Energi mekanik sering sekali kita jumpai di kehidupan sehari-hari. Misalnya seperti kincir angin, mesin uap, mesin listrik, hingga pembangkit listrik tenaga air. Lalu sebenarnya apa yang dimaksud dengan energi mekanik? Berikut penjelasan lebih lanjut mengenai pengertian, rumus, dan contoh soal energi mekanik.
Daftar ISI
Pengertian Energi Mekanik
Energi mekanik adalah salah satu dari beberapa jenis energi yang dapat membantu kehidupan manusia. Dalam ilmu fisika, energi mekanik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena gerak dan kedudukan posisinya. Energi mekanik juga dapat diartikan sebagai gabungan antara energi kinetik dan energi potensial pada suatu benda.
Singkatnya, suatu benda akan berpindah bergerak berdasarkan posisi dan gerakannya dengan menggunakan energi mekanik. Sifat energi mekanik nilainya selalu tetap meskipun energi potensial dan energi kinetiknya berubah-ubah. Namun jika energi potensial minum, maka energi kinetiknya maksimum. Begitupun sebaliknya.
Unsur Energi Mekanik
Ketika mempelajari tentang energi mekanik, kalian juga harus mengenal dua energi lainnya yang menjadi unsur dari energi mekanik. Energi tersebut dinamakan energi potensial dan energi kinetik.
Apa itu energi potensial dan energi kinetik? Kedua energi tersebut saling berhubungan dan menyebabkan terjadinya energi mekanik. Simak pengertiannya berikut ini:
1. Energi Potensial
Energi potensial disebut sebagai energi milik suatu benda berdasarkan posisinya terhadap suatu acuan tertentu. Energi ini memiliki dua buah cabang yaitu energi potensial elastis dan energi potensial gravitasi.
Energi potensial elastis disebabkan karena kecenderungan benda untuk tetap berada pada posisi semula. Benda yang mempunyai energi potensial cenderung akan melakukan usaha. Misalnya, menarik anak panak dari tali busur. Pada keadaan ini, tali busur memiliki energi potensial yang jika dilepaskan maka anak panah akan terlempar.
Sedangkan energi potensial gravitasi berarti energi yang dimiliki oleh benda karena ketinggiannya terhadap suatu bidang datar. Contohnya dari energi potensial gravitasi adalah ketika seseorang melempar bola yang mana bola tersebut akan kembali lagi ke tanah karena terkena gaya gravitasi. Adapun rumus dari energi potensial yaitu
Ep= m x g x h
Keterangan:
- Ep: Energi potensial
- m: Massa Benda (kg)
- g: Percepatan gravitasi
- h: Ketinggian benda (m)
2. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi dari suatu benda karena gerakannya. Dengan kata lain, energi ini yaitu energi yang terdapat pada benda bergerak.
Adapun energi kinetik akan muncul saat suatu benda bergerak. Namun sebaliknya energi kinetik akan ikut berhenti jika suatu benda berhenti atau diam. Jadi, tanpa adanya gerak maka tidak akan ada energi kinetik yang terjadi.
Semakin besar kecepatan benda bergerak, maka semakin besar juga energi kinetik yang dimilikinya. Begitupun juga dengan makin besar massa suatu benda, maka semakin besar pula energi kinetik yang terjadi.
Berdasarkan pernyataan tersebut, dapat disimpulkan bahwa energi kinetik akan bergantung pada besaran kecepatan dan massa. Kemudian muncullah rumus pada energi kinetik yang berbanding lurus dengan massa dan kuadrat kecepatan benda.
Ek= ½ m. v2
Keterangan:
- Ek: Energi kinetik benda (J)
- m: Massa benda (kg)
- v: Kecepatan benda (m/s)
Rumus Energi Mekanik
Setelah kalian memahami pengertian dan unsur-unsur dari energi mekanik, selanjutnya adalah mempelajari rumusnya. Rumus energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi potensial yang jumlahnya konstan atau tetap.
Berikut adalah rumus energi mekanik:
Em= Ek + Ep
Keterangan:
- Em: Energi Mekanik (J)
- Ek: Energi Kinetik (J)
- Ep: Energi Potensial (J)
Sedangkan untuk mencari persamaan rumusnya adalah
Em= Ep + Ek
Em= (m x g x h ) + (½ x m x v2)
Keterangan:
- m: Massa (kg)
- g: Percepatan gravitasi (9.8 m/s2)
- h: Ketinggian (meter)
- v: Kecepatan (m/s)
Contoh Soal Energi Mekanik
Untuk memudahkan pemahamanmu mengenai energi mekanik, berikut kami berikan beberapa contoh soal:
Contoh Soal 1
Suatu bola dengan massa 0.5 kg didorong dari permuakaan meja yang memiliki tinggi 3 meter dari tanah. Jika kecepatan bola pada saat lepas dari bibir meja 20m/s, maka berapa energi mekanik bola pada saat ketinggian 2 meter dari tanah?
Pembahasan
Diketahui:
m : 0.5 kg
h : 3 m
v : 20 m/s
Ditanya: Energi Mekanik saat h = 2m?
