Rumus Energi Kinetik Beserta Penjelasan dan Contoh Soal Lengkap

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda ketika bergerak. Rumus energi kinetik erat kaitannya dengan energi potensial dan energi mekanik.

Pada pembahasan kali ini, saya akan memberikan penjelasan tentang energi kinetik, disertai konteks dan contoh soalnya, agar dapat lebih mudah dipahami…

…karena pembahasan tentang energi kinetik ini sangat sering muncul pada materi fisika SMP dan SMA, juga sangat sering keluar dalam soal UN (Ujian Nasional).

Pengertian Energi

Energi adalah ukuran kemampuan untuk melakukan kerja.

Oleh karena itu dalam setiap kegiatan, entah itu berupa mendorong meja, mengangkat barang, berlari, kamu membutuhkan energi.

Energi ada banyak jenisnya, dan yang paling utama yaitu

  • Energi kinetik
  • Energi potensial

Gabungan dari energi kinetik dan energi potensial ini biasa juga disebut energi mekanik

Energi kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak.

Kata kinetik asalnya dari bahasa Yunani yaitu kinetikos yang artinya bergerak. Oleh karena itu, dari itu, semua benda yang bergerak, sudah pasti memiliki energi kinetik.

Nilai energi kinetik berkaitan erat dengan massa dan kecepatan dari benda. Besarnya energi kinetik berbanding lurus dengan besarnya massa dan berbanding dengan kuadrat kecepatan gerak benda.

Benda yang massa dan kecepatannya besar, pasti memiliki energi kinetik yang besar ketika bergerak. Begitu juga sebaliknya, benda yang massa dan kecepatannya kecil, energi kinetiknya juga kecil.

Contoh dari energi kinetik adalah truk yang bergerak, saat kamu berlari, dan berbagai gerakan lainnya.

Contoh lain juga bisa kamu amati saat kamu melempar batu. Batu yang kamu lempar pasti memiliki kecepatan, dan oleh karena itu ia memiliki energi kinetik. Energi kinetik dari batu ini dapat kamu lihat dampaknya ketika ia menumbuk sasaran di depannya.

Energi kinetik dan energi potensial

Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena kedudukan atau posisinya.

Berbeda dengan energi kinetik yang wujudnya cukup jelas, yaitu ketika benda bergerak, energi potensial tidak memiliki wujud tertentu.

Hal ini disebabkan karena energi potensial pada dasarnya adalah energi yang sifatnya masih berupa potensi atau tersimpan. Dan baru akan keluar ketika ia berubah posisinya.

Contoh energi potensial yang mudah kamu temui adalah energi potensial pada pegas.

Ketika kamu menekan pegas, pegas tersebut memiliki energi potensial yang tersimpan. Itu sebabnya, ketika kamu melepaskan peganganmu terhadap pegas, pegas tersebut dapat melakukan dorongan.

Hal itu terjadi karena energi yang tersimpan dalam bentuk energi postensial telah dilepaskan.

Energi potensial

Energi Mekanik

Energi mekanik adalah jumlah total antara energi kinetik dan energi potensial.

Energi mekanik memiliki sifat tertentu yang unik, yaitu bahwa pada pengaruh gaya konservatif, jumlah energi mekanik akan selalu sama, walaupun nilai energi potensial dan energi kinetiknya berbeda.

Katakanlah ambil contoh sebuah mangga yang matang di pohon.

Saat berada di pohon, mangga tersebut memiliki energi potensial karena posisinya, dan tidak memiliki energi kinetik karena dia diam.

Tetapi ketika mangga tersebut telah matang dan jatuh, energi potensialnya akan berkurang karena posisinya telah berubah, sementara energi kinetiknya meningkat karena kecepatannya terus bertambah.

Hal yang sama juga dapat kamu pahami dengan melihat contoh kasus pada roller coaster.

Energi mekanik, energi kinetik, dan energi potensial

Selanjutnya, pada pembahasan kali ini, saya akan memfokuskan pada topik energi kinetik.

Baca juga:  Fungsi dan Penejelasan Tulang Pengumpil (Lengkap + Gambar)

Jenis dan Rumus Energi Kinetik

Energi kinetik ada dalam beberapa jenis sesuai dengan gerakannya, dan masing-masing memiliki rumus energi kinetik nya tersendiri.

Berikut ini adalah jenisnya

Rumus Energi Kinetik (Energi Kinetik Translasi)

Ini adalah rumus energi kinetik yang paling dasar. Energi kinetik translasi atau biasa disebut dengan energi kinetik saja adalah energi kinetik ketika benda bergerak dalam secara translasi.

E= ½  x m x v2

Keterangan :
m = massa dari benda tegar (kg)
v= kecepatan (m/s)
E= energi kinetik (Joule)

Rumus energi kinetik

Rumus Energi Kinetik Rotasi

Nyatanya, tidak semua benda bergerak secara transalsi linier. Ada pula benda yang bergerak dalam gerakan melingkar atau gerakan rotasi.

Rumus energi kinetik untuk gerakan jenis ini biasa disebut dengan rumus energi kinetik rotasi, dan nilainya berbeda dengan energi kinetik biasa.

Parameter dalam energi kinetik rotasi menggunakan momen inersia dan kecepatan sudut, yang dituliskan dalam formula:

Er = ½ x I x ω2

Keterangan :
I = momen inersia
ω = kecepatan sudut

Jadi untuk menghitung energi kinetik rotasi kamu perlu terlebih dahulu mengetahui momen inersia dan kecepatan sudut bendanya ya.

Rumus Energi Kinetik Relativistik

Energi kinetik relativistik adalah energi kinetik ketika benda bergerak dengan sangat cepat.

Saking cepatnya, benda yang bergerak relativistic memiliki kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya.

Dalam prakteknya, hampir mustahil untuk benda-benda besar mencapai kecepatan ini. Oleh karena itu, kecepatan yang sangat besar ini pada umumnya dicapai oleh partikel-partikel penyusun atom.

Energi kinetik relativistik Einstein

Rumus energi kinetik relativistik berbeda dengan energi kinetik biasa karena gerakannya tidak lagi sesuai dengan mekanika Newton klasik. Oleh karena itu, pendekatannya dilakukan dengan teori relativitas Einstein dan rumusnya dapat dituliskan sebagai berikut

E= (γ-1) mc2

Dimana γ adalah konstanta relativistic, c  merupakan kecepatan cahaya, dan m adalah massa objek tersebut.

Hubungan energi dengan usaha

Usaha atau kerja adalah besarnya energi yang diberikan gaya pada benda atau objek yang mengalami perpindahan.

Usaha atau kerja didefinisikan sebagai perkalian antara jarak yang ditempuh dengan gaya yang searah dengan perpindahannya.

Dinyatakan dalam bentuk

W = F.s

Dengan W = Usaha (Joule), F = Gaya (N), dan s = Jarak (m).

Perhatikan gambar berikut agar kamu lebih memahami konsep usaha.

Nilai usaha dapat berupa positif atau negatif tergantung arah gaya terhadap perpindahannya.

Jika gaya yang diberikan pada objek berlawanan arah dengan perpindahannya, maka usaha yang diberikan bernilai negatif.

Jika gaya yang diberikan searah dengan perpindahan, maka objek tersebut melakukan usaha positif.

Jika gaya yang diberikan membentuk sudut, maka nilai usaha nya hanya dihitung berdasarkan gaya yang searah dengan gerakan benda.

Usaha ada hubungannya erat dengan energi kinetik.

Besarnya nilai usaha sama dengan perubahan energi kinetik.

Hal ini dinotasikan sebagai:

W=ΔEk=1/2 m(v22-v12)

Dengan W = usaha, = perubahan energi kinetik, m = massa benda,   v22 = kecepatan akhir, dan v12  = kecepatan awal.

Contoh Penerapan Konsep Energi di Kehidupan Sehari-hari

Contoh penerapan energi potensial yaitu

  • Prinsip kerja ketapel
    Pada ketapel terdapat karet atau pegas yang berfungsi sebagai pelontar batu atau peluru mainan. Karet atau pegas yang ditarik dan ditahan memiliki energi potensial. Jika karet atau pegas dilepaskan, maka energi potensial akan berubah menjadi energi kinetik
  • Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga air
    Prinsip yang digunakan hampir sama yaitu dengan menaikkan potensial gravitasi air-air yang terkumpul.
Energi potensial panah, karet, pegas

Contoh penerapan energi kinetik yaitu:

  • Buah kelapa yang bergerak jatuh dari pohonnya
    Dalam hal ini, buah kelapa tersebut bergerak berarti ia memiliki energi kinetik. Energi ini juga bisa dilihat dampaknya ketika kelapa tersebut sudah sampai gedebug di tanah.
  • Menendang bola
    Kalau kamu suka main sepak bola, kamu pasti juga sering menendang bola.
Energi kinetik menenang bola

Menendang bola adalah salah satu contoh penerapan hubungan antara energi kinetik dan usaha. Kamu menendang bola dengan kaki, yang artinya kamu melakukan usaha pada bola. Bola kemudian mengubah usaha tersebut menjadi energi kinetik sehingga bola dapat bergerak dengan cepat.

Baca juga:  Apakah Bahan Bakar Fosil di Dunia Akan Habis? Ternyata Tidak

Contoh soal energi kinetik

Contoh Soal Energi Kinetik 1

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 Energi kinetik 2

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

Diketahui:
Energi kinetik (Ek) = 560.000 Joule
Massa mobil (m) = 800 kg

Ditanyakan:
Kecepatan mobil (v)?

Jawab:
Ek = 1/2 . m v2
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 3 Energi Kinetik dan Usaha

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?

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 = ΔEk
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 4 Energi Mekanik

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

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 5 Energi Mekanik

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?

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 (20)2
10 x h = 200
h = 200/10
h = 20 meter.

Kesimpulan

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

Contoh soal 6 Mencari kecepatan jika energi kinetik diketahui

Berapa kecepatan suatu benda bermassa 30 kg dengan energi kinetik 500 J?

EK = 1/2 x mv2
500 = 1/2 x 30 x v2
500 = 1/2 x 30 x v2
v2=33,3
v = 5,77 m/s

Contoh soal 7 Mencari massa jika energi kinetik diketahui

Berapa besar massa suatu benda yang memiliki energi kinetik 100 J dan kecepatan 5 m/s?

EK = 0,5 x mv2
100 J = 0,5 x m x 52
m = 8 kg

Demikian pembahasan tentang rumus energi kinetik kali ini. Semoga pembahasan ini bermanfaat dan bisa kamu pahami ya.

Kamu juga bisa membaca berbagai ringkasan materi sekolah lainnya di Saintif.

Referensi

About Fajrul 85 Articles
Menyelesaikan studi di Departemen Fisika Universitas Diponegoro. Aktif menulis berbagai topik sains populer.

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*