Energi Kinetik dan Prinsip Usaha – Energi

Selamat datang di blog Metode Fisika. Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar agar bisa berinteraksi lebih dengan saya. Selamat membaca ya. 

Welcome To Metode Fisika Blog. Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice reading.

Energi merupakan salah satu konsep yang paling penting dalam sains. Tetapi kita tidak bisa memberikan definisi umum yang sederhana mengenai energi dalam beberapa kata saja. Bagaimanapun, setiap jenis energi tertentu dapat didefinisikan secara sederhana. Pada kesempatan kali ini, kita definisikan energi kinetik translasi dan energi potensial. Aspek yang paling penting dari semua jenis energi adalah bahwa jumlah dari semua jenis energi, energi total, tetap sama setelah proses apa pun dengan jumlah sebelumnya; yaitu, besaran “energi” dapat didefinisikan sedemikian sehingga energi merupakan besaran yang kekal.

Untuk mencapai tujuan pemahaman pembahasan ini, kita dapat mendefinisikan energi dengan cara tradisional sebagai  “kemampuan untuk melakukan usaha.” Definisi yang sederhana ini tidak terlalu tepat dan tidak valid untuk semua jenis energi. Seperti untuk energi mekanik, kita perlu tekankan hubungan fundamental antara usah dan energi. Juga, energi yang dihubungkan dengan kalor/panas sering tidak bisa melakukan usaha. Kita sekarang mendefinisikan dan membahas satu dari jenis energi dasar, energi kinetik.

Sebuah martil yang bergerak melakukan usaha pada paku yang dipukulnya

Sebuah benda yang bergerak dapat melakukan usaha pada benda lain yang ditumbuknya. Sebuah peluru meriam yang melayang melakukan usaha pada dinding rumah yang dihancurkannya; sebuah martil yang bergerak melakukan usaha pada paku yang dipukulnya. Pada setiap kasus tersebut, sebuah benda yang bergerak memberikan gaya pada benda kedua dan memindahkannya sejauh jarak tertentu. Sebuah benda yang sedang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan usaha dan dengan demikian dapat dikatakan memiliki energi. Energi gerak disebut energi kinetik, dari kata Yunani, kinetikos, yang berarti “gerak”.

Untuk mendapatkan definisi kuantitatif dari energi kinetik, mari kita bayangkan sebuah benda dengan massa m yang sedang bergerak pada garis lurus dengan laju awal v₁. Untuk mempercepat benda itu secara beraturan sampai laju v₂, gaya total konstan F_Total, diberikan padanya dengan arah sejajar dengan arah geraknya sejauh d. Kemudian usaha total yang dilakukan benda itu adalah W_Total = F_Total d.

Kita terapkan hukum Newton kedua, F_Total = m a.

Kemudian dari persamaan gerak : v₂² = v₁² + 2 a d, dengan v₁ sebagai kecepatan awal dan v₂ sebagai kecepatan akhir, kita peroleh percepatan a :

$$a=\frac{v_{2}^{2}- v_{1}^{2}}{2\,d}$$

Kemudian kita substitusikan ke dalam  F_Total = m a, dan ketentuan usaha W_Total = F_Total d maka : $$W_{\textrm{Total}}=F_{\textrm{Total}}\,d=m\,a\,d=m(\frac{v_{2}^{2}- v_{1}^{2}}{2\,d})\,d$$

Atau $$W_{\textrm{Total}}=\frac{1}{2}\,m\,v_{2}^{2}-\frac{1}{2}\,m\,v_{1}^{2}$$

Kita definisikan besaran ½ m v ² sebagai Energi Kinetik Translasi (EK) dari benda tersebut:

$$EK=\frac{1}{2}\,m\,v^{2}$$

Kita sebut besaran ini sebagai energi kinetik “translasi” untuk membedakan dari energi kinetik rotasi (untuk benda yang bergerak berputar). Persamaan energi kinetik di atas untuk gerak satu dimensi, berlaku umum juga untuk gerak translasi pada tiga dimensi dan bahkan jika gaya yang bekerja tidak beraturan. Kita dapat menuliskan hubungan persamaan usaha dengan energi kinetik translasi di atas dalam bentuk lain sebagai $$W_{\textrm{Total}}=EK_{2}-EK_{1}$$ atau $$W_{\textrm{Total}}=\Delta{EK}$$

Lanjut ke Energi Kinetik dan Prinsip Usaha – Energi (bagian 2)