8 min read
Menurut hukum kekekalan energi mekanik, energi tidak dapat diciptakan atau dimusanhkanmelainkan hanya mengalami perubahan bentuk.
| Em1 = Em2 Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2 m.g.h1 + ½m.v12 = m.g.h2 + ½m.v22 |
Keterangan :
Em1 = energi mekanik pada kondisi pertama (J)
Em2 = energi mekanik pada kondisi kedua (J)
h1 = ketinggin pertama atau mula-mula (m)
h2 = ketinggian kedua setelah berpindah (m)
v1 = kecepatan pertama atau kecepatan mula-mula (m/s)
v2 = kecepatan kedua setelah berpindah (m/s).
Hukum kekekalan energi mekanik dirumuskan dengan
EmA = EmB
Hal ini memiliki arti bahwa jumlah energi mekanik benda yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi yaitu tetap. Energi mekanik didefinisikan sebagai penjumlahan antara energi kinetik dan energi potensial.
Bunyi Hukum kekekalan energi ialah energi tidak bisa diciptakan & dimusnahkan, namun hanya bisa berubah dari satu bentuk menjadi bentuk energi lainnya.
Bunyi hukum kekekalan energi mekanik juga menyatakan bila besar energi mekanik dari benda yang bergerak ialah selalu tetap. Sehingga secara matematis bisa dirumuskan sebagai berikut ini.
Em1 = Em2
Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2
Keterangan:
Em1 = energi mekanik awal
Em2 = energi mekanik akhir (J).
Ek1 = energi kinetic awal
Ek2 = energi kinetik akhir (J).
Ep1 = energy potensial awal
Ep2 = energi potensial akhir (J).
Ketika benda jatuh, makin berkurang ketinggiannya makin kecil energi potensialnya, sedangkan energi kinetiknya makin besar. Saat benda mencapai titik terendah, energi potensialnya terkecil dan energi kinetiknya terbesar. Mengapa demikian?
Perhatikan gambar diatas, Sebuah bola berada pada ketinggian h, maka energi potensial di titik A adalah EpA = m · g · h, sedangkan energi kinetiknya EkA = 1/2mv2
Karena v = 0, maka EkA = 0. Jumlah antara energi potensial di titik A dan energi kinetik di titik A = energi mekanik.
EmA = EpA + EkA
EmA = mgh + 0
EmA = mgh
Jika Anda belum memahami konsep Undang-Undang Konservasi Energi Mekanis, Anda harus segera pergi ke tempat kejadian dan meninjau diskusi yang telah diposting oleh guru di blog ini.
Baca juga ? Gerak Parabola Fisika (Gerak Peluru) – Rumus, Contoh Soal dan Penjelasan
Contoh sederhana dari hukum mekanis konservasi energi adalah, ketika sebuah objek melakukan gerakan jatuh, … gerakan jatuh bebas (GJB).
Sebagai contoh, mari kita lihat batu yang jatuh dari ketinggian tertentu. Dalam analisis gerakan jatuh bebas, hambatan udara diabaikan, sehingga batu hanya mengerahkan gaya gravitasi (gravitasi adalah gaya gravitasi pada benda-benda yang arahnya selalu berjalan tegak lurus terhadap permukaan bumi).
Mengapa nol? batu masih berdiri, jadi kecepatannya adalah 0. ek = ½ mv2, karena v = 0 maka ek juga nol atau tidak ada energi kinetik. Total energi mekanik = energi potensial.
EM = EP + EK
EM = EP + 0
EM = EP
Ketika kita mengeluarkan batu itu, batu itu jatuh karena gravitasi yang bekerja pada batu itu. Saat Anda turun, batu XP berkurang saat posisi batu mendekati tanah (lebih kecil). Saat batu itu bergerak turun, energi kinetik dari batu itu meningkat. Selama gerakan, batu memiliki kecepatan.
