Energi mekanis

Dalam ilmu fisika, energi mekanis atau tenaga mekanis adalah hasil penjumlahan energi potensial dan energi kinetis. Energi ini diasosiasikan dengan gerak dan posisi dari sebuah objek. Asas energi mekanik mengatakan bahwa dalam sebuah sistem terisolasi dimana hanya ada gaya konservatif maka besarnya energi mekanik adalah konstan. Jika suatu benda bergerak dalam arah berlawanan dari gaya konservatif, maka energi potensial naik dan jika kecepatan (bukan kelajuan) objek berubah, maka energi kinetiknya juga berubah. Namun, dalam semua sistem yang sesungguhnya, gaya non konservatif seperti gaya gesek akan muncul, tapi sering kali nilainya diabaikan. Hal ini membuat nilai energi mekanik dapat dianggap konstan. Dalam tumbukan elastis, energi mekanik akan disimpan namun dalam tumbukan nonelastis, beberapa energi mekanik berubah menjadi panas. Hubungan antara hilangnya energi mekanik (disipasi) dan naiknya suhu ditemukan oleh James Prescott Joule.^[1]

Banyak alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik dari dan ke bentuk energi lainnya, seperti motor listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, generator listrik mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dan mesin uap mengubah panas menjadi energi mekanik.

Energi adalah besaran skalar dan energi mekanik dari sebuah sistem adalah jumlah energi potensial yang diukur dari posisi sistem. Energi kinetik juga disebut sebagai energi gerak:^[2][3]

${\displaystyle E_{\mathrm {mekanik} }=U+K\,}$

Energi potensial, U, tergantung dari posisi objek terhadap gaya konservatif. Didefinisikan sebagai kemampuan objek untuk melakukan kerja dan nilainya naik apabila objek bergerak pada arah berlawanan dari gaya.^{[nb 1][2]} Jika F melambangkan gaya konservatif dan x posisi, energi potensial antara 2 posisi x₁ dan x₂ didefinisikan sebagai integral negatif F dari x₁ sampai x₂:^[5]

${\displaystyle U=-\int \limits _{x_{1}}^{x_{2}}{\vec {F}}\cdot d{\vec {x}}}$

Energi kinetik, K, bergantung dari kelajuan objek dan kemampuan objek bergerak untuk melakukan kerja pada objek lainnya ketika bertumbukan dengan objek tersebut.^{[nb 2][9]} Didefinisikan sebagai setengah dikali massa dikali kuadrat kecepatan benda, total energi kinetik sebuah sistem adalah jumlah semua energi kinetik dari objek yang ada:^[2][10]

${\displaystyle K={1 \over 2}mv^{2}}$

Asas kekekalan energi mekanik menyatakan bahwa jika sebuah benda/sistem hanya dikenai gaya konservatif, maka besarnya energi mekanik adalah konstan.^[11] Perbedaan antara gaya konservatif dan non-konservatif adalah ketika gaya konservatif memindahkan suatu objek dari satu titik ke titik lainnya, kerja yang dihasilkan dari gaya konservatif tidak tergantung lintasan. Sebaliknya, ketika gaya non-konservatif bekerja pada objek, kerja yang dihasilkan oleh gaya non konservatif tergantung lintasan.^[1][12]

Asas kekekalan energi mekanik adalah sebuah asas dalam mekanika yang menyatakan bahwa jumlah energi mekanik selalu konstan. Dalam asas ini, energi kinetik dan energi potensial saling menggantikan sehingga jumlah energi mekanik secara keseluruhan tetap sama dan tidak berubah. Asas kekekalan energi mekanik merupakan hasil pengembangan dari konsep usaha dan energi kinetik. Dalam asas kekekalan energi usaha tidak dinyatakan dalam satuan daya. Asas kekekalan energi mekanik digunakan untuk menganalisa gerakan suatu benda tanpa dipengaruhi oleh faktor lingkungan di luar benda tersebut. Analisis dilakukan dengan menghitung besarnya perubahan energi dari benda tersebut.^[13]

Pengelompokan energi ke dalam beberapa "jenis" kerap mengikuti batasan-batasan cabang pengkajian ilmu pengetahuan alam.

• Energi kimia, sejenis energi potensial yang tersimpan di dalam ikatan kimia; dikaji di dalam ilmu kimia.^[14]
• Energi nuklir, energi yang disimpan di dalam interaksi antar-partikel di dalam inti atom; dikaji di dalam fisika nuklir.^[15]
• Energi elektromagnetis, di dalam bentuk muatan listrik, medan magnet, dan foton; dikaji di dalam elektromagnetisme.^[16][17]
• Berbagai bentuk energi di dalam mekanika kuantum; misalnya, tingkat energi elektron di dalam sebuah atom.^[18][19]