Pengertian Usaha dalam Fisika

Pengertian Usaha dalam Fisika - Usaha atau kerja sering diartikan sebagai upaya untuk mencapai tujuan, misalnya usaha untuk menjadi juara kelas, usaha untuk memenangkan lomba balap sepeda, dan usaha untuk mencapai finis dalam lomba lari. Selama orang melakukan kegiatan maka dikatakan dia berusaha, tanpa mempedulikan tercapai atau tidak tujuannya. Pengertian usaha dalam fisika hampir sama dengan pengertian dalam kehidupan sehari-hari, keduanya merupakan kegiatan dengan mengerahkan tenaga. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Ada bermacam-macam bentuk energi yang dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain. Dalam setiap perubahan bentuk energi, tidak ada energi yang hilang, karena energi bersifat kekal sehingga tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Pada saat kita mendorong sebuah meja dengan gaya tertentu, ternyata meja bergerak. Akan tetapi, ketika kita mendorong tembok dengan gaya yang sama, ternyata tembok tetap diam. Dalam pengertian sehari-hari keduanya dianggap sebagai usaha, tanpa memerhatikan benda tersebut bergerak atau diam.

Dalam fisika, usaha memiliki pengertian khusus untuk mendeskripsikan apa yang dihasilkan oleh gaya ketika bekerja pada benda sehingga benda bergerak pada jarak tertentu. Usaha yang dilakukan oleh gaya didefinisikan sebagai hasil kali komponen gaya yang segaris dengan perpindahan dengan besarnya perpindahan. Gambar 4.2. menunjukkan gaya F yang bekerja pada benda yang terletak pada bidang horizontal sehingga benda berpindah sejauh s.

Usaha yang dilakukan oleh gaya F

Usaha yang dilakukan oleh gaya F

Besarnya komponen gaya yang segaris atau searah dengan perpindahan adalah F = F.cos α , sehingga besarnya usaha dirumuskan:

W = F . s

W = F.cos α .s = F.s.cos α …………….. (4.1)

dengan:

W = usaha ( J)

F = gaya (N)

s = perpindahan (m)

α = sudut antara F dengan s

Usaha yang ditentukan sudut antara gaya dengan perpindahan benda

Usaha yang ditentukan sudut antara gaya dengan perpindahan benda

Berdasarkan persamaan (4.1), besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya ditentukan oleh besarnya sudut antara arah gaya dengan perpindahan benda. Berikut ini beberapa keadaan istimewa yang berhubungan dengan arah gaya dan perpindahan benda.

a. Jika α = 0o, berarti gaya F searah dengan arah perpindahan.

Karena cos 0o = 1, maka usaha yang dilakukan: W = F.s.

b. Jika α = 90o, berarti gaya F tegak lurus dengan arah perpindahan.

Karena cos 90o = 0, maka: W = 0.

Dikatakan bahwa gaya tidak menghasilkan usaha.

c. Jika α = 180o, berarti gaya F berlawanan dengan arah perpindahan.

Karena cos 180o = -1, maka: W = -F . s.

d. Jika s = 0, berarti gaya tidak menyebabkan benda berpindah, maka: W = 0.

1. Usaha oleh beberapa gaya

Gambar 4.4 menunjukkan sebuah benda yang dipengaruhi oleh gaya F1 dan F2 yang bertitik tangkap sama, sehingga benda bergeser sejauh s pada arah horizontal.

Usaha yang dilakukan oleh dua gaya F1 dan F2

Usaha yang dilakukan oleh dua gaya F1 dan F2

Komponen gaya F1 yang searah dengan perpindahan adalah:

F1x= F1.cos α1, sehingga:

W1 = F1.cos α1. s = F1.s.cos α1

Komponen gaya F2 yang searah dengan perpindahan adalah:

F2x= F2.cos α2, sehingga:

W2 = F2.cos α2.s = F2.s.cos α2

Karena usaha adalah besaran skalar, maka usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya bertitik tangkap sama merupakan jumlah aljabar dari usaha yang dilakukan masing-masing gaya.

W = W1 + W2 + … + Wn ………………………………….. (4.2)

2. Grafik gaya terhadap perpindahan

Apabila benda dipengaruhi oleh gaya yang konstan (besar dan arahnya tetap), maka grafik antara gaya F dan perpindahan s dapat digambarkan dengan Gambar 4.5. Usaha yang dilakukan oleh gaya F selama perpindahan sama dengan luas daerah yang diarsir. Usaha bernilai positif jika luas daerah yang diarsir berada di atas sumbu s, dan akan bernilai negatif jika luas daerah yang diarsir berada di bawah sumbu s.

Grafik gaya terhadap perpindahan

Grafik gaya terhadap perpindahan

Contoh soal

1. Sebuah benda dengan massa 50 kg ditarik sejauh 40 m sepanjang lantai horizontal dengan gaya tetap 100 N dan membentuk sudut 37o terhadap arah mendatar. Jika gaya gesek terhadap lantai 50 N, maka tentukan usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya!

Penyelesaian:

Diketahui: F = 100 N

α1= 37o

Fy = 50 N

s = 40 m

Ditanya: W = … ?

Jawab:

Usaha yang dilakukan oleh F adalah:

W1 = F1.s.cos α1

= 100 x 40 x cos 37o

= 3.200 J

Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek Fy adalah:

W2 = Fy.s.cos α2

= 50 x 40 x cos 180o = -2.000 J

Wt = W1 + W2

= 3.200 J – 2.000 J = 1.200 J

atau dengan cara:

ΣFx = F.cos α1Fy

= 100 . cos 37o – 50 N = 30 N

W =  ΣFx . s

= 30 N x 40 m = 1.200 J

2. Perhatikan grafik gaya F terhadap perpindahan s di samping.

Tentukan usaha total yang dilakukan oleh gaya!

Penyelesaian:

Usaha = luas daerah di bawah grafik

W1 = luas trapesium

= (10 + 6) x ½ x 8 = 64 J

W2 = luas segitiga = ½  x (-4) x 5

= -10 J

Besarnya usaha total:

Wtot = W1 + W2

= (64 – 10) J = 54 J

 

Artikel Terkait

Updated: 4 November 2014 — 19:07

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Budisma.web.id © 2014