Energi dan Usaha

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

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.

Keadaan yang dimaksud tidak harus dalam bentuk gerak, bisa juga suhu, 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 (jadi energi panas), di sini kita lihat selalu ada energi yang terlibat dalam proses perubahan keadaan.

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 energi kinetik.

"Kekuatan" yang diperlukan untuk rem motor dan mobil tentu berbeda, artinya energi yang diperlukan untuk memberhentikannya beda, begitu juga untuk menggerakkannya.

Berarti ada massa 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 bermassa yang bergerak memiliki energi kinetik

Energi kinetik (dan semua jenis energi) K mempunyai satuan J atau joule atau kg\,m^2 s^{-2}

Usaha

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

Menarik untuk diketahui, seberapa besar energi yang ditransfer dalam suatu proses.

Proses yang dimaksud adalah usaha.

Jadi 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.

Konsep energi dan usaha ini saling berkaitan, bahkan persamaan sebelumnya mengenai energi kinetik dapat diturunkan dari persamaan di atas. Dengan mengenal satu persamaan lagi 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

Bahkan satuannya pun sama yaitu sama-sama J.

Perhatikan kembali, istilah transfer 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.

Energi Potensial

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

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 tuh?

Energi tersebut dinamakan energi potensial karena gravitasi.

Energi potensial karena ada perbedaan ketinggian

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
< Materi SebelumnyaKonsep Elektrostatika
Search icon