5.Konservasi energi mekanik

 

Pengertian Hukum Kekekalan Energi

Pada dasarnya, hukum konservasi energi mekanik ini adalah salah satu hukum Fisika yang menyatakan bahwa energi itu kekal alias abadi sehingga tidak dapat berubah sepanjang waktu, dan memiliki nilai yang sama baik sebelum terjadi sesuatu maupun sesudahnya. Nah, keberadaan energi tersebut dapat juga diubah bentuknya dengan besaran yang akan selalu sama. Dalam hukum kekekalan energi ini, energi yang dimaksud adalah energi kinetik, energi potensial, energi mekanik, dan lainnya.

Sedikit trivia nih, selain kekal alias abadi, keberadaan energi itu mempunyai beberapa sifat, yakni:

  • Transformasi energi, maksudnya energi tersebut dapat diubah menjadi bentuk yang lain.
  • Transfer energi, maksudnya energi panas dapat dipindah dari material satu ke material lainnya.
  • Energi dapat berpindah ke benda lain, terutama melalui suatu gaya yang menyebabkan pergeseran, itulah yang disebut dengan energi mekanik.
  • Energi itu kekal alias abadi, tetapi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan.

Rumus Hukum Kekekalan Energi

Sama halnya dengan hukum-hukum fisika lainnya, dalam Hukum Kekekalan Energi juga memiliki rumus tersendiri, yakni:

Em1 = Em2

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

Keterangan:

Em1 = energi mekanik awal

Em2 = energi mekanik akhir (J)

Ek1 = energi kinetik awal

Ek2 = energi kinetik akhir (J)

Ep1 = energi potensial awal

Ep2 = energi potensial akhir (J)

Contoh soal

Yuyun menjatuhkan sebuah kunci motor dari ketinggian 2 meter sehingga kunci bergerak jatuh bebas ke bawah rumah. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka kecepatan kunci setelah berpindah sejauh 0,5 meter dari posisi awalnya adalah

Penjelasan
h1 = 2 m, v1 = 0, g = 10 m/s2, h = 0,5 m, h2 = 2 – 0, 5 = 1,5 m
v2 = ?

Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik

Em1 = Em2
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
m.g.h1 + ½ m.v12 = m.g.h2 + ½m.v22
m. 10 (2) + 0 = m. 10 (1,5) + ½m.v22
20 m = 15 m + ½m.v22
20= 15 + ½ v22
20 – 15 = ½ v22
5 = ½ v22
10 = v22
v2 = √10 m/s


Jenis Hukum Kekekalan Energi

Sedari tadi, kita selalu membahas mengenai energi, memangnya apa sih energi itu? Menurut Harjono (2007), energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Sebuah benda akan dikatakan memiliki energi apabila benda tersebut memang menghasilkan gaya yang dapat melakukannya kerja. Sementara menurut Purwanti (2005), suatu benda dapat dikatakan memiliki sebuah energi apabila benda tersebut dapat menghasilkan sesuatu (melalui gaya) yang dapat melakukan kerja.

Dalam Satuan Internasional (SI), besaran energi itu dinyatakan dalam satuan Joule (J). Satu joule itu sama dengan 1 Newton Meter (1 J= 1 Nm). Nah, dalam Hukum Kekekalan Energi ini ada beberapa jenisnya, yakni:

1. Energi Kinetik

Sebuah benda yang bergerak itu cenderung memiliki kemampuan untuk melakukan sebuah usaha, jika demikian maka benda tersebut dapat dikatakan memiliki energi. Energi pada benda-benda yang bergerak itulah yang disebut dengan energi kinetik. Misal: sebuah batu yang dilempar mampu memecahkan kaca.

Untuk menghitung adanya energi kinetik yang terdapat di suatu benda, dapat diperoleh dengan menghubungkan persamaan GLB (Gerak Lurus Beraturan) dengan persamaan  GLBB (Gerak Lurus Berubah Beraturan) untuk kecepatan awal (v0) = 0 m/s.  Energi kinetik ini dapat dihitung menggunakan rumus berikut:

Keterangan:

m = Massa benda (kg)

v = Kecepatan benda (m/s)

Ek = Energi kinetik (Joule)

2. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena letak atau kedudukannya dari acuan tertentu. Maksudnya, energi potensial ini merupakan energi yang memang dihasilkan oleh gaya-gaya yang bergantung pada posisi sebuah benda terhadap lingkungannya. Salah satu energi potensial yang paling umum ditemui dalam kehidupan sehari-hari ini adalah energi potensial gravitasi.

Apa itu energi potensial gravitasi itu? Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena ketinggiannya terhadap suatu acuan bidang tertentu. Semakin tinggi kedudukan suatu benda dari bidang acuannya, maka akan semakin besar pula energi potensial gravitasi yang dimilikinya. Contoh: buah kelapa yang ada di pohon memiliki energi potensial gravitasi, yang mana jika jatuh dan mengenai genteng maka dapat menghasilkan usaha yang berupa pecahnya genteng tersebut.

