Dalam mata pelajaran Fisika SMA, siswa akan mempelajari tentang energi mekanik. Dilansir dari KBBI, energi mekanik adalah kekuatan yang mampu menggerakkan atau memindahkan bagian-bagian rangkaian peralatan.
Sementara itu, berdasarkan penjelasan Abdullah (2004: 52) dalam bukunya yang berjudul IPA Fisika SMP dan MTs Jilid 2, energi mekanik adalah energi yang dimiliki benda karena sifat geraknya.
Energi mekanik sendiri terdiri dari energi potensial dan energi kinetik. Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena posisi terhadap acuannya, sedangkan energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya.
Untuk lebih memahami materi ini, berikut di bawah ini ulasan lengkapnya, mulai dari rumus hingga contoh soal energi mekanik yang bisa dipelajari.
Rumus Energi Mekanik
Rumus energi mekanik, yaitu EM = EP + EK.
1. Keterangan:
EM: energi mekanik
EP: energi potensial
EK: energi kinetik
Rumus Energi Potensial = m . g . h
Rumus Energi Kinetik = 1/2 . m . v2
2. Keterangan:
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (9,8 m/s2)
h = tinggi (meter)
v = kecepatan (m/s)
Contoh Soal Energi Mekanik
Agar lebih mudah memahami materi energi mekanik, berikut ini sepuluh contoh soal dan pembahasannya yang telah dirangkum dari berbagai sumber.
Contoh Soal 1
Suatu bola dengan massa 0,6 kg didorong dari permukaan meja yang tingginya 4 meter dari tanah. Jika kecepatan bola pada saat lepas dari bibir meja 20 m/s, maka EM bola pada saat ketinggian 2 meter dari tanah adalah?
Pembahasan
Diketahui:
m = 0,6 kg
h = 4 m
v = 20 m/s
Ditanya: EM saat h = 2 m?
Jawaban:
EM = EK + EP
EM = 1/2mv2 + mg(h2 – h1)
EM = 1/2.0,6.400 + 0,6.10.(4-2)
EM = 120 + 12
EM = 132 Joule
Jadi, EM bola pada saat ketinggian 2 meter adalah 132 Joule.
Contoh Soal 2
Besar energi mekanik pada benda yang jatuh bebas adalah 168 Joule. Besar energi kinetik saat energi potensialnya 68 Joule adalah…
Pembahasan
Diketahui:
EM = 168 Joule
EP = 68 Joule
Ditanya: EK?
Jawaban:
EM = EP + EK
168 = 68 + EK
EK = 168-68
EK = 100 Joule
Jadi, besar energi kinetik saat energi potensialnya 68 Joule, adalah 100 Joule.
Contoh Soal 3
Bola dengan massa 100 gram dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan 40 m/s, tentukan EP, EK, dan EM saat berada:
a. pada ketinggian 10 m
b. di puncak lintasan (titik tertinggi)
Pembahasan
Diketahui:
m = 100 gram = 0.1 kg
v = 40 m/s
Ditanya:
a. EP, EK, EM saat h = 10 m
b. EP, EK, EM saat hmax
Jawaban:
a. saat h = 10 m
EP = mgh
EP = 0.1.10.10
EP = 10 Joule
EK = 1/2.m.v2
EK = 1/2.0.1.402
EK = 80 Joule
EM = EP + EK
EM = 10 + 80
EM = 90 Joule
Jadi, EP, EK, dan EM bola pada ketinggian 10 m secara berurutan adalah 10, 80, dan 90 Joule.
b. saat hmax
hmax = v02/2g
hmax = 402/2.10
hmax = 1600/20
hmax = 80 m
Pada hmax, v = 0 m/s
Contoh Soal 4
Diketahui sebuah benda jatuh bebas dengan energi mekanik sebesar 170 Joule. Berapakah besar energi kinetiknya saat energi potensial sama dengan 90 Joule?
