Usaha Pegas, Energi Potensial Pegas, dan Konservasi Energi Pegas

By a Guy Who Teaches Physics for Fun
Top page
Pada bidang datar maupun pada bidang miring kita menggunakan rumus usaha W=Fs. Usaha pada pegas tidak bisa sepenuhnya dihitung menggunakan rumus tersebut karena gaya yang berlaku pada pegas bersifat tidak konstan.
Les Online Fisika Bareng Creaticals yuk
Kami bisa berikan tutor/kelas online untuk materi Fisika SMP dan SMA. GRATIS untuk pertemuan pertama.

Rumus Usaha dan Energi Pegas.

Ada 4 Rumus yang kami bahas pada di sini. Kami sajikan di bawah ini dalam bentuk slide. Anda dapat menggeser slide untuk langsung melihat contoh soal dari setiap rumus.

Rumus 1 (Usaha pegas ketika ditarik sejauh \Delta x)

Sebuah pegas ditarik sejauh \Delta x dari titik O(titik equilibrium). Usaha yang benda alami adalah sebagai berikut.
Keterangan:
  • W=Usaha,
  • k=konstanta pegas,
  • \Delta x=jarak benda dari titik equilibrium-nya.
*Pada contoh soal di atas, benda mengalami usaha bernilai 0,1 Joule memiliki makna yaitu terjadi transfer energi sebesar 0,1 Joule dari penarik ke pegas.

Rumus 2 (Energi potensial pegas)

Gaya pulih pegas merupakan gaya konservatif yang berarti gaya ini memiliki energi potensial berdasarkan posisi benda. Rumus energi potensial adalah sebagai berikut.
Keterangan:
  •   x =jarak benda dari titik equilibrium-nya.

Rumus 3 (Usaha pegas akibat gaya pulih pegas)

Benda berpindah dari posisi x_1 ke posisi x_2 akibat gaya pulih. Usaha yang benda alami merupakan transfer energi dari energi potensial menjadi energi kinetik dan memiliki rumus sebagai berikut.
Rumus hanya berlaku jika tidak ada gaya non konservatif yang berlaku pada pegas dan benda.

Rumus 4 (Konservasi energi mekanik pegas)

Jika tidak ada gaya gesek atau gaya non konservatif yang berlaku maka berlaku hukum konservasi energi mekanik sebagai berikut.

Cara Jenius Memahami Konservasi Energi Pada Pegas

So, bagaimana kita cara memahami konservasi energi pada pegas?
Ketika Anda menarik benda yang terkait dengan pegas dan kemudian menahannya, yang terjadi adalah Anda memberikan sebagian energi yang dimiliki oleh tubuh Anda berpindah ke pegas tersebut.
Marilah kita anggap sebanyak 20 joule energi dari tubuh Anda berpindah ke pegas tersebut menjadi energi potensial. Ketika pegasnya dilepas energi tersebut berubah menjadi energi kinetik seiring benda menuju titik equilibrium. Ketika benda ini melewati titik equilibrium energi kinetiknya berubah lagi menjadi energi potensial. Proses perubahan energi dari energi potensial menjadi energi kinetik akan terus terjadi jika pegas dan benda berada pada kondisi ideal tanpa gesekan sama sekali. Benda akan bergerak bolak-balik selama-lamanya, sebuah gerakan yang kita sebut sebagai gerak harmonik sederhana.
Anda dapat melihat animasi konservasi energi pegas di atas.

Pembahasan dan Penurunan Rumus

Bagaimana rumus-rumus di atas didapatkan?
Pertama kita sadari dulu bahwa gaya pulih pegas merupakan gaya konservatif yang memiliki rumus sebagai berikut.
F=\;-k x
Ciri khas dari gaya konservatif adalah gaya ini memungkinkan adanya energi potensial. Energi potensial sendiri merupakan potensial usaha yang benda alami ketika benda tersebut bergerak ke titik acuan netral akibat gaya konservatif yang berlaku pada benda.
Pada kasus gaya gravitasi, energi potensial gravitasi adalah potensi usaha yang benda miliki jika benda bergerak dari ketinggian tertentu ke tanah(titik acuan netral). Nah, pada kasus pegas energi potensial pegas adalah potensi usaha yang benda miliki jika benda tersebut bergerak dari titik tertentu ke titik equilibrium(titik acuan netral). Perhatikan gambar di bawah ini.
Benda ditarik sejauh -x dari titik kesetimbangan
Yang kita lakukan selanjutnya adalah menghitung usaha yang benda alami dari titik -x ke titik O akibat gaya pulih. Pengoperasiannya kita lakukan menggunakan grafik sebagai berikut.
Penurunan rumus usaha pegas
Demikianlah kita dapatkan rumus energi potensial pegas.
Usaha oleh gaya konservatif merupakan usaha yang besarnya hanya bergantung pada posisi awal dan posisi akhir. Oleh karena itu, pada pegas rumus usahanya adalah W=-\Delta Ep=\Delta Ek.
Les Online Fisika Bareng Creaticals yuk
Kami bisa berikan tutor/kelas online untuk materi Fisika SMP dan SMA. GRATIS untuk pertemuan pertama.
Bagikan ke Teman Anda
Pos Terkait

Tinggalkan Balasan