Makalah Energi Potensial [PDF]

Citation preview

MAKALAH ENERGI POTENSIAL PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Di masa sekarang ini kita tidak bisa terlepas akan pentingnya energi. Energi bagi kehidupan adalah hal yang wajib bagi kelangsungan hidup manusia. Energi ini sangat bermanfaat bagi manuasia khususnya. Energi ini pertama kali dicetuskan oleh James Prescott Joule. Energi yaitu adalah sesuatu yang tidak bisa dimusnakan namun hanya dapat perpindah dari bentuk satu ke bentuk yang lain. Yang lebih dikenal dengan Hukum Kekekalan Energi. Energi di dunia ini sangatlah terbatas namun dari yang terbatas inilah manusia mencoba untuk menjadikan energi sebagai bahan percobaan untuk keperluan manusia. Dari tahun ke tahun perluasan energi semakin gencarnya dilakukan oleh para peneliti. Perluasan energi biasanya ditujukan untuk memenuhi kebutuhan manusia. Misalnya: radio, tv, internet, kipas angin, hp, dan lain sebagainya. Namun semuanya itu tidak terlepas dari ilmu dasar mengenai energi itu sendiri. Dan untuk mendapatkan energi tentu manusia tidak hanya duduk berdiam diri lalu enrgi akan datang, bukan begitu caranya,. Tentu Tuhan yang Maha Kuasa telah memberi kita manusia akal untuk berpikir. Dan jalan unutk mendapatkan energi adalah dengan Usaha. Usaha dalam pengertian sehari-hari adalah segala sesuatu yandilakukan manusiag untuk mencapai tujuan tertentu. Sedangkan energi adalah hal yang diperlukan untuk melakukan usaha. Nah usaha dan energi dalam bidang fisika, tentunya di sekolah menengah anda telah menetahui bahwa energi adalah sesuatu yang dibutuhkan oleh benda agr dapat melkukan usaha. Mobil yang kehabisan bensin (energi kimia) tidak dapat bergerak lagi (melakukan usaha). Energi mempunyai berbagai macam bentuk. Lima bentuk energi adalah: energi mekanik energi kalor, energi kimia, energi elektromagnetik(listrik, magnet, dan cahaya) dan energi nuklir. Tentu di sekolah anda juga sudah mengetahui bahwa energi dapat berubah bentuk. Misalnya pada bola lampu listrik, energi listrik diubah menjadi energi cahaya dan energi kalor. Peristiwa perubahan energi disebut konversi energi, dan alat konversi energi dinamakan konverter energi. Pada contoh diatas lampu adalah konverter energi. Apakah perbedaan Usaha dalam Fisika dan dalam kehidupan sehari-hari?. Peberbedaannya, dalam keseharian , usaha diartikan sebagai segala sesuatu yang dikerjakan oleh manusia. Sebagai contoh, Hilda berusaha sekuat tenaga mendorong mobil temannya yang mogok tapi mobil itu tetap tidak bergerak. Dan usaha dalam Fisika merupakan suaru besaran fisika “usaha” yang memiliki pengertian yang khas. Usaha dalam fisika hanya dilakukan oleh gaya yang bekerja pada benda, dan suatu gaya dikatakan melakukan usaha pada benda hanya jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah. Sebagai contoh, Hilda mengerahkan gata ototnya untuk mendorong mobil temannya tetapi mobil tidak bergerak. Disini gaya otot Hilda dikatakan tidak melakukan usaha pada mobil. Ini dikarenakan gaya otot Hilda tidak menyebabkan benda (mobil) berpindah. 1



