Menelusuri Konsep Energi Pada Fisika

Selama lo belajar Fisika, sadar nggak sih kalau hampir setiap topik di Fisika itu ada persamaan Energinya? Coba aja lo ambil sembarang topik di Fisika, pasti bisa disambungin sama konsep Energi. Gue kasih beberapa contoh aja yah.

Di Mekanika, lo belajar tentang Energi yang terkait sama gerakan. Ada Energi Kinetik (E_k = \frac{1}{2} m v^2), yang dari rumusnya aja kelihatan kalau energi ini ada ketika benda memiliki kecepatan (v). Terus ada Energi Potensial (E_p = m g h), dan ada Energi Mekanik tentunya, yang rumusnya E_m = E_p + E_k.

Di Optik, lo belajar tentang Energi Cahaya. Masih inget ga kalau setiap partikel cahaya itu mengandung energi sebesar E = h f (energi foton)?. Jadi semakin besar frekuensi cahaya tersebut, semakin tinggi energi fotonnya.

Di Listrik, lo belajar konsep Usaha listrik kan? Itu merupakan bentuk energi juga. Masih inget rumusnya? Ini nih: W = v i t. Inget juga kalau daya listrik itu adalah usaha listrik per satuan waktu, P = \frac{W}{t}, makanya rumus daya itu jadi P = v i.

Kalau di Kalor gimana? Kalor itu sendiri artinya energi panas. Jadi Q di persamaan Q = m c \Delta t bisa lo sebut kalor, bisa juga disebut energi panas. Sama aja.

Yah itu beberapa contoh aja untuk nunjukin kalau konsep energi itu bisa lo temuin di mana-mana. Belajar bab apa aja di Fisika, bisa ketemu deh sama rumus Energi itu. Emangnya kenapa sih konsep Energi itu ada di mana-mana?

Energi pada Fisika

Kenapa Energi ada di mana-mana?

Ini nggak terlepas dari hukum kekekalan energi yang pernah lo pelajarin waktu SD. Serius, waktu SD, ini dipelajarin loh. Inget nggak? Hehe... Pas SMP dan SMA diulang lagi kok. Kalau lo lupa, di sini gue ingetin lagi deh. Apa sih hukum kekekalan energi itu? Nih, bunyinya kira-kira gini:

Energi itu kekal, dia tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya bisa berubah bentuk, dari bentuk satu ke bentuk yang lain.

Jadi intinya energi itu kekal. Tapi, dia bisa berubah bentuk. Misalnya, berubah dari energi listrik menjadi energi panas (contoh: setrika). Berubah dari energi kimia menjadi energi listrik (contoh: baterai). Berubah dari energi gerak menjadi energi listrik (contoh: PLTA). Dan lain-lain.

Kerennya konsep energi ini adalah dia bisa bikin semua topik yang lo pelajarin di Fisika itu nyambung. Bahkan nggak cuma di Fisika, ketika lo ngomongin Biologi atau Kimia, pasti ketemu sama konsep energi juga. Sedikit aja nih tentang Biologi/Kimia. Misalnya, reaksi Fotosintesis:

 CO_2 + H_2O \longrightarrow C_6H_{12}O_6 + O_2

Masih inget reaksi ini membutuhkan energi apa? Yup. Dia membutuhkan energi dari sinar matahari, E = h f. Di sini sebenernya ada perubahan energi, dari energi matahari menjadi energi kimia. Energi kimia itu tersimpan dalam bentuk Glukosa, C_6H_{12}O_6. Glukosa ini selain dipakai untuk tumbuhan itu sendiri, dia bisa membentuk buah juga. Jadi kalau lo makan buah, sebenernya lo makan energi kimia yang tersimpan dalam bentuk Glukosa itu, yang asalnya dari Energi matahari.

Terus ketika lo makan buahnya, apa yang terjadi? Muncul reaksi sebaliknya di dalam tubuh lo, yaitu ini:

 C_6H_{12}O_6 + O_2 \longrightarrow CO_2 + H_2O

Jadi kalau Fotosintesis itu membutuhkan energi, reaksi di atas itu menghasilkan energi dengan CO_2 dan H_2O sebagai sisanya, yang lo keluarin ketika bernapas atau ekskresi. Energi itu dipakai untuk apa? Macem-macem. Kalau lo pakai untuk bergerak, berarti lo mengubah energi kimia tadi menjadi energi kinetik, E_k = \frac{1}{2}mv^2. Kalau lo pakai untuk naik tangga sampai ketinggian tertentu, lo mengubah energi kimia tadi menjadi energi potensial, E_p = m g h. Dan tau nggak sih kalau makanan yang lo makan itu juga bisa menyelamatkan lo dari kedinginan? Yup. Energi kimia yang lo makan itu bisa berubah juga menjadi energi panas atau kalor, Q = m c \Delta t, yang bikin badan lo hangat.

