Pada halaman ini, kita akan belajar beberapa konsep dasar yang perlu dipahami dalam bab energi yaitu pengertian, bentuk, dan perubahan energi.
Selain ketiga konsep tersebut, pada halaman ini juga akan dibahas mengenai energi mekanik dan hukum kekekalan energi yang dilengkapi dengan contohnya.
Pada bagian energi mekanik akan dibahas mengenai rumus energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh suatau benda.
Melalui pembahasan ini diharapkan Sobat Tafsi dapat menjelaskan pengertian dari energi, bentuk-bentuk energi, dan beberapa perubahan energi.
Kalian juga diharapkan dapat menjelaskan konsep hukum kekekalan energi dan memberikan sebuah contoh yang menunjukkan kekekalan energi tersebut.
Pengertian Energi
Berbicara mengenai energi, tiap orang mungkin memiliki definisi yang berbeda tergantung sudut pandangnya. Secara umum, kita mengartikan energi sebagai tenaga.Dalam fisika, energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Seperti halnya manusia yang membutuhkan energi untuk beraktivitas.
Lalu, kapan benda dikatakan memiliki energi?
Benda disebut mempunyai energi jika benda tersebut dapat menghasilkan gaya yang mempengaruhi kondisi benda lain atau gaya untuk melakukan kerja.
Apakah air yang mengalir memiliki energi?
Jawabannya adalah ya. Air mengalir memiliki energi sebab mampu memindahkan benda yang hanyut seperti batang pohon atau sampah.
Energi adalah besaran skalar, yaitu besaran yang tidak memiliki arah melainkan hanya memiliki nilai saja. Satuan energi adalah Joule (J).
Selain dalam satuan Joule, kadang energi (misalnya energi kalor) juga dinyatakan dalam satuan kalori. Jadi, Sobat Tafsi harus dapat mengubah satuannya.
Konversi satuan energi:
1 Joule = 0,24 kalori
1 kalori = 4,2 Joule
Energi berasal dari suatu sumber energi. Berbeda sumber, berbeda pula bentuk energinya. Misalnya, energi panas dihasilkan oleh matahari, api, dan sebagainya.
Bentuk-bentuk Energi
Seperti yang telah edutafsi singgung di atas, energi hadir dalam beberapa bentuk yang berbeda-beda tergantung pada sumber energinya.Pada kesempatan ini, kita akan membahas tujuh bentuk energi yang umum dijumpai dalam kehidupan sehari-hari mulai dari energi kimia hingga energi nuklir.
Energi kinetik dan energi potensial tidak dibahas pada bagian ini karena keduanya akan dibahas secara detail pada bagian energi mekanik.
#1 Energi Kimia
Sesuai dengan namanya, energi kimia adalah energi yang terkandung dalam makanan atau zat-zat tertentu misalnya pada bahan bakar.Lebih khusus, energi kimia diartikan sebagai energi yang dihasilkan oleh senyawa-senyawa kimia termasuklah di situ makanan, bahan bakar, dan baterai.
Energi kimia inilah yang digunakan manusia untuk melakukan berbagai aktivitas. Melalui proses kimia, energi kimia akan diubah menjadi energi gerak.
Berbagai makanan yang setiap hari kita konsumsi mulai dari nasi, lauk, sayur, dan buah merupakan sumber energi kimia yang memberikan kita tenaga untuk beraktivitas.
Beberapa bahan bakar yang menghasilkan energi kimia antaralain bensin, solar, minyak tanah, kayu, arang, batu bara, dan bahan bakar lainnya.
#2 Energi Pegas
Energi pegas adalah energi yang dihasilkan oleh benda-benda yang sifatnya elastis, yaitu dapat kembali ke bentuk semula jika gaya luarnya dihilangkan.Beberapa contoh benda yang bersifat elastis antaralain pegas, karet, busur panah, dan sebagainya. Benda-benda inilah yang menghasilkan energi pegas.
Energi yang dihasilkan oleh busur panah yang ditarik atau energi pada pegas yang ditekan disebut juga energi potensial elatsik.
Ketika ditekan, pegas akan memiliki energi potensial yang kemudian akan berubah menjadi energi kinetik ketika tekanan pada pegas dihilangkan.
Energi potensial elastik yang dimiliki oleh benda-benda elastid dapat dimanfaatkan untuk melontarkan benda atau menggerakkan benda.
Sebagai contoh, pegas pada arloji digunakan untuk menggerakan jarum jam, busur panah digunakan untuk melontarkan anak panah, dan sebagainya.
