Energi Potensial
Energi Potensial

Pengertian Energi Potensial, Jenis, Rumus, Manfaat, dan Contohnya

Diposting pada

Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang disimpan atau dikonservasi dalam suatu benda atau zat. Energi yang tersimpan ini didasarkan pada posisi, susunan atau keadaan benda atau zat. Ketika posisi, susunan atau keadaan benda berubah, energi yang tersimpan akan dilepaskan. Misalnya, diperlukan energi untuk memampatkan pegas akan tetapi apa yang terjadi dengan energi itu setelah pegas dikompresi? Dalam kasus ini, energi kinetik yang digunakan untuk memampatkan pegas telah diubah menjadi energi potensial.

Seperti halnya energi kinetik, energi potensial juga bisa dibedakan menjadi beberapa jenis, salah satunya adalah energi gravitasi. Manfaat keberadaan energi gravitasi adalah bisa kita bayangkan apa yang akan terjadi, kita akan melayang-layang di udara.

Energi Potensial

Energi potensial pada dasarnya merupakan energi laten dalam suatu benda diam, dan merupakan salah satu dari dua bentuk energi. Bentuk lainnya, energi kinetik, adalah energi yang diekspresikan oleh suatu benda yang bergerak. Energi potensial adalah konsep inti dari setiap diskusi berbasis fisika, dan salah satu variabel paling berpengaruh dalam rumus yang menggambarkan alam semesta kita yang diketahui.

Dalam fisika, energi potensial adalah energi yang dipegang oleh suatu benda karena posisi relatifnya terhadap benda lain, tegangan di dalamnya, muatan listriknya, atau faktor lain. Istilah energi potensial diperkenalkan oleh insinyur dan fisikawan Skotlandia abad ke-19 William Rankine,  meskipun memiliki kaitan dengan konsep potensialitas filsuf Yunani Aristoteles.

Energi potensial dikaitkan dengan gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda sedemikian rupa sehingga usaha total yang dilakukan oleh gaya-gaya ini hanya bergantung pada posisi awal dan akhir benda dalam suatu ruang. Gaya-gaya ini, yang disebut gaya konservatif, dapat direpresentasikan di setiap titik dalam ruang dengan vektor yang dinyatakan sebagai gradien dari fungsi skalar tertentu yang disebut potensial.

Pengertian Energi Potensial

Energi potensial adalah energi tersimpan yang bergantung pada posisi relatif berbagai bagian sistem. Energi potensial sebenarnya dari suatu benda bergantung pada posisinya relatif terhadap benda lain. Misalnya, batu bata memiliki lebih banyak energi potensial yang tergantung pada bangunan dua lantai daripada bertumpu pada tanah.

Oleh karena itulah posisi relatif batu bata ke Bumi memberinya lebih banyak energi. Namun, dua batu bata yang bersebelahan tidak saling memberi energi lebih banyak, karena tidak ada gaya yang bekerja padanya. Prinsip yang sama dapat diterapkan pada skala apa pun, baik itu galaksi maupun atom. Memang, atom juga memiliki energi potensial, meskipun gerakan konstannya menggeser banyak energi potensial menjadi energi kinetik.

Pengertian Energi Potensial Menurut Para Ahli

Adapun definisi energi potensial menurut para ahli, antara lain:

  1. Energy Education, Energi potensial adalah energi yang disimpan dalam suatu benda atau sistem benda. Ini dapat dikaitkan dengan posisinya, ikatan dalam struktur kimianya, potensinya untuk peluruhan radioaktif atau bahkan bentuknya. Itu memiliki kemampuan atau potensi untuk diubah menjadi bentuk yang lebih jelas seperti energi kinetik. Energi potensial dan energi kinetik inilah yang menyusun energi mekanik.
  2. Cambridge Dictionary, Pengertian energi potensial adalah energi yang disimpan oleh sesuatu karena posisinya (seperti ketika suatu benda dinaikkan), karena kondisinya (seperti ketika sesuatu ditarik atau didorong keluar dari bentuknya), atau dalam bentuk kimiawi (seperti dalam bahan bakar atau baterai listrik).

Jenis Energi Potensial

Macam-macam energi potensial, antara lain:

  1. Gravitasi

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh massa menurut tata ruangnya dan gaya gravitasi (salah satu dari empat gaya fundamental) yang menarik mereka ke arah satu sama lain.

Karena Bumi sangat besar dibandingkan dengan benda-benda di atasnya, mudah untuk menyaksikan benda-benda ini ditarik (jatuh) ke arah pusat planet, bukan ke arah planet yang ditarik ke arah benda. Arah tarikan gravitasi bumi adalah “ke bawah”.

  1. Elastis

Potensial energi elastis berkaitan dengan sifat elastisitas materi, yang merupakan kecenderungan untuk mendapatkan kembali bentuk awalnya secara tiba-tiba setelah mengalami gaya deformasi yang lebih besar dari gaya. Gerakan tiba-tiba ini adalah gerakan yang beroperasi di pegas, yang dikompresi dan didekompresi, atau memberi arti pada senjata perang lama, seperti ketapel, atau busur yang menembakkan anak panah. 