Gokil nggak sih? Dari energi matahari, berubah jadi energi kimia, berubah lagi jadi energi macem-macem. Itu semua sambung-menyambung gara-gara konsep hukum kekekalan energi tadi.

Energi Kekal? Enggak juga sih

Eh, tadi katanya energi itu kekal, kok sekarang enggak juga? Maksudnya gimana nih?

Nah, jadi sebenernya yang gue ceritain di atas, tentang hukum kekekalan energi, itu belum lengkap. Di kelas 12, sebenernya lo udah belajar juga persamaan Einstein yang sangat terkenal. Gini persamaannya:E = mc2 persamaan einstein

Pasti tau lah ya persamaan itu. Persamaan E = mc^2 itu sempet bikin dunia Fisika kaget. Bayangin aja, selama ini, mereka semua menganggap energi itu kekal. Eh tau-tau si Einstein, yang saat itu umurnya baru 26 tahun, nunjukin kalau energi itu nggak kekal.

Maksudnya nggak kekal gimana? Jadi ternyata energi itu bisa berubah menjadi massa. Dan sebaliknya juga, massa bisa berubah menjadi energi.

Hukum Kekekalan Massa

Btw, selain ada hukum kekekalan energi, ada hukum kekekalan massa juga. Tapi yang satu ini lo pelajarin di Kimia. Masih inget lah ya kalau pada persamaan reaksi, lo harus bikin koefisiennya. Contoh, reaksi ini nih:

H_2 + O_2 \longrightarrow H_2O

Itu koefisiennya belum bener. Supaya bener, lo bikin jadi gini:

2H_2 + O_2 \longrightarrow 2H_2O

Kenapa koefisiennya harus kayak gitu coba? Ya karena jumlah H di kiri, harus sama dengan jumlah H di kanan. Jumlah O di kiri juga harus sama dengan jumlah O di kanan. Secara total, massanya sama di kiri dan di kanan.

Hukum Kekekalan Energi dan Massa

Semenjak Einstein memperkenalkan E = m c^2, dia nunjukin kalau sebenernya hukum kekekalan massa itu nggak lengkap. Hukum kekekalan energi juga nggak lengkap. Yang bener itu adalah hukum kekekalan massa dan energi. Jadi, bisa aja ada massa yang hilang, kemudian massa itu berubah menjadi energi. Sebaliknya, bisa juga ada energi yang hilang dan energi itu berubah menjadi massa. Seru nggak sih? 🙂

Kalau kita balik lagi ke cerita fotosintesis di atas, lo bisa aja nanya, "Energi matahari itu datengnya dari mana, ya?". Nah, di sinilah persamaan Einstein itu dipakai. Energi matahari itu datang dari reaksi Fusi, atom-atom hidrogen bergabung menjadi atom helium. Pada reaksi itu, atom-atom tersebut kehilangan sebagian dari massanya. Massa yang hilang itu menjadi apa? Ya, menjadi energi dalam bentuk sinar matahari. Sinar itulah yang bisa sampai ke bumi dan membantu reaksi fotosintesis tadi. Btw, setiap detik, matahari itu kehilangan 4.260.000.000 kg massanya gara-gara reaksi fusi ini.

Sedikit Tips Belajar untuk SBMPTN

Okay, setelah kita ngobrol banyak tentang Energi, sekarang gue mau cerita lagi gimana pemahaman tentang Energi ini juga bisa membantu persiapan SBMPTN lo.

Di awal-awal, kalau lo ngikutin konsep deliberate practice, yang harus lo kuasain itu adalah teori per bab tentunya. Nah sekarang-sekarang ini, bukan cuma harus ngerti teori per bab, tapi lo juga harus mulai bisa mengintegrasikan berbagai bab di Fisika itu. Untuk bisa ngelakuin itu, salah satunya adalah dengan bener-bener paham sama konsep energi ini.

Soal-soal SBMPTN bisa variatif banget. Nggak ada yang tau kisi-kisinya. Tapi kalau lo perhatiin, dari soal-soal Fisika SBMPTN sebelumnya, pasti ada aja sih kata "Energi" disebut. Coba aja lo cek sendiri soal-soal SBMPTN 2013, SNMPTN 2012, dan SNMPTN 2011. Total gue nemuin 16 kata energi dari 45 soal di tiga paket itu. Lumayan banyak lah.

