Energi Potensial: Pengertian, Jenis, Contoh, Rumus

Energi potensial adalah energi yang memengaruhi suatu benda karena kedudukan posisi benda tersebut.

Dalam menjalani kehidupan sehari-hari, aktivitas manusia dan benda-benda di sekeliling yang bisa digerakkan tentunya memerlukan energi.

Dirangkum dari buku Seri Sains: Energi (2020) dan sumber lainnya, berikut penjelasan lebih lanjut mengenai energi potensial, jenis-jenisnya, contoh, dan rumusnya.

Pengertian energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat adanya pengaruh tempat atau kedudukan dari benda tersebut.

Energi potensial disebut juga sebagai energi diam karena benda yang dalam keadaan diam dapat memiliki energi.

Apabila benda tersebut bergerak, benda akan mengalami perubahan potensial menjadi energi gerak (energi kinetik).

Jenis dan contoh energi potensial

Energi potensial terbagi ke dalam tiga jenis, yaitu energi potensial gravitasi, energi potensial elastis atau pegas, dan energi potensial listrik.

1. Energi potensial gravitasi

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh benda karena kedudukannya oleh permukaan bumi.

Contohnya energi potensial gravitasi yang dimiliki oleh suatu objek diangkat ke ketinggian tertentu. Ketika objek tersebut jatuh, energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik.

Contohnya:

• Air yang diangkat ke tangki air di atas tanah memiliki energi potensial gravitasi karena posisinya yang lebih tinggi dari permukaan tanah.
• Bola di atas bukit memiliki energi potensial gravitasi karena ketinggiannya.
• Air terjun yang mengalir dari kedudukan tinggi ke kedudukan rendah.

2. Energi potensial elastis

Energi potensial elastis atau pegas adalah energi yang terdapat pada benda-benda yang memiliki sifat elastis.

Energi potensial elastis terjadi karena adanya kecenderungan benda untuk tetap berada pada posisi semula.

Contohnya:

• Pegas yang diregangkan memiliki energi potensial elastisitas yang bisa dilepaskan saat pegas tersebut dilepaskan.
• Busur panah yang ditarik memiliki energi potensial elastisitas dalam tali busur.

3. Energi potensial listrik

Energi listrik adalah energi yang dimiliki benda karena adanya arus listrik. Energi listrik dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan manusia.

Misalnya menyalakan tv, komputer, lampu, hingga kebutuhan industri pabrik untuk menyalakan mesin-mesin produksi.

Contohnya:

• Muatan listrik di dalam kapasitor (komponen elektronik) memiliki energi potensial listrik yang dapat dilepaskan saat kapasitor dinyalakan.
• Balon karet yang diisi muatan listrik memiliki energi potensial listrik.

Rumus dan contoh soal energi potensial

Untuk mencari tahu berapa besaran energi potensial dari suatu benda, berikut rumus-rumusnya.

1. Energi potensial gravitasi (Ug):

Ug = m * g * h

• Ug adalah energi potensial gravitasi (dalam joule, J)
• m adalah massa objek (dalam kilogram, kg)
• g adalah percepatan gravitasi (sekitar 9,81 m/s² di permukaan bumi)
• h adalah ketinggian objek di atas permukaan referensi (dalam meter, m)

Contoh soal dan jawaban:

Soal: Sebuah bola dengan massa 0,5 kg diangkat ke ketinggian 10 meter di atas permukaan tanah. Hitunglah energi potensial gravitasi bola pada ketinggian tersebut.

Pembahasan: Kita dapat menggunakan rumus energi potensial gravitasi untuk menjawab soal ini.

Ug = m * g * h

Ug adalah energi potensial gravitasi (dalam joule, J).

m adalah massa bola (0,5 kg).

g adalah percepatan gravitasi (sekitar 9,81 m/s² di permukaan bumi).

h adalah ketinggian bola di atas permukaan tanah (10 meter).

Langkah-langkah perhitungan:

Masukkan nilai-nilai ke dalam rumus:

Ug = 0,5 kg * 9,81 m/s² * 10 m

Hitung hasilnya:

Ug = 4,905 J

Jawaban:

Energi potensial gravitasi bola pada ketinggian 10 meter di atas permukaan tanah adalah sekitar 4,905 joule.

2. Energi potensial elastis (Us):

Us = (1/2) * k * x^2

• Us adalah energi potensial elastisitas (dalam joule, J)
• k adalah konstanta pegas (dalam newton per meter, N/m)
• x adalah perubahan panjang atau deformasi pegas dari posisi keseimbangan (dalam meter, m)

Contoh soal dan jawaban:

Soal: Sebuah pegas dengan konstanta pegas (k) sebesar 200 N/m diregangkan sejauh 0,1 meter dari posisi keseimbangan. Hitunglah energi potensial elastis yang disimpan dalam pegas tersebut.

Pembahasan: Kita dapat menggunakan rumus energi potensial elastis untuk menjawab soal ini.

Us = (1/2) * k * x^2

Us adalah energi potensial elastis (dalam joule, J).

k adalah konstanta pegas (200 N/m).

x adalah perubahan panjang atau deformasi pegas dari posisi keseimbangan (0,1 meter).

Langkah-langkah perhitungan:

Masukkan nilai-nilai ke dalam rumus:

Us = (1/2) * 200 N/m * (0,1 m)^2

Hitung hasilnya:

Us = (1/2) * 200 N/m * 0,01 m^2

Us = 1 J

Jawaban:

Energi potensial elastis yang disimpan dalam pegas tersebut adalah sekitar 1 joule.

3. Energi potensial listrik (Uelektrik):

Uelektrik = (k * |q1 * q2|) / r

• Uelektrik adalah energi potensial listrik (dalam joule, J)
• k adalah konstanta elektrostatika (sekitar 9 x 10^9 N·m²/C²)
• q1 dan q2 adalah muatan listrik dua objek (dalam coulomb, C)
• r adalah jarak antara dua objek (dalam meter, m)

Contoh soal dan jawaban:

Soal: Dua muatan listrik, q1 dan q2, dipisahkan oleh jarak 2 meter. Muatan q1 adalah 3 µC (mikrokoulomb) dan muatan q2 adalah -5 µC. Hitunglah energi potensial listrik antara kedua muatan tersebut.

Pembahasan: Kita dapat menggunakan rumus energi potensial listrik untuk menjawab soal ini.

Uelektrik = (k * |q1 * q2|) / r

Uelektrik adalah energi potensial listrik (dalam joule, J).

k adalah konstanta elektrostatika (sekitar 9 x 10^9 N·m²/C²).

q1 dan q2 adalah muatan listrik dua objek (dalam coulomb, C).

r adalah jarak antara dua objek (2 meter).

Langkah-langkah perhitungan:

Masukkan nilai-nilai ke dalam rumus:

Uelektrik = (9 x 10^9 N·m²/C²) * |(3 x 10^(-6) C) * (-5 x 10^(-6) C)| / 2 m

Hitung hasilnya:

Uelektrik = (9 x 10^9) * (15 x 10^(-12)) / 2

Uelektrik = (9 x 10^(-3)) J

Uelektrik = 0.009 J

Jawaban:

Energi potensial listrik antara kedua muatan tersebut adalah sekitar 0.009 joule atau 9 mili-joule (mJ).

Itulah penjelasan mengenai energi potensial, lengkap dengan jenis-jenis, rumus, dan contoh soalnya.