Panas yang didapat dari matahari, listrik yang kamu gunakan, atau benda yang bergerak merupakan contoh dari hukum kekekalan energi di sekitar kita, lho.

Menariknya, fenomena tersebut bisa dihitung dan dijelaskan melalui konsep dasar fisika yang sederhana dengan memahami cara kerja perpindahan dan perubahan energi.

Oleh karena itu, agar hukum ini lebih mudah untuk kamu pahami, yuk, ikuti pembahasan serta contoh soal hukum kekekalan energi dan jawabannya lengkap yang tersedia di artikel ini.

Hukum Kekekalan Energi

Baca Juga :

Contoh Latihan Soal Hukum Boyle dan Pembahasannya dengan Rumus | Fisika Kelas 9 SMP

Dikutip dari gramedia.com, hukum kekekalan energi merupakan salah satu prinsip dasar dalam Fisika yang menyatakan bahwa energi tidak bisa diciptakan maupun dimusnahkan. Artinya, jumlah energi sebelum dan sesudah suatu peristiwa akan tetap sama.

Energi memang bisa berubah bentuk, tetapi besarannya selalu tetap. Dalam konteks ini, bentuk-bentuk energi yang dimaksud mencakup energi kinetik, energi potensial, energi mekanik, hingga bentuk energi lainnya.

Konsep tersebut pertama kali dipopulerkan oleh ilmuwan asal Inggris, James Prescott Joule. Ia menyimpulkan bahwa energi hanya berpindah atau bertransformasi, bukan hilang.

Bunyi hukum kekekalan energi yang terkenal adalah “energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.”

Baca Juga :

45 Contoh Soal Energi Kinetik beserta Jawabannya SMA Kelas 10

Rumus Hukum Kekekalan Energi

Pada sistem yang memenuhi syarat hukum kekekalan energi, total energi mekanik pada posisi awal akan sama dengan total energi mekanik pada posisi akhir.

Nah, sebelum nanti Mamikos bahas tentang contoh soal hukum kekekalan energi dan jawabannya, berikut adalah rumus yang bisa dipakai:

[Em1=Em2]

Atau dalam bentuk komponen energinya:

[Ek1+Ep1=Ek2+Ep2]

Keterangan:

• Eₘ₁ : Energi mekanik awal
• Eₘ₂ : Energi mekanik akhir
• Eₖ₁ : Energi kinetik pada kondisi awal
• Eₚ₁ : Energi potensial pada kondisi awal
• Eₖ₂ : Energi kinetik pada kondisi akhir
• Eₚ₂ : Energi potensial pada kondisi akhir

Baca Juga :

45 Contoh Soal Pengukuran Besaran dan Satuan dan Jawabannya dalam Materi Fisika Kelas 10 SMA

Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi dan Jawabannya Lengkap

Selanjutnya, di bawah ini tersedia 13 contoh soal hukum kekekalan energi dan jawabannya yang bisa kamu pelajari di rumah.

Setiap soal sudah dilengkapi dengan langkah-langkah pengerjaannya sehingga lebih mudah untuk dipahami. Yuk, langsung saja kita mulai!

1. Sebuah bola dengan massa 2 kg dilepaskan dari ketinggian 20 meter di atas tanah dan dibiarkan jatuh bebas. Dengan percepatan gravitasi 10 m/s², berapakah kecepatan bola ketika posisinya tinggal 5 meter dari permukaan tanah?

Jawaban:

Saat bola turun dari 20 meter ke 5 meter, berarti terjadi penurunan ketinggian sebesar 15 meter. Berdasarkan hukum kekekalan energi, energi potensial yang hilang berubah menjadi energi kinetik.

Ep hilang = m g h = 2 × 10 × 15 = 300 J
Ek = ½ m v²

300 = ½ × 2 × v²
300 = v²
v = √300
v = 10√3 m/s

Jadi, kecepatannya adalah 10√3 m/s.

2. Sebuah benda mengalami perpindahan sejauh s meter ke arah kanan. Pada benda tersebut bekerja dua gaya.

Gaya pertama 10 N mengarah ke kiri, sedangkan gaya kedua besarnya 25 N mengarah ke kanan dan membentuk sudut 30° terhadap arah horizontal. Jika usaha total dari kedua gaya tersebut adalah 46,6 J, berapakah nilai s?

Jawaban:

Usaha total adalah penjumlahan usaha tiap gaya.

