9 Contoh Energi mekanik: Pengertian, konversi, rumus

Energi mekanik, juga dikenal sebagai energi gerak, adalah bagaimana suatu benda bergerak berdasarkan posisi dan geraknya. Itu terjadi ketika suatu gaya bekerja pada suatu benda dan benda itu menggunakan energi yang ditransfer sebagai gerakan. Jika suatu benda bergerak, ia menggunakan energi mekanik. Tinjau contoh-contoh energi mekanik di bawah ini untuk tempat Anda dapat melihatnya dalam kehidupan sehari-hari.

Contoh Energi Mekanik Setiap Hari

Energi mekanik adalah satu-satunya jenis energi yang mudah dilihat. Jika sesuatu bergerak, itu menggunakan energi mekanik! Lihatlah sumber-sumber energi mekanik yang mungkin Anda temukan di rumah.

  • Memutar kenop pintu
  • Bernafas keluar-masuk
  • Memaku paku
  • Mengendarai sepeda
  • Mengasah pensil
  • Menggunakan peralatan dapur
  • Mendengarkan musik
  • Mengetik di keyboard
  • Mengendarai sebuah mobil
  • Berolahraga

Lihatlah di sekitar Anda. Setiap objek yang bergerak menggunakan energi mekanik kinetik. Bahkan benda yang tidak bergerak menyimpan energi mekanik potensial. Ketika Anda memindahkan sesuatu dengan tangan Anda, Anda telah mentransfer energi mekanik kinetik dari tubuh Anda ke objek yang Anda pindahkan.

Perbedaan energi Potensi dan Energi Mekanik, Kinetik

Ada dua jenis energi mekanik: energi potensial (energi posisi yang disimpan) dan energi kinetik (energi gerak). Energi mekanik suatu benda adalah jumlah energi potensial dan energi kinetiknya. Objek dengan jumlah energi mekanik yang lebih tinggi akan bergerak lebih banyak daripada objek dengan energi mekanik rendah.

Energi Potensial Mekanik

Ketika suatu benda mampu bergerak tetapi tidak memiliki kekuatan yang bekerja di atasnya, ia menyimpan energi mekanik potensial. Dua jenis utama energi potensial adalah:

  • Energi Potensial Gravitasi: Energi yang disimpan dalam ketinggian atau posisi suatu objek. Benda yang lebih berat memiliki jumlah energi gravitasi yang lebih tinggi.
  • Energi potensial elastis: Energi yang disimpan berdasarkan kondisi suatu objek. Kondisi ini seringkali tergantung pada bahan objek (seperti karet).

Sebagai contoh, bola bowling berat yang dipegang empat kaki di atas tanah memiliki energi potensial gravitasi lebih dari bola tenis ringan, yang memiliki beberapa energi potensial elastis karena bahan karetnya.

Ketika suatu gaya bekerja pada bola untuk menjatuhkannya, energi potensial gravitasi bola bowling bergabung dengan energi gerak kinetiknya. Ini akan jatuh dengan kekuatan lebih dari bola tenis, yang akan memantul karena energi potensial elastis yang tinggi.

Energi Kinetik Mekanik

Sebuah benda menggunakan energi mekanik kinetik ketika sedang bergerak. Suatu gaya telah bertindak atas objek tersebut, membuatnya melakukan usaha. Energi mekanis kinetik dapat terjadi ketika energi kinetik objek lain mentransfernya (seperti ketika pelempar melempar bola), atau ketika jenis energi kinetik lainnya berubah menjadi energi mekanik.

Selain energi mekanik, empat jenis energi kinetik meliputi:

  • Energi radiasi: Energi yang dihasilkan oleh gelombang cahaya
  • Energi Listrik: Energi yang dihasilkan oleh listrik
  • Energi Suara: Energi yang dihasilkan oleh gelombang suara
  • Energi Termal: Energi yang dihasilkan oleh panas

Tidak ada bentuk energi yang dapat diciptakan atau dihancurkan. Energi hanya dapat ditransfer atau diubah menjadi berbagai jenis energi.

Konversi Energi Mekanik

Setiap energi yang ditransfer yang menyebabkan suatu benda bekerja adalah contoh dari konversi energi. Konversi ke energi mekanik memungkinkan suatu benda bergerak.

Menjadi Energi Mekanik

Berikut adalah beberapa contoh cara berbagai jenis energi menjadi energi mekanik.

  • Bensin mengubah energi kimia menjadi energi mekanik dalam mobil.
  • Mesin uap mengubah energi panas menjadi energi mekanik di kereta.
  • Tubuh Anda mengubah energi kimia dari nutrisi menjadi energi mekanik untuk bergerak.
  • Bor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik saat dicolokkan dan digunakan.
  • Musik mengubah energi suara menjadi energi mekanik di gendang telinga Anda.

Mengubah Energi Mekanik

Sebaliknya, energi mekanik dapat dikonversi menjadi berbagai jenis energi. Lihatlah contoh-contoh transformasi energi dari gerakan ini.

  • Kincir angin mengubah energi mekanik menjadi energi listrik di rumah.
  • Memukul drum mengubah energi mekanik menjadi energi suara.
  • Menggosok tangan Anda bersama-sama mengubah energi mekanik menjadi energi panas.
  • Menyalakan saklar lampu mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dan radiasi.
  • Mencerna makanan mengubah energi mekanik menjadi energi kimia.

Pengertian

Energi mekanik adalah jumlah energi dalam sistem mekanis, atau kelompok benda yang berinteraksi berdasarkan prinsip mekanik dasar. Energi mekanik termasuk energi kinetik atau energi gerak, dan energi potensial atau energi yang tersimpan karena posisi.

Biasanya, dalam sistem mekanis, gravitasi adalah satu-satunya gaya luar utama yang perlu dipertimbangkan. Sebaliknya, dalam sistem kimia, gaya antara molekul individual dan atom semua harus diperhitungkan.

Energi mekanik sering dikacaukan dengan Energi Kinetik dan Potensial. Kami akan mencoba membuatnya sangat mudah untuk dipahami dan mengetahui perbedaannya. Sebelum itu, kita perlu memahami kata ‘usaha’.

Latar Belakang Umum

Energi mekanik ada dalam suatu sistem baik sebagai energi kinetik dan potensial. Energi kinetik hadir setiap kali sebuah benda bergerak. Energi potensial didasarkan pada posisi suatu benda; energi yang disimpan, dan tidak dapat melakukan usaha sendiri. Ini akan dikonversi ke bentuk energi lainnya, termasuk energi kinetik. Misalnya, Sebuah bola bowling dipegang 10 kaki (3 m) di atas tanah, tidak memiliki energi kinetik karena tidak bergerak.

Tetapi bagaimanapun, memiliki sejumlah besar energi potensial (dalam hal ini, energi potensial gravitasi) yang akan diubah menjadi energi kinetik jika bola dibiarkan jatuh.

Belajar fisika di SMA sering dimulai dengan menginstruksikan siswa tentang prinsip-prinsip dasar sistem mekanik dan energi mereka. Hal ini karena mereka biasanya lebih mudah untuk memvisualisasikan dan mudah untuk menyederhanakan. Perhitungan dasar tentang sistem ini dapat dibuat tanpa menggunakan kalkulus. Dalam sebagian besar masalah fisika sederhana, sistem mekanik tetap tertutup dan faktor-faktor energi yang biasanya akan dihilangkan dari sistem, seperti gesekan dan hambatan udara, akan diabaikan.

Apa itu Usaha

‘Usaha’ dilakukan ketika suatu gaya bekerja pada suatu benda untuk menyebabkan benda itu bergerak, mengubah bentuk, memindahkan, atau melakukan sesuatu yang fisik. Misalnya, jika saya mendorong pintu agar anjing peliharaan saya masuk, usaha dilakukan di pintu (dengan membuatnya terbuka). Tapi kekuatan macam apa yang menyebabkan pintu terbuka? Di sinilah Energi Mekanik masuk.

