Seperti disebutkan dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), kekal memiliki arti tidak berubah atau abadi. Kekekalan juga bisa dijumpai pada salah satu materi bahasan pada mata pelajaran Fisika, yaitu Hukum Kekekalan Energi. Apa kamu masih ingat tentang apa itu hukum kekekalan energi?
Sejarah Hukum Kekekalan Energi
Hukum Kekekalan Energi dikemukakan oleh seorang fisikawan asal Inggris, James Prescott Joule. Ia merumuskan bahwa semua bentuk energi sebenarnya memiliki sifat tetap dan sama. Hanya, energi bisa diubah satu dengan lainnya.
Atas dasar anggapan inilah, James selanjutnya menyatakan suatu hukum yang dijadikan pondasi dari teori fundamental ilmu Fisika termodinamika, yaitu Hukum Kekekalan Energi. Mulanya, James melakukan penelitian empiris tentang panas yang berasal dari sebuah kawat listrik.
Berdasarkan studi tersebut, James selanjutnya menyimpulkan bahwa panas adalah energi yang lepas dari zat atau benda yang dipanaskan. Studinya menjadi pintu penelitian lain yang turut melakukan pengamatan tentang energi pada interaksi antara objek fisik.
Bersama rekannya yang bernama William Thomson, James berhasil menemukan suatu teori yang menyebutkan bahwa, apabila gas yang dibiarkan mengembang tanpa adanya gangguan partikel di luar gas tersebut, maka terjadi penurunan suhu.
Penemuan inilah yang selanjutnya melahirkan teori lain yang dikenal dengan Efek Joule-Thomson yang menjadi dasar pembuatan mesin pendingin.
Pengertian Hukum Kekekalan Energi
Jadi, apa itu Hukum Kekekalan Energi? Hukum Kekekalan Energi adalah suatu teori Fisika yang menyatakan bahwa energi memiliki sifat kekal atau abadi, sehingga tidak akan terjadi perubahan atasnya sepanjang waktu.
Selain itu, hukum kekekalan energi James Prescott Joule juga memiliki nilai yang sama baik sebelum mendapatkan perlakuan atau sesudahnya. Terkait dengan hukum ini, energi yang dimaksud yaitu energi mekanik, energi kinetik, energi potensial, dan lainnya.
Bunyi Hukum Kekekalan Energi
Selanjutnya, bagaimana bunyi Hukum Kekekalan Energi? Singkatnya, Hukum Kekekalan Energi berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, namun dapat berpindah dari satu bentuk ke bentuk lainnya…”
Mudahnya, Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa suatu bentuk energi yang terlibat pada proses fisika dan kimia bisa mengalami perubahan bentuk atau perpindahan. Misalnya, energi radiasi yang bisa berubah menjadi energi panas. Selain itu, perubahan energi kimia menjadi energi listrik, atau energi potensial menjadi energi listrik.
Faktor-Faktor yang Memengaruhi Hukum Kekekalan Energi
Jadi, sekarang sudah diketahui bagaimana bunyi Hukum Kekekalan Energi. Selanjutnya, perlu pula dipahami apa saja faktor yang memengaruhi Hukum Kekekalan Energi. Faktor tersebut antara lain:
- Massa atau berat benda.
- Percepatan atau gaya gravitasi bumi.
- Kecepatan benda.
- Ketinggian benda.
Jenis-jenis Hukum Kekekalan Energi
Energi merupakan kapabilitas guna melaksanakan kerja. Suatu benda dibilang mempunyai energi jika dapat mengeluarkan gaya yang bisa melakukan kerja. Ada pula yang menyebut bahwa, suatu benda disebut mempunyai energi jika bisa menghasilkan sesuatu dari gaya yang bisa melaksanakan suatu bentuk kerja.
Adapun besaran energi dalam Satuan Internasional atau SI adalah Joule (J). Satu Joule memiliki angka yang sama dengan 1 Newton meter (Nm). Terdapat tiga jenis energi yang termasuk dalam Hukum Kekekalan Energi, yaitu:
- Energi kinetik
Hukum kekekalan energi kinetik diartikan sebagai energi yang ada pada suatu objek atau benda karena geraknya. Bisa pula diartikan sebagai besar usaha yang diperlukan untuk dapat membuat benda bergerak dari posisi diam hingga sampai pada kecepatan tertentu.
Contoh paling mudah dari penerapan energi kinetik dalam aktivitas dan kehidupan harian, misalnya pulpen yang jatuh dari atas meja, atau seseorang yang berjalan. Adapun nilai dari energi kinetik bergantung pada berat atau massa objek dan hasil kuadrat dari kecepatan benda.
