Materi Tentang Energi Potensial

Materi Tentang Energi Potensial

Materi Tentang Energi Potensial
Materi Tentang Energi Potensial

Energi potensial

adalah energi yang dimiliki suatu benda akibat kedudukan (posisi) benda tersebut atau akibat ketinggian benda tersebut dari tanah. Energi potensial timbul ada karena adanya gravitasi bumi. Berikut adalah rumus Energi potensial:

 E_p = m \times g \times h

Keterangan:

  • Ep: Energi potensial (J)
  • m: massa benda (kg)
  • g: percepatan gravitasi (m/dtk2)
  • h: tinggi benda dari permukaan tanah (meter)

Satuan SI untuk mengukur usaha dan energi adalah Joule (simbol J).
Sebutan “energi potensial” pertama kali dikemukakan oleh seorang teknik dan fisikawan berkebangsaan SkotlandiaWilliam Rankine.
Contoh: kereta roller coaster mendapat energi potensial paling besar saat berada pada posisi tertinggi. 

Berbagai jenis energi dapat dikelompokkan sebagai energi potensial. Setiap bentuk energi ini dihubungkan dengan suatu jenis gaya tertentu yang bekerja terhadap sifat fisik tertentu suatu materi (seperti massa, muatan, elastisitas, suhu, dll). Energi potensial gravitasi dihubungkan dengan gaya gravitasi yang bekerja terhadap massa benda. Energi potensial elastik terhadap gaya elastik yang bekerja terhadap elastisitas objek yang berubah bentuk. Energi potensial listrik dengan gaya Coulomb; gaya nuklir kuat atau gaya nuklir lemah yang bekerja terhadap muatan elektrik pada objek. Energi potensial kimia, dengan potensial kimia pada suatu konfigurasi atomik atau molekular tertentu yang bekerja terhadap struktur atomik atau molekular zat kimia yang membentuk objek. Energi potensial termal dengan gaya elektromagnetik yang berhubungan dengan suhu objek.

Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial gravitasi ini timbul akibat tarikan gaya gravitasi Bumi yang bekerja pada benda. Contoh energi potensial gravitasi ini adalah seperti pada Gambar (a) di atas. Jika massa beban diperbesar, energi potensial gravitasinya juga akan membesar. Demikian juga, apabila ketinggian benda dari tanah diperbesar, energi potensial gravitasi beban tersebut akan semakin besar. Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan

EP mgh …………. (4–3)

Keterangan:
EP = energi potensial (joule),
= berat benda (newton) = mg,
= massa benda (kg),
= percepatan gravitasi bumi (m/s2), dan
= tinggi benda (m).

Sebuah benda yang berada pada suatu ketinggian tertentu apabila dilepaskan, akan bergerak jatuh bebas sebab benda tersebut memiliki energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi benda yang mengalami jatuh bebas akan berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya berat.

Gambar 4.6 Usaha yang ditimbulkan oleh gaya berat sebesar

Perhatikanlah Gambar di atas. Apabila tinggi benda mula-mula h1, usaha yang dilakukan oleh gaya berat untuk mencapai tempat setinggi h2 adalah sebesar:

Ww mgh1 – mgh2
Ww mg (h1 – h2)
Ww = –mg(h2 – h1)

dengan: Ww = usaha oleh gaya berat.

Oleh karena mgEP, perubahan energi potensial gravitasinya dapat dinyatakan sebagai Δ EP sehingga Persamaan di atas dapat dituliskan

Ww Δ EP

 

Energi Potensial Elastis

Energi potensial elastis adalah energi potensial dari sebuah benda elastis (contohnya adalah busur panah) yang mengalami perubahan bentuk karena adanya tekanan atau kompresi. Akibatnya adalah akan ditimbulkannya gaya yang akan berusaha untuk mengembalikan bentuk benda tersebut ke bentuk awalnya. Jika tekanan/renggangan ini dilepas, maka energi ini akan berpindah menjadi energi kinetik.
Contoh: anak panah yang melesat saat dilepaskan dari busurnya; pegas dapat dipakai untuk menciptakan energi potensial elastis. 

Pehitungan energi potensial elastis

Energi Potensial Elastis adalah energi yang tersimpan di dalam benda elastis, karena adanya gaya tekan dan gaya regang yang bekerja pada benda tersebut. Contoh energi potensial ini ditunjukkan pada Gambar (b) di atas. Besarnya energi potensial elastis bergantung pada besarnya gaya tekan atau gaya regang yang diberikan pada benda tersebut.

Berkenaan dengan sifat elastis pada pegas, gaya pemulih pada pegas akan berbanding lurus dengan pertambahan panjangnya. Pegas yang berada dalam keadaan tertekan atau teregang dikatakan memiliki energi potensial elastis karena pegas tidak berada dalam keadaan posisi setimbang. Perhatikanlah Gambar grafik di bawah. Grafik tersebut menunjukkan kurva hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegas yang memenuhi Hukum Hooke. Jika pada saat pegas di tarik dengan gaya sebesar F1, pegas itu bertambah panjang sebesar Δx1. Demikian pula, jika pegas ditarik dengan gaya sebesar F2, pegas akan bertambah panjang sebesar Δ x2. Begitu seterusnya.
Gambar 4.7 Grafik hubungan terhadap Δx pada kurva F = kΔx.

Grafik hubungan terhadap Δx pada kurva F = kΔx.

Dengan demikian, usaha total yang diberikan untuk meregangkan pegas adalah

F1Δ x1 + F2Δ x2 + …

Besarnya usaha total ini sama dengan luas segitiga di bawah kurva terhadap Δ sehingga dapat dituliskan

= ½ FΔ x
= ½ (kΔ xΔ x)
= ½ kΔ x2

Oleh karena usaha yang diberikan pada pegas ini akan tersimpan sebagai energi potensial, dapat dituliskan persamaan energi potensial pegas adalah sebagai berikut.

EP = ½ kΔ x2

Persamaan ini sering digunakan dalam perhitungan posisi kesetimbangan mekanis.

Energi potensial pegas ini juga dapat berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya pegas. Besar usaha yang dilakukan oleh gaya pegas itu dituliskan dengan persamaan

= –Δ EP
Baca Artikel Lainnya: