Energi kinetik dan potensial

Telah kamu ketahui bahwa energi dapat berada dalam berbagai bentuk, misalnya cahaya, panas, dan gerak. Sekarang bayangkan sebuah batu yang diam di puncak tebing. Apabila batu tersebut didorong dan bergerak, maka batu tersebut akan jatuh, dan bergerak makin lama makin cepat. Batu yang bergerak tersebut memiliki energi kinetik. Pada saat batu diam di puncak bukit, batu tersebut memiliki energi potensial.

Energi Kinetik: pada Benda Bergerak

Biasanya, ketika kamu berpikir tentang energi, kamu berpikir tentang gerak. Energi kinetik adalah energi dalam bentuk gerak. Roda sepeda yang berputar, anak-anak yang berlari dalam Gambar 9.3, dan plastik yang melayang semuanya memiliki energi kinetik. Berapa besarnya? Energi ini bergantung pada massa dan kecepatan benda yang bergerak. Semakin besar massa benda yang bergerak, energi kinetiknya juga semakin besar. Demikian juga semakin cepat benda bergerak, energi kinetiknya semakin besar. Truk yang bergerak pada 100 km/jam dalam Gambar 9.4 memiliki energi kinetik lebih besar dibanding sepeda motor yang bergerak dengan kelajuan yang sama. Tetapi sepeda motor tersebut memiliki energi kinetik lebih besar daripada sepeda motor sejenis yang bergerak pada 80 km/jam.

Energi Potensial Gravitasi

Energi tidak harus melibatkan gerakan. Walaupun tak bergerak, suatu benda dapat memiliki energi yang tersimpan

padanya, yang berpotensi menyebabkan perubahan jika terdapat kondisi-kondisi tertentu. Energi potensial adalah energi yang tersimpan. Besar energi potensial pada suatu benda bergantung pada kedudukannya atau kondisinya. Pot bunga yang terletak di ambang jendela lantai dua memiliki energi potensial gravitasi karena kedudukannya. Jika terdapat sesuatu yang membuat pot tersebut bergeser dari ambang jendela, gravitasi menyebabkan pot tersebut jatuh ke tanah. Saat jatuh, energi potensial pot tersebut berubah menjadi energi kinetik. Energi potensial pot bunga dalam Gambar 9.5 berhubungan dengan jaraknya terhadap permukaan tanah. Lebih tinggi kedudukannya, energi potensialnya juga lebih besar. Pot bunga yang terletak pada lantai lima memiliki energi potensial lebih besar dibanding dengan pot pada lantai di bawahnya. Jika pot bunga jatuh, gaya gravitasi mempercepat gerak jatuhnya. Semakin tinggi pot tersebut, kecepatan akhirnya juga semakin besar. Jadi pot bunga yang jatuh dari lantai yang lebih tinggi akan memiliki kecepatan lebih besar dan energi kinetik lebih besar ketika tiba di permukaan tanah dibandingkan dengan pot serupa yang jatuh dari lantai yang lebih rendah. Besar energi potensial gravitasi pada sebuah benda juga bergantung pada massa benda tersebut. Semakin besar massa sebuah benda, energi potensial gravitasi benda tersebut juga semakin besar. Pot bermassa 10 kg yang berada pada lantai dua memiliki energi potensial gravitasi lebih besar daripada pot 5 kg yang terletak pada tempat yang sama. Kamu telah mempelajari energi kinetik dan beberapa perubahan energi potensial. Perubahan lain energi potensial akan didiskusikan pada bagian berikutnya dalam subbab ini.

Kekekalan Energi

Mungkin kamu pernah menaiki ayunan seperti yang dinaiki anak pada Gambar 9.6. Cobalah ingat lagi seperti apa mengayun maju dan mundurnya, tinggi dan rendahnya. Sekarang pikirkan tentang perubahan energi pada masingmasing gerakan tersebut. Ayunan dimulai dengan suatu dorongan untuk membuatmu bergerak, yakni untuk memberikan sejumlah energi kinetik padamu. Saat ayunan naik, energi kinetik berubah menjadi energi potensial. Pada titik tertinggi, energi potensialnya juga terbesar. Kemudian, saat ayunan turun, energi potensial berubah men-jadi energi kinetik. Pada titik terendahnya, energi kinetik-nya terbesar dan energi potensialnya terkecil.

Energi pada Tubuh Manusia

Energi dalam bentuk apakah yang dapat kamu temukan dalam tubuh manusia? Dengan tangan kananmu, pegang dan rasakan bahu kirimu. Saat melakukan gerakan sederhana, kamu terlibat dalam pengubahan energi potensial kimia yang tersimpan dalam tubuhmu menjadi energi kinetik berupa gerakan tanganmu saat melakukan usaha. Apakah bahumu terasa hangat oleh tanganmu? Sebagian energi potensial yang tersimpan dalam tubuhmu digunakan untuk menjaga suhu dalam tubuh konstan. Sebagian energi juga diubah menjadi panas yang terbuang ke lingkungan sekitar. Walau-pun istirahat, orang dalam Gambar 9.8 memerlukan pengubahan energi. Proses kimia dan fisika yang kompleks juga tunduk terhadap hukum-hukum fisika, termasuk hukum kekekalan energi. Energi yang tersimpan dalam tubuhmu (misalnya berupa lemak) berkurang ketika usaha yang dilakukan atau panas terbuang dari tubuhmu ke lingkungan sekitarmu. Untuk menjaga berat badan yang sehat, kamu harus menyeimbangkan antara energi yang diperoleh dengan energi yang dikeluarkan dari tubuhmu sebagai usaha atau panas.

Makanan – Energi Potensial Kimia Kita

Apa yang kamu makan untuk sarapan pagi ini? Tubuhmu sibuk mengubah secara kimia makananmu menjadi molekul-molekul yang dapat bereaksi dengan oksigen dan digunakan sebagai bahan bakar. Walaupun kamu tidak sarapan pagi ini, tubuhmu mengubah energi yang tersimpan dalam lemak untuk kebutuhan mendadak sampai kamu makan lagi. Kamu mungkin akrab dengan Kalori makanan, yaitu satuan yang digunakan ahli nutrisi untuk mengukur berapa banyak energi yang kita dapatkan dari makanan tertentu. Satu Kalori (dengan huruf k besar) sama dengan satu

Terdapat 2 faktor yang harus diingat bila memutuskan apakah terdapat usaha yang dilakukan: benda harus bergerak, dan arah gerakannya tidak tegak lurus dengan arah gaya yang dikerahkan. Jika kamu mengangkat setumpuk buku dari lantai, kamu melakukan usaha terhadap buku itu. Buku tersebut bergerak ke atas, sesuai arah gaya yang dikerahkan. Jika kamu menahan buku itu, tidak ada usaha yang dilakukan terhadap buku. Gaya ke atas tetap dikerahkan (untuk menjaga buku agar tidak jatuh), tetapi tidak ada gerakan yang terjadi. Demikian juga jika kamu menenteng buku melintasi lantai dengan kecepatan tetap. Kamu tidak melakukan usaha terhadap buku itu. Kejadian ini seperti anak pada Gambar 9.11, yang tidak melakukan usaha terhadap tas ranselnya. Gaya yang bekerja terhadap buku tetap ke atas, atau vertikal, tetapi gerakan kamu melintasi lantai adalah mendatar atau horisontal. Perhatikan bahwa pada saat usaha dilakukan pada sebuah benda, selalu terjadi perubahan gerakan pada benda itu. Telah kamu ketahui bahwa gerak merupakan salah satu bentuk energi. Jadi usaha merupakan pemindahan energi melalui gerak.