Dalam ilmu fisika, hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi dari sebuah sistem tertutup itu tidak berubah ia akan tetap sama. Energi tersebut tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan oleh manusia ; namun ia dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Contohnya, energi kimia dapat diubah menjadi energi kinetikdalam ledakan dinamit.
Penemu dari Hukum Kekekalan Energi adalah James Prescott Joule, yaitu seorang ilmuan dari Inggris yang lahir pada tanggal 24 Desember 1818 dan meninggal pada tanggal 11 Oktober 1889. Ketika itu Hukum Kekekalan Energi merupakan hukum pertama dalam termodinamika. Berdasarkan hukum ini, terdapat 3 bentuk energi yaitu Energi Mekanik, Energi Kinetik dan Energi Potensial.
Energi Kinetik
Energi kinetik merupakan usaha yang dibutuhkan untuk menggerakkan sebuah benda dengan massa tertentu dari keadaan diam hingga mencapai kecepatan tertentu. Jadi, Energi Kinetik adalah energi yang dimiliki sebuah benda karena pergerakannya. Kata “kinetik” itu sendiri berasal dari bahasa Yunani, yaitu “kinesis” yang artinya gerak.
Energi Potensial
Energi Potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisi (ketinggian) benda tersebut. Ada beberapa hal yang mempengaruhi energi potensial dari sebuah benda, tetapi tiga hal yang paling utama adalah massa benda tersebut, gaya gravitasi dan ketinggian benda tersebut.
Rumus Energi Potensial
Ep = m.g.h
Keterangan
Ep = Energi Potensial
m = Massa Benda (kg)
Baca Juga : Pengertian Ideologi Sosialisme
g = Gravitasi (m/s)
h =Ketinggian (m)
Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi yang berhubungan dengan gerak dan posisi dari sebuah benda. Oleh karena itu energi mekanik merupakan energi yang didapatkan dari penjumlahan energi kinetik dan energi potensial dalam melakukan suatu usaha. Contoh energi mekanik adalah ketika kita memukul paku dengan sebuah palu, nah palu itu akan kita angkat sehingga posisinya lebih tinggi (energi potensial), kemudian kita gerakan ke arah paku dengan kecepatan tertentu (energi kinetik), kemudian saat paku dan palu bersentuhan, paku akan terdorong (energi mekanik) dan tujuan kita tercapai.
Rumus Energi Mekanik
Em = Ek + Ep
Keterangan
Em = Energi Mekanik
Ek = Energi Kinetik
Ep = Energi Potensial
Hukum Kekekalan Energi (Hukum I Termodinamika) berbunyi:
Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tetapi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan (konversi energi).
Bunyi Hukum Kekekalan Energi
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk energi lain.
Rumus Hukum Kekekalan Energi
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa besar energi mekanik pada benda yang bergerak selalu tetap. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut.
Em1 = Em2
Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2
Keterangan:
Em1, Em2 : energi mekanik awal dan energi mekanik akhir (J).
Ek1, Ek2 : energi kinetik awal dan energi kinetik akhir (J).
Ep1, Ep2 : energi potensial awal dan energi potensial akhir (J).
Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi
Sebuah mangga bermassa 1,2 kg jatuh dari pohon dengan ketinggian 5 m di atas tanah. (g = 10 m/s2). a. Berapa energi potensial dan energi kinetik mula-mula? b. Berapa energi potensial dan energi kinetik pada saat tingginya 4,8 m? Berapa kecepatan mangga saat itu? c. Berapa kecepatan saat menyentuh tanah?
Pembahasan
Diketahui:
m = 1,2 kg
Hukum Kekekalan Energi – Kekekalan artinya tidak berubah, jadi hukum kekekalan energi merupakan hukum yang menyatakan bahwa energi itu kekal dan tidak dapat berubah (besarnya) sepanjang waktu, memiliki nilai yang sama baik sebelum sesuatu terjadi maupun sesudahnya. Energi dapat diubah bentuknya tapi besarnya akan selalu sama.
Energi disini ialah total energi dari suatu sistem, total energi dari suatu sistem dapat berupa energi kinetic, energi potensial, energi panas dan lain sebagainya.
Bentuk-bentuk energi tersebut dapat berubah menjadi bentu energi lainnya sehingga total energi pada suatu sistem akan selalu sama. Nah agar lebih dapat memahami dan mengerti apa itu hukum kekekalan energi, mari simak penjelasan selengkapnya dibawah ini.
Pengertian Hukum Kekekalan Energi
Hukum Kekekalan Energi ialah suatu hukum yang menyatakan bahwa jumlah energi dari sebuah sistem tertutup akan tetap sama dan tidak akan pernah berubah.
Energi tersebut tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Perubahan suatu bentuk energi itu sendiri yang disebut juga sebagai perpindahan energi.
Ketika dipindahkan suatu energi tersebut berubah dari satu energi ke bentuk energi lain. Tidak ada satupun energi yang akan hilang. Hal ini dapat dinyatakan dalam suatu hukum konservasi atau kekekalan energi.
