Usaha(Fisika)

Pengertian

Usaha atau kerja (dilambangkan dengan W dari Bahasa Inggris Work) adalah energi yang disalurkan gaya ke sebuah benda sehingga benda tersebut bergerak.Supaya lebih paham akan konsepnya,coba lihat gambar dibawah.

Apakah kamu pernah mendorong mobil?Apakah mobil tersebut bergerak?meskipun kamu merasa lelah dan berkeringat,namun saat kamu mendorong mobil tersebut,dikatakan bahwa kamu tidak melakukan usaha sama sekali atau usahanya bernilai nol.Mengapa demikian?

Dalam fisika, usaha selalu melibatkan gaya dan perpindahan.Dari pernyataan berikut,dapat disimpulkan bahwa usaha hanya akan terjadi jika gaya yang bekerja pada suatu benda menghasilkan perpindahan pada benda itu.

Semakin besar gaya yang digunakan untuk memindahkan benda,semakin besar pula usaha yang dilakukan.Berdasarkan pernyataan tersebut,dapat disimpulkan bahwa usaha(W) ditentukan oleh besar gaya yang diberikan pada benda(F) dan besar perpindahannya(Δs).Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

Rumus
A.Rumus untuk usaha yang dilakukan secara horizontal.



B.Rumus untuk usaha yang dilakukan secara vertikal

ontoh Soal dan Jawaban dari Rumus Usaha Fisika

1. Sebuah bola besi massanya 0,2 kg dilempar vertikal keatas. Energi potensial benda pada ketinggian maksimum adalah 40 J. Bila g = 10 m/s², maka hitunglah ketinggian maksimum yang dicapai bola tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:

Ep = 40 Joule

m = 0,2 kg

g = 10 m/s²

Ditanya: ketinggian maksimum (h)

Jawaban:

Ep = m.g.h

40 = 0,2 (10). h

h = 40/2

h = 20 meter

2. Sebuah benda massanya 2 kg jatuh bebas dari puncak gedung bertingkat yang tingginya 100 m. Apabila gesekan dengan udara diabaikan dan g = 10 m s–2 maka usaha yg dilakukan oleh gaya berat sampai pada ketinggian 20 m dari tanah adalah…

Pembahasan dan jawaban:
Usaha, perubahan energi potensial gravitasi:
W = mgΔ h
W = 2 x 10 x (100 − 20)
W = 1600 joule

3. Sebuah benda di tarik dengan gaya 40 N ke utara dan 80 Newton ke selatan yang mengakibatkan benda tersebut bergeser sejauh 2 meter. tentunkanlah usaha yang bekerja pada gaya tersebut!

Diketahui:

F1 = 40 N
F2 = 120 N

Maka Rf = F2-F1 = 120 N – 40 N = 80 Newton
S = 2 meter

Ditanyakan :
W =…. Joule

Jawaban:

W = F x s = 80 N  x 2 m = 160 Joule.
 

4. Benda bermassa 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 2 meter. Jika percepatan gravitasi 10 m/s², tentukan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda tersebut!

Pembahasan:
Diketahui:
Massa benda (m) = 1 kg
Ketinggian (h) = 2 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s²

Ditanya: Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda (W)

Jawaban:
Arah gaya gravitasi atau gaya berat (w) adalah vertikal ke bawah, arah perpindahan (s) benda juga vertikal ke bawah sehingga gaya gravitasi searah dengan perpindahan benda.
W = F s = w h = m g h
W = (1)(10)(2) = 20 Joule

5. Sebuah mobil dengan massa 1 ton bergerak dari keadaan diam. Sesaat kemudian kecepatannya 5 m s–1. Besar usaha yang dilakukan oleh mesin mobil tersebut adalah…

Pembahasan dan jawaban:
Usaha perubahan energi kinetik benda:
W = 1/2 m Δ(v2)
W = 1/2 x 1000 x 52
W = 12 500 joule

Catatan:
Jika diketahui dua buah kecepatan atau v, maka v nya dikuadratkan dulu baru dikurangkan, bukan dikurangkan terus dikuadratkan!.

6. Sebuah tongkat yang panjangnya 40 cm dan tegak di atas permukaan tanah dijatuhi martil 10 kg dari ketinggian 50 cm di atas ujungnya. Bila gaya tahan rata-rata tanah 103 N, maka banyaknya tumbukan martil yang perlu dilakukan terhadap tongkat agar menjadi rata dengan permukaan tanah adalah…

Pembahasan:
Dua rumus usaha yang terlibat disini adalah:

Pada martil:
W = m g Δ h

Pada tanah oleh gaya gesekan:
W = F S

Cari kedalaman masuknya tongkat (S) oleh sekali pukulan martil:
F S = mgΔh
(103) S = 10 (10)(0,5)
S = 50/1000 = 5/100 m = 5 cm

Jadi sekali jatuhnya martil, tongkat masuk tanah sedalam 5 cm. Untuk tongkat sepanjang 40 cm, maka jumlah jatuhnya martil:
n = 40 : 5 = 8 kali
 

7. Sebuah gaya F = (2i + 4j) N melakukan usaha dengan titik tangkapnya berpindah menurut r = (5i + aj) m, vektor i dan j berturut-turut adalah vektor satuan yang searah dengan sumbu X dan sumbu Y pada koordinat Cartesius.bila usaha itu bernilai 30 Joule, maka hitunglah nilai a!

Pembahasan:

Diketahui:

 F = (2i +4j) N

 r = (5i +aj) m

Ditanya: a = …?

Jawaban:

Usaha adalah perkalian titik (dot product) antara vektor gaya dengan vektor perpindahan.

 W = F .r

 30 = (2i + 4j) . (5i + aj)

30 = 10 + 4a

30 – 10 = 4a

4a = 20

a = 5

8. Berapakah usaha yang dilakukan untuk mengangkat batu seberat 150 kg setinggi 6 meter? (g = 10 m/s²)

m = 150 kg —> 

9. Berapakah usaha yang dilakukan pada gaya 55 Newton apabila menempuh jarak 60 dm dalam arah yang sama?

Penyelesaian:

60 dm = 6 m

10. Sebuah karung bermassa 50 kg ditarik sepanjang lantai datar dengan gaya 100 N, yang dikerahkan membentuk sudut 37o. Lantai kasar, dan gaya gesek yang terjadi Fges = 50 N. Hitunglah usaha yang dilakukan masing-masing gaya yang bekerja pada karung, dan usaha yang dilakukan gaya total pada  karung tersebut.

Jawaban:

Dengan menggunakan rumus usaha di atas maka usaha dari gaya orang dan gesek dapat dihitung

Wfo    = Fo. cos θ . S  = 100 cos 37 40 = 100. 0,8 . 40 = 3.200 joule
Wges = Fges . s = 50 . 40 = 2.000 joule
Gaya total yang bekerja adalah 3.200 – 2.000 = 1.200 Joule

[Sumber:https://id.wikipedia.org/wiki/Usaha_(fisika)]
[Sumber:https://blog.ruangguru.com/memahami-konsep-usaha-dalam-fisika]
[Sumber:http://bsd.pendidikan.id/data/2013/kelas_7smp/siswa/Kelas_07_SMP_IPA_Siswa.pdf]
[Sumber:https://www.pinterpandai.com/rumus-usaha-fisika-contoh-soal-jawaban/]
[Sumber:https://pyurio.blogspot.com/2016/07/cara-ampuh-mendorong-mobil-yang-mogok.html]