Hukum Kekekalan Energi : Pengertian, Rumus, dan Contoh Penerapannya

Ilutrasi energi listrik yang menghasilkan cahaya. Foto: Pixabay

Banyak orang mungkin sudah sering mendengar mengenai hukum kekekalan energi, apalagi bagi yang masih sekolah atau kuliah di jurusan fisika. Biasanya, hukum kekekalan energi adalah salah satu materi yang wajib dipelajari.

Lantas, apa yang dimaksud dengan hukum kekekalan energi dan bagaimana aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari? Simak penjelasannya berikut ini.

Pengertian Hukum Kekekalan Energi

Ilustrasi mobil yang bergerak adalah satu contoh penerapan hukum kekekalan energi. Foto: Pexels

Hukum kekebalan energi ditemukan oleh James Prescott Joule. Mengutip buku Konversi Energi karya Soetyono Iskandar dan Djuanda (2017: 1), hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah ke dalam bentuk lain.

Itu artinya, energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, melainkan energi hanya dapat diubah ke dalam bentuk lain agar bisa dimanfaatkan.

Manusia hanya bisa membuat mesin yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Sebagai contoh, mesin mobil mengubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi gerak.

Jenis Hukum Kekekalan Energi

Ilustrasi penggunaan sepeda adalah satu contoh penerapan energi kinetik. Foto: Pexels

Dikutip dari Seri Sains: Energi oleh Taufik Hidayat (2020: 6), terdapat tiga bentuk energi berdasarkan hukum kekekalan energi, yaitu energi kinetik, energi potensial, dan energi mekanik. Berikut penjelasannya:

1. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah usaha yang dibutuhkan untuk menggerakkan sebuah benda dengan massa tertentu dari keadaan diam hingga mencapai kecepatan tertentu. Energi kinetik merupakan besaran skalar dengan satuan Joule.

Secara matematis, energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

2. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisi ketinggian benda tersebut. Energi potensial disebut juga energi diam, sebab dalam keadaan diam suatu benda baru bisa memiliki energi potensial.

Secara matematis, energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

3. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah energi yang berhubungan dengan gerak dan posisi dari sebuah benda. Energi mekanik merupakan hasil penjumlahan dari energi kinetik dan energi potensial.

Secara matematis, energi mekanik dapat dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

Rumus Hukum Kekekalan Energi

Ilustrasi mempelajari hukum kekekalan energi. Foto: Pexels

Adapun rumus hukum kekekalan energi adalah sebagai berikut:

Keterangan:

Persamaan di atas menunjukkan bahwa untuk mencari energi mekanik, maka dibutuhkan energi kinetik dan energi potensial.

Soal dan Pembahasan Mengenai Hukum Kekekalan Energi

Ilustrasi mengerjakan soal mengenai hukum kekekalan energi. Foto: Pexels

Setelah mengetahui rumus di atas, berikut adalah beberapa contoh soal dan pembahasan mengenai hukum kekekalan energi agar bisa dipahami lebih jelas.

Contoh Soal 1

Sebuah benda dijatuhkan dari ketinggian 5 m di atas tanah. Pada saat mengenai tanah, benda tersebut memperoleh energi kinetik sebesar 500 J. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², berapakah massa benda tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

h = 5 m

Ek = 500 J

g = 10 m/s²

Ditanya: m = ...?

Jawab:

Ek1 = 0 (karena kecepatan awal = 0)

Ep2 = 0 (karena ketinggian benda akhir = 0)

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

o + m.g.h = ½ m.v2² + 0

o + m x 10 x 5 = 500 + o

m x 10 x 5 = 500

50 m = 500

m = 500/50

m = 10 kg

Jadi, massa benda yang jatuh tersebut adalah 10 kg.

Contoh Soal 2

Sebuah benda memiliki massa 1 kg dilempar secara vertikal ke atas. Saat ketinggiannya mencapai 10 meter dari permukaan tanah, benda tersebut memiliki kecepatan 2 m/s.

Jika percepatan gravitasi 10 m/s², berapakah energi mekanik benda tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

m = 1 kg

h = 10 m

v = 2 m/s

g =10 m/s2

Ditanya: Em = ...?

Em = Ep + Ek

Em = m.g.h + ½ m.v²

Em = 1 x 10 x 10 + ½ x 1 x 2²

Em = 100 + 2

Em = 102 J

Jadi, energi mekanik benda tersebut adalah sebesar 102 J.

Contoh Soal 3

Sebuah mobil bermassa 20.000 kg bergerak ke arah timur dengan kecepatan 20 m/s. Berapakah energi kinetik mobil tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

m = 20.000 kg

v = 20 m/s

Ditanya: Ek = ...?

Jawab:

Ek = 1/2 m.v²

Ek = 1/2 (20.000 x 20²)

Ek = 1/2 (8.000.000)

Ek = 4.000.000 J = 4.000 kJ

Jadi, energi kinetik mobil tersebut adalah sebesar 4.000 kJ.

Baca Juga: 3 Peristiwa Perubahan Energi yang Terjadi Sehari-Hari

Contoh Penerapan Hukum Kekekalan Energi

Ilustrasi water heater adalah salah satu contoh penerapan hukum kekekalan energi. Foto: Pexels

Ada beberapa contoh penerapan hukum kekekalan energi dalam kehidupan sehari-hari, di antaranya:

Demikian pembahasan mengenai hukum kekekalan energi hingga contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Semoga informasi di atas bermanfaat.

(WS & SFR)