ENERGI POTENSIAL, GAYA KONSERVATIF, DAN CONTOH SOAL

Make You Smarter - Energi potensial adalah ketika sebuah objek memiliki potensi untuk menciptakan energi kinetik atau bentuk lain yang terkait dengan energi. Dalam kasus seperti itu, berarti objek dalam keadaan kesetimbangan, di mana ada kekuatan yang mencoba untuk menggerakan materi dan kekuatan lain yang sama mencegah gerakan itu.
Sebuah contoh yang baik dari keseimbangan ini adalah kekuatan yang menekan pegas dan gaya internal dari pegas yang mencoba untuk menolak tekanan tersebut. gaya internal pegas dianggap sebagai energi potensial terkompresi. Jenis-jenis energi potensial adalah elastis, gravitasi, kimia, listrik dan nuklir. Ketika energi potensial dilepaskan, dapat diterapkan untuk melakukan pekerjaan.

Keseimbangan dan Energi Potensial

Energi potensial adalah ketika dua kekuatan yang sama dalam arah yang berlawanan dimasukan ke dalam suatu objek.
Kekuatan menyebabkan Akselerasi
Ketika Anda menerapkan gaya pada suatu benda, akan mempercepat kekuatan yang sedang diterapkan, menurut Newton Hukum II dan persamaan:
F = ma
dimana
F adalah gaya yang diterapkan dalam newton (N)
m adalah massa dalam kilogram (kg)
adalah akselerasi yang dihasilkan dalam meter detik-squared (m/s2)
Catatan: 1N = 1kg-m/s².
Kekuatan resistif dapat mengakibatkan energi potensial
Tapi persamaan sederhana ini atau hubungan berjalan di bawah asumsi bahwa tidak ada kekuatan lain menolak gerakan itu. Jika ada suatu kekuatan seperti gesekan yang tahan gerak, percepatan akan menjadi = (F – Fr) / m, di mana Fr adalah kekuatan resistif.
Sekarang jika Fr sama dengan gaya yang diberikan F, percepatan dan gerakan akan menjadi nol. Tapi jika gaya F masih diterapkan, maka ada energi potensial yang akan dirilis segera setelah Fr diambil atau dikurangi.

Jenis Energi Potensial

Ada situasi ketika sebuah benda memiliki potensi untuk mulai bergerak dan mendapatkan energi kinetik. Sering ada gaya yang bekerja pada objek, tetapi kekuatan belum cukup untuk memindahkan objek tersebut. Jenis-jenis energi potensial adalah:

• elastis
• gravitasi
• kimia
• elektris
• nuklir

Gaya konservatif bukan nama sebuah gaya, seperti gaya gravitasi, gaya gesek dll. Gaya konservatif menjelaskan sifat suatu gaya. Apabila usaha total yang dilakukan oleh suatu gaya pada sebuah benda, selama benda berpindah menjauhi posisinya semula hingga benda tersebut kembali lagi ke posisinya semula, sama dengan nol, maka gaya tersebut termasuk gaya konservatif. Suatu gaya disebut konservatif jika usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada suatu benda tidak bergantung pada lintasan yang dilalui benda tetapi hanya bergantung pada perubahan posisi awal dan posisi akhir.

Pengertian gaya konservatif lebih mudah dipahami jika anda telah memahami pengertian usaha dalam fisika. Pelajari dua contoh soal berikut agar anda memahami pengertian gaya konservatif.

 Contoh 1

Tinjau sebuah benda yang bergerak vertikal ke atas lalu benda tersebut bergerak vertikal ke bawah menuju posisinya semula.

Ketika benda bergerak ke atas, arah perpindahan benda ke atas, sebaliknya arah gaya gravitasi atau gaya berat (w) ke bawah. Arah perpindahan benda berlawanan dengan arah gaya gravitasi karenanya gaya gravitasi melakukan usaha negatif.

W₁ = F s = w h (cos 180) = w h (-1) = – w h = – m g h

Ketika benda bergerak ke bawah menuju posisinya semula, arah perpindahan benda ke bawah dan arah gaya gravitasi juga ke bawah. Arah perpindahan benda sama dengan arah gaya gravitasi karenanya gaya gravitasi melakukan usaha positif.

W₂ = F s = w h (cos 0) = w h (1) = w h

Usaha total yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda selama benda bergerak ke atas lalu bergerak ke bawah sama dengan nol.

W_total = W₁ + W₂ = – w h + w h = 0

Misalnya massa benda (m) = 1 kg, percepatan gravitasi (g) = 10 m/s² dan ketinggian (h) = 1 meter maka W₁ = -10 Joule dan W₂ = 10 Joule. Usaha total = – 10 Joule + 10 Joule = 0

Contoh 2

Tinjau sebuah benda yang berpindah dari lembah menuju puncak lalu berpindah lagi menuju lembah.

Selama benda bergerak di atas bidang miring, hanya komponen horisontal gaya gravitasi (w sin teta) yang melakukan usaha pada benda. Ketika benda bergerak dari lembah menuju puncak bidang miring, arah perpindahan berlawanan dengan arah komponen horisontal gaya gravitasi (w sin teta) karenanya gaya gravitasi melakukan usaha negatif.

Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda selama benda bergerak dari lembah menuju puncak.

W₁ = – F s = – (w sin teta)(s) = – w s sin teta

Karena sin teta = h / s atau h = s sin teta maka rumus di atas diubah menjadi

W₁ = – w h = – m g h

Ketika benda bergerak dari puncak menuju lembah, perpindahan searah dengan komponen horisontal gaya gravitasi karenanya gaya gravitasi melakukan usaha positif.

W₂ = w h = m g h

Usaha total

Wtotal = – m g h + m g h = 0

Misalnya massa benda (m) = 1 kg, percepatan gravitasi (g) = 10 m/s² dan ketinggian (h) = 1 meter maka W₁ = -10 Joule dan W₂ = 10 Joule. Usaha total = – 10 Joule + 10 Joule = 0

Berdasarkan rumus yang digunakan pada contoh 2, dapat disimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda ketika benda bergerak melalui bidang miring sejauh s sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda jika benda bergerak tegak lurus sejauh h.

Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi tidak bergantung pada lintasan yang dilalui tetapi hanya bergantung pada perubahan ketinggian. Dengan kata lain, usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi hanya bergantung pada posisi awal dan posisi akhir.

Dua contoh ini menunjukkan bahwa gaya gravitasi termasuk gaya konservatif. Suatu gaya termasuk gaya konservatif jika memenuhi dua syarat. Pertama, usaha total yang dilakukan oleh gaya pada suatu benda selama benda berpindah menjauhi posisi awal hingga kembali lagi ke posisi awal, sama dengan nol bandingkan contoh 1). Kedua, usaha total yang dilakukan oleh gaya pada benda tidak bergantung pada lintasan yang dilalui oleh benda tetapi bergantung pada perubahan posisi (bandingkan contoh 2).

Beberapa gaya yang termasuk gaya konservatif adalah gaya gravitasi, gaya listrik, gaya magnet.