Rumus Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik

Ilustrasi rumus energi kinetik. Foto: creativeart/Freepik

Rumus energi kinetik digunakan untuk menghitung energi pada benda berdasarkan kecepatan atau gerakannya. Sementara itu, energi potensial dihitung berdasarkan kedudukan benda. Kemudian energi mekanik adalah penjumlahan dari keduanya.

Untuk lebih jelasnya, artikel ini akan membahas materi fisika tentang rumus energi kinetik, potensial, dan mekanik. Kabar Harian juga membagikan beberapa contoh soal untuk menambah pemahaman siswa. Simak selengkapnya di bawah ini!

Rumus Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik

Ilustrasi rumus energi kinetik. Foto: Pexels Tirachard/Kumtanom

Sebelum masuk ke pembahasan rumus energi kinetik, potensial, dan mekanik, perlu diketahui apa yang dimaksud energi terlebih dahulu.

Buku Energi dan Perubahannya terbitan PPPPTK IPA pada 2012, menjelaskan bahwa energi akan selalu dibutuhkan dalam segala aktivitas makhluk hidup, mulai dari menggerakkan mobil, memanaskan dan mendinginkan ruangan, dan menjalankan komputer.

Sumber energi terbesar di bumi ini adalah matahari yang digunakan untuk pertumbuhan tanaman dan proses siklus air. Kemudian, makanan yang dikonsumsi manusia juga akan menghasilkan energi, sehingga manusia dapat berjalan, bernyanyi, belajar, dan lainnya.

Bisa disimpulkan bahwa energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Dalam pelajaran fisika, energi dibagi menjadi beberapa sub bab, tetapi pembahasan ini akan menjelaskan tentang energi kinetik, potensial, dan mekanik.

1. Rumus Energi Kinetik

Mengutip Energi dan Perubahannya terbitan PPPPTK IPA pada 2012, energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda bergerak, misalnya pada orang berlari.

Besar kecilnya energi kinetik sebuah benda bergantung pada massa dan kelajuan benda tersebut. Secara matematis, rumus energi kinetik dapat ditulis sebagai berikut:

Ek = 1/2 mv^2

Di mana,

Dari rumus di atas, dapat diketahui bahwa energi kinetik sebuah benda berbanding lurus dengan massa bendanya. Sehingga, apabila massa benda semakin besar, energi kinetik benda tersebut juga semakin besar.

Selain itu, energi kinetik suatu benda juga berbanding lurus dengan kuadrat kecepatannya. Sehingga, semakin besar kecepatan sebuah benda bergerak, energi kinetik benda tersebut akan semakin besar.

2. Rumus Energi Potensial

Terdapat beberapa bentuk energi potensial, yaitu potensial gravitasi, potensial pegas, potensial listrik, dan lainnya. Namun, pada pembahasan kali ini, Kabar Harian menjelaskan tentang energi potensial gravitasi.

Masih mengutip buku yang sama, energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukan dan kondisinya. Sebelum masuk ke rumus energi potensial gravitasi, simaklah contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Saat seseorang melempar bola, gaya yang dilakukan tangan orang tersebut memunculkan energi kinetik. Namun, setelah bola meninggalkan tangan, hanya gravitasi bumi yang memberikan energi pada bola.

Apabila ketinggian bola dari tangan adalah h dan bola mengalami perpindahan ke atas, gaya gravitasi yang bekerja pada bola adalah Fg = m.g arahnya ke atas dengan rumus usaha yang dilakukan gravitasi adalah W = -mgh. Nilai usaha yang negatif karena arah perpindahan bola berlawanan dengan arah gravitasi.

Kemudian, saat bola kembali ke bawah, gaya dan perpindahannya menjadi searah, sehingga usahanya yang dilakukan gravitasi menjadi positif, yaitu W = mgh.

Dari contoh permasalahan di atas, kita menganggap sistem terdiri dari bola dan bumi, sehingga gaya tarik gravitasi antara bola dan bumi adalah interaksi gaya antara anggota sistem.

Saat benda bergerak menjauhi bumi, terdapat energi yang tersimpan dalam sistem, yaitu hasil interaksi gravitasi antara benda dan bumi. Energi yang tersimpan tersebut disebut energi potensial (Ep). Secara matematis, berikut adalah rumus energi potensial:

Ep = mgh

Di mana,

3. Rumus Energi Mekanik

Benda yang jatuh bebas dari ketinggian memiliki dua buah energi, yaitu energi kinetik dan potensial gravitasi. Penjumlahan dari kedua energi tersebut dinamakan energi mekanik, dapat dirumuskan sebagai berikut:

EM = Ek + Ep

Di mana,

Besarnya energi mekanik yang dimiliki benda pada setiap perubahan posisi adalah tetap, sesuai dengan hukum kekekalan energi mekanik. Artinya, benda pada posisi tertentu dengan energi potensial maksimal, maka energi kinetiknya minimal, begitu pula sebaliknya.

