Rumus Energi Potensial Lengkap dengan Contoh Soal dan Pembahasannya

Pernahkah kamu mendengar istilah energi potensial? Istilah tersebut banyak digunakan dalam pelajaran Fisika. Menurut pelajaran Fisika, energi terbagi menjadi 3 jenis, yakni energi potensial, mekanik, dan kinetik.

Untuk kamu yang masih belum paham, mari belajar bersama-sama rumus energi potensial lengkap dengan contoh soal dan pembahasannya berikut ini.

Pengertian Energi Potensial

Dalam fisika, energi diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Energi ditemukan dalam aktivitas sehari-hari, seperti ketika ada benda jatuh, ketika kamu menggunakan listrik, dan lain-lain. Salah satu energi yang ada dalam fisika adalah energi potensial.

Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda sebagai akibat dari keadaan atau kedudukannya. Energi potensial biasa disebut juga sebagai energi diam karena dimiliki oleh setiap benda yang tidak bergerak.

Istilah potensial berasal dari kata dasar potensi, yang berarti kemampuan yang tersimpan. Untuk itu, dikutip dari situs Politeknik Negeri Bandung, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam sebuah benda. Untuk itu, dapat diketahui bahwa benda yang sedang diam pun memiliki energi potensial di dalamnya. Contoh energi potensial dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut.

1. Apabila kamu meletakkan pensil di atas meja, pensil tersebut sejatinya telah terikat dengan gaya gravitasi. Dengan demikian, apabila meja tersebut dihilangkan, maka pensil akan jatuh akibat usaha dari energi potensial gravitasi.
2. Ketika kamu menarik tali busur dan menahannya, maka tali busur tersebut memperoleh energi potensial. Akibatnya, ketika tali busur dilepas, maka anak panah akan melesat. Hal tersebut diakibatkan oleh usaha dari energi potensial.
3. Ketika buah kelapa jatuh dari pohon, maka di tanahnya akan terlihat bekas jatuhnya. Bekas tersebut merupakan akibat dari energi potensial yang dimiliki kelapa akibat jatuh dari ketinggian.

Jenis Energi Potensial dan Contoh Soalnya

Terdapat beberapa jenis energi potensial. Setiap jenis energi potensial ini memiliki rumus yang berbeda-beda. Berikut beberapa rumus energi potensial sesuai dengan jenis-jenisnya.

1. Energi Potensial Gravitasi

Jenis energi potensial yang pertama adalah energi potensial gravitasi. Dikutip dari bahan ajar Universitas Gunadarma, energi potensial gravitasi adalah energi potensial suatu benda yang disebabkan oleh kedudukan benda tersebut terhadap gravitasi bumi.

Rumus energi potensial gravitasi adalah sebagai berikut.

Ep = m x g x h

Keterangan:
Ep = energi potensial (Joule)
m = massa benda (kg)
g = gravitasi bumi (biasanya 10 m/s²)
h = ketinggian benda (m)

Berikut beberapa contoh soal energi potensial gravitasi agar kamu lebih paham cara menggunakan rumus energi potensial.

Contoh Soal 1

2 buah benda dengan berat 10 kg dan 4 kg terletak di tangga ketiga dan kelima. Tinggi tiap anak tangga adalah 20 cm. Apabila diketahui gravitasi bumi di tempat tersebut adalah 10 m/s² , tentukan besarnya energi potensial kedua benda tersebut.

Jawaban:
Diketahui,
mA = 10 kg
hA = 20 cm x 3 = 60 cm = 0,6 m

mB = 4 kg
hB = 20 cm x 5 = 100 cm = 1 m

g = 10 m/s²

EpA = mA x g x hA = 10 x 10 x 0,6 = 60 Joule
EpB = mB x g x hB = 4 x 10 x 1 = 40 Joule

Jadi, energi potensial pada benda pertama adalah sebesar 60 Joule dan pada benda kedua adalah sebesar 40 Joule.

Contoh Soal 2

Sebuah benda dengan massa 4 kg memiliki energi potensial sebesar 1.000 Joule. Apabila diketahui gravitasi bumi sebesar 10 m/s², tentukan ketinggian benda tersebut dari permukaan bumi.

