Hukum Kekekalan Energi – Apa sih kekal itu? Jika melihat dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), kata “kekal” itu dapat bermakna abadi alias tidak berubah. Kekekalan ini juga dapat menjadi bagian dari materi Fisika, tepatnya pada Hukum Kekekalan Energi. Grameds pasti sudah tahu dong apa saja energi yang ada di muka bumi ini? Ada energi kinetik, energi potensial, energi panas, energi mekanik, dan masih banyak lagi.
Nah, jika ditelaah berdasarkan Hukum Kekekalan Energi ini, dapat berarti energi tersebut dapat kekal sepanjang waktu, dengan bernilai sama baik sebelum terjadi sesuatu maupun sesudahnya. Lalu, apa sih Hukum Kekekalan Energi dari segi Fisika itu? Apa saja jenis dari Hukum Kekekalan Energi yang ada di muka bumi ini? Siapa penemu Hukum Kekekalan Energi ini sehingga dapat diterapkan oleh teknologi di zaman sekarang ini? Supaya Grameds memahami akan hal-hal tersebut, yuk simak ulasan berikut ini!
https://www.pexels.com/
Daftar Isi
Pengertian Hukum Kekekalan Energi
Pada dasarnya, hukum kekekalan energi ini adalah salah satu hukum Fisika yang menyatakan bahwa energi itu kekal alias abadi sehingga tidak dapat berubah sepanjang waktu, dan memiliki nilai yang sama baik sebelum terjadi sesuatu maupun sesudahnya. Nah, keberadaan energi tersebut dapat juga diubah bentuknya dengan besaran yang akan selalu sama. Dalam hukum kekekalan energi ini, energi yang dimaksud adalah energi kinetik, energi potensial, energi mekanik, dan lainnya.
Hukum kekekalan energi ini ditemukan oleh seorang ahli fisika berkebangsaan Inggris, James Prescott Joule, yang berbunyi: “energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, namun dapat berpindah dari satu bentuk ke bentuk lainnya….”. Maksudnya, suatu energi yang terlibat dalam proses kimia dan fisika dapat mengalami perpindahan atau perubahan bentuk. Contoh: energi radiasi dapat diubah menjadi energi panas, energi potensial dapat diubah menjadi energi listrik, energi kimia dapat diubah menjadi energi listrik.
Sedikit trivia nih, selain kekal alias abadi, keberadaan energi itu mempunyai beberapa sifat, yakni:
- Transformasi energi, maksudnya energi tersebut dapat diubah menjadi bentuk yang lain.
- Transfer energi, maksudnya energi panas dapat dipindah dari material satu ke material lainnya.
- Energi dapat berpindah ke benda lain, terutama melalui suatu gaya yang menyebabkan pergeseran, itulah yang disebut dengan energi mekanik.
- Energi itu kekal alias abadi, tetapi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan.
Rumus Hukum Kekekalan Energi
Sama halnya dengan hukum-hukum fisika lainnya, dalam Hukum Kekekalan Energi juga memiliki rumus tersendiri, yakni:
Em1 = Em2
Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2
Keterangan:
Em1 = energi mekanik awal
Em2 = energi mekanik akhir (J)
Ek1 = energi kinetik awal
Ek2 = energi kinetik akhir (J)
Ep1 = energi potensial awal
Ep2 = energi potensial akhir (J)
Soal dan Pembahasan Mengenai Hukum Kekekalan Energi
Contoh Soal 1
Yuyun menjatuhkan sebuah kunci motor dari ketinggian 2 meter sehingga kunci bergerak jatuh bebas ke bawah rumah. Jika percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s2, maka kecepatan kunci setelah berpindah sejauh 0,5 meter dari posisi awalnya adalah
Penjelasan
h1 = 2 m, v1 = 0, g = 10 m/s2, h = 0,5 m, h2 = 2 – 0, 5 = 1,5 m
v2 = ?
Berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik
Em1 = Em2
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
m.g.h1 + ½ m.v12 = m.g.h2 + ½m.v22
m. 10 (2) + 0 = m. 10 (1,5) + ½m.v22
20 m = 15 m + ½m.v22
20= 15 + ½ v22
20 – 15 = ½ v22
5 = ½ v22
10 = v22
v2 = √10 m/s
Contoh Soal 2
Sebuah balok meluncur dari bagian atas bidang miring licin hinggat tiba di bagian dasar bidang miring tersebut. Jika puncak bidang miring berada pada ketinggian 32 meter diatas permukaan lantai, maka kecepatan balok saat tiba di dasar bidang adalah
Penjelasan
h1 = 32 m, v1 = 0, h2 = 0, g=10 m/s2
v2 = ?
