Energi Potensial
Energi potensial merupakan energi yang dihubungkan dengan gaya-gaya yang
bergantung pada posisi atau wujud benda dan lingkungannya. Banyak
sekali contoh energi potensial dalam kehidupan kita. Karet ketapel yang
kita regangkan memiliki energi potensial. Karet ketapel dapat
melontarkan batu karena adanya energi potensial pada karet yang
diregangkan. Demikian juga busur yang ditarik oleh pemanah dapat
menggerakan anak panah, karena terdapat energi potensial pada busur yang
diregangkan. Contoh lain adaah pegas yang ditekan atau diregangkan.
Energi potensial pada tiga contoh ini disebut senergi potensial elastik.
Energi kimia pada makanan yang kita makan atau energi kimia pada bahan
bakar juga termasuk energi potensial. Ketika makanan di makan atau bahan
bakar mengalami pembakaran, baru energi kimia yang terdapat pada
makanan atau bahan bakar tersebut dapat dimanfaatkan. Energi magnet juga
termasuk energi potensial. Ketika kita memegang sesuatu yang terbuat
dari besi di dekat magnet, pada benda tersebut sebenarnya bekerja energi
potensial magnet. Ketika kita melepaskan benda yang kita pegang (paku,
misalnya), dalam waktu singkat paku tersebut bergerak menuju magnet dan
menempel pada magnet. Perlu dipahami bahwa paku memiliki energi
potensial magnet ketika berada jarak tertentu dari magnet; ketika
menempel pada magnet, energi potensial bernilai nol.
Energi Potensial Gravitasi
Contoh yang paling umum dari energi potensial adalah energi potensial
gravitasi. Buah mangga yang lezat dan ranum memiliki energi potensial
gravitasi ketika sedang menggelayut pada tangkainya. Demikian juga
ketika anda berada pada ketinggian tertentu dari permukaan tanah
(misalnya di atap rumah ;) atau di dalam pesawat). Energi potensial
gravitasi dimiliki benda karena posisi relatifnya terhadap bumi. Setiap
benda yang memiliki energi potensial gravitasi dapat melakukan kerja
apabila benda tersebut bergerak menuju permukaan bumi (misalnya buah
mangga jatuh dari pohon). Untuk memudahkan pemahamanmu, lakukan
percobaan sederhana berikut ini. Pancangkan sebuah paku di tanah.
Angkatlah sebuah batu yang ukurannya agak besar dan jatuhkan batu tegak
lurus pada paku tersebut. Amati bahwa paku tersebut terpancang semakin
dalam akibat usaha alias kerja yang dilakukan oleh batu yang anda
jatuhkan.
Sekarang mari kita tentukan besar energi potensial gravitasi sebuah
benda di dekat permukaan bumi. Misalnya kita mengangkat sebuah batu
bermassa m. gaya angkat yang kita berikan pada batu paling tidak sama
dengan gaya berat yang bekerja pada batu tersebut, yakni mg (massa kali
percepatan gravitasi). Untuk mengangkat batu dari permukaan tanah hingga
mencapai ketinggian h, maka kita harus melakukan usaha yang besarnya
sama dengan hasil kali gaya berat batu (W = mg) dengan ketinggian h.
Ingat ya, arah gaya angkat kita sejajar dengan arah perpindahan batu,
yakni ke atas… FA = gaya angkat
W = FA . s = (m)(-g) (s) = – mg(h2-h1) —– persamaan 1
Tanda negatif menunjukkan bahwa arah percepatan gravitasi menuju ke bawah…
Dengan demikian, energi potensial gravitasi sebuah benda merupakan hasil
kali gaya berat benda (mg) dan ketinggiannya (h). h = h2 – h1
EP = mgh —— persamaan 2
Berdasarkan persamaan EP di atas, tampak bahwa makin tinggi (h) benda di
atas permukaan tanah, makin besar EP yang dimiliki benda tersebut.