Btw, ini ada satu satu contoh gimana konsep energi bisa dipakai untuk nyambung-nyambungin topik di Fisika:

soal energi PLTA

 

Waktu SD dan SMP, udah belajar dong kalau PLTA itu adalah contoh perubahan energi gerak menjadi energi listrik. Nah, di soal ini, pengertian lo terhadap konsep itu diuji lagi, dan lo juga harus bisa menyatakan hubungannya secara matematis. Bisa ngerjainnya? Nggak susah kok. Coba aja.

Nah, kalau lo ngerasa belum bener-bener paham sama konsep energi, coba aja lo review lagi materinya di sini: Usaha dan Energi - Persiapan SBMPTN, atau dari sini: Usaha dan Energi - Review Kelas 11. Terus, lo bisa lanjut juga review bab-bab lainnya. Pastiin kalau lo udah bener-bener paham sama konsep energi di tiap-tiap bab itu. Gitu aja sih. 🙂

[Catatan Editor: Nah, kalo lo pengen ngobrolin lebih banyak lagi tentang energi atau hal lainnya yang berhubungan sama si Fisika, boleh banget nih lo comment di sini, nanti pasti dibales deh sama Wsinu. Oke..Oke? Oie sama satu lagi nih, Kalo lo belum jadi member, pastiin lo gabung sama kita juga ya dengan sign up zenius disini ]

Tertarik belajar dengan zenius.net? Kamu bisa pesan vouchernya di sini.

  • Bluesija Darson

    110 kw bukan sih jawabanyya ? ._.

    • Caranya gimana? Jangan jawabannya aja 🙂

  • Ivan Alim

    P(out)=1100 kW. Efisiensi=[P(out)/P(in)]

    • Efisiensi bener. Terus caranya gimana nih bisa dapet segitu?

      • Ivan Alim

        P(in)=mgh/t. Tapi m=(rho)V. P(in)=(rho)Vgh/t atau (rho)Qgh dimana Q=V/t. Q sering disebut dengan laju aliran volume (volume flow rate) atau debit fluida dari konsep mekanika fluida. P(in) dapat juga dinyatakan sebagai m(dot)gh, dimana m(dot) adalah laju aliran massa (mass flow rate), dimana m(dot) sering dinyatakan sebagai (rho)Q atau (rho)V/t. Jadi P(out)=Efisiensi*(rho)Vgh/t.

        • Sip 🙂

        • Andi Syafrianda

          parah gilak
          sampe gue males bacanya :3

        • misi mau nanya, m(dot) maksudnya apaan ya?
          dot maksudnya itu seperti m . g . h?
          emang beda dengan (cross) m x g x h?

          makasih...
          *Setahun Lalu nih coment ,mdh2n Penggunanya On.

          • Ivan Alim

            Dalam bahasa kalkulus diferensial, m(dot) itu sama dengan d(m)/dt, dimana m (massa) dapat dinyatakan sebagai fungsi dari waktu. Dengan kata lain, m(dot) itu sama dengan derivatif (turunan) pertama dari fungsi m terhadap waktu, bukan m . g . h atau m x g x h. Kedua notasi ini, m . g . h atau m x g x h, diartikan sebagai hasil kali antara massa, percepatan gravitasi bumi, dan beda ketinggian antara benda dan posisi acuan dalam pengukuran ketinggian.

  • Ivan Alim

    Wisnu, E=mc^2 itu didapat dari jumlah Energi kinetik (EK) relativistik dan Energi diam relativistik, dimana m(0) adalah massa diam, EK relativistik=(gamma-1)m(0)c^2 dan Energi diam relativistik=m(0)c^2. Total dari EK relativistik dan Energi diam relativistik adalah energi relativistik (E)=(gamma)m(0)c^2. Tetapi (gamma)m(0)=m (massa relativistik). Jadi E=mc^2.

    • Yup. Bener banget.

      • Ivan Alim

        Gw tahu bagaimana menurunkan persamaan (EK) relativistik.

