Energi Mekanik

 

Setiap benda yang bergerak di permukaan bumi pada umumnya adalah gabungan dari energi kinetik dan energi potensial. Gabungan kedua energi tersebut menghasilkan total energi yang disebut sebagai energi mekanik.

Mobil yang sedang bergerak di jalan raya memiliki energi mekanik. Jika mobil berjalan di jalan yang datar maka energi potensialnya nol. Namun jika mobil berjalan di jalan menanjak atau lintasan pada ketinggian tertentu maka mobil tersebut memiliki energi potensial.

Energi mekanik (E_m) = Energi Potensial (E_p) + Energi Kinetik (E_k).

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu materi karena lokasi atau tempatnya. Sedangkan Energi kinetik adalah bentuk energi ketika suatu materi berpindah atau bergerak. Secara matematis energi mekanik dapat dituliskan pada persamaan berikut:

E_m = E_p + E_k

Dengan,

E_m = Energi mekanik (Joule)

E_p  = Energi Potensial (Joule)

Ep = m x g x h  

E_k  = Enegi kinetik (Joule)

E_k = ½ mv²

 

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Kelapa jatuh dari pohon

Gambar di atas, menggambarkan buah kelapa yang bermassa 1 kg lepas dari dahannya dan melakukan jatuh bebas dari ketinggian 20 meter di tanah. Jika gerak buah kelapa kita analisa di dapat data seperti pada tabel di bawah ini.

Dari data di atas, selama buah kelapa jatuh bebas di dapat:

a. Energi potensialnya mengecil

b. Energi kinetiknya membesar

c. Energi mekaniknya tetap

Dalam medan gravitasi konstan, energi mekanik yang dimiliki oleh suatu benda bernilai konstan.

E_m1 =  E_m2

E_k1 +  E_p1 =  E_k2 +  E_p2

Persamaan tersebut dinamakan hukum kekekalan energi mekanik.

 

Hubungan Energi Potensial dan Energi Kinetik

Pada sebuah benda yang jatuh bebas, terdapat dua buah energi yaitu energi mekanik. Energi mekanik terdiri atas energi potensial dan energi kinetik. Meskipun energi potensial benda yang jatuh bebas akan semakin kecil ketika ketinggian semakin rendah, tetapi di sisi lain energi kinetiknya bertambah. Dengan demikian energi mekaniknya tetap sama (konstan). Kekekalan energi mekanik pada benda jatuh bebas dapat diilustrasikan seperti pada Gambar di bawah ini.

Skema perubahan energi  pada benda jatuh

Pada kedudukan 1, energi mekanik seluruhnya merupakan energi potensial. Dapat dituliskan sebagai berikut.

E_m = E_p = m × g × h

Pada kedudukan 2, energi mekanik merupakan jumlah energi potensial dan energi kinetik. Dapat dituliskan sebagai berikut.

E_m = E_p + E_k = (m × g × h) + (½ × m × v²)

Pada kedudukan 3, energi mekanik seluruhnya merupakan energi kinetik. Dapat dituliskan sebagai berikut.

E_m = E_k = ½ × m × v²

 

Latihan Soal:

1. Sebuah benda memiliki energi potensial 100 J jatuh dari ketinggian tertentu. Berapakah energi kinetik benda saat mencapai tanah?

Jawab: Energi kinetik adalah energi ketika suatu materi bergerak. Pada saat mencapai tanah, maka energi kinetik benda tersebut sama dengan 100  J

 

2. Buah jambu yang bergantung di ketinggian 2 meter dari tanah, tiba-tiba jatuh. Amir yang menemukan buah jambu tersebut menimbangnya, ternyata massanya 200 g. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s². Hitunglah:

a. energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki buah jambu ketika masih bergantung,

b. energi potensial, energi kinetik dan kecepatan buah jambu pada ketinggian 1 meter,

c. energi kinetik dan kecepatan saat mencapai tanah

 

Penyelesaian:

a. Buah jambu ketika masih tergantung 2 meter

Energi potensial buah jambu ketika masih bergantung 2 meter

E_m = E_p = m × g × h

E_{m =} E_p = 200 g x 10 m/s² x 2 m

E_{m =} E_p = 0,2 kg x 10 m/s² x 2 m

E_{m =} E_p = 4 J

 

Energi kinetik buah jambu ketika masih bergantung 2 meter

Energi kinetik (E_k) = 0

 

b. Ketika buah jambu jatuh pada ketinggian 1 meter

E_m = E_p + E_k = (m × g × h) + (½ × m × v²)

Energi potensial pada ketinggian 1 meter

E_p = m x g x h

E_p = 200 g x 10 m/s² x 1 m

E_p = 0,2 kg x 10 m/s² x 1 m

E_p = 2 J

 

Menghitung kecepatan buah jambu pada ketinggian 1 meter

E_m1 =  E_m2

E_k1 +  E_p1 =  E_k2 +  E_p2

E_k1 = E_p2 + E_k2

m × g × h₁ = m × g × h₂ + ½ × m × v²

½ × m × v²  = m × g × h₁ - m × g × h₂

v² = 2 × g × (h₁ – h₂)

v² = 2 × 10 m/s² x (2 m – 1 m)

v² = 2 × 10 m/s² x 1 m

v² = 20

v = 4,47 m/s

 

Energi kinetik buah jambu pada ketinggian 1 meter

E_k = ½ × m × v²

E_k = ½ × 0,2 kg × 20

E_k = 2 J

 

c. Energi kinetik dan kecepatan saat mencapai tanah

Kecepatan saat mencapai tanah

v² = 2 × g × (h₁ – h₂)

v² = 2 × 10 m/s² x (2 m – 0 m)

v² = 40

v = 6,32 m/s

 

Energi kinetik saat mencapai tanah

Em = Ek = ½ × m × v²

Ek = ½ × m × v²

Ek = ½ × 0,2 × 40

Ek = 4 Joule

 

Referensi

Ilmu Pengetahuan Alam SMP Kelas VIII. Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Riset, dan Teknologi Republik Indonesia, 2021. Penulis: Okky Fajar Tri Maryana, Dkk. ISBN: 978-602-244-383-4

Ilmu Pengetahuan Alam 2: SMP/MTs Kelas VIII/oleh Wasis, Sugeng Yuli Irianto. — Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

Belajar IPA: membuka cakrawala alam sekitar 2 untuk kelas VIII/ SMP/MTs Saeful Karim – Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

Fisika : untuk SMA dan MA Kelas XI / penyusun, Tri Widodo. Editor: Widha Sunarno, Arief Satiyo Nugroho ; Pandu, Budi S. Jakarta  Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009.

 Baca juga:

Bab 3 Usaha, Energi, Pesawat Sederhana
01	Usaha Memindahkan Benda
02	Daya atau Laju Energi
03	Simulasi Percobaan Daya
04	Uji Usaha
05	Pengertian Energi dan Ragamnya
06	Energi Kinetik
07	Energi Potensial
08	Energi Mekanik
09	Air Sebagai Sumber Energi Terbarukan
10	Ragam Sumber Energi
11	Uji Energi
12	Manusia Membutuhkan Pesawat Sederhana
13	Penggunaan Katrol
14	Roda dan Poros
15	Pemanfaatan Bidang Miring
16	Penggunaan Pengungkit
17	Penerapan Tuas pada Sistem Gerak Manusia
18	Uji Pesawat Sederhana
19	Soal Usaha, Energi, Pesawat Sederhana
20	Membuat Kincir Air