Hukum Kekekalan Energi – Blog Ilmu Pengetahuan

Hukum Kekekalan Energi – Pengantar

Kekekalan artinya tak berubah. Makara, hukum kekekalan energi merupakan hukum yg menyatakan bahwa energi itu kekal & tak dapat berganti (besarnya) sepanjang waktu, mempunyai nilai yg sama baik sebelum sesuatu terjadi maupun sesudahnya. Energi mampu diubah bentuknya, namun besarnya akan senantiasa sama.

Energi disini adalah total energi dr suatu sistem. Total energi dr suatu tata cara dapat berupa energi kinetik, energi memiliki peluang, energi panas, & lain sebagainya. Bentuk-bentuk energi tersebut dapat berupah menjadi bentuk energi yang lain sehingga total energi pada suatu tata cara akan senantiasa sama.

Lihat pula materi Wargamasyarakat.org yang lain:

Pemanasan Global

Efek Rumah Kaca

Termodinamika

Daftar Isi

Energi Mekanik

Energi mekanik merupakan jumlah dari energi kinetik & energi berpeluang.

Em = Ek + Ep

Karena aturan kekekalan energi menertibkan bahwa setiap total energi pada tata cara (yakni energi mekanik) mesti senantiasa sama, maka energi mekanik sebelum & sesudahnya memiliki besar yg sama.

$Em_ sebelum = Em_ sesudah$

$Em_1 = Em_2$

Maka persamaan diatas mampu dijabarkan sebagai:

$Ek_1 + Ep_1 = Ek_2 + Ep_2$

$\frac 1 2 mv_1^2 + mgh_1 = \frac 1 2 mv_2^2 + mgh_2$

Karena kekekalan energi merupakan suatu hukum, maka bagaimanapun caranya persamaan di sebelah kiri mesti selalu sama dgn persamaan di sebelah kanan. Dengan cara inilah, para insinyur dapat merancang & memprediksi mesin-mesin daya mirip turbin air & generator yg bisa mengganti energi potensial air menjadi energi kinetik kemudian menggantinya menjadi energi listrik, pula mesin kendaraan beroda empat yg mampu mengubah energi kimia menjadi energi kinetik.

Gambar di samping menunjukkan sebatang pipa kaca yang berisi udara.

Contoh Penerapan Hukum Kekekalan Energi

Pembangkit Listrik tenaga Hidro

Pada bendungan (dam) pembangkit listrik tenaga hidro, air dibendung hingga meraih ketinggian (h) yg tinggi sehingga air di waduk memiliki energi berpeluang yg tinggi. Air masuk dr pintu air melalui jalur air hingga ke turbin & memutar turbin. Energi berpeluang air kemudian berubah menjadi energi kinetik pada turbin sehingga turbin berputar. Karena turbin berputar, maka generator pun ikut berputar. Energi kinetik pada turbin kemudian bermetamorfosis energi listrik pada generator. Listrik dr generator kemudian dialirkan melalui kabel tegangan tinggi jarak jauh. Energi listrik inilah yg kita nikmati sehari-hari.

penerapan hukum kekekalan energi pada pembangkit listrik

Gambar. Skema bendungan air pada pembangkit listrik tenaga hidro

Mobil atau Kendaraan Bermotor

Pada kendaraan beroda empat atau kendaraan bermotor, prinsipnya selalu sama. Energi kimia yg terdapat dlm bahan bakar diubah menjadi energi kinetik pada mesin mobil. Energi kinetik tersebutlah yg menggerakkan mobil. Besarnya energi kinetik yg menggerakkan kendaraan beroda empat lebih kecil dr besarnya energi kimia pada bahan bakar. Hal ini disebabkan karena tak seluruh energi kimia berubah menjadi energi kinetik. Sebagian besar energi yg tak berubah menjadi energi kinetik tersebut, akan tetapi berubah menjadi energi dlm bentuk lain mirip panas, getaran, & lain-lain.

Lihat pula materi Wargamasyarakat.org yang lain:

Rumus Empiris

Teks Biografi

Coelenterata

Selain itu, sebagian energi kinetik yg terbentuk hilang lantaran ukiran pada piston mesin atau hilang lantaran hambatan lain. Sehingga, hanya sebagian kecil dr total energi awal pada kendaraan beroda empat yg digunakan murni untuk menggerakkan mobil (cuma sekitar 15%). Energi-energi yg tak termanfaatkan tersebut disebut kerugian-kerugian. Kerugian-kerugian tersebut tak menetralisir energi, akan tetapi mengganti energi menjadi bentuk yg tak dapat dimanfaatkan, & hal ini tak mampu terelakkan.

Rumus Dimensi Energi Potensial Gravitasi

Gambar. Kekekalan energi & kerugian-kerugiannya pada mobil

Teko Pemanas Air

Pada saat kita memakai teko penghangat air, kita bekerjsama menyaksikan prinsip kekekalan energi. Teko penghangat air mengganti energi listrik dr kabel menjadi energi panas pada element penghangat. Elemen pemanas inilah yg kemudian memanaskan air sehingga energi panas berpindah ke air pada teko. Terdapat pula beberapa kerugian-kerugian energi yg hilang dlm bentuk panas ke lingkungan, suara, & lain-lain.

