Konservasi Energi Mekanik
Nama: Muhammad Ravanza Wardhana
Prodi: Teknik Mesin Reg B
Nim: 230102061
Tanggal publikasi 20 November
Materi Tentang Konservasi Energi Mekanik.
Konservasi Energi Mekanik
Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana cara kerja jam tangan mekanis otomatis? Di tengah gerak rumitnya terdapat salah satu prinsip paling dasar fisika klasik: Hukum kekekalan energi mekanik. Mari kita pelajari prinsipnya:
Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana cara kerja jam tangan mekanis otomatis? Di tengah gerak rumitnya terdapat salah satu prinsip paling dasar fisika klasik: Hukum kekekalan energi mekanik. Mari kita pelajari prinsipnya:
Energi Mekanik
Ini adalah kapasitas suatu benda untuk melakukan usaha berdasarkan gerak atau konfigurasi (posisinya). Energi Mekanik adalah jumlah dari dua istilah energi berikut:
- Energi kinetik. Merupakan kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha berdasarkan geraknya. Misalnya, energi kinetik Angin mempunyai kapasitas untuk memutar bilah kincir angin sehingga menghasilkan listrik. Energi kinetik dinyatakan sebagai, dimana K adalah energi kinetik benda dalam joule (J), m adalah massa benda dalam kilogram dan v adalah kecepatan benda:
- Energi potensial. Ini adalah kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha berdasarkan konfigurasi atau posisinya. Misalnya, pegas yang dikompresi dapat melakukan kerja bila dilepaskan. Untuk tujuan artikel ini, kita akan fokus pada energi potensial suatu benda berdasarkan posisinya terhadap gravitasi bumi. Energi potensial dapat dinyatakan sebagai:
Dimana V adalah energi potensial benda dalam joule (J), m adalah massa benda dalam kilogram, g adalah konstanta gravitasi bumi (9,8 m/s²), dan h adalah tinggi benda dari permukaan bumi. Sekarang, kita mengetahui bahwa percepatan suatu benda yang dipengaruhi gaya gravitasi bumi akan berbeda-beda menurut jaraknya dari pusat gravitasi bumi.
Namun, ketinggian permukaan sangat kecil jika dibandingkan dengan jari-jari bumi, sehingga dalam praktiknya, g dianggap konstan.
Ini adalah kapasitas suatu benda untuk melakukan usaha berdasarkan gerak atau konfigurasi (posisinya). Energi Mekanik adalah jumlah dari dua istilah energi berikut:
- Energi kinetik. Merupakan kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha berdasarkan geraknya. Misalnya, energi kinetik Angin mempunyai kapasitas untuk memutar bilah kincir angin sehingga menghasilkan listrik. Energi kinetik dinyatakan sebagai, dimana K adalah energi kinetik benda dalam joule (J), m adalah massa benda dalam kilogram dan v adalah kecepatan benda:
- Energi potensial. Ini adalah kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha berdasarkan konfigurasi atau posisinya. Misalnya, pegas yang dikompresi dapat melakukan kerja bila dilepaskan. Untuk tujuan artikel ini, kita akan fokus pada energi potensial suatu benda berdasarkan posisinya terhadap gravitasi bumi. Energi potensial dapat dinyatakan sebagai:
Dimana V adalah energi potensial benda dalam joule (J), m adalah massa benda dalam kilogram, g adalah konstanta gravitasi bumi (9,8 m/s²), dan h adalah tinggi benda dari permukaan bumi. Sekarang, kita mengetahui bahwa percepatan suatu benda yang dipengaruhi gaya gravitasi bumi akan berbeda-beda menurut jaraknya dari pusat gravitasi bumi.
Namun, ketinggian permukaan sangat kecil jika dibandingkan dengan jari-jari bumi, sehingga dalam praktiknya, g dianggap konstan.
Konservasi Energi Mekanik
Jumlah total energi kinetik dan potensial suatu benda pada suatu titik waktu tertentu adalah energi mekanik totalnya. Hukum kekekalan energi mengatakan “Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.”
Artinya, pada gaya konservatif, jumlah total energi kinetik dan energi potensial suatu benda tetap konstan. Sebelum kita membahas subjek ini lebih jauh, mari kita berkonsentrasi pada sifat gaya konservatif.
Jumlah total energi kinetik dan potensial suatu benda pada suatu titik waktu tertentu adalah energi mekanik totalnya. Hukum kekekalan energi mengatakan “Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.”
Artinya, pada gaya konservatif, jumlah total energi kinetik dan energi potensial suatu benda tetap konstan. Sebelum kita membahas subjek ini lebih jauh, mari kita berkonsentrasi pada sifat gaya konservatif.