PEMBAHASAN 2.1 Energi Potensial Energi potensialadalah energi yang ditimbulkan oleh posisi relatif atau konfigurasi objek pada suatu sistem fisik. Bentuk energi ini memiliki potensi untuk mengubah keadaan objek-objek lain di sekitarnya, contohnya, konfigurasi atau gerakannya. Contoh sederhana energi ini adalah jika seseorang membawa suatu batu ke atas bukit dan meletakkannya di sana, batu tersebut akan mendapat energi potensial gravitasi. Jika kita meregangkan suatu karet gelang, kita dapat mengatakan bahwa karet gelang tersebu mendapatkan energi potensial elastik. Banyak sekali contoh energi potensial dalam kehidupan kita. Karet ketapel yang kita regangkan memiliki energi potensial. Karet ketapel dapat melontarkan batu karena adanya energi potensial pada karet yang diregangkan. 2.1.1 ENERGI POTENSIAL GRAVITASI Contoh yang paling umum dari energi potensial adalah energi potensial gravitasi. Buah mangga yang lezat dan ranum memiliki energi potensial gravitasi ketika sedang menggelayut pada tangkainya. Demikian juga ketika anda berada pada ketinggian tertentu dari permukaan tanah (misalnya di atap rumah atau di dalam pesawat). Energi potensial gravitasi dimiliki benda karena posisi relatifnya terhadap bumi. Setiap benda yang memiliki energi potensial gravitasi dapat melakukan kerja apabila benda tersebut bergerak menuju permukaan bumi (misalnya buah mangga jatuh dari pohon). Untuk memudahkan pemahamanmu, lakukan percobaan sederhana berikut ini. Pancangkan sebuah paku di tanah. Angkatlah sebuah batu yang ukurannya agak besar dan jatuhkan batu tegak lurus pada paku tersebut. Amati bahwa paku tersebut terpancang semakin dalam akibat usaha alias kerja yang dilakukan oleh batu yang anda jatuhkan. Sebuah benda yang berada pada ketinggian tertentu terhadap suatu bidang acuan tertentu memiliki energi potensial. Energi ini, sesuai dengan penyebanya, disebut energi potensial gravitasi. Artinya, energi ini potensial untuk melakukan usaha dengan cara mengubah ketinggiannya. Semakin tinggi kedudukan suatu benda dari bidang acuan, semakin besar energi potensial gravitsi yang dimilikinya. Atau bisa dikatakan energi potensial grafitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu  benda karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Energi potensial ini juga disebut energi diam, karena benda yang diam-pun dapat memiliki tenaga potensial. Sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini :          m          g          h Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, benda akan jatuh. Maka benda melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w) yang menempuh jarak h. Besarnya Energi potensial benda sama dengan usaha yang sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak h.                                 Ep = w . h  =  m . g . h Ep = Energi potensial   ,  w = berat benda   , m = massa benda   ; g = percepatan grafitasi  ; h = tinggi benda



SATUAN BESARAN Energi Potensial (Ep) Berat benda (w) Massa benda (m) Percepatan grafitasi (g) Tinggi benda (h)



SATUAN MKS Joule Newton Kg m/det2 M



SATUAN CGS Erg Dyne Gr cm/det2 Cm



Energi potensial grafitasi tergantung dari : ·         percepatan grafitasi bumi ·         kedudukan benda ·         massa bend 2.1.2 ENERGI POTENSIAL PEGAS Ketika kita merentangkan sebuah pegas, misanya yang digunakan untuk melatih ototlengan, kita harus melakukan suatu kerja dengan mengerahkan suatu usaha. Pada bagianterdahulu kita pelajari bahwa usaha sama dengan luas daerah dibawah grafik gaya (F) versusperpindahan (x). Kita akan menghitung besar usaha yang dilakukan pada pegas denganmenghitung luas daerah yang diarsir, yaitu W = x tinggi x alas = F x Dengan demikian, besarnya usaha yang dilakukan untuk menarik pegas sejauh x dengan gayasebesar F adalah W = F x Sesuai dengan hukum Hooke, F = k x, persamaan untuk menghitung usaha diatas daapatdilakukan sebagai W = k x2 Seluruh usaha yang dilakukan oleh beban (atau oleh tangan kita) ini akhirnya disimpan menjadi energi potensial elastik pegas, karena dalam peristiwa ini tidak terjadi perubahan energi kinetika pegas. Dengan demikian, sebuah pegas yang memiliki konstanta gaya k dan terentang sejauh x dari keadaan setimbanganya memiliki energi potensial elastik sebesar EP. EP = k x2