#3 Energi Panas
Energi panas adalah energi yang dihasilkan oleh benda-benda yang dapat menghasilkan panas seperti matahari, api, lilin yang menyala, dan sebagainya.Energi panas biasa juga disebut energi kalor. Energi kalor muncul karena adanya gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat.
Energi kalor dapat berpindah akibat adanya perbedaan suhu. Perpindahan kalor dapat berlangsung secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
Energi panas juga dihasilkan oleh permukaan dua benda yang saling bergesekan. Benda yang bergesakan terus menerus akan menghasilkan energi panas yang cukup besar.
Ketika Sobat Tafsi menggosokan tangan ke dinding dalam kurun waktu tertentu, apakah yang Kalian rasakan? Apakah tangan terasa panas?
Prinsip inilah yang dimanfaatkan oleh orang pada zaman dahulu untuk menghasilkan api, yaitu dengan menggosokan dua batu.
Manusia menggunakan energi panas untuk berbagai keperluan sehari-hari seperti memanaskan air, mengeringkan pakaian, memasak makanan, dan sebagainya.
#4 Energi Bunyi
Energi bunyi adalah energi yang dihasilkan oleh sumber bunyi. Sumber bunyi adalah benda-benda yang bergetar misalnya senar dan selaput kendang.Energi bunyi timbul karena adanya getaran-getaran partikel udara di sekitar sumber bunyi. Oleh karena itu, bunyi hanya dapat didengar jika ada udara.
Semua benda yang dapat menghasilkan bunyi merupakan sumber energi bunyi. Tapi, benda hanya akan menghasilkan energi bunyi jika benda itu bergetar.
Sebagai contoh, senar gitar yang diam tidak menghasilkan energi bunyi tetapi ketika senar dipetik dan dihasilkan bunyi, senar tersebut menghasilkan energi bunyi.
Dalam kehiduapan sehari-hari, bunyi tidak hanya digunakan sebagai hiburan tetapi juga digunakan untuk berbagai keperluan yang penting.
Misalnya, gelombang bunyi digunakan untuk mengukur kedalaman laut, mendeteksi janin dalam rahim, mendeteksi keretakan logam, dan sebagainya.
#5 Energi Cahaya
Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh sumber-sumber cahaya seperti matahari, lilin yang menyala, lampu, bintang, dan sebagainya.Energi cahaya dihasilkan oleh gelombang elektromagnetik. Benda yang menghasilkan energi cahaya biasanya juga akan menghasilkan energi panas.
Sebagai contoh, Sobat Tafsi dapat mengamati bohlam lampu di rumah kalian. Ketika lampu dinyalakan dalam waktu yang cukup lama, bohlam akan menjadi panas.
Matahari merupakan sumber energi alami terbesar yang dimanfaatkan untuk berbagai keperluan oleh sebagian besar makhluk hidup yang ada di bumi.
Energi cahaya yang dihasilkan oleh matahari dapat diubah menjadi energi listrik menggunakan alat pengubah energi yang disebut sel surya.
Energi cahaya merupakan salah satu bentuk energi yang sangat dibutuhkan oleh makhluk hidup. Tanpa cahaya, kehidupan makhluk hidup akan terhambat.
#6 Energi Listrik
Energi listrik adalah energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui suatu penghantar. Energi ini berasal dari sumber tegangan listrik.Besar energi listrik bergantung pada sumber tegangan listrik. Nilainya sebanding dengan besar tegangan dan kuat arus listrik yang dihasilkan.
Sama seperti energi cahaya, energi listrik merupakan bentuk energi yang sangat penting bagi kehidupan manusia sebab banyak aktivitas bergantung padanya.
Coba Sobat Tafsi bayangkan seandainya zaman sekarang tidak pembangkit listrik dan lampu di rumah kalian tidak dapat menyala?
Kalian mungkin tidak akan bisa berselancar di internet karena handphone kalian kehabisan energi dan tidak ada sumber tegangan untuk menghasilkan energi listrik.
Tanpa energi listrik tentu kehidupan akan menjadi sulit sebab manusia menggunakan energi listrik untuk berbagai keperluan sehari-hari.
#7 Energi Nuklir
Bentuk yang terakhir adalah energi nuklir, Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan oleh benda atau zat yang dapat mengalami reaksi inti.Zat-zat yang dapat mengalami reaksi inti biasa disebut sebagai zat radioaktif. Energi nuklir memilii kekuatan yang sangat dahsyat sehingga dapat menyebabkan kehancuran.
Benda-benda seperti bom atom atau bom nuklir merupakan benda yang dapat menghasilkan energi nuklir dengan kekuatan yang sanga besar.
