Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal Usaha dalam Fisika
Usaha, dalam konteks ilmu fisika, merujuk pada jumlah energi yang diberikan untuk memindahkan suatu benda atau objek. Oleh karena itu, menarik mengetahui rumus usaha.
Konsep usaha dalam fisika dapat diilustrasikan dengan membayangkan seseorang yang mendorong atau menarik suatu benda. Tindakan dorongan ini mengindikasikan bahwa orang tersebut memberikan gaya pada benda.
Usaha sangat dipengaruhi oleh dorongan atau tarikan (gaya). Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa usaha dihasilkan oleh gaya yang diterapkan pada suatu benda sehingga benda tersebut berpindah tempat.
Berikutnya, menarik mengetahui rumus usaha dan contoh soalnya. Simak uraian berikut untuk mengetahuinya.
Usaha dalam Fisika
Seperti yang sudah disinggung sekilas, usaha dalam fisika merujuk pada jumlah energi yang diberikan atau dipindahkan untuk melakukan pekerjaan pada suatu benda. Dalam konteks fisika, usaha terjadi ketika gaya diterapkan pada suatu objek dan menyebabkan objek tersebut bergerak sejauh jarak tertentu.
Setiap siswa yang menerima materi tentang gaya dalam mata pelajaran Fisika tidak hanya perlu memahami rumusnya, tetapi juga mengetahui cara penerapannya dalam soal. Rumus Usaha meliputi usaha, gaya, dan perpindahan.
Ketika sudah mengetahui rumus tersebut, maka siswa dapat dengan mudah memasukkan unsur-unsurnya untuk dikerjakan. Unsur-unsur tersebut juga dapat dengan mudah diketahui. Artinya, usaha dalam Fisika merupakan pengetahuan yang dapat diterapkan dalam kehidupan sehar-hari untuk mengukur perpindahan, gaya, usaha apapun.
Rumus Usaha dalam Fisika
Usaha diukur dalam satuan joule (J) dan dapat memiliki nilai positif, negatif, atau nol tergantung pada arah gaya dan perpindahan benda. Secara matematis, rumus usaha (W) dapat diungkapkan sebagai perkalian antara gaya (F) yang diterapkan pada benda dan perpindahan (s) benda tersebut, seperti yang tertera dalam rumus (W = F x s).
Susunan Rumus:
W = F x s
Keterangan Rumus:
- W = usaha [dalam satuan Joule (J)]
- F = gaya [dalam satuan Newton (N)]
- s = perpindahan [dalam satuan meter (m)]
Penting untuk diketahui bahwa satuan usaha sama dengan satuan energi, yakni joule. Konsep ini menyatakan bahwa 1 joule setara dengan kerja yang dihasilkan oleh gaya sebesar 1 N pada jarak perpindahan 1 m.
Nilai usaha sangat tergantung pada arah perpindahan gaya. Usaha dapat memiliki nilai positif, negatif, atau nol. Ketika gaya sejajar dengan perpindahan benda, usaha bernilai positif (W = F x s). Sebaliknya, jika gaya berlawanan arah dengan perpindahan benda, usaha akan bernilai negatif (W = -F x s).
Contoh Soal Usaha dan Penerapan Rumus Usaha
Agar konsep usaha dalam fisika lebih terpahami, berikut beberapa contoh penerapan rumus usaha:
1. Jika ada sebuah motor yang didorong dengan gaya, maka ia memiliki usaha tertentu agar dapat berhasil. Oleh karenanya, hitunglah usaha yang dilakukan untuk mendorong motor dengan gaya 200 N sejauh 5 m
Jawaban:
W = F x s
W = 200 N x 5 m = 1000 J
Usaha yang dilakukan adalah 1000 J .
2. Salma mengangkat ember (m = 2 kg ) dari tanah dengan usaha 30 J . Jika percepatan gravitasi 10 N/kg , tinggi pengangkatan ember adalah..
Jawaban:
s = W/F = 30 J/20 N= 1.5 m
2. Rara dan Nara ingin mendorong meja agar lebih rapi sesuai tempatnya. Keduanya mendorong meja dengan gaya dan perpindahan yang berbeda. Rara (F = 150 N , s = 15 m ) dan Nara (F = 300 N , s = 30 m ). Hitung usahanya!
Jawaban:
W Rara = 150 N x 15 m = 2250 J
W Nara = 300 N x 30 m = 9000 J
3. Penda memiliki energi potensial. Jika energi potensial sebuah benda (m = 10 kg , h = 1.2 m ) pada percepatan gravitasi 10 m/s ^2 adalah …
Jawaban:
Ep = m x g x h = 10 x 10 x 1.2 = 120 J
4. Sebuah bola yang diam (massa = 5 kg ) pada ketinggian 0.4 m memiliki energi mekanik ….
Jawaban:
Em = Ep + Ek = m x g x h + 1/2 m x v^2 = 20 J
5. Sebuah benda pada bidang datar diberikan gaya mendatar (F = 20 N). Kemudian benda tersebut mengalami perpindahan 2 m. Usaha yang dilakukan gaya tersebut adalah ….
Jawaban:
W = F x s = 20 x 2 = 40 J
6. Jika sebuah peluru (m = 0.02 kg , v = 50 m/s ), maka peluru tersebut memiliki energi kinetik….
Jawaban:
Ek = 1/2 m x v^2 = 1/2 x 0.02 x 50^2 = 25 J
7. Benda (m = 4 kg ) awalnya diam di bidang yang datar licin. Jika gaya bekerja, kecepatannya menjadi 8 m/s . Usaha yang dilakukan untuk mencapai perubahan ini adalah…
Jawaban:
W = Ek = 1/2 m x (v 2^2 - v 1^2) = 1/2 x 4 x (8^2 - 0^2) = 128 J
8. Sebuah bola dilempar ke atas (v 1 = 10 m/s ) dengan percepatan gravitasi 10 m/s ^2. Tinggi maksimum yang dicapai oleh bola adalah...
Jawaban:
h 2 = v 1^2/2g = 10^2/2 x 10 = 5 m
Demikian penjelasan mengenai rumus usaha dan contoh soal usaha. Semua contoh di atas memberikan gambaran tentang penerapan konsep usaha dalam berbagai skenario fisika. Berikutnya dapat diketahui, usaha dalam Fisika sangat dekat dengan benda dan kegiatan sehari-hari.
