Energi Potensial: Jenis, Rumus dan Contoh Soal

tugassains.com – Energi Potensial merupakan salah satu diantara jenis energi yang terdapat dalam fisika, melalui artikel ini kita akan belajar lebih jauh mengenai energi potensial.

Dimana kita akan belajar mengenai energi potensial mulai dari pengertiannya, jenis dan rumus yang digunakan serta contoh soal dengan pembahasan.

Energi Potensial

Pengertian Energi Potensial

Apa itu energi potensial? energi potensial adalah besar energi yang dimiliki oleh suatu benda akibat adanya kedudukan atau posisi keadaan dari benda tersebut.

Meskipun benda tersebut sedang diam atau tidak bergerak mereka memiliki energi karena kedudukan benda, misalnya pada buah mangga yang sedang menggantung dipohon memiliki energi potensial

Energi potensial memiliki satuan Joule atau biasanya disingkat dengan J.

Baca juga: Rumus Susunan Pegas Campuran dan Contoh Soal

Jenis dan Rumus Energi Potensial

Energi Potensial terbagi dalam tiga jenis yaitu energi potensial gravitasi, energi potensial listrik dan energi potensial pegas. Adapun penjelasan dan rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

Energi Potensial Gravitasi

Merupakan energi yang dimiliki oleh suatu benda yang terdapat disuatu ketinggian dan memiliki gaya gravitasi yang terjadi, dimana semakin besar nilai massa benda dan ketinggian posisi benda nilai energi potensial pegas semakin besar nilainya. Dapat dihitung sebagai persamaan berikut.

Ep = m.g.h

Keterangan:
Ep : Energi potensial gravitasi
m : massa benda dalam kilogram (kg)
g : tetapan gravitasi (9,8 m/s²)
h : tinggi posisi benda dalam meter (m)

Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik adalah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan dari satu titik menuju titik lainnya tanpa mengalami percepatan. Untuk menghitungnya kita dapat menggunakan rumus berikut.

Ep = k (q₁.q₂/r)

Keterangan:
Ep: Energi potensial listrik
k  : konstanta coulomb (9 × 10⁹ Nm²/C²)
q₁ : besar muatan 1 dalam Coulomb (C)
q₂ : besar muatan 2 dalam Coulomb (C)
r   : jarak antara muatan q₁ dan muatan q₂ dalam meter (m)

Saat menghitung ikut sertakan nilai positif atau negatif dari besar muatan yang akan dicari besar energi potensial listrik. Ketika nilai Ep bernilai positif maka muatan tersebut akan tolak menolak dan ketika nilai Ep negatif maka muatan akan saling tarik-menarik.

Perlu diketahui bahwa muatan akan saling tarik menarik ketika muatan yang dimiliki berbeda dan akan terjadi tolak-menolak ketika muatan sejenis, misalnya muatan -A akan saling tarik menarik dengan muatan +B dan akan terjadi penolakan ketika muatannya sejenis.

Energi Potensial Pegas

Setiap pegas menyimpan energi potensial dalam bentuk tegangan atau regangan dari pegas seperti per atau karet gelang. ketika suatu pegas terjadi regangan yang semakin besar maka akan semakin besar juga energi potensial yang disimpan oleh pegas tersebut.

Ep = 1/2 k.x²

Keterangan:
Ep : Energi potensial pegas
k : nilai konstanta pegas dalam Newton per meter (N/m)
x : perubahan panjang pegas dalam meter (m)

Persamaan dihitung dengan mengetahui nilai konstanta pegas dan perubahan panjang pegas sehingga dapat diketahui besar energi potensial pegas.

Baca juga: Rumus Adjoin Matriks dan Contoh Soal

Contoh Soal Energi Potensial

Berikut merupakan contoh soal energi potensial yang disertai dengan pembahasan sebagai bahan pembelajaran.

1. Buah pepaya seberat 700 gram berada dipohon setinggi 5 meter, jika tetapan gravitasi sebesar 9,8 m/s² hitunglah energi potensial yang dimiliki oleh buah pepaya dipohon tersebut?

Jawab
diketahui:
m = 700 gram (ubah ke kilogram)
m = 0,7 kg
g = 9,8 m/s² 
h = 5 m 

ditanya: Besar energi potensial yang dimiliki oleh buah pepaya dipohon?

penyelesaian: Dengan menggunakan rumus yang telah kita pelajari dengan melakukan perkalian terhadap massa, besar tetapan gravitasi dan ketinggian diperoleh nilai energi potensial sebesar.

Ep = m.g.h
= 0,7 × 9,8 × 5
= 34,3 Joule

2. Dua buah muatan yaitu masing-masing A dengan besar muatan +9×10^-4 Coulomb dan B dengan besar muatan -5×10^-4 Coulomb dengan jarak antar kedua muatan tersebut sebesar 10cm diilustrasikan seperti gambar berikut.

Contoh Soal Energi Potensial

Hitunglah besar energi potensial listrik yang terdapat pada kedua muatan tersebut (k = 9 × 10⁹ Nm²/C²)! 

Jawab
diketahui:
q_A = 9 × 10^-4 C
q_B = -5 × 10^-4 C
r = 10 cm (ubah ke dalam meter)
r = 0,1 m

ditanya: Besar energi potensial listrik yang terdapat pada muatan A dan B?

penyelesaian: Hitung dengan menggunakan rumus yang telah dipelajari dan perhatikan nilai positif dan negatif dari muatan saat perhitungan.

Ep = k (q₁.q₂/r)
Ep = (9 × 10⁹) ((9 × 10^-4)(-5 × 10^-4) / 0,1)
= (9 × 10⁹) ((-4,5 × 10^-7) / 0,1)
= (9 × 10⁹) (-4,5 ×10^-6)
= -40,5 × 10³ Joule 

Nilai negatif pada energi potensial listrik berarti muatan A dan B tersebut saling tarik menarik.

3. Sebuah pegas memiliki konstanta pegas sebesar 800 N/m diberikan beban sehingga terjadi regangan sepanjang 80cm. Berapa besar energi potensial yang dimiliki oleh pegas tersebut?

Jawab
diketahui:
k = 800 N/m
x = 80 cm (ubah dalam meter)
x = 0,8 m

ditanya: Berapa besar energi potensial yang dimiliki oleh pegas tersebut?

penyelesaian: Hitung besar energi potensial dari pegas tersebut sesuai dengan rumus yang telah kita pelajari.

Ep = 1/2 k.x² 
= 1/2 (800)(0,8)² 
= 400(0,64)
= 256 Joule

Baca juga: Rumus Perkalian Matriks dan Contoh Soal

Semoga bermanfaat.