Kekekalan Energi
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| mechanical energy/mɪˈkænɪkl ˈenədʒi/ | energi mekanik |
| nonconservative forces/ˌnɒŋkənˈsɜːvətɪv ˈfɔːsɪz/ | gaya nonkonservatif |
| thermal energy/ˈθɜːml ˈenədʒi/ | energi termal |
Ayunan menukar ketinggian untuk kecepatan
- Ayunan yang berayun bergerak tercepat di bagian bawah dan berhenti sesaat di puncak setiap ayunan.
- Ia terus-menerus menukar ketinggian untuk kecepatan dan sebaliknya.
- Jumlahkan energi geraknya dan energi ketinggiannya, dan totalnya tidak pernah berubah.
- Total yang tak tergoyahkan ini adalah salah satu hukum akuntansi terbesar dalam fisika.
Kekekalan energi mekanik
- Dengan hanya gaya konservatif, energi mekanik (kinetik + potensial) kekal:
- Energi bergeser antara kinetik dan potensial, tetapi jumlahnya tetap.
- Selesaikan masalah gerak tanpa perlu mencari gaya.
Sebuah bola dijatuhkan dari $2\ \text{m}$ (tanpa hambatan udara, $g = 10$). Kecepatannya di bagian bawah (dalam m/s)?
$mgh = \tfrac{1}{2}mv^2$, sehingga $v = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \times 10 \times 2} = \sqrt{40} \approx 6.32\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
Dengan hanya gaya konservatif, jumlah energi kinetik dan potensial (energi ____ ) kekal.
$K + U$ adalah energi mekanik, kekal ketika tidak ada gesekan atau hambat udara.
Pendulum tanpa gesekan berada di titik terendahnya. Di sana, energinya...
Di bagian bawah, ketinggian (dan $U$) paling rendah dan kecepatan paling tinggi -- energinya semua kinetik.
Konservatif versus tidak
- Gaya konservatif (gravitasi, pegas) mengawetkan energi mekanik.
- Gaya nonkonservatif (gesekan, hambatan udara) mengurasnya.
- Perbedaan ini menentukan apakah $K + U$ tetap konstan.
Ketika gaya gesek bekerja, energi mekanik $K + U$ tetap konstan.
Gaya gesek adalah nonkonservatif -- ia menguras energi mekanik menjadi panas, sehingga $K + U$ menurun.
Pilih semua gaya yang mengawetkan energi mekanik.
Gravitasi dan pegas adalah konservatif. Gesekan kinetik adalah nonkonservatif -- ia menghamburkan energi.
Ke mana energi pergi
- Gesekan mengubah energi mekanik menjadi energi termal (panas).
- Energi tetap kekal secara keseluruhan -- hanya saja keluar dari akun mekanik.
- Usaha yang dilakukan oleh gesekan sama dengan energi mekanik yang hilang.
Kekekalan energi
Saat sebuah benda naik dan turun, energi berpindah antara kinetik dan potensial sementara totalnya tetap konstan.
Sebuah balok meluncur hingga berhenti di lantai kasar. Ke mana perginya energi kinetiknya?
Gaya gesek mengubah energi kinetik menjadi panas. Total energi tetap kekal; hanya saja keluar dari akun mekanik.
Akuntansi energi
- Lacak energi dengan grafik batang atau persamaan $K_i + U_i = K_f + U_f\ (+\ \text{heat})$.
- Daftar setiap bentuk sebelum dan sesudah; mereka harus seimbang.
- Ini membuat bahkan gerakan bertahap yang berantakan dapat diselesaikan.
Bola $1\ \text{kg}$ dijatuhkan dari ketinggian $5\ \text{m}$ (tanpa hambatan udara).
- Seluruh $U_g = mgh = 1 \times 9.8 \times 5 = 49\ \text{J}$-nya menjadi energi kinetik di bagian bawah.
- Jadi $\tfrac{1}{2}mv^2 = 49\ \text{J}$ setara dengan $v = \sqrt{98} \approx 9.9\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
"Energi terpelihara" selalu berlaku -- tetapi energi mekanik hanya terpelihara tanpa geseran atau hambatan. Apabila geseran bertindak, jangan tetapkan $K_i + U_i = K_f + U_f$; anda mesti menambah sebutan haba, atau anda akan mengira kelajuan akhir secara berlebihan.
Dengan hanya daya pemuliharaan, energi mekanik adalah terpelihara: $K_i + U_i = K_f + U_f$. Daya bukan pemuliharaan seperti geseran menukarkannya kepada tenaga haba -- tenaga keseluruhan masih terpelihara, tetapi anda perlu menjejaki haba. Buku kira-kira tenaga menyelesaikan gerakan tanpa daya.