APLIKASI PENERAPAN ENERGI POTENSIAL Aplikasi Energi Potensial dalam gerakan tiga dimensi yang terdapat dalam kehidupan seharihari Adapun aplikasi energi potensial yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari antara lain adalah katapel. Timbangan, panah dan busurnya dan masih banyak lagi benda lainnya. Sebuah karet tidak akan mengeluarkan energi jika ia berdiri sendiri, namun ketika karet terkait erat dengan cabang ranting dan kita tarik kuat, maka ia akan mengeluarkan energi potensial. Demikian juga dengan timbangan, busur panah dan anak panahnya ini. Energi potensial pada benda ini hanya akan terlihat ketika ia saling berkaitan dengan yang lain, dan digunakan secara semestinya oleh kita. Misalnya saja kita tarik, atau kita letakkan benda di atasnya seperti pegas pada timbangan. Maka dengan demikian timbangan akan menunjukkan fungsinya. Aplikasi energi potensial Kimia dalam kehidupan sehari-hari kita juga sangat banyak, dan dari beberapa di antaranya ini sangat bermanfaat untuk kehidupan kita sehari-hari, seperti dibawah ini: 1. Minyak tanah, ketika minyak tanah berada pada botol, maka ia tidak mengeluarkan energinya atau tidak berfungsi sama sekali. Namun sebenarnya secara sadar atau tidak minyak tanah ini menyimpan energi yang besar, dan ia akan mengeluarkan energinya ketika kita letakkan dalam kompor dan kita menyalakan kompor tersebut. Maka dengan menyalanya kompor kita bisa mengambil manfaatnya. Namun ketika kita sambungkan pada kompor melalui regulator, maka kompor akan menyala dan kita bisa menggunakannya dengan baik. 2. Busi pada motor, ia hanya akan bekerja atau menampakkan energinya jika dipasang pada tempatnya dengan benar yaitu pada motor sehingga motor bisa menyala. 3. Bohlam lampu yang tergeletak di atas meja, ia tidak berenergi namun sangat berpotensi. Sehingga ketika kita pasang dan mengalirkan listrik padanya ia akan menyala dan membantu kita dalam menerangi seluruh ruangan. Aplikasi energi potensial dibagi dalam beberapa jenis yaitu, sebagai berikut: 1. Energi potensial elastis Salah satu contoh energi potensial mudah untuk dipagami adalah energi potensial elastis. Hal ini dapat diilustrasikan dengan menggambar kembali busur. Karena bentuk dari tali busur secara sementara berubah bentuk, ketika dilepaskan itu akan mencoba untuk kembali ke bentuk aslinya, sehingga menghasilkan energi yang mendorong panah. Sampai busur dilepaskan, energi ini ada sebagai energi potensial elastis. Sebuah balon adalah contoh laindari energipotensialelastis, dimanaudara dikompresi dalam balon. Memecahkan balon dengan jarum akan mengubah energi potensial menjadi energi kinetik bergerak cepat molekul udara. 2. Energi potensial gravitasi Contoh Lain yang umum energi potensial adalah energi gravitasi. Sebuah benda jatuh akan mempercepat berkat energi kinetik. Ketika benda menyentuh tanah, jumlah ini



sama dengan energi yang akan dilepaskan sebagai panas dan suara dalam tumbukan. Namun, sebelum benda jatuh, jumlah energi ini disimpan sebagai energi potensial. 3. Energi potensia nuklir Beberapa atom memiliki inti yangtidakstabil yangmemiliki potensi pemecahandan melepaskanenergikinetik. Misalnya, Uranium–235 adalah tidak stabil dandapat terbagdua, melepaskan kecepatan tinggi partikel subatom dan radiasi. Energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik. Dari semua contoh energi potensial, mungkin yang paling spektakuler adalah melalui partikel bermuatan listrik dalam inti atom, yang memegang energi potensial nuklir. 4. Energi potensial listrik Energi potensial listrik datang dalam beberapa bentuk. Sebuah benda bermuatan listrik saat diam memiliki energi potensial yang berhubungan dengan benda-benda lain di dekatnya yang juga bermuatan listrik. Sebuah variasi benda bermuatan yang tidak pada saat diam, dalam situasi ini ada potensi untuk menjadi energi magnetik. Stopkontak listrik di rumah Anda memiliki energi potensial 110V atau 220V, tergantung pada negara di manaAndatinggal. Setelah rangkaianlistrik dibuat,akanterjadi energi potensial menjadi energi kinetik daripergerakan elektron, serta panas dan efek lainnya. Aplikasi energi potensial dalam kehidupan sehari-hari yang seriing kita temui ialah sebagai berikut: 1. Ketika kita meregangkan karet gelang atau mengangkat batu ke ketinggian tertentu, energi disimpan di objek ini. Energi ini disebut energi potensial. 2. Sebuah batu bata di tanah tidak dapat melakukan pekerjaan apa pun. Tetapi ketika kita menaikkan batu bata yang sama, energi disimpan dalam objek ini. Energi ini disebut energi potensial. 3. Energi dalam lilitan pegas sebuah mobil mainan adalah energi potensial. Energi ini dapat menyebabkan mobil mainan bergerak. 4. Ketika kita meletakkan batu di selempang katapel dan meregangkan karetnya, energi potensial tersimpan di dalamnya. Energi ini dapat membuang batu. Demikian pula, penyimpanan air di bendungan memiliki energi potensi 5. Sebuah bola yang menggelinding di lereng menyajikan dua momen di mana ia dapat menyimpan energi potensial: yang pertama adalah ketika berada di puncak bukit dan yang kedua adalah ketika telah selesai turun dan berhenti. 6. Trampolin yang tidak digunakan tidak memiliki energi potensial. Ini mulai menyimpan energi hanya ketika sebuah objek memantul di atasnya. Jenis energi potensial ini bersifat elastis. 7. Sebuah batu di tepi tebing memiliki energi potensial gravitasi. Jika batu jatuh, energi potensial menjadi kinetik.