Karena percepatan gravitasi adalah konstan (g = 9,8 m / s2), kecepatan batuan meningkat secara teratur. Lebih cepat dan lebih cepat. Akibatnya, energi kinetik batuan juga meningkat.
Energi potensial batu itu bahkan lebih rendah, karena ketinggian batu itu lebih rendah.
Ketika batu jatuh, batu EP berkurang dan batu EK meningkat. Jumlah total energi mekanik (energi kinetik + energi potensial = energi mekanik) memiliki nilai tetap, juga dikenal sebagai wadah abadi yang tidak berubah. Yang terjadi hanyalah konversi energi potensial menjadi energi kinetik.
Ketika batu mencapai setengah dari total jarak tempuh, ada EP = EK besar. Dalam posisi ini, setengah dari mekanika energi = EP dan setengah mekanika energi = EK.
Ketika batu mencium tanah, batu, pasir dan debu pada kecepatan tertentu, batu EP menghilang tanpa jejak, karena h = 0, sedangkan EK maksimum. Dalam posisi ini, energi mekanik total = energi kinetik.
Sederhananya, Anda dapat dengan mudah menjelaskannya dengan memahami konsep gerakan jatuh bebas, energi kinetik, energi potensial, dan hukum kekekalan energi mekanik.
Hukum kekekalan energi mekanik juga berlaku ketika benda melakukan gerakan parabola.
Ketika suatu benda ingin bergerak (suatu benda masih berdiri), energi mekanik yang dimiliki suatu benda adalah nol.
Jika kecepatan awal diatur sehingga objek melakukan gerakan parabola, EK memiliki nilai maksimum (kecepatan objek besar), sedangkan EP adalah nilai minimum (jarak vertikal kecil).
Ketika kemiringan meningkat, kecepatan benda menurun, sehingga EC menjadi lebih kecil, tetapi EP menjadi lebih besar, karena posisi benda lebih besar dari permukaan tanah. Ketika titik tertinggi tercapai, EP maksimum (h maksimum), sedangkan EK memiliki nilai minimum (hanya ada satu komponen kecepatan dalam arah vertikal).
Saat kembali ke tanah, EP berkurang dengan meningkatnya EK dan EK maksimum, ketika objek menyentuh tanah. Kuantitas energi mekanik, asalkan benda bergerak memiliki nilai tetap, asalkan gerakan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial (ketika benda bergerak ke atas) dan, sebaliknya, ketika benda bergerak di sana, energi potensial diubah menjadi energi kinetik.
Ada dua jenis gerakan yaitu Simple Harmonic Motion, yaitu osilasi sederhana dan getaran pegas. Jika Anda tidak mengerti apa itu Simple Harmonic Motion, bacalah materi Simple Harmonic Motion yang diterbitkan di blog ini. Silakan pergi ke tempat kejadian …
Sekarang mari kita lihat hukum penghematan energi mekanik pada ayunan sederhana.
Untuk memindahkan objek yang diikat ke ujung tali, seret objek ke kanan hingga Anda mencapai titik A. Jika objek belum dilepaskan (objek masih diam), energi potensial objek maksimum , sedangkan EK = 0 (EK = 0 karena objek stasioner). Dalam posisi ini EM = EP.
Harap dingat bahwa untuk objek gravitasi w = mg. Karena objek diikatkan pada tali, gravitasi w = mg cos memindahkan objek ke posisi kesetimbangan saat objek dilepaskan (titik B). Ketika objek bergerak dari titik A, EP berkurang dengan penurunan h. Sebaliknya, objek EK meningkat karena objek telah dipindahkan. Ketika objek mencapai posisi B, kecepatan objek maksimum, sehingga pada titik B energi kinetik menjadi nilai maksimum, sedangkan EP menjadi nilai minimum. Karena objek bergerak terus menerus pada titik C titik B, kecepatan maksimum objek. Semakin dekat titik C, semakin rendah kecepatan objek meningkat dengan peningkatan h.
