Konsep Energi Kinetik

Zsmart.id. Pada artikel yang lalu, kamu sudah mengetahui dengan baik terkait konsep usaha dalam fisika. Selanjutnya, dengan memanfaatkan konsep tersebut kamu akan mengetahui dan memahami terkait tentang salah satu bentuk energi yakni energi kinetik. Secara umum, energi kinetik ditimbulkan oleh suatu benda yang bergerak dengan kecepatan tertentu. Untuk lebih memahami hal ini, silahkan perhatikan gambar berikut.

sebuah benda bermassa m bergerak dengan kecepatan v₀ pada titik awal dan memliki kecepatan v₁ di titik akhir peninjauan. Lebih lanjut, posisi benda tersebut ditinjau dari titik awal dan akhirnya terpisah jarak sejauh s. Selama pergerakan dari titik awal ke titik akhir tersebut maka benda telah menghasilkan energi kinetik Ek. Sebelum masuk ke konsep usaha, kita tinjau terlebih dahulu pergerakan benda tersebut. Selama pergerakannya, benda mengalami gerak lurus berubah beraturan maka dengan menghubungkan besaran-besaran yang diberikan diperoleh persamaan GLBB yang memenuhi adalah :

$https://latex.codecogs.com/svg.image?v\tfrac{2}{1}=v\tfrac{2}{0}+2as$

Di sisi lain, kita mengetahui persamaan dari usaha yakni :

$W=Fs=mas$

Dengan melakukan subtitusi dari kedua persamaan tersebut di atas, diperoleh :

$https://latex.codecogs.com/svg.image?W=m\frac{1}{2}\left ( v\tfrac{2}{1}-v\tfrac{2}{0} \right )=\frac{1}{2}mv\tfrac{2}{1}-\frac{1}{2}mv\tfrac{2}{0}$

Persamaan di ruas kanan ini kita sebut sebagai energi kinerik dengan satuan Joule ataua dalam SI adalah kg.m².sˉ². Maka, besar energi kinetik benda yang bergerak tersebut merupakan selisih antara energi kinetik pada titik akhir dan energi kinetik pada titik awal. Misalkan, kita mengambil kasus khusus yakni benda mulanya berada dalam keadaan diam. Maka, besar energi kinetik yang dihasilkan yakni :

$https://latex.codecogs.com/svg.image?Ek=\frac{1}{2}mv^{2}$

Berdasarkan persamaan yang diperoleh terlihat bahwa terdapat kesetaraan antara usaha dan energi kinetik benda. Dengan kata lain, besar usaha yang dilakukan oleh benda yang bergerak dengan kecepatan v dari titik awal ke titik akhir tidak lain merupakan selisih energi kinetik benda dari keadaan akhir ke keadaan awalnya.

Terdapat dua poin penting terkait energi kinetik

1. Karena besaran massa m dan kecepatan v selalu bernilai positif, maka energi kinetik akan selalu bernilai positif dan tidak bergantung terhadap arah gerak bendanya

2. Energi kinetik bergantung terhadap kerangka acuan pengamat. Sebagai contoh, energi kinetik akan bernilai nol untuk orang yang memiliki massa m dan duduk di dalam sebuah mobil yang memiliki kecepatan v. Tetapi, energi kinetik akan bernilai menurut pengamat yang berada di pinggir jalan

Teorema Usaha - Energi

Teorema ini sangat berguna apabila kita ingin menyelesaikan persoalan usaha dan energi kinetik. Teorema ini menyatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda sebanding dengan perubahan energi kinetik dari benda tersebut. Sehingga secara matematis, hubungan ini dapat kita tuliskan ke dalam bentuk persamaan :

$https://latex.codecogs.com/svg.image?W=\Delta EK$

Contoh Soal

1. Dalam suatu permainan baseball, sebuah bola bermassa 150g dilemparkan sehingga bergerak dengan kecepatan 25m/s. Tentukan a) besar energi kinetik bola dan b) usaha total yang dilakukan oleh bola untuk mencapai kecepatan tersebut jika keadaan awal bola diam.

Untuk menjawab soal bagian a) maka kita dapat menggunakan persamaan dasar dari energi kinetik. Sehingga besar energi kinetik bola tersebut adalah :

$https://latex.codecogs.com/svg.image?Ek=\frac{1}{2}mv^{2}=\frac{1}{2}\left ( 0.150kg \right )\left ( 25 m/s\right )^{2}=46.8J$

pada poin b) usaha total yang dilakukan oleh bola untuk mencapat kecepatan tersebut tak lain merupakan selisih energi kinetik bola. Jika pada dalam keadaan awal bola diam maka akan memiliki kecepatan bernilai nol, sehingga energi kinetik awalnya adalah 0. Maka dengan menggunakan hasil pada poin a) dan teorema usaha-energi diperoleh usaha total yang dilakukan adalah :

$W=46.8J$

2. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 60km/jam. Setelah dilakukan pengereman maksimal mobil berhenti pada jarak 40m. Jika kecepatan mobil dinaikkan tiga kali semula, tentukan jarak yang ditempuh mobil hingga mobil tersebut berhenti !

Penggambaran keadaan dari soal tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :

secara logika, maka terdapat gaya henti F yang berasal dari pengereman mobil tersebut sehingga membuat mobil berhenti. Adapun arah vektor gaya F ini berlawanan dengan arah kecepatan v sebesar 180⁰. Sehingga dengan menggunakan teorema usaha energi maka :

$https://latex.codecogs.com/svg.image?W=EK_{2}-EK_{1}$