Penemu Hukum Kekekalan Energi
Penemu dari sebuah Hukum Kekekalan Energi ialah James Prescott Joule yaitu seorang ilmuan yang berasal dari Inggris yang lahir pada tanggal 24 Desember 1818 dan beliau meninggal pada tanggal 11 Oktober 1889.
Ketika itu Hukum Kekekalan Energi merupakan suatu hukum pertama dalam termodinamika. Berdasarkan pada hukum ini juga terdapat 3 bentuk energi yakni Energi Mekanik, Energi Kinetik dan Energi Potensial.
Bunyi Hukum Kekekalan Energi
Bunyi Hukum Kekekalan Energi yaitu suatu energi yang tidak bisa diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan, namun hanya bisa berubah dari satu bentuk menjadi bentuk energi lainnya.
Rumus Hukum Kekekalan Energi
Bunyi hukum kekekalan energi mekanik juga akan menyatakan bila besar energi mekanik dari benda yang bergerak ialah akan selalu tetap. Sehingga secara matematis ini bisa dirumuskan sebagai berikut :
Em1 = Em2
Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2
Keterangannya :
- Em1 = energi mekanik awal
- Em2 = energi mekanik akhir (J)
- Ek1 = energi kinetic awal
- Ek2 = energi kinetik akhir (J)
- Ep1 = energy potensial awal
- Ep2 = energi potensial akhir (J)
Contoh Penerapan Hukum Kekekalan Energi
Adapun contoh penerapan hukum kekekalan energi diantaranya yaitu:
Teko Pemanas Air
Pada saat kita akan menggunakan teko pemanas air, kita sebenarnya melihat suatu prinsip kekekalan energi. Teko pemanas air ini akan mengubah energi listrik dari kabel menjadi energi panas pada element pemanas.
Elemen pemanas inilah yang kemudian dapat memanaskan air sehingga energi panas berpindah ke air pada teko. Terdapat pula beberapa kerugian-kerugian dalam energi yang hilang dalam suatu bentuk panas ke lingkungan, suara, dan lain sebagainya.
Pembangkit Listrik tenaga Hidro
Pada sebuah bendungan (dam) pembangkit listrik tenaga hidro, air yang berada dibendung hingga mencapai ketinggian (h) yang tinggi sehingga air di waduk akan memiliki energi potensial yang tinggi.
Air masuk dari pintu dan air juga akan melewati jalur air hingga ke turbin dan memutar turbin. Energi potensial air kemudian akan berubah menjadi sebuah energi kinetik pada turbin sehingga turbin berputar.
Karena turbin akan berputar, maka generator pun akan ikut berputar. Energi kinetik pada turbin kemudian akan berubah menjadi suatu energi listrik pada generator.
Listrik dari suatu generator kemudian dialirkan melalui sebuah kabel tegangan tinggi jarak jauh. Energi listrik inilah yang nantinya akan kita nikmati sehari-hari.
Mobil atau Kendaraan Bermotor
Pada mobil atau suatu kendaraan bermotor, prinsipnya akan selalu sama. Energi kimia yang terdapat dalam suatu bahan bakar diubah menjadi suatu energi kinetik pada mesin mobil.
Energi kinetik tersebutlah yang akan menggerakkan mobil. Besarnya energi kinetik yang akan menggerakkan mobil ini lebih kecil dari besarnya energi kimia pada bahan bakar.
Hal ini dapat disebabkan karena tidak seluruh energi kimia akan berubah menjadi energi kinetik. Sebagian besar dari energi yang tidak akan berubah menjadi energi kinetik tersebut, akan tetapi berubah menjadi suatu energi dalam bentuk lain seperti panas, getaran, dan lain sebagainya.
Baca Juga : Daur Karbon : Model, Proses Dan Peranannya
Selain itu, sebagian dari energi kinetik yang akan terbentuk hilang karena adanya suatu gesekan pada piston mesin atau hilang karena hambatan lain.
Sehingga, hanya sebagian kecil saja dari total energi awal pada mobil yang akan digunakan murni untuk dapat menggerakkan mobil (hanya sekitar 15%).
Energi-energi yang tidak termanfaatkan tersebut dapat disebut juga dengan kerugian-kerugian. Kerugian-kerugian tersebut tidak akan menghilangkan energi, akan tetapi dapat mengubah energi menjadi suatu bentuk yang tidak dapat dimanfaatkan, dan hal ini tak dapat terelakkan.
Besaran-Besaran Hukum Kekekalan Energi
Adapun besaran-besaran hukum kekekalan energi diantaranya yaitu:
Massa (m)
Massa merupakan salah satu besaran dalam fisika yang dapat menggambarkan jumlah materi dalam suatu objek. Massa yang didapatkan dari jumlah kombinasi total atom, kecepatan atom, dan suatu jenis atom penyusun suatu objek.