Baca Juga: Mengenal Macam-Macam Rumus Excel Dasar dan Fungsinya

Contoh Soal Rumus Energi Kinetik, Potensial, dan Mekanik

Ilustrasi rumus energi kinetik. Foto: pexels

Untuk menambah pemahaman siswa, Kabar Harian akan membagikan beberapa contoh soal yang berkaitan dengan energi kinetik, potensial dan mekanik, beserta cara penyelesaiannya.

Soal-soal yang dibagikan di bawah ini dapat diselesaikan dengan rumus-rumus yang sudah dijelaskan di atas. Dirangkum dari beberapa sumber, berikut ini soal-soalnya:

1. Soal 1

Sebuah benda yang memiliki massa 50 kg dilemparkan dengan kecepatan awal sama dengan nol, hitunglah energi kinetik benda tersebut saat kecepatan 8 m/s!

Diketahui:

Ditanya: Ek = ?

Dijawab:

EK = 1/2 (m) (v^2)

EK = 1/2 (50) (8^2)

EK = 1.600 J

Jadi, energi kinetik benda tersebut adalah 1.600 Joule.

2. Soal 2

Seekor burung dengan massa 150 gram sedang terbang dengan kelajuan 30 m/s. Berapa energi kinetik burung tersebut?

Diketahui:

Ditanya: Ek = ?

Dijawab:

EK = 1/2 (m) (v^2)

EK = 1/2 (0,15) (30^2)

EK = 675 J

Jadi, energi kinetik burung tersebut adalah 675 Joule.

3. Soal 3

Sebuah benda memiliki massa 1 kg sedang melintas pada lintasan lurus dengan kelajuan 3 m/s. Berapa energi kinetiknya?

Diketahui:

Ditanya: Ek = ?

Dijawab:

EK = 1/2 (m) (v^2)

EK = 1/2 (1) (3^2)

EK = 4,5 J

Jadi, energi kinetiknya adalah 4,5 Joule.

4. Soal 4

Sebuah benda memiliki massa 2 kg dijatuhkan dari ketinggian 20 meter. Hitunglah energi potensial batu tersebut! (Percepatan gravitasi 10 m/s^2)

Diketahui:

Ditanya: Ep = ?

Dijawab:

EP = m.g.h

EP = 2.10.20

EP = 400 J

Jadi, energi potensial benda tersebut adalah 400 Joule.

5. Soal 5

Sebuah benda yang memiliki massa 30 kg, energi kinetiknya 500 Joule. Berapa kecepatannya?

Diketahui:

Ditanya: v = ?

Dijawab

Ek = 1/2 mv^2

500 J = 1/2. 30. v^2

v^2= 500/0,5.30

v^2= 500/15

v^2 = 33,33

v = √33,33

v = 5,77 m/s

Jadi, kecepatan benda tersebut adalah 5,77 m/s.

6. Soal 6

Sebuah benda jatuh bebas dengan energi mekanik 170 Joule. Berapa besar energi kinetiknya apabila diketahui energi potensial benda tersebut sama dengan 90 Joule?

Diketahui:

Ditanya: Ek = ?

Dijawab:

EM = Ek + Ep

170 = Ek + 90

Ek = 170 - 90

Ek = 80 Joule

Jadi, besar energi kinetik benda tersebut adalah 80 Joule.

7. Soal 7

Sebuah benda dengan massa 0,8 kg didorong dari permukaan meja dengan ketinggian 2 meter dari tanah. Berapa besar energi mekanik saat ketinggian 1 meter jika kecepatan bola lepas dari sisi meja adalah 10 m/s? (Percepatan gravitasinya 9,8 m/s^2).

Diketahui:

Ditanya: EM = ?

Dijawab:

EM= Ek + Ep

EM = ( ½.m.(v^2)) + m.g.(h awal - h akhir)

EM = ( ½ x 0,8 x 100) + (0,8 x 9,8 x (2-1))

EM = 40 + 7,84

EM = 47,84 Joule

Jadi, energi mekanik benda tersebut di ketinggian 1 meter adalah 47,84 Joule.

8. Soal 8

Sebuah benda dengan massa 0,1 kg dilempar vertikal ke atas. Ketika mencapai ketinggian 10 m di atas permukaan tanah, kecepatannya 10 m/s. Berapa energi mekaniknya? (Percepatan gravitasi = 10 m/s^2).

Diketahui:

Ditanya: EM = ?

Dijawab:

EM = Ep + Ek

EM = m . g . h + 1/2 . m . v^2

EM = 0,1 . 10 . 10 + 1/2 . 0,1 . 10

EM = 10 + 5

EM = 15 J

Jadi, energi mekanik benda tersebut adalah 15 Joule.

(NSF)