tirto.id - Hukum kekekalan energi merupakan salah satu tema yang dipelajari dalam mata pelajaran Fisika. Lantas, apa yang dimaksud dengan hukum kekekalan energi?
Secara ringkas, hukum kekekalan energi adalah salah satu hukum fisika yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Energi hanya dapat berpindah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Contoh penerapan hukum kekekalan energi adalah saat memainkan musik melalui speaker. Saat mendengarkan musik, energi tidak diciptakan atau dimusnahkan, melainkan berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, misalnya dari energi listrik menjadi energi bunyi.
Untuk memahami lebih lanjut tentang hukum kekekalan energi, simak penjelasan di bawah ini yang membahas secara mendalam mengenai rumus hukum kekekalan energi mekanik dan contoh soalnya.
Konsep Kekekalan Energi
Konsep kekekalan energi pertama kali dikemukakan oleh James Prescott Joule, fisikawan asal Inggris.
Dalam buku Fisika 2 untuk SMA dan MA Kelas XI (2009) oleh Sarwono, dkk., dijelaskan, hukum kekekalan energi merupakan suatu prinsip dalam bidang fisika yang menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan, melainkan berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Prinsip kekekalan energi menegaskan bahwa total nilai energi dalam suatu sistem bersifat tetap, baik sebelum maupun setelah terjadi perubahan. Hukum kekekalan energi didasarkan pada syarat bahwa total energi dalam suatu sistem terisolasi secara konstan sepanjang waktu.
Pemahaman terkait hukum kekekalan energi memberikan landasan penting dalam menjelaskan perubahan energi di berbagai fenomena fisika. Lantas, bagaimana penerapan hukum kekekalan energi dalam kehidupan sehari hari?
Hukum kekekalan energi dapat diterapkan dalam berbagai situasi sehari-hari, seperti konversi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Contoh perubahan energi listrik menjadi panas pada setrika. Selain itu, contoh lain penerapan hukum kekekalan energi pada saat lampu digunakan terjadi perubahan dari energi listrik menjadi energi cahaya,
Joule membagi energi menjadi tiga jenis utama, yaitu energi potensial (terkait dengan posisi objek), energi mekanik (terkait dengan posisi dan gerak objek), dan energi kinetik (energi yang diperlukan untuk menggerakkan objek oleh massa tertentu).
Jenis Kekekalan Energi
Menjawab pertanyaan hukum kekekalan energi ada berapa, telah dijelaskan sebelumnya bahwa jenis kekekalan energi ada tiga, yakni kekekalan energi potensial, energi mekanik, dan energi kinetik. Melansir dari “Modul 4 Energi yang Berusaha” (2017) terbitan Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, berikut penjelasan mengenai jenis kekekalan energi.
1. Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda ketika bergerak atau memiliki kecepatan. Energi kinetik dapat diilustrasikan melalui peristiwa benda bergerak atau kendaraan yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
2. Energi potensial
Energi potensial muncul ketika suatu benda berada pada posisi tertentu, seperti ketinggian atau dalam medan gravitasi. Misalnya, benda yang diangkat ke atas memiliki energi potensial yang dapat dirilis ketika benda tersebut jatuh.
3. Energi mekanik
Energi mekanik mencakup energi kinetik dan potensial. Energi mekanik terkait dengan gerak atau posisi suatu benda. Dalam suatu sistem, energi mekanik total adalah jumlah dari energi kinetik dan potensial.
Rumus Kekekalan Energi Mekanik, Kinetik, dan Potensial
Mengutip dari “Modul 4 Energi yang Berusaha” (2017), berikut rumus kekekalan energi, yang mencakup energi mekanik, kinetik, dan potensial.