Dalam penggunaannya, massa sering juga disamakan dengan berat, tetapi secara ilmiah keduanya juga berbeda, berat ialah sebuah nilai yang didapatkan oleh suatu interaksi massa dengan sebuah medan gravitasi setempat.
Artinya berat benda ini dapat berubah-ubah sesuai gravitasinya, tetapi massa bendanya akan tetap dimanapun benda itu berada. Satuan Internasional dalam massa ialah kilogram (kg). Simbol yang dapat digunakan untuk melambangkan massa adalah m (huruf kecil).
Kecepatan (v)
Kecepatan yaitu salah satu besaran dalam fisika yang dapat menunjukkan seberapa cepat sebuah benda berpindah dari suatu tempat ke tempat lainnya.
Satuan internasional yang digunakan untuk suatu kecepatan ialah meter per sekon (m/s), tetapi dalam kehidupan sehari-hari di wilayah Indonesia, pasti kita akan lebih sering memakai satuan kilometer per jam (km/jam), sedangkan di wilayah Amerika akan lebih sering dipakai mil per ja, (mil/jam).
Kecepatan dapat diperoleh dari sebuah perkalian antara jarak yang ditempuh dengan waktu tempuh. Simbol dari suatu kecepatan yaitu v (huruf kecil).
Percepatan Gravitasi (g)
Percepatan Gravitasi yakni suatu percepatan yang dapat diperoleh dari perubahan kecepatan benda akibat adanya gaya gravitasi atau juga gaya tarik menarik antara benda-benda yang memiliki massa.
Dalam Sistem Satuan Internasional, satuan dari suatu percepatan gravitasi ialah m/s2. Nilai yang biasa digunakan untuk bisa percepatan gravitasi bumi standar ialah 9,8 m/s2 atau juga dapat dibulatkan menjadi 10 m/s2.
Baca Juga : Kapasitor : Pengertian, Jenis, Fungsi, Dan Rumusnya
Ketinggian (h)
Ketinggian merupakan suatu posisi benda dari sebuah permukaan. Pada prinsipnya suatu ketinggian sama dengan jarak, bedanya jarak yang dapat dihitung secara horizontal, sedangkan suatu ketinggian dihitung secara vertikal.
Satuan Internasional untuk suatu ketinggian ialah meter (m). Simbol yang dapat digunakan untuk melambangkan suatu ketinggian yaitu h (huruf kecil).
Manfaat Energi Dalam Kehidupan Sehari-Hari
Adapun manfaat energi dalam kehidupan sehari-hari diantaranya yaitu:
- Energi listrik akan dapat menjadi energi panas pada pemakaian setrika untuk menggosok pakaian.
- Energi kimia bisa menjadi suatu energi gerak (mekanik) pada makanan yang kita makan diolah dengan reaksi kimia akan menjadi sumber energi dalam beraktivitas.
- Energi listrik akan menjadi sebuah energi bunyi ada pemakaian bel yang dapat menghasilkan bunyi.
- Energi gerak (mekanik) akan dapat menjadi suatu energi panas pada gesekkan dua benda dengan terus menerus dapat menghasilkan panas.
- Energi listrik akan menjadi suatu energi gerak (mekanik) pada pemakaian sebuah kipas angin.
- Energi cahaya akan bisa menjadi energi kimia pada pemanfaatan suatu cahaya matahari.
Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi
Ada sebuah mangga yang memiliki massa 4 kg telah jatuh dari pohonnya dengan ketinggian pohon 9 m berada di atas tanah. (g = 65 m/s2) tentukanlah!
Berapakah energi potensial & energi kinetik awalnya?
Berapakah energi potensial & energi kinetik ketika tingginya 6,7 m? Berapakah kecepatan manggaketika itu?
Berapakah kecepatan mangga ketika menyentuh tanah?
Jawab:
Diketahui:
h = 9 m
m = 4 kg
g = 65 m/s2
Ditanyakan ??
Ep & Ek mula-mula?
Ep & Ek ketika h1 = 6,7 = …? v1 = …?
v ketika menyentuh tanah setelah jatuh = …?
Jawab:
a. Ep = m x g x h
= 9 × 4 × 65 = 2340 joule.
Ek = 0
b. Ep1 = m x g x h1
= 9 × 6,7 × 65
= 3919,5 joule
Ep1+Ek1 = Ep+Ek
3919,5 + Ek1= 2340 + 0
Ek1 = 2340 – 3919,5
= – 1579,5 joule
½ x = Ek1
1/2 x 9 x = -1579,5
= -351
v1 = 2 m/s
c. Ep3 + Ek3 = Ep + Ek
0 + ½ = 2340 + 0
1/2 x 1,2 x = 2340
= 3900
v3 = 10 m/s
Besarnya kecepatan mangga ketika menyentuh tanah ialah 10 m/s.
Demikianlah pembahasan mengenai Hukum Kekekalan Energi semoga dengan adanya ulasan tersebut dapat menambah wawasan dan pengetahuan kalian semua,, terima kasih banyak atas kunjungannya.