Rumus Energi Potensial Beserta Contoh Soal dan Pembahasan!

Rumus energi potensial – Dalam menjalani kegiatan sehair-hari kita mengeluarkan energi. Energi sendiri dimaknai sebagai kemampuan untuk melakukan sebuah usaha. Umumnya, energi dikelompokkan menjadi tiga macam, yakni energi kinetik, energi potensial, dan energi mekanik.

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benya yang disebabkan oleh tenaga gerak. Misalnya ketika melempar batu untuk menjatuhkan manga di atas pohon maka buah tersebut jatuh disebabkan oleh energi kinetik dari batu. Adapun, energi mekanik dapat dimaknai sebagai energi yang didasarkan pada sifat geraknya.

Sementara itu, energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh seuatu benda karena posisinya terhadap acuan. Sebagai contoh batu yang berada di pinggir jalan memiliki energi potensial. Jika diberikan gaya, maka batu tersebut akan jatuh. Perlu diingat bahwa batu yang diletakkan di atas lantai dengan di pinggir sungai memiliki energi potensial yang berbeda.

Berikut akan dibahas mengenai rumus dari ketika energi tersebut, yakni energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik.

Rumus Energi Potensial

Energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut.

Ep = m × g × h

Keterangan:

Ep = Energi potensial (J)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = tinggi benda dari permukaan tanah (meter)

Energi potensial memiliki beberapa jenis, yakni energi potensial listrik dan energi potensial pegas. Berikut penjelasan keduanya yang telah dirangkum dari laman Zenius.net.

1. Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik merupakan energi yang dapat terjadi ketika sebuah partikel bermuatan bergerak dalam suatu medan listrik. Ketika itulah medan listrik akan mengarahkan gaya yang melakukan kerja terhadap partikel tersebut. Berikut rumus dari energi potensial listrik.

Ep = k (Q.q / r)

Keterangan:

Ep : energi potensial (Joule)

k : konstanta Coulomb (9×10^9 N.m2/C2)

Q : muatan sumber atau muatan listrik yang menimbulkan medan listrik (Coulomb)

q : muatan uji atau muatan listrik yang mengalami perpindahan dalam medan listrik (Coulomb)

r : jarak muatan dari q ke Q (m)

2. Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas atau elastis merupakan energi yang dibutuhkan ketika akan menekan atau merenggangkan pegas. Energi potensial pegas disebabkan oleh adanya perubahan panjang. Berikut rumus dari energi potensial pegas.

Ep = ½ k.x2

Keterangan:

Ep : energi potensial (Joule)

k : konstanta Coulomb (9×10^9 N.m2/C2)

x : perubahan posisi (m)

Rumus Energi Kinetik

Berikut rumus dari energi kinetik.

EK = ½ mv2

Keterangan:

EK: energi kinetik

m: massa

v: kecepatan benda

Energi kinetik memiliki dua jenia, yakni energi kinetik translasi dan energi kinetik rotasi. Ebrikut penjelasan keduanya yang dirangkum dari laman Kompas.com.

1. Energi Kinetik Translasi

Energi kinetik translasi merupakan energi kinetik yang dihasilkan oleh benda yang bergerak lurus dengan arah dan kecepatan yang sama. Sebagai contoh tembakan peluru yang bergerak lurus, mobil yang melaju di jalan tol, dan sebagainya.

2. Energi Kinetik Rotasi

Energi kinetik rotasi terjadi ketika sebuah benda berputar. Besaran energi dalam benda tersebut dapat berubah jika sedang berputar. Misalnya, gasing yang berputar pada porosnya, bianglala, dan perputaran bumi yang mengelilingi matahari.

Rumus Energi Mekanik

Berikut rumus dari energi mekanik.

EM = EP + EK

Keterangan:

EM: energi mekanik

EP: energi potensial

EK: energi kinetik

Energi mekanik memiliki beberapa jenis, yakni gerak vertikal dan pegas. Berikut penjelasan keduanya yang dilansir dari laman Zenius.net.

1. Gerak Vertikal

Energi mekanik gerak vertikal memiliki rumus sebagai berikut.

EMAC = EMBC

EKAC + EPAC = EKBC +EPBC

mghAC = 1/2mvBC + mghBC

Keterangan:
m: massa (kg)

g: nilai gravitasi (m/s2)

v: kecepatan (m/s)

2. Pegas

Energi mekanik pegas memiliki persamaan rumus sebagai berikut.

EM1 = EM4

EK1 + EP1 = EK4 + EP4

mgh1 = mgh4 + 1/2kx2

mg(h1-h4) = 1/2kx2

x2 = [2mg(h1-h4)].k-1

Keterangan:

k: konstanta pegas (N/m)

x: perubahan posisi (m)

Contoh Soal Energi Kinetik, Energi Potensial, dan Energi Mekanik

Melatih diri dengan mengerjakan soal menjadi salah satu cara untuk mengembangkan kemampuan diri. Berikut contoh soal dan pembahasan dari energi yang dapat dijadikan referensi berlajar. Soal-soal di bawhah ini dirangkum dari berbagai laman di internet.

Contoh Soal 1

1. Sebuah lemari bermassa 30 kg dinaikkan ke lantai 3 sebuah gedung apartemen yang tingginya 20 meter. Berapa energi potensial gravitasinya?

Diketahui:

m = 30 kg

g = 10 m/s2

h = 20 meter

Jawab:

EP = m.g.h

= 20 x 10 x 20

= 6.000 Joule

Jadi, energi potensial gravitasi yang dimiliki lemari adalah 6.000 Joule.

Contoh Soal 2

2. Sebuah pegas yang tergantung tanpa beban panjangnya 15 cm. Kemudian, ujung bawah pegas diberi beban 5 kg sehingga pegas bertambah panjang menjadi 20 cm. Tentukanlah energi potensial elastis pegas!

Diketahui:

Panjang pegas = l0 = 15 cm

l1 – 20 cm

m = 5 kg

Jawab:

Cari konstantanya terlebih dahulu

k = F/Δx

= m.g/Δx

= 5 kg x 10 m/s2 / (20 cm – 15 cm) x 10^-2

= 1.000 N/m

EP = ½.k.x2

= 1/2 x 1.000 x (5 x 10 m)2

= 1,25 Joule

Jadi, energi potensial pegas tersebut adalah 1,25 Joule.

Contoh Soal 3

3. Sebuah mobil sedan yang memiliki massa 500 kg sedang melaju dengan kecepatan 25 m/s. Hitunglah energi kinetik mobil pada kelajuan tersebut! Apa yang akan terjadi jika mobil direm secara mendadak?

Pembahasan:

Diketahui:

massa mobil (m) = 500 kg

Kecepatan mobil (v) = 25 m/s

Ditanyakan:
Energi kinetik dan kejadian jika mobil direm mendadak

Jawab:
Energi kinetik mobil sedan dapat dihitung sebagai berikut:

Ek = 1/2 . mv2

Ek = 1/2 . 500 . (25)2

Ek = 156.250 Joule

Ketika mobil direm, mobil akan berhenti. Energi kinetik akan berubah menjadi energi panas dan energi bunyi yang ditimbulkan oleh gesekan antara rem dengan as roda dan ban mobil dengan jalan.

Contoh Soal 4

4. Sebuah mobil jip mempunyai energi kinetik sebesar 560.000 Joule. Jika mobil tersebut mempunyai massa sebesar 800 kg, maka kecepatan mobil jip tersebut adalah …

Pembahasan:

Diketahui:
Energi kinetik (Ek) = 560.000 Joule

Massa mobil (m) = 800 kg

Ditanyakan:
Kecepatan mobil (V)

Jawab:
Ek = 1/2 . mv2

V = √ 2 x Ek/m

V = √ 2 x 560.000 / 800

V = 37,42 m/s

Jadi kecepatan mobil jip adalah 37,42 m/s

Contoh Soal 5

5. Balok memiliki massa 5 kg meluncur pada permukaan dengan kecepatan 2,5 m/s. Beberapa waktu kemudian, balok tersebut meluncur dengan kecepatan 3,5 m/s. Berapakah usaha total yang dikerjakan pada balok selama selang waktu tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:
Massa benda = 5 kg

Kecepatan benda awal (V1) = 2.5 m/s

Kecepatan benda akhir (V2) = 3.5 m/s

Ditanyakan:
Usaha total yang dikerjakan pada benda.

Jawab:
W = Ek2 – Ek1

W = 1/2 m.v22 – 1/2 m.v12

W = 1/2 m (v22 – v12)

W = 1/2.5. [(3,5)2 – (2,5)2]

W = 15 Joule

Jadi usaha total yang dikenakan pada benda adalah sebesar 15 Joule.

Contoh Soal 6

6. Apel dengan massa 300 gram jatuh dari poho pada ketinggian 10 meter. Jika besar gravitasi (g) = 10 m/s2, hitunglah energi mekanik pada apel!

Pembahasan:

Diketahui:
massa benda : 300 gram (0,3 kg)

gravitasi g = 10 m/s2

ketinggian h = 10 m

Ditanyakan:
Energi mekanik (Em) apel

Jawab:
Benda jatuh dan tidak diketahui kecepatannya, maka energi kinetik (Ek) diasumsikan bernilai nol (Ek = 0)

Em = Ep + Ek

Em = Ep + 0

Em = Ep

Em = m.g.h

Em = 0,3 kg . 10 .10

Em = 30 joule

Kesimpulan

Energi mekanik yang dimiliki oleh apel yang jatuh tersebut adalah 30 joule.

Contoh Soal 7

7. Sebuah buku bermassa1 kg jatuh dari gedung. Ketika jatuh ke tanah, kecepatan buku tersebut adalah 20 m/s. Berapakah tinggi gedung tempat buku terjatuh jika nilai g = 10 m/s2?

Pembahasan:

Diketahui
massa m = 1 kg

kecepatan v = 20 m/s

grafitasi g = 10 m/s2

Ditanyakan
Ketinggian gedung (h)

Jawab
Em1 = Em2

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2

m1.g.h1 + 1/2 m1.v12 = m1.g.h2 + 1/2 m1.v22

Ep = maksimum

Ek1 = 0 (karena buku belum bergerak

Ep2 = 0 (karena buku sudah berada di tanah dan tidak memiliki ketinggian)

Ek2 = maksimum

m1.g.h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v22

1 x 10 x h = 1/2 x 1 x 202

10 x h = 200

h = 200/10

h = 20 meter.

Kesimpulan

Jadi, ketinggian gedung tempat buku terjatuh adalah setinggi 20 meter.

Contoh Soal 8

8. Sebuah benda bermassa 1 kg dilempar secara vertikal ke atas dengan kecepatan awal adalah 20 m/s. Apabila percepatan gravitasi g = 10 m/s2, maka ketinggian benda saat energi potensialnya sama dengan tiga perempat energi kinetik maksimumnya adalah …

Diketahui
massa m = 1 kg

Kecapatan awal (V1) = 20 m/s

percepatan grafitasi g = 10 m/s2

Ep = 3/4 . Ek maksimum

Ditanyakan:
Ketinggian benda saat Ep = 3/4 . Ek maks

Jawab:
Benda bergerak ke atas (vertikal), maka energi kinetik maksimum benda adalah saat awal gerak kecepatan benda dilemparkan.

Ek maks = Ek awal

Ek maks = 1/2.m.v12

Ek maks = 1/2.1.(20)2

Ek mask = 200 joule

Ketinggian benda dapat dihitung sebagai berikut:

Ep = 3/4. Ek maks

m.g.h = 3/4 (200)

1.10.h = 150

10h = 150

h = 15 meter.

Jadi, ketinggian benda saat energi potensial benda sama dengan tiga perempat energi kinetik maksimum adalah 15 meter.

Contoh Soal 9

9. Diketahui sebuah lemari bermassa 10 kg dinaikkan ke lantai 8 sebuah gedung apartemen dengan energi potensial sebesar 2000 Joule. Berapa tinggi lantai ke-8 apartemen tersebut? (g = 10 m/s2)

Pembahasan:

Diketahui m: 10 kg, Ep: 2000 J, g: 10 m/s2

Ditanyakan ketinggian apartemen lantai ke-8 (h), maka masukkan semua yang diketahui ke dalam rumus energi potensial.

Ep = m x g x h

2000 = 10 x 10 x h

2000 = 100 x h

h = 2000 : 100

h = 20 meter.

Contoh Soal 10

10. Sebuah mobil bermassa 20.000 kg bergerak ke arah timur dengan kecepatan 20 m/s. Berapakah energi kinetik mobil tersebut?

Pembahasan:

Diketahui m: 20.000 kg, v: 20 m/s

Ditanyakan energi kinetik, maka masukkan semua yang diketahui ke dalam rumus energi kinetik.

Ek = 1/2 x m x (v)2

Ek = 1/2 x 20.000 x (20)2

Ek = 10.000 x 400

Ek = 4.000.000 J

Ek = 4.000 kJ (kiloJoule)

Contoh Soal 11

11. Diketahui sebuah benda jatuh bebas dengan energi mekanik sebesar 170 Joule. Berapakah besar energi kinetiknya saat energi potensial sama dengan 90 Joule?

