Pengertian dan jenis Energi Potensial (FISIKA KELAS XI)

Pengertian dan jenis Energi Potensial – Suatu benda dapat menyimpan energi karena kedudukan atau posisi benda tersebut. Contohnya, suatu beban yang diangkat setinggi h akan memiliki energi potensial, sementara busur panah yang berada pada posisi normal (saat busur itu tidak diregangkan) tidak memiliki energi potensial. Dengan demikian, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat kedudukan atau posisi benda tersebut dan suatu saat dapat dimunculkan.

Energi potensial terbagi atas dua, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis. Energi potensial gravitasi ini timbul akibat tarikan gaya gravitasi Bumi yang bekerja pada benda. Contoh energi potensial gravitasi ini adalah seperti pada Gambar 4.5a. Jika massa beban diperbesar, energi potensial gravitasinya juga akan membesar. Demikian juga, apabila ketinggian benda dari tanah diperbesar, energi potensial gravitasi beban tersebut akan semakin besar. Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan

EP = mgh …………. (4–3)

dengan: EP = energi potensial (joule),
w = berat benda (newton) = mg,
m = massa benda (kg),
g = percepatan gravitasi bumi (m/s²), dan
h = tinggi benda (m).
Sebuah benda yang berada pada suatu ketinggian tertentu apabila dilepaskan, akan bergerak jatuh bebas sebab benda tersebut memiliki energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi benda yang mengalami jatuh bebas akan berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya berat.

Gambar 4.6 Usaha yang ditimbulkan oleh gaya berat sebesar

Perhatikanlah Gambar 4.6. Apabila tinggi benda mula-mula h₁, usaha yang dilakukan oleh gaya berat untuk mencapai tempat setinggi h₂ adalah sebesar:

W_w = mgh₁ – mgh₂

W_w = mg (h₁ – h₂)

W_w = –mg(h₂ – h₁) ………….. (4–4)

dengan: W_w = usaha oleh gaya berat.
Oleh karena mgh = EP, perubahan energi potensial gravitasinya dapat dinyatakan sebagai Δ EP sehingga Persamaan (4–4) dapat dituliskan

W_w = Δ EP

Bentuk energi potensial yang kedua adalah energi potensial elastis. Energi potensial adalah energi yang tersimpan di dalam benda elastis karena adanya gaya tekan dan gaya regang yang bekerja pada benda. Contoh energi potensial ini ditunjukkan pada Gambar 4.5b. Besarnya energi potensial elastis bergantung pada besarnya gaya tekan atau gaya regang yang diberikan pada benda tersebut.
Anda telah mempelajari sifat elastis pada pegas dan telah mengetahui bahwa gaya pemulih pada pegas berbanding lurus dengan pertambahan panjangnya. Pegas yang berada dalam keadaan tertekan atau teregang dikatakan memiliki energi potensial elastis karena pegas tidak berada dalam keadaan posisi setimbang. Perhatikanlah Gambar 4.7. Grafik tersebut menunjukkan kurva hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegas yang memenuhi Hukum Hooke. Jika pada saat Anda menarik pegas dengan gaya sebesar F₁, pegas itu bertambah panjang sebesar Δx₁. Demikian pula, jika Anda menarik pegas dengan gaya sebesar F₂, pegas akan bertambah panjang sebesar Δ x₂. Begitu seterusnya.

Gambar 4.7 Grafik hubungan terhadap Δx pada kurva F = kΔx.

Dengan demikian, usaha total yang Anda berikan untuk meregangkan pegas adalah

W = F₁Δ x₁ + F₂Δ x₂ + …

Besarnya usaha total ini sama dengan luas segitiga di bawah kurva F terhadap Δ x sehingga dapat dituliskan

W = ½ FΔ x

W = ½ (kΔ xΔ x)

W = ½ kΔ x² ………….. (4–6)

Oleh karena usaha yang diberikan pada pegas ini akan tersimpan sebagai energi potensial, dapat dituliskan persamaan energi potensial pegas adalah sebagai berikut.

EP = ½ kΔ x²

Energi potensial pegas ini juga dapat berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya pegas. Besar usaha yang dilakukan oleh gaya pegas itu dituliskan dengan persamaan

W = –Δ EP

Posted in: FISIKA XI,XI