Energi nuklir yang diahsilkan oleh bom nuklir dapat menghancurkan sebuah kota besar dan membunuh jutaan orang hanya dalam waktu hitungan detik.
Meski berbahaya, energi nuklir terus dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan akan energi. Negara-negara maju umumnya memeprtimbangkan penggunaan nuklir.
Salah satu manfaat energu nuklir adalah digunakan untuk membangkitkan energi listrik. Beberapa ilmuwan juga sedang mengembangkan teknologi menggunakan nuklir.
Baca juga : Pengertian Benda Netral, Negatif, dan Positif.
Perubahan Energi
Dalam kehidupan sehari-hari, bentuk energi cenderung berubah-ubah. Bentuk yang satu dapat berubah ke bentuk lainnya sesuai dengan kebutuhan.Perubahan bentuk energi dari bentuk yang satu ke bentuk lainnya disebut konversi energi. Konversi umumnya melibatkan alat yang disebut konvertor.
Berikut beberapa perubahan bentuk energi dan contohnya.
1). Energi listrik → energi cahaya, contoh: lampu
2). Energi listrik → energi kalor, contoh: setrika dan lampu
3). Energi listrik → energi mekanik, contoh kipas angin, motor listrik
4). Energi listrik → energi kimia, contoh: pengisian aki
5). Energi listrik → energi bunyi, contoh: mikrofon dan alat musik
6). Energi listrik → energi listrik, contoh: generator listrik
7). Energi kimia → energi kalor, contoh: kompor
8). Energi kimia → energi listrik, contoh: baterai dan aki
9). Energi mekanik → energi kalor, contoh: mesin
10). Energi mekanik → energi bunyi, contoh: memainkan musik
11). Energi mekanik → energi listrik, contoh: dinamo sepeda
12). Energi cahaya → energi kalor, contoh: menjemur pakaian
13). Energi cahaya → energi listrik, contoh: sel surya
14). Energi cahaya → energi kimia, contoh: kamera film.
Contoh di atas hanya beberapa contoh saja. Masih banyak contoh perubahan energi yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Dapatkan Sobat Tafsi menyebutkannya?
Energi Mekanik
Energi mekanik adalah jumlah energi yang dimiliki oleh suatu benda dalam sistem mekanis. Energi ini meliputi energi potensial dan energi kinetik.Besar energi mekanik yang dimiliki oleh suatu benda sama dengan jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh benda tersebut.
#1 Rumus Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda karena kedudukan atau ketinggiannya dilihat dari titik acuan tertentu.Energi potensial benda-benda yang berada di bumi biasanya dihitung berdasarkan ketinggian benda di atas permukaan bumi.
Energi potensial yang bergantung pada ketinggian disebut juga energi potensial gravitasi. Besar energi potensial berbanding lurus dengan ketinggian.
Artinya, semakin tinggi posisi benda di atas permukaan bumi, maka akan semakin besar pula energi potensial yag dimilikinya.
Secara matematis energi potensial dihitung dengan rumus:
| Ep = m.g.h |
Keterangan :
Ep = energi potensial benda (J)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian benda (m).
Berdasarkan rumus di atas, maka benda bermassa 5 kg yang berada pada ketinggian 2 meter memiliki energi potensial sebesar 100 Joule.
Lalu, berapakah energi potensial batu bermassa 20 kg yang berada di atas tanah?
#2 Rumus Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena kecepatannya. Dengan kata lain, energi adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak.Benda yang bergerak dengan kecepatan tertentu dapat menghasilkan gaya yang dapat digunakan untuk melakukan kerja atau usaha.
Besar energi kinetik suatu benda sebanding dengan hasil kali massa dan kuadrat kecepatannya. Sama seperti energi potensial, satuannya adalah Joule.
Secara matematis, energi kinetik dihitung dengan rumus:
| Ek = ½ m.v2 |
Keterangan :
Ek = energi kinetik yang dimiliki benda (J)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s).
Semakin besar massa dan kecepatan benda, maka semakin besar energi kinetiknya. Sebaliknya, makin kecil massa dan kecepatannya, makin kecillah energi kinetiknya.
Dengan menggunakan rumus di atas, dapatkah Sobat Tafsi menentukan energi kinetik yang dimiliki oleh benda bermassa 20 kg jika kecepatannya 2 m/s?
Hukum Kekekalan Energi
Apa yang dimaksud dengan kekekalan energi? Dapatkah Sobat Tafsi menjelaskan sebuah contoh yang menunjukkan adanya kekekalan energi?Sesuai dengan sebutannya, kekekalan energi artinya energi itu tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi hanya mengalami perubahan bentuk.
