Dalam pengalaman sehari-hari kita memahami dan menggunakan kata energi sebagai sesuatu yang selalu berhubungan dengan gerakan. Sebagai contoh, agar mobil dapat bekerja membutuhkan bahan bakar, manusia untuk bekerja dan menjalankan tugas sehari-hari harus makan. Di sini kita mengasosiasikan bahan bakar dan makanan dengan energi. Mulai sekarang kita akan bergerak menuju definisi energi yang lebih tepat.
Pergerakan mobil, orang atau benda apapun memiliki energi, energi yang berhubungan dengan pergerakan ini disebut energi kinetik. Benda yang bergerak, yang memiliki energi kinetik, dapat melakukan kerja dengan bersentuhan dengan benda atau benda lain dan mentransfer energi ke benda itu.
Namun, sebuah benda yang diam juga dapat memiliki energi, yang membuatnya tidak cukup hanya untuk menghubungkan konsep energi dengan gerakan. Misalnya, sebuah benda yang diam pada ketinggian tertentu dari tanah memiliki energi. Objek ini, ketika ditinggalkan, memulai gerakan dan meningkatkan kecepatan dari waktu ke waktu, ini terjadi karena gaya berat melakukan pekerjaan dan membuatnya bergerak, yaitu, ia memperoleh energi kinetika. Sebuah benda yang diam dikatakan memiliki energi yang disebut energi potensial gravitasi, yang bervariasi menurut ketinggiannya dalam kaitannya dengan tanah.
Bentuk energi lain adalah energi potensial elastik, yang terdapat pada pegas terkompresi atau teregang. Ketika kita menekan atau meregangkan pegas, kita melakukan pekerjaan untuk mencapai deformasi dan kita dapat mengamati bahwa, setelah, dilepaskan, pegas memperoleh gerakan - energi kinetik - dan kembali ke posisi awal di mana ia tidak diregangkan atau terkompresi.
Jadi, lebih khusus lagi, kita dapat mengatakan bahwa energi kinetik adalah energi atau kemampuan untuk melakukan usaha karena gerakan dan bahwa energi potensial adalah energi atau kemampuan untuk melakukan usaha karena posisi.
Dalam mekanika, ada dua bentuk energi potensial: satu terkait dengan kerja berat, yang disebut energi potensial gravitasi, dan yang lain terkait dengan kerja gaya elastis, yaitu energi potensial potential elastis. Sekarang mari kita pelajari kedua bentuk energi potensial ini secara lebih rinci.
1. Energi Potensial Gravitasi
Ini adalah energi yang terkait dengan posisi di mana tubuh berada. Perhatikan gambar 1 dan perhatikan benda bermassa m yang mula-mula diam di titik b. Benda berada pada ketinggian h terhadap tanah a. Ketika ditinggalkan dari keadaan diam, karena massanya, gaya berat melakukan pekerjaan pada tubuh dan memperoleh energi kinetik, yaitu, ia mulai bergerak.
Usaha yang dilakukan oleh berat bola memungkinkan kita mengukur energi potensial gravitasi, jadi mari kita hitung usaha.
Mengingat titik a sebagai titik referensi, perpindahan dari b ke a diberikan oleh h, modulus berat gaya diberikan oleh P = m.g dan o sudut antara arah penerapan berat gaya dan perpindahan = 0º, karena keduanya berada dalam arah yang sama, terapkan saja definisi dari pekerjaan (τ):
=F.d.cosα
Jika F sama dengan berat gaya P=mg, perpindahan d = h dan = 0º (cos 0º = 1), dengan mensubstitusi persamaan 1, kita akan mendapatkan:
=F.d.cosα
=m.g.h.cos 00
=m.g.h
Jadi, energi yang menghubungkan posisi suatu benda dengan tanah, Energi Potensial Gravitasi, dihitung dengan:
DANP= m.g.h
Persamaan 2: Energi Potensial Gravitasi
Tentang apa:
Ep: energi potensial gravitasi;
g: percepatan gravitasi;
m: massa tubuh.
2. Energi Potensial Elastis
Pertimbangkan sistem pegas-massa pada gambar 2, di mana kita memiliki benda bermassa m yang terikat pada pegas dengan konstanta elastis k. Untuk merusak pegas kita harus melakukan pekerjaan, karena kita harus mendorong atau meregangkannya. Ketika kita melakukan ini, pegas memperoleh energi potensial elastis dan, ketika dilepaskan, bergerak kembali ke posisi awal, di mana tidak ada deformasi.
Untuk mendapatkan ekspresi matematis energi potensial elastis, kita harus melanjutkan dengan cara yang sama seperti yang kita lakukan untuk energi potensial gravitasi. Kemudian, kita akan memperoleh ekspresi energi potensial elastis yang tersimpan dalam sistem massa-pegas dengan kerja yang diberikan gaya elastis pada balok.
Ketika sistem massa-pegas berada di titik A, tidak ada deformasi pada pegas, yaitu tidak diregangkan atau ditekan. Jadi, ketika kita meregangkannya ke B, sebuah gaya muncul, yang disebut gaya elastis, yang menyebabkannya kembali ke A, posisi awalnya, ketika ditinggalkan. Modulus gaya elastis yang diberikan oleh pegas pada balok diberikan oleh Hukum Hooke:
Fel = k.x
Dimana Fel menunjukkan gaya elastis, k adalah konstanta elastis pegas dan x adalah nilai kontraksi atau perpanjangan pegas.
Kerja gaya elastis untuk perpindahan d = x diberikan oleh:
Jadi, energi yang terkait dengan kerja gaya elastis, Energi Potensial Elastis, juga diberikan oleh:
Tentang apa:
Belut: energi potensial elastis;
k: konstanta pegas;
x: deformasi pegas.
Diamati bahwa bola bermassa m tergantung pada tanah dan sistem massa pegas, ketika diregangkan atau dikompresi, memiliki kemampuan untuk melakukan pekerjaan, karena mereka telah menyimpan energi karena posisi. Energi yang disimpan karena posisi ini disebut Energi Potensial.
Oleh Nathan Augusto
Lulus Fisika
Sumber: Sekolah Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-potencial-gravitacional-elastica.htm