Ingat ya, EP gravitasi bergantung pada jarak vertikal alias ketinggian
benda di atas titik acuan tertentu. Biasanya kita tetapkan tanah sebagai
titik acuan jika benda mulai bergerak dari permukaan tanah atau gerakan
benda menuju permukaan tanah. Apabila kita memegang sebuah buku pada
ketinggian tertentu di atas meja, kita bisa memilih meja sebagai titik
acuan atau kita juga bisa menentukan permukaan lantai sebagai titik
acuan. Jika kita tetapkan permukaan meja sebagai titik acuan maka h
alias ketinggian buku kita ukur dari permukaan meja. Apabila kita
tetapkan tanah sebagai titik acuan maka ketinggian buku (h) kita ukur
dari permukaan lantai.
Jika kita gabungkan persamaan 1 dengan persamaan 2 :
Persamaan ini menyatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya yang
menggerakan benda dari h1 ke h2 (tanpa percepatan) sama dengan perubahan
energi potensial benda antara h1 dan h2. Setiap bentuk energi potensial
memiliki hubungan dengan suatu gaya tertentu dan dapat dinyatakan sama
dengan EP gravitasi. Secara umum, perubahan EP yang memiliki hubungan
dengan suatu gaya tertentu, sama dengan usaha yang dilakukan gaya jika
benda dipindahkan dari kedudukan pertama ke kedudukan kedua. Dalam makna
yang lebih sempit, bisa dinyatakan bahwa perubahan EP merupakan usaha
yang diperlukan oleh suatu gaya luar untuk memindahkan benda antara dua
titik, tanpa percepatan.
Contoh soal 1 :
Buah mangga yang ranum dan mengundang selera menggelayut pada tangkai
pohon mangga yang berjarak 10 meter dari permukaan tanah. Jika massa
buah mangga tersebut 0,2 kg, berapakah energi potensialnya ? anggap saja
percepatan gravitasi 10 m/s2.
Panduan jawaban :
EP = mgh
EP = (0,2 kg) (10 m/s2) (10 m)
EP = 20 Kg m2/s2 = 20 N.m = 20 Joule
Contoh soal 2 :
Seekor monyet bermassa 5 kg berayun dari satu dahan ke dahan lain yang
lebih tinggi 2 meter. Berapakah perubahan energi potensial monyet
tersebut ? g = 10 m/s2
Panduan jawaban :
Soal ini sangat gampang… kita tetapkan dahan pertama sebagai titik
acuan, di mana h = 0. Kita hanya perlu menghitung EP monyet ketika
berada pada dahan kedua…
EP = mgh = (5 kg) (10 m/s2) (2 m)
EP = 100 Joule
Dengan demikian, perubahan energi potensial monyet = 100 Joule.
Contoh soal 3 :
Seorang buruh pelabuhan yang tingginya 1,50 meter mengangkat sekarung
beras yang bermassa 50 kg dari permukaan tanah dan memberikan kepada
seorang temannya yang berdiri di atas kapal. Jika orang tersebut
tersebut berada 0,5 meter tepat di atas kepala buruh pelabuhan,
hitunglah energi potensial karung berisi beras relatif terhadap :
a) permukaan tanah
b) kepala buruh pelabuhan
Panduan jawaban :
a). EP karung berisi beras relatif terhadap permukaan tanah
Ketinggian total karung beras dari permukaan tanah = 1,5 m + 0,5 m = 2 meter
Dengan demikian,
EP = mgh = (50 kg) (10 m/s2) (2 m)
EP = 1000 Joule
b). EP karung berisi beras relatif terhadap kepala buruh pelabuhan
Kedudukan karung beras diukur dari kepala buruh pelabuhan adalah 0,5 meter.
EP = mgh = (50 kg) (10 m/s2) (0,5 m)
EP = 250 Joule
Energi Potensial Elastis
Sebagaimana dijelaskan pada bagian awal tulisan ini, selain energi
potensial gravitasi terdapat juga energi potensial elastis. EP elestis
berhubungan dengan benda-benda yang elastis, misalnya pegas. Mari kita
bayangkan sebuah pegas yang ditekan dengan tangan. Apabila kita
melepaskan tekanan pada pegas, maka pegas tersebut melakukan usaha pada
tangan kita. Efek yang dirasakan adalah tangan kita terasa seperti di
dorong. Apabila kita menempelkan sebuah benda pada ujung pegas, kemudian
pegas tersebut kita tekan, maka setelah dilepaskan benda yang berada di
ujung pegas pasti terlempar…. perhatikan gambar di bawah. Jika dirimu
mempunyai koleksi pegas, baik di rumah maupun di sekolah, silahkan
melakukan percobaan ini untuk membuktikannya….
