Jelaskan apa yang dimaksud dengan energi potensial gravitasi

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya dalam medan gravitasi. Gravitasi dapat memindahkan benda antara dua titik tetapi usaha yang dilakukannya tidak dipengaruhi oleh jalan yang dilalui sehingga ini disebut gaya konservatif.

Contoh yang paling umum dari energi potensial adalah energi potensial gravitasi. Buah mangga yang lezat dan ranum memiliki energi potensial gravitasi ketika sedang menggelayut pada tangkainya. Demikian juga ketika anda berada pada ketinggian tertentu dari permukaan tanah (misalnya di atap rumah  atau di dalam pesawat). Energi potensial gravitasi dimiliki benda karena posisi relatifnya terhadap bumi. Setiap benda yang memiliki energi potensial gravitasi dapat melakukan kerja apabila benda tersebut bergerak menuju permukaan bumi (misalnya buah mangga jatuh dari pohon).

Untuk memudahkan pemahamanmu, lakukan percobaan sederhana berikut ini. Pancangkan sebuah paku di tanah. Angkatlah sebuah batu yang ukurannya agak besar dan jatuhkan batu tegak lurus pada paku tersebut. Amati bahwa paku tersebut terpancang semakin dalam akibat usaha alias kerja yang dilakukan oleh batu yang anda jatuhkan.

Sekarang mari kita tentukan besar energi potensial gravitasi sebuah benda di dekat permukaan bumi. Misalnya kita mengangkat sebuah batu bermassa m. gaya angkat yang kita berikan pada batu paling tidak sama dengan gaya berat yang bekerja pada batu tersebut, yakni mg (massa kali percepatan gravitasi). Untuk mengangkat batu dari permukaan tanah hingga mencapai ketinggian h, maka kita harus melakukan usaha yang besarnya sama dengan hasil kali gaya berat batu (W = mg) dengan ketinggian h. Ingat ya, arah gaya angkat kita sejajar dengan arah perpindahan batu, yakni ke atas… FA = gaya angkat

W = FA . s = (m)(-g) (s) = – mg(h2-h1) —– persamaan 1

Tanda negatif menunjukkan bahwa arah percepatan gravitasi menuju ke bawah…

Dengan demikian, energi potensial gravitasi sebuah benda merupakan hasil kali gaya berat benda (mg) dan ketinggiannya (h). h = h2 – h1

EP = mgh —— persamaan 2

Berdasarkan persamaan EP di atas, tampak bahwa makin tinggi (h) benda di atas permukaan tanah, makin besar EP yang dimiliki benda tersebut. Ingat ya, EP gravitasi bergantung pada jarak vertikal alias ketinggian benda di atas titik acuan tertentu. Biasanya kita tetapkan tanah sebagai titik acuan jika benda mulai bergerak dari permukaan tanah atau gerakan benda menuju permukaan tanah. Apabila kita memegang sebuah buku pada ketinggian tertentu di atas meja, kita bisa memilih meja sebagai titik acuan atau kita juga bisa menentukan permukaan lantai sebagai titik acuan. Jika kita tetapkan permukaan meja sebagai titik acuan maka h alias ketinggian buku kita ukur dari permukaan meja. Apabila kita tetapkan tanah sebagai titik acuan maka ketinggian buku (h) kita ukur dari permukaan lantai.

contoh-contohnya dalam kehidupan nyata. Selain karet katapel dan juga busur panah, contoh lainnya yang memiliki energi potensial yaitu pegas. Pegas dapat ditekan lalu direnggangkan, hal tersebut juga dapat terjadi karena energi potensial yang dimilikinya.

Kegunaannya

Mungkin penggunaan paling penting dari energi potensial gravitasi adalah pembangkit listrik tenaga air. Di sini, energi potensial air di danau atau waduk yang terletak tinggi di atas pembangkit listrik dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik.

Aplikasi lain adalah dalam counterweight (pengimbang), yang digunakan dalam sejumlah perangkat mekanik. Sebagai contoh, beberapa jenis lift mempekerjakan penyeimbang sedemikian rupa sehingga itu turun ketika mobil lift naik, dan sebaliknya. Ketika mobil akan naik, energi potensial penyeimbang yang diubah menjadi energi kinetik saat berjalan ke bawah, sehingga membantu menarik mobil ke atas, mengurangi jumlah usaha yang harus dilakukan oleh motor yang menggerakkan perangkat. Saat mobil lift turun – dibantu oleh gravitasi – penyeimbang ditarik kembali, mendapatkan energi potensial.

Kita semua tahu betul tentang energi potensial tetapi energi potensial gravitasi adalah sesuatu yang mudah dipahami ketika Anda memahami energi potensial. Selain itu, pada topik ini Anda akan mempelajari energi potensial gravitasi, rumus energi potensial gravitasi, penurunan rumus, dan contoh penyelesaian.

Pengertian

Energi potensial gravitasi adalah energi yang diperoleh oleh sebuah benda ketika telah bergerak melawan medan gravitasi. Sebagai contoh, sebuah benda dinaikkan ke atas permukaan bumi akan mendapatkan energi yang dilepaskan jika benda diperbolehkan untuk jatuh kembali ke tanah. Agar suatu benda yang akan diangkat secara vertikal ke atas, usaha harus dilakukan terhadap tarikan gravitasi ke bawah. Usaha ini kemudian disimpan sebagai energi potensial gravitasi. Ketika benda dilepaskan dan jatuh menuju bumi, energi potensial diubah menjadi energi kinetik, atau gerakan.

