Energi Potensial

Suatu benda dapat menyimpan energi karena kedudukan atau posisin benda tersebut. Contohnya, suatu beban yang diangkat setinggi  h akan memiliki energi potensial, dan busur yang ditarik / diregangkan sejauh x akan memiliki energi potensial. Dengan demikian, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat kedudukan atau posisi benda tersebut dan suatu saat dapat dimunculkan.

gambar 4.5

 

Energi potensial terbagi atas dua, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis. Energi potensial gravitasi ini timbul akibat tarikan gaya gravitasi Bumi yang bekerja pada benda. Contoh energi potensial gravitasi ini adalah seperti pada Gambar diatas. Jika massa beban diperbesar, energi potensial gravitasinya juga akan membesar. Demikian juga, apabila ketinggian benda dari tanah diperbesar, energi potensial gravitasi beban tersebut akan semakin besar. Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan

     E_P = m g h    ....................(4–3)

dengan: EP = energi potensial (joule),

                 w = berat benda (newton) = mg,

                  m = massa benda (kg),

                   g = percepatan gravitasi bumi (m/s2), dan

                    h = tinggi benda (m).

Sebuah benda yang berada pada suatu ketinggian tertentu apabila dilepaskan, akan bergerak jatuh bebas sebab benda tersebut memiliki energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi benda yang mengalami jatuh bebas akan berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya berat.

Perhatikanlah Gambar 4.6. Apabila tinggi benda mula-mula  h₁ , usaha yang dilakukan oleh gaya berat  benda (W)untuk mencapai tempat setinggi h₂  adalah sebesar:

gambar 4.6

      W = mgh₂ – mgh₁

      W = mg (h₂ – h₁) ..................... (4–4)

      dengan: W_b = usaha oleh gaya berat.

      W = Δ EP     ........................... (4–5)

contoh

Mula-mula, sebuah benda dengan massa 2 kg berada di permukaan tanah. Kemudian, benda itu dipindahkan ke atas meja yang memiliki ketinggian 1,25 m dari tanah. Berapakah perubahan energi potensial benda tersebut? (g = 10 m/s²).

Jawab

Diketahui: m = 2 kg, h₂ = 1,25 m, dan g = 10 m/s².

Perubahan energi potensial benda:

ΔEP  =  mg (h₂ – h₁)

          =  (2 kg) (10 m/s2) (1,25 m – 0 m)  = 25 joule

Jadi, perubahan energi potensialnya 25 joule.

2. Sebuah benda berada pada ketinggian 40 m dari tanah. Kemudian, benda itu jatuh bebas. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya berat hingga benda sampai ke tanah? Diketahui massa benda adalah 1,5 kg dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s².

Jawab

Diketahui: h₁ = 40 m, h₂ = 0, m = 1,5 kg, dan g = 10 m/s².

W =  mgh₁ – mgh₂

W =  mg (h₁ – h₂)

W =  (1,5 kg)(10 m/s²)(40 m – 0 m)

W =  600 joule

Latihan Soal

 Bentuk energi potensial yang kedua adalah energi potensial elastis. Energi potensial adalah energi yang tersimpan di dalam benda elastis karena adanya gaya tekan dan gaya regang yang bekerja pada benda. Contoh energi potensial ini ditunjukkan pada Gambar. Besarnya energi potensial elastis bergantung pada besarnya gaya tekan atau gaya regang yang diberikan pada benda tersebut.

gambar 4.7

Anda telah mempelajari sifat elastis pada pegas dan telah mengetahui bahwa gaya pemulih pada pegas berbanding lurus dengan pertambahan panjangnya. Pegas yang berada dalam keadaan tertekan atau teregang dikatakan memiliki energi potensial elastis karena pegas tidak berada dalam keadaan posisi setimbang. Perhatikanlah Gambar 4.8. Grafik tersebut menunjukkan kurva hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegas yang memenuhi Hukum Hooke. Jika pada saat Anda menarik pegas dengan gaya sebesar F1 , pegas itu bertambah panjang sebesar Δx1 . Demikian pula, jika Anda menarik pegas dengan gaya sebesar F2 , pegas akan bertambah panjang sebesar Δx2. Begitu seterusnya.

gambar 4.8

 

Dengan demikian, usaha total yang Anda berikan untuk meregangkan pegas adalah

W = F₁.Δ x₁ + F₂.Δ x₂

Besarnya usaha total ini sama dengan luas segitiga di bawah kurva  F terhadap Δ x sehingga dapat dituliskan

    W = ½  F. Δ x

    W = ½  (k.Δ x).Δ x

    W = ½  kΔx²  ................(4–6)

Energi potensial pegas ini juga dapat berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya pegas. Besar usaha yang dilakukan oleh gaya pegas itu dituliskan dengan persamaan

      W = Δ EP    ......................(4–7)

contoh

1. Sebuah pegas yang tergantung tanpa beban panjangnya 15 cm. Kemudian, ujung bawah pegas diberi beban 5 kg sehingga pegas bertambah panjang menjadi 20 cm.

Tentukanlah:

a. tetapan pegas, dan

b. energi potensial elastis pegas.

Jawab

Diketahui:  x₀ = 15 cm,  x₁ = 20 cm = 0,2 m, dan m = 5 kg.

2. Perhatikan grafik hubungan gaya (F) dan pertambahan panjang pegas ( x Δ ) berikut. Tentukan energi potensial elastis pegas pada saat pegas ditarik dengan gaya 50 N.

Jawab

Diketahui F = 50 N.

||PETA KONSEP||USAHA||ENERGI||ENERGI KINETIK||ENERGI POTENSIAL||ENERGI MEKANIK||HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK|| DAYA||