Energi kinetis atau energi gerak (juga disebut energi kinetik) adalah energi yang dimiliki oleh sebuah benda karena gerakannya.



Energi kinetis sebuah benda sama dengan jumlah usaha yang diperlukan untuk menyatakan kecepatan dan rotasinya, dimulai dari rehat.

Setiap benda yang bergerak mempunyai energi. Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut Energi Kinetik. Atau secara bahasa mudahnya : energi kinetik itu energi yang sedang dilakukan pada benda yang bergerak.
Energi Kinetik
Setiap benda yang bergerak memiliki energi. Ketapel yang ditarik lalu dilepaskan sehingga batu yang berada di dalam ketapel meluncur dengan kecepatan tertentu. Batu yang bergerak tersebut memiliki energi. Jika diarahkan pada ayam tetangga maka kemungkinan besar ayam tersebut lemas tak berdaya akibat dihajar batu. Pada contoh ini batu melakukan kerja pada ayam ;) Kendaraan beroda yang bergerak dengan laju tertentu di jalan raya juga memiliki energi kinetik. Ketika dua buah kendaraan yang sedang bergerak saling bertabrakan, maka bisa dipastikan kendaraan akan digiring ke bengkel untuk diperbaiki. Kerusakan akibat tabrakan terjadi karena kedua mobil yang pada mulanya bergerak melakukan usaha / kerja satu terhadap lainnya. Ketika tukang bangunan memukul paku menggunakan martil, martil yang digerakan tukang bangunan melakukan kerja pada paku.
Setiap benda yang bergerak memberikan gaya pada benda lain dan memindahkannya sejauh jarak tertentu. Benda yang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan kerja, karenanya dapat dikatakan memiliki energi. Energi pada benda yang bergerak disebut energi kinetik. Kata kinetik berasal dari bahasa yunani, kinetikos, yang artinya “gerak”. ketika benda bergerak, benda pasti memiliki kecepatan. Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda karena gerakannya atau kecepatannya.
Sekarang mari kita turunkan persamaan Energi Kinetik.
Untuk menurunkan persamaan energi kinetik, bayangkanlah sebuah benda bermassa m sedang bergerak pada lintasan lurus dengan laju awal vo.

Agar benda dipercepat beraturan sampai bergerak dengan laju v maka pada benda tersebut harus diberikan gaya total yang konstan dan searah dengan arah gerak benda sejauh s. Untuk itu dilakukan usaha alias kerja pada benda tersebut sebesar W = F s. Besar gaya F = m a.
Karena benda memiliki laju awal vo, laju akhir vt dan bergerak sejauh s, maka untuk menghitung nilai percepatan a, kita menggunakan persamaan vt2 = vo2 + 2as.

Kita subtitusikan nilai percepatan a ke dalam persamaan gaya F = m a, untuk menentukan besar usaha :

Persamaan ini menjelaskan usaha total yang dikerjakan pada benda. Karena W = EK maka kita dapat menyimpulkan bahwa besar energi kinetik translasi pada benda tersebut adalah :

W = EK = ½ mv2 —– persamaan 2

Persamaan 1 di atas dapat kita tulis kembali menjadi :
Persamaan 3 menyatakan bahwa usaha total yang bekerja pada sebuah benda sama dengan perubahan energi kinetiknya. Pernyataan ini merupakan prinsip usaha-energi. Prinsip usaha-energi berlaku jika W adalah usaha total yang dilakukan oleh setiap gaya yang bekerja pada benda. Jika usaha positif (W) bekerja pada suatu benda, maka energi kinetiknya bertambah sesuai dengan besar usaha positif tersebut (W). Jika usaha (W) yang dilakukan pada benda bernilai negatif, maka energi kinetik benda tersebut berkurang sebesar W. Dapat dikatakan bahwa gaya total yang diberikan pada benda di mana arahnya berlawanan dengan arah gerak benda, maka gaya total tersebut mengurangi laju dan energi kinetik benda. Jika besar usaha total yang dilakukan pada benda adalah nol, maka besar energi kinetik benda tetap (laju benda konstan).

Gerak yang berulang dalam selang waktu yang sama disebut Gerak Periodik. Gerak periodik ini selalu dapat dinyatakan dalam fungsi sinus atau cosinus, oleh sebab itu gerak periodik disebut Gerak Harmonik. Jika gerak yang periodik ini bergerak bolak-balik melalui lintasan yang sama disebut Getaran atau Osilasi.

Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu lintasan bolak-balik disebut Periode, sedangkan banyaknya getaran tiap satuan waktu disebut Frekwensi. Hubungan antara periode (T) dan frekwensi (f) menurut pernyataan ini adalah :

T = 1/f atau f = 1/T

Pengaruh gaya terhadap ayunan

Gaya yang berpengaruh pada ayunan adalah mg sinΘ. Gaya tegangan tali saling menghilangkan dengan komponen gaya mg cos Θ. Gaya ini merupakan gaya pemulih atau gaya pegas  sesuai hukum Hooke sebesar F= - kx , dan k=mω². Untuk sudut Θ yang kecil maka  sinΘ = x/ l, maka didapatkan  :
 

T= 2∏√l/g

Pengaruh Gaya Pada Getaran Pegas

Benda bermassa m digantungkan pada ujung pegas, pegas bertambah panjang. Dalam keadaan seimbang, gaya berat w sama dengan gaya pegas F, resultan gaya sama dengan nol, beban diam. Bila beban disimpangkan dan dilepas maka pegas akan bergetar bergetar.

Gaya pegas merupakan gaya penggerak pada pegas tersebut, besarnya sesuai Hukum Hooke adalah:.

F = - k y             ;  k  tetapan pegas, dan y adalah simpangan pegas

Karena ω²= k/m  maka diperoleh : T =  2∏√m/k

Energi kinetik getaran selaras (E_K) suatu titik bermasa m dengan kecepatan v_y dapat dinyatakan secara matematis :
E_{K = ½} m V_y² atau E_{K = ½} m ω²A² cos ² ωt
Sedangkan energi potensial (Ep ) getaran selaras dinyatakan dengan:
Ep _{= ½} k Y² atau Ep _{= ½} m ω²A² sin ² ωt
Jumlah energi kinetik dan energi potensial adalah energi mekanik (Em).
Dari kedua persamaan didapatkan
Em = E_{K +} Ep = _½ m ω²A² cos ² ωt + _½ m ω²A² sin ² ωt
Em = _½ m ω²A²
Karena m, ω, A konstan , maka Em = konstan
pernyataan ini disebut Hukum Kekekalan Energi Mekanik getaran selaras

Percepatan getaran selaras didapatkan dengan menurunkan kecepatan terhadap waktu t

a_y = dV_y/dt

     = d(ωA cos ωt )/dt 

a_y = - ω²A sin ωt

atau     

a_y = -ω ² Y                                 

Sudut  Fase

Besar sudut dalam fungsi sinus, yaitu (ωt + θo) disebut sudut fase θ (θ dalam radian), sehingga

θ = ωt + θo =2πt/T +θo

 

Fase 

Persamaan θ = ωt + θo =2πt/T +θo dapat ditulis menjadi

θ = 2π(t/T+θo) = 2πφ, dengan φ dinamakan fase getaran. Jadi, fase getaran adalah φ = t/T + θo/2π

Selisih fase atau beda fase pada saat t = t₁ dan t = t₂ untuk t₂ > t₁ adalah

∆φ = φ₁ - φ₂ = (t₂-t₁)/T

Beda fase dalam gerak harmonik dinyatakan dengan nilai dari nol sampai dengan satu. Bilangan bulat dalam beda fase dapat dihilangkan, karenanya beda fase 1 1/3 , 2 ½ , 3 ¼ , dan seterusnya sama dengan fase 1/3 , ½ , ¼ , dan seterusnya.

∆φ = 0,1,2,3,... atau ∆φ = n

Dua kedudukan benda dinamakan sefase apabila beda fasenya nol dan berlawanan fase apabila beda fasenya setengah. Secara matematis dituliskan bahwa keadaan sefase

Berlawanan fase ∆φ = ½ , 1 ½ , 2 ½ ,...atau ∆φ = n+ ½

n adalah bilangan cacah 0,1,2,3,...

Kecepatan merupakan turunan pertama terhadap waktu dari simpangan.Untuk benda yang pada saat awal θo = 0, kecepatan sesaat diperoleh dari turunan pertama  persamaan simpangan sebagai berikut

V_y = dY/dt =d(Asin ωt)/dt

                                      V_y = ωA cos ωt

Dari persamaan  V_y/ω = A cos ωt dan Y² = A² -A² cos ² ωt , sehingga

Y²= A² - v_y²/ω²           

                        ω²y² = ω² A² -v_y²                                          

    V_y²= ω² (A² - y²)                

                                     V_y = ω√(A²-y²)