Energi Potensial Sistem Terhadap Ketinggian & Bidang Miring ǀ Penurunan Persamaan, Hk. Kekekalan Energi Mekanik, & Hubungan Usaha - Perubahan Energi Potensial

Apakah usaha yang dilakukan benda yang jatuh pada ketinggian h = usaha yang dilakukan benda yang meluncur pada bidang miring pada ketingian h? Bagaimana dengan perubahan energi potensialnya pada ketinggian yang sama? Kita akan analisis hal tersebut, menurunkan persamaannyam, dan melihat kekekalan energi mekaniknya.

Kita tahu tentang konsep hukum kekekalan energi bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, ia hanya dapat diubah ke bentuk lain. Saat kita menyodok buku di atas meja yang kasar, energi kita berubah menjadi energi kinetik dan yang lainnya diubah menjadi energi internal. Jumlah energi internal dan energi kinetik ini sama dengan energi yang kita berikan.

Hal berbeda akan terjadi jika gaya yang bekerja pada sistem adalah gaya konservatif dan dalam sistem terisolasi. Energi tidak akan keluar melewati batas sistem. Ia akan berubah menjadi energi potensial. Kita akan mengenal hukum kekekalan baru yaitu hukum kekekalan energi mekanik.

Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa jumlah energi potensial dan energi kinetik akan selalu konstan. Jika energi kinetik bertambah karena perubahan kelajuannya maka energi potensial akan menurun, begitupula sebaliknya.

Ingat! Hukum kekekalan energi mekanik hanya dimiliki oleh sistem terisolasi dan hanya gaya konservatif yang harus bekerja pada sistem.

ENERGI POTENSIAL SISTEM

Energi potensial adalah energi dari sebuah sistem yang memiliki potensi untuk berubah menjadi energi kinetik. Sebuah kelapa berada di ketinggian 10 meter di atas permukaan tanah. Kini, kita memiliki sistem bernama bola-bumi. Dalam penentuan anergi potensial kita harus memiliki acuan seperti bumi, dasar sumur, lantai, atau titik setimbang.

Hubungan Energi Potensial, Energi Kinetik, dan Energi Mekanik Kelapa bermassa 5 kg dijatuhkan dari ketinggian 10 m, dimana persamaan energi potensial adalah m.g.h dan energi mekanik adalah 1/2 mv^2

Gambar 1.1. Hubungan Energi Potensial, Energi Kinetik, dan Energi Mekanik
Kelapa bermassa 5 kg dijatuhkan dari ketinggian 10 m, dimana persamaan energi potensial adalah m.g.h dan energi mekanik adalah 1/2 mv^2.
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Kelapa tersebut diam tetapi memiliki kemungkinan untuk bergerak jatuh. Pada titik A, energi potensial dari sistem adalah maksimal. Ketika kelapa mulai jatuh, kelajuan kelapa semakin meningkat. Hal ini menandakan energi kinetik kelapa semakin membesar. Sedangkan, energi potensial menurun. Saat kelapa tepat hendak menyentuh tanah, energi potensialnya adalah nol.

Energi potensial jenis ini mengandalkan percepatan gravitasi untuk merubah kelajuan sistem sehingga kita dapat menyebut energi potensial ini adalah energi potensial gravitasi. Percepatan gravitasi yang bekerja pada sistem akan bernilai konstan selama ketinggian benda lebih kecil dari jari-jari bumi g=9,8 m/s2 (konstan).

Ingat! Kita harus menyebutkan sistem kelapa - bumi. Kita tidak dapat mengabaikan peran bumi karena energi potensial akan benilai nol jika tidak memiliki acuan.

PENURUNAN PERSAMAAN ENERGI POTENSIAL TERHADAP SUMBU Y DARI PERSAMAAN USAHA & HUBUNGAN KEDUANYA

Sulit rasanya menurunkan persamaan energi potensial dengan cara menjatuhkan benda tersebut. Kita akan menggunakan mekanisme lain yaitu dengan cara membaliknya atau dengan cara mengangkat salah satu sistem terkait.

Sebuah balok diangkat secara perlahan sekali sehingga nilai gaya angkat-nya akan sama dengan gaya berat-nya. Balok tersebut berubah posisi dari ya ke yb. Kita dapat menggunakan persamaan usaha untuk menemukan persamaan energi potensial (gravitasi).

Gambar 1.2. Penurunan Persamaan Energi Potensial Sistem yang Bergerak terhadap Sumbu y dan Pendekatan Usaha melalui Perubahan Energi Potensial
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Sekarang, kita memperoleh dua persamaan yaitu persamaan energi potensial dan persamaan usaha = perubahan energi potensial. Contoh gerak benda terhadap sumbu y yang memiliki kekekalan energi mekanik adalah gerak vertikal ke atas dan gerak jatuh bebas. Sistem harus bebas gaya gesek dan hambatan medium (angin & udara).

PENURUNAN PERSAMAAN ENERGI POTENSIAL TERHADAP SUMBU Y & X DARI PERSAMAAN USAHA & HUBUNGAN KEDUANYA

Sekarang, bagaimana jika sistem berubah baik terhadap sumbu y dan x? Contohnya gerak parabola atau gerak benda pada bidang miring. Berikut penurunan persamaan usaha sistem dan perubahan energi potensial sistem.

Gambar 1.3. Penurunan Persamaan Energi Potensial Sistem yang Bergerak terhadap Sumbu x & y
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Baca selanjutnya : Energi Mekanik Benda Jatuh pada Sistem Terisolasi ǀ Usaha, Perubahan Energi Potensial, Hukum Kekekalan Energi Mekanik, & Penurunan Persamaan

Dari penurunan persamaan di atas terbukti bahwa komponen x atau horisontal tidak mempengaruhi perubahan energi potensialnya. Persamaannya tetap sama saja. Usaha yang dilakukan sistem yang jatuh dari ketinggian h akan sama dengan yang meluncur pada bidang miring dari ketinggian h, dimana W = ΔK = -ΔU.