CONTOH SOAL Untuk lebih jelas dan paham mengenai energi potensial pegas, kali ini akan memberikan contoh soal tentang energi potensial pegas. Untuk lebih jelasnya berikut adalah ulasannya. Soal 1. Sebuah bola yang memiliki massa 2 kg, terletak di atas almari dengan ketinggian 3 m. Berapakah energi potensial bola? (percepatan gravitasi bumi = 10 m/s2) Jawab : m = 2 kg,  h = 3 m,   g = 10 m/s2 Ep = m g h Ep = 2 kg x 10 m/s2 x 3 m Ep = 60 joule. Energi potensial bola adalah 60 joule. Soal 2. Buah kelapa yang masih menggantung dipohon kira-kira massanya 1,5 kg. Jika ketinggian pohon kelapa tersebut 10 meter. Berapa energi potensial buah kelapa tersebut? (g = 10 m/s2) Jawab : m = 1,5 kg,  h = 10 m,   g = 10 m/s2 Ep = m g h Ep = 1,5 kg x 10 m/s2 x 10 m Ep = 150 joule. Energi potensial pada kelapa adalah 150 meter. Soal 3. Sebuah benda memiliki energi potensial 1000 joule. Benda tersebut terletak di atas gedung dengan ketinggian 100 meter dari tanah. Berapakah massa benda dan berat benda tersebut? (g = 10 m/s2) Jawab : Ep = 1000 J,  h = 100 m,  g = 10 m/s2 Ditanya massa benda dan berat benda? Ep = m g h Rumus mencari massa benda : m = Ep : (g x h) m = 1000 J : (10 m/s2 x h = 100 m) m = 1 kg. Mencari berat benda : W=mg W = 1 kg x 10 m/s2 W = 10 newton



Jadi massa bendanya 1 kg dan berat bendanya 10 newton. Soal 4. Suatu boneka memiliki massa 3 kg. Jika boneka tersebut memiliki energi potensial 120 joule di atas lemari. Berapakah ketinggian lemari tersebut? (g = 10 m/s2) Jawab : Ep = 120 J,   g = 10 m/s2,  m = 3 kg Ditanya ketinggian benda? Ep = m g h h = Ep : (m x g) h = 120 : (3 kg x 10 m/s2) h = 120 : 30 h = 4 meter ketinggian lemari tersebut adalah 4 meter. Perbedaan energi potensial dengan energi kinetik adalah energi potensial terjadi pada benda yang bergerak, sedangkan energi potensial terjadi pada benda yang memiliki posisi atau ketinggian. Pada kasus buah mangga jatuh dari pohonnya terdapat dua energi yakni energi potensial dengan energi kinetik. Energi potensial tersebut ada pada saat buah mangga masih berada di pohonnya, sedangkan energi kinetik terjadi pada saat buah mangga sampai jatuh ke tanah. Baca selengkapnya tentang energi kinetik Soal 5. Pemain loncat indah memiliki massa 50 kg dan berdiri pada menara loncat. Jika ia mau melompat ke dalam kolam renang yang ketinggia menara loncat ke kolam renang 10 meter. Berapakah berat dan energi potensial orang tersebut? (g = 10 m/s2) Jawab : m = 50 kg,  h = 10 m,   g = 10 m/s2, ditanya berat benda dan energi potensial? Mencari berat benda menggunakan rumus  W = m g W = 50 kg x 10 m/s2 W = 500 N Mencari energi potensial Ep = m g h Ep = 50 kg x 10 m/s2 x 10 m Ep = 5000 J Jadi berat orang itu adalah 500 newton dan energi potensialya 5000 joule.



PENUTUP 4.1 KESIMPULAN Usaha merupakan hasil kali antara gaya yang bekerja dengan perpindahan yang dialami oleh benda. Satuan usaha dalam SI adalah joule (J). Energi menyatakan kemampuan untuk melakukan usaha.Energi yang dimiliki oleh bendabenda yang bergerak disebut energi kinetik,sedangkan energi yang dimiliki oleh benda karena kedudukannya disebut energi potensial. 4.2 SARAN Bagi pembaca disarankan supaya makalah ini dapat dijadikan sebagai media pembelajaran dalam rangka peningkatan pemahaman tentang usaha dan energi. Dan bagi penulis-penulis lain diharapkan agar karya tulis ini dapat dikembangan lebih lanjut guna menyempurnakan makalah yang telah dibuat sebelumnya.