Pembahasan:
EM= Ek + Ep
EM = ( ½.m.(v pangkat 2)) + m.g.h
EM = ( ½ x 0,8 x 100) + (0,8 x 9,8 x (2-1))
EM = 40 + 7,84
EM = 47,84 Joule
Jadi, besar energi mekanik pada bola saat ketinggian 1 meter adalah 47,84 Joule.
EP = mg( hmax + h)
EP = 0,1.10(80+10)
EP = 90 Joule
EK = 1/2mv2
EK = 1/2.0,1.02
EK = 0 Joule
EM = EP + EK
EM = 90 + 0
EM = 90 Joule
Jadi, EP, EK, dan EM bola saat ketinggian maksimum secara berurutan adalah 90, 0, dan 90 Joule.
Contoh Soal 6
Albert berdiri di atas meja setinggi 0.75 m. Ia meletakkan sebuah buku seberat 0,25 kg di atas kepalanya. Jika tinggi Albert 165 cm, berapakah energi potensial gravitasi yang dimiliki buku terhadap meja?
Jawab:
Energi potensial buku terhadap meja
Ep = m x g x h
Ep = 0,25 x 10 x 1,65
Ep = 4,125 Nm
Ep = 4,125 Joule
Contoh Soal 7
Seorang anak yang bermassa 50 kg menumpang pada kendaraan bak terbuka. Kendaraan melaju dengan kecepatan 108 km/jam. Berapakah energi kinetik yang dimiliki anak itu?
Jawab:
Ek = 1/2 x m x v2
Ek = 1/2 x 50 x (108.000/3600)2
Ek = 22.500 Joule
Ek = 22,5 kJ
Contoh Soal 8
Apel dengan massa 300 gram jatuh dari pohon pada ketinggian 10 meter. Jika besar gravitasi (g) = 10 m/s2, hitunglah energi mekanik pada apel!
Diketahui:
massa benda : 300 gram (0,3 kg)
gravitasi g = 10 m/s2
ketinggian h = 10 m
Ditanyakan:
Energi mekanik (Em) apel
Jawab:
Benda jatuh dan tidak diketahui kecepatannya, maka energi kinetik (Ek) diasumsikan bernilai nol (Ek = 0)
Em = Ep + Ek
Em = Ep + 0
Em = Ep + 0
Em = m x g xh + 0
Em = 0,3 kg x 10 x 10
Em = 30 joule
Kesimpulan:
Energi mekanik yang dimiliki oleh apel yang jatuh tersebut adalah 30 joule.
Contoh Soal 9
Suatu bola dengan massa 0,6 kg didorong dari permukaan meja yang tingginya 4 meter dari tanah. Jika kecepatan bola pada saat lepas dari bibir meja 20 m/s, maka EM bola pada saat ketinggian 2 meter dari tanah adalah?
Pembahasan
Diketahui:
m = 0,6 kg
h = 4 m
v = 20 m/s
Ditanya: EM saat h = 2 m?
Jawaban:
EM = EK + EP
EM = 1/2mv2 + mg(h2 – h1)
EM = 1/2.0,6.400 + 0,6.10.(4-2)
EM = 120 + 12
EM = 132 Joule
Jadi, EM bola pada saat ketinggian 2 meter adalah 132 Joule.
Contoh Soal 10
Besar energi mekanik pada benda yang jatuh bebas adalah 168 Joule. Besar energi kinetik saat energi potensialnya 68 Joule adalah…
Pembahasan
Diketahui:
EM = 168 Joule
EP = 68 Joule
Ditanya: EK?
Jawaban:
EM = EP + EK
168 = 68 + EK
EK = 168-68
EK = 100 Joule
Jadi, besar energi kinetik saat energi potensialnya 68 Joule, adalah 100 Joule.
Demikian ulasan lengkap mengenai rumus dan contoh soal energi mekanik lengkap dengan pembahasannya yang bisa dipelajari.