Berikut ini adalah pembahasannya tentang usaha yang meliputi pengertian usaha, rumus usaha, contoh usaha, contoh soal usaha, contoh usaha dan pembahasannya.
Indri menaikkan buku yang beratnya 10 N dari lantai ke almari yang tingginya 1 m. Dalam kegiatan ini Indri memberikan gaya pada buku minimal = berat buku = 10 N, sehingga buku titik beratnya bergeser 1 meter naik.
Dalam kasus tersebut di atas Anton dan Indri dikatakan melakukan usaha. Di dalam pelajaran fisika usaha timbul jika ada gaya yang menyebabkan perpindahan titik berat benda.
Bentuk usaha tidak selalu mekanis, seperti usaha listrik, dapat dipandang sebagai kasus khusus dari prinsip ini; misalnya, di dalam kasus listrik, usaha dilakukan dalam partikel bermuatan yang bergerak melalui sebuah medium.
Konduksi panas dari badan yang lebih hangat ke yang lebih dingin biasanya bukan merupakan usaha mekanis, karena pada ukuran makroskopis, tidak ada gaya yang dapat diukur. Pada ukuran atomis, ada gaya di mana atom berbenturan, tetapi dalam jumlahnya usaha hampir sama dengan nol.
W = usaha (Nm = joule)
F = gaya dengan satuan (N)
s = perpindahan (m)
a = sudut antara gaya F dengan perpindahan S (o)
Jika gaya (F) searah (s) sudut antara F dan s = 0o, cos 0o = 1
Penyelesaian:
2. Seorang anak menarik mobil mainan dengan seutas benang sehingga mobil mainan berpindah sejauh 10 m. Jika gaya penarik besarnya = 2 N dan benang bersudut 60o terhadap perpindahan, berapa usaha yang dilakukan anak tersebut? (cos 60o = 0,5)
Penyelesaian:
W = F × s cos 60o
= 2 × 10 × 0,5 = 10 joule
Jadi, anak tersebut melakukan usaha sebesar 10 joule.
3. Pada sebuah balok bekerja tiga buah gaya bersama-sama, besar F1 = 10 N, F2 = 5 N, dan F3 = 4 N serta berat benda w = 15 N. Benda berpindah 3 m dengan arah perpindahan searah F1. Berapakah usaha yang dilakukan oleh F1, F2, F3, dan w dalam perpindahan tersebut?
Penyelesaian:
Usaha yang dilakukan F1 adalah W1
W1 = F1 × s
= 10 × 3
= 30 Nm
= 30 J
Usaha yang dilakukan F2 adalah W2
W2 = –F2 × s
= –5 × 3
= –15
Usaha yang dilakukan F3 dan w = 0 sebab F3 dan w tegak lurus perpindahan s.
Jika mobil direm, gerak mobil makin lambat dan akhirnya berhenti. Pada kejadian ini gaya rem melakukan usaha negatif, gaya rem menyebabkan kecepatan mobil berkurang dan energi kinetik mobil berkurang akhirnya energi kinetiknya menjadi nol.
Sebaliknya jika mobil dipercepat geraknya dengan cara memperbesar gas mobil, energi kinetiknya bertambah dan gaya dorong mobil melakukan usaha positif (ingat gaya dan perpindahan searah).
Pengertian usaha
Anton mendorong almari, sehingga almari bergeser 2 m. Anton mendorong almari sama halnya Anton mengerjakan gaya pada almari, almari menggeser 2 m. Pergeseran 2 m disebut perpindahan = jarak pergeseran pusat massa almari.Indri menaikkan buku yang beratnya 10 N dari lantai ke almari yang tingginya 1 m. Dalam kegiatan ini Indri memberikan gaya pada buku minimal = berat buku = 10 N, sehingga buku titik beratnya bergeser 1 meter naik.
Dalam kasus tersebut di atas Anton dan Indri dikatakan melakukan usaha. Di dalam pelajaran fisika usaha timbul jika ada gaya yang menyebabkan perpindahan titik berat benda.
Usaha atau kerja (dilambangkan dengan W dari Bahasa Inggris Work) adalah energi yang disalurkan gaya ke sebuah benda sehingga benda tersebut bergerak.Usaha adalah besaran skalar, tetapi dia dapat positif atau negatif. Tidak semua gaya melakukan kerja. cotohnya, gaya sentripetal dalam gerakan berputar seragam tidak menyalurkan energi; kecepatan objek yang bergerak tetap konstan. Kenyataan ini diyakinkan oleh formula: bila vektor dari gaya dan perpindahan tegak lurus, yakni perkalian titik mereka sama dengan nol.
