pada mulanya, sementara h2 adalah ketinggian benda pada saat akhir. Lalu, v1 adalah kecepatan benda pada mulanya dan v2 adalah kecepatan benda pada saat akhir.
Kamu dapat menggunakan konsep ini untuk menyelesaikan tipe soal seperti berikut.
Sebuah benda memiliki massa 1 kg jatuh dari atap. Pada saat jatuh ke tanah, kecepatan buku adalah 20 m/s, maka berapakah tinggi gedung tempat buku tersebut terjatuh? (g = 10 m/s^2)
Penyelesaian:
Gunakan konsep Em1 = Em2
m1 . g. h1 + 1/2 . m1 . (v1)^2 = m1 . g. h2 + 1/2 . m1 . (v2)^2
Perhatikan bahwa pada saat buku di atas, Ep = maksimum sementara Ek = 0 karena buku tidak memiliki kecepatan. Lalu pada saat jatuh, Ep = 0 karena buku tidak memiliki ketinggian dan Ek = maksimum. Jadi, penyelesaiannya:
1 . 10 . h1 + 0 = 0 + 1/2 . 1 . 20^2
10h1 = 200
h1 = 200/10 = 20 meter.
Selanjutnya, coba kerjakan beberapa contoh soal energi berikut menggunakan rumus yang telah kamu pelajari di artikel ini.
Ragam Contoh Soal Energi dan Pembahasannya
Contoh Soal Energi Kinetik
Sebuah sepeda berukuran sedang dengan massa 40 kg bergerak. Jika kecepatan sepeda 10 m/s, maka berapakah besar energi kinetiknya?
Pembahasan
Untuk mengerjakan soal di atas, kamu dapat menggunakan persamaan atau rumus energi kinetik berikut: Ek = ½mv^2.
Seperti yang tertera di soal, bahwasanya m = 40 kg dan v = 10 m/s, sehingga:
Ek = ½mv^2
Ek = ½ . 40 . 10^2 = 2.000 J
Jadi, energi kinetik sepeda tersebut adalah 2.000 Joule.
Contoh Soal Energi Potensial
Buah durian memiliki massa setengah kilogram tergantung pada tangkainya yang berada di ketinggian 2 meter dari permukaan tanah. Jika percepatan gravitasi adalah 10 m/s^2 maka berapakah besar energi potensial yang dimiliki buah durian tersebut?
Pembahasan
Ini merupakan contoh soal energi potensial. Oleh karena itu, kamu perlu menggunakan rumus energi potensial untuk menyelesaikan soal ini. Masih ingat bagaimana rumusnya?
Ep = mgh
Selanjutnya, kamu dapat memasukkan nilainya seperti berikut.
Ep = 0,5 kg . 10 . 2
Ep = 10 J
Jadi, energi potensial yang dimiliki buah durian tersebut adalah sebesar 10 Joule.
Contoh Soal Energi Kinetik
Sebuah sepeda yang memiliki massa 40 kg bergerak dengan kecepatan v. Jika energi kinetik sepeda adalah 720 J, maka berapakah kecepatan sepeda tersebut?
Pembahasan
Seperti yang telah dijelaskan dalam soal bahwa m = 40 kg dan Ek = 720 J, maka kamu dapat menghitung kecepatan tersebut menggunakan cara berikut.
Ek = ½mv^2
720 = ½ . 40 . v^2
720 = 20v^2
v^2 = 720 / 20
v^2 = 36
v = akar36 = 6 m/s
Jadi, kecepatan sepeda tersebut adalah 6 m/s.
Contoh Soal Energi Potensial
Sebuah benda terletak di ketinggian 5 meter dari atas permukaan tanah. Bila energi potensial benda adalah 2.500 J, sementara percepatan gravitasi bumi 10 m/s^2, maka berapakah massa benda tersebut?
Pembahasan
Untuk memecahkan soal di atas, kamu dapat menggunakan rumus energi potensial. Kemudian, masukkan nilainya dan hitung secara teliti, maka kamu dapat mengetahui berapa massa benda tersebut.