Secara matematis, energi potensial ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ep= m•g•h 

Keterangah : Ep = Energi potensial (j)

                      m = massa benda (kg)

                      g = gravitasi ( m/s2)

                       h = ketinggian (m)

3. Energi Mekanik

Pada sifat energi yang telah dijelaskan sebelumnya, terdapat salah satu sifat yang menyatakan bahwa energi itu tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Namun, energi tersebut dapat berubah dari energi satu ke energi yang lainnya. Nah, energi yang dapat berpindah ke benda lain, terutama melalui suatu gaya yang menyebabkan pergeseran itulah yang disebut dengan energi mekanik. 

Selain itu, pada hukum konservasi energi mekanik juga akan berlaku apabila kita mengabaikan gesekan atau gaya-gaya non-konservatif lainnya, atau jika hanya gaya-gaya konservatif saja yang bekerja pada sebuah benda. Biasanya, energi mekanik akan dikaitkan dengan penjumlahan antara energi potensial dengan energi kinetik, sehingga menghasilkan persamaan rumus berupa:

Em = Ek+Ep

Keterangan :

Em : Energi mekanik (j)

Ek  : Energi kinetik (j)

Ep  : Energi potensial (j)

Perlu diketahui bahwa gaya konservatif ini adalah gaya yang dapat menghasilkan perubahan dua arah, yaitu antara energi kinetik dan energi potensial. Contoh dari gaya konservatif yakni gaya gravitasi dan gaya pegas. Nah, apabila hanya gaya-gaya konservatif saja yang bekerja pada sebuah benda, maka energi mekanik secara total tidak akan berkurang maupun bertambah (dalam hal ini berarti energi mekanik total akan konstan).

Jika energi kinetik bertambah, maka energi potensial harus berkurang dengan besaran yang sama supaya dapat mengimbanginya. Dengan demikian, total energi potensial ditambah energi kinetik, maka hasilnya akan tetap konstan. Itulah yang disebut dengan prinsip kekekalan energi mekanik untuk gaya-gaya konservatif.

Contoh Penerapan Hukum Kekekalan Energi

Keberadaan hukum kekekalan energi ini tidak semata-mata hanya rumus belaka saja, tetapi juga dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Bahkan tanpa Grameds sadari, teknologi-teknologi yang ada di sekitar kita ini juga merupakan penerapan dari hukum kekekalan energi lho… Nah berikut beberapa contohnya.

1. Alat Musik

Apakah Grameds tahu jika ketika kita tengah memainkan alat musik itu ternyata wujud dari hukum kekekalan energi? Yap, misalnya saat menggunakan alat musik gitar dengan cara dipetik, itu ternyata kita tengah menerapkan energi kinetik dari otot tangan, yang kemudian diubah oleh gitar tersebut menjadi energi bunyi.

Banyak alat musik yang menerapkan hukum kekekalan energi, terutama energi kinetik ini, yakni ada drum, piano, biola, hingga harpa.

2. Mesin Pemanas

Mesin pemanas itu ada beragam jenisnya, mulai dari teko pemanas air, solder, setrika, water-heater, pemanggang roti, hingga mesin penghangat ruangan, yang ternyata sama-sama menerapkan hukum kekekalan energi ini. Berbeda dengan alat musik yang menggunakan energi kinetik, pada mesin-mesin pemanas ini justru cenderung menggunakan energi potensial, khususnya energi potensial listrik.

Energi potensial listrik tersebut nantinya diubah oleh elemen pemanas dari mesin sehingga dapat menjadi energi pemanas.

3. Kendaraan Bermotor

Pada dasarnya, memang semua kendaraan bermotor yang ada di kehidupan kita ini, mulai dari mobil, motor, truk, dan lainnya itu menggunakan bahan bakar fosil. Nah dalam hal ini, energi yang digunakan adalah energi potensial kimia yang berasal dari bahan bakar fosil itu tadi, diubahlah oleh mesin kendaraan menjadi energi kinetik sehingga dapat menggerakkan kendaraan. Maka dari itu, tanpa adanya energi potensial kimia yang berasal dari bahan bakar fosil, kendaraan bermotor tidak akan dapat melaju.

4. Pembangkit Listrik Tenaga Air

Dari adanya gaya gravitasi di muka bumi ini, air akan selalu mengalir dari tempat tinggi menuju ke tempat yang lebih rendah. Posisi air yang lebih tinggi itulah yang menyebabkan energi potensial menjadi lebih besar. Melalui hal tersebut, maka pembangkit listrik memanfaatkan energi potensial air terutama untuk memutar turbin generator listrik. Nantinya, energi potensial air akan berubah menjadi energi kinetik yang mampu memutar turbin dan menghasilkan energi listrik.



Referensi : 


https://www.gramedia.com/literasi/hukum-kekekalan-energi/

Komentar

Postingan populer dari blog ini

8.konsep kalor dan gas ideal