Kecepatan berkurang karena gravitasi dari objek w = mg cos teta, yang menyebabkan objek ditarik pada titik B pada posisi kesetimbangannya. Jika tepat pada titik C, objek berhenti sejenak, sehingga v = 0 karena v = 0, jadi EK = 0 pada posisi ini adalah maksimum, karena h memiliki nilai maksimum. EM pada titik C = EP.
Sebagai akibat dari gravitasi, tarika adalah w = mg cos teta, sehingga objek kembali ke titik B. Semakin dekat ke titik B, semakin besar kecepatan objek, semakin besar EK dan maksimum ketika objek sejajar secara akurat. B terletak. Ada perubahan antara EK dan EP. Total energi mekanik tetap (EM = EP + EK).
A. 6 m/s
B. 8 m/s
C. 10 m/s
D. 10√3 m/s
E. 10√2 m/s
Pembahasan :
Dik : m = 2 kg, Vo = 0, h1 = 20 m, g = 10 m/s2, h2 = 5 m
Dit : Vt = … ?
Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik:
⇒ Em1 = Em2
⇒ Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
⇒ m.g.h1 + ½ m.vo2 = m.g.h2 + ½ m.vt2
⇒ 2 (10) (20) + 0 = 2 (10) (5) + ½ 2. vt2
⇒ 400 = 100 + vt2
⇒ 300 = vt2
⇒ vt = 10√3 m/s
Dengan menggunakan konsep GLBB
⇒ vt2 = 2 g.h
⇒ vt2 = 2 g.(h1 – h2)
⇒ vt2 = 2 (10) (20 – 5)
⇒ vt2 = 300
⇒ vt = 10√3 m/s
Jawaban : D
A. 15 meter
B. 10 meter
C. 8 meter
D. 5 meter
E. 4 meter
Pembahasan :
Dik : m = 1 kg, Vo = 20 m/s, g = 10 m/s2, Ep = 3/4 Ek max
Dit : h = … ?
Karena benda bergerak vertikal ke atas, maka energi kinetik maksimum benda adalah pada saat awal sebab pada awal gerak kecepatan benda adalah kecepatan terbesar.
⇒ Ek max = Ek awal
⇒ Ek max = ½m.vo2
⇒ Ek max = ½ 1.(20)2
⇒ Ek max = 200 J
Ketinggian benda :
⇒ Ep = 3/4 Ek max
⇒ m.g.h = 3/4 (200)
⇒ 1 (10) h= 150
⇒ 10 h = 150
⇒ h = 15 m
Jawaban : A.
Sebuah jeruk yang memiliki massa 1,2 kg telah jatuh dari pohonnya dengan ketinggian pohon 5 m berada di atas tanah. (g = 10 m/s2) tentukanlah!
Jawab:
Diketahui:
h = 5 m
m = 1,2 kg
g = 10 m/s2
Ditanyakan :
Jawab:
a. Ep = m x g x h
= 1,2 × 5 × 10 = 60 joule.
Ek = 0
b. Ep1 = m x g x h1
= 1,2 × 4,8 × 10
= 57,6 joule
Ep1+Ek1 = Ep+Ek
57,6 + Ek1= 60 + 0
Ek1 = 60 – 57,6
= 2,4 joule
½ x = Ek1
1/2 x 1,2 x = 2,4
= 4
v1 = 2 m/s
c. Ep3 + Ek3 = Ep + Ek
0 + ½ = 60 + 0
1/2 x 1,2 x = 60
= 100
v3 = 10 m/s
Besarnya kecepatan jeruk ketika menyentuh tanah ialah 10 m/s.
A. 5.160 W
B. 4.080 W
C. 3.360 W
D. 2,240 W
E. 2.040 W
Pembahasan :
Dik : m = 40 kg, Vo = 20 m/s, Vt = 40 m/s, t = 5 s, η = 85%
Dit : P = … ?
