Apa itu energi
Satu joule mengangkat apel 100 g sekitar 1 m; mobil 1000 kg pada 90 km/jam memiliki sekitar 310 000 joule.
Energi memungkinkan perubahan
Bola menggelinding, karet gelang yang diregangkan, secangkir teh hangat, dan baterai ponsel yang terisi memiliki kesamaan. Masing-masing dapat membuat sesuatu terjadi: mendorong, mengangkat, memanaskan, atau menyalakan cahaya. Fisikawan menyebut kemampuan itu energi, dan mengukurnya dalam satu satuan, yaitu joule (J). Nama joule diambil dari James Prescott Joule, yang pada 1840-an menunjukkan bahwa usaha mekanis dan kalor merupakan dua bentuk dari besaran yang sama.
Satu joule tidaklah besar. OpenStax memberi gambaran sederhana: satu joule dapat mengangkat apel kecil bermassa 100 g sekitar satu meter. Periksa dengan rumus yang akan kamu temui di unit 4: 0.1 kg × 9.8 m/s² × 1 m = 0.98 J, mendekati satu. Energi makanan dihitung dalam satuan lebih besar. Satu Kalori makanan (kcal) sama dengan 4186 J, dan asupan makanan harian yang dianjurkan untuk orang dewasa sekitar 1.2 × 10⁷ J, dua belas juta joule.
Banyak bentuk, satu besaran
Energi memiliki banyak bentuk, dengan nama yang menjelaskan tempat penyimpanannya. Energi kinetik dimiliki oleh segala sesuatu yang bergerak. Energi potensial gravitasi tersimpan saat benda diangkat melawan gravitasi, sedangkan energi potensial elastis tersimpan saat pegas atau busur dilenturkan. Energi kimia tersimpan dalam bahan bakar, makanan, dan baterai. Energi termal adalah gerakan acak atom dan molekul, yang kita rasakan sebagai suhu. Energi listrik berpindah melalui kabel, energi radiasi merambat sebagai cahaya, dan energi nuklir dilepaskan saat inti atom membelah atau bergabung.
Energi kinetik dan energi potensial secara bersama disebut energi mekanis. Keduanya mudah terlihat pada ayunan atau kereta luncur, dan paling banyak dibahas dalam kursus ini. Bentuk lainnya muncul saat energi beralih dari ranah mekanis, paling sering menjadi kalor.
Energi tidak pernah diciptakan atau dimusnahkan
Fakta paling berguna tentang energi adalah jumlah totalnya tidak pernah berubah. OpenStax menyatakan hukum kekekalan energi demikian: energi total tetap dalam proses apa pun; bentuknya dapat berubah atau berpindah dari satu sistem ke sistem lain, tetapi jumlahnya tetap sama. Saat mobil mengerem, energi kinetiknya tidak lenyap. Energi itu berubah menjadi energi termal pada cakram rem, sehingga rem menjadi panas. Saat kamu mengisi daya ponsel, energi listrik berubah menjadi energi kimia dalam baterai, lalu menjadi cahaya dan kalor dari layar.
Jika energi kekal, mengapa kita membicarakan energi yang habis terpakai? Karena bentuknya penting. Energi yang telah menyebar sebagai kehangatan di udara masih ada, tetapi sulit dikumpulkan dan digunakan kembali. Pembangkit listrik yang membakar batu bara hanya mengubah sekitar 40 persen energi kimia bahan bakar menjadi listrik; sisanya keluar sebagai kalor. Unit 5 mengukurnya dengan besaran yang disebut efisiensi.
Seret untuk memutar. Gulir atau rapatkan dan renggangkan dua jari untuk mengatur zoom.
Seberapa besar satu joule? Skala energi
Tabel ini membandingkan beberapa jumlah energi sehari-hari, menggunakan nilai dari Tabel 7.1 OpenStax. Rentangnya sangat lebar. Nyamuk yang terbang memiliki energi kinetik sekitar sepersejuta joule; satu galon bensin menyimpan sekitar seratus juta joule. Notasi ilmiah membuat angka-angka ini mudah dibaca: 1.2 × 10⁸ berarti titik desimal pada 1.2 digeser delapan tempat ke kanan, yaitu 120 000 000.
| Benda atau peristiwa | Energi (J) |
|---|---|
| Nyamuk (10⁻² g) pada 0.5 m/s | 1.3 × 10⁻⁶ |
| Bola tenis pada 100 km/jam | 22 |
| 1 g lemak | 3.9 × 10⁴ |
| Mobil 1000 kg pada 90 km/jam | 3.1 × 10⁵ |
| Asupan makanan harian orang dewasa | 1.2 × 10⁷ |
| 1 galon bensin | 1.2 × 10⁸ |
Kamu dapat memeriksa sendiri baris mobil. Pada 90 km/jam, kecepatannya 25 m/s, dan energi kinetiknya ½ × 1000 × 25² = 312 500 J, dibulatkan menjadi 3.1 × 10⁵ J. Unit 3 menjelaskan asal rumus tersebut.
Energi juga dapat berpindah tanpa berubah bentuk. Wajan panas memanaskan gagangnya melalui perpindahan kalor, baterai menyalurkan energi melalui kabel ke lampu, dan sinar Matahari membawa energi melintasi ruang dari Matahari ke Bumi. Fisikawan membedakan dua istilah. Transformasi mengubah bentuk energi, misalnya dari kimia menjadi kinetik. Transfer memindahkan energi dari satu benda atau sistem ke benda atau sistem lain, melalui usaha (gaya yang bekerja sepanjang suatu perpindahan) atau kalor (aliran dari panas ke dingin). Unit berikutnya membahas cara pertama, yaitu usaha.
| Joule (J) | Satuan energi dan usaha: 1 J = 1 N·m |
| Energi kinetik | Energi gerak |
| Energi potensial | Energi yang tersimpan karena posisi atau bentuk (ketinggian, pegas teregang) |
| Energi termal | Gerakan acak atom dan molekul |
| Kekekalan energi | Jumlah total tetap sama; hanya bentuknya yang berubah |
| 1 Kalori makanan (kcal) | 4186 J |
- Energi adalah kemampuan menimbulkan perubahan; satuannya joule.
- Kinetik, potensial, kimia, termal, listrik, radiasi, dan nuklir adalah bentuk-bentuk energi.
- Energi mekanis = kinetik + potensial.
- Energi total kekal; energi hanya berubah bentuk atau berpindah.
- Energi yang menyebar sebagai kalor sulit digunakan kembali.
- Apa satuan SI untuk energi?
- Joule
- Watt
- Newton
- Kelvin
- Sepeda yang bergerak terutama memiliki bentuk energi apa?
- Kinetik
- Nuklir
- Potensial elastis
- Kimia
- Saat mobil mengerem hingga berhenti, energi kinetiknya terutama berubah menjadi:
- Kalor pada rem
- Tidak ada; energinya menghilang
- Energi kimia dalam bahan bakar
- Energi nuklir
- Berapa joule yang diperlukan untuk mengangkat apel 0.1 kg setinggi 1 m? (g = 9.8 m/s², dua angka desimal)
- Berapa joule dalam 2 Kalori makanan (kcal)?
- Berapa energi kinetik mobil 1000 kg pada 25 m/s, dalam joule?
- Energi mekanis adalah jumlah dari:
- Energi kinetik dan potensial
- Energi termal dan kimia
- Energi listrik dan nuklir
- Energi cahaya dan bunyi
- Dalam laboratorium energi dengan gesekan, apa yang terjadi pada batang total?
- Tetap sama
- Menyusut menjadi nol
- Membesar
- Naik turun
- Pembangkit listrik batu bara mengubah sekitar 40% energi bahan bakar menjadi listrik. Ke mana sebagian besar sisanya pergi?
- Kalor yang dilepaskan ke lingkungan
- Dimusnahkan
- Kembali menjadi batu bara baru
- Menjadi energi nuklir
- Mana yang menyimpan lebih banyak energi: 1 galon bensin atau makanan sehari untuk orang dewasa?
- Bensin, sekitar 10 kali lebih banyak
- Makanan, sekitar 10 kali lebih banyak
- Keduanya sama
- Keduanya tidak memiliki energi
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