Sebuah bandul adalah contoh yang baik dari hubungan antara potensial gravitasi dan energi kinetik. Pada ti-tik tertinggi, pendulum hanya memiliki energi potensial. Saat turun, ini diubah menjadi energi kinetik, mencapai maksimum pada ti-tik terendah, di mana ia tidak memiliki energi potensial. Saat berayunan lagi, energi kinetik diubah menjadi energi potensial.

Jumlah energi potensial yang dimiliki sebuah benda tergantung pada massa benda atau berat, ketinggian di atas permukaan, dan kekuatan medan gravitasi. Jika faktor-faktor lain adalah sama, benda yang lebih berat akan memiliki energi potensial gravitasi lebih besar dari benda ringan. Sebuah benda 1 mil (1,6 km) di langit akan memiliki lebih banyak energi daripada benda yang sama dengan ketinggian 1 kaki (30,48 cm) dari permukaan. Di Bulan, yang memiliki medan gravitasi yang lebih lemah daripada Bumi, benda akan memiliki energi potensial kurang dari benda yang sama pada ketinggian yang sama di atas bumi.

Rumus Energi Potensial gravitasi

Energi potensial suatu benda dapat dihitung sebagai massa benda, dikalikan dengan gaya gravitasi, dikalikan dengan ketinggian benda di atas titik tertentu. Titik yang bisa menjadi permukaan bumi atau bisa juga lantai ruangan. Bahkan, energi potensial dapat dihitung untuk setiap ti-tik di bawah benda.

Gaya gravitasi biasanya dinyatakan sebagai percepatan yang dialami oleh suatu benda dibiarkan jatuh bebas, dengan mengabaikan efek hambatan udara atau gesekan. Meskipun kekuatan medan gravitasi di permukaan bumi bervariasi dari satu tempat ke tempat, variasinya sangat kecil sehingga hampir dapat diabaikan. Dalam fisika, oleh karena itu, percepatan gravitasi dekat permukaan bumi di biasanya dianggap konstan, dengan nilai sekitar 32 kaki (9,8 meter) per detik per detik (kaki / s2 atau m / s2).

Rumus energi potensial sederhana untuk sebuah benda yang terangkat dari permukaan bumi dengan demikian dinyatakan sebagai berikut:

Ep = m.g.h

• m = mengacu pada massa benda dalam kilogram (kg)
• g = mengacu pada konstanta gravitasi yaitu 9,8 m / s2
• h = adalah tinggi benda dalam meter (m)
• Ep= mengacu pada energi potensial dalam joule (J) atau kg⋅m2 / s2

Rumus ini bekerja dengan baik untuk benda-benda dekat dengan permukaan bumi. Hal ini dapat dengan mudah diadaptasi untuk mengatasi skenario yang sama di medan gravitasi lain, misalnya di Bulan atau Mars, dengan mengubah nilai gaya gravitasi.

Karena kekuatan setiap medan gravitasi berkurang dengan jarak dari sumbernya, rumus ini hanya akan bekerja untuk benda yang relatif dekat dengan permukaan sumber gravitasi, di mana penurunan gaya gravitasi akan terlalu sedikit sehingga menjadi penting. Untuk benda yang relatif jauh dari permukaan, massa sumber gravitasi dan jarak dari pusat ke benda harus diperhitungkan.

Contoh

1. Misalkan sebuah bola basket memiliki massa 2,2 kg dan bola itu jatuh dari tepi jendela ke tanah 50 m di bawahnya. Jadi, hitung energi potensial gravitasi bola ketika bola itu tiba di bawahnya?

Penyelesaian:

• massa = 2,2 kg
• tinggi = 50 m
• gravitasi = 9,8 m / s2

Menempatkan nilai dalam rumus:

• Ep = mgh
• Ep = (2,2 kg) (9,8 m / s2) (50 m)
• Ep = 1078 kg⋅m2 / s2 = 1078 J

Penggunaan

Mungkin penggunaan paling penting untuk energi potensial gravitasi adalah pembangkit listrik tenaga air. Di sini, energi potensial air di danau atau waduk yang terletak tinggi di atas pembangkit listrik dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik. Air diizinkan untuk turun dari reservoir, mengubah energi potensial menjadi energi kinetik, dan air yang bergerak akan memutar turbin, yang menghasilkan arus listrik. Selama periode permintaan listrik yang rendah, pembangkit listrik ini mungkin memiliki kelebihan, yang dapat digunakan untuk memompa air kembali ke reservoir, sehingga dapat membangun lebih banyak energi potensial.

Aplikasi lain adalah dalam counterweight (pengimbang), yang digunakan dalam sejumlah perangkat mekanik. Sebagai contoh, beberapa jenis lift mempekerjakan penyeimbang sedemikian rupa sehingga itu turun ketika mobil lift naik, dan sebaliknya. Ketika mobil akan naik, energi potensial penyeimbang yang diubah menjadi energi kinetik saat berjalan ke bawah, sehingga membantu menarik mobil ke atas, mengurangi jumlah usaha yang harus dilakukan oleh motor yang menggerakkan perangkat. Sebagai mobil lift turun – dibantu oleh gravitasi – penyeimbang ditarik kembali, mendapatkan energi potensial.