Kalkulator tersimpan
Kalkulator tersimpan
Fisika

Kalkulator energi potensial gravitasi

Laporkan bug

Bagikan kalkulator

Tambahkan kalkulator gratis kami ke situs web Anda

Harap masukkan URL yang valid. Hanya URL HTTPS yang didukung.
Gunakan sebagai nilai default untuk kalkulator yang dibenamkan apa yang saat ini ada dalam bidang input kalkulator di halaman.
Warna fokus pinggiran input, warna kotak switch yang dicentang, warna hover item yang dipilih dll.
Harap setujui Syarat Penggunaan.
Prévisualisation

Simpan kalkulator

Apa itu energi potensial gravitasi?

Energi potensial gravitasi (GPE) adalah energi yang dimiliki suatu objek karena posisinya dalam medan gravitasi. Ini mewakili kerja yang dilakukan melawan gravitasi untuk mengangkat objek ke ketinggian tertentu. Misalnya, mengangkat buku ke rak meningkatkan GPE-nya, yang kemudian dapat diubah menjadi energi kinetik jika buku tersebut jatuh. Konsep ini mendasar dalam fisika, teknik, dan skenario sehari-hari seperti pembangkit listrik tenaga air.

Rumus energi potensial gravitasi

Energi potensial gravitasi suatu objek di dekat permukaan Bumi dihitung menggunakan rumus:

U=mghU = mgh

Di mana:

  • UU: Energi potensial gravitasi (dalam joule, J)
  • mm: Massa objek (dalam kilogram, kg)
  • gg: Percepatan karena gravitasi (9,81 m/s29,81 \, \text{m/s}^2 di Bumi)
  • hh: Tinggi di atas titik referensi (dalam meter, m)

Konteks historis

Konsep energi potensial gravitasi berasal dari hukum gravitasi universal Isaac Newton (1687). Kemudian, teori relativitas umum Albert Einstein mendefinisikan ulang gravitasi sebagai kelengkungan ruangwaktu, tetapi persamaan Newton masih banyak digunakan untuk perhitungan praktis di dekat permukaan Bumi.

Rincian rumus dengan contoh

Contoh 1: Perhitungan dasar

Masalah: Sebuah buku teks 2 kg ditempatkan di rak 1,5 meter di atas tanah. Hitung GPE-nya.

Solusi:

U=mgh=2 kg×9,81 m/s2×1,5 m=29,43 JU = mgh = 2 \, \text{kg} \times 9,81 \, \text{m/s}^2 \times 1,5 \, \text{m} = 29,43 \, \text{J}

Contoh 2: Gravitasi bervariasi

Masalah: Buku teks yang sama dibawa ke Mars, di mana g=3,71 m/s2g = 3,71 \, \text{m/s}^2. Hitung GPE-nya di ketinggian yang sama.

Solusi:

U=2 kg×3,71 m/s2×1,5 m=11,13 JU = 2 \, \text{kg} \times 3,71 \, \text{m/s}^2 \times 1,5 \, \text{m} = 11,13 \, \text{J}

Contoh 3: Aplikasi skala besar

Masalah: Bendungan Hoover menahan sekitar 3,5 juta meter kubik air pada ketinggian rata-rata 180 meter. Hitung total GPE (densitas air = 1 000 kg/m31\,000 \, \text{kg/m}^3).

Solusi:

  1. Massa air: 3,5×106 m3×1 000 kg/m3=3,5×109 kg3,5 \times 10^6 \, \text{m}^3 \times 1\,000 \, \text{kg/m}^3 = 3,5 \times 10^9 \, \text{kg}
  2. GPE: 3,5×109 kg×9,81 m/s2×180 m=6,21×1012 J3,5 \times 10^9 \, \text{kg} \times 9,81 \, \text{m/s}^2 \times 180 \, \text{m} = 6,21 \times 10^{12} \, \text{J}

Aplikasi energi potensial gravitasi

  1. Pembangkit listrik tenaga air: Air yang disimpan di reservoir mengubah GPE menjadi energi kinetik, menggerakkan turbin.
  2. Roller Coaster: GPE di puncak bukit berubah menjadi energi kinetik selama penurunan.
  3. Aerospace: Para insinyur menghitung kebutuhan bahan bakar berdasarkan perubahan GPE selama peluncuran roket.

Kesalahpahaman umum

  • Mitos: “GPE hanya bergantung pada ketinggian.”
    Kenyataannya: GPE bergantung pada massa, gravitasi, dan ketinggian. Menggandakan ketinggian menggandakan GPE hanya jika faktor lainnya tetap konstan.
  • Mitos: “GPE selalu positif.”
    Kenyataannya: Jika titik referensi (misalnya, permukaan tanah) diatur di bawah objek, GPE bisa negatif.

Perbandingan dengan bentuk energi lain

Jenis energiRumusPerbedaan utama
Energi potensial gravitasiU=mghU = mghBergantung pada ketinggian dan gravitasi
Energi kinetikKE=12mv2KE = \frac{1}{2}mv^2Bergantung pada kecepatan, bukan posisi
Energi potensial elastisU=12kx2U = \frac{1}{2}kx^2Timbul dari deformasi, bukan ketinggian

Catatan untuk perhitungan yang akurat

  1. Satuan: Gunakan selalu kilogram untuk massa, meter untuk ketinggian, dan m/s2\text{m/s}^2 untuk gravitasi.
  2. Titik referensi: Tetapkan h=0h = 0 secara konsisten (misalnya, permukaan tanah).
  3. Gravitasi bervariasi: Untuk aplikasi luar angkasa, gunakan g=GMr2g = \frac{GM}{r^2}, di mana GG adalah konstanta gravitasi, MM adalah massa planet, dan rr adalah jarak dari pusat.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Bagaimana cara menghitung energi potensial gravitasi di Mars?

Gunakan rumus U=mghU = mgh, menggantikan g=3,71 m/s2g = 3,71 \, \text{m/s}^2. Untuk rover 50 kg yang dinaikkan 10 meter:

U=50 kg×3,71 m/s2×10 m=1 855 JU = 50 \, \text{kg} \times 3,71 \, \text{m/s}^2 \times 10 \, \text{m} = 1\,855 \, \text{J}

Mengapa energi potensial gravitasi meningkat dengan ketinggian?

Kerja diperlukan untuk memindahkan objek melawan gravitasi. Semakin tinggi objek, semakin banyak kerja yang disimpan sebagai GPE.

Bisakah energi potensial gravitasi negatif?

Ya, jika titik referensi ditetapkan di atas objek. Misalnya, satelit 1,000 kg 5 meter di bawah tingkat referensi stasiun luar angkasa:

U=1 000 kg×9,81 m/s2×(−5 m)=−49 050 JU = 1\,000 \, \text{kg} \times 9,81 \, \text{m/s}^2 \times (-5 \, \text{m}) = -49\,050 \, \text{J}

Bagaimana pengaruh penggandaan massa atau tinggi terhadap GPE?

Menggandakan massa atau tinggi menggandakan GPE. Menggandakan keduanya mengempatkan GPE:

Ubaru=2m×g×2h=4mgh=4UU_{\text{baru}} = 2m \times g \times 2h = 4mgh = 4U

Berapa GPE orang seberat 70 kg yang berdiri di tangga setinggi 4 meter?

U=70 kg×9,81 m/s2×4 m=2 746,8 JU = 70 \, \text{kg} \times 9,81 \, \text{m/s}^2 \times 4 \, \text{m} = 2\,746,8 \, \text{J}

Kalkulator serupa

Kebijakan Privasi Syarat Penggunaan