Rumus Energi Potensial serta Contoh Soal & Pembahasannya

Dalam dunia fisika, energi potensial merupakan salah satu konsep yang esensial dan relevan. Lantas, bagaimana caranya menghitung energi potensial? Simak rumus energi potensial yang akan dijelaskan di artikel ini.

Pengertian Energi Potensial 

Sebelum kamu menghitung rumus energi potensial, alangkah baiknya untuk mempelajari dasar-dasar dan pengertian energi potensial.

Apa itu energi potensial? Energi potensial merupakan energi yang dimiliki oleh sebuah benda berdasarkan posisi atau keadaannya. Untuk istilah sederhana, energi potensial adalah energi yang tersimpan dan bisa diubah menjadi energi lain ketika diberikan rangsangan atau perubahan keadaan.

Jenis Energi Potensial Utama

Pada umumnya, energi potensial dibedakan menjadi tiga tipe, yakni energi potensial gravitasi, energi potensial pegas, dan energi potensial listrik.

1. Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial gravitasi merupakan energi yang berkaitan dengan interaksi gravitasi antara massa dan benda. Energi potensial ini berbanding lurus dengan ketinggian dan massa benda. Jadi, saat posisi benda semakin tinggi dari permukaan, maka semakin besar pula energi potensial yang tersimpan.

Adapun rumus umum untuk menghitung energi potensial gravitasi adalah sebagai berikut.

Keterangan:

Ep = energi potensial gravitasi (J);

m = massa benda (kg);

g = percepatan gravitasi (m/s²);

h = ketinggian benda di atas permukaan (m).

2. Energi Potensial Pegas

Sementara itu, energi potensial pegas adalah energi yang berkaitan dengan deformasi elastis dari pegas atau benda yang mengikuti hukum Hooke. 

Hukum Hooke ini terjadi apabila sebuah benda pegas mengalami deformasi atau proses berubahnya bentuk dari struktur atom pada sebuah logam yang dikenai beban dan akan kembali ke bentuk awal. 

Deformasi ini mengakibatkan gaya tarik atau tekan yang diberikan padanya. Deformasi dapat berupa perubahan panjang, bentuk, atau volume pada pegas dari posisi keseimbangannya.

Hukum Hooke berlaku selama deformasi pegas tidak melebihi batas elastisitasnya, di mana pegas akan kembali ke bentuk asalnya setelah gaya yang bekerja dihilangkan. Jika deformasi melampaui batas elastisitas, maka pegas dapat mengalami deformasi permanen atau patah.

Adapun rumus energi potensial pegas adalah sebagai berikut. 

Keterangan:

Ep = energi potensial pegas (J);

k = tetapan pegas (N/m);

∆x = pertambahan panjang pegas (m);

F = gaya pegas (N).

Berdasarkan rumus energi potensial di atas, dapat disimpulkan bahwa energi potensial pegas berbanding lurus dengan bertambahnya panjang pegas. Dalam artian lain, semakin panjang tarikannya, maka semakin besar pula energi potensial elastisnya.

Untuk mempermudah gambaranmu terkait energi potensial pegas, bayangkan tanganmu terkena jepretan karet. Semakin panjang karet yang kamu tarik, pasti tangan yang terkena jepretan tersebut akan sangat sakit, bukan daripada tarikan karet yang tidak terlalu panjang? Hal itu terjadi karena karet itu menyimpan energi potensial pegas.

3. Energi Potensial Listrik

Jenis energi potensial yang ketiga adalah energi potensial listrik. Ternyata listrik juga bisa menyimpan energi potensial. 

Pada umumnya, besaran energi potensial listrik tiap satuan muatan biasa dapat disebut dengan potensial listrik. 

Kamu mungkin mengenal istilah potensial listrik sebagai tegangan listrik atau beda potensial. Pengertian beda potensial sendiri merupakan akumulasi energi untuk mengalirkan muatan listrik pada kutub penghantar. 

Adapun rumus energi potensial listrik adalah sebagai berikut. 

Keterangan:

Ep = energi potensial listrik (J);

k = tetapan Coulomb (9 × 109 Nm²/C²);

q₁ = muatan pertama (C);

q₂ = muatan kedua (C);

Contoh Penerapan Energi Potensial dalam Kehidupan Sehari-Hari

Setelah kamu mengenal berbagai jenis dan rumus energi potensial di poin pembahasan sebelumnya, pasti sudah terbayang-bayang berbagai contoh penerapan energi potensial yang bisa kamu temukan di lingkungan sekitarmu.

Kira-kira apa saja penerapan energi potensial dalam kehidupan sehari-hari? Simak contohnya berikut ini.

• Seorang atlet paralayang meluncur ke bawah dengan menggunakan parasutnya pada cabang olahraga terjun payung.
• Seorang atlet pemanah yang mengarahkan busurnya tepat pada target.
• Saat memakai sepatu roda atau skateboard, semakin tinggi titik mulai seluncurnya, maka akan semakin cepat pula pergerakannya karena adanya pengaruh energi potensial gravitasi.
• Pegas pada pulpen yang bisa merapat dan merenggang.