Ketika berada dalam keadaan diam, setiap pegas memiliki panjang alami,
seperti ditunjukkan gambar a (lihat gambar di bawah). Jika pegas di
tekan sejauh x dari panjang alami, diperlukan gaya sebesar FT (gaya
tekan) yang nilainya berbanding lurus dengan x, yakni :
FT = kx
k adalah konstanta pegas (ukuran kelenturan/elastisitas pegas) dan
besarnya tetap. Ketika ditekan, pegas memberikan gaya reaksi, yang
besarnya sama dengan gaya tekan tetapi arahnya berlawanan. gaya reaksi
pegas tersebut dikenal sebagai gaya pemulih. Besarnya gaya pemulih
adalah :
FP = -kx
Tanda minus menunjukkan bahwa arah gaya pemulih berlawanan arah dengan
gaya tekan. Ini adalah persamaan hukum Hooke. Persamaan ini berlaku
apabila pegas tidak ditekan sampai melewati batas elastisitasnya (x
tidak sangat besar).
Untuk menghitung Energi Potensial pegas yang ditekan atau diregangkan,
terlebih dahulu kita hitung gaya usaha yang diperlukan untuk menekan
atau meregangkan pegas. Kita tidak bisa menggunakan persamaan W = F s = F
x, karena gaya tekan atau gaya regang yang kita berikan pada pegas
selalu berubah-ubah selama pegas ditekan. Ketika menekan pegas misalnya,
semakin besar x, gaya tekan kita juga semakin besar. Beda dengan gaya
angkat yang besarnya tetap ketika kita mengangkat batu. Lalu bagaimana
cara mengakalinya ?
Kita menggunakan gaya rata-rata. Gaya tekan atau gaya regang selalu
berubah, dari F = 0 ketika x = 0 sampai F = kx (ketika pegas tertekan
atau teregang sejauh x). Besar gaya rata-rata adalah :
x merupakan jarak total pegas yang teregang atau pegas yang tertekan (bandingkan dengan gambar di atas).
Usaha yang dilakukan adalah :
Nah, akhirnya kita menemukan persamaan Energi Potensial elastis (EP Pegas)….
Catatan :
Tidak ada rumus umum untuk Energi Potensial. Berbeda dengan energi
kinetik yang memiliki satu rumus umum, EK = ½ mv2, bentuk persamaan EP
bergantung gaya yang melakukan usaha… kalo bingung berlanjut, silahkan
pelajari kembali ya…. sampai teler :)
Sekarang, mari kita pelajari pokok bahasan Energi Kinetik….
Istirahat dulu, masa ga teller dari tadi pelototin terus ne tulisan :D pisss……
Energi Kinetik
Setiap benda yang bergerak memiliki energi. Ketapel yang ditarik lalu
dilepaskan sehingga batu yang berada di dalam ketapel meluncur dengan
kecepatan tertentu. Batu yang bergerak tersebut memiliki energi. Jika
diarahkan pada ayam tetangga maka kemungkinan besar ayam tersebut lemas
tak berdaya akibat dihajar batu. Pada contoh ini batu melakukan kerja
pada ayam ;) Kendaraan beroda yang bergerak dengan laju tertentu di
jalan raya juga memiliki energi kinetik. Ketika dua buah kendaraan yang
sedang bergerak saling bertabrakan, maka bisa dipastikan kendaraan akan
digiring ke bengkel untuk diperbaiki. Kerusakan akibat tabrakan terjadi
karena kedua mobil yang pada mulanya bergerak melakukan usaha / kerja
satu terhadap lainnya. Ketika tukang bangunan memukul paku menggunakan
martil, martil yang digerakan tukang bangunan melakukan kerja pada paku.
