Seseorang mengayuh sepeda naik bukit Walaupun energi potensialnya bertambah, dia merasa kelelahan

Seseorang mengayuh sepeda naik bukit. Walaupun energi potensialnya bertambah, dia merasa kelelahan. Mengapa hukum kekekalan energi tetap berlaku dan ke mana perginya energi tambahan yang digunakan tubuhnya?

Seseorang mengayuh sepeda naik bukit. Walaupun energi potensialnya bertambah, dia merasa kelelahan karena tubuhnya mengubah energi kimia (dari makanan/ATP) menjadi berbagai bentuk energi lain, dan proses itu tidak 100% efisien.

Mengapa Hukum Kekekalan Energi Tetap Berlaku?

Hukum kekekalan energi mengatakan energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya berubah bentuk dan berpindah antar sistem. Pada kasus ini, jika kita hitung total energi pada sistem (tubuh + sepeda + udara + jalan + lingkungan sekitar), jumlahnya tetap.

Yang sering bikin terlihat “tidak kekal” adalah karena kita cuma fokus pada satu bentuk energi (misalnya energi potensial gravitasi), padahal ada banyak bentuk lain yang ikut terbentuk.

Ke Mana Perginya Energi Tambahan Dari Tubuh?

Energi kimia yang dipakai tubuh saat mengayuh terbagi menjadi beberapa “pos” berikut:

1) Menambah Energi Potensial Gravitasi

Saat naik bukit, pusat massa (pengendara + sepeda) naik setinggi (h). Energi potensial bertambah sebesar:

$$\Delta U=mgh$$

Inilah bagian energi yang “tersimpan” sebagai energi potensial.

2) Hilang Sebagai Panas Karena Efisiensi Otot Tidak 100%

Otot manusia tidak bisa mengubah seluruh energi kimia menjadi kerja mekanik. Sebagian besar berubah jadi energi panas di tubuh. Panas ini kemudian dilepas lewat:

• peningkatan suhu tubuh

• keringat dan penguapan

• aliran darah yang membawa panas ke kulit

Inilah salah satu alasan utama kalian merasa lelah dan panas.

3) Panas Akibat Gesekan Dan Hambatan

Kerja yang kalian lakukan juga “bocor” ke lingkungan melalui:

• gesekan ban dengan jalan (rolling resistance)

• gesekan pada rantai, gear, bearing

• hambatan udara (drag) yang mengubah energi menjadi turbulensi dan panas di udara

Energi-energi ini tidak hilang, tetapi berubah menjadi energi internal (panas) pada sepeda, jalan, dan udara.

4) Sedikit Menjadi Energi Kinetik (jika Kecepatan Berubah)

Kalau saat naik bukit kalian mempercepat, ada tambahan:

$$\Delta K=\frac{1}{2}m(v^2-v^1)$$

Namun seringnya di tanjakan kecepatan konstan atau menurun, jadi kontribusinya kecil.

Jadi, Kenapa Tetap Capek?

Karena untuk menaikkan $mgh$ ditambah mengatasi semua rugi-rugi di atas, tubuh harus “membakar” lebih banyak energi kimia. Sebagian energi memang menjadi $mgh$, tetapi sebagian besar menjadi panas dan rugi gesekan. Kelelahan muncul karena:

• energi kimia (cadangan glikogen/ATP) berkurang

• otot bekerja keras dan menghasilkan panas serta produk metabolisme

• sistem tubuh harus menjaga suhu dan suplai oksigen

Ringkasan Cepat

Energi kimia tubuh → kerja mengayuh → bertambahnya energi potensial + panas tubuh + panas karena gesekan + energi pada udara/jalan. Total energi sistem tetap, sehingga hukum kekekalan energi tetap berlaku.