Energi potensial pegas merupakan energi yang dalam pegas saat diregangkan atau dipendekkan

Energi potensial adalah energi yang mempengaruhi benda karena posisi (ketinggian) benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak terhingga dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut. Satuan SI untuk mengukur usaha dan energi adalah Joule (simbol J). Energi potensial juga bisa dimiliki oleh benda dalam keadaan tertekan seperti panah yang akan dilepaskan dari busurnya.[1]

Energi potensial

Dalam panahan, energi berpindah dari energi potensial dari pemanah menjadi energi kinetik pada panah ketika dilepaskan.

Simbol umumPE, U, or VSatuan SIjoule (J)Turunan dari
besaran lainnyaU = m · g · h (gravitasi)

U = ½ · k · x2 (elastis)
U = C · V (listrik

U = -m · B (magnet)

Gravitasi bumi, salah satu gaya yang menimbulkan energi potensial.

Energi potensial dari kereta roller coaster akan maksimum saat berada pada lintasan tertinggi.

Sebutan "energi potensial" pertama kali dikemukakan oleh seorang teknik dan fisikawan berkebangsaan Skotlandia, William Rankine.[2][3]

Contoh sederhana energi ini adalah jika seseorang membawa suatu batu ke atas bukit dan meletakkannya di sana, batu tersebut akan mendapat energi potensial gravitasi. Jika kita meregangkan suatu pegas, kita dapat mengatakan bahwa pegas tersebut membesar & memanjang berarti pegas tersebut mendapatkan energi potensial elastik.

Berbagai jenis energi dapat dikelompokkan sebagai energi potensial. Setiap bentuk energi ini dihubungkan dengan suatu jenis gaya tertentu yang bekerja terhadap sifat fisik tertentu suatu materi (seperti massa, muatan, elastisitas, suhu, dll). Energi potensial gravitasi dihubungkan dengan gaya gravitasi yang bekerja terhadap massa benda; energi potensial elastik terhadap gaya elastik yang bekerja terhadap elastisitas objek yang berubah bentuk; energi potensial listrik dengan gaya Coulomb; gaya nuklir kuat atau gaya nuklir lemah yang bekerja terhadap muatan elektrik pada objek; energi potensial kimia, dengan potensial kimia pada suatu konfigurasi atomik atau molekular tertentu yang bekerja terhadap struktur atomik atau molekular zat kimia yang membentuk objek dan juga energi potensial termal dengan gaya elektromagnetik yang berhubungan dengan suhu objek.

Pegas digunakan untuk menyimpan energi potensial elastis

Energi potensial elastis adalah energi potensial dari sebuah benda elastis (contohnya adalah busur panah) yang mengalami perubahan bentuk karena adanya tekanan atau kompresi. Akibatnya adalah akan ditimbulkannya gaya yang akan berusaha untuk mengembalikan bentuk benda tersebut ke bentuk awalnya. Jika tekanan/renggangan ini dilepas, maka energi ini akan berpindah menjadi energi kinetik.

Kalkulasi dari energi potensial elastis

Energi potensial elastis tersimpan di dalam pegas yang direnggangkan dapat dihitung dengan menemukan usaha yang diperlukan untuk merenggangkan pegas tersebut sejauh x dari panjang asli pegas sebelum direnggangkan:

U e = − ∫ F → ⋅ d x → {\displaystyle U_{e}=-\int {\vec {F}}\cdot d{\vec {x}}}

sebuah pegas ideal akan mengikuti aturan Hukum Hooke:

F = − k x {\displaystyle {F=-kx}\,}

Usaha yang dilakukan (dan energi potensial yang tersimpan) dapat dinyatakan dalam:

U e = − ∫ F → ⋅ d x → = − ∫ − k x d x = 1 2 k x 2 . {\displaystyle U_{e}=-\int {\vec {F}}\cdot d{\vec {x}}=-\int {-kx}\,dx={\frac {1}{2}}kx^{2}.}

Satuannya adalah Joule.

