Memahami Hukum Kekekalan Energi, Faktor, Jenis, dan Rumusnya

Sebagaimana tercantum dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), abadi berarti tidak berubah atau abadi. Kekekalan juga dapat ditemukan pada salah satu mata pelajaran Fisika yaitu Hukum Kekekalan Energi. Apakah Anda masih ingat tentang hukum kekekalan energi?

Sejarah Hukum Kekekalan Energi

Hukum Kekekalan Energi dikemukakan oleh fisikawan Inggris, James Prescott Joule. Ia merumuskan bahwa semua bentuk energi sebenarnya memiliki sifat yang tetap dan sama. Namun, energi dapat diubah dari satu ke yang lain.

Atas dasar asumsi tersebut, James kemudian mengemukakan suatu hukum yang menjadi landasan teori fundamental fisika termodinamika, yaitu Hukum Kekekalan Energi. Mula-mula James melakukan penelitian empiris tentang panas yang berasal dari kabel listrik.

Berdasarkan penelitian ini, James selanjutnya menyimpulkan bahwa kalor adalah energi yang dilepaskan dari zat atau benda yang dipanaskan. Studinya membuka pintu bagi penelitian lain yang juga melakukan pengamatan tentang energi dalam interaksi antar benda fisik.

Bersama rekannya yang bernama William Thomson, James berhasil menemukan teori yang menyatakan bahwa, jika gas dibiarkan memuai tanpa ada gangguan dari partikel di luar gas, suhunya akan menurun.

Penemuan ini kemudian melahirkan teori lain yang dikenal dengan Efek Joule-Thomson yang menjadi dasar pembuatan mesin pendingin.

Memahami Hukum Kekekalan Energi

Jadi, apa itu Hukum Kekekalan Energi? Hukum Kekekalan Energi adalah teori fisika yang menyatakan bahwa energi memiliki sifat tetap atau abadi, sehingga tidak akan ada perubahan sepanjang waktu.

Selain itu, hukum kekekalan energi James Prescott Joule juga memiliki nilai yang sama baik sebelum mendapatkan perawatan maupun sesudahnya. Terkait dengan hukum ini, energi yang dimaksud adalah energi mekanik, energi kinetik, energi potensial, dan lain-lain.

Bunyi Hukum Kekekalan Energi

Selanjutnya, bagaimana bunyi Hukum Kekekalan Energi? Singkatnya, Hukum Kekekalan Energi berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat dipindahkan dari satu bentuk ke bentuk lainnya…”

Sederhananya, Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa suatu bentuk energi yang terlibat dalam proses fisika dan kimia dapat mengalami perubahan bentuk atau perpindahan. Misalnya, energi radiasi dapat berubah menjadi energi panas. Selain itu, energi kimia berubah menjadi energi listrik, atau energi potensial menjadi energi listrik.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Hukum Kekekalan Energi

Nah, sekarang kita tahu bagaimana bunyi Hukum Kekekalan Energi. Selanjutnya perlu juga dipahami faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi Hukum Kekekalan Energi. Faktor-faktor ini meliputi:

• Massa atau berat suatu benda.
• Percepatan atau gaya gravitasi bumi.
• kecepatan objek.
• ketinggian objek.

Jenis Hukum Kekekalan Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Suatu benda dikatakan memiliki energi jika dapat mengerahkan gaya yang dapat melakukan usaha. Ada juga yang mengatakan bahwa suatu benda dikatakan mempunyai energi jika dapat menghasilkan sesuatu dari suatu gaya yang dapat melakukan suatu bentuk usaha.

Besarnya energi dalam satuan Internasional atau SI adalah Joule (J). Satu Joule sama dengan 1 Newton meter (Nm). Ada tiga jenis energi yang termasuk dalam Hukum Kekekalan Energi, yaitu:

1. Energi kinetik
   Hukum kekekalan energi kinetik didefinisikan sebagai energi yang ada pada suatu benda atau benda karena geraknya. Dapat juga diartikan sebagai besarnya usaha yang diperlukan untuk membuat suatu benda bergerak dari posisi diam ke kecepatan tertentu.

Contoh penerapan energi kinetik yang paling mudah dalam aktivitas dan kehidupan sehari-hari, misalnya pulpen jatuh dari meja, atau seseorang berjalan. Nilai energi kinetik bergantung pada berat atau massa benda dan perkalian kuadrat kecepatan benda.

2. Energi potensial
   Selanjutnya, energi potensial adalah energi yang ada pada suatu benda karena ketinggian benda tersebut. Misalnya, mangga yang tergantung di pohon memiliki energi potensial.
   Saat mangga jatuh, energi potensial yang terkandung di dalamnya justru berubah menjadi energi gerak atau kinetik. Setidaknya, ada tiga faktor utama yang mempengaruhi jenis energi tersebut, yakni gaya gravitasi, ketinggian, dan massa benda.

3. Energi mekanik
   Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya dalam Hukum Kekekalan Energi, energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Energi yang dapat dipindahkan, terutama bila ada gaya yang menyebabkan perpindahan itu terjadi, dikenal sebagai energi mekanik.

   Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa “Jumlah energi potensial dan energi kinetik di setiap titik dalam medan gravitasi selalu sama…”. Tidak hanya itu, hukum kekekalan energi mekanik juga terjadi jika gaya non-konservatif atau gaya gesek diabaikan, atau hanya gaya non-konservatif yang ada pada benda.

Rumus Hukum Kekekalan Energi

Sebelum memasuki rumus hukum kekekalan energi, perlu diketahui rumus masing-masing jenis energi. Rumus energi kinetik adalah:

Ek = ½ mv²

Dengan deskripsi:

m = massa benda (kg).

v = kecepatan benda (m/s).

Ek = energi kinetik (J).

Selanjutnya rumus energi potensial yaitu :

Ep = mgh

Dengan deskripsi:

m = massa benda (kg).

g = gaya gravitasi (m/s²).

h = tinggi benda (m).

Kemudian, rumus hukum kekekalan energi mekanik dasar yaitu:

Em = ½ mv² + mgh

Jika disesuaikan dengan bunyi hukum kekekalan energi mekanik, energi yang masuk sama dengan energi yang keluar, maka perhitungannya adalah:

Em = Ec + Ep

Em₁ = Em₂ = EP₁ + EK₁ = EP₂ + EK₂

mgh₁ + ½ mv₁² = mgh₂ + ½ mv₂²

Perlu diperhatikan bahwa gaya konservatif adalah gaya yang dapat menimbulkan perubahan dua arah, antara energi potensial dan energi kinetik. Misalnya, gaya pegas dan gaya gravitasi. Jika suatu benda hanya dikenai gaya konservatif, energi mekanik yang dihasilkan akan tetap konstan.

Namun, jika jumlah energi kinetik bertambah, maka energi potensial harus berkurang dengan jumlah yang sama agar tetap seimbang. Dengan begitu, energi kinetik ditambah energi potensial memberikan hasil yang konstan.

Contoh Penerapan Hukum Kekekalan Energi

Ada beberapa contoh hukum kekekalan energi yang dapat diperhatikan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:

• Penggunaan instrumen gitar. Memetik gitar merupakan salah satu bentuk penerapan energi kinetik dari otot tangan untuk menghasilkan energi bunyi.
• Kendaraan bermotor. Bahan bakar yang digunakan merupakan bentuk energi potensial kimia yang diubah menjadi energi kinetik sehingga kendaraan dapat bergerak.
• Mesin pemanas. Segala bentuk mesin pemanas, seperti pemanas air atau pemanggang roti, menerapkan energi potensial listrik menjadi energi panas.
• Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Pembangkit listrik memanfaatkan energi potensial air untuk memutar turbin generator dan menghasilkan listrik.

Sedangkan contoh hukum kekekalan energi, termasuk contoh hukum kekekalan energi mekanik, dapat dilihat sebagai berikut.

Sebuah benda bermassa 3 kg dan tingginya 20 m. Benda jatuh dengan gravitasi bumi 10 m/s². Lalu, berapakah energi kinetik benda ketika berada pada ketinggian 5 m?

Dikenal:

m = 3 kg.

H₁ = 20m.

H₂ = 5 m.

ay₁ = 0 m/s karena benda digantung dalam posisi diam.

Ditanya: Ec₂?

Menjawab:

Em1 = ​​Em2

EP₁ + EK₁ = EP₂ + EK₂

mgh₁ + ½ mv₁² = mgh₂ + Ec₂

(3 x 10 x 20) + (½ x 3 x 0) = (3 x 10 x 5) + Ek₂

600 = 150 + Ek₂

ek₂ = 450 J

Demikian penjelasan lengkap tentang Hukum Kekekalan Energi. Semoga bermanfaat.