- Energi potensial
Selanjutnya, energi potensial yang merupakan energi yang ada pada sebuah benda karena letak ketinggian dari benda itu. Misalnya, buah mangga yang tergantung di atas pohon mempunyai energi potensial.
Ketika buah mangga tersebut jatuh, energi potensial yang terdapat di dalamnya justru berubah menjadi energi gerak atau kinetik. Setidaknya, ada tiga faktor paling utama yang berpengaruh terhadap jenis energi satu ini, yaitu gaya gravitasi, tinggi, dan massa benda.
- Energi mekanik
Seperti telah dijelaskan dalam Hukum Kekekalan Energi sebelumnya, energi tidak bisa dibuat atau dimusnahkan, tetapi bisa diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Energi yang bisa berpindah, terlebih dengan adanya gaya yang membuat perpindahan tersebut terjadi inilah yang dikenal dengan energi mekanik.
Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa “jumlah energi potensial dan energi kinetik di titik manapun dalam medan gravitasi yang selalu sama…”. Tak hanya itu, hukum kekekalan energi mekanik juga terjadi jika gaya non konservatif atau gesekan diabaikan, atau gaya non konservatif saja yang ada pada benda.
Rumus Hukum Kekekalan Energi
Sebelum masuk pada rumus hukum kekekalan energi, perlu diketahui terlebih dahulu rumus dari setiap jenis energi. Adapun rumus dari energi kinetik yaitu:
Ek = ½ mv2
Dengan keterangan:
m = massa benda (kg).
v = kecepatan benda (m/s).
Ek = energi kinetik (J).
Selanjutnya, rumus dari energi potensial, yaitu:
Ep = m.g.h
Dengan keterangan:
m = massa benda (kg).
g = gaya gravitasi (m/s2).
h = ketinggian benda (m).
Kemudian, rumus hukum kekekalan energi mekanik dasar, yaitu:
Em = ½ mv2 + m.g.h
Jika disesuaikan dengan bunyi hukum kekekalan energi mekanik, energi yang masuk sama dengan energi yang keluar, maka perhitungannya:
Em = Ek + Ep
Em1 = Em2 = EP1 + EK1 = EP2 + EK2
m.g.h1 + ½ mv12 = m.g.h2 + ½ mv22
Perlu diketahui jika gaya konservatif merupakan gaya yang bisa menciptakan perubahan dari dua arah, antara energi potensial dan kinetik. Misalnya, gaya pegas dan gaya gravitasi. Jika suatu benda hanya mendapat gaya konservatif, maka energi mekanik hasilnya akan tetap konstan.
Namun, apabila besar energi kinetik bertambah, maka energi potensial seharusnya berkurang dengan angka yang sama agar tetap seimbang. Dengan begitu, energi kinetik yang ditambah dengan energi potensial memberikan hasil konstan.
Contoh Penerapan Hukum Kekekalan Energi
Ada beberapa contoh hukum kekekalan energi yang bisa diperhatikan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:
- Penggunaan alat musik gitar. Memetik gitar merupakan bentuk penerapan energi kinetik dari otot tangan sehingga menghasilkan energi bunyi.
- Kendaraan bermotor. Bahan bakar yang digunakan adalah bentuk energi potensial kimia yang diubah menjadi energi kinetik sehingga kendaraan dapat bergerak.
- Mesin pemanas. Bentuk mesin pemanas, seperti pemanas air atau pemanggang roti menerapkan energi potensial listrik menjadi energi panas.
- Pembangkit listrik tenaga air (PLTA). Mesin pembangkit listrik memanfaatkan energi potensial air guna memutar turbin generator dan menghasilkan listrik.
Sementara itu, contoh soal hukum kekekalan energi, termasuk pula contoh soal hukum kekekalan energi mekanik dapat diperhatikan seperti berikut ini.
Suatu benda mempunyai massa sebesar 3 kg dengan ketinggian 20 m. Benda tersebut jatuh dengan gravitasi bumi sebesar 10 m/s2. Lalu, berapa energi kinetik benda saat berada pada ketinggian 5 m?
Diketahui:
m = 3 kg.
h1 = 20 m.
h2 = 5 m.
v1 = 0 m/s karena benda menggantung dalam posisi diam.
Ditanya: Ek2?
Jawab:
Em1 = Em2
EP1 + EK1 = EP2 + EK2
m.g.h1 + ½ m.v12 = m.g.h2 + Ek2
(3 x 10 x 20) + (½ x 3 x 0) = (3 x 10 x 5) + Ek2
600 = 150 + Ek2
Ek2 = 450 J
Demikian tadi penjelasan lengkap seputar Hukum Kekekalan Energi. Semoga bermanfaat.