Definisi Energi Mekanik

Itu Energi Mekanik hanyalah salah satu dari banyak bentuk energi yang ada. Sebuah benda dilempar ke atas dengan arah tertentu kecepatan untuk kemudian jatuh dengan kecepatan awal yang hampir sama, sebuah bandul yang berayun dari sisi ke sisi mencapai ketinggian yang hampir sama, pegas yang berkontraksi dan kembali ke bentuk aslinya, ini semua adalah contoh nyata dari energi mekanik yang bekerja dan konservasi. Tapi, sebelum membicarakan ini, penting untuk membicarakan sedikit tentang Energi kinetik kamu energi potensial.

Energi kinetik

Energi kinetik adalah jenis energi yang berhubungan dengan keadaan pergerakan suatu benda, yaitu dengan kecepatannya. Semakin besar kecepatan di mana tubuh bergerak, semakin besar energi kinetiknya. Ketika sebuah benda diam, energi kinetiknya adalah nol. Dalam mekanika klasik energi kinetik \(K\) dari sebuah benda bermassa \(m\) bergerak dengan kecepatan \(v\) diberikan oleh:

\(K=\frac{1}{2}m{{v}^{2}}\)

Mari kita bayangkan bahwa kita memiliki batu di tangan kita dan kita mendorongnya ke atas, pada awalnya batu itu akan memiliki kecepatan tertentu sebagai konsekuensi dari dorongan kita, yaitu, ia akan memiliki sejumlah energi kinetika. Saat batu naik, ia akan melambat dan oleh karena itu energi kinetiknya akan semakin berkurang. Anda mungkin pernah mendengar bahwa “energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, ia hanya berubah”, jadi dalam contoh batuan ini, ke mana perginya energi kinetiknya? Untuk menjawab pertanyaan ini perlu dibicarakan tentang energi potensial.

Energi potensial

Secara umum, energi potensial adalah jenis energi yang dapat dikaitkan dengan konfigurasi atau pengaturan sistem benda-benda yang berbeda yang mengerahkan gaya satu sama lain. Kembali ke contoh sebelumnya, batu memiliki energi potensial tertentu tergantung pada posisinya terhadap suatu titik referensi, yang bisa jadi tangan kita, karena berada di bawah pengaruh gaya tarik gravitasi dari Tanah. Dalam hal ini nilai energi potensial akan diberikan oleh:

\(U=mgh\)

Dimana \(U\) adalah energi potensial gravitasi, \(m\) adalah massa batu, \(g\) adalah percepatan gravitasi Bumi dan \(h\) adalah ketinggian di mana batu itu terhadap kita tangan.

Ketika kita melempar batu ke atas, energi kinetiknya akan berubah menjadi energi potensial mencapai nilai maksimum ketika batu mencapai ketinggian tertentu dan diperlambat oleh menyelesaikan. Seperti yang Anda lihat, ada dua cara untuk melihat contoh ini:

1) Saat kita melempar batu ke atas, ia melambat karena kekuatan gravitasi yang diberikan oleh Bumi.

2) Ketika kita melemparkan batu ke atas, itu melambat karena energi kinetiknya diubah menjadi energi potensial.

Ini di sini sangat penting karena evolusi dari sistem yang sama dapat dilihat dari segi gaya yang bekerja atau dari segi energi.

kekuatan konservatif

Dalam contoh sebelumnya disebutkan bahwa ada energi potensial yang terkait dengan gaya gravitasi, tetapi apakah ini berlaku untuk gaya apa pun? Jawaban untuk pertanyaan ini adalah tidak, dan ini hanya berlaku untuk jenis gaya yang disebut "Gaya Konservatif", beberapa contohnya adalah gravitasi, gaya elastis, gaya listrik dll.
Karakteristik gaya konservatif adalah bahwa kerja mekanis yang mereka lakukan pada benda untuk memindahkannya dari satu titik ke titik lain tidak bergantung pada lintasan yang dilaluinya. benda tersebut dari titik awal sampai akhir, ini sama dengan mengatakan bahwa kerja mekanis yang dilakukan oleh gaya konservatif dalam lintasan tertutup sama dengan nol.