Relevansi Energi Potensial dalam Fisika

Dalam fisika, energi potensial sendiri memiliki relevansi yang sangat besar dalam penerapan serta pemahaman di berbagai konsep fisika. Beberapa contoh relevansinya, seperti:

• Gerakan benda jatuh: Peran energi potensial gravitasi sangat penting pada gerakan benda jauh. Salah satunya ketika ada benda yang diangkat pada ketinggian tertentu, maka energi potensial gravitasinya akan meningkat.
• Getaran dan pegas: Energi potensial pegas berkaitan dengan getaran dan osilasi atau variasi periodik terhadap waktu dari suatu hasil pengukuran pada sistem pegas.
• Interaksi planet dalam astronomi: Energi potensial gravitasi dapat digunakan untuk memahami gerak planet dan benda langit yang lain dalam astronomi. Konsep ini menjadi panduan dasar dalam memahami planet ketika sedang mengelilingi orbit matahari dan interaksi galaksi.

Pentingnya Pemahaman Konsep Energi Potensial dalam Berbagai Bidang

Mempunyai pemahaman terhadap konsep dari rumus energi potensial memiliki peranan yang sangat penting, khususnya dalam dunia ilmiah dan teknologi, bahkan dalam pemahaman kita tentang interaksi alam. Konsep ini memberikan wawasan tentang bagaimana energi dapat tersimpan dalam sistem fisik dan dilepaskan ketika diperlukan.

Dalam ilmu fisika, pemahaman terhadap energi potensial memungkinkan kita untuk menganalisis dan memprediksi perilaku pegas, benda-benda yang mengalami deformasi, dan bahkan pergerakan planet di tata surya.

Sedangkan dalam teknologi, konsep ini mendukung perancangan dan pengembangan perangkat, seperti pegas, baterai, dan elemen penyimpan energi lainnya.

Selain itu, dalam konteks keberlanjutan, pemahaman tentang energi potensial dapat memandu langkah-langkah efisiensi energi, mengurangi pemborosan, dan mengoptimalkan pemanfaatan sumber daya.

Dengan memahami bagaimana energi dapat disimpan dan dilepaskan dalam berbagai situasi, kita dapat mengambil keputusan yang lebih baik, merancang teknologi yang lebih canggih, dan memajukan pemahaman kita tentang prinsip dasar alam semesta.

Contoh Soal dan Pembahasan

Setelah mengetahui rumus energi potensial, akhirnya sampai ke latihan soal terkait materi energi potensial. Kerjakan soal berikut ini dan simak jawaban serta pembahasannya.

Contoh Soal 1

Haris gemar mendaki gunung. Pada suatu hari, Haris mendaki puncak gunung dengan ketinggian mencapai 3.000 meter di atas permukaan laut. Jika massa Haris 70 kg, hitung energi potensial Haris ketika berada di atas puncak gunung!

Pembahasan:

h = 3.000 m

m = 70 kg

g = 10 m/s²

Jika ingin menentukan energi potensial gravitasi Haris, maka gunakan persamaan berikut ini:

Ep = m . g . h 

Ep = 70 . 10 . 3.000

Ep = 2,10 x 10⁶ J

Jadi, energi potensial gravitasi Haris adalah 2,10 x 10⁶ Joule.

Contoh Soal 2

Terdapat sebuah pegas dengan panjang 4 cm dan ditarik dengan gaya sebesar 160 N sehingga panjang pegas menjadi 5 cm. Hitunglah energi potensial pegas tersebut!

Pembahasan:

Diketahui 

x1 = 4 cm = 0,04 cm

x2 = 5 cm = 0,05 cm

F = 160 N

Jadi, energi potensial pegasnya adalah 0,8 Joule.

Itu dia beberapa contoh soal, pembahasan, serta jawaban terkait materi energi potensial. Kerjakan latihan soal yang lain dengan jenis soal yang berbeda untuk mengasah kemampuanmu terhadap rumus energi potensial.

Sudah Paham dengan Energi Potensial beserta Rumusnya?

Itu dia penjelasan lengkap mengenai rumus energi potensial beserta dasar dan pengertiannya. 

Memahami konsep energi potensial memiliki keterkaitan yang signifikan dalam kehidupan sehari-hari. Konsep ini membantu kita untuk mengenali dan mengaplikasikan prinsip-prinsip fisika dalam situasi sehari-hari yang melibatkan penyimpanan dan pelepasan energi. 

Misalnya, dalam bidang teknologi, pemahaman tentang energi potensial sangat penting dalam perancangan perangkat yang menggunakan pegas atau elemen penyimpan energi serupa, seperti peranti kunci atau bahkan alat-alat medis.