Fisika merupakan salah satu ilmu dengan banyak rumus yang harus dipelajari. Salah satunya adalah rumus usaha. Rumus ini diperlukan untuk mencari nilai besarnya energi atau gaya yang dilakukan untuk memindahkan atau menggerakkan benda.
Rumus ini bisa bernilai positif atau negatif tergantung dengan gaya bekerja. Rumus ini juga bisa digabungkan dengan rumus energi maupun sudut. Untuk informasi lebih lengkapnya, simak pembahasanya di bawah ini.
Pengertian Usaha
Dalam ilmu fisika, usaha didefinisikan sebagai besarnya energi atau gaya yang diberikan untuk menggerakan suatu objek atau benda. Usaha dalam ilmu fisika bisanya dapat dipelajari di materi mekanika.
Rumus usaha berguna untuk menentukan besaran energi yang dibutuhkan untuk memindahkan objek atau benda. Usaha bisa dihitung jika terdapat gaya yang membuat benda bergerak. Besar usaha juga berbanding lurus dengan massa benda. Itu berarti untuk memindahkan benda yang berat maka usaha yang dibutuhkan juga semakin besar.
Usaha merupakan besaran vektor dikarenakan gaya dan jarak merupakan besaran vektor. Sesuai aturan yang berlaku, jika ada perkalian dot antar vektor, maka hasilnya berupa besaran skalar.
Rumus Mencari Usaha
Berikut ini rumus usaha yang digunakan untuk mencari nilai besarnya energi atau gaya.
W = F x s
Keterangan:
W = usaha dengan satuan Jpule (J)
f = gaya dengan satuan Newton (N)
s = perpindahan dengan satuan meter (m)
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, rumus usaha bisa bernilai positif dan negatif tergantung arah gayanya.
- Jika gaya yang bekerja searah dengan perpindahan benda, maka usaha bernilai positif, dengan rumus W = F x s.
- Jika gaya yang bekerja berlawanan dengan perpindahan benda, maka usaha akan bernilai negatif, dengan rumus W = - F x s.
Rumus Usaha dan Energi
Usaha memiliki hubungan dengan energi, baik potensial maupun kinetik. Berikut penjelasannya di bawah ini.
Rumus Usaha dengan Energi Potensial
Jika suatu objek diangkat dan mengalami perpindahan posisi atau jarak, maka besaran usaha yang dihasilkan senilai dengan perubahan energi potensial yang terjadi.
Berikut ini adalah rumusnya
W = ∆Ep
W = m.g.h₂ – m.g.h₁
W = m.g (h₂-h₁)
Keterangan:
W = usaha
∆Ep = perubahan energi potensial
m = massa
g = nilai gravitasi
h = ketinggian
Rumus Usaha dengan Energi Kinetik
Jika suatu benda mengalami perubahan kelajuan, maka besaran usaha bisa diperoleh dari nilai perubahan kinetik yang terjadi pada benda.
Berikut ini adalah rumusnya
W = ∆Ek
W = ½ mv₂&³2; – ½ mv₁&³2;
W = ½ m (v₂ – v₁)&³2;
Keterangan:
W = usaha
∆Ek = perubahan energi kinetik
m = massa
v = kecepatan
Rumus Usaha dengan Sudut
Tidak hanya energi, usaha juga berhubungan dengan sdut, baik pada bidang miring maupun bidang datar.Berikut penjelasannya di bawah ini
Rumus Usaha pada Bidang Miring
Jika suatu benda berada pada bidang miring, maka di antara gaya akan terbentuk sudut. Berikut ini rumus yang bisa digunakan
W = m.g.s.sin
Keterangan:
W = usaha
m = massa
g = nilai gravitasi
s = jarak
sin = sudut
Rumus Usaha pada Bidang Datar
Gaya yang diberikan pada suatu benda yang terletak pada bidang datar tidak selalu lurus. Namun akan ada sudut yang terbentuk diantara gaya. Berikut ini rumus yang biasa digunakan.
W = F.s.cos
Keterangan:
W = usaha
F = haya
s = jarak
cos = sudut
Contoh Soal
Berikut ini contoh soal dari berbagai sumber yang bisa Anda pelajari agar lebih paham cara menggunakan rumus usaha.
Contoh 1
Jika sebuah kursi kayu ditarik dengan tali membentuk sudut 60 derajat menggunakan gaya 60 Newton. Maka tentukan usaha yang dibutuhkan untuk menarik kursi kayu tersebut jika kursi kayu bergerak sejauh 10 meter!
Jawab:
Diketahui:
F = 60 N
s = 10 meter
= 60 derajat
Ditanya:
W = ?
Dijawab:
W = F.s.cos
W = 60.10.cos60
W = 60.10.0.5
W = 300 Joule
Jadi, usaha yang dibutuhkan untuk menarik kursi kayu tersebut adalah sebesar 300 Joule.
Contoh 2
Dua orang kuli di pasar diminta untuk memindahkan barang sejauh 10 meter. Jika kuli pertama mendorong barang dengan gaya 200 Newton dan kuli kedua mendorong barang dengan gaya 400 Newton. Tentukan usaha yang mereka lakukan!
Jawab:
Diketahui:
F₁ = 200 N
F₂ = 400 N
s = 10 meter
Ditanya:
Wtotal = ?
Dijawab:
W₁ = F₁.s
W₁ = 200.10 = 2000 J
W₂ = 400.10 = 4000 J
Wtotal = W₁ + W₂
Wtotal = 2000 + 4000
Wtotal = 6000 Joule
Jadi, usaha total yang dilakukan oleh dua orang kuli adalah sebesar 6000 Joule.
Contoh 3
Sebuah mobil mainan ditarik seorang anak dengan gaya sebesar 20 N membentuk sudut 30° terhadap bidang datar. Jika mobil mainan bergerak sejauh 20 m, berapakah usaha yang dilakukan anak tersebut?
Jawaban:
F = 20 N
s = 20 m
= 30°
Ditanyakan: W = . . .?
Untuk mencari usaha, gunakan persamaan:
W = F. s . cos
= 20 x 20 cos 30°
= 200 √3 J
Jadi, usaha yang dilakukan anak tersebut adalah 200 √3 J
Contoh 4
Sebuah benda yang beratnya 10 N berada pada bidang datar. Pada benda tersebut bekerja sebuah gaya mendatar sebesar 20 N sehingga benda berpindah sejauh 50 cm. berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?
Jawaban:
W = 10 N
F = 20 N
s = 50 cm = 0,5 m
Ditanya: W= . . .?
W = F . s
W = (20 N).(0,5 m)
= 10 Joule