ENERGI (part1)

Aktivitas seperti bersepeda membutuhkan banyak energi yang banyak. Energi berasal dari makanan yang kita makan. Bagaimanakah proses perubahan menjadi energi yang tersedia dalam tubuh untuk beraktifitas?. Apakah yang dimaksud dengan energi? Dari manakah energi berasal?. Mari kita pelajari yuk!

Apa itu Energi?

Eenergi adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Tanpa energi tidak akan terdapat apa pun termasuk kehidupan. Energi terdapat di mana-mana dan dapat berubah bentuk pada setiap kejadian. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.

Sumber Energi

Sumber energi adalah sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi. Contohnya adalah, batubara, minyak bumi, matahari dsb. sumber energi dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu

1. Sumber energi yang dapat diperbarui yaitu sumber energi yang dapat beregenerasi secara alami alam jangka waktu yang pendek. Contohnya tumbuhan, cahaya matahari dsb

2. Sumber energi yang tidak dapat diperbarui yaitu sumber energi yang membutuhkan waktu yang sangat lama untuk terbentuk bahkan sampai berjuta-juta tahun. Contohnya adalah batubara, minyak bumi. Sumber energi ini jumlahnya terbatas sehingga suatu saat akan habis, sehingga penggunaannya harus dengan bijak. Batubara dan minyak bumi disebut juga bahan bakar fosil (fossil duel)

Bentuk Energi

1. Energi cahaya

cahaya memiliki energi yang lemah, sehingga tidak dapat menggerakkan benda secara langsung. Namun, jika berkas cahaya yang sangat kuat mengenai partikel-partikel debu yang sangat kecil, maka partikel-partikel tersebut akan bergerak.

2. Energi Panas

Energi panas berasal dari pembakaran bahan bakar seperti pada sepeda motor, mobil, kereta diesel. Energi panas juga dimanfaatkan oleh mesin uap didalam pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) dengan cara membakar batubara/minyak bumi/gas untuk memanaskan air yang akan segera menghasilkan uap. Uap tersebut yang digunakan untuk memutar turbin.

3. Energi Bunyi

Sama halnya seperti energi cahaya, energi bunyi memiliki energi yang lemah sehingga tidak bisa menggerakkan benda. Namun, ketika gelombang bunyi mengenai gendang telinga gelombang tersebut dapat menggetarkannya.

4. Energi Kimia

Energi kimia merupakan energi potensial yang dimiliki atom , unsur dan senyawa karena susunan elektronnya. Ketika unsur, atau senyawa tersebut bereaksi, susunan elektron akan berubah yang diikuti pelepasan energi.

5. Energi Listrik

Energi listrik merupakan bentuk energi yang terpenting dalam kehidupan modern. Semua alat elektronik membutuhkan energi listrik untuk digunakan. Energi listrik memiliki kepraktisan dalam menggerakkan alat elektronik karena sifatnya yang mudah diubah menjadi bentuk energi lainnya.

6. Energi Magnet

Magnet memiliki energi yang disebut energi magnet. Energi magnet biasanya digunakan dalam elektromagnet untuk mengubah besi yang berat. Elektromagnet juga digunakan pada motor listrik, mikrofon, televisi tabung, telepon dsb.

7.Energi Nuklir

Pemanfaatan energi nuklir selain sebagai bahan bom atom, juga digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Energi yang dihasilkan berasal dari pembelahan ataupun penyatuan atom dalam suatu reaksi nuklir. Energi yang dihasilkan tersebut sangatlah besar, salah satu bentuk reaksi yang menghasilkan energi nuklir terjadi di Matahari.

Jenis-Jenis Energi

1. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak. Nilai energi kinetik berkaitan erat dengan massa dan kecepatan dari benda. Besarnya energi kinetik berbanding lurus dengan besarnya massa dan berbanding dengan kuadrat kecepatan gerak benda.

Benda yang massa dan kecepatannya besar, pasti memiliki energi kinetik yang besar ketika bergerak. Begitu juga sebaliknya, benda yang massa dan kecepatannya kecil, energi kinetiknya juga kecil.

Contoh dari energi kinetik adalah truk yang bergerak, saat kamu berlari, dan berbagai gerakan lainnya.

Contoh lain juga bisa kamu amati saat kamu melempar batu. Batu yang kamu lempar pasti memiliki kecepatan, dan oleh karena itu ia memiliki energi kinetik. Energi kinetik dari batu ini dapat kamu lihat dampaknya ketika ia menumbuk sasaran di depannya.