Menurut hukum kekekalan energi mekanik
Em1 = Em2
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
m.g.h1 + ½ m.v12 = m.g.h2 + ½m.v22
m. 10 (32) + 0 = 0 + ½m.v22
320 m = ½m.v22
320= ½ v22
640= v22
v2 = √640 m/s = 8 √10 m/s
Jenis Hukum Kekekalan Energi
Sedari tadi, kita selalu membahas mengenai energi, memangnya apa sih energi itu? Menurut Harjono (2007), energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Sebuah benda akan dikatakan memiliki energi apabila benda tersebut memang menghasilkan gaya yang dapat melakukannya kerja. Sementara menurut Purwanti (2005), suatu benda dapat dikatakan memiliki sebuah energi apabila benda tersebut dapat menghasilkan sesuatu (melalui gaya) yang dapat melakukan kerja.
Dalam Satuan Internasional (SI), besaran energi itu dinyatakan dalam satuan Joule (J). Satu joule itu sama dengan 1 Newton Meter (1 J= 1 Nm). Nah, dalam Hukum Kekekalan Energi ini ada beberapa jenisnya, yakni:
1. Energi Kinetik
Sebuah benda yang bergerak itu cenderung memiliki kemampuan untuk melakukan sebuah usaha, jika demikian maka benda tersebut dapat dikatakan memiliki energi. Energi pada benda-benda yang bergerak itulah yang disebut dengan energi kinetik. Misal: sebuah batu yang dilempar mampu memecahkan kaca.
Untuk menghitung adanya energi kinetik yang terdapat di suatu benda, dapat diperoleh dengan menghubungkan persamaan GLB (Gerak Lurus Beraturan) dengan persamaan GLBB (Gerak Lurus Berubah Beraturan) untuk kecepatan awal (v0) = 0 m/s. Energi kinetik ini dapat dihitung menggunakan rumus berikut:
Keterangan:
m = Massa benda (kg)
v = Kecepatan benda (m/s)
Ek = Energi kinetik (Joule)
2. Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena letak atau kedudukannya dari acuan tertentu. Maksudnya, energi potensial ini merupakan energi yang memang dihasilkan oleh gaya-gaya yang bergantung pada posisi sebuah benda terhadap lingkungannya. Salah satu energi potensial yang paling umum ditemui dalam kehidupan sehari-hari ini adalah energi potensial gravitasi.
Apa itu energi potensial gravitasi itu? Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena ketinggiannya terhadap suatu acuan bidang tertentu. Semakin tinggi kedudukan suatu benda dari bidang acuannya, maka akan semakin besar pula energi potensial gravitasi yang dimilikinya. Contoh: buah kelapa yang ada di pohon memiliki energi potensial gravitasi, yang mana jika jatuh dan mengenai genteng maka dapat menghasilkan usaha yang berupa pecahnya genteng tersebut.
Secara matematis, energi potensial ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
3. Energi Mekanik
Pada sifat energi yang telah dijelaskan sebelumnya, terdapat salah satu sifat yang menyatakan bahwa energi itu tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Namun, energi tersebut dapat berubah dari energi satu ke energi yang lainnya. Nah, energi yang dapat berpindah ke benda lain, terutama melalui suatu gaya yang menyebabkan pergeseran itulah yang disebut dengan energi mekanik.
Pada hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa “jumlah energi potensial dan energi kinetik di titik manapun dalam medan gravitasi yang selalu sama…”. Selain itu, pada hukum kekekalan energi mekanik juga akan berlaku apabila kita mengabaikan gesekan atau gaya-gaya non-konservatif lainnya, atau jika hanya gaya-gaya konservatif saja yang bekerja pada sebuah benda. Biasanya, energi mekanik akan dikaitkan dengan penjumlahan antara energi potensial dengan energi kinetik, sehingga menghasilkan persamaan rumus berupa:
Perlu diketahui bahwa gaya konservatif ini adalah gaya yang dapat menghasilkan perubahan dua arah, yaitu antara energi kinetik dan energi potensial. Contoh dari gaya konservatif yakni gaya gravitasi dan gaya pegas. Nah, apabila hanya gaya-gaya konservatif saja yang bekerja pada sebuah benda, maka energi mekanik secara total tidak akan berkurang maupun bertambah (dalam hal ini berarti energi mekanik total akan konstan).