Gambar. Teko penghangat air

Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi

Contoh Soal 1

(sumber gambar: steemitimages)

Astronot Alan Shepard dikala berada di bulan memukul bola golf dengan-cara vertikal ke atas dr permukaan bulan yg memiliki percepatan gravitasi sebesar 1,6 m/s². Bola tersebut dikenali melaju dgn kecepatan 28 m/s. Seberapa tinggi bola golf dapat naik?

Pembahasan:

Diketahui bahwa:

$Em_1 = Em_2$

$Ek_1 + Ep_1 = Ek_2 + Ep_2$

$\frac 1 2 mv_1^2 + mgh_1 = \frac 1 2 mv_2^2 + mgh_2$

Pada saat awal, bola masih berada di permukaan maka ketinggiannya nol, kecepatan awalnya pun sama dgn nol. Sehingga persamaannya menjadi:

$0 + 0 = \frac 1 2 mv_2^2 + mgh_2$

$0 = \frac 1 2 v_2^2 + gh_2$

sehingga,

$h_2 = \frac -0,5 v_2^2 g$

$h_2 = \frac -0,5 (20 m/s)^2 (1,6 m/s^2)$

$h_2 = - 125 m$

Tanda minus menunjukkan arahnya. Pada kasus ini, tanda minus memperlihatkan arah ke atas.

Contoh Soal 2

(SIMAK UI 2013) Sebuah balok ditembak pada arah vertikal dgn sebuah peluru yg memiliki kecepatan 500 m/s. Massa peluru 10 gr, sedangkan massa balok 2 kg. Setelah ditembakkan, peluru bersarang di dlm balok. Balok akan terpental ke atas hingga ketinggian maksimum ….

(A) 13 cm

(B) 27 cm

(D) 42 cm

(E) 47 cm

Lihat pula materi Wargamasyarakat.org yang lain:

Recount Text

Persamaan Garis Lurus

Stoikiometri

Pembahasan

Peristiwa diatas merupakan tumbukan. Peristiwa tumbukan bantu-membantu merupakan peristiwa dimana dua benda saling menawarkan agresi satu sama lain dlm waktu yg singkat. Karena gaya-gaya melakukan pekerjaan dlm waktu yg sangat singkat maka kita tak bisa memperhatikan keadaan metode pada dikala kedua benda saling berinteraksi. Dengan demikian, akan lebih mudah kalau benda dianalisis pada kondisi sebelum & setelah tumbukan terjadi.

Hakikat Ilmu Fisika: Pengertian Dan Pertumbuhan

Momentum didefinisikan selaku perkalian antara massa suatu benda dgn kecepatan geraknya:

p = mv

p = saat-saat (kg m/s) ; m = massa benda (kg); v = kecepatan benda (m/s)

Momentum merupakan besaran vektor. Makara, arah gerak benda mensugesti tanda (+) & (-) pada dikala melaksanakan perkiraan.

Persamaan terakhir dr aturan Newton II menyatakan bahwa gaya yg melakukan pekerjaan dlm selang waktu Δt menciptakan pergeseran momentum sebesar mΔv. Besaran FΔt disebut impuls. Impuls biasanya disimbolkan dgn aksara I.

I = FΔt

Impuls merupakan besaran vektor.

Tumbukan yg terjadi pada soal diatas merupakan tumbukan non-elastis tepat karena kedua benda menyatu sesudah proses tumbukan. Pada tumbukan non-elastis tepat, momentumnya konstan & energi kinetiknya TIDAK kekal.

momentum awal = saat-saat akhir

$m_p v_p + m_b v_b = m_p v'_p + m_b v'_b$

$v'_p = v'_b = v'$ (non-lentur tepat)

$m_p v_p + m_b v_b = (m_p + m_b) v'$

$m_p v_p + m_b . 0 = (m_p + m_b) v'$

$m_p v_p = (m_p + m_b) v'$

$0,01 m \cdot 500 m/s= (0,01 m + 2 m) v'$

$v' = \frac 5 m^2/s 2,01 m = 2,488 m/s$ (arah vektor ke atas)

Pada dikala kedua benda bertumbukan, proses tumbukan terjadi dengan-cara vertikal (tegak lurus), Energi Potensial tak bisa diabaikan mirip pada proses tumbukan horizontal. Oleh lantaran itu, digunakan tata cara kekekalan energi mekanik.

Dalam masalah ini pada ketika kedua benda bertumbukan, lantaran arah gaya yg disebabkan kecepatan (keatas) berlawanan dgn arah gaya berat yg selalu kebawah, maka arah gaya energi kinetik bertentangan dgn energi memiliki potensi, sehingga:

ΔEk = ΔEp

$Ek_2 - Ek_1 = Ep_2 - Ep_1$

$\frac 1 2 (m_p + m_b)v_2^2 - \frac 1 2 (m_p + m_b)v_1^2 = (m_p + m_b)gh_2 - (m_p + m_b)gh_1$

Kecepatan tamat $v_2 = v'$ & $h_2$ merupakan ketinggian tumbukan balok & peluru maksimum. Sedangkan, untuk kecepatan awal $v_1$ sama dgn 0 lantaran pada ketika $h_1 = 0$ (ketinggian permulaan balok yakni tatkala balok masih diatas meja), balok & peluru masih belum bertumbukan sehingga balok dianggap belum bergerak. Maka: