Energi kinetik
Mobil pada kelajuan 100 km/jam memiliki energi kinetik empat kali energi kinetiknya pada 50 km/jam.
Energi gerak
Apa pun yang bergerak dapat melakukan usaha pada benda yang ditabraknya. Bola boling merobohkan pin, angin memutar turbin, palu menancapkan paku. Energi gerak ini disebut energi kinetik. Untuk benda bermassa m yang bergerak dengan kelajuan v, nilainya KE = ½ m v². Massa dalam kilogram, kelajuan dalam meter per detik, dan hasilnya dalam joule.
OpenStax memberi contoh sederhana: paket 30.0 kg yang bergerak di konveyor rol dengan kelajuan 0.500 m/s. Energi kinetiknya ½ × 30.0 × 0.500² = 3.75 J. Kotaknya berat, tetapi energinya kecil karena kelajuannya rendah dan kelajuan dikuadratkan.
Mengapa kuadrat itu penting
Massa masuk langsung ke rumus: massa dua kali lipat pada kelajuan yang sama berarti energi kinetik dua kali lipat. Kelajuan masuk sebagai kuadrat. Jika kelajuan digandakan, energi menjadi empat kali lipat; jika ditigakan, energi menjadi sembilan kali lipat. Itulah sebabnya mobil pada 100 km/jam memiliki energi kinetik empat kali energinya pada 50 km/jam, dan tabrakan berkecepatan tinggi jauh lebih parah daripada tabrakan lambat.
Kuadrat juga menjelaskan jarak pengereman. Untuk berhenti, rem harus melakukan usaha negatif sebesar energi kinetik mobil. Dengan gaya pengereman yang sama, usaha sama dengan gaya dikali jarak, sehingga jarak pengereman bertambah sebanding v². Kenaikan dari 60 km/jam menjadi 90 km/jam berarti kelajuan menjadi 1.5 kali, tetapi jarak pengereman menjadi (1.5)² = 2.25 kali, bahkan sebelum memperhitungkan waktu reaksi.
Teorema usaha-energi
Unit 2 menjelaskan bahwa usaha memindahkan energi. Teorema usaha-energi menyatakan tepatnya ke mana energi itu berpindah saat benda dipercepat atau diperlambat: usaha total pada benda sama dengan perubahan energi kinetiknya, W_net = ½ m v² − ½ m v₀². Usaha total berarti jumlah usaha semua gaya, atau sama artinya dengan usaha oleh resultan gaya.
Kembali ke paket 30.0 kg tadi. Seseorang mendorongnya dengan gaya 120 N sepanjang 0.800 m sementara gesekan menarik ke belakang dengan gaya 5.00 N. Gravitasi dan gaya penopang tegak lurus gerak sehingga tidak melakukan usaha. Orang itu melakukan usaha 120 × 0.800 = 96.0 J dan gesekan melakukan −5.00 × 0.800 = −4.00 J, jadi usaha totalnya 92.0 J. Energi awal paket 3.75 J, sehingga energi akhirnya 95.75 J. Dari ½ × 30.0 × v² = 95.75 diperoleh v = 2.53 m/s.
Seret untuk memutar. Gulir atau rapatkan dan renggangkan dua jari untuk mengatur zoom.
Kamu bisa memakai rumus secara terbalik untuk mencari sesuatu. OpenStax mencatat bola tenis pada 100 km/jam memiliki energi kinetik sekitar 22 J. Ubah kelajuan ke meter per detik, 100 ÷ 3.6 = 27.8 m/s, lalu selesaikan ½ m v² = 22 untuk massa: m = 2 × 22 ÷ 27.8² = 0.057 kg, atau 57 g, sesuai massa bola tenis sungguhan. Seekor nyamuk bermassa sekitar seperseratus gram yang terbang pada 0.5 m/s memiliki energi 1.3 × 10⁻⁶ J. Keduanya berbeda dengan faktor sekitar 17 juta.
| Energi kinetik | KE = ½ m v² |
| Kelajuan digandakan | Energi kinetik menjadi empat kali lipat |
| Teorema usaha-energi | Usaha total = perubahan energi kinetik |
| Jarak pengereman | Bertambah sebanding kuadrat kelajuan (gaya pengereman sama) |
- KE = ½ m v², dalam joule.
