Menentukan Ketinggian Benda saat Mencapai 3 Kali Energi Potensialnya

KOMPAS.com - Ketinggian suatu benda berhubungan dengan energi potensial yang dialami benda tersebut. Bagaimanakah penerapannya dalam menyelesaiakan suatu kasus? Berikut akan kita bahas bersama.

Soal dan Pembahasan

Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian h. Pada suatu saat energi kinetiknya mencapai 3 kali energi potensialnya. Tentukan tinggi benda pada saat itu!

Dikutip dari situs Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia, pengertian energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (kerja) atau melakukan suatu perubahan.

Baca juga: Energi: Pengertian, Jenis, Satuan, Hukum Kekekalan Energi

Dilansir dari Sears and Zemansky's University Physics (2002) oleh Young dan Freedman, energi potensial disebut juga sebagai energi yang terkait dengan posisi suatu sistem, tetapi bukan gerak sistem tersebut.

Adapun persamaan untuk menentukan energi potensial suatu benda atau partikel adalah:

Ep = mgh

Keterangan:

Ep = energi potensial (joule),
m = massa (kg),
g = percepatan gravitasi (m/s²),
h = ketinggian (m).

Sekarang mari kita selesaikan permasalahan pada soal di atas.

Diketahui:

Ketinggian (h) = h,
Energi kinetik (Ek') = 3Ep'.

Baca juga: Konsep Energi dan Kemampuan Melakukan Usaha

Ditanyakan:

Ketinggian benda' (h).

Penyelesaian:

Ketika benda dijatuhkan, maka energi mekanik sama dengan energi potensial.
Em = Ep = mgh

Ketika terdapat energi kinetik, maka energi mekanik sama dengan penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik.
Em = Ep' + Ek'
Ep = Ep' + 3Ep'
Ep = 4Ep'
mgh = 4(mgh')
h = 4 h'
h' = 1/4 h

Sehingga ketinggian benda pada saat energi kinetiknya mencapai 3 kali energi potensialnya adalah 1/4 ketinggian semula.