Pada materi mekanika di ilmu fisika, salah satu rumus yang banyak digunakan adalah rumus usaha. Rumus ini digunakan untuk mencari nilai besarnya energi atau gaya yang dilakukan untuk memindahkan atau menggerakkan suatu objek.
Rumus usaha ini dapat bernilai positif maupun negatif sesuai dengan gaya yang bekerja. Rumus ini juga bisa digabungkan dengan rumus energi maupun sudut. Nah, berikut adalah penjelasan mengenai beberapa rumus usaha dan contoh soalnya. Simak dengan baik, ya!
BACA JUGA: Rumus Besaran Vektor Dalam Fisika Beserta Contoh Soalnya
Pengertian usaha dalam fisika
Penjelasan mengenai usaha dalam ilmu fisika dapat ditemui di materi mekanika. Pengertian usaha dalam fisika adalah besarnya energi atau gaya yang diberikan untuk menggerakkan suatu objek atau benda.
Rumus usaha digunakan untuk menentukan seberapa besar energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan suatu objek. Usaha akan dihitung jika terdapat gaya yang menyebabkan suatu benda bergerak. Besar usaha juga berbanding lurus dengan massa benda, yakni untuk memindahkan benda berat, maka dibutuhkan usaha yang berat pula.
Usaha merupakan besaran skalar. Hal ini karena gaya dan jarak merupakan besaran vektor, dimana sesuai dengan aturan yang berlaku, apabila ada perkalian dot antar vektor, maka hasilnya berupa besaran skalar.
Rumus usaha fisika
Lebih lanjut, rumus usaha adalah sebagai berikut.
W = F x s
Keterangan:
W = usaha dengan satuan Joule (J)
F = gaya dengan satuan Newton (N)
s = perpindahan dengan satuan meter (m).
Rumus usaha bisa memiliki dua nilai, yakni positif dan negatif bergantung pada arah gayanya.
- Jika gaya yang bekerja searah dengan perpindahan benda, maka usaha akan 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.
BACA JUGA: Rumus Kalor Beserta Cara Menghitung & Contoh Soalnya
Rumus usaha dan energi
Usaha memiliki hubungan dengan energi, dengan begitu, Sedulur dapat mencari besar usaha menggunakan rumus usaha dan energi, baik potensial maupun kinetik. Berikut adalah penjelasannya.
Rumus usaha dengan energi potensial
Jika suatu benda diangkat dan mengalami perubahan posisi atau jarak, atau biasa disebut mengalami perpindahan, maka besaran usaha yang dihasilkan akan senilai dengan perubahan energi potensial yang terjadi.
Berikut 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 yang dilakukan dapat diperoleh dari nilai perubahan energi kinetik yang terjadi pada benda.
Berikut adalah rumusnya.
W = ∆Ek
W = ½ mv₂² – ½ mv₁²
W = ½ m (v₂ – v₁)²
Keterangan:
W = usaha
∆Ek = perubahan energi kinetik
m = massa
v = kecepatan
BACA JUGA: Pengertian Fisika Kuantum Beserta Fakta-Fakta Menariknya
Rumus usaha dengan sudut
Tidak hanya berhubungan dengan energi, usaha juga berhubungan dengan sudut. Sedulur dapat menentukan nilai usaha baik pada bidang miring maupun pada bidang datar. Berikut adalah penjelasannya.
Rumus usaha pada bidang miring
Jika suatu benda berada pada bidang miring, maka akan ada sudut yang terbentuk di antara gaya. Sedulur dapat menggunakan rumus berikut.
W = m.g.s.sin
Keterangan:
W = usaha
m = massa
g = nilai gravitasi
s = jarak
= sudut
Rumus usaha pada bidang datar
Meskipun suatu benda terletak pada bidang datar, namun gaya yang diberikan tidak selalu lurus, melainkan akan ada sudut yang terbentuk diantara gaya. Sedulur dapat menggunakan rumus berikut ini.
W = F.s.cos
Keterangan:
W = usaha
F = gaya
s = jarak
= sudut
Contoh soal menghitung usaha
- Berapakah usaha yang dilakukan oleh seseorang untuk mendorong mobil dengan gaya 200 N sejauh 5 meter?
Jawab:
Diketahui:
F = 200 N
s = 5 m
Ditanya:
W = ?
Dijawab:
W = F x s
W = 200 N x 5 m
W = 1000 Nm
W = 1000 joule
Jadi, usaha yang harus dilakukan oleh seseorang adalah sebesar 1000 J.
- 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.
- 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.
- Sebuah bola bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 4 meter. Jika percepatan gravitasi 20 m/s², berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda tersebut!
Jawab:
Diketahui:
s = 4 meter
m = 2 kg
g = 20 m/s²
Ditanya:
W = ?
Dijawab:
Perhatikan kembali bahwa arah gaya gravitasi atau gaya berat (w) adalah vertikal ke bawah, arah perpindahan (s) bola juga vertikal ke bawah sehingga gaya gravitasi searah dengan perpindahan bola.
W = F.s = w.h = m.g.h
W = 2.20.4
W = 160 Joule
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada bola tersebut sebesar 160 Joule.
BACA JUGA: Rumus Percepatan Beserta Contoh Soal & Pembahasannya
Contoh soal menghitung perpindahan
- Doni membutuhkan usaha sebesar 30 joule untuk mengangkat sebuah batu bata yang massanya 2 kg dari lantai. Jika diketahui percepatan gravitasi sebesar 10 N/kg, maka seberapa tinggikah Doni mengangkat batu bata tersebut?
Jawab:
Diketahui:
m = 2 kg
g = 10 N/kg
W = 30 J
Ditanya:
s = ?
Dijawab:
Cari gaya terlebih dahulu.
F = m.g
F = 2.10
F = 20 N
Selanjutnya cari nilai s.
W = F x s
s = W/F
s = 30/20
s = 1,5 m
Jadi, batu bata tersebut diangkat Doni setinggi 1,5 m dari lantai.
- Amir menarik ember berisi air bermassa 5 kg yang diikat dengan tali dari ketinggian 5 m sampai ketinggian 20 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², hitunglah usaha yang harus dilakukan Amir!
Jawab:
Diketahui:
m = 5 kg
h₁ = 5 m
h₂ = 20 m
g = 10 m/s²
Ditanya:
W = ?
Dijawab:
W = m.g.h₂ – m.g.h₁
W = mg (h₂ – h₁)
W = 5.10 (20 – 5)
W = 50.15
W = 750 Joule
Jadi, usaha yang harus dilakukan Amir adalah sebesar 750 Joule.
Demikian informasi mengenai rumus usaha dalam ilmu fisika beserta contoh soal dan pembahasannya. Semoga informasi ini dapat bermanfaat bagi Sedulur untuk mempelajari ilmu fisika lebih baik lagi. Selamat belajar!
Mau belanja bulanan nggak pakai ribet? Aplikasi Super solusinya! Mulai dari sembako hingga kebutuhan rumah tangga tersedia lengkap. Selain harganya murah, Sedulur juga bisa merasakan kemudahan belanja lewat handphone. Nggak perlu keluar rumah, belanjaan pun langsung diantar.
Bagi Sedulur yang punya toko kelontong atau warung, bisa juga lho belanja grosir atau kulakan lewat Aplikasi Super. Harga dijamin lebih murah dan bikin untung makin melimpah.