Ep = mgh
2.500 = m . 10 . 5
2.500 = 50m
m = 2.500 / 50
m = 50 kg
Jadi, massa benda tersebut adalah 50 kg.
Contoh Soal Energi Mekanik
Terdapat seekor burung elang yang sedang terbang di ketinggian 10 meter di atas tanah dan memiliki kecepatan konstan sebesar 10 m/s. Jika massa elang adalah 2 kg, maka berapakah energi potensial, kinetik dan mekanik elang tersebut?
Pembahasan
Seperti yang tertera di soal, bahwa burung tersebut memiliki massa 2 kg, terbang pada ketinggian 10 meter dan memiliki kecepatan konstan 10 m/s^2. Maka kamu dapat menuliskannya sebagai berikut.
m = 2kg
h = 10 m
v = 10 m/s^2
Energi potensial elang
Untuk mengetahui energi potensial elang, kamu bisa gunakan rumus berikut.
Ep = mgh
Ingat meski tidak ditulis di soal, tetapi nilai percepatan gravitasi adalah 9,8 m/s^2 atau 10 m/s^2. Untuk memudahkan perhitungan, maka kamu dapat menggunakan g = 10 m/s^2. Lalu, masukkan semua nilai sehingga:
Ep = 2 . 10 . 10
Ep = 200 Joule
Energi kinetik elang
Setelah memperoleh nilai energi potensial, selanjutnya kamu perlu menghitung energi kinetik elang. Masih ingat rumus energi kinetik?
Ek = ½mv^2
Sekarang, masukkan nilainya sehingga:
Ek = ½ . 2 . 10^2
Ek = 100 Joule
Energi mekanik elang
Kamu sudah mengetahui energi potensial dan energi kinetik elang. Untuk menghitung energi mekanik, maka kamu hanya perlu menjumlahkan kedua energi tersebut saja.
Em = Ep + Ek
Em = 200 + 100 = 300 Joule
Jadi, besar energi potensial, kinetik dan mekanik yang dimiliki burung elang tersebut secara berturut-turut adalah 200 J, 100 J dan 300 J.
Soal Tantangan
Sebuah benda memiliki massa 1 kg bergerak melambung secara vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika percepatan gravitasi adalah 10 m/s^2, maka berapakah ketinggian benda tersebut pada saat energi potensialnya sama dengan ¾ energi kinetik maksimumnya?
Pembahasan
Perhatikan, benda tersebut bergerak ke atas maka energi kinetik maksimum benda adalah pada saat awal gerak kecepatan benda tersebut dilemparkan.
Ek maks = Ek awal
Ek maks = ½mv^2
Masukkan nilainya sehingga:
Ek maks = ½ . 1 . 20^2
Ek maks = 200 J
Sementara, dalam soal ditanyakan berapa ketinggian benda pada saat energi potensialnya sama dengan ¾ energi kinetik maksimum. Dengan demikian, berarti:
Ep = ¾ Ek maks
Ep = ¾ . 200 = 150 J
Maka, ketinggian benda adalah:
Ep = mgh
150 = 1 . 10 . h
150 = 10h
h = 150 / 10
h = 15 meter
Jadi, ketinggian benda pada saat energi potensialnya sama dengan ¾ energi kinetik maksimunya adalah 15 meter.
Itulah pembahasan mengenai energi, mulai dari pengertian, jenis hingga contoh soal energi. Meski banyak wawasan didapat hari ini, namun sebaiknya kamu jangan berpuas hati dulu. Soalnya, kita baru mengupas permukaannya saja nih. Ada banyak materi lainnya mengenai Energi yang belum ter-cover pada artikel ini, contohnya seperti hubungan Energi dan Usaha. Oleh karena itu, teruslah belajar dan memperkaya referensi bacaan ya.
Agar semakin jago, kamu dapat berlatih contoh soal energi potensial, contoh soal energi kinetik dan contoh soal energi mekanik disini.