Jawaban:
Em= Ek + Ep
Em= ½ m.v2 + m. g . (h2-h1)
Em: ½ . 0.5 . 400 + 0.5 . 10 (3-2)
Em= 100 + 5
Em= 105 Joule
Jadi, Energi Mekanik bola pada saat ketinggian 2 meter adalah 132 J.
Contoh Soal 2
Seorang anak yang bermassa 60 kg menumpang pada kendaraan bak terbuka. Kendaraan tersebut melaju dengan kecepatan 108 km/jam. Berapakah energi kinetik yang dimiliki anak itu?
Pembahasan
Diketahui:
m : 60 kg
v : 108 km/jam atau 108.000/3600 m/s
Ditanya: Ek
Jawaban:
Ek= ½ . m . v2
Ek= ½ . 60 . (108.000/3600)2
Ek= 27.000 Joule
Ek= 27 kJ
Jadi, Energi Kinetik yang dimiliki oleh anak tersebut sebesar 27.000 J
Contoh Soal 3
Besar energi mekanik pada apel yang jatuh bebas dari pohon adalah 168 J. Hitung berapa besar Ek saat Ep = 68 J.
Pembahasan
Diketahui:
Em= 168 J
Ep= 68 J
Ditanya: Ek?
Jawaban:
Em= Ep + Ek
168= 68 + Ek
Ek= 168-68
Ek= 100 Joule
Jadi, besar energi kinetik saat energi potensialnya 68 J, adalah 100 J.
Contoh Soal 4
Sebuah buku bermassa 2 kg jatuh dari gedung. Kecepatan buku tersebut yaitu 20 m/s ketika jatuh ke tanah. Hitung tinggi gedung tempat buku terjatuh jika nilai g adalah 15 m/s2?
Pembahasan
Diketahui:
m : 2 kg
v : 20 m/s
g : 10 m/s2
Ditanyakan: Ketinggian gedung (h)?
Jawaban:
Em1=Em2
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
m1 x g1 x h1 + ½ m1 x v1 = m2 x g2 x h2 + ½ m2 x v2
2 x 10 x h + 0 = 0 + ½ x 2 x 400
20 x h = 400
h = 400/20
h = 20 meter
Keterangan:
Ep= Maksimum
Ek1= 0 (karena buku belum bergerak)
Ep2= 0 (buku tidak memiliki ketinggian karena sudah berada di tanah)
Ek2= maksimum
Jadi, tinggi gedung tempat buku terjatuh yaitu 20 meter.
Contoh Soal 5
Shinta berdiri diatas meja setinggi 0.5 m. Dia meletakkan sebuah buku seberat 0.25 kg di atas kepalanya. Jika tinggi Shinta 160 cm, berapakah energi potensial gravitasi yang dimiliki buku terhadap meja?
Pembahasan
Diketahui:
h: 160 cm (1,6m)
m: 0.25 kg
g: 10 m/s2
Ditanya: Energi potensial buku terhadap meja?
Jawaban:
Ep= m x g x h
Ep= 0.25 x 10 x 1,6
Ep= 4 Joule
Jadi, energi potensial yang dimiliki buku terhadap meja yaitu 4 Joule.
Contoh Soal 6
Bola dengan massa 150 gram dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan 50 m/s. Tentukan nilai EP, EK, EM saat berada:
a. Pada ketinggian 10 m
b. di puncak lintasan (titik tertinggi)
Pembahasan
Diketahui:
m: 150 gram = 0.15 kg
v: 50 m/s
Ditanya:
a. EP, EK, EM saat ketinggian (h) = 10m
b. EP, EK, EM saat h max
Jawaban:
a. Saat h = 10 m
Ep = m x g x h
Ep = 0.15 x 10 x 10
Ep = 15 Joule
Ek = ½ m x v2
Ek = ½ 0.15 x 50^2
Ek= 187.5 Joule
Em = Ep + Ek
Em = 15 + 187.5
Em = 202.5 Joule
Jadi, Ep, Ek, dan Em bola pada ketinggian 10 m secara berurutan adalah 15, 187.5, 202.5 Joule.
b. Saat h max
hmax = v0^2 / 2 x g
hmax =50^2 / 2 x 10
hmax = 2500/20
hmax = 125 m
Pada hmax, v = 0 m/s
Ep = m x g (hmax + h)
Ep = 0.15 x 10 (125 + 10)
Ep = 202.5 Joule
Ek = ½ m x v2
Ek = ½ x 0.15 x 0^2
Ek = 0 Joule
Em = Ep + Ek
Em = 202.5 + 0
Em = 202.5 Joule
Jadi, Ep, Ek, dan Em bola saat ketinggian maksimum secara berurutan adalah 202.5, 0, dan 202.5 Joule.
Sejauh Mana Memahami Energi Mekanik?
Sekian pembahasan kali ini mengenai pengertian mekanik, unsur, rumus, dan contoh soal yang bisa kalian pelajari. Semoga artikel ini membantu ya. Sampai jumpa di pembahasan selanjutnya!
