Setelah kita menyinggung tentang energi potensial dan energi kinetik pada postingan materi fisika sebelumnya, sekarang tibalah waktunya kita pahami tentang energi mekanik yang merupakan penggabungan energi potensial dengan energi kinetik.
Bagi anda-anda yang membutuhkan materi tutorial tentang energi potensial dan energi kinetik, dapat mengunjungi pada link tutorial berikut ini :
Pengertian, Rumus dan Contoh Soal Energi Potensial
Pengertian, Rumus dan Contoh Soal Energi Kinetik
Apa itu Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi total yang dimiliki suatu benda dimana merupakan penjumlahan antara energi potensial dengan energi kinetik. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa energi ini berkaitan dengan gerak dan posisi dari suatu benda.Contoh dari penerapan energi mekanik dapat kita lihat ketika sebuah palu yang diangkat ke atas, kemudian diketokkan pada paku, dimana menyebabkan paku tersebut masuk ke dalam sebatang balok kayu. Berikut ini penjelasan lebih lengkapnya tentang energi mekanik pada sebuah palu :
- Seperti yang diketahui, sebuah benda yang diam menyimpan energi potensial. Begitu juga dengan sebuah palu, terlebih ketika palu tersebut diangkat lebih tinggi, tentunya akan dihasilkan energi potensial yang lebih besar. Dengan demikian dalam hal ini sebuah palu tidak memiliki energi kinetik, hanya energi potensial.
- Agar paku masuk ke dalam balok kayu, tentunya harus diangkat palu ke atas (ini meningkatkan energi potensialnya karena posisi nya menjadi lebih tinggi).
- Kemudian palu bergerak ke bawah dengan suatu kecepatan tertentu untuk mendorong paku masuk ke dalam balok tersebut(sekarang memiliki energi kinetik memukul paku) .
Usaha yang digunakan dengan menggunakan Palu memasukkan paku ke dalam sebuah balok kayu merupakan perpaduan energi potensial dan energi kinetik, dimana kita menyebutnya dengan energi mekanik.
Rumus Energi Mekanik
Seperti yang diuraikan di atas bahwa Energi Mekanik adalah hasil penjumlahan energi potensial dan energi kinetis, dimana secara matematis ditulis dengan persamaan :
Em = Ep + Ek
Jika kita uraikan masing-masing rumus dari Energi Potensial (Ep) dan Energi Mekanik (Ek), maka Energi Mekanik dapat kita tulis dengan persamaan berikut :
Em = m . g . h +
1
2
m . v2
Keterangan :
- Em adalah Energi Mekanik (Joule)
- Ep adalah Energi Potensial (Joule)
- Ek adalah Energi Kinetik (Joule)
- m adalah massa (kg)
- g adalah gravitasi (10 m/s2 atau 9,8 m/s2)
- h adalah tinggi (m)
- v adalah kecepatan (m/s)
Kekekalan Energi Mekanik
Energi itu kekal yang berarti bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, dan hanya bisa berubah bentuk. Seperti halnya Kincir angin dari energi gerak menjadi energi listrik. Atau energi potensial menjadi energi kinetik dan sebaliknya.Sehingga Energi mekanik awal akan sama dengan energi mekanik akhir, seperti yang ditunjukkan rumus berikut :
EM1 = EM2
EP1 + EK1 = EP2 + EK2
EP1 + EK1 = EP2 + EK2
Contoh Soal Energi Mekanik
Soal No.1Sebuah kelapa memiliki massa 600 gram jatuh dari pohonnya pada ketinggian 10 meter. Jika g =10 m/s2, berapakah energi mekanik pada buah kelapa tersebut ?
Pembahasan
m = 600 gram = 0,6 kg
g =10 m/s2
h = 10 m
Em = Ep + Ek
Karena buah kelapa sudah jatuh dan tidak diketahui kecepatannya, maka Ek dikatakan nilainya nol. (Ek = 0)
Em = Ep
Em = m . g . h
Em = 0,6 . 10 . 10 = 60 Joule
Jadi energi mekanik pada buah kelapa yang jatuh tersebut adalah 60 J.
g =10 m/s2
h = 10 m
Em = Ep + Ek
Karena buah kelapa sudah jatuh dan tidak diketahui kecepatannya, maka Ek dikatakan nilainya nol. (Ek = 0)
Em = Ep
Em = m . g . h
Em = 0,6 . 10 . 10 = 60 Joule
Jadi energi mekanik pada buah kelapa yang jatuh tersebut adalah 60 J.
Soal No.2
Buah kelapa jatuh dari pohonnya pada ketinggian 4 meter, berapakah kecepatan buah kelapa di posisi B? dengan g =10 m/s2 (lihat gambar di bawah ini :)
Pembahasan
EMA = EMB
EPA + EKA = EPB + EKB
m . g . hA + 0 = m . g . hB +
VB2 = 2g(hA - hB)
VB = √2g(hA - hB)
VB = √2 .10(4 - 2)
VB = √40
VB = 2√10 m/s
EPA + EKA = EPB + EKB
m . g . hA + 0 = m . g . hB +
1
2
m . VB2
1
2
m . VB2 = m . g . hB - m . g . hA
1
2
VB2 = g(hA - hB)
VB2 = 2g(hA - hB)
VB = √2g(hA - hB)
VB = √2 .10(4 - 2)
VB = √40
VB = 2√10 m/s
Soal No.3
Sebuah kotak yang memiliki massa sebesar 1 kg jatuh dari lemari. Ketika saat jatuh ke lantai, kecepatan kotak tersebut adalah 20 m/s. Berapakah ketinggian lemari tempat kotak jatuh tersebut (g = 10 m/s2 ?
Pembahasan
m = 1 kg
v = 20 m/s
g = 10 m/s2
EK1 = 0, karena buku belum bergerak
EP2 = 0, karena buku sudah jatuh di tanah dan tidak mempunyai ketinggian
EK2 = maksimum
EM1 = EM2
EP1 + EK1 = EP2 + EK2
m1 . g . h1 +
1 . 10 . h1 + 0 = 0 +
10h = 200
h =
Jadi ketinggia lemari tempat jatuhnya kotak tersebut adalah 20 meter.
v = 20 m/s
g = 10 m/s2
EK1 = 0, karena buku belum bergerak
EP2 = 0, karena buku sudah jatuh di tanah dan tidak mempunyai ketinggian
EK2 = maksimum
EM1 = EM2
EP1 + EK1 = EP2 + EK2
m1 . g . h1 +
1
2
m . V12 = m1 . g . h2 +
1
2
m . V22
1 . 10 . h1 + 0 = 0 +
1
2
1 . 202
10h = 200
h =
200
10
= 20 meter
Jadi ketinggia lemari tempat jatuhnya kotak tersebut adalah 20 meter.
Soal No.4
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak jatuh sehingga pada ketinggian 2 m di atas tanah kecepatannya 5 m/s, apabila g = 10 m/s2. Hitunglah energi mekanik benda tersebut ?
Pembahasan
m = 2 kg
h = 2 m
v = 5 m/s
g = 10 m/s2
Em = Ep + Ek
Em = m . g . h +
Em = 2 . 10 . 2 +
Em = 40 +
Em = 40 + 25 = 65 Joule
h = 2 m
v = 5 m/s
g = 10 m/s2
Em = Ep + Ek
Em = m . g . h +
1
2
m . v2Em = 2 . 10 . 2 +
1
2
2 . 52Em = 40 +
1
2
2 . 25Em = 40 + 25 = 65 Joule