Rumus Energi Mekanik: Komponen dan Contoh Perhitungannya

Seperti penjelasan sebelumnya, energi mekanik memiliki dua komponen lain yang mengidentifikasinya, yaitu energi kinetik dan potensial. Dalam hal ini, jika suatu benda bergerak, maka energi potensialnya akan dianggap nol. Sebaliknya, energi kinetik akan menjadi nol apabila energi dalam keadaan diam. Untuk mengenal rumus energi mekanik lebih lanjut, berikut adalah dua komponen yang ada di dalamnya, yaitu:

Suatu benda jika memiliki energi yang dipengaruhi karena geraknya, maka hal ini termasuk ke dalam energi kinetik. Artinya, energi kinetik suatu benda akan terus meningkat seiring dengan kecepatan geraknya. Adapun rumus energi kinetik adalah sebagai berikut:

Ek = 1/2 × m × V²

Keterangan:

Ek = Energi kinetik dalam satuan Joule (J)

m = Massa benda dalam satuan kilogram (kg)

V = Kecepatan benda dalam satuan meter per detik (m/s)

Berbeda dari energi kinetik, energi potensial merupakan energi yang tersimpan atau dimiliki suatu benda karena posisi terhadap acuannya. Dalam hal ini, energi potensial dibedakan menjadi energi potensial gravitasi dan elastis.

Energi potensial gravitasi dapat muncul pada suatu benda karena ketinggiannya terhadap sebuah bidang datar seperti tanah atau bumi. Sementara energi potensial elastis bisa diperoleh dari kecenderungan benda untuk kembali ke posisi semula. Berikut adalah rumusnya:

Ep = m × g × h

Keterangan:

Ep = Energi potensial 

m = Massa benda (kg)

g = Percepatan gravitasi

h = Ketinggian yang dimiliki suatu benda (m)

Jika dilihat dari hukum kekekalan energi mekanik, dikatakan bahwa suatu benda akan bernilai sama di posisi mana pun selama tidak ada gaya luar yang memengaruhinya. Perlu diketahui, bahwa rumus energi mekanik adalah cara mencari tahu jumlah dari energi kinetik dan energi potensial yang jumlahnya tetap atau konstan.

Misalnya, sebuah bola basket akan dilempar langsung ke atas dengan lurus. Pada awalnya, bola tersebut memiliki kecepatan yang cukup besar, tetapi semakin lama kecepatan (energi kinetiknya) menjadi berkurang, namun tingginya semakin bertambah. Untuk itu, energi potensialnya akan meningkat.

Pada saat sudah berada di puncak, bola tersebut akan berhenti sejenak di mana energi kinetik menjadi nol, sementara energi potensialnya berada di titik maksimal. Namun, ketika benda tersebut turun, energi kinetik yang dimiliki bola meningkat kembali, sementara itu ketinggian (energi potensialnya) menjadi berkurang.

Sementara itu, ketika akan jatuh mencapai posisi tanah, kecepatan yang dimiliki bola akan kembali seperti semula dengan ketinggian yang semakin berkurang. Artinya, selama bola menempuh lintasan yang sama, maka terdapat peran energi kinetik dan potensial, namun jumlahnya akan selalu tetap dan konstan. Untuk lebih jelasnya, berikut ini adalah rumus energi mekanik yang perlu kamu ketahui. 

E = Ep + Ek = Tetap atau konstan

Keterangan:

E = Energi mekanik (J)

Ep = Energi potensial (J)

Ek = Energi kinetik (J)

Agar bisa lebih memahami penggunaan rumus energi, simak contoh soal dan perhitungannya dikutip dari buku bahan ajar Kemendikbud dan IPA TERPADU : - Jilid 2B oleh Mikrajuddin, dkk. berikut ini.

1. Joni berdiri di atas meja setinggi 0.75 m. Kemudian, ia meletakkan sebuah buku di atas kepalanya dengan berat 0.25 kg. Berapa besar energi potensial gravitasi buku terhadap meja jika tinggi badan Joni 165 cm?

Diketahui:

m = 0.25 kg
g = 10
h = 165 cm : 100 → 1.65 m

Dengan menggunakan rumus energi potensial, maka perhitungannya adalah sebagai berikut:

Ep = m × g × h

Ep = 0.25 × 10 × 1.65

Ep = 4.125 Joule

Dengan demikian, besar energi potensial gravitasi buku terhadap meja adalah sebesar 4.125 Joule.

2. Terdapat seorang anak dengan massa sebesar 50 kg naik yang menaiki truk terbuka. Kecepatan yang dimiliki truk tersebut adalah 108 km/jam. Berapa jumlah energi kinetik yang dimiliki anak itu?

Diketahui:

m = 50 kg
v² = 108 km/jam → 108.000/3600 detik = 30 m/s

Dengan menggunakan rumus energi kinetik, maka perhitungannya adalah sebagai berikut:

Ek = 1/2 × m × v²

Ek = 1/2 × 50 × 30²

Ek = 22.500 Joule

Ek = 22.500: 1000 = 22.5 kJ

Maka, jumlah energi kinetik yang dimiliki anak tersebut adalah sebesar 22.500 J atau 22.5 kJ.

3. Ada sebuah apel jatuh dari pohon dengan massa sebesar 300 gram jatuh dari ketinggian 10 meter. Berapa besar energi mekanik yang dimiliki apel jika memiliki gravitasi sebesar 10 m/s²?

Diketahui:

Massa benda/m = 300 gram (0,3 kg)
Gravitasi/g = 10 m/s2
Ketinggian/h = 10 m

Dari contoh soal tersebut, apel yang jatuh dari pohon tidak diketahui berapa kecepatannya, maka dapat diasumsikan bahwa energi kinetiknya bernilai nol (Ek = 0). Untuk itu, perhitungannya adalah sebagai berikut:

Em = Ep + Ek

Em = Ep + 0

Em = m × g × h + 0

Em = 0,3 kg × 10 × 10 + 0

Em = 30 Joule

Maka, dapat disimpulkan bahwa energi mekanik apel yang jatuh dari pohon tersebut adalah sebesar 30 Joule.

Demikian penjelasan mengenai rumus energi mekanik, komponen-komponen, serta contoh perhitungannya. Bagaimana, sekarang kamu sudah mengerti cara menghitung benda bergerak dengan menggunakan rumus energi mekanik? Jika masih belum, tak masalah. Jangan berkecil hati. Pelajari kembali dengan pelan-pelan karena memang belajar Fisika butuh ketenangan dan fokus. Semangat belajar, ya!

Penulis: Muti'ah Nur Rahmah