Kekuatan Konservatif
Gaya konservatif mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:
- Gaya konservatif diturunkan dari besaran skalar. Misalnya, gaya yang menyebabkan perpindahan atau mengurangi laju perpindahan dalam satu dimensi tanpa adanya gesekan yang terlibat dalam gerak tersebut.
- Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif bergantung pada titik akhir geraknya. Misalnya W adalah usaha yang dilakukan, K (f) adalah energi kinetik benda pada posisi akhir dan K (i) adalah energi kinetik benda pada posisi awal:
- Usaha yang dilakukan gaya konservatif pada lintasan tertutup adalah nol. Di sini, W adalah usaha yang dilakukan, F adalah gaya konservatif dan d adalah vektor perpindahan. Pada loop tertutup, perpindahannya nol. Oleh karena itu, usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif F adalah nol berapapun besarnya.
Gaya konservatif mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:
- Gaya konservatif diturunkan dari besaran skalar. Misalnya, gaya yang menyebabkan perpindahan atau mengurangi laju perpindahan dalam satu dimensi tanpa adanya gesekan yang terlibat dalam gerak tersebut.
- Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif bergantung pada titik akhir geraknya. Misalnya W adalah usaha yang dilakukan, K (f) adalah energi kinetik benda pada posisi akhir dan K (i) adalah energi kinetik benda pada posisi awal:
- Usaha yang dilakukan gaya konservatif pada lintasan tertutup adalah nol. Di sini, W adalah usaha yang dilakukan, F adalah gaya konservatif dan d adalah vektor perpindahan. Pada loop tertutup, perpindahannya nol. Oleh karena itu, usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif F adalah nol berapapun besarnya.
Bukti Kekekalan Energi Mekanik
Mari kita perhatikan ilustrasi berikut:
Di sini, Δx adalah perpindahan benda di bawah gaya konservatif F. Dengan menerapkan teorema usaha-energi, kita mendapatkan: ΔK = F(x) Δx. Karena gaya bersifat konservatif, perubahan Energi potensial dapat didefinisikan sebagai ΔV = – F(x) Δx. Karena itu,
ΔK + ΔV = 0 atau Δ(K + V) = 0
Oleh karena itu untuk setiap perpindahan sebesar Δx, selisih antara jumlah energi kinetik dan energi potensial suatu benda adalah nol. Dengan kata lain, jumlah energi kinetik dan energi potensial suatu benda adalah konstan di bawah gaya konservatif. Oleh karena itu, kekekalan energi mekanik terbukti.
Mari kita perhatikan ilustrasi berikut:
Di sini, Δx adalah perpindahan benda di bawah gaya konservatif F. Dengan menerapkan teorema usaha-energi, kita mendapatkan: ΔK = F(x) Δx. Karena gaya bersifat konservatif, perubahan Energi potensial dapat didefinisikan sebagai ΔV = – F(x) Δx. Karena itu,
ΔK + ΔV = 0 atau Δ(K + V) = 0
Oleh karena itu untuk setiap perpindahan sebesar Δx, selisih antara jumlah energi kinetik dan energi potensial suatu benda adalah nol. Dengan kata lain, jumlah energi kinetik dan energi potensial suatu benda adalah konstan di bawah gaya konservatif. Oleh karena itu, kekekalan energi mekanik terbukti.
Studi Kasus: Pendulum Sederhana
Pendulum adalah contoh yang sangat baik tentang kekekalan energi mekanik. Ilustrasi berikut akan membantu kita memahami gerak pendulum:
- Pada posisi A energi potensial nol dan energi kinetik maksimum.
- Ketika benda bergerak dari posisi A ke B, energi kinetiknya berkurang dan energi potensialnya bertambah.
- Pada posisi B, benda berhenti sejenak. Pada posisi ini energi kinetik benda menjadi nol dan energi potensialnya mencapai maksimum. Hukum kekekalan energi mekanik berperan di sini. Seluruh energi kinetik benda pada posisi A telah diubah menjadi energi potensial pada posisi B.
- Sekarang, benda menelusuri kembali jalurnya, kali ini dari posisi B ke posisi A. Kembali ke posisi A, energi kinetik benda telah dikembalikan ke tingkat semula. Energi Potensial Benda adalah nol.
- Sekarang, benda menempuh lintasan yang sama persis dengan AB, tetapi arahnya berlawanan dengan AC.
- Proses ini berulang tanpa batas karena energi mekanik benda tetap konstan.
