Energi dan Usaha

Konsep dasar energi dan usaha pada fisika
Konsep dasar energi dan usaha pada fisika.
Daftar Isi

Energi

Prinsip energi sendiri memang cukup abstrak, untuk mengerucutkannya, saya (mewakili juga tim ISENG Belajar) punya pandangan. Untuk merubah suatu keadaan tertentu kita hanya punya dua cara, yaitu melepas suatu kuantitas atau menerima kuantitas.

Diperlukan Untuk Melakukan Perubahan

Keadaan yang dimaksud tidak harus dalam bentuk gerak (ada perubahan posisi), bisa juga suhu (perubahan panas), dan lain-lain. Nah, kuantitas yang dimaksud ini adalah energi.

Sebagai contoh ketika kita mengendarai motor, untuk menggerakannya (jadi energi gerak), maka kita perlu energi dari bahan bakar. Untuk memberhentikannya kita perlu rem (berubah menjadi energi panas), di sini kita lihat selalu ada energi yang terlibat dalam proses perubahan keadaan.

Dari contoh yang lebih sederhana lagi, yang sering kita lakukan yaitu berjalan. Atau gak usah berjalan deh, kita menggerakkan tangan pun sudah termasuk memerlukan energi, yakni dalam bentuk kalori. Meskipun yang satu ini jumlahnya tidak terlalu banyak, tapi tetap ada yang perlu kita "bayar" untuk melakukannya.

Energi Kinetik

Jika tukang iseng teliti, coba perhatikan kalimat sebelumnya. Dalam kondisi ideal, misal kita abaikan gaya gesek udara (drag), gesekkan pada mesin, dan sebagainya.

Apa yang terjadi ketika motor tidak kita rem? Tentu motor akan terus melaju. Dan saat kita rem, piringan cakram akan terasa panas. Berlaku juga untuk kendaraan dengan mekanisme yang serupa.

Berbeda ketika kendaraan diam kemudian kita rem, tentu tidak akan terasa panas. Mengingat panas itu energi, artinya di sini ada energi yang tersimpan pada objek yang bergerak. Dan energi tersebut dinamakan sebagai energi kinetik.

"Kekuatan" yang diperlukan untuk memberhentikan motor dan mobil tentu berbeda, artinya energi yang diperlukan untuk memberhentikannya beda, begitu juga untuk menggerakkannya. Maksudnya begini, mobil yang kita ketahui mempunyai bobot yang lebih besar ketimbang motor, tidak mungkin menggunakan rem yang sama ya gak?

Ada "upaya" yang lebih untuk memberhentikan mobil meskipun kelajuannya sama seperti motor.

Rumus Energi Kinetik

Berarti ada massa yang terlibat di sini, dan karena setiap objek yang bergerak pasti memiliki kelajuan. Mungkin bisa dipahami jika persamaannya energi kinetik K adalah (bukan alasan utama).

K = \frac{mv^2}{2}

Di mana:

  • m adalah massa objek.
  • v adalah kelajuan objek.

Berikut adalah ilustrasinya, benda dengan massa m dengan kelajuan v.

Benda bermassa yang bergerak memiliki energi kinetik

Baik energi kinetik (K) dan semua jenis energi mempunyai satuan \text{J} atau \text{joule} yakni setara dengan \text{kg}\,\text{m}^2\text{s}^{-2}.

Usaha

Energi dapat mengkuantifikasi kapasitas suatu objek untuk merubah keadaan. Sehingga sejatinya, energi berpindah dari satu bentuk, misal panas, menjadi bentuk lainnya contohnya gerak.

Menarik untuk diketahui, seberapa besar energi yang ditransfer dalam suatu proses. Proses yang dimaksud adalah usaha.

Rumus Usaha

Secara umum, usaha W dapat diekspresikan dalam persamaan matematis sebagai berikut.

W = \Delta E = E_f - E_i

Di mana:

  • E_f merupakan energi pada keadaan akhir.
  • E_i merupajan energi pada keadaan awal.

