Energi

A. Pengertian Energi

Energi dari suatu benda adalah ukuran kesanggupan atau kemampuan benda untuk melakukan suatu usaha. Sebagai contoh, sebuah mobil yang sedang melaju kencang memiliki kemampuan untuk menghancurkan benda-benda yang ditabraknya karena memiliki energi gerak. Sebaliknya, truk tronton yang diam tidak akan menyebabkan kerusakan pada benda-benda sekelilingnya karena tidak memiliki energi gerak. Demikian pula dengan bom, meskipun dalam keadaan diam bom berpotensi untuk merusak benda-benda disekelilingnya. Hal ini terjadi karena bom memiliki energi yang tersimpan dalam bentuk kimia. Energi merupakan besaran skalar dengan satuan Joule. Selain energi gerak dan energi kimia, energi dapat pula tersimpan dalam bentuk-bentuk yang lain sebagai berikut.

• Energi potensial,

• Energi panas

• Energi listrik

• Energi matahari atau energi nuklir

• Energi cahaya

Dalam kehidupan sehari-hari, energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya. Sebagai contoh, energi matahari yang berupa energi cahaya dan energi panas dapat diserap oleh tumbuh-tumbuhan dan disimpan dalam bentuk energi kimia. Jika manusia memakan tumbuhan tersebut maka energi akan berpindah ke tubuh manusia masih dalam bentuk energi kimia pula.

Energi kimia dalam bentuk makanan tersebut selanjutnya dapat berubah menjadi berbagai bentuk energi misalnya energi panas atau energi kinetik. Dengan energi inilah manusia mampu bergerak dari satu tempat ketempat yang lain. Meskipun berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, jumlah energi ini selalu tetap. Hal ini akan dipelajari pada bagian hukum kekekalan energi. 

Perubahan energi biasanya melibatkan perpindahan energi dari satu benda ke benda lainnya. Air di bendungan memiliki energi potensial dan berubah menjadi energi kinetik ketika air jatuh. Energi kinetik ini kemudian dipindahkan ke turbin, dan akhirnya menjadi energi listrik. Setelah menjadi energi listrik, energi

akan berpindah ke berbagai benda-benda yang lain melalui kabel-kabel transmisi.

B. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Energi kinetik dipengaruhi oleh massa dan kecepatan benda. Semakin besar kecepatan atau kelajuan benda, semakin besar energi kinetik benda tersebut. Demikian pula semakin besar massa benda yang bergerak makin besar pula energi kinetik yang dimilikinya. Pada Gambar 7.1 energi kinetik yang dimiliki mobil dapat menyebabkan kerusakan ketika menabrak mobil yang lain.

Secara matematis energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut.

Ek = 1/2.m.(v.v)

Keterangan:

Ep = energi kinetik (J)

m = massa dari benda (kg)

v = kecepatan dari benda (m/s)

Sebagai contoh, sebuah mobil yang massanya 1000 kg bergerak dengan kecepatan 15 m/s. Berapa energi kinetik yang dimiliki mobil tersebut?

Permasalahan di atas dapat diselesaikan sebagai berikut.

Diketahui:

m = 1000 kg

v = 15 m/s

Ditanyakan : Ek = ……… ?

Jawaban

Ek = ½ m.v2

Ek = ½ 1000 kg.(15 m/s)2

Ek = ½ 1000 kg.225 m2/s2

Ek = 112500 Joule

Jadi energi kinetik yang dimiliki oleh mobil tersebut adalah 112500 joule.

C. Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda akibat adanya pengaruh tempat atau kedudukan dari benda tersebut. Semakin tinggi kedudukan sebuah benda, semakin besar energi potensial gravitasi yang dimiliki oleh benda tersebut. Sebagai contoh, sebuah batu yang berada di atas permukaan tanah tidak berbahaya bagi orang yang berada disekitarnya. Batu tidak memiliki energi potensial relatif terhadap orang yang berada di permukaan tanah. Lain halnya dengan batu yang berada di tebing. Batu di atas tebing memiliki kemampuan merusak benda-benda yang berada dibawahnya jika batu tersebut jatuh.

Secara matematis energi potensial gravitasi dinyatakan sebagai berikut

Ep = m.g.h

keterangan

Ep = energi potensial (Joule)

m = massa dari benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = tinggi benda dari tanah (m)

Contoh Soal:

Buah durian tergantung pada tangkai pohonnya setinggi 8 meter, jika massadurian 2 kg dan percepatan gravitasi 10 m/s2, berapa energi potensial yang dimiliki durian tersebut?

Penyelesaian

Diketahui:

h = 8 meter

m = 2 kg

g = 10 m/s2

Ditanyakan: Ep = ……… ?

Jawaban

Ep = m.g.h

Ep = 2 kg. 10 m/s2. 8 m

Ep = 160 kg m2/s2

Ep = 160 J

Jadi energi potensial yang dimiliki oleh buah durian adalah 160 joule.