  • Bimantara Hanumpraja

    Coba gua jawab ya soalnya,

    Ini serius, gua lupa rumusnya tapi pake logika nih (klo salah maklum)

    Jadi ceritanya gini:

    kan
    ada air ngalir dengan debit 10m^3 (udeh gede nih ceritanya) lumayan lah
    buat muter turbin generator mah udah muter. Eh taunya ternyata air yang
    gede itu di tumpahin dari ketinggian 20 meter. Buset deh, klo misalnya
    dari ketinggian 10 cm aja (logikanya) udah muter apalagi dari yang 20
    meter. Terus ditambah lagi gravitasi. Logikanya kan gravitasi arahnya
    kebawah, so otomatis ngebantuin air tadi. Jadi lebih kuat lagi tuh air.
    Tinggal siap-siap menghantam turbin. TAPI masalahnya efisiensi
    generatornya cuma 55%, artinya air yang berpengaruh untuk turbinnya yaa
    cuma 55% doang, sisanya jadi air terjun buat mandi anak2 kampung yang
    ada di lembah (hahaha)... Ye udeh. Sekarang gua simpulkan
    1. Debit udeh gede, jadi P (daya) jadi gede

    2. Ketinggian mempengaruhi makin tinggi tempat air yang dijatuhkan, makin gede Ep jadi P juga makin gede

    3. Ditambah gravitasi, dibantuin lah istilahnya, P makin gede lagi aja

    4. Karena efisiensi cuma 55% jadi P yang dihasilkan cuma 55%

    Jadi jawabannya 1100 kW (asli, gua ngawur abis, sambil latihan logika + pemahaman konsep)

    Tapi Bener gk?

    • Hehe. Nice. Terutama karena lo udah mention Ep (energi potensial) di jawaban lo. Iya bener, konsepnya Ep itu berubah jadi Ek ketika jatuh, terus gerakin turbin, terus 55%nya berubah jadi usaha listrik. Daya itu usaha per satuan waktu. Cuma perhitungannya gimana tuh bisa jadi 1100 kW?

      • Bimantara Hanumpraja

        Dari kesimpulan diatas jadi gini persamaannya:
        1. Debit gede, P gede jadi P berbanding lurus dengan Debit
        2. Makin tinggi tempat jatuhnya makin gede Ep nya so Makin gede juga P nya. Jadi P berbanding lurus sama ketinggian.
        3. Gravitasi. Makin gede gravitasi makin kuat "bantuan" buat jatuhnya air makin gede pula P nya. Jadi P berbanding lurus dengan gravitasi
        4. Jadi nyari P langsung aja P = Q.h.g (karena berbanding lurus semua) -> P = 10.20.10 = 2000. Karena cuma 55% yang berubah jadi listrik. Jadi P yang yang dihasilkan: 55/100 x 2000 = 1100 kW (untuk satuannya masih bingung, yaaa karena semuanya kW yaudah kW.) Tapi masih bingung dapet darimana? (Soalnya gua lupa rumusnya ahahahhaha)

        • Nyaris 🙂 Dikit lagi. Kalau dari perhitungan lo itu, harusnya jawabannya 1100 Watt. Di perhitungan lo itu lo lupa masukin massa jenis air = 1000 kg/m3. Jadi kalau dikali lagi sama massa jenis air, jadinya 1.100.000 watt atau 1100 kW.

          • Bimantara Hanumpraja

            Eh bisa deng pake turunan rumus:
            Karena P berbanding lurus sama Ep
            Jadi:
            P = W/t
            Karena W = Ep (karena satuannya sama, Joule)
            P = Ep/t
            P = m.g.h/t
            P = (rho.v).g.h/t
            P = rho.(v/t).g.h
            P = rho.Q.g.h

            (Ini asli gua mikir lagi, karena lo bilang "...Terutama karena lo udah mention Ep (energi potensial) di jawaban lo....", gua pikir, apa yaaa hubungannya Ep sama P??, eh ternyata dapet deh tuh rumus, Thanks)

          • Sip 🙂

  • Guest

    jawabannya 1.100.000 watt, nih jawaban saya 🙂

  • Salma Humaira

    "..setiap detik, matahari itu kehilangan 4.260.000.000 kg massanya gara-gara reaksi fusi ini."

    waah, masya Allah, berarti apakah mungkin pada suatu hari matahari akan hilang karena massanya telah habis? :O

    • Andi Syafrianda

      itulah kekuasaan tuhan
      sudah memperhitungkan itu semua
      sebelum kita mengetahui yang sebenarnya

    • Yup. Seperti bintang-bintang yang lain, matahari juga pastinya akan nggak ada lagi. Tapi santai aja. Umur dia sekarang udah 4,6 miliar tahun dan masih akan tetep ada di situ mungkin sampai 2,8 miliar tahun lagi.

      Btw, baca ini juga: https://www.zenius.net/blog/4050/resensi-cosmos-episode-1

      • Salma Humaira

        oooh.. keren jg bisa ngukur umur bintang ^_^

        okee

  • Hafidh Rendyanto

    Eh, mau nanya. ada ga sih hubungannya percepatan benda jatuh kebawah sama percepatan gravitasinya, ini ada hubungannya sama hubungan Ep-Ek, kalo ada yang tau tolong jawab ya, makasih.

