Pengertian Hukum kekekalan energi

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi dari sebuah sistem tertutup itu tidak berubah—ia akan tetap sama. Energi tersebut tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan oleh manusia ; namun ia dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Contohnya, energi kimia dapat diubah menjadi energi kinetik dalam ledakan dinamit.

Hukum Kekekalan Energi (Hukum I Termodinamika) berbunyi, “Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tetapi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan (konversi energi).”

Dalam kehidupan kita sehari‐hari terdapat banyak jenis energi. Selain energi potensial dan energi kinetik pada benda‐benda biasa (skala makroskopis), terdapat juga bentuk energi lain. Ada energi listrik, energi panas, energi kimia yang tersimpan dalam makanan dan bahan bakar, energi nuklir, dan lain – lain.

Energi tersebut dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. misalnya ketika dirimu menyalakan lampu neon, pada saat yang sama terjadi perubahan energi listrik menjadi energi cahaya. Contoh lain adalah perubahan energi listrik menjadi energi panas (setrika), energi listrik menjadi energi gerak (kipas angin) dll. Proses perubahan bentuk energi ini sebenarnya disebabkan oleh adanya perubahan antara energi potensial dan energi kinetik pada tingkat atom.

Pada tingkat makroskopis, kita juga bisa menemukan begitu banyak contoh perubahan energi. Buah mangga yang menggelayut di tangkainya memiliki energi potensial. Pada saat buah mangga jatuh ke tanah, energi potensialnya berkurang sepanjang lintasan geraknya menuju tanah. Ketika mulai jatuh, energi potensial berkurang karena jarak vertikal buah mangga dari tanah makin kecil. Energi Potensial tersebut berubah bentuk menjadi Energi Kinetik karena kecepatan buah mangga bertambah akibat gravitasi yang bernilai konstan.

Pada saat hendak mencapai tanah, Energi Kinetik menjadi sangat besar, sedangkan Energi Potensial sangat kecil. Mengapa demikian ? semakin dekat dengan permukaan tanah, jarak buah mangga semakin kecil sehingga EP‐nya menjadi kecil. Sebaliknya, semakin mendekati tanah, Energi Kinetik semakin besar karena gerakan mangga makin cepat akibat adanya percepatan gravitasi yang konstan. Ketika tiba di permukaan tanah, energi potensial bernilai nol karena h = 0 sedangkan energi kinetik buah mangga menjadi bernilai maksimum. Contoh lain misalnya Energi potensial yang tersimpan pada ketapel yang diregangkan dapat berubah menjadi energi kinetik batu apabila ketapel kita lepas.

Hal yang luar biasa dalam fisika dan kehidupan kita sehari‐hari adalah ketika energi dipindahkan atau diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, tidak ada energi yang hilang dalam setiap proses tersebut. Ini adalah hukum kekekalan energi, sebuah prinsip yang penting dalam ilmu fisika.

Hukum kekekalan energi dapat kita nyatakan sebagai berikut :

“Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain dan dipindahkan dari satu benda ke benda yang lain tetapi jumlahnya selalu tetap. Jadi energi total tidak berkurang dan juga tidak bertambah.”

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Jumlah total Energi Kinetik dan Energi Potensial disebut Energi Mekanik. Ketika terjadi perubahan energi dari E_p menjadi E_k atau E_k menjadi E_p, walaupun salah satunya berkurang, bentuk energi lainnya bertambah. Misalnya ketika E_p berkurang, besar E_k bertambah. Demikian juga ketika E_k berkurang, pada saat yang sama besar E_p bertambah. Total energinya tetap sama, yakni Energi Mekanik. Sebelum kita tinjau HKE secara kuantitatif (penurunan persamaan matematis/rumus Hukum Kekekalan Energi), terlebih dahulu kita harus mempelajari tentang gaya‐gaya konservatif dan gaya tak konservatif karena gaya-gaya konservatif dan gaya tak konservatif berkaitan dengan hokum kekekalan energy mekanik dan dapat membantu kita lebih memahami apa itu hokum kekekalan energy mekanik.

Gaya–gaya konservatif dan Gaya‐gaya Tak Konservatif

Misalnya kita melemparkan sebuah benda tegak lurus ke atas. Setelah bergerak ke atas mencapai ketinggian maksimum, benda akan jatuh tegak lurus ke tanah (tangan kita). Ketika dilemparkan ke atas, benda tersebut bergerak dengan kecepatan tertentu sehingga ia memiliki energi kinetik (E_k= ½ mv²). Selama bergerak di udara, terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi potensial. Semakin ke atas, kecepatan bola makin kecil, sedangkan jarak benda dari tanah makin besar sehingga E_k benda menjadi kecil dan E_p‐nya bertambah besar.

Ketika mencapai titik tertinggi, kecepatan benda = 0, sehingga E_k juga bernilai nol. E_k benda seluruhnya berubah menjadi E_p, karena ketika benda mencapai ketinggian maksimum, jarak vertikal benda bernilai maksimum (E_p = mgh). Karena pengaruh gravitasi, benda tersebut bergerak kembali ke bawah. Sepanjang lintasan terjadi perubahan E_p menjadi E_k. Semakin ke bawah, E_p semakin berkurang, sedangkan E_k semakin bertambah. E_p berkurang karena ketika jatuh, ketinggian alias jarak vertikal makin kecil. E_k bertambah karena ketika bergerak ke bawah, kecepatan benda makin besar akibat adanya percepatan gravitasi yang bernilai tetap.

Kecepatan benda bertambah secara teratur akibat adanya percepatan gravitasi. Benda kehilangan E_k selama bergerak ke atas, tetapi E_k diperoleh kembali ketika bergerak ke bawah. Energi kinetik diartikan sebagai kemampuan melakukan usaha. Karena Energi kinetik benda tetap maka kita dapat mengatakan bahwa kemampuan benda untuk melakukan usaha juga bernilai tetap. Gaya gravitasi yang mempengaruhi gerakan benda, baik ketika benda bergerak ke atas maupun ketika benda bergerak ke bawah dikatakan bersifat konservatif karena pengaruh gaya tersebut tidak bergantung pada lintasan yang dilalui benda, tetapi hanya bergantung pada posisi awal dan akhir benda.