Cara Menghitung Energi Potensial

Isi

• Formula Energi Potensial untuk Medan Gravitasi Bumi
• Energi Potensial Elastis
• Potensi atau Tegangan Listrik

Energi potensial terdengar seperti energi sederhana yang belum teraktualisasi, dan memikirkannya seperti itu dapat membuat Anda percaya bahwa itu tidak nyata. Namun, berdirilah di bawah brankas yang tergantung 30 kaki di atas tanah, dan pendapat Anda mungkin berubah. Brankas memiliki energi potensial karena gaya gravitasi, dan jika seseorang memotong tali yang memegangnya, energi itu akan berubah menjadi energi kinetik, dan pada saat brankas mencapai Anda, itu akan memiliki cukup energi "aktual" untuk memberikan Anda sakit kepala yang membelah.

Definisi energi potensial yang lebih baik adalah energi yang tersimpan, dan perlu "bekerja" untuk menyimpan energi. Fisika memiliki definisi spesifik tentang pekerjaan - pekerjaan dilakukan ketika suatu kekuatan menggerakkan suatu benda dari kejauhan. Pekerjaan terkait dengan energi. Ini diukur dalam joule dalam sistem SI., Yang juga merupakan unit energi potensial dan kinetik. Untuk mengubah pekerjaan menjadi energi potensial, Anda harus bertindak melawan jenis kekuatan tertentu, dan ada beberapa. Gaya dapat berupa gravitasi, pegas atau medan listrik. Karakteristik gaya menentukan jumlah energi potensial yang Anda simpan dengan melakukan pekerjaan melawannya.

Formula Energi Potensial untuk Medan Gravitasi Bumi

Cara gravitasi bekerja adalah bahwa dua benda saling menarik satu sama lain, tetapi segala sesuatu di bumi sangat kecil dibandingkan dengan planet itu sendiri sehingga hanya medan gravitasi bumi yang signifikan. Jika Anda mengangkat tubuh (m) di atas tanah, tubuh itu mengalami kekuatan yang cenderung membuatnya berakselerasi ke tanah. Besarnya gaya (F), dari hukum Newton 2, diberikan oleh F = mgdimana g adalah percepatan akibat gravitasi, yang merupakan konstanta di mana-mana di Bumi.

Misalkan Anda mengangkat tubuh ke ketinggian h. Jumlah pekerjaan yang Anda lakukan untuk mencapai ini adalah kekuatan × jarak, atau mgh. Pekerjaan itu disimpan sebagai energi potensial, sehingga persamaan energi potensial untuk medan gravitasi bumi adalah sederhana:

Energi Potensial Gravitasi = mgh

Energi Potensial Elastis

Mata air, karet gelang, dan bahan elastis lainnya dapat menyimpan energi, yang pada dasarnya adalah apa yang Anda lakukan ketika Anda menarik busur tepat sebelum menembakkan panah. Ketika Anda meregangkan atau mengompres pegas, ia memberikan gaya berlawanan yang bekerja untuk mengembalikan pegas ke posisi setimbang. Besarnya gaya sebanding dengan jarak Anda meregangkan atau mengompresnya (x). Konstanta proporsionalitas (k) adalah karakteristik dari pegas. Menurut hukum Hookes, F = −kx. Tanda minus menunjukkan kekuatan pemulih pegas, yang bekerja berlawanan arah dengan pegas yang meregang atau memadatkannya.

Untuk menghitung energi potensial yang tersimpan dalam bahan elastis, Anda harus menyadari bahwa gaya semakin besar x meningkat. Namun, untuk jarak yang sangat kecil, F adalah konstan. Dengan menjumlahkan kekuatan semua jarak sangat kecil antara 0 (kesetimbangan) dan ekstensi akhir atau kompresi x, Anda dapat menghitung pekerjaan yang dilakukan dan energi yang tersimpan. Proses penjumlahan ini adalah teknik matematika yang disebut integrasi. Ini menghasilkan formula energi potensial untuk bahan elastis:

Energi potensial = kx²/2

dimana x adalah ekstensi dan k adalah konstanta pegas.

Potensi atau Tegangan Listrik

Pertimbangkan untuk memindahkan muatan positif q dalam medan listrik yang dihasilkan oleh muatan positif yang lebih besar Q. Karena gaya tolak listrik, diperlukan usaha untuk memindahkan muatan yang lebih kecil lebih dekat ke muatan yang lebih besar. Menurut hukum Coulomb, kekuatan antara dakwaan pada titik mana pun adalah kqQ/r²dimana r adalah jarak di antara mereka. Pada kasus ini, k adalah konstanta Coulomb, bukan konstanta pegas. Fisikawan menunjukkan keduanya oleh k. Anda menghitung energi potensial dengan mempertimbangkan pekerjaan yang diperlukan untuk bergerak q dari jauh jauh dari Q untuk jaraknya r. Ini memberikan persamaan energi potensial listrik:

Energi Potensi Listrik = kqQ/r

Potensi listrik sedikit berbeda. Jumlah energi yang disimpan per satuan muatan, dan dikenal sebagai voltase, mengukur dalam volt (joule / coulomb). Persamaan untuk potensial atau tegangan listrik yang dihasilkan oleh muatan Q dari kejauhan r aku s:

Potensi Listrik = kQ/r