Setiap benda yang bergerak memberikan gaya pada benda lain dan
memindahkannya sejauh jarak tertentu. Benda yang bergerak memiliki
kemampuan untuk melakukan kerja, karenanya dapat dikatakan memiliki
energi. Energi pada benda yang bergerak disebut energi kinetik. Kata
kinetik berasal dari bahasa yunani, kinetikos, yang artinya “gerak”.
ketika benda bergerak, benda pasti memiliki kecepatan. Dengan demikian,
kita dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik merupakan energi yang
dimiliki benda karena gerakannya atau kecepatannya.
Sekarang mari kita turunkan persamaan Energi Kinetik.
Untuk menurunkan persamaan energi kinetik, bayangkanlah sebuah benda
bermassa m sedang bergerak pada lintasan lurus dengan laju awal vo.
Agar benda dipercepat beraturan sampai bergerak dengan laju v maka pada
benda tersebut harus diberikan gaya total yang konstan dan searah dengan
arah gerak benda sejauh s. Untuk itu dilakukan usaha alias kerja pada
benda tersebut sebesar W = F s. Besar gaya F = m a.
Karena benda memiliki laju awal vo, laju akhir vt dan bergerak sejauh s,
maka untuk menghitung nilai percepatan a, kita menggunakan persamaan
vt2 = vo2 + 2as.
Kita subtitusikan nilai percepatan a ke dalam persamaan gaya F = m a, untuk menentukan besar usaha :
Persamaan ini menjelaskan usaha total yang dikerjakan pada benda. Karena
W = EK maka kita dapat menyimpulkan bahwa besar energi kinetik
translasi pada benda tersebut adalah :
W = EK = ½ mv2 —– persamaan 2
Persamaan 1 di atas dapat kita tulis kembali menjadi :
Persamaan 3 menyatakan bahwa usaha total yang bekerja pada sebuah benda
sama dengan perubahan energi kinetiknya. Pernyataan ini merupakan
prinsip usaha-energi. Prinsip usaha-energi berlaku jika W adalah usaha
total yang dilakukan oleh setiap gaya yang bekerja pada benda. Jika
usaha positif (W) bekerja pada suatu benda, maka energi kinetiknya
bertambah sesuai dengan besar usaha positif tersebut (W). Jika usaha (W)
yang dilakukan pada benda bernilai negatif, maka energi kinetik benda
tersebut berkurang sebesar W. Dapat dikatakan bahwa gaya total yang
diberikan pada benda di mana arahnya berlawanan dengan arah gerak benda,
maka gaya total tersebut mengurangi laju dan energi kinetik benda. Jika
besar usaha total yang dilakukan pada benda adalah nol, maka besar
energi kinetik benda tetap (laju benda konstan).
Contoh soal 1 :
Sebuah bola sepak bermassa 150 gram ditendang oleh Ronaldo dan bola
tersebut bergerak lurus menuju gawang dengan laju 30 m/s. Hitunglah :
a) energi kinetik bola tersebut
b) berapa usaha yang dilakukan Ronaldo pada bola untuk mencapai laju ini, jika bola mulai bergerak dari keadaan diam ?
panduan jawaban :
a) Energi Kinetik bola
EK= ½ mv2 = ½ (0,15 kg) (30 m/s2)2 = 67,5 Joule
b) Usaha total
W = EK2 – EK1
EK2 = 67,5 Joule
EK1 = ½ mv2 = ½ m (0) = 0 — laju awal bola (vo) = 0
Dengan demikian, usaha total :
W = 67,5 Joule – 0 = 67,5 Joule
Contoh soal 2 :
Berapa usaha yang diperlukan untuk mempercepat gerak sepeda motor bermassa 200 kg dari 5 m/s sampai 20 m/s ?
Panduan jawaban :
Pertanyaan soal di atas adalah berapa usaha total yang diperlukan untuk mempercepat gerak motor.
W = EK2 – EK1
Sekarang kita hitung terlebih dahulu EK1 dan EK2
EK1 = ½ mv12 = ½ (200 kg) (5 m/s)2 = 2500 J
EK2 = ½ mv22 = ½ (200 kg) (20 m/s)2 = 40.000 J
Energi total :
W = 40.000 J – 2.500 J
W = 37.500 J
tapi mengunjungi pengadilan merupakan suatu kegiatan yang sangat berguna dengan mengunjungi pengadilan kita bisa mendapatkan berbagai macam informasi yang sangat berguna 
