Konservasi Energi Mekanik

 Apa itu Energi Mekanik?

Energi mekanik adalah penjumlahan energi kinetik dan energi potensial suatu benda yang digunakan untuk melakukan usaha tertentu. Dengan kata lain, ini menggambarkan energi suatu benda karena gerak atau posisinya, atau keduanya.

Mari kita perhatikan contoh bandul sederhana ideal (tanpa gesekan). Kita dapat melihat bahwa energi mekanik sistem ini merupakan kombinasi energi kinetik dan energi potensial gravitasi . Saat pendulum berayun maju mundur, terjadi pertukaran konstan antara energi kinetik dan energi potensial. Ketika bob mencapai ketinggian maksimumnya, energi potensial sistem adalah yang tertinggi, sedangkan energi kinetiknya nol. Pada posisi rata-rata, energi kinetiknya paling tinggi, dan energi potensialnya nol. Di antara dua titik ekstrem ini, kita melihat bahwa sistem mempunyai energi kinetik dan energi potensial, yang jumlahnya konstan. Pengamatan ini memberi tahu kita banyak hal tentang kekekalan energi mekanik. Tapi bagaimana kita bisa membuktikannya untuk sistem lainnya? Pada bagian selanjutnya, kita akan mempelajari lebih lanjut tentang kekekalan energi mekanik dengan menggunakan contoh yang sesuai.

Konservasi Energi Mekanik

Konservasi Energi Mekanik

Sesuai dengan prinsip kekekalan energi mekanik,

Energi mekanik total suatu sistem bersifat kekal, yaitu energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan; ia hanya dapat diubah secara internal dari satu bentuk ke bentuk lainnya jika gaya-gaya yang bekerja pada sistem bersifat konservatif.

Untuk memahami pernyataan ini dengan lebih jelas, mari kita perhatikan contoh gerak satu dimensi suatu sistem. Di sini sebuah benda, di bawah aksi gaya konservatif F, dipindahkan sebesar Δx, maka dari teorema usaha-energi, kita dapat mengatakan bahwa jaringan yang dilakukan oleh semua gaya yang bekerja pada suatu sistem sama dengan perubahan energi kinetik. dari sistem.

Secara matematis, ΔKE = F(x) Δx

Dimana ΔK adalah perubahan energi kinetik sistem. Mengingat hanya gaya konservatif yang bekerja pada sistem W net = W c .

Jadi W c = ΔKE

Selain itu, jika gaya konservatif melakukan usaha pada suatu sistem, maka sistem akan kehilangan energi potensial yang sama dengan usaha yang dilakukan. Oleh karena itu, W c = -PE.

Artinya total energi kinetik dan energi potensial suatu sistem tetap konstan jika prosesnya hanya melibatkan gaya konservatif.

KE + PE = konstan

KE i + PE i = KE f + PE f

Dimana menandakan nilai awal dan f menandakan nilai akhir KE dan PE.

Hukum ini hanya berlaku sepanjang gaya-gaya tersebut bersifat konservatif. Energi mekanik sistem didefinisikan sebagai energi kinetik total ditambah energi potensial total. Dalam sistem yang hanya terdiri dari gaya-gaya konservatif, setiap gaya dikaitkan dengan suatu bentuk energi potensial dan energi tersebut hanya berubah antara energi kinetik dan berbagai jenis energi potensial, sehingga energi totalnya tetap konstan.

Berikut adalah tabel yang menjelaskan konsep terkait lainnya:

Hukum Kekekalan Energi

Perbedaan Energi Kinetik dan Potensial

Contoh Untuk Menjelaskan Energi Mekanik Total Sistem

Contoh 1

Konservasi Energi Mekanik

Mari kita pahami prinsip ini lebih jelas dengan contoh berikut. Misalkan sebuah bola bermassa m dijatuhkan dari tebing setinggi H, seperti gambar di atas.

Pada ketinggian H:

Energi potensial (PE) = m×g×H

Energi kinetik (KE) = 0

Energi mekanik total = mgH

Pada ketinggian h:

Energi potensial (PE) = m×g×h

Energi kinetik (KE) =1/2(mv^2)

Dengan menggunakan persamaan gerak, kecepatan v 1 pada ketinggian h untuk benda bermassa m yang jatuh dari ketinggian H dapat ditulis sebagai Konservasi Energi Mekanik

Oleh karena itu, energi kinetik dapat diberikan sebagai,

Konservasi Energi Mekanik

Energi mekanik total = (mgH – mgh) – mgh = mgH

Pada ketinggian nol:

Energi potensial: 0

Energi kinetik: 1/2(mv^2)

Dengan menggunakan persamaan gerak kita dapat melihat bahwa kecepatan v di dasar tebing, sesaat sebelum menyentuh tanah adalah Konservasi Energi Mekanik

Oleh karena itu, energi kinetik dapat diberikan sebagai,

Konservasi Energi Mekanik

Energi mekanik total: mgH

Kita melihat energi mekanik total sistem adalah konstan. 

Contoh soal:

1. 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.

2.Diketahui sebuah benda jatuh bebas dengan energi mekanik sebesar 170 Joule. Berapakah besar energi kinetiknya saat energi potensial sama dengan 90 Joule?

Pembahasan:

EM= Ek + Ep

170 = Ek + 90

Ek = 170 - 90

Ek = 80 Joule

Jadi, besar energi kinetik saat energi potensial sama dengan 90 Joule adalah 80 Joule.

Sumber: https://byjus.com