Usaha yang dilakukan mesin :
⇒ W = ΔEk
⇒ W = ½ m (Vt2 – Vo2)
⇒ W = ½.40 (402 – 202)
⇒ W = 20 (1600 – 400)
⇒ W = 20 (1200)
⇒ W = 24.000 J
Daya yang dihasilkan oleh mesin:
⇒ P = η W/t
⇒ P = 85% . 24.000/5
⇒ P = 85% . 4.800
⇒ P = 4.080 W
Jawaban : B.
A. 4 m/s
B. 5 m/s
C. 6 m/s
D. 8 m/s
E. 10 m/s
Pembahasan :
Dik : h1 = 3,2 m, Vo = 0, h2 = 0
Dit : Vt = …. ?
Berdasakan hukum kekekalan energi mekanik:
⇒ Em1 = Em2
⇒ Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
⇒ m.g.h1 + ½ m.vo2 = m.g.h2 + ½ m.vt2
⇒ m.g.h1 + 0 = 0 + ½ m.vt2
⇒ g.h1 = ½ vt2
⇒ 2 g.h1 = vt2
⇒ 2 (10) (3,2) = vt2
⇒ 64 = vt2
⇒ vt = 8 m/s
Jawaban : D.
A. 350 N
B. 300 N
C. 260 N
D. 240 N
E. 200 N
Pembahasan :
Dik : s = 2 m, t = 10 s, P = 40 W
Dit : F = … ?
Usaha yang dilakukan:
⇒ P = W/t
⇒ W = P . t
⇒ W = 40 . 10
⇒ W = 400 J
Gaya yang diberikan:
⇒ W = F . s
⇒ 400 = F . 2
⇒ F = 400/2
⇒ F = 200 N
Jawaban : E.
A. 30 kW
B. 28 kW
C. 25 kW
D. 20 kW
E. 15 kW
Pembahasan :
Dik : Vo = 10 m/s, Vt = 20 m/s, t = 10 s, m = 1 ton = 1000 kg
Dit : P = … ?
Usaha yang dilakukan :
⇒ W = ΔEk
⇒ W = ½ m (Vt2 – Vo2)
⇒ W = ½ 1000 (202 – 102)
⇒ W = 500 (400 – 100)
⇒ W = 500 (300)
⇒ W = 150.000 J
Daya yang digunakan :
⇒ P = W/t
⇒ P = 150.000/10
⇒ P = 15.000 W
⇒ P = 15 kW
Jawaban : E.
A. Energi kinetik sistem selalu berkurang
B. Energi potensial sistem selalu bertambah
C. Jumlah energi potensial dan energi kinetik sistem berubah
D. Jumlah energi potensial dan energi kinetik sistem tetap
E. Jumlah energi potensial dan energi kinetik sistem selalu bertambah
Pembahasan :
Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh suatu benda. Berdasarkan hukuk kekekalan energi mekanik, energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan melainkan hanya mengalami perubahan bentuk.
Dengan kata lain, menurut hukum kekekalan energi mekanik, energi mekanik pada kondisi pertama akan sama dengan energi mekanik pada kondisi kedua. Itu artinya, jika dalam suatu sistem berlaku hukum kekekalan energi mekanik, maka energi mekanik sistem akan konstan di sebarang posisi.
Itu artinya, jika hukum kekekalan energi mekanik berlaku pada suatu sistem, maka jumlah energi potensial dan energi kinetik sistem tersebut akan kekal atau tetap. Pada suatu kondisi, saat energi potensialnya berkurang, maka energi kinetiknya akan bertambah sehingga jumlahnya tetap sama.
Begitu pula sebaliknya, saat energi kinetiknya bertambah, maka energi potensialnya berkurang dan energi mekaniknya akan sama dengan energi mekanik mula-mula. Jadi, energi kinetik tidak selalu berkurang melainkan bisa juga bertambah. Begitupula halnya energi potensialnya.
Jawaban : D.
Sumber bacaan: Siyavula, Boston University, Toppr
Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”
