Pengertian Usaha dan Besar Usaha beserta rumus dan contoh soalnya

    1.   Pengertian Usaha

Usaha dapat disimpulkan sebuah benda yang berpindah tempat karena adanya usaha yang menggerakannya. Contohnya menunjukan bahwa seseorang wanita yang berusaha untuk memindahkan sebuah kotak kayu dari titik A ke titik B. Apa yang dilakukan wanita dalam contoh tersebut disebut dengan usaha. Usaha dalam ilmu fisika berarti berpindah atau bergeraknya benda akibat menerima gaya dari benda. Sehingga apabila benda yang dikenai gaya tersebut belum bergerak dianggap belum melakukan usaha atau usaha = 0. Usaha dilambangkan dalam J (joule) atau Nm (Newton meter) untuk SI dalam sistem CGS usaha dilambangkan dengan erg atau dyne, dimana :

                                        1 Joule = 10⁷ erg (1 N = 10⁵ Dyne)

Contoh Usaha :

   -          Kakak memindahkan meja makan.

   -          Ayah mendorong mobil mogok

   -          Ibu menggendong adik ke kamar mandi

   -          Seseorang anak berlari mengelilingi lapangan, dll

Bukan termasuk usaha adalah :

   -          Pramusaji yang menyajikan makanan

   -          Orang menggeser lemari, namun lemarinya tidak bergeser sedikit pun.

   -          Orang yang mendorong dinding, namun dindingnya diam, dll.

   2.       Besar Usaha

Secara matematis usaha dirumuskan dengan :

                                                W = F . s

Keterangan :

W = Usaha (Joule atau Nm)

F = Gaya (N)

s = jarak perpindahan (m)

                Untuk suatu gaya yang membentuk sudut antara arah gaya dengan arah perpindahan besar gaya dapat dirumuskan sebagai berikut :

                                                          W = F . s . cos

Contoh :

Andi bermain mobil – mobilan. Dia menarik mainannya dengan gaya sebesar 4 N dengan jarak 8 m dan benang penarik bersudut 60^o terhadap perpindahan, berapa usaha yang dilakukan Andi tersebut? (cos 60^o = 0,5)

Penyelesaian ;

W = F . s . cos

W = F x s cos 60^o

     = 4 x 8 x 0,5 = 12 joule

   a.       Usaha bernilai positif

Usaha bernilai positif apabila gaya yang bekerja pada benda searah dengan arah perpindahan benda.

Contoh soal :

Ahmad mendorong sebuah lemari sehingga lemari tersebut bergerak dan bergeser sejauh 3,5 m. Jika ahmad mengeluarkan energi sebesar 40 N, maka usaha yang dilakukan Ahmad adalah ....

Diketahui : gaya ahmad (F_A) = 40 N

                     Perpindahan (s) = 3,5 meter

Ditanya : Besar usaha (W) ...?

Jawab : W_A = F_A  x s = 40 N x 3, 5 m = 140 Joule

Jadi, besar usaha ahmad adalah = 140 Joule

   b.      Usaha bernilai nol

Usaha bernilai nol

Usaha bernilai nol jika :

   1)      Gaya bekerja pada benda, tetapi benda tidak mengalami perpindahan (s=0)

   2)      Ada dua gaya segaris berlawanan arah yang sama besarnya.

   3)      Gaya yang bekerja arahnya tegak lurus dengan arah perpindahan.

   c.       Benda dengan 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 x g

Karena perpindahan benda kearah vertikal sama dengan ketenggana benda (h), maka persamaannya menjadi

W  = F x s

W = m x g x h

Keterangan :

W = usaha (J)

m = massa (kg)

g = percepatan gravitasi (N/kg)

h = perpindahan atau ketinggian (m)

contoh : adi memindahkan sebuah batu yang massanya 8 kg ke tempat yang letaknya 80 centimeter tegak lurus dengan posisi batu tersebut. Apabila percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s² , hitunglah besarnya usaha untuk memindahkan benda tersebut.

Jawab :

Diketahui :

m = 2 kg

h = 1 m

g = 10 m/s²

Ditanya = .... W

Jawab  :

W = m x g x h

W = (8 kg) (10 m/s²) (0,8 m)

W = 64 J

Jadi, usaha untuk memindahkan benda sebesar 64 joule.

Share this post