  1. Kimia

Dalam kasus energi potensial kimia, kita mengacu pada cara atom dan molekul terstruktur dalam ikatan kimia yang mampu menyimpan energi, seperti yang terjadi dalam tubuh hewan dengan glukosa, senyawa yang darinya kita memperoleh energi untuk memasok metabolisme kita.

  1. Elektrostatis

Dalam hal kelistrikan, konsep energi potensial juga berlaku, terutama dalam rangkaian listrik (di mana listrik dikonservasi) atau metode penyimpanan arus, yang dapat diubah menjadi bentuk energi lain, seperti kinetika, termal atau cahaya, mengingat keserbagunaan listrik yang luar biasa.

Potensial listrik dihitung melalui energi potensial elektrostatis, yang dapat menjadi tolakan (jika muatannya sama) atau tarikan (jika memiliki sinyal yang berbeda), sehingga menimbulkan energi potensial positif atau negatif, seperti yang mungkin terjadi.

  1. Nuklir

Energi nuklir ini adalah energi potensial yang disimpan di dalam inti atom. Proton dan neutron di dalam inti disatukan oleh gaya nuklir kuat, yang menyeimbangkan tolakan gaya Coulomb di antara proton.

Gaya lemah menyeimbangkan jumlah neutron dan proton, sedangkan gaya nuklir yang kuat lebih kuat dan memiliki jangkauan yang lebih pendek daripada gaya Coulomb, yang membuat inti atom tetap bersama hingga ukuran tertentu (bola dengan radius sekitar 8×10-15 m). Keseimbangan antara gaya nuklir kuat dan gaya Coulomb sangat menentukan apakah nuklida (kombinasi proton dan neutron tertentu) bersifat radioaktif atau stabil.

Rumus Energi Potensial

Berikut ini beberapa rumus yang berkaitan dengan perhitungan energi potensial, antara lain:

  1. Energi potensial gravitasi dalam medan gravitasi seragam

Rumusnya: mgh, dengan g adalah kuat medan gravitasi, m adalah massa benda, h adalah tinggi benda dari titik nol.

  1. Energi potensial yang disimpan dalam pegas yang diregangkan atau dikompresi

Rumusnya:2, dengan k adalah konstanta pegas, x adalah perpanjangan pegas.

  1. Energi potensial listrik dalam medan listrik yang seragam

Rumusnya: −qEx, dengan E adalah medan listrik yang seragam, q adalah muatan listrik pada benda, x adalah jarak pada garis yang sama tetapi berlawanan dengan E.

  1. Energi Potensial Magnetik

Rumusnya: −μB, dengan  μ adalah momen dipol magnet, B adalah medan magnet.

  1. Energi potensial gravitasi karena massa dua titik

Rumusnya:- , dengan M adalah massa benda di titik asal, m adalah massa benda pada jarak radial r dari titik asal; titik nol dipilih pada tak terhingga.

  1. Energi potensial listrik karena muatan titik

Rumusanya: , dengan q1 dan q2 adalah adalah muatan yang dipisahkan oleh jarak r, atau muatan titik q1 di asal dan muatan titik q1 pada jarak r dari asal; titik nol dipilih pada tak terhingga.

Manfaat Energi Potensial

Adapun untuk contoh pemanfaatan dalam energi potensial ini. Misalnya saja;

  1. Gravitasi

Energi potensial gravitasi yang memiliki sejumlah kegunaan praktis, terutama untuk pembangkit listrik tenaga air pada pumped-storage hydroelectricity (PSH) atau hydroelectric energy storage (PHES) yaitu jenis penyimpanan energi hidroelektrik yang digunakan oleh sistem tenaga listrik untuk penyeimbangan beban.

Energi potensial gravitasi juga digunakan untuk menyalakan jam di mana beban yang jatuh mengoperasikan mekanisme tersebut. Ini juga digunakan oleh penyeimbang untuk mengangkat lift, derek, atau jendela sorong.

Penggunaan praktis lainnya adalah memanfaatkan energi potensial gravitasi untuk turun, misalnya menuruni bukit dengan mengendarai transportasi seperti turunnya mobil, truk, kereta api, sepeda, pesawat, atau bisa kita lihat pada turunnya fluida dalam pipa.

Dalam beberapa kasus, energi kinetik yang diperoleh dari energi potensial yang menurun dapat digunakan untuk mulai menaiki tanjakan berikutnya seperti yang terjadi saat jalan bergelombang dan sering turun.

Komersialisasi energi yang tersimpan (dalam bentuk gerbong rel yang dinaikkan ke tempat yang lebih tinggi) yang kemudian diubah menjadi energi listrik saat dibutuhkan oleh jaringan listrik, sedang dilakukan di Amerika Serikat dalam sistem yang disebut Advanced Rail Energy Storage (ARES).