Total usaha:
[Wtotal=-10s+21,65s=11,65s]

Diketahui (Wtotal=46,6):
[11,65s=46,6]
[s=4 meter]

Jadi, perpindahannya adalah 4 meter.

3. Sebuah benda bermassa 1 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Dengan percepatan gravitasi 10 m/s², tentukan ketinggian benda ketika energi potensialnya bernilai tiga perempat dari energi kinetik maksimumnya.

Jawaban:

Energi kinetik maksimum terjadi saat benda berada di titik awal (ketinggian 0).
[EKmaks=12mv2=12(1)(202)=200 J]

Energi potensial yang diminta:
[EP=34EKmaks=34×200=150 J]

EP juga dirumuskan:
[EP=mgh=1·10·h=10h]

Setara dengan 150 J:
[10h = 150]
[h=15 meter]

Jadi, benda berada pada ketinggian 15 meter.

Baca Juga :

Kumpulan Contoh Soal Energi Potensial Gravitasi Kelas 10 dan Jawabannya

4. Sebuah mesin bermassa 40 kg dipercepat dari kecepatan awal 20 m/s hingga mencapai 40 m/s dalam selang waktu 5 detik. Bila efisiensi mesin tersebut adalah 85%, berapakah daya keluaran mesin?

Jawaban:

Perubahan energi kinetik:
[ΔEK=12m(v2-v02)]
[=12(40)(402-202)]
[=20(1600-400)=20×1200=24,000 J]

Daya teoritis:
[Pideal=24,0005=4,800 W]

Efisiensi 85% → daya nyata: [Pout=0,85×4800=4,080 W]

Jadi, daya yang dihasilkan mesin adalah 4.080 Watt.

5. Sebuah balok meluncur dari puncak sebuah bidang miring licin menuju bagian dasar. Jika titik tertinggi bidang miring berada pada ketinggian 3,2 meter dari lantai, tentukan kecepatan balok ketika mencapai dasar bidang.

Jawaban:

Karena bidang licin → energi potensial berubah seluruhnya menjadi energi kinetik.

[mgh=12mv2]

Sederhanakan:
[gh=12v2]
[10×3,2=12v2]
[32=12v2]
[v2=64]
[v=8 m/s]

Jadi, balok tiba di dasar dengan kecepatan 8 m/s.

6. Sekelompok orang mendorong sebuah mobil mogok dengan gaya sebesar F. Mobil tersebut bergeser sejauh 2 meter dalam waktu 10 detik, dan daya yang dihasilkan oleh dorongan tersebut sebesar 40 W. Berapakah besar gaya F?

Jawaban:

Daya:
[P=Wt=F·st]

Masukkan data:
[40=F·210]
[40=0,2F]
[F=200 N]

Jadi, gaya dorongnya adalah 200 N.

Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi dan Jawabannya

7. Dari ujung meja yang tingginya 2 meter, sebuah benda bermassa 1 kg didorong sehingga memiliki kecepatan awal 4 m/s. Setelah itu, benda bergerak membentuk lintasan setengah parabola seperti ilustrasi yang tersedia. Berapakah energi mekanik benda saat mulai bergerak?

Jawaban:

Energi mekanik = energi potensial + energi kinetik awal.

[EP=mgh=1×10×2=20 J]
[EK=12mv2=12(1)(42)=8 J]
[Emek=20+8=28 J]

Energi mekaniknya di titik awal adalah 28 J.

8. Sebuah mobil dipercepat dari kecepatan awal 10 m/s menjadi 20 m/s dalam selang waktu 10 detik. Jika massa kendaraan tersebut adalah 1 ton, hitung daya yang dibutuhkan untuk menghasilkan percepatan tersebut.

Jawaban:

Massa 1 ton = 1000 kg.
Perubahan energi kinetik:

[ΔEK=12m(v2-v02)]
[=12(1000)(202-102)]
[=500(400-100)=500×300=150,000 J]

Daya:
[P=ΔEKt=150,00010=15,000 W]

Daya yang dibutuhkan adalah 15.000 Watt (atau 15 kW).

9. Sebuah bandul bermassa 1 kg ditarik ke samping sehingga mencapai ketinggian maksimum 0,5 meter dari posisi terendah. Abaikan massa tali. Tentukan kecepatan bandul ketika kembali melewati titik B (titik terendah ayunan).

Jawaban:

Energi potensial di titik tertinggi berubah seluruhnya menjadi energi kinetik di titik B:

[mgh=12mv2]
[1·10·0,5=12v2]
[5=12v2]
[v2=10]
[v=10 m/s]

Kecepatan bandul di titik B adalah √10 m/s.