Rumus menentukan energi kinetik adalah sbb:

E_k = ½  x m x v²

Keterangan :
m = massa dari benda tegar (kg)
v= kecepatan (m/s)
E_k = energi kinetik (Joule)

Contoh soal:

Sebuah mobil memiliki massa 200 kg melaju dengan kecepatan 25 m/s. Hitung energi kinetik mobil pada kelajuan tersebut!

Diketahui:
Massa mobil (m) = 200 kg
Kecepatan mobil (v) = 25 m/s

Ditanyakan:
Energi kinetik dan kejadian jika mobil direm mendadak

Jawab:
Energi kinetik mobil sedan dapat dihitung sebagai berikut:

Ek = 1/2 . m v²
Ek = 1/2 . 200 . (25)²
Ek = 62.500 Joule

Contoh soal 2:

Sebuah mobil jip mempunyai energi kinetik sebesar 100.000 Joule. Jika mobil tersebut mempunyai massa sebesar 500 kg, maka kecepatan mobil jip tersebut adalah …

Diketahui:
Energi kinetik (Ek) = 200.000 Joule
Massa mobil (m) = 500 kg

Ditanyakan:
Kecepatan mobil (v)?

Jawab:
Ek = 1/2 . m v²
v = √ 2 x Ek/m
v = √ 2 x 100.000 / 500
v = 20 m/s

2. Energi Potensial

Energi potensial merupakan bentuk energi yang tersimpan pada benda. Berbeda dengan energi kinetik yang wujudnya cukup jelas, yaitu ketika benda bergerak, energi potensial tidak memiliki wujud tertentu.

Hal ini disebabkan karena energi potensial pada dasarnya adalah energi yang sifatnya masih berupa potensi atau tersimpan. Dan baru akan keluar ketika ia berubah posisinya.

Contoh energi potensial yang mudah kamu temui adalah energi potensial pada pegas.

Ketika kamu menekan pegas, pegas tersebut memiliki energi potensial yang tersimpan. Itu sebabnya, ketika kamu melepaskan peganganmu terhadap pegas, pegas tersebut dapat melakukan dorongan.

Hal itu terjadi karena energi yang tersimpan dalam bentuk energi postensial telah dilepaskan.

Adapun energi potensial ini terbagi menjadi 3 bentuk energi yaitu energi potensial kimia, energi potensial elastis, dan energi potensial gravitasi.

• Energi Potensial Kimia

Energi potensial kimia adalah energi yang tersimpan dalam atom dan ikatan kimia antara mereka. Kita memiliki energi untuk dapat bergerak yang berasal dari makanan, dimana makanan tersebut mengandung energi potensial yang akan diubah menjadi energi kenetik (energi gerak). Selain itu, energi potensial kimia terdapat pada cadangan makanan hasil fotosintesis yang berasal dari energi cahaya dan diubah oleh tumbuhan hijau.

• Energi Potensial Elastis

Energi potensial elastis adalah energi yang dimiliki oleh benda-benda yang bersifat elastis. Contohnya, ketika tali busur yang direntangkan dan energi otot disimpan dalam tali sebagai energi potensial, maka energi potensial inilah yang menyebabkan anak panah mampu untuk meluncur.

• Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya yang bergantung kepada percepatan gravitasi. Sebuah benda yang memiliki energi potensial gravitasi maka benda tersebut diangkat pada ketinggian tertentu dari atas tanah dan ketika benda dijatuhkan energi potensial gravitasi akan diubah menjadi energi kinetik.

Energi potensial bisa dirumuskan sebagai berikut

Contoh soal 1

Hitung energi yang dibutuhkan untuk mengangkat beban 10 kg setinggi 2 meter!

Penyelesaian:
Sehingga dapat kita cari besar Ep adalah:

Ep=m.g.h =10×10×2 = 200 J

Contoh soal 2

Jika diketahui sebuah benda mempunyai massa 5 kg dan mempunyai energi potensial sebesar 500 Joule pada ketinggian tertentu. Jika gravitasi bumi ditempat itu adalah 10 m/s², berapakah perkiraan ketinggian benda tersebut dari permukaan bumi?

Jawab

• E_P = m x g x h

  h = E_P /(mxg)

  h = 500 / (5 x 10)

  h = 10 meter.

