Energi Kinetik: Pengertian, Rumus, Penerapan, Contoh Soal

Energi secara mudahnya dapat didefinisikan sebagai kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha yaitu bisa membuat benda berpindah. Energi juga bisa diartikan sebagai kemampuan untuk membuat perubahan. Salah satu bentuk energi yang ada di alam adalah energi kinetik.

Sebagaimana yang sudah dipahami bahwa di alam ini berlaku prinsip Hukum Kekekalan Energi dimana energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan. Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, termasuk energi kinetik yang bisa diubah menjadi berbagai bentuk energi lainnya.

Pengertian Energi Kinetik

Energi kinetik yakni energi yang dimiliki oleh benda disebabkan oleh geraknya. Semakin cepat gerak suatu benda, maka semakin besarlah energi yang dikandung oleh benda tersebut. Salah satu bentuk penerapan energi kinetik yang bisa diamati adalah pergerakan peluru yang ditembakkan dari pistol.

Peluru yang ditembakkan dari pistol memiliki ukuran dan massa yang kecil namun ketika ditembakkan bahkan dapat menembus benda keras di depannya. Kemampuan peluru menembus benda keras dikarenakan gerak peluru yang sangat cepat sehingga peluru memiliki energi kinetik yang besar.

Selain dipengaruhi oleh kecepatan gerak suatu benda, besar energi kinetik benda juga dipengaruhi oleh massa benda tersebut. Energi kinetik sebanding dengan kuadrat kecepatan benda serta massa benda.  

Rumus Energi Kinetik

Besar energi kinetik sebanding dengan massa dan juga kuadrat kecepatan dari gerak benda tersebut. Berikut adalah formula matematis persamaan energi kinetik:

Ek = ½ x m x v²

Keterangan:
Ek = Energi kinetik (Joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda bergerak (m/s)

Hubungan Usaha dan Energi Kinetik

Diketahui bahwa gaya adalah penyebab dari perubahan gerak benda. Energi dibutuhkan untuk memindahkan suatu benda. Pertanyaannya apakah terdapat hubungan antara usaha yang dilakukan oleh gaya konstan terhadap energi kinetik benda selama benda tersebut bergerak karena gaya yang diberikan?

Apabila suatu benda yang mempunyai massa sebesar m kemudian padanya bekerja gaya konstan dengan nilai sebesar F, sehingga benda tersebut mengalami perpindahan posisi sejauh s dan searah dengan arah gaya F, untuk menghitung usaha yang dilakukan oleh gaya F selama terjadi perpindahan benda yakni:

W = F x s

Hukum II Newton mengatur mengenai gaya yang dilakukan oleh suatu benda bergerak dengan persamaan berikut:

F = m x a

Berdasarkan rumus Gerak Lurus Berubah Beraturan diperoleh persamaan usaha (W) terhadap energi kinetik sebagai berikut:

vt² = v0² + 2as sehingga jarak (s) bisa diubah menjadi:

Persamaan ½ m x v² adalah energi kinetik (Ek), sehingga besar energi kinetik bisa menggunakan persamaan berikut:

Ek = ½ m x v²

Oleh karena itu disimpulkan bahwa hubungan antara usaha dengan energi kinetik adalah usaha merupakan selisih antara energi kinetik akhir dikurangi energi kinetik awal benda.

W = Ek1 – Ek0 atau bisa juga dituliskan bahwa W = ∆Ek

Diketahui:

Ek1 = Energi kinetik akhir (Joule)
Ek0 = Energi kinetik mula-mula (Joule)
∆Ek = Perubahan energi kinetik (Joule)
W = Usaha (Joule)

Contoh Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Ada banyak contoh pemanfaatan dan juga aplikasi dari energi kinetik di kehidupan sehari-hari. Beberapa energi kinetik bahkan dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik di instalasi pembangkit listrik milik PLN. Berikut beberapa contoh dalam kehidupan sehari-hari:

  • Energi Kinetik Pada Instalasi Pembangkit Listrik

Pada instalasi pembangkit listrik seperti instalasi Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dan juga Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) memanfaatkan energi kinetik untuk memutar turbin pada perangkat instalasi.

Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap, uap yang bergerak cepat memiliki energi kinetik untuk memutar turbin sehingga turbin menggerakkan generator dan menghasilkan listrik.

Sementara pada Pembangkit Listrik Tenaga Air, Air dari bendungan memiliki energi kinetik yang diubah menjadi energi mekanik penggerak turbin.

  • Peluru dari Pistol

Peluru yang ditembakkan dari pistol memiliki ukuran sangat kecil namun dapat bergerak menembus pohon di depannya. Kemampuan peluru untuk menembus benda keras di depannya disebabkan peluru yang bergerak dengan kecepatan tinggi.

Peluru yang bergerak dengan kecepatan tinggi memiliki energi gerak kinetik yang besar meskipun massa peluru yang kecil.

  • Sungai dengan Arus Deras

Sungai yang memiliki aliran arus deras memiliki energi kinetik dari aliran arus tersebut. Energi kinetik dari aliran arus sungai yang deras biasanya dimanfaatkan untuk memutar turbin pada pembangkit listrik tradisional bertenaga air.

  • Elektron Bergerak Mengelilingi Inti

Elektron yang ada di setiap atom akan bergerak mengelilingi inti di bagian tengah atom. Gerak elekton mengelilingi inti atom ini menghasilkan energi kinetik tertentu pada elektron.

  • Planet Berputar Mengelilingi Matahari

Planet yang ada di tata surya selalu bergerak berputar mengelilingi matahari sebagai pusat tata surya. Gerak planet ini mengikuti lintasan tertentu dikarenakan adanya gaya gravitasi matahari.

Contoh Soal Energi Kinetik

  • Soal 1

Sebuah kendaraan roda empat memiliki massa 4 ton pada awalnya bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 72 km/jam. Kendaraan roda empat tersebut kemudian direm dengan gaya konstan sehingga kecepatan kendaraan turun menjadi 36 km/jam setelah menempuh jarak 200 m. Tentukan:

a. Besar usaha yang dilakukan oleh gaya pengereman selama kendaraan direm
b. Gaya pengereman

Pembahasan

Diketahui:

massa (m) = 4 ton = 4000 kg
s = 200 m
v0 = 72 km/jam = 20 m/s
vt = 36 km/jam = 10 m/s

Ditanya:

a. W?
b. F?

Jawab:

a. W = ½ m x vt² – ½ m x v0²

W = ½ x 4000 x 10² – ½ x 4000 x 20²

W = -600.000 Joule

b. W = F x s

F = W/s

F = -600.000 Joule/200

f = -3000 N

Tanda minus menunjukkan bahwa arah gaya pengereman berlawanan dengan arah dari gaya gerak kendaraan.

  • Soal 2

Sebuah kotak yang memiliki massa sebesar 5 kg bekerja gaya pada kotak tersebut gaya konstan sehingga kotak dapat bergerak setelah awalnya diam. Kotak kemudian bergerak dengan kecepatan 8 m/s setelah waktu 4 detik. Tentukan usaha yang dilakukan gaya selama waktu 4 detik tersebut?

Pembahasan

Diketahui:

m = 5 kg
v0 = 0 m/s
vt = 8 m/s
t = 4 s

Ditanya:

W?

Jawab:

W = ∆Ek

W = Ekt – Ek0

W = ½ m x vt² – ½ m x v0²

W = ½ x 5 x 8² – 0

W = 160 Joule

Kesimpulan

Energi kinetik merupakan jenis energi yang dimiliki oleh benda dikarenakan oleh gerak benda tersebut. Besar energi kinetik sebanding dengan massa dan juga kuadrat kecepatan benda tersebut bergerak. Semakin cepat gerak suatu benda, seperti peluru, maka energi kinetik yang dimiliki semakin besar.

Kembali ke Materi Fisika