Pengertian Usaha, Rumus, Contoh Soal, dan Pembahasannya
Gurubagi.com. Usaha merupakan salah satu dasar dalam perhitungan fisika. Usaha atau kerja (dilambangkan dengan W dari Bahasa Inggris Work) adalah energi yang disalurkan gaya ke sebuah benda sehingga benda tersebut bergerak.
Di dalam ilmu fisika, usaha adalah ukuran perpindahan energi yang terjadi ketika suatu benda dipindahkan pada jarak tertentu oleh gaya eksternal setidaknya sebagian yang diterapkan dalam arah perpindahan.
Dengan kata lain usaha merupakan gaya yang dilakukan dalam memindahkan benda sejauh perpindahan dari benda tersebut.
Usaha yang dilakukan pada suatu benda dicapai tidak hanya dengan memindahkan benda secara keseluruhan dari satu tempat ke tempat lain, akan tetapi juga, bisa juga dengan mengompresi gas, dengan memutar poros, dan bahkan dengan menyebabkan gerakan tak terlihat dari partikel di dalam tubuh oleh gaya magnet eksternal.
Rumus Usaha
Usaha merupakan konsep yang berhubungan dengan hukum Newton. Usaha adalah perhitungan yang melibatkan energi, gaya dan perpindahan. Secara teknis, usaha adalah produk perpindahan gaya.
Usaha (W) yang dilakukan oleh gaya konstan sebesar F pada titik yang memindahkan perpindahan dalam garis lurus ke arah gaya adalah produk.
Usaha merupakan besaran skalar, cara mendapatkan besaran usaha adalah dengan mengalikan gaya dengan jarak yang diakibatkan oleh gaya.
Gaya dinotasikan dengan F yang artinya adalah force dengan satuan Newton dan jarak dinotasikan dengan s yang artinya adalah space dengan satuan meter. Usaha dapat dirumuskan sebagai berikut.
W = F x s
Keterangan:
W = usaha,
F = gaya,
s = perpindahan.
Suatu gaya dikatakan melakukan kerja positif jika (bila diterapkan) gaya tersebut memiliki komponen searah dengan perpindahan titik kerja.
Sebuah gaya melakukan kerja negatif jika memiliki komponen yang berlawanan dengan arah perpindahan pada titik penerapan gaya.
Baca : Perubahan Fisika : Pengertian, Ciri-Ciri, dan Contohnya Dalam Kehidupan
1. Hubungan usaha dengan energi
a. Hubungan usaha dengan energi potensial
Apabila benda di angkat dan mengalami perubahan posisi/jarak (perpindahan), maka besaran usaha yang dihasilkan adalah senilai dengan perubahan energi potensial yang terjadi.
W = ΔEp
W = m.g.h2 – m.g.h1
W = m.g.(h2 – h1)
Keterangan:
W = Usaha
ΔEp = Perubahan energi potensial
m = massa
g = nilai gravitasi
h = ketinggian
b. Hubungan usaha dengan energi kinetik
Apabila benda mengalami perubahan kelajuan, maka besaran usaha bisa didapatkan dari nilai perubahan energi kinetik yang terjadi pada benda.
W = ΔEk
W = 1/2 .m.v22 – 1/2. m.v12
W = 1/2.m. (v2 – v1)2
Keterangan:
W = Usaha
ΔEk = Perubahan energi kinetik
m = massa
v = kecepatan
2. Hubungan usaha dengan sudut
a. Usaha pada bidang datar
Meskipun benda berada bidang datar, namun kadang gaya yang diberikan tidak selalu lurus, artinya akan ada sudut yang terbentuk di anatara gaya. maka rumus yang digunakan seperti dibawah ini.
W = F.s.cosθ
Keterangan:
W = Usaha
F = Gaya
s = jarak
θ = sudut
b. Usaha pada bidang miring
Apabila benda berada pada bidang miring, maka memiliki sudut yang terbentuk di antara gaya, sehingga rumus yang digunakan sebagai berikut.
W = m.g.s.sinθ
Keterangan:
W = Usaha
m = massa
g = nilai gravitasi
s = jarak
Soal dan Pembahasan Usaha
Soal nomor 1
Seorang anak melempar bola dengan gaya 20 Newton. Bola menempuh jarak 40 meter. Berapakah total kerjanya?
Pembahasan
Diketahui
F = 20 N
s = 40 m
Ditanyakan : W?
Jawab:
W = F.s
W= 20 x 40
W = 800 J
Jadi, usaha yang dihasilkan adalah 800 joule
Soal nomor 2
Sebuah kardus ditarik dengan tali dengan arah 60 derajat dan membutuhkan gaya 60 Newton. Tentukan usaha yang diperlukan untuk menarik kardus tersebut jika kardus bergerak sejauh 10 meter!
Pembahasan:
Diketahui:
F = 60 N
s = 10 m
θ = 600
Cos 60 = 0,5
Ditanyakan:
Usaha (W)?
Jawab:
W = F.s.cosθ
W = 60.10.cos 60
W = 60.10.0.5
W = 300 Joule
Jadi, usaha yang diperlukan untuk menarik kardus tersebut adalah sebesar 300 Joule.
Soal nomor 3
Seorang siswa menarik meja dengan massa 2 kg dengan gaya 20 N ditarik seutas tali membentuk sudut 600 seperti gambar di bwah ini.
Usaha yang dilakukan siswa tersebut untuk memindahkan benda sejauh 5 meter adalah ?
Pembahasan:
Diketahui:
m = 2 kg
F = 80 N
s = 5 meter
θ = 60º
Cos 60 = 0,5
Ditanyakan W?
Jawab :
W = F . s . cosθ
W = 80 . 5 . 0,5
W = 200 Joule
Soal nomor 4
Sebuah peti yang massanya 80 kg dinaikkan dari tanah ke atas truk yang tinggi mula-mula 1 m menjadi 3 meter. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, maka hitung besar usaha yang harus dikeluarkan!
Pembahasan:
Diketahui:
m = 80 kg
h1 = 1 meter
h2 = 3 meter
g = 10 m/s2
ditanyaka : W?
Jawab:
W = ΔEp
W = m.g.h2 – m.g.h1
W = m.g.(h2 – h1)
W = 80 . 10 . (3-1)
W = 80 . 10. 2
W = 1600 Joule
Soal nomor 5
Sebuah meja massanya 14 kg mula-mula diam diatas lantai licin, didorong selama 4 sekon bergerak lurus dengan percepatan 2 m/s2, maka hitung besar usaha yang terjadi!
Pembahasan:
Diketahui:
m = 14 kg
a = 2 m/s2
t = 4 detik
Ditanyakan : W?
Jawab:
Demikian pengertian usaha, rumus, contoh soal, dan pembahasannya. semoga bermnafaat.
