Hukum Kekekalan Energi Mekanik

EM = EP + EK

EM₁ = EM₂

EP₁ + EK₁ = EP₂ + EK₂

(mgh)₁ + (½ mv²)₁ = (mgh)₂ + (½ mv²)₂

Keterangan :

EM = Energi Mekanik

EK = Energi kinetik

EP = energi potensial

m = massa

g = percepatan gravitasi

h = jarak vertikal (tinggi)

v = kecepatan

a) Hukum Kekekalan Energi Mekanik pada gerak jatuh bebas

Pada gerak jatuh bebas, benda bergerak dari ketinggian tertentu menuju permukaan tanah. Ketika berada pada ketinggian tertentu (benda masih diam), benda tersebut memiliki energi potensial, yang besarnya adalah EP = mgh

Ketika benda tersebut mengalami gerak jatuh bebas (benda jatuh ke tanah), energi potensial berubah menjadi energi kinetik sepanjang lintasan gerak benda. Semakin ke bawah, energi potensial semakin berkurang (karena jarak vertikal makin kecil), sedangkan energi kinetik semakin besar (karena kecepatan benda bertambah secara teratur selama lintasan, akibat adanya percepatan gravitasi yang bernilai tetap). Selama benda bergerak jatuh bebas, selalu terjadi perubahan energi dari energi potensial menjadi energi kinetik sepanjang lintasan. Jadi energi tersebut tidak hilang tetapi berubah ke bentuk energi lain (dari energi potensial menjadi energi kinetik. Kinetik artinya bergerak alias energi pada benda yang sedang bergerak). Karena EM = EP + EK, maka bisa dikatakan bahwa Energi Mekanik benda tersebut tetap alias kekal.

Nah, ketika benda sampai di permukaan tanah, energi mekanik benda sama dengan nol. Mengapa ? karena jarak vertikal alias h = 0 dan benda juga diam alias tidak mempunyai kecepatan. Kita menyimpulkan demikian, jika kita menggunakan bumi sebagai kerangka acuan. Yang pasti, sepanjang lintasan gerak benda, sejak benda tersebut dijatuhkan hingga benda mencium tanah, Eenergi Mekanik selalu tetap. Yang terjadi hanya perubahan energi potensial menjadi energi kinetik.

Bagaimanakah perubahan energi tersebut ? silahkan perhatikan diagram di bawah agar dirimu semakin memahaminya….

b) Hukum Kekekalan Energi Mekanik pada gerak parabola

Hukum kekekalan energi mekanik juga berlaku ketika benda melakukan gerakan parabola.

Ketika benda hendak bergerak (benda masih diam), Energi Mekanik yang dimiliki benda sama dengan nol. Ketika diberikan kecepatan awal sehingga benda melakukan gerakan parabola, EK bernilai maksimum (kecepatan benda besar) sedangakn EP bernilai minimum (jarak vertikal alias h kecil). Semakin ke atas, kecepatan benda makin berkurang sehingga EK makin kecil, tetapi EP makin besar karena kedudukan benda makin tinggi dari permukaan tanah. Ketika mencapai titik tertinggi, EP bernilai maksimum (h maksimum), sedangkan EK bernilai minimum (hanya ada komponen kecepatan pada arah vertikal). Ketika kembali ke permukaan tanah, EP makin berkurang sedangkan EK makin besar dan bernilai maksimum ketika benda menyentuh tanah. Ketika menyentuh permukaan tanah, EP bernilai nol (karena h = 0). Jumlah energi mekanik selama benda bergerak bernilai tetap, hanya selama gerakan terjadi perubahan energi potensial menjadi energi kinetik dan sebaliknya.

c) Hukum Kekekalan Energi Mekanik pada gerak harmonik sederhana

Kita tinjau HKE pada ayunan sederhana.

Ketika benda berada pada simpangan terjauh dengan ketinggian h₁, jumlah EP bernilai maksimum, sedangkan EK bernilai nol. Total EM = EP. Ketika berada pada titik terendah, EP bernilai minimum sedangkan EK bernilai maksimum. Sepanjang lintasan benda, terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi potensial dan sebaliknya energi potensial menjadi energi kinetik. Jumlah EK dan EP = EM sepanjang lintasan bernilai tetap.

d) Hukum Kekekalan Energi Mekanik pada gerak pada bidang miring dan gerak getaran

Konsep Hukum Kekekalan Energi di atas juga berlaku pada bidang miring dan gerak getaran. Gampang aja. Sisanya dikerjain sendiri ya… gampang aja kok. Konsep dasarnya sudah gurumuda jelaskan di atas. sekarang dirimu dapat mengaplikasikannya pada gerak bidang miring dan gerak getaran.