Sifat energi mekanik ini telah dimanfaatkan oleh para pembuat jam selama berabad-abad. Tentu saja, di dunia nyata, kita harus memperhitungkan gaya lain seperti gesekan dan medan elektromagnetik. Oleh karena itu, tidak ada jam tangan mekanis yang dapat bekerja terus-menerus. Namun, jika Anda mendapatkan jam tangan mekanis presisi seperti Rolex, Anda bisa mengharapkan cadangan daya yang lama!
Pendulum adalah contoh yang sangat baik tentang kekekalan energi mekanik. Ilustrasi berikut akan membantu kita memahami gerak pendulum:
- Pada posisi A energi potensial nol dan energi kinetik maksimum.
- Ketika benda bergerak dari posisi A ke B, energi kinetiknya berkurang dan energi potensialnya bertambah.
- Pada posisi B, benda berhenti sejenak. Pada posisi ini energi kinetik benda menjadi nol dan energi potensialnya mencapai maksimum. Hukum kekekalan energi mekanik berperan di sini. Seluruh energi kinetik benda pada posisi A telah diubah menjadi energi potensial pada posisi B.
- Sekarang, benda menelusuri kembali jalurnya, kali ini dari posisi B ke posisi A. Kembali ke posisi A, energi kinetik benda telah dikembalikan ke tingkat semula. Energi Potensial Benda adalah nol.
- Sekarang, benda menempuh lintasan yang sama persis dengan AB, tetapi arahnya berlawanan dengan AC.
- Proses ini berulang tanpa batas karena energi mekanik benda tetap konstan.
Sifat energi mekanik ini telah dimanfaatkan oleh para pembuat jam selama berabad-abad. Tentu saja, di dunia nyata, kita harus memperhitungkan gaya lain seperti gesekan dan medan elektromagnetik. Oleh karena itu, tidak ada jam tangan mekanis yang dapat bekerja terus-menerus. Namun, jika Anda mendapatkan jam tangan mekanis presisi seperti Rolex, Anda bisa mengharapkan cadangan daya yang lama!
Contoh Terpecahkan Untuk Anda
Soal: Sebuah benda bermassa 2kg digantungkan pada seutas tali ringan yang panjangnya 10m. Benda tersebut diberi kecepatan horizontal 50m/s. Hitunglah kelajuan massa tersebut di titik B.
Solusi :
Energi potensial di titik A, V(A) = mgh(A)
Energi kinetik di titik A, K(A) = (mv²)/2 = (2 × 2500)/2 = 2500J
Jadi, energi mekanik total di titik A, K(A) + V(A) = [2500 + V(A)]J
Energi potensial di titik B, V(B) = mg h(B) = mgh (A+10) = mg h(A) + 2 × 9,8 × 10 = [V(A) + 196]J Energi kinetik di titik
B , K(B) = (mv²)/2
Jadi, energi mekanik total di titik B, K(B) + V(B) = [K(B) + V(A) + 196]J
Dengan menerapkan hukum kekekalan energi,
V(A) + K(A) = V(B) + K(B)
Jadi, V(A) + 2500 = K(B) + V(A) + 196
atau K (B) = 2500 – 196
Jadi: (mv²)/2 = 2304
(2×v²)/2 = 2304
v = [2304] ½
Jadi, kecepatan massa di titik B = 48m/s
Sumber yang saya ambil untuk menjadi refrensi adalah
https://www.toppr.com/guides/physics/work-energy-and-power/conservation-of-mechanical-energy/
Soal: Sebuah benda bermassa 2kg digantungkan pada seutas tali ringan yang panjangnya 10m. Benda tersebut diberi kecepatan horizontal 50m/s. Hitunglah kelajuan massa tersebut di titik B.
Solusi :
Energi potensial di titik A, V(A) = mgh(A)
Energi kinetik di titik A, K(A) = (mv²)/2 = (2 × 2500)/2 = 2500J
Jadi, energi mekanik total di titik A, K(A) + V(A) = [2500 + V(A)]J
Energi potensial di titik B, V(B) = mg h(B) = mgh (A+10) = mg h(A) + 2 × 9,8 × 10 = [V(A) + 196]J Energi kinetik di titik
B , K(B) = (mv²)/2
Jadi, energi mekanik total di titik B, K(B) + V(B) = [K(B) + V(A) + 196]J
Dengan menerapkan hukum kekekalan energi,
V(A) + K(A) = V(B) + K(B)
Jadi, V(A) + 2500 = K(B) + V(A) + 196
atau K (B) = 2500 – 196
Jadi: (mv²)/2 = 2304
(2×v²)/2 = 2304
v = [2304] ½
Jadi, kecepatan massa di titik B = 48m/s
Sumber yang saya ambil untuk menjadi refrensi adalah
https://www.toppr.com/guides/physics/work-energy-and-power/conservation-of-mechanical-energy/
Komentar
Posting Komentar