Hukum Kekekalan Energi Mekanik: Pengertian, Rumus, Jenis, dan Contoh Soalnya

Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Foto: Pexels/Katerina Holmes

Energi merupakan konsep fundamental dalam fisika yang mendasari berbagai fenomena di alam dan kehidupan. Dalam mekanika hukum kekekalan energi mekanik, terdapat dua bentuk energi utama, yaitu energi kinetik dan energi potensial.

Mengutip dari Jurnal ALMIKANIKA, Deden Kurniawan, (2020:107), energi mekanik adalah hasil penjumlahan energi potensial dan energi kinetik. Energi ini diasosiasikan dengan gerak dan posisi dari sebuah objek.

Pengertian Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Foto: Pexels/Katerina Holmes

Berikut adalah pengertian dari hukum kekekalan energi mekanik.

Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa dalam suatu sistem tertutup yang hanya dipengaruhi oleh gaya konservatif (misalnya gaya gravitasi atau gaya pegas), jumlah total energi mekanik suatu benda tetap konstan.

Energi mekanik merupakan penjumlahan antara energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep) suatu benda.

Rumus Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Foto: Pexels/Cottonbro Studio

Berikut adalah rumus dari hukum kekekalan energi mekanik.

Secara matematis, hukum ini dirumuskan sebagai berikut: Em = Ek + Ep

Jika tidak ada gaya luar yang bekerja, maka: Em1 = Em2

Atau dapat dituliskan sebagai berikut: Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

Artinya, jika suatu benda bergerak dalam suatu sistem tanpa kehilangan energi akibat gesekan atau hambatan udara, energi mekaniknya akan selalu tetap, hanya terjadi perubahan bentuk dari energi potensial ke energi kinetik, atau sebaliknya.

Jenis Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Foto: Pexels/Cottonbro Studio

Berikut adalah jenis dari hukum kekekalan energi mekanik.

1. Energi Kinetik

2. Energi Potensial

Hubungan Antara Energi Kinetik dan Energi Potensial

Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Foto: Pexels/Tima Miroshnichenko

Energi kinetik dan energi potensial sering kali saling berhubungan dan dapat berubah bentuk satu sama lain sesuai dengan hukum kekekalan energi mekanik. Em = Ek + Ep

Dalam sistem tertutup tanpa gesekan atau gaya luar: Ek awal + Ep awal = Ek akhir + Ep akhir

Berikut adalah contoh hubungan energi kinetik dan energi potensial.

Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Foto: Pexels/Monstera Production

Berikut adalah pengertian dari hukum kekekalan energi mekanik.

Soal 1: Gerak Jatuh Bebas

Sebuah bola dengan massa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 10 meter. Berapakah kecepatan bola saat mencapai tanah? (Gunakan m/s²).

Penyelesaian: Diketahui: m = 2 kg h1 = 10 m h2 = 0 m v1 = 0 m/s g = 10 m/s²

Karena tidak ada gaya luar selain gravitasi, berlaku hukum kekekalan energi mekanik: Em1 = Em2 Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2 0 + mgh1 = 1/2 x mv2^2 + 0 (2)(10)(10) = 1/2 x (2) v2^2 200 = v2^2 v2 = akar dari 200 = 14,14 m/s

Jawaban: Kecepatan bola saat mencapai tanah adalah 14,14 m/s.

Soal 2: Gerak Vertikal ke Atas

Sebuah bola dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Berapakah ketinggian maksimum yang dicapai bola? (Gunakan m/s²).

Penyelesaian: Diketahui: v1 = 20 m/s v2 = 0 m/s (di titik tertinggi, kecepatan nol) g = 10 m/s²

Karena hanya gaya gravitasi yang bekerja, berlaku hukum kekekalan energi mekanik: Em1 = Em2 Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2 1/2 x mv1^2 + 0 = 0 + mgh2 1/2 (20)^2 = (10) h2 200 = 10 h2 h2 = 20 m

Jawaban: Ketinggian maksimum yang dicapai adalah 20 meter.

Soal 3: Roller Coaster

Sebuah roller coaster dengan massa 500 kg bergerak dari ketinggian 50 meter tanpa gesekan. Berapakah kecepatan roller coaster saat berada di ketinggian 20 meter? (Gunakan m/s²).

Penyelesaian: Diketahui: m = 500 kg h1 = 50 m h2 = 20 m v1 = 0 m/s (dilepaskan dari keadaan diam) g = 10 m/s²

Gunakan hukum kekekalan energi mekanik: Em1 = Em2 Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2 0 + mgh1 = 1/2 x mv2^2 + mgh2 500(10)(50) = 1/2 (500) v2^2 + (500)(10)(20) 250000 = 250 v2^2 + 100000 150000 = 250 v2^2 v2^2 = 600 v2 = akar dari 600 = 24,49 m/s

Jawaban: Kecepatan roller coaster saat berada di ketinggian 20 meter adalah 24,49 m/s.

Dengan memahami konsep energi kinetik, energi potensial, dan hukum kekekalan energi mekanik, kita dapat lebih memahami bagaimana berbagai benda bergerak dan bekerja di sekitar kita.

Pemahaman ini tidak hanya berguna dalam studi fisika, tetapi juga dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari pergerakan kendaraan, permainan, hingga teknologi modern. (Dista)

Baca Juga: Contoh Soal Tekanan Zat Cair, Jawaban, dan Pembahasannya