Gabungan antara energi kinetik dan energi potensial gravitasi bumi sering pula disebut dengan energi mekanik. Jadi secara matematis energi mekaniksebuah benda dapat dinyatakan sebagai berikut.

EM= Ep + Ek

Keterangan

EM= energi mekanik (Joule)

Ep = energi kinetik (Joule)

Ek = energi kinetik (Joule)

Dengan cara lain, energi mekanik dapat dinyatakan sebagai berikut.

EM=m.g.h+ (1/2)mv2

Keterangan

m = massa benda (kg)

g = percepatan grafitasi(m/s2)

h = ketinggian (m)

v = kecepatan benda (m/s)

Contoh soal

Sebuah benda massanya 1kg dilemparkan dari atas rumah yang tingginya 10m dengan kecepatan 10 m/s. Berapakah energi mekanik yang dimiliki oleh banda sesat setelah dilemparkan?

Jawaban

Diketahui:

m = 1kg

g = 10 m/s2

h = 10 m

v = 10 m/s

Ditanyakan EM?

EM=m.g.h+ (1/2)mv2

EM=1 kg. 10 m/s2. 10 m + (1/2) 1 kg (10 m/s)2

EM=100 J + 50 J= 150 J

Jadi, sesaat setelah dilepaskan benda memiliki energi mekanik sebesar 150 J.

D. Hukum Kekekalan Energi

Sebagaimana telah diketahui, energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Di rumah kita, energi listrik dapat berubah menjadi panas ketika listrik digunakan pada seterika dan kompor. Energi listrik dapat berubah menjadi energi kinetik berupa gerak putar misalnya pada kipas angin dan pompa air. Energi listrik juga dapat berubah menjadi energi cahaya jika digunakan oleh lampu listrik. Meskipun demikian, jumlah energi tidaklah berubah. Bentuk energi berubah dari satu menjadi yang lain namun jumlah

totalnya tetap. Hal ini sering disebut dengan hukum kekekalan energi. Sebagai contoh, kita ingin menentukan kecepatan benda ketika jatuh di tanah pada contoh soal sebelumnya. Sebuah benda massanya 1 kg dilemparkan dari atas rumah yang tingginya 10 m dengan kecepatan 10 m/s. Berapakah kecepatan benda ketika jatuh di tanah?

Energi mekanik benda ketika pada ketinggian 10 meter adalah sebagai berikut.

EM=m.g.h+ (1/2)mv2

EM=1 kg. 10 m/s2. 10 m + (1/2) 1 kg (10 m/s)2

EM=100 J + 50 J= 150 J

Sedangkan energi kinetik yang dimiliki benda sesaat ketika jatuh adalah sebagai berikut.

EM=m.g.h+ (1/2)mv2

EM=1 kg. 10 m/s2. 0 m + (1/2) 1 v2

EM= (1/2) v2

Jika gaya gesekan benda dan udara serta energi yang lain dapat diabaikan, menurut hukum kekekalan energi, energi mekanik di atas (sesaat setelah benda dilemparkan) sama dengan energi kinetik sesaat ketika benda jatuh di atas tanah. Jadi dapat dituliskan sebagai berikut.

EM= (1/2) 1 v2

150 J = (1/2) 1 v2v2= 2 x 150 = 300

v = (300)1/2

Tentu saja hal ini hanyalah angka pendekatan saja. Dalam kenyataannya beberapa energi mekanik benda mungkin akan berubah menjadi energi kalor, energi bunyi atau energi yang lainnya. Hal sebaliknya terjadi jika sebuah benda dilemparkan ke atas dengan kelajuan tertentu. Semakin tinggi kedudukan benda semakin lambat gerak benda. Hal ini terjadi karena sebagian energi kinetik benda berubah menjadi energi potensial.

Latihan

1. Jelaskan perubahan energi listrik yang terjadi di rumah Anda!

2. Sebuah sepeda motor yang massanya 100 kg melaju dengan kecepatan 10 m/s. Berapakah energi kineik yang dimiliki oleh sepeda motor tersebut?

3. Sebuah batu yang massanya 10 kg berada di atas menara yang tingginya 200 m. Berapakah energi potensial gravitasi yang dimiliki oleh batu tersebut relatif terhadap permukaan tanah?

4. Sebuah pesawat terbang yang massanya 2000 kg memiliki kecepatan 100 m/s pada ketinggian 100 m. Berapakah energi mekanik yang dimiliki oleh pesawat tersebut?

5. Sebuah peluru yang massanya 1kg ditembakkan ke atas dari permukaan tanah dengan kecepatan 100 m/s. Tentukan ketinggian maksimum yang dapat dicapai oleh peluru tersebut.

Rangkuman

1. Energi adalah sesuatu yang dimiliki suatu sistem sehingga mampu melakukan usaha.

2. Energi Potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda karena posisinya.

3. Energi kinetik adalah energi gerak yang dinyatakan oleh Ek = ½ m.v2.

4. Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Energi hanya dapat ditransformasi dari satu bentuk ke bentuk lain dengan jumlah total yang selalu tetap.