Pengertian energi mekanik, lengkap dengan rumus, unsur, dan contoh soalnya

Brilio.net - Di kehidupan sehari-hari, kamu pasti telah akrab dengan energi mekanik. Contohnya saat mengendarai sepeda, memukul paku dengan palu, melihat kincir angin, mesin uap, pistol panah mainan, mesin listrik, memutar kenop pintu, dan lain sebagainya. Benda-benda tersebut bergerak menggunakan energi mekanik lho. Lantas apa sih energi mekanik itu?

Merujuk pada Kamus Besar Bahasa Indonesia, energi mekanik terjadi saat suatu objek bergerak atau mengalami perubahan gaya akibat energi yang ditransfer oleh objek lain dan digunakan sebagai energi gerak. Misalnya, gagang pintu yang diam kemudian bergerak maka kanopi pintu tersebut menggunakan energi mekanik.

Supaya kamu lebih paham lagi dengan energi mekanik, berikut brilio.net berikan penjabaran lengkap tentang energi mekanik, lengkap dengan rumus, unsur, dan contoh soalnya. Dihimpun dari berbagai sumber pada Senin (18/9).

Pengertian energi mekanik.

foto: freepik.com

Energi mekanik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena gerak dan posisinya. Energi mekanik merupakan gabungan dari energi kinetik dan energi potensial pada suatu benda. Secara sederhana, suatu benda akan berpindah dari posisi awal ke posisi tujuan didasarkan oleh gerak menggunakan energi mekanik. Sifat suatu energi mekanik nilainya selalu tetap, sementara energi potensial dan energi kinetiknya selalu berubah-ubah.

Energi mekanik sering ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya saat bermain ayunan, memukul bola, atau melompat. Energi mekanik juga dapat berubah menjadi bentuk energi lain, seperti energi bunyi, energi panas, atau energi cahaya.

Rumus energi mekanik:

EM = EK + EP

Keterangan:
EM adalah energi mekanik
EK adalah energi kinetik
EP adalah energi potensial.

Unsur-unsur energi mekanik.

foto: freepik.com

Energi mekanik adalah jumlah dari energi kinetik dan energi potensial pada suatu benda. Oleh karena itu, unsur penting dari energi mekanik adalah sebagai berikut:

- Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena gerakannya. Energi kinetik bergantung pada massa dan kecepatan benda. Rumus energi kinetik adalah EK = 1/2mv², di mana m adalah massa benda (kg), v adalah kecepatan benda (m/s), dan EK adalah energi kinetik (Joule).

- Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena posisi atau keadaannya. Energi potensial bergantung pada jenis gaya yang bekerja pada benda. Ada dua jenis energi potensial, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis.

- Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh benda karena ketinggiannya terhadap permukaan bumi. Energi potensial gravitasi bergantung pada massa, ketinggian, dan percepatan gravitasi benda. Rumus energi potensial gravitasi adalah EP = mgh, di mana m adalah massa benda (kg), g adalah percepatan gravitasi (9,8 m/s²), h adalah ketinggian benda (m), dan EP adalah energi potensial gravitasi (Joule).

- Energi potensial elastis adalah energi yang dimiliki oleh benda karena kemampuannya untuk kembali ke bentuk semula setelah ditarik atau ditekan. Energi potensial elastis bergantung pada konstanta pegas dan perubahan panjang pegas. Rumus energi potensial elastis adalah EP = 1/2kx², di mana k adalah konstanta pegas (N/m), x adalah perubahan panjang pegas (m), dan EP adalah energi potensial elastis (Joule).

Contoh soal energi mekanik.

foto: freepik.com

Soal 1

Sebuah bola dengan massa 0,5 kg dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Tinggi maksimum yang dapat dicapai oleh bola adalah 5 meter di atas titik pelemparan. Berapakah energi mekanik bola saat berada di titik tertinggi dan saat berada di titik pelemparan?

Penyelesaian:
Diketahui massa bola m = 0,5 kg, kecepatan awal bola V0 = 10 m/s, tinggi maksimum bola h = 5 m, percepatan gravitasi g = 9,8 m/s².

Rumus energi mekanik:
EM = EK + EP

Ket:
EK adalah energi kinetik
EP adalah energi potensial

Rumus energi kinetik adalah EK = 1/2mv², di mana v adalah kecepatan benda.

Rumus energi potensial gravitasi adalah EP = mgh, di mana h adalah ketinggian benda.

Saat berada di titik tertinggi, kecepatan bola menjadi nol, sehingga energi kinetiknya juga menjadi nol. Maka, energi mekanik bola saat berada di titik tertinggi hanya terdiri dari energi potensialnya saja.

EMt = EKt + EPt
EMt = 0 + mgh
EMt = 0,5 x 9,8 x 5
EMt = 24,5 J

Saat berada di titik pelemparan, ketinggian bola sama dengan nol, sehingga energi potensialnya juga menjadi nol. Maka, energi mekanik bola saat berada di titik pelemparan hanya terdiri dari energi kinetiknya saja.

EMp = EKp + EPp
EMp = 1/2mv² + 0
EMp = 1/2 x 0,5 x 10²
EMp = 25 J

Jadi, energi mekanik bola saat berada di titik tertinggi adalah 24,5 J dan saat berada di titik pelemparan adalah 25 J.

Soal 2

Sebuah benda dengan massa 2 kg dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 8 m/s. Berapakah energi mekanik benda saat berada pada ketinggian 3 meter?

Penyelesaian:
Diketahui massa benda m = 2kg, kecepatan awal benda v0 = 8 m/s, ketinggian benda h = 3 m, percepatan gravitasi g = 9,8 m/s².

Rumus energi mekanik adalah EM = EK + EP, di mana EK adalah energi kinetik dan EP adalah energi potensial.

Rumus energi kinetik adalah EK = 1/2mv², di mana v adalah kecepatan benda.

Rumus energi potensial gravitasi adalah EP = mgh, di mana h adalah ketinggian benda.

Untuk mencari kecepatan benda saat berada pada ketinggian 3 meter, kita bisa menggunakan rumus persamaan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) sebagai berikut:

v² = v0² + 2gh
v² = 8² + 2 x (-9,8) x 3
v² = 64 - 58,8
v² = 5,2
v = √5,2
v ≈ 2,28 m/s

Maka, energi mekanik benda saat berada pada ketinggian 3 meter adalah:

EM = EK + EP
EM = 1/2mv² + mgh
EM = 1/2 x 2 x 2,28² + 2 x 9,8 x 3
EM = 1,04 + 58,8
EM = 59,84 J

Jadi, energi mekanik benda saat berada pada ketinggian 3 meter adalah 59,84 J.

Soal 3

Sebuah benda dengan massa 0,2 kg dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 15 m/s. Berapakah energi mekanik benda saat berada pada ketinggian maksimum?

Penyelesaian:

Diketahui massa benda m = 0,2 kg, kecepatan awal benda v0 = 15 m/s, percepatan gravitasi g = 9,8 m/s².

Rumus energi mekanik adalah EM = EK + EP, di mana EK adalah energi kinetik dan EP adalah energi potensial.

Rumus energi kinetik adalah EK = 1/2mv², di mana v adalah kecepatan benda.

Rumus energi potensial gravitasi adalah EP = mgh, di mana h adalah ketinggian benda.

Saat berada pada ketinggian maksimum, kecepatan benda menjadi nol, sehingga energi kinetiknya juga menjadi nol. Maka, energi mekanik benda saat berada pada ketinggian maksimum hanya terdiri dari energi potensialnya saja.

Untuk mencari ketinggian maksimum benda, kita bisa menggunakan rumus persamaan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) sebagai berikut:

v² = v0²+ 2gh
0 = v0² + 2gh
v0² = 2gh
h = - v²/2g
h = - (15)² / (2 x (-9,8))
h = 11,48 m

Maka, energi mekanik benda saat berada pada ketinggian maksimum adalah:

EMmaks = EKmaks + EPmaks
EMmaks = 0 + mgh
EMmaks = 0 + 0,2 x 9,8 x 11,48
EMmaks = 22,46 J

Jadi, energi mekanik benda saat berada pada ketinggian maksimum adalah 22,46 J.