Rumus Energi Potensial beserta Contoh Soal dan Pembahasannya

Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), energi bisa didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja atau daya yang bisa dipakai dalam berbagai proses kegiatan.

Di dalam bidang ilmu fisika, terdapat salah satu materi pembahasan yang dikenal sebagai energi potensial dan joule dijadikan satuan untuk mengukurnya.

Energi potensial bisa dideskripsikan sebagai suatu energi yang terdapat dalam suatu benda, sebab posisinya berada pada medan gaya.

Energi potensial dapat memengaruhi objek yang letaknya menuju arah dari gaya.

Energi potensial terbagi menjadi tiga jenis, yakni energi potensial listrik, gravitasi, dan pegas.

Untuk lebih jelasnya, simak penjelasan tiga jenis energi potensial beserta rumusnya berikut ini.

Jenis Energi Potensial Beserta Rumusnya

1. Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik bisa terjadi jika sebuah partikel bermuatan bergerak dalam suatu medan listrik.

Di saat itulah medan listrik akan mengarahkan gaya serta melakukan kerja pada partikel tersebut.

Rumusnya sendiri bisa dilihat sebagai berikut:

Ep = k (Q.q / r)

Keterangan:

Ep : Energi potensial (Joule)

k : konstanta Coulomb (9×10^9N.m²/C²)

Q : Muatan uji atau muatan listrik yang mengalami perpindahan dalam medan listrik (Coulomb)

q : Muatan uji atau muatan listrik yang mengalami perpindahan dalam medan listrik (Coulomb)

r : Jarak muatan dari q ke Q (m)

2. Energi Potensial Gravitasi

Perubahan kedudukan benda akibat gaya gravitasi Bumi bisa disebut sebagai energi potensial gravitasi.

Apabila massa benda diperbesar, maka energi potensial gravitasinya pun ikut membesar.

Demikian juga dengan ketinggian benda diperbesar, maka energi potensial gravitasinya pun ikut membesar.

Rumusnya bisa dinyatakan sebagai berikut:

Ep = m.g.h

Keterangan:

Ep : Energi Potensial (Joule)

m : massa benda (kg)

g : gravitasi bumi (m/s²)

h : tinggi benda (m)

3. Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas merupakan energi potensial yang terdapat di dalam objek elastis yang diakibatkan adanya gaya regang dan gaya tekan yang bekerja.

Besarnya energi potensial pegas ditentukan oleh besarnya gaya tekan atau regang yang disalurkan pada objek.

Rumusnya bisa dilihat sebagai berikut:

Ep = ½ k.x2

Keterangan:

Ep : Energi potensial (Joule)

k : konstanta Coulomb (9×10^9N.m²/C²)

x : perubahan posisi (m)

Contoh Soal dan Pembahasan

1. Soal 1

Diketahui 2 buah muatan, F dan G, terpisah 3 meter antara satu sama lain.

Muatan F mempunyai q sebesar +11 μC dan muatan G mempunyai q sebesar -5 μC.

Berapa pergantian energi potensial yang terjadi saat muatan G bergerak ke muatan F?

Diketahui:

r = 3m

Q = 11 × 10^-6 C

q = 5 × 10^-6 C

k = 9 × 10^9N.m²/C²

Jawaban:

Ep = k × (Q × q / r)

= 9 × 10^9N.m²/C² × (11 × 10^-6 × 5 × 10^-6 / 3)

= 495 × 10^-3 / 3

= 165 × 10^-3 Joule

Maka, energi potensial listrik yang berlangsung saat muatan G bergerak ke muatan F adalah sebesar 0,165 Joule.

2. Soal 2

Air terjun mempunyai volume sebesar 500 m³ dengan ketinggian 100 m.

Apabila massa jenis air ialah 1.000 kg/m³ dan kecepatan gravitasinya 10 m/s², berapa energi potensialnya?

Diketahui:

v= 500 m³

m=1.000 kg/m³

h= 100m

g= 10 m/s²

Jawaban:

m = p.v = (1.000 kg/m³)(500 m³) = 5 × 10^5 kg

Ep = m.g.h = 5 × 10^5 kg)(10 m/s²)(100 m) = 5 × 10^8 Joule

3. Soal 3

Diketahui sebuah pegas tergantung tanpa beban memiliki panjang 15 cm.

Lalu, ujung bawahnya diberi beban 5 kg sehingga panjang pegas bertambah menjadi 20 m.

Berapa energi potensialnya?

Jawaban:

k = F/∆x

= m.g/∆x

= 5 kg × 10 m/s² / (20 cm – 15 cm) × 10^-2

= 1.000 N/m

Ep = ½.k.x²

= ½ × 1.000 × (5 × 10 m)²

= 1,25 Joule

Mempelajari ilmu fisika memang tidaklah mudah, maka dari itu kita harus sudah memperkenalkannya sejak masih dini pada anak-anak.

Buku Kartun Fisika merupakan buku yang menghadirkan ilmu pengetahuan dasar tentang fisika yang terkhusus dibuat untuk anak-anak.

Buku ini ditulis supaya anak-anak dapat lebih menyukai fisika dan menganggap jika fisika itu mudah untuk mereka, sehingga tidak terkesan membosankan.

Segera saja pesan dan miliki bukunya di Gramedia.com.