Pembahasan:

EM= Ek + Ep

170 = Ek + 90

Ek = 170 – 90

Ek = 80 Joule

Jadi, besar energi kinetik saat energi potensial sama dengan 90 Joule adalah 80 Joule.

Contoh Soal 12

12. Sebuah bola dengan massa 0,8 kilogram didorong oleh Banu dari permukaan meja yang tingginya 2 meter dari tanah. Berapakah besar energi mekanik pada bola saat ketinggian 1 meter bila kecepatan bola lepas dari sisi meja adalah 10m/s?

Pembahasan:

EM= Ek + Ep

EM = ( ½.m.(v pangkat 2)) + m.g.h

EM = ( ½ x 0,8 x 100) + (0,8 x 9,8 x (2-1))

EM = 40 + 7,84

EM = 47,84 Joule

Jadi, besar energi mekanik pada bola saat ketinggian 1 meter adalah 47,84 Joule.

Contoh Soal 13

13. Sebuah benda dikatakan memiliki energi kinetik sebesar 200 J karena benda tersebut bergerak dengan kecepatan 36 km/jam. Perkirakan besar massa benda tersebut!

Jawab:

Dik: Ek = 200 J; v = 36 km/jam = 10 m/s

Penyelesaian:

Ek = 1/2 m.v2

m = 2Ek/v2

m = 2 (200)/102

m = 4 kg

Jadi, massa yang terdapat pada beda tersebut adalah 4 kg.

Contoh Soal 14

14. Sebuah mobil sedan memiliki energi kinetik sebesar 560.000 Joule. Jika mobil tersebut mempunyai massa sebesar 800 kg, maka hitunglah kecepatan mobil sedan tersebut!

Penyelesaian

Diketahui:

Energi kinetik (Ek) = 560.000 J

Massa mobil (m) = 800 kg

Ditanya:

Kecepatan mobil (v) ?

Jawab:

Ek = 1/2 . mv²

V = √ 2 x Ek/m

V = √ 2 x 560.000 / 800

V = 37,42 m/s

Jadi kecepatan mobil sedan adalah 37,42 m/s.

Contoh Soal 15

15. Suatu benda bermassa 30 kg memiliki energi kinetik 500 J. Berapakah kecepatannya?

Penyelesaian

Diketahui:

m = 30 kg

Ek = 500 J

Ditanya:

Kecepatan (v) ?

Jawab:

Ek = ½ x mv²

500 J = ½ x 30 x v²

V² = 500/0,5 x 30

V² = 500/15

V² = 33,33 m²/s²

V = √ 33,33 m²/s²

V = 5,77 m/s

Jadi, kecepatan benda tersebut adalah 5,77 m/s.

Contoh Soal 16

16. Sebuah benda memiliki massa 2 kg berada pada ketinggian 10 meter dari tanah. Benda tersebut semula dalam keadaan diam, kemudian dijatuhkan sehingga mencapai tanah. Jika g = 10 m/s2, maka berapakah energi kinetik benda saat ketinggian 5 meter dari tanah?

Penyelesaian

Diketahui:

Massa benda (m) = 2 kg

Tinggi awal (h1) = 10 m

Tinggi saat posisi kedua (h2) = 5 m

Gravitasi bumi (g) = 10 m/s²

Ditanya:

Ek saat h2 = 5 m

Jawab:

Em1 = Em2

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2

m.g.h + ½ m.v² = m.g.h + Ek2

2 kg x 10 m/s² x 10 m + 0 = 2 kg x 10 m/s² X 5 m + Ek2

200 J = 100 J + Ek

Ek = 200 J – 100 J

Ek = 100 J

Jadi, energi kinetik benda saat berada di ketinggian 5 meter adalah 100 J.

Contoh Soal 17

17. Sebuah bola memiliki massa 2 kg jatuh dari ketinggian 30 m. Jika g = 10 m/s² dan kecepatan benda 20 m/s, Hitunglah energi kinetik yang timbul!

Penyelesaian

Diketahui:

m = 2 kg

h = 30 m

g = 10 m/s²

Ditanya:

Ek ?

Jawab:

Ek = Ep

Ek = m x g x h

Ek = 2 x 10 x 30

Ek = 600 J

Jadi, besar energi kinetik benda tersebut adalah 600 J.

Contoh Soal 18

18. Sebuah mobil memiliki massa 500 kg melaju dengan kecepatan 25 m/s. Hitung energi kinetik mobil pada kelajuan tersebut! Apa yang akan terjadi jika mobil direm secara mendadak?

Diketahui:

Massa mobil (m) = 500 kg

Kecepatan mobil (v) = 25 m/s

Ditanyakan:

Energi kinetik dan kejadian jika mobil direm mendadak

Jawab:

Energi kinetik mobil sedan dapat dihitung sebagai berikut:

Ek = 1/2 . m v2

Ek = 1/2 . 500 . (25)2

Ek = 156.250 Joule

Ketika mobil direm, mobil akan berhenti. Energi kinetik akan berubah menjadi energi panas dan energi bunyi yang ditimbulkan oleh gesekan antara rem dengan as roda dan ban mobil dengan jalan.

Contoh Soal 19

19. Benda bermassa 5 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m di atas tanah dan percepatan gravitasinya 10 m/s2. Tentukan usaha yang dilakukan gaya berat benda tersebut pada saat mencapai tanah!

Pembahasan

Diketahui: m = 5 kg; h0 = 0; g =10 m/s2.

Ditanya:  W = …?

Jawab:

W = m . g . (ht – h0 ) = 5 . 10 . (20 – 0) = 20 . 20 W

W = 1000 joule

Jadi, energi potensial benda tersebut sebesar 1000 Joule.

Contoh Soal 20

20. Air terjun memiliki volume sebesar 700 m3 dengan ketinggian 100 m. Jika massa jenis air adalah 1.000 kg/m3 dan percepatan gravitasinya 10 m/s2. Hitunglah energi potensialnya!

Pembahasan

Diketahui: v =  700 m3; h = 100 m; ρ : 1.000 kg/m3; g : 10 m/s2.

Ditanya: Ep=…?

Jawab:

Pertama, cari massa.

m = ρ.v = (1.000 kg/m3)(700 m3) = 7 x 10^5 kg.

Selanjutnya, cari energi potensialnya.

Ep = m.g.h = (7 x 10^5 kg)(10 m/s2)(100 m) =7  x 10^8 Joule.

Jadi, energi potensial air terjun sebesar 7 x 10^8 Joule.

Contoh Soal 21

21. Sebuah pegas memiliki massa 4 kg. Ketika siang hari, pegas tersebut berubah panjang dari 6 cm menjadi 8 cm. Berapakah energi potensial pegas tersebut?

Pembahasan:

a). x = 8 – 6 cm

x = 2 cm

x = 0,02 m

b). F = w

F = m.g

F = 4. 10

F = 40N

c). k = F / x

k = 40 / 0.02

k = 2000

d). Maka:

Ep = 1/2. 2000.(0.02. 0.02)

Ep = 1000. (0.0004)

Ep = 0,4 Joule

Jadi, energi potensial pegas tersebut sebesar 0,4 Joule.

Contoh Soal 22

22. Sebuah lemari bermassa 10 kg dinaikkan ke lantai 8 sebuah gedung apartemen dengan energi potensial sebesar 2000 Joule. Berapa tinggi lantai ke-8 apartemen tersebut? (g = 10 m/s2)

Pembahasan:

h = Ep / m.g

h = 2000 / 10.10

h = 20 meter.

Jadi, tinggi lantai ke-8 apartemen tersebut adalah 20 meter.

Contoh Soal 23

23. Apabila pada Potensial suatu benda yang telah diketahui ketinggiannya 5 meter dengan sebesar 6000 J, maka berapakah hasil pada massapercepatan gravitasi bumi (g) ialah 10 m/s²?

Jawab :

Pada hasil nilai dimassa (m) maka benda bisa dihitung dengan memodifikasi persamaan Energi potensial menjadi:

m = Ep/(g.h)

m = 6000/(10.5)

m = 6000/50

m = 120 kg

Demikian pembahasan tentang rumus energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik. Semoga semua pembahasan di atas dapat memudahkan Grameds dalam mengerjakan soal energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik.

Jika ingin mencari buku yang berkaitan dengan rumus energi potensial dan umus fisika lainnya, maka kamu bisa mendapatkannya di gramedia.com.

Untuk mendukung Grameds dalam menambah wawasan, Gramedia selalu menyediakan buku-buku berkualitas dan original agar Grameds memiliki informasi #LebihDenganMembaca.

Baca juga terkait Rumus Energi Potensial: