Sebuah Benda 1 kg Dilemparkan Ke Atas Dengan Kecepatan Awal 40 m/s: Berapa Besar Energi Kinetik Benda Pada Saat Mencapai Ketinggian 20 m Dari Tanah?

Sebuah Benda 1 kg Dilemparkan Ke Atas Dengan Kecepatan Awal 40 m/s: Berapa Besar Energi Kinetik Benda Pada Saat Mencapai Ketinggian 20 m Dari Tanah?

Dalam fisika, energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena gerakannya, yang didefinisikan dengan rumus:

E_k = 1/2 m v²

dimana:

• E_k adalah energi kinetik
• ‘m’ adalah massa benda dan
• ‘v’ adalah kecepatan benda.

Namun dalam kasus ini, kita berurusan dengan gerakan vertikal di bawah pengaruh gravitasi. Sehingga kecepatan benda ketika mencapai ketinggian tertentu tidak sama dengan kecepatan awal. Untuk mengetahui besar energi kinetik pada ketinggian tersebut, pertama-tama kita harus mengetahui kecepatan benda pada ketinggian tersebut.

Berikut adalah langkah-langkah untuk menemukan solusinya:

Langkah 1: Gunakan hukum energi murni (conservation of energy)

Dalam gerak vertikal di bawah pengaruh gravitasi, jumlah energi kinetik dan energi potensial akan tetap sama di setiap ketinggian. Ini adalah akibat dari hukum pelestarian energi. Sehingga kita bisa mengatakannya sebagai berikut:

Energia awal = energia akhir

Dimana:

• Energi awal adalah energi kinetik pada awal gerakan
• Energi akhir adalah jumlah energi kinetik dan energi potensial pada ketinggian 20 m.

Energi awal (E_awal) adalah energi kinetik awal, yang diberikan oleh E_k = 1/2 m v₀². Dengan m=1kg dan v₀=40m/s, kita dapatkan E_awal = 1/2(1kg)(40m/s)^2 = 800 joule.

Energi akhir adalah jumlah dari energi kinetik pada ketinggian 20m dan energi potensial pada ketinggian 20m. Energi potensial diberikan oleh E_p = m g h. Dengan m=1kg, g=9.8m/s² (akselarasi gravitasi di permukaan bumi), h=20m, kita dapatkan E_p = (1kg)(9.8m/s²)(20m) = 196 joule.

Langkah 2: Hitung energi kinetik pada ketinggian 20 m

Dengan menggunakan hukum pelestarian energi (E_awal = E_akhir), kita dapat mengatur persamaan sebagai berikut:

E_k20 + E_p20 = E_awal

dimana:

• E_k20 adalah energi kinetik pada ketinggian 20 m
• E_p20 adalah energi potensial pada ketinggian 20m.

Maka,

E_k20 = E_awal - E_p20

Dengan melakukan substitusi nilai yang ditemukan di langkah sebelumnya, kita mendapatkan:

E_k20 = 800 joule - 196 joule = 604 joule.

Jadi, besar energi kinetik benda saat mencapai ketinggian 20 m dari tanah adalah sebesar 604 joule.