Contoh Energi Potensial

Berikut ini contoh aplikasi energi potensial dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:

  1. Pendulum

Pendulum adalah struktur di mana beban digantung dari poros sehingga dapat dengan mudah berayun; misalnya, jam pendulum. Jika sebuah bandul dipegang di salah satu ujung, bandul tersebut memiliki energi potensial maksimum pada saat itu karena posisinya. Tetapi saat kita meninggalkan ungkat-ungkit (bob), energi potensial ini diubah menjadi energi kinetik.

Saat bob pendulum akan mencapai ujung yang lain, sebelum kembali melalui jalur yang sama, pendulum akan berhenti sedetik di titik tertinggi. Pada tahap istirahat ini, energi kinetik akan diubah menjadi energi potensial. Proses tersebut akan terus berulang hingga pendulum berhenti. Perubahan energi akan serupa dengan diagram di bawah ini:

Contoh Energi Potensial

  1. Busur dan Anak Panah

Kerja busur dan anak panah menggunakan hukum pertama termodinamika, yang mengatakan bahwa ‘energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan; itu hanya dapat ditransfer dari satu bentuk ke bentuk lainnya’?

Ketika seorang pemanah menarik kembali tali busur, sejumlah energi potensial elastis diperoleh oleh anggota badan busur yang fleksibel. Semakin seorang pemanah menarik ke belakang, semakin banyak energi potensial yang diperoleh oleh lengan busur karena peregangan.

Saat tali busur dilepaskan, anak panah bergerak maju dengan sangat cepat. Apa yang terjadi di sini adalah bahwa energi potensial yang diperoleh busur karena peregangan dengan cepat ditransfer ke anak panah dalam bentuk energi kinetik, sehingga busur itu bergerak maju.

  1. Makanan yang Kita Makan

Pernahkah terpikir bagaimana kita bisa berjalan, berlari, atau melakukan pekerjaan apapun yang membutuhkan banyak tenaga? Dari manakah asal energi dalam tubuh untuk melakukan semua pekerjaan ini? Seperti yang kita ketahui bahwa pekerjaan yang dilakukan membutuhkan energi dan, kita memperoleh energi dari makanan yang kita makan.

Saat makanan mencapai perut kita, energi potensial kimiawi yang sama diubah menjadi energi yang digunakan tubuh kita. Kita dapat mengatakan bahwa segala sesuatu yang tersusun dari atom memiliki energi potensial.

Menariknya jika kita mengambil dua potong daging, daging panas dan dingin yang beratnya sama dan membandingkannya, kita akan menemukan bahwa daging panas akan memiliki lebih banyak energi dibandingkan dengan daging dingin karena daging yang pertama memiliki sejumlah energi panas tambahan; Namun, jumlah energi potensial akan tetap sama.

  1. Air di Bendungan dan Waduk

Air yang ditampung di waduk atau bendungan untuk berbagai keperluan seperti pembangkit listrik di pembangkit listrik tenaga air, irigasi, pencegahan banjir, konsumsi manusia, keperluan industri, dll, memiliki sejumlah energi potensial.

Karena air yang tertahan di waduk dalam keadaan diam dan dilarang mengalir, energi yang ada di dalamnya disebut energi potensial; karena kita tahu bahwa energi potensial adalah jenis energi yang ada pada benda diam. Ketika gerbang bendungan terbuka, air yang semula diam ini akan langsung bergerak dan energi potensial yang tersimpan dalam air akan diubah menjadi energi kinetik.

  1. Karet Gelang

Saat kita meregangkan karet gelang, itu menyimpan sejumlah energi potensial di dalamnya. Sekarang, kita dapat dengan mudah mengatakan bahwa karet gelang yang diregangkan akan menyimpan energi potensial elastis di dalamnya. Segera setelah karet tersebut dibebaskan kembali, itu dengan cepat kembali ke bentuk aslinya dan energi potensial elastis diubah menjadi energi kinetik.

  1. Perenang

Sebelum menyelam ke dalam air, perenang selalu berdiri di papan loncat dan melakukan peregangan. Sementara para perenang berdiri di papan loncat, mereka mempunyai sejumlah energi potensial gravitasi. Begitu mereka menyelam ke dalam air, energi potensial gravitasi ini diubah menjadi energi kinetik.

Inilah alasan mengapa para perenang melakukan lompatan saat menyelam untuk mendapatkan jumlah energi potensial gravitasi maksimum, yang akan diubah menjadi energi kinetik. Semakin banyak energi kinetik, semakin mudah untuk memotong viskositas air di kolam.

Itulah tadi artikel yang bisa kami kemukakan pada semua pembaca berkenaan dengan pengertian energi potensial menurut para ahli, macam, rumus penghitungan, manfaat, dan contohnya yang ada di dalam kehidupan sehari-hari. Semoga memberi edukasi.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *