Usaha

Usaha. Usaha merupakan besaran skalar karena tidak memiliki arah dan hanya memiliki besar. Usaha dalam fisika dikatakan bernilai jika usaha yang dilakukan menghasilkan perubahan kedudukan. Ketika sebuah gaya bekerja pada suatu benda sehingga menimbulkan perpindahan benda, dikatakan bahwa gaya melakukan usaha pada benda tersebut. Ketika benda didorong ada yang berpindah tempat dan ada pula yang tetap di tempatnya. Ketika kamu mendorong atau menarik suatu benda, berarti kamu telah memberikan gaya pada benda tersebut. Oleh karena itu, usaha sangat dipengaruhi oleh dorongan atau tarikan (gaya). Menurut informasi tersebut, jika setelah didorong benda itu tidak berpindah, gayamu tidak melakukan usaha. Dengan kata lain, usaha juga dipengaruhi oleh perpindahan. 

Usaha dihasilkan oleh gaya yang dikerjakan pada suatu benda sehingga benda itu berpindah tempat.

Apabila gaya disimbolkan dengan F dan perpindahan dengan s, secara matematis usaha dituliskan dalam persamaan berikut.

W = F s (10-5)

Dengan

W = usaha (J)

F = gaya (N)

s = perpindahan (m)

Usaha memiliki satuan yang sama dengan energi, yaitu joule. Dengan ketentuan bahwa 1 joule sama dengan besar usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar 1 N dengan perpindahan 1 m.

Contoh Soal

Rizki mendorong meja dengan gaya 100 N sehingga meja bergeser sejauh 2 m. Hitung usaha yang dilakukan Rizki.

Penyelesaian:

Diketahui: F = 100 N

s = 2 m

Ditanya: W = ?

Jawab:

W = F s

W = (100 N)(2 m)

W = 200 J

Jadi, usaha yang dilakukan Rizki sebesar 200 joule.

Kamu sudah mengetahui usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda ke arah horisontal, tetapi bagaimanakah besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda ke arah vertikal? Memindahkan benda secara vertikal memerlukan gaya minimal untuk mengatasi gaya gravitasi bumi yang besarnya sama dengan berat suatu benda. Secara matematis gaya tersebut dapat ditulis sebagai berikut.

F = m g (10-6)

Karena perpindahan benda ke arah vertikal sama dengan ketinggian benda (h), dengan memasukkan Persamaan (10–6) ke dalam Persamaan (10–5) diperoleh usaha yang dilakukan terhadap benda tersebut sebagai berikut.

W = F s

W = m g h (10–7)

dengan: W = usaha (J)

m = massa (kg)

g = percepatan gravitasi (N/kg)

h = perpindahan atau ketinggian (m)

Contoh Soal

Sebuah benda yang massanya 2 kg diangkat vertikal sampai ketinggian 1 m. Apabila percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s², hitunglah besarnya usaha untuk memindahkan benda tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui: m = 2 kg

h = 1 m

g = 10 m/s²

Ditanyakan W

Jawab:

W = mgh

W = (2 kg)(10 m/s²)(1 m)

W = 20 J

Jadi, usaha untuk memindahkan benda sebesar 20 joule.

Hubungan antara Usaha dan Energi

Ketika gayamu berusaha mendorong mobil sehingga bergerak, berarti telah terjadi perubahan energi dari energi yang dikeluarkan olehmu menjadi energi gerak. Jadi, dapat disimpulkan bahwa ketika gaya melakukan usaha pada sebuah benda maka akan terjadi perubahan energi pada benda tersebut. Usaha yang dilakukan pada sebuah benda yang bergerak horisontal menyebabkanperubahan energi kinetik. Dengan demikian, besarnya usaha sama dengan perubahan energi kinetik benda. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

W = ΔE_k            W = E_k2 – E_k1

dengan: W = usaha (J)

E_k = perubahan energi kinetik (J)

E_k2 = energi kinetik akhir (J)

E_k1 = energi kinetik awal (J)

Ketika kamu mengangkat sebuah balok, kamu akan memberikan gaya dorong terhadap balok. Pada saat ke atas, berlaku:
W_tangan = F_tangan  . s = m g h

Saat ke bawah:
W_gravitasi = F_gravitasi . s = –m g h
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi (benda yang bergerak vertikal) sama dengan perubahan energi potensial gravitasi. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

W = ΔE_p    W = E_p2 – E_p1      W = m g (h₂ – h₁) (10–9)

dengan: W = usaha (J)
ΔE_p = perubahan energi potensial (J)
E_p1 = energi potensial awal (J)
E_p2 = energi potensial akhir (J)