Persamaan ini sering digunakan dalam perhitungan posisi kesetimbangan mekanis. Persamaan lainnya dapat dilihat di energi potensial elastis.

Catatan 1: Parameter yang dimaksud dapat berupa posisi, temperatur, medan listrik dan muatan listrik, medan magnetik, konsentrasi zat, massa, dan lain-lain.

^ C., Giancoli, Douglas (2016). Physics. Pearson Australia Pty Ltd. OCLC 1027159124.
^ William John Macquorn Rankine (1853) "On the general law of the transformation of energy," Proceedings of the Philosophical Society of Glasgow, vol. 3, no. 5, pages 276-280; reprinted in: (1) Philosophical Magazine, series 4, vol. 5, no. 30, pages 106-117 (February 1853); and (2) W. J. Millar, ed., Miscellaneous Scientific Papers: by W. J. Macquorn Rankine, ... (London, England: Charles Griffin and Co., 1881), part II, pages 203-208.
^ Smith, Crosbie (1998). The Science of Energy - a Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain. The University of Chicago Press. ISBN 0-226-76420-6.

Wikibuku Rumus-Rumus Fisika Lengkap memiliki halaman berjudul

Energi

Diperoleh dari "https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_potensial&oldid=19460180"

K-3 Kelas X FISIKA USAHA DAN ENERGI TUJUAN PEMBELAJARAN Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan sebagai berikut.. Memahami konsep usaha dan energi.. Menjelaskan hubungan antara usaha dan energi. 3. Memahami konsep daya. A. Usaha Usaha merupakan hasil perkalian skalar antara gaya F dan perpindahan s yang terjadi. Secara matematis, usaha dirumuskan sebagai berikut. W = F s Keterangan: W = usaha (J); F = gaya (N); dan s = perpindahan benda (m). Usaha dibedakan menjadi dua, yaitu usaha positif dan usaha negatif. Usaha positif terjadi jika gaya yang bekerja searah dengan perpindahan benda, sedangkan usaha negatif terjadi jika gaya yang bekerja berlawanan arah dengan perpindahan benda.

. Usaha pada Bidang Datar F θ s Jika sudut yang dibentuk oleh gaya F dan perpindahan benda s adalah θ, maka usaha yang terjadi dapat dirumuskan sebagai berikut. W = (F cos θ) s W = F s cos θ. Usaha pada Bidang Miring s mg sin θ θ mg mg cos θ Jika benda terletak pada bidang miring licin seperti gambar di atas, maka usaha yang dilakukan dapat dirumuskan sebagai berikut. W = (mg sin θ) s W = mgs sin θ Contoh Soal Gaya sebesar 80 N bekerja pada sebuah benda. Jika arah gaya membentuk sudut 30 o terhadap bidang horizontal dan benda berpindah sejauh 50 m, maka besarnya usaha yang dilakukan oleh benda tersebut adalah... 3 = 7, ( )

F = 80 N s = 50 m θ = 30 o Ditanya: W =...? Permasalahan pada soal dapat digambarkan sebagai berikut. 30 o 80 N 50 m Dengan demikian, diperoleh: W = Fcos30 s = 80 3 50 = 000 3 3400 J Jadi, besarnya usaha yang dilakukan oleh benda adalah 3400 J. Contoh Soal Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 7 m. Jika benda mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar 0 N, maka besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya gesek tersebut adalah... f g = 0 N s = 7 m Ditanya: W =...? Oleh karena arah gaya gesek berlawanan dengan perpindahan benda, maka usaha yang 3