- Massa dua kali lipat menghasilkan KE dua kali lipat; kelajuan dua kali lipat menghasilkan empat kali lipat.
- Usaha total sama dengan perubahan energi kinetik.
- Jarak berhenti bertambah sebanding v² untuk gaya pengereman yang sama.
- Berapa energi kinetik paket 30.0 kg pada 0.500 m/s, dalam joule?
- Bola 2 kg bergerak pada 3 m/s. Berapa energi kinetiknya dalam joule?
- Bola yang sama pada 6 m/s. Berapa energi kinetiknya dalam joule?
- Massa truk dua kali massa mobil dan keduanya bergerak dengan kelajuan sama. KE truk adalah:
- Dua kali KE mobil
- Empat kali KE mobil
- Sama
- Setengahnya
- Kelajuan naik dari 50 km/jam menjadi 100 km/jam. Energi kinetik menjadi:
- 4 kali lipat
- 2 kali lipat
- Sama
- 8 kali lipat
- Mobil dipercepat dari 60 km/jam menjadi 90 km/jam. Dengan faktor berapa jarak pengeremannya bertambah (gaya pengereman sama)?
- Usaha total pada paket: dorongan 120 N dan gesekan 5.00 N sepanjang 0.800 m. Berapa dalam joule?
- Berapa kelajuan akhir paket itu (awalnya 0.500 m/s), dalam m/s? (dua angka desimal)
- Berapa energi kinetik mobil 1200 kg pada 20 m/s, dalam kJ?
- Dalam teorema usaha-energi, usaha mana yang diperhitungkan?
- Usaha total semua gaya
- Hanya usaha yang kamu lakukan
- Hanya usaha gesekan
- Hanya usaha gravitasi
Sumber kursus ini (8)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 7.1 Work: the scientific definition (W = F d cos θ, briefcase cases, 1 J = 1 N·m, 1 J lifts a 100 g apple about 1 m, lawn mower 75.0 N at 35° for 25.0 m = 1.54 × 10³ J, 1 kcal = 4186 J, under 10% of food energy goes into work)
- 7.2 Kinetic energy and the work-energy theorem (KE = ½ m v², 30.0 kg package at 0.500 m/s = 3.75 J, 120 N push with 5.00 N friction over 0.800 m = 92.0 J net, final speed 2.53 m/s, a car at 100 km/h has four times the KE it has at 50 km/h)
- 7.3 Gravitational potential energy (ΔPE = m g h, reference level, path independence, 0.500 kg cuckoo clock weight raised 1.00 m = 4.90 J, 60.0 kg person landing stiffly from 3.00 m, roller coaster 20.0 m hill: 19.8 m/s, and 20.4 m/s with a 5.00 m/s start, mass cancels)
- 7.4 Conservative forces and potential energy (spring PE = ½ k x², 0.100 kg toy car, k = 250 N/m, 4.00 cm, 0.180 m rise)
- 7.5 Nonconservative forces (friction turns mechanical energy into thermal energy)
- 7.6 Conservation of energy (statement of the law, forms of energy, Table 7.1: 1000 kg car at 90 km/h 3.1 × 10⁵ J, tennis ball at 100 km/h 22 J, mosquito 1.3 × 10⁻⁶ J, daily food intake 1.2 × 10⁷ J, 1 gallon gasoline 1.2 × 10⁸ J, 1 g fat 3.9 × 10⁴ J; efficiency, Table 7.2: cycling and climbing 20%, swimming at the surface 2%, gasoline engine 30%, diesel 35%, coal power plant 42%, electric motor 98%, solar cell 10%)
- 7.7 Power (P = W ÷ t, 1 W = 1 J/s, 1 hp = 746 W, 60.0 kg woman up 3.00 m stairs in 3.50 s reaching 2.00 m/s = 538 W, Table 7.3: Sun 4 × 10²⁶ W, car 8 × 10⁴ W, person at rest 100 W, heart at rest 8 W, clothes dryer 4 × 10³ W, a 60 W incandescent bulb gives 5 W of light, power plants turn 35 to 40% of fuel energy into electricity, E = P t, 0.200 kW computer 6.00 h a day for 30.0 days = 36.0 kWh, $4.32 at $0.120 per kWh)
- g = 9.8 m/s² as in OpenStax examples (NIST standard gravity 9.80665 m/s², physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?gn).
Diperiksa: 2026-10-17