10. Sebuah balok dilepaskan dari puncak sebuah bidang miring licin dan dibiarkan meluncur hingga mencapai bagian bawah. Jika tinggi awal bidang miring tersebut adalah 32 meter dari lantai, tentukan laju balok ketika tiba di dasar bidang.

Jawaban:

Karena bidang licin maka energi potensial berubah seluruhnya menjadi energi kinetik.

[mgh=12mv2]
[10·32=12v2]
[320=12v2]
[v2=640]
[v=810 m/s]

Kecepatan balok saat sampai dasar adalah 8√10 m/s.

11. Rizka tidak sengaja menjatuhkan kunci motornya dari ketinggian 2 meter. Kunci tersebut jatuh bebas, dan percepatan gravitasinya adalah 10 m/s². Tentukan kecepatan kunci setelah bergerak 0,5 meter dari posisi awal.

Jawaban:

Gunakan perubahan energi potensial → energi kinetik:

[mgh=12mv2]

Perubahan ketinggian = 0,5 m:

[10·0,5=12v2]
[5=12v2]
[v2=10]
[v=10 m/s]

Kecepatannya adalah √10 m/s.

12. Sebuah benda bermassa 5 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10 m/s. Hitung besar energi potensial ketika benda mencapai titik tertingginya.

Jawaban:

Di titik tertinggi, energi kinetik nol → seluruh energi awal berubah menjadi energi potensial.

Energi kinetik awal:
[EK=12mv2=12(5)(102)]
[EK=12×5×100=250 J]

Maka energi potensial di titik tertinggi adalah 250 Joule.

13. Sebuah benda dijatuhkan dari ketinggian 5 meter. Ketika menyentuh tanah, benda tersebut memiliki energi kinetik 450 Joule. Tentukan massa benda tersebut! (g = 10 m/s²)

Jawaban:

Energi potensial awal berubah menjadi energi kinetik:

[mgh = 450]
[m·10·5=450]
[50m = 450]
[m=9 kg] 

Massanya adalah 9 kg.

Penutup

Demikian pembahasan lengkap tentang pengertian, rumus, serta contoh soal hukum kekekalan energi dan jawabannya yang dapat dijadikan bahan belajar.

Setelah ini, jika kamu ingin mencari materi atau contoh soal mapel lainnya, jangan lupa untuk mampir ke blog Mamikos, ya.

Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu:

Kost Dekat UGM Jogja

Kost Dekat UNPAD Jatinangor

Kost Dekat UNDIP Semarang

Kost Dekat UI Depok

Kost Dekat UB Malang

Kost Dekat Unnes Semarang

Kost Dekat UMY Jogja

Kost Dekat UNY Jogja

Kost Dekat UNS Solo

Kost Dekat ITB Bandung

Kost Dekat UMS Solo

Kost Dekat ITS Surabaya

Kost Dekat Unesa Surabaya

Kost Dekat UNAIR Surabaya

Kost Dekat UIN Jakarta

The post 13 Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi dan Jawabannya untuk Bahan Belajar appeared first on Blog Mamikos.

Bagaimana Bunyi Hukum Kekekalan Energi? Rumus dan Contoh Penerapannya – Pada artikel kali ini, Mamikos akan memberikan informasi lengkap seputar hukum kekekalan energi agar kamu lebih memahaminya.

Topik tentang energi adalah salah satu pembahasan yang paling penting dalam dunia fisika.

Nah, pada artikel kali ini Mamikos akan membahas mengenai pengertian kekekalan energi, sifat-sifat, jenis hukum, rumus, beserta contoh penerapannya dalam kehidupan. 

Penjelasan tentang Hukum Kekekalan Energi

Pernahkah kamu memperhatikan benda-benda yang digunakan sehari-hari seperti setrika, kipas angin, kendaraan bermotor, dan sebagainya?

Pada dasarnya penggunaan barang-barang tersebut adalah beberapa contoh implementasi kekekalan energi. 

Dalam kehidupan sehari-hari, penerapan kekekalan energi juga sangat beragam dan mudah ditemui.

Pengertian kekekalan energi dalam fisika menyatakan bahwa total energi pada sistem yang terisolasi atau tertutup bersifat konstan. Artinya, jumlah total energi akan tetap sama dan tidak berubah.

Adapun bunyi hukum kekekalan energi adalah energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan oleh manusia.

Akan tetapi, ia bisa berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Misalnya perubahan dari energi kimia ke kinetik pada ledakan dinamit. 

