Energi potensial elastis

Tinggalkan komentar / Oleh /

Pada artikel ini Anda akan mengetahui apa itu energi potensial elastis, cara menghitung energi potensial elastis, dan, sebagai tambahan, beberapa latihan diselesaikan selangkah demi selangkah untuk dipraktikkan.

Apa yang dimaksud dengan energi potensial elastis?

Energi potensial elastis , atau energi elastis , adalah energi yang terakumulasi di dalam benda yang dapat dideformasi akibat kerja yang dilakukan oleh gaya elastis.

Artinya, energi potensial elastis adalah jenis energi potensial yang berhubungan dengan gaya elastis (atau gaya pemulihan).

Misalnya, ketika pegas dikompresi atau dipanjangkan, energi potensial elastis disimpan. Faktanya, dalam fisika, permasalahan pegas seringkali diselesaikan dengan mempelajari konsep energi potensial elastis.

Rumus energi potensial elastis

Energi potensial elastis pegas sama dengan setengah konstanta elastis pegas dikalikan kuadrat perpindahan pegas.

Oleh karena itu, rumus energi potensial elastis adalah:

energi potensial elastis

Emas:

  • E_p

    adalah energi potensial elastis yang satuannya dalam Sistem Internasional adalah joule (J).

  • k

    adalah konstanta elastis pegas yang satuannya N/m.

  • x

    adalah jarak ke posisi setimbang, dinyatakan dalam meter.

Energi potensial elastis dan usaha

Usaha yang dilakukan oleh gaya elastis dihitung dengan mengalikan setengah rumus gaya elastis, yang ditentukan oleh hukum Hooke , dengan perpindahan yang dilakukan. Jadi usaha gaya elastis sama dengan luas segitiga berikut:

energi potensial elastis dan kerja

Demikian pula, kerja gaya elastis sama dengan variasi negatif energi potensial elastis:

W_p=-\Delta E_p

W_p=-\left(E_{p_{final}}-E_{p_{initial}}\right)

Akan tetapi, jika pegas mula mula berada pada posisi setimbang, kerja gaya elastis hanya ekuivalen dengan energi potensial elastis akhir, karena energi potensial elastis pada posisi setimbang adalah nol (perpindahan bernilai nol).

W_p=-\left(E_{p_{final}}-\cancelto{0}{E_{p_{equilibrium}}}\right) =-E_{p_{final}}

Energi potensial elastis dan energi kinetik

Ketika pegas dikompresi atau dipanjangkan dan dilepaskan, pegas memperoleh kecepatan. Oleh karena itu, pegas dapat mempunyai energi potensial elastis dan energi kinetik.

Selain itu, jika gesekan tidak diperhitungkan, energi pegas tidak hilang tetapi diubah (prinsip kekekalan energi). Dengan demikian, energi potensial elastis dapat diubah menjadi energi kinetik dan sebaliknya, namun energi totalnya tidak akan berkurang.

E_{p_i}+E_{c_i}=E_{p_f}+E_{c_f}

Jadi, ketika energi potensial elastis maksimum, yaitu ketika pegas diregangkan atau dikompresi penuh, energi kinetiknya akan menjadi nol. Begitu pula pada saat energi kinetiknya maksimum, yaitu pada saat pegas berada pada posisi setimbang, maka energi potensial elastisnya akan menjadi nol.

energi potensial elastis dan energi kinetik

Dengan demikian, pegas bergerak dari posisi maksimum ke posisi minimum secara terus menerus sehingga menghasilkan gerakan osilasi.

Latihan soal energi potensial elastis

Latihan 1

Hitung energi potensial elastis yang tersimpan dalam pegas yang dikompresi lebih dari 60 cm yang konstanta elastisnya 125 N/m.

Dalam hal ini, untuk mencari energi potensial elastis cukup menggunakan rumus yang sesuai, yaitu:

E_p=\cfrac{1}{2}\cdot k \cdot x^2

Selanjutnya, kita substitusikan data tersebut ke dalam rumus dan hitung energi potensial elastis:

E_p=\cfrac{1}{2}\cdot 125 \cdot 0,6^2=22,5 \ J

Latihan 2

Sebuah benda bermassa 4 kg diikatkan pada konstanta pegas 240 N/m. Jika pegas diregangkan 35 cm, berapakah kecepatan maksimum yang diperoleh massa tersebut? Dan kapan? Kami mengabaikan gesekan dan massa pegas selama latihan.

Seperti yang telah kita lihat dalam teori yang dijelaskan di seluruh artikel, nilai energi kinetik maksimum pegas setara dengan nilai energi potensial elastis maksimumnya. Jadi pertama-tama kita akan menghitung energi potensial elastis maksimum dan dari sana kecepatan maksimumnya.

Energi potensial maksimum yang dicapai pegas adalah pada perpindahan maksimumnya, yaitu pada saat pegas diregangkan sebesar 35 cm. Oleh karena itu kami menghitung energi potensial elastis dalam situasi ini:

E_{p_{m\'ax}}=\cfrac{1}{2}\cdot k \cdot x^2=\cfrac{1}{2}\cdot 240\cdot 0,35^2= 14,7\ J

Dengan demikian, energi kinetik maksimum akan tercapai di titik lain, tepatnya pada saat pegas melewati posisi setimbangnya. Tetapi nilainya akan sama dengan energi potensial elastis maksimum:

E_{c_{m\'ax}}=E_{p_{m\'ax}}=14,7 \ J

Terakhir, cukup menghitung kecepatan yang sesuai dengan energi kinetik ini menggunakan rumus yang sesuai:

\displaystyle E_{c_{m\'ax}}=\cfrac{1}{2}\cdot m \cdot v_{m\'ax}}^2 \ \longrightarrow \ v_{m\'ax} } =\sqrt{\frac{2\cdot E_{c_{m\'ax}}}{m}}

\displaystyle v_{m\'ax}} =\sqrt{\frac{2\cdot E_{c_{m\'ax}}}{m}}=\sqrt{\frac{2\cdot 14, 7}{4}}=2,71 \ \frac{m}{s}

Singkatnya, kecepatan maksimum yang diperoleh massa adalah 2,71 m/s dan akan mencapai kecepatan tersebut setiap kali melewati posisi setimbang.

Latihan 3

Sebuah benda bermassa m=2kg digantungkan pada sebuah pegas yang dipasang pada langit-langit. Pegas segera ditarik ΔX=50 cm hingga diperoleh posisi setimbang baru pada ketinggian h=3 m dari tanah. Berapa total energi potensial yang tersimpan? Data: k=40 N/m; g = 10 m/s.

menyelesaikan masalah energi daya elastis

Energi potensial elastis total merupakan jumlah energi potensial elastis pegas ditambah energi potensial gravitasi massa.

Jadi, pertama-tama kita menghitung energi potensial elastis dengan menerapkan rumus yang dijelaskan di artikel:

E_{p_{el\'astica}}=\cfrac{1}{2}\cdot k \cdot x^2=\cfrac{1}{2}\cdot 40\cdot 0.5^2= 5 \ J

Selanjutnya, kita menghitung energi potensial gravitasi menggunakan rumus yang sesuai:

E_{p_{hauteur}}=m\cdot g \cdot h =2 \cdot 10 \cdot 3 =60 \ J

Oleh karena itu, energi potensial total adalah jumlah dari dua energi potensial yang dihitung:

E_{p_{Total}}=E_{p_{el\'astica}}+E_{p_{hauteur}}=5+60=65 \ J

Tinggalkan komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Gulir ke Atas