Menurut hukum kekekalan energi, energi yang dimiliki oleh suatu benda selalu konstan meskipun terjadi perubahan energi dalam benda tersebut.
Dengan kata lain, jumlah energi yang dimiliki oleh suatu benda sebelum dan sesudah terjadinya perubahan energi adalah sama atau tidak berubah.
Sebagai contoh, edutafsi akan memaparkan kekekalan energi pada sebuah benda bermassa 2 kg yang bergerak jatuh bebas dari ketinggian 10 meter.
Ilustrasi mengenai gerak benda dapat Sobat Tafsi lihat pada gambar di bawah ini. Pada gambar jelas terlihat data mengenai energi yang dimiliki oleh benda tersebut.
Sebagai perbandingan, edutafsi memberikan tiga titik tinjauan, yaitu titik awal benda pada ketinggian 10 meter, titik tengah pada ketingian 5 m, dan titik dasar pada h = 0.
1). Energi Pada Titik Pertama
Ketika benda bermassa 2 kg berada pada ketinggian 10 m (sesaat sebelum bergerak), maka benda memiliki energi potensial sebesar 200 J.
Perhitungan energi potensial benda:
⇒ Ep = m.g.h
⇒ Ep = 2(10)(10)
⇒ Ep = 200 J
Sementara pada ketinggian tersebut, benda tidak memiliki energi kinetik karena belum bergerak dan kecepatannya masih sama dengan nol.
Perhitungan energi kinetik benda:
⇒ Ek = ½ m.v2
⇒ Ek = ½ (2)(0)2
⇒ Ek = 0
Energi mekanik benda pada titik ini adalah:
⇒ Em = Ep + Ek
⇒ Em = 200 + 0
⇒ Em = 200 J
2). Energi Pada Titik Tengah
Setelah benda bergerak menuju titik tengah dan ketinggiannya berubah menjadi 5 m, energi potensial benda berkurang menjadi 100 J.
Perhitungan energi potensial benda:
⇒ Ep = m.g.h
⇒ Ep = 2(10)(5)
⇒ Ep = 100 J
Sementara pada ketinggian tersebut, benda sudah bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga benda memiliki energi kinetik sebesar 100 J.
Kecepatan benda di titik tengah:
⇒ v2 = vo2 + 2gh
⇒ v2 = 02 + 2(10)(5)
⇒ v2 = 100
Perhitungan energi kinetik benda:
⇒ Ek = ½ m.v2
⇒ Ek = ½ (2)(100)
⇒ Ek = 100 J
Energi mekanik benda pada titik tengah adalah:
⇒ Em = Ep + Ek
⇒ Em = 100 + 100
⇒ Em = 200 J
3). Energi Pada Titik Terendah
Ketika mencapai titik terendah, ketinggian benda sama dengan nol sehingga energi potensial benda juga menjadi sama dengan nol.
Perhitungan energi potensial benda:
⇒ Ep = m.g.h
⇒ Ep = 2(10)(0)
⇒ Ep = 0
Sesaat sebelum menyentuh tanah, benda memiliki kecepatan maksimum sehingga pada titik tersebut energi kinetiknya juga besar yaitu 200 J.
Kecepatan benda di titik terendah:
⇒ v2 = vo2 + 2gh
⇒ v2 = 02 + 2(10)(10)
⇒ v2 = 200
Perhitungan energi kinetik benda:
⇒ Ek = ½ m.v2
⇒ Ek = ½ (2)(200)
⇒ Ek = 200 J
Energi mekanik di titik terendah:
⇒ Em = Ep + Ek
⇒ Em = 0 + 200
⇒ Em = 200 J
Nah, kalau Sobat Tafsi perhatikan, ternyata energi mekanik benda saat di titik atas, titik tengah, dan titik terendah adalah sama, yaitu 200 J.
Meskipun selama proses gerak tersebut terjadi perubahan energi dari energi potensial menjadi energi kinetik, namun jumlah energinya selalu sama.
Itu artinya, pada proses tersebut berlaku hukum kekekalan energi. Karena energinya dalam bentuk energi mekanik, maka disebut juga kekekalan energi mekanik.
Gimana Sobat Tafsi? Sudah paham belum mengenai konsep kekekalan energi? Kalau belum jangan sungkan ya untuk menanyakannya di kolom komentar.
Baca juga : Menentukan Energi Potensial Gravitasi.
Demikian pembahasan mengenai pengertian, bentuk-bentuk, dan perubahan energi yang dapat edutafsi bagikan. Semoga informasi ini bermanfaat.
Jika pembahasan ini bermanfaat, bantu edutafsi membagikannya kepada teman-teman kalian melalui tombol share yang tersedia. Terimakasih.
