Pengaruh Ukuran Energi Mekanis

Pengaruh ukuran energi mekanis dua bola yang berotasi. Energi adalah kemampuan untuk menggerakkan sesuatu. Dengan kata lain, energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha.

aksiografi.com – Benda yang berotasi, berputar pada sumbunya, yaitu garis khayal yang melalui pusat benda. Sumbu itu dapat memiliki wujud, misalnya poros ban pada kendaraan, atau dapat pula tidak berwujud, seperti sumbu pada bola yang sedang menggelinding atau pada simpai.

Ketika sebuah benda menuruni lintasan miring atau melintasi bidang datar, maka benda tersebut berputar pada sumbunya ketika sumbunya dipindahkan (bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya). Sebuah benda cenderung untuk terus bergerak kecuali jika dikenai suatu gaya dinamakan kelembaman. Energi mekanis adalah energi sebuah benda yang sedang bergerak atau memiliki kemampuan bergerak. Untuk benda yang sedang berotasi, sebagian energi mekanis disebabkan oleh energi rotasi.

Dalam percobaan ini, kamu akan membandingkan energi mekanis berbagai bentuk benda yang sedang berotasi dipanjangkan—termasuk bola dengan berbagai ukuran, bola kosong maupun padat, silinder, dan simpai— di atas bidang miring dan permukaan datar.

Tujuan Pembelajaran

Percobaan ini bertujuan untuk menentukan pengaruh ukuran terhadap energi mekanis dua bola yang berotasi pada bidang miring.

Bahan-bahan

  • 2 atau 3 buah buku
  • kertas karton berukuran 30 x 90 cm (ukuran tidak terlalu penting; karton dengan ukuran sebanding juga bisa digunakan.)
  • handuk
  • spidol
  • penggaris
  • 2 buah kelereng dengan jari-jari yang berbeda

Cara Kerja Ukuran Energi Mekanis

1. Tumpuklah buku di atas lantai, dan buatlah sebuah lintasan miring (bidang miring) dengan salah satu ujung karton bertupu pada tumpukan buku.

2. Bentangkan handuk di atas lantai, tepat di ujung lintasan miring karton tersebut. Ini akan membantu menghentikan kelereng setelah bola melewati lintasan miring.

3. Gunakan spidol untuk menggambar garis melintang terhadap lintasan miring sejauh 10 cm dari puncak lintasan miring. Tahan ujung penggaris pada garis tersebut, lalu letakkan kelerengnya di belakang pengaris.

4. Angkat penggarisnya sehingga kelereng meluncur melalui lintasan miring. Amati dan tentukan kelereng mana yang mencapai ujung lintasan miring lebih dulu.

Hasil Energi Mekanis Dua Bola

Berdarkan hasil pengujian atas pengaruh ukuran energi mekanis dua bola yang berotasi, kelereng mencapai ujung lintasan miring pada waktu yang sama.

Mangapa?

Energi adalah kemampuan untuk menggerakkan sesuatu. Dengan kata lain, energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha. Energi potensiai (EP) merupakan energi yang tersimpan dalam sebuah benda oleh karena posisi atau kondisinya. Setiap benda memiliki energi potensiai ketika mereka dikenai usaha, misalnya dengan mengangkat benda atau menekan pegas.

Benda dengan energi potensiai memiliki kemampuan untuk melakukan usaha. Jika sebuah benda berada di atas posisi yang energi potensialnya sama dengan nol, maka benda tersebut memiliki energi potensiai gravitasi. Energi Kinetik (EK) adalah energi yang dimiliki sebuah benda yang dihasilkan dari gerakan benda tersebut.

Cara lain untuk menggambarkan energi kinetik sebuah benda adalah dengan mempertimbangkan bagaimana benda tersebut bergerak. Energi kinetik benda dengan gerak translasi (gerak di mana pusat massa benda bergerak dari satu tempat ke tempat lain) disebut energi kinetik translasi. Rotasi adalah gerak perputaran benda pada sumbunya, dan energi kinetik yang disebabkan oleh rotasi dinamakan energi kinetik rotasi.

Energi mekanis (Em) adalah energi dari gerak, yaitu energi dari benda yang sedang bergerak atau memiliki kemampuan untuk bergerak. Energi mekanis total adalah penjumlahan energi potensiai dan energi kinetik benda, yaitu Em = EK + EP.

Di puncak lintasan miring, kedua kelereng memiliki energi mekanis total yang sama. Pada keadaan sempurna tanpa adanya energi yang hilang karena tahanan udara atau gaya gesek yang lain terhadap kelereng, maka energi mekanis kelereng tetap tersimpan.

Hal ini berarti besarnya energi mekanis maksimum masing-masing kelereng di puncak lintasan miring sama dengan energi mekanis maksimum di dasar lintasan miring. Di puncak lintasan miring, energi kinetik kelereng sama dengan nol, sehingga hanya memiliki energi potensiai gravitasi (EPG).

Saat kelereng melintas dari lintasan miring, ketinggiannya berkurang dan kecepatan rotasi (kecepatan benda yang berotasi pada sumbunya) serta kecepatan translasi (kecepatan benda yang bergerak dari satu tempat ke tempat lain) bertambah; saat EK bertambah, maka EP berkurang, demikian seterusnya sehingga kelereng mencapai dasar lintasan, maka EP sama dengan nol.

Hubungan antara EP + EK disebut hukum kekekalan energi mekanis. Fakta bahwa kelereng dengan ukuran yang berlainan dapat mencapai dasar lintasan miring waktu yang sama, menunjukkan bahwa ukuran tidak mempengaruhi energi mekanisnya.

Cobalah Pendokatan Baru

Setelah melakukan pengujian terhadap pengaruh ukuran energi mekanis dua bola yang berotasi, bagaimana perbandingan kecepatan translasi untuk bentuk benda lain? Ulangi percobaan dengan menggunakan berbagai bentuk benda seperti:

Cakram (silinder padat), misalnya kaleng makanan yang belum dibuka (seperti kaleng sup tomat atau saos cranberry), atau sebuah tongkat

Simpai (silinder berlubang), seperti kaleng kosong dengan ujung-ujung yang terbuka, atau tabung karton. Untuk setiap percobaan, gunakan dua benda dengan bentuk yang sama tetapi berbeda ukuran, seperti dua silinder padat atau dua simpai.