Hukum Kekekalan (konservasi) Energi Mekanik
Jika kita dapat mengabaikan gesekan dan gaya-gaya
non-konservatif yang lain, atau jika hanya gaya-gaya konservatif saja
yang bekerja pada sebuah benda, kita akan sampai pada sebuah hubungan
yang sangat indah dan sederhana yang melibatkan besaran energi.
Jika tidak terdapat gaya non-konservatif bekerja pada sistem, maka Wnk
= 0. Pada rumusan sebelumnya (perluasan usaha energi), yang merupakan
bentuk matematis umum prinsip usaha energi. Sehingga kita dapatkan,
∆Ek + ∆EP = 0 (1)
Atau (EK2 – EK1) + (EP2 – EP1) = 0 (2)Sekarang kita mendefinisikan sebuah besaran EM, yang disebut energi mekanik total pada sistem kita, sebagai jumlah energi kinetik dan energi potensial pada setiap saat:
EM = EP + EK (3)
Sekarang kita dapat menuliskan kembali (2), menjadi,
EK2 + EP2 = EP1 + EK1 (4)
Atau EM2 = EM1 = konstan (5)
Persamaan (4) dan (5) menyatakan sebuah prinsip yang amat penting dan
bermanfaat mengenai energi mekanik total pada sebuah sistem benda,
yaitu, bahwa energi mekanik adalah sebuah besaran yang terkonservasikan. Energi mekanik total, EM
akan selalu sama nilainya (konstan) selama tidak ada gaya
non-konservatif yang bekerja pada sistem: (EK + EP) pada suatu titik
waktu 1 akan sama dengan (EK + EP) waktu di titik 2 yang datang
kemudian.
Untuk menyatakan hal di atas dengan cara lain, perhatikan persamaan
(1) yang memberitahukan kita bahwa ∆EP = – ∆EK; jelasnya, jika energi
kinetik EK pada sebuah sistem bertambah, maka energi potensial EP sistem
harus berkurang dalam jumlah yang sama, ini untuk mengimbangi
pertambahan tersebut, demikianpun sebaliknya. Dengan demikian, energi
total sistem EK + EP akan selalu bernilai sama (konstan):
Jika hanya gaya-gaya konservatif saja yang bekerja pada sebuah sistem, energi mekanik total sistem tidak akan berkurang atau bertambah di dalam proses. (energi mekanik bersifat terkonservasikan).
Inilah yang dikenal sebagai prinsip konservasi (kekekalan) energi mekanik
untuk gaya-gaya konservatif. Prinsip kekekalan energi mekanik ini
seringkali lebih mudah digunakan ketimbang persamaan-persamaan
kinematika atau hukum-hukum newton.
Prinsip konservasi/kekekalan energi pada kereta roller coaster di bawah ini, jika gaya hambatan udara dan gesekan antara pemukaan diabaikan, maka energi mekanik pada setiap titik pada lintasan gerak kereta selalu tetap.
Jadi, jika seorang pemain sky bergerak dari ketinggian 80 m dengan kecepatan awal nol, dan jika semua hambatan diabaikan maka setiap titik dalam lintasan Energi mekanik bernilai tetap (EK + EP = tetap)
Contoh Soal
Prinsip konservasi/kekekalan energi pada kereta roller coaster di bawah ini, jika gaya hambatan udara dan gesekan antara pemukaan diabaikan, maka energi mekanik pada setiap titik pada lintasan gerak kereta selalu tetap.
Gambar: Jika hambatan udara dan gesekan antara permukaan di abaikan, maka energi mekanik setiap titik yang dilalui kereta selalu tetap. |
Contoh Soal
Sebuah mobil mainan 0.100 kg didorong oleh pegas yang
dikompresi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. Mobil mengikuti jalur
yang naik 0.180 m di atas titik awal. Pegas mengalami kompresi sejauh
4,00 cm dan memiliki gaya konstan konstan 250,0 N/m. Dengan asumsi kerja
yang dilakukan oleh gesekan menjadi diabaikan (lintasan licin),
tentukan (a) seberapa cepat mobil sebelum mulai menaiki lereng dan (b)
seberapa cepat mobil itu di bagian atas lereng.
Jawab:
Gaya pegas dan gaya gravitasi merupakan gaya konservatif, maka kita boleh menggunakan hubungan pada konsep hukum kekekalan energi yaitu:
Jawab:
Gaya pegas dan gaya gravitasi merupakan gaya konservatif, maka kita boleh menggunakan hubungan pada konsep hukum kekekalan energi yaitu:
(a) Untuk kasus ini, mobil masih di ketinggian yang sama, maka h1 = h2, v1 = 0, v2 = ?, v2 menjadi kecepatan awal mobil untuk bergerak menuju bukit setinggi 18 cm, x1 = 4 cm = 0,04 m, x2 = 0. sehingga hubungan di atas menjadi,
jadi, mobil mulai bergerak dari lereng dengan kecepatan 2,0 m/s
(b) Untuk kasus ini, v1 = 2 m/s, h1 = 0, h2 = 18 cm = 0,18 m, v2 = ?, maka persamaan di atas menjadi,
Cara 1:
Cara 2:
kecepatan mobil ketika tiba di puncak, dapat dihitung dengan
jadi, kecepatan mobil ketika berada di atas lereng adalah 0,2 m/s.
Post a Comment for "Hukum Kekekalan (konservasi) Energi Mekanik"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!