Jawaban:
Diketahui,
m = 4 kg
g = 10 m/s²
Ep = 1.000 Joule

Ep = m x g x h
1.000 = 4 x 10 x h
h = 25 m

Jadi, ketinggian benda tersebut dari permukaan bumi adalah sebesar 25 meter.

2. Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik adalah energi yang diperoleh ketika sebuah partikel bermuatan bergerak dalam suatu medan listrik. Ketika itulah, medan listrik akan mengarahkan gaya dan melakukan kerja terhadap partikel tersebut.

Rumus energi potensial listrik adalah sebagai berikut.

Ep = k x (Q x q / r)

Keterangan:
Ep = energi potensial (Joule)
k = konstanta Coulomb
Q = muatan sumber atau muatan listrik yang menimbulkan medan listrik (Coulomb)
q = muatan uji atau muatan listrik yang mengalami perpindahan dalam medan listrik (Coulomb)
r = jarak muatan dari q ke Q (m)

Berikut contoh soal energi potensial listrik agar kamu lebih paham cara menggunakan rumus energi potensial.

Contoh Soal

Diketahui 2 buah muatan, A dan B, terpisah 3 meter satu sama lain. Muatan A memiliki q sebesar +11 μC dan muatan B memiliki q sebesar -5 μC. Berapa perubahan energi potensial yang terjadi ketika muatan B bergerak ke muatan A?

Jawaban:

Diketahui,
r = 3 m
Q = 11 x 10^-6 C
q = 5 x 10^-6 C
k = 9 x 10^9 N.m²/C²

Ep = k x (Q x q / r)
Ep = 9 x 10^9 x (11 x 10^-6 x 5 x 10^-6) / 3
Ep = 495 x 10^-3 / 3
Ep = 165 x 10^-3 Joule

Jadi, energi potensial listrik yang terjadi ketika muatan B bergerak ke muatan A adalah sebesar 0,165 Joule.

3. Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas adalah energi yang diperlukan untuk meregangkan atau menekan pegas. Energi potensial ini biasanya dimiliki oleh benda-benda elastis, seperti bola karet, pegas, karet, dan lain-lain.

Contoh penerapan energi potensial pegas adalah sebagai berikut.
1. Pada anak panah yang dilepaskan.
2. Pada mobil mainan yang bergerak maju setelah diberi gaya dorong dari belakang.

Rumus energi potensial pegas adalah sebagai berikut.

Ep = 1/2 x k x (x²)

Keterangan:
Ep = energi potensial (Joule)
k = konstanta Coulomb
x = perubahan posisi (m)

Berikut beberapa contoh soal energi potensial pegas agar kamu lebih paham cara menggunakan rumus energi potensial.

Contoh Soal 1

Sebuah pegas memiliki konstanta sebesar 200 Nm. Pegas kemudian direntangkan dan panjangnya berubah menjadi 20 cm. Tentukan energi potensial elastis pegas tersebut.

Jawaban:
Diketahui,
k = 200 Nm
x = 20 cm = 0,2 m

Ep = 1/2 x k x (x²) = 1/2 x 200 x 0,2 x 0,2 = 4 Joule

Jadi, energi potensial elastis pada pegas tersebut adalah 4 Joule.

Contoh Soal 2

Sebuah pegas memiliki panjang sebesar 50 cm. Apabila energi potensial yang dimilikinya sebesar 10 Joule, berapakah konstanta pegas tersebut?

Jawaban:
Diketahui,
x = 50 cm = 0,5 m
Ep = 10 Joule

Ep = 1/2 x k x (x²)
10 = 1/2 x k x 0,5 x 0,5
k = 80 Nm

Jadi, konstanta pegas tersebut adalah sebesar 80 Nm.

Itulah dia rumus energi potensial beserta beberapa contoh soal yang bisa kamu pelajari. Rumus energi potensial dibagi berdasarkan jenisnya, yakni energi potensial gravitasi, listrik, dan elastis. Bagaimana, sudah tidak lagi bingung dengan cara menggunakan rumus energi potensial, bukan?

Pesona Wisata Sumenep: Pantai, Sejarah, dan Tradisi

Pesona Wisata Sumenep: Pantai, Sejarah, dan Tradisi