USAHA - IPA Fisika SMP/MTs

Pengertian Usaha dalam Fisika

Pada ilmu fisika khususnya di materi mekanika juga ada yang namanya usaha, lho. Kurang lebih sama seperti yang tertulis di KBBI. Usaha dalam fisika adalah besarnya energi atau gaya yang diberikan untuk memindahkan atau menggerakkan suatu benda atau objek.

Rumus Usaha

Usaha dinotasikan dengan W yang artinya adalah work dengan satuan Joule. Joule adalah Newton tiap meternya. 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. Rumus usaha bisa dituliskan seperti ini:

W = F.s

Keterangan:
  W = Usaha (Joule) 
  F = Gaya (Newton) 
  s = jarak (meter)

Gaya dan jarak adalah besaran vektor. Sesuai dengan aturan yang berlaku, apabila perkalian dot antar vektor maka akan dihasilkan besaran skalar. Maka dari itu, usaha adalah besaran skalar.

Hubungan Usaha dengan Energi

Selain menggunakan rumus usaha yang ada di atas, sebenarnya lo juga bisa mendapatkan besaran usaha dengan menggunakan besaran perubahan energi. Bisa perubahan energi potensial ataupun energi kinetik.

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 (joule)
ΔEp = Perubahan energi potensial (joule)
  m = massa (kg)
  g = gravitasi (m/s2)
  h = ketinggian (meter)

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 (joule) 
ΔEk = Perubahan energi kinetik(joule) 
 m  = massa (kg) 
 v  = kecepatan (m/s) 

Hubungan Usaha dengan Sudut

Selain menggunakan rumus-rumus usaha yang ada di atas. Kerap kali lo bakal nemuin kasus di mana ada benda yang dikenai gaya namun ada sudut di antara gaya dan jarak. Kalau lo nemuin kasus kayak yang tadi gue bilang, lo bisa pake rumus-rumus yang ada di bawah ini.

Usaha pada Bidang Datar

Walaupun benda berada bidang datar, namun kadang gaya yang diberikan tidak selalu lurus, itu artinya akan ada sudut yang terbentuk di anatara gaya. Kalian bisa pakai rumus ini kalau menemukan kasus tersebut

W = F.s.cos θ

Keterangan: 
 W = Usaha (Joule) 
 F = Gaya (Newton) 
 s = jarak (meter) 

Usaha pada Bidang Miring

Apabila benda berada pada bidang miring, maka sudah jelas akan ada sudut yang terbentuk di antara gaya. Maka lo bisa banget pakai rumus yang ada di bawah ini.

W = m.g.s.sin θ

Keterangan: 
 W = Usaha (Joule) 
 m = massa (kg)  
 g = nilai gravitasi (m/s2) 
 s = jarak (meter)
 
   

---

Contoh Soal dan Pembahasannya
Sebuah meja 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: 
 W = F.s.cos θ  
 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.

---

Dua barista memindahkan sebuah benda sejauh 10 meter. Jika orang pertama mendorong benda tersebut dengan gaya 200 Newton dan orang ke dua dengan gaya 400 Newton. Berapa usahanya?

Pembahasan: 
W1 = 200.10 = 2000 J 
W2 = 400.10 = 4000 J 
Wtotal = W1+W2 = 2000 J + 4000 J 
Wtotal = 6000 Joule  

Jadi, usaha total yang diberikan adalah sebesar 6000 Joule.

---

Benda bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 4 meter. Jika percepatan gravitasi 20 Rumus Usaha dalam Fisika Beserta Pengertian, Jenis-jenis, dan 4 Contoh Soal 142, tentukan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda tersebut!

Pembahasan:
Arah gaya gravitasi atau gaya berat (w) adalah vertikal ke bawah, arah perpindahan (s) benda juga vertikal ke bawah sehingga gaya gravitasi searah dengan perpindahan benda.

W = F.s 
  = w.h 
  = m.g.h 
  = (2)(20)(4) 
  = 160 Joule

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda tersebut adalah sebesar 160 Joule.

---

Sebuah benda bermassa 20 kg bergerak dengan kecepatan 40 m/s. Dengan mengabaikan gaya gesek yang ada pada benda. Tentukan perubahan energi kinetik jika kecepatan benda menjadi 60 m/s!

Pembahasan: 
W = 1/2 m.(v2  - v1) 2
W = 1/2 20.(60 - 40)2
W = 0,5.20.400
W = 4000 Joule

Jadi, perubahan energi kinetik yang terjadi adalah sebesar 4000 Joule.