Hubungannya Dengan Gaya

Konsep energi dan usaha ini saling berkaitan, bahkan persamaan sebelumnya mengenai energi kinetik dapat diturunkan dari persamaan di atas. Terdapat satu persamaan lagi yang tentang usaha ini, yaitu.

W = F\Delta s

Di mana:

  • F adalah gaya yang diberikan pada suatu objek.
  • \Delta s adalah total perpindahan yang dialami objek.
Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya pada benda bermassa

Perhatikan kembali, istilah transfer pada penjelasan sebelumya memicu adanya istilah menerima dan memberi. Berdasarkan persamaan usaha, apabila suatu objek menerima energi maka usaha yang dilakukan bernilai positif karena energi akhir E_f lebih besar. Dan sebaliknya, jika usahanya negatif, artinya ada energi yang diterima oleh suatu objek.

Perbedaan Usaha Dengan Energi

Saking miripnya konsep ini dengan energi, bahkan satuannya pun sama yaitu sama-sama J. Lantas apa yang membedekannya?

Jika diperhatikan persamaan usaha yang pertama, kita hanya memperlihatkan dua kondisi, yaitu energi awal dengan energi akhir. Berdasarkan hal tersebut, maknannya berarti kita memperhatikan seberapa besar "efektifkah" proses transfer energi yang dilakukan.

Jadi meskipun misal, energi yang kita berikan kepada suatu benda sebesar E, tapi bisa jadi tidak semua energi tersebut diberikan kepada benda, mungkin saja ada yang berubah jadi panas atau yang lainnya.

Karena benda memiliki energi akhir E_f, maka energi efektif yang diberikan hanyalah sebesar selisih antara energi akhir dan awalnya.

Energi Potensial

Pernah gak tukang iseng dengan sengaja ngelepasin barang dari ketinggian? Kemudian barang itu jatuh.

Muncul Karena Perbedaan Ketinggian

Jika diteliti, benda tersebut dari mulanya diam kemudian menjadi bergerak alias memiliki energi kinetik.

Ada satu hal yang perlu diketahui bahwa, energi adalah kekal, tidak bisa diciptakan maupun dimusnahkan, energi hanya berpindah dari wujud ke wujud lainnya.

Berangkat dari pedoman di atas, tentu benda yang berada di ketinggian sebelumnya pasti memiliki energi. Pertanyaanya, energi apa kah itu?

Energi tersebut dinamakan energi potensial, energi ini muncul karena adanya perbedaan ketinggian dan dipengaruhi oleh gravitasi.

Energi potensial karena ada perbedaan ketinggian

Rumus Energi Potensial

Sekarang perhatikan, ada gravitasi, ada ketinggian, objek memiliki massa. Maka dari itu, semoga dapat dipahami mengapa energi potensial U diekspresikan ke dalam persamaan sebagai berikut (bukan alasan utama).

U = mgh

Di mana:

  • m (kg) merupakan massa benda.
  • g (m/s^2) merupakan percepatan gravitasi.
  • h (m) merupakan ketinggian benda dari permukaan bumi.

Hukum Kekekalan Energi

Tadi sempat disinggung bahwa, ada satu hal yang dipegang mengenai konsep energi, yaitu sifatnya yang kekal. Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, hanya bisa berubah dari satu wujud ke wujud lainnya.

Terdapat sudut pandang lain melihat hukum kekekalan ini yaitu pada sebuah sistem tertutup (mengabaikan faktor-faktor luar). Apabila kita mempunyai sistem yang tertutup , sebagai contoh seperti pada gerak jatuh bebas sebelumnya. Besar energi tiap saat pada benda tersebut selalu bernilai sama.

Ketika benda tersebut tepat hampir menyentuh tanah, energi kinetik yang dimilikinya setara dengan energi potensialnya pada saat dijatuhkan. Secara umum besar energi yang selalu sama pada tiap posisinya dapat direpresentasikan oleh persamaan matematis sebagai berikut

K_1 + U_1 = K_2 + U_2 .
Label

Komentar

Search icon