Sesuai namanya, kekal adalah sifat yang tidak berubah. Dalam hal ini yang dimaksud kekal adalah besarnya atau totalnya pada suatu sistem tertutup. Pencetus hukum ini adalah fisikawan Inggris James Prescott Joule.

Nama Joule sendiri digunakan sebagai satuan energi berdasarkan Satuan Internasional (SI). Adapun kajian seputar perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain dipelajari dalam ilmu konversi energi. 

Baca Juga :

Apa yang Dimaksud dengan Senyawa Kimia? Sifat dan Contohnya Lengkap

Mengenal Sifat-Sifat Energi

Berdasarkan bunyi hukum kekekalan energi, kamu mengetahui bahwa ia bersifat kekal, yaitu tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan.

Di samping kekal, terdapat beberapa sifat lain yang perlu kamu ketahui berikut ini.

1. Dapat Diubah (Transformasi)

Salah satu sifat penting energi adalah transformasi. Sifat ini dapat diartikan sebagai kemampuan untuk diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Ada beragam contoh yang membuktikan adanya sifat transformasi ini. 

Misalnya perubahan energi dari listrik menjadi panas yang penerapannya bisa kamu jumpai pada penggunaan setrika, hair dryer, hingga kompor listrik.

Contoh lainnya adalah perubahan dari listrik menjadi kinetik seperti pada kipas angin.

3. Dapat Dipindahkan (Transfer)

Selain hukum kekekalan energi, berlaku pula sifatnya yang bisa dipindahkan atau ditransfer.

Penjelasannya, yaitu kemampuan energi, dalam hal ini panas, yang bisa ditransfer dari satu material ke material lainnya. 

4. Dapat Berpindah melalui Gaya

Salah satu sifat energi yaitu bisa berpindah ke benda lain akibat adanya suatu gaya.

Dimana gaya ini menyebabkan suatu pergeseran. Pergeseran akibat adanya suatu gaya tersebut juga dinamakan dengan energi mekanik.

5. Bersifat Kekal

Ini adalah sifat energi sesuai rumusan yang dicetuskan oleh James Prescott Joule.

Yang bunyinya ialah tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Dengan kata lain, energi selalu bersifat tetap.

Macam-Macam Bentuk Energi

Sebelum membahas tentang rumus hukum kekekalan energi beserta contoh soalnya, ada baiknya kamu mengenal beberapa bentuk energi yang ada.

Nah, berikut ini adalah bentuk-bentuk energi yang perlu kamu ketahui.

1. Energi Kinetik

Pengertian energi kinetik yaitu usaha yang diperlukan guna menggerakkan objek dengan massa tertentu dari keadaan diam sampai bergerak pada kecepatan tertentu. Secara bahasa, kinetik memiliki arti “gerak”.

Terdapat dua jenis energi kinetik yang dikenal dalam ilmu fisika, yaitu translasi dan rotasi.

Jenis translasi terjadi pada objek yang bergerak pada lintasan lurus. Sedangkan rotasi terjadi pada objek dengan gerak melingkar (rotasi).

2. Energi Potensial

Definisinya yaitu energi pada suatu objek (benda) karena kedudukan (ketinggian) atau kondisinya. Contohnya bisa kita jumpai pada potensial gravitasi, potensial listrik, potensial pegas, dan lainnya. 

3. Energi Mekanik

Berdasarkan hukum kekekalan energi, salah satu bentuknya yaitu energi mekanik.

Yaitu jumlah energi potensial ditambahkan kinetik secara total. Contoh penerapan bentuk mechanical energi bisa dilihat pada saat kita memukul paku dengan palu.

Sebelum memukulkan palu ke paku, kita akan mengangkat palu tersebut terlebih dahulu. Pada saat palu di posisi terangkat tersebut, benda itu menyimpan potensial energi karena posisinya ada di ketinggian. 

Kemudian, kita akan mengayunkan palu tersebut ke arah paku sehingga palu bergerak dengan kecepatan tertentu, akibatnya memiliki energi kinetik.

Nah, ketika palu dan paku bersentuhan maka akan terjadi energi mekanik yaitu terdorongnya paku.

Baca Juga :

Energi Utama dalam Suatu Ekosistem yang Merupakan Komponen Abiotik Adalah

Hukum Kekekalan Energi, Ini Rumusnya

Nah, setelah mempelajari tentang prinsip kekekalan energi serta bentuk-bentuknya, kamu juga perlu mengetahui bagaimana rumusnya.

Selain itu, Mamikos juga akan memberikan beberapa contoh soal agar kamu lebih mudah memahaminya. 

Rumus hukum kekekalan energi yaitu besar atau total energi mekanik pada suatu objek benda bergerak selalu konstan.

Adapun secara matematis, maka rumusnya dituliskan sebagai berikut.

Em₁ = Em₂

Ek₁ + Ep₁ = Ek₂ + Ep₂

Keterangan:

Em₁ = energi mekanik initial atau awal (Joule)

Em₂ = energi mekanik final atau akhir (Joule)

Ek₁ = energi kinetik initial (Joule)

Ek₂ = energi kinetik final (Joule)

Ep₁ = energi potensial initial (Joule)

Ep₂ = Energi potensial final (Joule)

Contoh penyelesaian soal hukum kekekalan energi:

Sebuah mangga yang massanya 0.8 kg jatuh dari pohon setinggi 5 m. Hitung:

1. Energi kinetik serta potensial initial (awal)? 
2. energi kinetik serta potensial pada posisi ketinggian 4.5 m dan berapa kecepatan mangga saat itu?

Diketahui:

m = 0.8 kg

h₁ = 5 m

g = 10m/s²

Ditanyakan:

1. Ep₁ dan Ek₁?
2. Ep dan Ek saat h₂ = 4.5 m, v₁
3. v pada saat menyentuh ke tanah

Pembahasan:

1. Ep₁ = m.g.h

       = 0.8 x 10 x 5

       = 40 J

Ek₁ = 0

1. Ep₂ = m.g.h₂

       = 0.8 x 10 x 4.5

       = 36 J

Sesuai rumus hukum kekekalan energi maka:

Ek₁ + Ep₁ = Ek₂ + Ep₂

0 + 40 = Ek₂ + 36

Ek₂ = 4 J

½ mv₂² = Ek₂

½ x 0.8 x v₂² = 4

v₂² = 10 m/s

v₂ = 3.16 m/s

Baca Juga :

Rumus Kimia yang Paling Tepat dari Senyawa Nitrogen Pentoksida adalah?

Contoh Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-Hari

Penerapan hukum kekekalan energi sangat dekat dengan kehidupan sehari-hari kita.

Kamu bisa menjumpai penerapan prinsip ini secara mudah, contohnya tertera di bawah ini.

1. Alat Penghasil Panas

Alat-alat yang menghasilkan panas adalah contoh yang mudah dijumpai. Misalnya setrika, pemanas air (water heater), hair dryer, hingga pemanggang roti.

Cara kerja alat-alat ini adalah mengubah potensial listrik menjadi energi panas.

2. Kendaraan Bermotor

Kendaraan bermotor yang kamu gunakan setiap hari untuk bermobilisasi seperti motor dan juga mobil menerapkan prinsip kekekalan energi.

Bahan bakar fosil yang digunakan menyimpan energi potensial kimia dan diubah menjadi kinetik sehingga bisa bergerak.

3. Instrumen Musik

Ketika mendengarkan band atau penyanyi kesukaanmu, sebenarnya kamu juga sedang menikmati penerapan dari kekekalan energi.

Yakni dari energi kinetik berupa gerakan menjadi bunyi seperti pada gitar, drum, harpa, dan sebagainya.

Baca Juga :

23 Contoh Unsur, Senyawa dan Campuran Beserta Perbedaannya

Prinsip-prinsip dalam ilmu fisika sangat dekat dengan kehidupan kita sehari-hari.

Begitu juga dengan hukum kekekalan energi yang penerapannya terjadi di sekitar kita dan sangat mudah ditemui.

Sekian penjelasan dari Mamikos mengenai bunyi hukum kekekalan energi. Semoga bermanfaat, ya.

Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu:

Kost Dekat UGM Jogja

Kost Dekat UNPAD Jatinangor

Kost Dekat UNDIP Semarang

Kost Dekat UI Depok

Kost Dekat UB Malang

Kost Dekat Unnes Semarang

Kost Dekat UMY Jogja

Kost Dekat UNY Jogja

Kost Dekat UNS Solo

Kost Dekat ITB Bandung

Kost Dekat UMS Solo

Kost Dekat ITS Surabaya

Kost Dekat Unesa Surabaya

Kost Dekat UNAIR Surabaya

Kost Dekat UIN Jakarta

The post Bagaimana Bunyi Hukum Kekekalan Energi? Rumus dan Contoh Penerapannya appeared first on Blog Mamikos.