dilakukan merupakan usaha negatif. Besarnya usaha negatif tersebut dapat ditentukan sebagai berikut. W = f g. s = 0 (7) = 840 J Jadi, besarnya usaha oleh gaya gesek tersebut adalah 840 J. 3. Menghitung Usaha dari Grafik Selain menggunakan persamaan, usaha juga dapat dihitung melalui grafik, yaitu grafik antara gaya dan perpindahan (F-s). Perhatikan gambar berikut. F(N) I 0 II s(m) Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa usaha yang dilakukan sama dengan luas daerah yang dibatasi oleh grafik dan sumbu s. Usaha bernilai positif jika luas daerah berada di atas sumbu s dan bernilai negatif jika luas daerah berada di bawah sumbu s. Dengan demikian, besarnya usaha yang dilakukan berdasarkan grafik tersebut adalah sebagai berikut. W = Luas I Luas II = Luas trapesium Luas segitiga B. Energi Energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha. Energi bersifat kekal dan dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Berikut ini merupakan beberapa jenis energi dan formulasinya.. Energi Kinetik Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda karena gerakan atau kecepatannya. Secara matematis, energi kinetik dirumuskan sebagai berikut. 4

EK = m v Keterangan: EK = energi kinetik (J); m = massa benda (kg); dan v = kecepatan benda (m/s ).. Energi Potensial Energi potensial merupakan energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukannya. Secara matematis, energi potensial dirumuskan sebagai berikut. EP = mgh Keterangan: EP = energi potensial (J); m = massa benda (kg); g = percepatan gravitasi (m/s ); dan h = ketinggian benda dari acuan (m). 3. Energi Potensial Pegas Energi potensial pegas merupakan energi yang tersimpan dalam pegas saat diregangkan atau dipendekkan. Secara matematis, energi potensial pegas dirumuskan sebagai berikut. ( ) EP = k x Keterangan: EP = energi potensial pegas (J); k = konstanta pegas (N/m); dan Δx = perubahan panjang pegas (m). 4. Energi Mekanik Energi mekanik merupakan jumlah energi potensial dan energi kinetik. Energi mekanik suatu benda akan bernilai tetap jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut. Inilah yang disebut dengan hukum kekekalan energi mekanik. Secara matematis, energi mekanik dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: EM = EP + EK EM = energi mekanik (J); EP = energi potensial (J); dan EK = energi kinetik (J). 5

Contoh Soal 3 Sebuah benda bermassa 0,5 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s. Hitunglah energi potensial benda saat benda mencapai titik tertinggi. m = 0,5 kg v o = 40 m/s Ditanya: EP =...? Oleh karena benda mengalami gerak vertikal ke atas, maka berlaku: v = v gh t 0 Saat benda mencapai titik tertinggi, maka v t = 0. 0 = 40.0.h 0 h = 600 h = 80 m Dengan demikian, energi potensial benda dapat ditentukan sebagai berikut. EP = m.g.h = 0,5. 0. 80 = 400 J Jadi, energi potensial benda saat benda mencapai titik tertinggi adalah 400 J. C. Hubungan Usaha dan Energi. Usaha dan Energi Kinetik Usaha dapat diartikan sebagai perubahan energi kinetik pada suatu benda. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut. ( ) W = EK = EK EK = m v v 6

. Usaha dan Energi Potensial Usaha dapat pula diartikan sebagai perubahan energi potensial. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut. ( ) W = EP = EP EP = mg h h Contoh Soal 4 Sebuah benda bermassa 5 kg jatuh bebas dari ketinggian meter di hamparan pasir. Jika benda masuk sedalam cm ke dalam pasir sebelum berhenti, maka besar gaya gesek yang dilakukan pasir terhadap benda adalah... m = 5 kg h = m s = cm = 0,0 m Ditanya: f g =...? Permasalahan pada soal dapat digambarkan sebagai berikut. h = m s = 0,0 m Usaha oleh gaya gesek sama dengan perubahan energi potensial benda sehingga: W g = EP = EP EP Ingat bahwa arah gaya gesek berlawanan dengan arah perpindahan benda sehingga usaha bernilai negatif. 7

Oleh karena ketinggian akhir benda sama dengan 0 (EP = 0), maka: W g = EP f s= m g h g m g h fg = s fg = 5 0 =5.000 N 0, 0 Jadi, besar gaya gesek yang dilakukan pasir terhadap benda adalah 5.000 N. Contoh Soal 5 Benda bermassa 50 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Besar gaya yang diperlukan agar benda tersebut berhenti 0 m dari tempat semula adalah... m = 50 kg v o = 4 m/s v t = 0 (benda berhenti) s = 0 m Ditanya: F =...? Oleh karena usaha merupakan perubahan energi kinetik benda, maka: W = Ek F s= m vt v0 F 0 = 50 0 4 F = ( ) ( ) 5( 6) = 40 N 0 Tanda negatif ( ) menunjukkan bahwa arah gaya berlawanan dengan perpindahan benda. Jadi, besarnya gaya yang diperlukan agar benda berhenti 0 m dari tempat semula adalah 40 N. 8

Contoh Soal 6 Sebuah peluru bermassa 0 gram ditembakkan dengan kecepatan awal 40 m/s dan sudut elevasi 30. Jika gesekan udara diabaikan, maka perbandingan energi potensial dan energi kinetik peluru pada titik tertinggi adalah... m = 0 kg θ = 30 v o = 40 m/s Ditanya: EP : EK =...? Pada bab gerak parabola, kamu telah belajar bahwa pada titik tertinggi, peluru hanya memiliki kecepatan dalam arah mendatar (kecepatan dalam arah vertikal sama dengan nol), sehingga: v0x = vtx = v0cosθ EP EK EP EK EP EK EP EK EP mghmaks = mvtx mg v 0 sin θ g = m( vocosθ ) = sin θ cos θ =tan θ o =tan (30 ) EK EP = EK 3 v dengan h = maks sin θ g 0 Jadi, perbandingan energi potensial dan energi kinetik peluru pada titik tertinggi adalah : 3. 9

Contoh Soal 7 Sebuah benda bermassa 0,8 kg meluncur pada bidang datar licin mengenai sebuah pegas seperti pada gambar. Jika konstanta pegas k = 000 N/m dan kecepatan benda 4 m/s, maka besarnya perubahan panjang pegas setelah benda berhenti adalah... 0,8 kg 4 m/s m = 0,8 kg k = 000 N/m v o = 4 m/s v t = 0 v = v t v o = 4 m/s Ditanya: x =...? Oleh karena usaha merupakan perubahan energi kinetik dan energi potensial, maka: W = EP pegas EK = EP pegas m v = k x m v x = k 0, 8( k 4) 0, 8( 4) x = 000 x =0,08 m Jadi, besarnya perubahan panjang pegas setelah benda berhenti adalah 0,08 m. 0

D. Daya Daya merupakan usaha per satuan waktu. Secara matematis, daya dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: P = daya (watt); W = usaha (J); t = waktu (s); F = gaya (N); s = perpindahan (m); dan v = kecepatan (m/s). P= W t = F s t s =F t =F v Contoh Soal 8 Sebuah motor penggerak pesawat dengan daya 7,5 MW mampu memberikan gaya dorong maksimum sebesar 30.000 N. Berapakah kecepatan maksimum pesawat tersebut? P = 7,5 MW = 7,5 0 6 W F = 30.000 N Ditanya: v =...? Oleh karena P = F.v, maka: 6 P 75, 0 v = = = 50 ms F 30. 000 Jadi, kecepatan maksimum pesawat tersebut adalah 50 m/s.

Contoh Soal 9 Air terjun setinggi 0 meter dengan debit 50 m 3 /s dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin PLTA. Jika 5% energi air dapat diubah menjadi energi listrik (g = 0 m/s²) dan massa jenis air.000 kg/m 3, maka daya keluaran generator adalah... kw h = 0 m Q = 50 m 3 /s g = 0 m/s² ρ =.000 kg/m 3 Ditanya: P =...? Oleh karena usaha merupakan perubahan energi potensial (dengan efisiensi), maka diperoleh: W = 5% ΔEp P t= 5% m g Δh 5% m g Δh P = t 5% ρ V g Δh P = t = 5% ρ Q g Δh = 5% 000 50 0 0 =. 500. 000 watt = 500 kw Jadi, daya keluaran generator (dalam kilowatt) adalah.500 kw.