  ---

3. Energi Mekanik.

Energi mekanik adalah jumlah total antara energi kinetik dan energi potensial.

Energi mekanik memiliki sifat tertentu yang unik, yaitu bahwa, jumlah energi mekanik akan selalu sama, walaupun nilai energi potensial dan energi kinetiknya berbeda.

Katakanlah ambil contoh sebuah mangga yang matang di pohon.

Saat berada di pohon, mangga tersebut memiliki energi potensial karena posisinya, dan tidak memiliki energi kinetik karena dia diam.Tetapi ketika mangga tersebut telah matang dan jatuh, energi potensialnya akan berkurang karena posisinya telah berubah, sementara energi kinetiknya meningkat karena kecepatannya terus bertambah.

Energi mekanik adalah penjumlahan antara energi potensial dan energi kinetik, maka rumus energi mekanik adalah gabungan antara rumus energi potensial dengan rumus energi kinetik. Rumus energi kinetik adalah sebagai berikut:

Em = Ep + Ek

Keterangan:
Em: Energi mekanik (joule)
Ep : energi potensial (joule)
Ek : Energi kinetik (joule)

Energi mekanik berkaitan langsung dengan hukum kekekalan energi. Hukum kekekalan energi berbunyi  :

“Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, energi hanya dapat diubah bentuk dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lain“.

Rumus pada hukum kekekalan energi dapat ditulis:

Em = Ep + Ek = konstan
Em1 = Em2
Ep1 + Ek1 = Em2 + Ek2
m1.g.h1 + 1/2 m1.v1² = m1.g.h2 + 1/2 m1.v2²

Keterangan:
m1 : massa benda (kg)
h1 : Ketinggian benda pada posisi awal
h2 : Ketinggian benda pada posisi akhir
v1 : kecepatan awal benda
v2 : kecepatan akhir benda

Contoh soal

Soal 1

Apel dengan massa 200 gram jatuh dari poho pada ketinggian 10 meter. Jika besar gravitasi (g) = 10 m/s², hitunglah energi mekanik pada apel!

Diketahui:

massa benda : 200 gram (0,2 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
Em = m.g.h
Em = 0,2 kg . 10 .10
Em = 20 joule

Kesimpulan:
Energi mekanik yang dimiliki oleh apel yang jatuh tersebut adalah 20 joule.

Soal 2

Sebuah buku bermassa 2 kg jatuh dari gedung. Ketika jatuh ke tanah, kecepatan buku tersebut adalah 20 m/s. Berapakah tinggi gedung tempat buku terjatuh jika nilai g = 10 m/s²?

Diketahui
:

massa m = 1 kg
kecepatan v = 20 m/s
gravitasi g = 10 m/s²

Ditanyakan
:

Ketinggian gedung (h)

Jawab

Em1 = Em2
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
m1.g.h1 + 1/2 m1.v1² = m1.g.h2 + 1/2 m1.v2²
Ep = maksimum
Ek1 = 0 (karena buku belum bergerak)
Ep2 = 0 (karena buku sudah berada di tanah dan tidak memiliki ketinggian)
Ek2 = maksimum
m1.g.h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v2²
2 x 10 x h = 1/2 x 1 x 20²
20 x h = 200
h = 200/20
h = 10 meter

Kesimpulan
Jadi, ketinggian gedung tempat buku terjatuh adalah setinggi 10 meter.

Soal 3

Sebuah benda bermassa 1 kg dilempar secara vertikal ke atas dengan kecepatan awal adalah 20 m/s. Apabila percepatan gravitasi g = 10 m/s², maka ketinggian benda saat energi potensialnya sama dengan satu perempat energi kinetik maksimumnya adalah … ?

Diketahui
:

massa m = 1 kg
Kecapatan awal (V1) = 20 m/s percepatan grafitasi g = 10 m/s²
Ep = 1/4 . Ek maksimum

Ditanyakan:


Ketinggian benda saat Ep = 1/4 . Ek maks

Jawab:

Benda bergerak ke atas (vertikal), maka energi kinetik maksimum benda adalah saat awal gerak kecepatan benda dilemparkan.
Ek maks = Ek awal
Ek maks = 1/2.m.v1²
Ek maks = 1/2.1.(20)²
Ek mask = 200 joule

Ketinggian benda dapat dihitung sebagai berikut:
Ep = 1/4. Ek maks
m.g.h = 1/4 (200)
1.10.h = 50
10h = 50
h = 5 meter.