Untuk memvisualisasikannya, mari kita kembali ke contoh sebelumnya, ketika kita melempar batu ke atas, gravitasi akan mulai bekerja kerja mekanik negatif (berlawanan dengan gerak) di atasnya menyebabkannya kehilangan energi kinetik dan mendapatkan energi potensi. Ketika batu mencapai ketinggian maksimum itu akan berhenti dan mulai jatuh, sekarang gravitasi akan melakukan pekerjaan mekanik positif pada batu yang akan memanifestasikan dirinya dalam hilangnya energi potensial dan keuntungan energi kinetika. Jalur batu berakhir ketika mencapai tangan kita lagi dengan energi kinetik yang sama dengan saat ia lepas landas (tanpa adanya hambatan udara).

Dalam contoh ini, batu mencapai titik yang sama dari titik awalnya, jadi kita dapat mengatakan bahwa batu itu membuat jalan tertutup. Ketika batu naik, gravitasi melakukan kerja mekanis negatif dan ketika batu jatuh, gravitasi melakukan kerja mekanis positif. besarnya sama dengan yang sebelumnya, oleh karena itu, kerja total yang dilakukan oleh gaya gravitasi di sepanjang lintasan batu adalah sama dengan nol. Gaya yang tidak sesuai dengan ini disebut "Gaya Non-Konservatif" dan beberapa contohnya adalah gesekan dan gesekan.

Hal lain yang dapat kita lihat pada contoh di atas adalah hubungan antara energi kinetik, energi potensial, dan kerja mekanik. Kita dapat mengatakan bahwa:

\(\text{ }\!\!\Delta\!\!\text{ }K=W\)

\(\text{ }\!\!\Delta\!\!\text{ }U=-W\)

Dimana \(\text{ }\!\!\Delta\!\!\text{ }K\) adalah perubahan energi kinetik, \(\text{ }\!\!\Delta\!\!\text{ }U\) adalah perubahan energi potensial dan \(W\) adalah kerja mekanik.

Konservasi energi mekanik

Seperti disebutkan di awal, energi mekanik suatu sistem adalah jumlah energi potensial dan energi kinetiknya. Biarkan \(M\) menjadi energi mekanik, kita memiliki:

\(M=K+U\)

Energi mekanik dari sistem tertutup di mana hanya gaya konservatif (bukan gesekan atau gesekan) yang berinteraksi adalah besaran yang kekal selama sistem berevolusi. Untuk melihat ini, mari kita ingat bahwa sebelumnya kita menyebutkan bahwa \(\text{ }\!\!\Delta\!\!\text{ }K=W\) dan \(\text{ }\!\! \Delta\!\ !\text{ }U=-W\), maka kita dapat mengatakan bahwa:

\(\text{ }\!\!\Delta\!\!\text{ }K=-\text{ }\!\!\Delta\!\!\text{ }U\)

Misalkan pada suatu titik \(A\) sistem kita memiliki energi kinetik \({{K}_{A}}\) dan energi potensial \({{U}_{A}}\), selanjutnya sistem kami berevolusi ke titik \(B\) di mana ia memiliki energi kinetik \({{K}_{B}}\) dan energi potensial \({{U}_{B}}\). Sesuai dengan persamaan di atas, maka:

\({{K}_{B}}-{{K}_{A}}=-\left( {{U}_{B}}-{{U}_{A}} \right)\)

Mengatur ulang istilah persamaan ini sedikit, kita mendapatkan:

\({{K}_{A}}+{{U}_{A}}={{K}_{B}}+{{U}_{B}}\)

Namun, jika kita perhatikan lebih dekat, kita dapat melihat bahwa \({{K}_{A}}+{{U}_{A}}\) adalah energi mekanik sistem di titik \(A\) dan \ ({{K}_{B}}+{{U}_{B}}\) adalah energi mekanik di titik \(B\). Misalkan \({{M}_{A}}\) dan \({{M}_{B}}\) adalah energi mekanik sistem di titik \(A\) dan di titik \(B\), masing-masing, maka kita dapat menyimpulkan bahwa:

\({{M}_{A}}={{M}_{B}}\)

Artinya, energi mekanik adalah kekal. Harus ditekankan bahwa ini hanya berlaku untuk gaya konservatif, karena, dengan adanya gaya non-konservatif, seperti gesekan atau gesekan, ada disipasi energi.

Referensi

David Halliday, Robert Resnick & Jearl Walker. (2011). Dasar-dasar Fisika. Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.