Bentuk usaha tidak selalu mekanis, seperti usaha listrik, dapat dipandang sebagai kasus khusus dari prinsip ini; misalnya, di dalam kasus listrik, usaha dilakukan dalam partikel bermuatan yang bergerak melalui sebuah medium.
Konduksi panas dari badan yang lebih hangat ke yang lebih dingin biasanya bukan merupakan usaha mekanis, karena pada ukuran makroskopis, tidak ada gaya yang dapat diukur. Pada ukuran atomis, ada gaya di mana atom berbenturan, tetapi dalam jumlahnya usaha hampir sama dengan nol.
Rumus Usaha
Usaha dirumuskan sebagai berikut:
W = F × s × Cos aKeterangan:
W = usaha (Nm = joule)
F = gaya dengan satuan (N)
s = perpindahan (m)
a = sudut antara gaya F dengan perpindahan S (o)
Jika gaya (F) searah (s) sudut antara F dan s = 0o, cos 0o = 1
W = F × s→ jika nilai W positif (usaha positif)Jika gaya (F) berlawanan arah dengan perpindahan (s), sudut antara F dan s = 180o; cos 180o = –1
W = –F × s→ nilai W negatif (usaha negatif)Kesimpulan:
- Usaha dapat bernilai positif dapat pula bernilai negatif.
- Usaha bernilai negatif, jika komponen gaya yang sejajar perpindahan berlawanan arah dengan perpindahan
- Usaha bernilai positif, jika komponen gaya yang sejajar perpindahan, searah dengan perpindahan.
Contoh soal
1. Sebuah balok kayu meluncur ke bawah menuruni bidang miring yang licin, adakah usaha dalam perpindahan tersebut?Penyelesaian:
- Benda mempunyai berat, berat benda (balok) itulah yang melakukan usaha. Jadi dalam perpindahan tersebut terdapat usaha.
- Usaha yang ada pada balok tersebut dilakukan oleh uraian (komponen) gaya berat yang sejajar bidang miring.
2. Seorang anak menarik mobil mainan dengan seutas benang sehingga mobil mainan berpindah sejauh 10 m. Jika gaya penarik besarnya = 2 N dan benang bersudut 60o terhadap perpindahan, berapa usaha yang dilakukan anak tersebut? (cos 60o = 0,5)
Penyelesaian:
W = F × s cos 60o
= 2 × 10 × 0,5 = 10 joule
Jadi, anak tersebut melakukan usaha sebesar 10 joule.
3. Pada sebuah balok bekerja tiga buah gaya bersama-sama, besar F1 = 10 N, F2 = 5 N, dan F3 = 4 N serta berat benda w = 15 N. Benda berpindah 3 m dengan arah perpindahan searah F1. Berapakah usaha yang dilakukan oleh F1, F2, F3, dan w dalam perpindahan tersebut?
Penyelesaian:
Usaha yang dilakukan F1 adalah W1
W1 = F1 × s
= 10 × 3
= 30 Nm
= 30 J
Usaha yang dilakukan F2 adalah W2
W2 = –F2 × s
= –5 × 3
= –15
Usaha yang dilakukan F3 dan w = 0 sebab F3 dan w tegak lurus perpindahan s.
Pengaruh Usaha Terhadap Energi
 |
| Gambar: Pengaruh Usaha Terhadap Energi |
Jika mobil direm, gerak mobil makin lambat dan akhirnya berhenti. Pada kejadian ini gaya rem melakukan usaha negatif, gaya rem menyebabkan kecepatan mobil berkurang dan energi kinetik mobil berkurang akhirnya energi kinetiknya menjadi nol.
Sebaliknya jika mobil dipercepat geraknya dengan cara memperbesar gas mobil, energi kinetiknya bertambah dan gaya dorong mobil melakukan usaha positif (ingat gaya dan perpindahan searah).
Jika usaha pada sebuah benda positif, maka energi kinetik benda makin besar. Jika usaha pada benda negatif maka energi kinetik yang dimiliki benda makin kecil (berkurang).
Baca juga: Rumus Energi Mekanik