Rumus Energi Mekanik: Pengertian dan Contoh Soalnya

Rumus energi mekanik adalah ringkasan cara tentang salah satu cabang fisika yang khusus dalam mempelajari gerak. Namun sebelum lebih jauh mengetahui apa itu rumus energi mekanik, tak ada salahnya mengenal apa itu 'energi' sendiri.

Berdasarkan Kamus Besar Bahasa Indonesia kata energi berarti kemampuan untuk melakukan kerja atau daya yang dapat digunakan untuk melakukan berbagai proses kegiatan.

Dalam sains dikutip via buku IPA TERPADU: Jilid 2B oleh Mikrajuddi, Dkk, ada yang disebut dengan hukum kekekalan energi.

Hukum kekekalan energi berbunyi energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Salah satu jenis energi adalah energi mekanik. Energi mekanik dijelaskan sebagai energi yang dimiliki benda karena sifat geraknya.

Untuk mengetahui rumus energi mekanik, detikers harus mengenal dua energi lainnya yang ada di rumus energi mekanik yakni sebagai berikut:

1. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya terhadap suatu acuan tertentu.

Energi potensial juga memiliki dua buah cabang yaitu, pertama energi potensial gravitasi di mana energi dimiliki benda karena ketinggiannya terhadap suatu bidang datar seperti lantai atau tanah.

Dan juga energi potensial elastis yang disebabkan oleh kecenderungan benda untuk tetap berada pada posisi semula.

Energi potensial memiliki rumus: Ep = m x g x h

Ep = Energi potensial

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi

h = ketinggian benda (m)

2. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Makin besar kecepatan benda bergerak, maka makin besar energi kinetik yang dimilikinya.

Energi kinetik dirumuskan sebagai berikut: E_k = 1/2 x m x V2

E_k = Energi kinetik (J)

m = massa benda (kg)

v = (kecepatan benda (m/s)

Rumus Energi Mekanik

Setelah mengetahui energi potensial dan energi kinetik, kini saatnya beralih pada rumus energi mekanik atau bisa disebut sebagai hukum kekekalan energi mekanik.

Rumus energi mekanik adalah jumlah dari energi potensial dan energi kinetik yang akan berjumlah konstan atau tetap.

Sebagai contoh, sebuah bola dilempar tegak lurus ke atas. Mula-mula kecepatan bola memiliki energi kinetik besar. Ketika naik, kecepatan bola berkurang (energi kinetik berkurang) tetapi ketinggiannya terus bertambah yang berati energi potensial juga bertambah.

Ketika sampai di puncak, benda akan berhenti sejenak di mana berarti energi kinetik nol dan energi potensial pada titik maksimal.

Namun, saat turun kecepatan bola akan kembali membesar (energi kinetik besar) tetapi ketinggian berkurang (energi potensial berkurang).

Dan ketika mencapai tanah kecepatan bola akan kembali seperti di awal dan ketinggian paling kecil. Selama bola menempuh lintasan tersebut, terdapat energi kinetik dan energi potensial yang berperan namun berjumlah selalu tetap.

Untuk itu, rumus energi mekanik adalah:

E = E_p + E_k = tetap

Keterangan:

E = energi mekanik (J)

E_p = Energi potensial (J)

E_k = Energi kinetik (J)

Contoh Soal Energi Mekanik

Berikut contoh soal dari rumus energi mekanik dikutip dari buku IPA TERPADU : - Jilid 2B oleh Mikrajuddi, Dkk dan bahan ajar Kemendikbud:

1. Albert berdiri di atas meja setinggi 0.75 m. Ia meletakkan sebuah buku seberat 0,25 kg di atas kepalanya. Jika tinggi Albert 165 cm, berapakah energi potensial gravitasi yang dimiliki buku terhadap meja?

Jawab:

Energi potensial buku terhadap meja

E_p = m x g x h

E_p = 0,25 x 10 x 1,65

E_p = 4,125 Nm

E_p = 4,125 Joule

2. Seorang anak yang bermassa 50 kg menumpang pada kendaraan bak terbuka. Kendaraan melaju dengan kecepatan 108 km/jam. Berapakah energi kinetik yang dimiliki anak itu?

Jawab:

E_k = 1/2 x m x v2

E_k = 1/2 x 50 x (108.000/3600)2

E_k = 22.500 Joule

E_k = 22,5 kJ

3. Apel dengan massa 300 gram jatuh dari pohon pada ketinggian 10 meter. Jika besar gravitasi (g) = 10 m/s2, hitunglah energi mekanik pada apel!

Diketahui:

massa benda : 300 gram (0,3 kg)

gravitasi g = 10 m/s2

ketinggian h = 10 m

Ditanyakan:

Energi mekanik (Em) apel

Jawab:

Benda jatuh dan tidak diketahui kecepatannya, maka energi kinetik (Ek) diasumsikan bernilai nol (Ek = 0)

Em = Ep + Ek

Em = Ep + 0

Em = Ep + 0

Em = m x g xh + 0

Em = 0,3 kg x 10 x 10

Em = 30 joule

Kesimpulan:

Energi mekanik yang dimiliki oleh apel yang jatuh tersebut adalah 30 joule.

4. Sebuah buku bermassa 1 kg jatuh dari gedung. Ketika jatuh ke tanah, kecepatan buku tersebut adalah 20 m/s. Berapakah tinggi gedung tempat buku terjatuh jika nilai g = 10 m/s2?

Diketahui:

massa m = 1 kg

kecepatan v = 20 m/s

gravitasi g = 10 m/s2

Ditanyakan:

Ketinggian gedung (h)

Jawab

Em1 = Em2

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2

m1 x g xh1 + 1/2 x m1 x v12 = m1 x g x h2 + 1/2 x m1 x v22

Keterangan:

Ep = maksimum

Ek1 = 0 (karena buku belum bergerak)

Ep2 = 0 (karena buku sudah berada di tanah dan tidak memiliki ketinggian)

Ek2 = maksimum

Penghitungan:

m1 x g x h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v22

1 x 10 x h = 1/2 x 1 x 202

10 x h = 200

h = 200/10

h = 20 meter

Kesimpulan

Jadi, ketinggian gedung tempat buku terjatuh adalah setinggi 20 meter.

Dengan demikian, rumus energi mekanik pada dasarnya tak bisa dihitung bila tak mengetahui energi potensial dan energi kinetik. Selamat belajar detikers!