Jika energi kinetik bertambah, maka energi potensial harus berkurang dengan besaran yang sama supaya dapat mengimbanginya. Dengan demikian, total energi potensial ditambah energi kinetik, maka hasilnya akan tetap konstan. Itulah yang disebut dengan prinsip kekekalan energi mekanik untuk gaya-gaya konservatif.
Contoh Penerapan Hukum Kekekalan Energi
Keberadaan hukum kekekalan energi ini tidak semata-mata hanya rumus belaka saja, tetapi juga dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Bahkan tanpa Grameds sadari, teknologi-teknologi yang ada di sekitar kita ini juga merupakan penerapan dari hukum kekekalan energi lho… Nah berikut beberapa contohnya.
1. Alat Musik
Apakah Grameds tahu jika ketika kita tengah memainkan alat musik itu ternyata wujud dari hukum kekekalan energi? Yap, misalnya saat menggunakan alat musik gitar dengan cara dipetik, itu ternyata kita tengah menerapkan energi kinetik dari otot tangan, yang kemudian diubah oleh gitar tersebut menjadi energi bunyi.
Banyak alat musik yang menerapkan hukum kekekalan energi, terutama energi kinetik ini, yakni ada drum, piano, biola, hingga harpa.
2. Mesin Pemanas
Mesin pemanas itu ada beragam jenisnya, mulai dari teko pemanas air, solder, setrika, water-heater, pemanggang roti, hingga mesin penghangat ruangan, yang ternyata sama-sama menerapkan hukum kekekalan energi ini. Berbeda dengan alat musik yang menggunakan energi kinetik, pada mesin-mesin pemanas ini justru cenderung menggunakan energi potensial, khususnya energi potensial listrik.
Energi potensial listrik tersebut nantinya diubah oleh elemen pemanas dari mesin sehingga dapat menjadi energi pemanas.
3. Kendaraan Bermotor
Pada dasarnya, memang semua kendaraan bermotor yang ada di kehidupan kita ini, mulai dari mobil, motor, truk, dan lainnya itu menggunakan bahan bakar fosil. Nah dalam hal ini, energi yang digunakan adalah energi potensial kimia yang berasal dari bahan bakar fosil itu tadi, diubahlah oleh mesin kendaraan menjadi energi kinetik sehingga dapat menggerakkan kendaraan. Maka dari itu, tanpa adanya energi potensial kimia yang berasal dari bahan bakar fosil, kendaraan bermotor tidak akan dapat melaju.
4. Pembangkit Listrik Tenaga Air
Dari adanya gaya gravitasi di muka bumi ini, air akan selalu mengalir dari tempat tinggi menuju ke tempat yang lebih rendah. Posisi air yang lebih tinggi itulah yang menyebabkan energi potensial menjadi lebih besar. Melalui hal tersebut, maka pembangkit listrik memanfaatkan energi potensial air terutama untuk memutar turbin generator listrik. Nantinya, energi potensial air akan berubah menjadi energi kinetik yang mampu memutar turbin dan menghasilkan energi listrik.
Mengenal Penemu Hukum Kekekalan Energi
James Prescott Joule
Eksistensi hukum kekekalan energi yang ternyata dapat diterapkan dalam teknologi saat ini, jelas memberikan beragam manfaat terhadap kehidupan manusia sehari-hari. Semua hal tersebut tak lepas dari pemikiran James Prescott Joule selaku penemu hukum kekekalan energi. James Prescott Joule lahir pada 24 Desember 1818 dan wafat pada 11 Oktober 1889 yang merupakan seorang ilmuwan fisika berkebangsaan Inggris. Dalam hal hukum kekekalan energi ini, Beliau menyatakan bahwa “Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan”. Atas jasanya tersebut, bahkan satuan energi diberi nama Joule sesuai dengan nama Beliau.
James Prescott Joule merupakan putra kedua dari lima saudara. Ayahnya, Benjamin Joule, adalah seorang pengusaha pembuatan bir. Maka dari itu, James dapat disebut sebagai anak yang kaya, tetapi sayangnya, sejak kecil Beliau tidak dapat bersekolah seperti anak-anak lain pada umumnya karena menderita penyakit kelainan tulang belakang. Berhubung Beliau tidak sekolah, maka sang Ayah pun mencarikan guru privat untuk mengajari James di sekolah. Selain itu, James juga menjadi sosok yang pendiam dan pemalu.
Sebagai anak pengusaha kaya, maka James dapat melakukan apapun yang disukainya, salah satunya adalah membaca buku. Memang sejak kecil, James telah tertarik dengan listrik yang bahkan dirinya kerap melakukan percobaan untuk mengalirkan arus listrik ke tubuh manusia! Meskipun dalam kapasitas yang kecil.
Benjamin Joule selaku ayahnya, memperhatikan bahwa anak keduanya sangat menyukai sains, sehingga pada usia ke-16 tahun, James dikirim ke Universitas Manchester. Di sana, dirinya mengikuti beberapa pelatihan sains oleh John Dalton. Nah, sekembalinya dari pelatihan sains, Ayahnya lagi-lagi membangunkan laboratorium pribadi untuk James di bawah tanah. Hal tersebut dilakukan supaya James dapat dengan bebas melakukan eksperimen untuk menemukan hubungan antara energi panas dan energi listrik.
Pada tahun 1840, James berhasil menerbitkan sebuah karya ilmiah mengenai panas yang dihasilkan oleh arus listrik. Lalu pada tahun 1843, James kembali menerbitkan kelanjutan karya ilmiahnya tentang bagaimana mengubah kerja menjadi panas. Ia melakukan eksperimen menggunakan roda berpedal. Akhirnya, James merumuskan konsep fisika mengenai kesetaraan energi mekanik dan energi panas.
Empat tahun kemudian, James berhasil merumuskan hukum kekekalan energi yang menjadi hukum pertama dari hukum termodinamika. Hukum itu menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya.
Lantas pada tahun 1847 James bertemu dengan Lord Kelvin atau William Thomson di acara diskusi sains. Lord Kelvin tertarik dengan penemuan-penemuan James dan karya-karya ilmiah yang pernah dipublikasikan. Ia pun mengajak James untuk bekerja sama. Dari kerjasama tersebut, lahirlah suatu konsep fisika yang disebut Efek Joule-Thomson. Efek Joule-Thomson ini berkembang menjadi ilmu yang mempelajari tentang sifat materi pada suhu sangat rendah. Ilmu itu disebut dengan Kriogenik.
Sumber:
https://www.studiobelajar.com/
AHMADI, I. (2016). IDENTIFIKASI MISKONSEPSI SISWA KELAS VIII PADA MATERI USAHA DAN ENERGI MELALUI METODE CERTAINTY OF RESPONSE INDEX (CRI) TERMODIFIKASI DI MTS BABUSSALAM (Doctoral dissertation, IKIP PGRI PONTIANAK).
Palumpun, N. S. MENINGKATKAN PEMAHAMAN DAN KEMANDIRIAN BELAJAR SISWA KELAS X SMA NEGERI 6 YOGYAKARTA PADA MATERI HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK PADA BIDANG MIRING MENGGUNAKAN METODE EKSPERIMEN TERBIMBING.
Baca Juga!
- Sumber Energi Listrik dan Alternatif yang Dapat Dikembangkan di Indonesia
- Pengertian, Rumus, dan Penerapan Dari Rangkaian Paralel
- Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Besarnya Tekanan Dalam Fisika
- Perbedaan Antara Gaya dan Gerak
- Pengertian dan Prinsip Hukum Faraday
- Pengertian dan Contoh Soal Hukum Bernoulli
- Pengertian dan Rumus Dalam Gaya Lorentz
- Pengertian, Manfaat, dan Bahaya Dari Arus Bolak-Balik
- Pengertian dan Formulasi Dari Hukum Termodinamika
- Mengenal Hukum Pascal dan Manfaatnya Bagi Kehidupan
- Sejarah dan Pengertian Hukum Dalton
- Hubungan Hukum Kepler 1,2,3 dengan Hukum Newton