1. Rumus hukum kekekalan energi mekanik
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa jumlah energi mekanik tetap sama selama tidak ada gaya dari luar benda yang mempengaruhinya. Persamaan kekekalan energi mekanik tidak lepas dari energi kinetik dan potensial. Berikut rumus hukum kekekalan energi mekanik.
| Em1 = Em2 |
Keterangan:
- Em1: energi mekanik awal
- Em2: energi mekanik akhir (J)
| Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2 |
Keterangan:
- Ek1: energi kinetik awal
- Ek2: energi kinetik akhir (J)
- Ep1: energi potensial awal
- Ep2: energi potensial akhir (J)
2. Rumus hukum kekekalan energi kinetik
Energi kinetik yang bergantung pada kecepatan, dapat dinyatakan dalam rumus sebagai berikut.
| Ek = ½ mv2 |
Keterangan:
- Ek: energi kinetik
- m: massa benda (kg)
- v: kecepatan (m/s)
- Ek: energi kinetik (J)
3. Rumus hukum kekekalan energi potensial
Rumus energi potensial yang disebabkan oleh perubahan panjang disebut dengan energi potensial elastis. Contohnya adalah orang menarik busur dan pegas yang terdapat di sebuah pena. Rumusnya adalah sebagai berikut.
| Ep = ½ k x2 |
Keterangan
- Ep: Energi potensial
- k: tetapan elastisitas pegas (N/m)
- x: perubahan panjang benda (m)
Sementara itu, energi potensial yang disebabkan karena kedudukannya terhadap permukaan bumi dinamakan energi potensial gravitasi. Contohnya adalah air terjun yang kemudian dijadikan sebagai sumber PLTA, serta kelapa yang jatuh dari pohonnya. Rumus energi potensial gravitasi adalah:
| Ep = m.g.h |
Keterangan:
- Ep: Energi potensial
- m: massa benda (kg)
- g: percepatan gravitasi (m/s)
- h: kedudukan benda terhadap permukaan bumi (m)
Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Untuk memahami lebih lanjut, berikut adalah contoh soal hukum kekekalan energi mekanik beserta pembahasannya.
1. Sebuah pegas memiliki energi potensial elastis 50 J saat diregangkan. Jika pegas dilepaskan, berapa besar energi kinetik yang dimilikinya saat mencapai titik keseimbangan?
Jawaban: Energi kinetik saat mencapai titik keseimbangan dapat dihitung dengan menggunakan hukum kekekalan energi. Rumusnya adalah energi potensial elastis awal = energi kinetik akhir.
Energi kinetik (Ek) saat mencapai titik keseimbangan = Energi potensial elastis awal
Ek = 50 J
Jadi, energi kinetik pegas saat mencapai titik keseimbangan adalah 50 joule.
2. Benda bermassa 5 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Besarnya energi potensial di titik tertinggi yang dicapai oleh benda tersebut adalah…
Pembahasan:
Diketahui m = 5 kg dan v = 10 m/s
Ep2 = Ek1
= ½ mv2
= ½ x 5 x 102
= 250 Joule
Jadi, energi potensial pada titik tertinggi yang dicapai oleh benda bermassa 5 kg dengan kecepatan awal 10 m/s adalah 250 Joule.
3. Sebuah bola dengan massa 0.5 kg dilempar ke atas dengan kecepatan 10 m/s. Berapa tinggi maksimum bola tersebut dapat mencapai?
Jawaban:
Ek = Ep
1/2 m.v2 = m.g.h
Kita bisa menyederhanakan rumus di atas dengan cara menghapus massa (m) yang ada di kedua ruas.
1/2 v2 = g.h
Yang ingin kita cari adalah tinggi, disimbolkan dengan h. Maka, rumusnya kita ubah menjadi:
h = (1/2 v2)/g
h = [1/2 (10m/s)2]/9,8m/s2
h ≈ 25/9,8 m
h ≈ 2,55m
Jadi, tinggi maksimum bola tersebut dapat mencapai sekitar 2,55 meter di atas titik.
Penulis: Umi Zuhriyah
Editor: Fadli Nasrudin