    • Ada tentunya. Semua benda kalau dijatuhkan dari ketinggian tertentu, akan ngerasain percepatan sebesar g = 10 m/s2.

      Btw, udah baca ini belum?
      https://www.zenius.net/blog/621/gravitasi-yang-mana-yang-jatuh-duluan

      • Hafidh Rendyanto

        Tapi kenapa rumus Ek= 1/2m.v^2= 1/2m.a.s, bukanya itu sama aja Ek=1/2Ep?

        *Ep= m.g.h= m.a.s(g=a, h=s)
        **v^2= s.s/t.t

        Kalau saya salah mohon diluruskan, maklum baru kelas 9.

        • Nah itu salahnya di v = s/t. Rumus itu hanya berlaku kalau v-nya konstan. Kalau gerak jatuh bebas kan v-nya ga konstan. Tapi arah pertanyaan lo udah bagus sih. Inget, gerak jatuh bebas itu GLBB (gerak lurus berubah beraturan). Percepatannya konstan (sebesar g), tapi kecepatannya ga konstan.

          • Hafidh Rendyanto

            Ohh iya, bener juga sih ka. Jadi kecepatan gerak jatuh bebas selalu bertambah, karena percepatannya tetap, makanya harus ada 1/2 didepanya?

          • Iya, yang pasti nggak bisa pakai v = s/t. Kalau masalah 1/2 di depannya itu, di kelas 9 belum belajar sih. Penurunannya pakai konsep integral (materi kelas 12).

            Kalau lo doyan ngulik-ngulik, boleh nih nonton materi di sini:

            Tentang GLB dan GLBB di kelas 10 SMA: https://www.zenius.net/c/1585/gerak-lurus-teori

            Tentang Usaha dan Energi di kelas 11 SMA:
            https://www.zenius.net/c/1594/usaha-dan-energi-teori

            Lebih advanced lagi tentang GLB dan GLBB pakai konsep turunan dan integral
            https://www.zenius.net/cg/270/bab-1-kinematika-dengan-analisis-vektor (bagian gerak parabola dan setelahnya nggak perlu ditonton)

            Sebagian materi di situ udah lo pelajarin waktu SMP kok. Cuma sedikit lebih advanced aja.

          • Hafidh Rendyanto

            Oke ka, ntar sya liat. Makasih ka!

  • Hafidh Rendyanto

    oh ya, satu lagi, "atom-atom hidrogen bergabung menjadi atom helium" terus ntar atom helium bakal jadi apa?

    • Tetep jadi Helium sih. Makanya jumlah Hidrogen di matahari selalu berkurang sementara jumlah Helium terus bertambah. Siap-siap ngungsi ke planet lain kalau matahari kehabisan Hidrogen 🙂 *just kidding.. itu nggak akan habis sampai miliaran tahun lagi*

  • ali romadhoni

    massa jenis air= 1000 kg/m^3 ----->> massa air/detik= 10.000 kg
    Energi yang dihasilkan/ detik= mgh=10.000x10x20=2.000.000 joule=2.000.000watt=2000 kW
    maka daya yang dihasilkan generator= 2000x55%= 1100 kW
    jadi jawabannya 1100 kW

  • ryuzaki

    apa tuhan itu energi juga?

  • Lana Khaniieva

    Wuuih, keren kak. Tp satu hal yg aku gak ngerti, reaksi fusi itu gimana? Ngubah hidrogen jadi helium? Emang bisa?

  • Akhmadi Waridyanto

    Kalau di ranah ilmu Teknik Kimia konsep ini ditemukan di Neraca Massa dan Neraca Energi ama Termodinamika 1 🙂

  • Mochtar Hidayat

    bang wisnu bikin blog tentang penemuan konstruksi sosrobahu oleh armahum ir. tjokorda dong, penerapan hukum pascal-nya sederhana tapi keren loh hehe

  • Faisal Malik

    Ka, klo saya bilang Massa adalah energi yang terkonsentrasi itu bener atau ngga? Takut salah konsep nich

  • Imam Fauzan

    ka saya masih belum paham dengan teori diatas, jadi sebenrnya energi itu dapat diciptakan atau dihilangkan gak ? bisa kasihcontoh yang lebih simple lagi biar saya mengerti ?

  • "setiap detik, matahari itu kehilangan 4.260.000.000 kg massanya"
    tapi yg gue tau dari rutinitas gue membaca artikel tentang astronomi, matahari membesar dan bahkan akan menelan bumi seiring nya waktu. Kehilangan massa kok malah membesar?
    Bisa dijelaskan?
    Thanks.