Energi mekanik adalah jumlah energi kinetik dan potensial dalam suatu benda yang digunakan untuk melakukan usaha. Dengan kata lain, itu adalah energi dalam suatu benda karena gerakan atau posisinya, atau keduanya.

Pada contoh ‘pintu terbuka’ perhatikan apa yang terjadi …

  • Saya memiliki energi kimia potensial (energi yang tersimpan di dalam saya), dan dengan mengangkat tangan untuk mendorong pintu, tindakan saya juga memiliki energi kinetik (energi dalam gerakan tangan saya).
  • Dengan mendorong pintu, energi potensial dan kinetik saya dipindahkan ke energi mekanik, yang menyebabkan pekerjaan harus dilakukan (pintu terbuka).
  • Di sini, pintu memperoleh energi mekanik, yang menyebabkan pintu dipindahkan sementara.
  • Perhatikan bahwa untuk usaha yang harus dilakukan, suatu benda harus menyediakan gaya untuk benda lain yang akan dipindahkan.

Berikut adalah contoh lain dari seorang anak laki-laki dengan palu dan paku besi. Dalam ilustrasi di bawah ini …

Energi mekanik untuk anak-anak

  • Palu besi itu sendiri tidak memiliki energi kinetik, tetapi memiliki beberapa energi potensial (karena beratnya).
  • Untuk mendorong paku ke potongan kayu (yang berfungsi), ia harus mengangkat palu besi, (ini meningkatkan energi potensial karena jika posisinya tinggi).
  • Dan memaksanya untuk bergerak dengan kecepatan tinggi ke bawah (sekarang memiliki energi kinetik) untuk mengenai kuku.
  • Jumlah energi potensial dan kinetik yang diperoleh palu untuk dikendarai di paku disebut energi Mekanik, yang menghasilkan pekerjaan yang dilakukan.

Cara Menghitung Energi Mekanik

Jumlah energi mekanik dapat dihitung hanya dengan menambahkan energi potensial dan kinetik dari sistem. Energi Potensial (Ep) merupakan hasil kali ketinggian benda di atas tanah (h), massa (m), dan percepatan gravitasi bumi (g, yaitu 9,8 m / s2).

Ep = h × m × g

Energi kinetik suatu benda (Ek) adalah hasil kali dari ½ massa dan kecepatan kuadrat nya (v).

Ek = ½ mv2

Masa diberikan dalam kilogram (kg), tinggi dalam meter (m), kecepatan dalam meter per detik (m/s), dan energi diberikan dalam joule (j).

Misalnya, energi potensial dari 5 kilogram (£ 11) bola bowling yang 3 meter (10 kaki) di atas tanah adalah 147 joule (5 kg × 3 m × 9,8 m/s2 = 147 j) apakah bola ada dalam keadaan gerak atau saat berhenti. Jika bola jatuh dengan kecepatan 2m/s, energi kinetik adalah 10 joule (1/2 × 5 kg × 22m / s = 10 j).

Setelah energi potensial dan kinetik diketahui, maka jumlah energi mekanik dapat ditemukan. Kedua jenis energi hanya ditambahkan bersama-sama.

Rumus Energi Mekanik = Ep + Ek

Dalam contoh ini, jumlah energi mekanik bola bowling adalah 157 joule (j 147 + 10 = 157 j j).

Energi Kimia dan Nuklir

Ada banyak bentuk lain dari energi, dan kadang-kadang bisa sulit untuk benar membedakan satu dari yang lain. Energi kimia, misalnya, adalah energi yang tersimpan dalam ikatan kimia dalam molekul. Energi nuklir adalah energi yang hadir dalam interaksi antar partikel dalam inti atom. Energi mekanik, sebaliknya, umumnya mengabaikan komposisi benda dan hanya melihat benda tersebut, tanpa memperhatikan bahan pembuat molekul mereka.

Fokus ini dirancang untuk menyederhanakan perhitungan untuk energi mekanik dan sistem mekanik. Benda dalam sistem ini biasanya diperlakukan sebagai objek individu bukan sebagai jumlah miliaran molekul. Menghitung baik energi kinetik dan potensial dari satu benda adalah tugas sederhana; menghitung jenis energi untuk miliaran molekul akan sangat sulit. Tanpa menyederhanakan bagian-bagian dalam sistem mekanik, ilmuwan akan perlu memeriksa atom individu dan semua interaksi dan gaya yang ada di antara mereka. Hal ini biasanya disediakan dalam fisika partikel.

Konversi Antara Jenis Energi

Energi mekanik dapat diubah menjadi jenis energi lainnya menggunakan peralatan khusus. Misalnya, generator dirancang untuk mengambil pekerjaan mekanik dan mengubahnya menjadi listrik. Jenis lain dari energi juga dapat diubah menjadi energi mekanik; misalnya, mesin pembakaran internal di dalam mobil mengubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi mekanik yang digunakan untuk membuat mobil bergerak.

Hukum Kekekalan energi mekanik

Energi mekanik adalah jumlah dari energi potensial dan kinetik dalam suatu sistem. Prinsip kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa energi mekanik total dalam suatu sistem (yaitu, jumlah energi potensial plus kinetik) tetap konstan selama satu-satunya gaya yang bekerja adalah gaya konservatif. Kita dapat menggunakan definisi lingkaran dan mengatakan bahwa gaya konservatif sebagai gaya yang tidak mengubah total energi mekanik, yang benar, tetapi mungkin memberi banyak makna pada apa artinya.

Cara yang baik untuk memikirkan gaya konservatif adalah dengan mempertimbangkan apa yang terjadi pada perjalanan pulang pergi. Jika energi kinetik sama setelah perjalanan bolak-balik, gaya tersebut adalah gaya konservatif, atau setidaknya bertindak sebagai gaya konservatif. Pertimbangkan gravitasi; Anda melempar bola lurus ke atas, dan itu meninggalkan tangan Anda dengan sejumlah energi kinetik. Di atas jalannya, ia tidak memiliki energi kinetik, tetapi ia memiliki energi potensial yang sama dengan energi kinetik yang dimilikinya ketika ia meninggalkan tangan Anda. Ketika Anda menangkapnya lagi, ia akan memiliki energi kinetik yang sama dengan ketika ia meninggalkan tangan Anda. Sepanjang jalan, jumlah energi kinetik dan potensial adalah konstan, dan energi kinetik di akhir, ketika bola kembali pada titik awalnya, sama dengan energi kinetik di awal, sehingga gravitasi adalah gaya konservatif.

Gesekan kinetik, di sisi lain, adalah gaya non-konservatif, karena ia bertindak untuk mengurangi energi mekanik dalam suatu sistem. Perhatikan bahwa gaya non-konservatif tidak selalu mengurangi energi mekanik; gaya non-konservatif mengubah energi mekanik, sehingga gaya yang meningkatkan total energi mekanik, seperti gaya yang disediakan oleh motor atau mesin, juga merupakan gaya non-konservatif.

Contoh soal energi mekanik

Pertimbangkan seseorang di kereta luncur yang meluncur menuruni bukit sepanjang 100 m di lereng 30 °. Massanya adalah 20 kg, dan orang itu memiliki kecepatan 2 m / s menuruni bukit ketika mereka berada di puncak. Seberapa cepat orang tersebut bergerak di bawah bukit? Yang perlu kita pertimbangkan adalah energi kinetik dan energi potensial gravitasi; ketika kita menambahkan ini di bagian atas dan bawah mereka harus sama, karena energi mekanik adalah kekal.

Di atas:

EP= mgh = (20) (9,8)(100sin30°) = 9800 J
EK= 1/2 mv2 = 1/2 (20) (2)2 = 40 J
Total energi mekanik di atas = 9800 + 40 = 9840 J

Di bagian bawah:

EP= 0
EK= 1/2 mv2
Total energi mekanik di bagian bawah = 1/2 mv2

Jika energi mekanik itu kekal, maka energi mekanik di atas harus sama dengan yang kita miliki di bawah. Ini menghasilkan:

1/2 mv2 = 9840, so v = 31.3 m/s.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *