Energi kinetik adalah energi gerak — kapasitas benda bergerak untuk melakukan usaha. Kalkulator ini menghitungnya dari massa dan kecepatan, menyelesaikan persamaan mundur yang sama untuk massa atau kecepatan, dan melaporkan momentum di sampingnya. Di bawah ini adalah cara kerja rumusnya, mengapa kecepatan dikuadratkan, dan di mana model sederhana tersebut berhenti diterapkan.
Cara kerja kalkulator energi kinetik
Kalkulator menerapkan relasi klasik KE = ½mv². Pertama-tama, satuan apa pun yang Anda masukkan akan diubah — kilogram atau pon untuk massa, m/s, km/jam, mph, atau ft/s untuk kecepatan — menjadi satuan dasar SI (kilogram dan meter per detik), menghitung energi dalam joule, lalu mengonversi jawabannya menjadi satuan keluaran yang Anda pilih. Momentum, p = mv, dihitung dengan cara yang sama.
Karena rumus ini tepat untuk objek apa pun yang bergerak jauh di bawah kecepatan cahaya, satu-satunya sumber kesalahan adalah masukan dan pembulatan Anda. Konversi satuan menggunakan definisi yang tepat (1 pon = 0,453592 37 kg, 1 mph = 0,447 04 m/s, 1 Kalori makanan = 4,184 J).
Mengapa kecepatan dikuadratkan
Suku kuadrat adalah ciri terpenting energi kinetik. Menggandakan kecepatan suatu benda tidak berarti menggandakan energinya — energinya meningkatkan empat kali lipat. Meningkatkan kecepatan tiga kali lipat akan melipatgandakan energi sembilan kali lipat. Hal ini berasal langsung dari teorema usaha-energi: percepatan suatu benda memerlukan gaya yang diterapkan pada suatu jarak, dan pada kecepatan yang lebih tinggi Anda menempuh jarak yang lebih jauh per satuan waktu, sehingga lebih banyak usaha yang terakumulasi.
Inilah mengapa kecepatan di jalan raya sangat penting bagi keselamatan. Sebuah mobil dengan kecepatan 70 mph membawa empat kali energi yang dimilikinya pada kecepatan 35 mph, sehingga rem harus membuang energi empat kali lebih banyak dan jarak berhenti kira-kira empat kali lipat. Bagan KE-vs-kecepatan di tab Kalkulator menunjukkan kurva kuadrat ini secara langsung.
Energi kinetik vs energi potensial vs momentum
Energi kinetik (½mv²) adalah energi gerak; energi potensial (untuk gravitasi, mgh) adalah energi posisi yang tersimpan. Saat sebuah benda jatuh, energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik, itulah sebabnya benda yang dijatuhkan mengalami percepatan. Keduanya dapat dipertukarkan, dan jumlah keduanya (mengabaikan gesekan) adalah kekal.
Momentum (mv) sering disalah artikan sebagai energi kinetik namun mempunyai sifat yang berbeda: kecepatannya linier, memiliki arah, dan kekal dalam tumbukan. Sebuah truk berat yang merangkak perlahan dapat mempunyai momentum yang besar tetapi energi kinetiknya kecil; sebuah peluru mempunyai momentum yang kecil tetapi, terkonsentrasi di area yang kecil, memiliki banyak energi untuk menembusnya. Kalkulator menampilkan keduanya sehingga Anda dapat membandingkannya.
Batasan dan kasus tepi
Rumus ½mv² adalah pendekatan non-relativistik. Pada kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, energi sebenarnya diremehkan dan ekspresi relativistik diperlukan — namun untuk objek sehari-hari (mobil, bola, peluru) kesalahannya dapat diabaikan. Rumusnya juga memperlakukan benda sebagai massa titik; benda yang berputar juga mempunyai energi kinetik rotasi (½Iω²) yang tidak termasuk dalam kalkulator ini.
Kasus tepi yang ditangani kalkulator dengan rapi: kecepatan nol menghasilkan energi kinetik nol untuk massa berapa pun; Anda tidak dapat mencari massa dari kecepatan nol (setiap massa menghasilkan energi nol, sehingga massa tidak terdefinisi); dan energi negatif ditolak karena ½mv² selalu positif. Kecepatan negatif memberikan energi yang sama dengan kecepatan positifnya, karena yang penting hanyalah besarnya.