Soal Dan Pembahasan Aturan Kekekalan Energi Mekanik

Energi mekanik ialah jumlah energi kinetik dan energi berpotensi yang dimiliki oleh sebuah benda. Berikut beberapa topik terkait :

Hubungan Usaha dan Energi
Pembahasan Energi Kinetik
Pembahasan Energi Potensial
Energi Pada Gerak Parabola
Energi Potensial Pegas
Energi Pada Gerak Harmonis
Soal dan Pembahasan Usaha

Jika sebuah benda dianggap bergerak atau berada pada metode yang konservatif (hanya gaya gravitasi yang diperhitungkan) , maka berlaku aturan kekekalan energi mekanik. Energi mekanik dibilang abadi kalau energi mekanik di setiap kedudukan yakni sama.

Dengan kata lain , jumlah energi kinetik dan energi berpotensi di semua posisi yakni sama besar. Seperti yang disebutkan di atas , energi mekanik ialah jumlah dari energi kinetik ditambah energi berpotensi yang secara matematis sanggup ditulis selaku berikut :

Em = Ep + Ek

Em = mgh + ½ mv²

Dengan :
Em = energi mekanik (J)
Ek = energi kinetik (J)
Ep = energi berpotensi (J)
m = massa benda (kg)
g = perepatan gravitasi (m/s²)
h = ketinggian diukur dari tanah (m)
v = kecepatan benda (m/s)

Berdasarkan rumus di atas , maka sanggup kita ketahui bahwa setiap benda yang berada pada ketinggian h akan memiliki energi berpotensi sebesar Ep dan setiap benda yang bergerak dengan kecepatan v memiliki energi kinetik sebesar Ek.

Lalu bagaimana kalau benda tersebut bergerak dan memiliki ketinggian? Sudah pasti benda memiliki energi kinetik dan energi potensial.

Pada gambar di atas terlihat bahwa terdapat dua benda yang bergerak dalam arah vertikal. Jika posisi yang hendak diperhatikan selaku perwakilan yakni titik A (titik tertinggi) , titik T (tengah) , dan titik B (titik terendah) , maka energi mekanik di masing-masing posisi yakni selaku berikut :

Di titik tertinggi (A)
Perhatikan gambar. Pada ketinggian A (ketinggian permulaan atau ketinggin maksimum) kecepatan benda sama dengan nol. Karena kecepatannya nol , maka benda tak punya energi kinetik (Ek = 0) sehingga energi mekanik benda sama dengan energi potensialnya.
Em = Ep = mgh
Di titik tengah (T)
Ketika benda bergerak dalam selang waktu tertentu sampai meraih ketingian sebesar ht , maka selain memiliki ketinggian benda juga memiliki kecepatan. Oleh sebab itu energi mekanik benda yakni jumlah energi kinetik dan energi potensialnya.

Em = Ep + Ek
Di titik paling rendah (B)
Pada titik paling rendah sempurna sebelum benda berhenti , benda tidak lagi memiliki ketinggian dan energi berpotensi (Ep = 0) sehingga energi mekanik benda sama dengan energi kinetiknya.
Em = Ek = ½ mv²

Contoh Soal :

Jika benda bermassa 2 kg dilempar ke atas dengan kecepatan permulaan 5 m/s , maka hitunglah energi mekanik benda ketika ketinggiannya 1 meter dari tanah.
Pembahasan :
Karena berlaku aturan kekekalan energi mekanik , maka energi mekanik di semua posisi sama besar. Oleh sebab itu kita sanggup menjumlah besar energi mekanik di ketinggian 1 meter dengan menjumlah energi mekanik pada posisi mulanya ketika ketinggian sama dengan nol (Ep = 0).
Em = Ek
⇒ Em = ½ mv²
⇒ Em = ½ (2) (5)²
⇒ Em = 25 Joule.
Jadi , energi mekanik pada ketinggian 1 meter yakni 25 J.
Berdasarkan data pada tabel di bawah ini , tentukanlah nilai x dan y yang sesuai.

h (m) Ek (J) Ep (J)

10 0 2500

7 ,5 625 1875

5 ,5 1125 1375

3 ,5 1625 875

1 ,5 x y

Pembahasan :
Dari tabel di atas diperoleh nilai Em = 2500 J. Untuk menjawab soal seumpama ini , gunakan posisi permulaan selaku teladan yakni ketika kecepatan benda sama dengan nol (Ek = 0). Dengan rumus energi berpotensi kita sanggup menyeleksi massa benda.
Ep = mgh
⇒ 2500 = m (10) (10)
⇒ 2500 = 100 m
⇒ m = 25 kg
Selanjutnya kita sanggup menentuk nilai y dengan rumus energi berpotensi selaku berikut.
Ep = mgh
⇒ Ep = 25 (10) (1 ,5)
⇒ Ep = 375 J
Karena energi mekanik yakni energi berpotensi ditambah energi kinetik , maka energi kinetik atau nilai x sanggup dijumlah dengan rumus :
Em = Ek + Ep
⇒ Ek = Em – Ep
⇒ Ek = 2500 – 375
⇒ Ek = 2125 J
Jadi , x = 2125 J dan y = 375 J.