Konsep Usaha Dalam Fisika

Zsmart.id - Dalam ilmu fisika usaha dapat didefinisikan sebagai nilai kuantitatif yang diberikan sebagai hasil dari perkalian titik antara vektor gaya yang diberikan pada suatu benda dengan vektor perpindahan dari benda tersebut. Secara matematis, penentuan usaha dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan berikut :

terlihat bahwa usaha merupakan suatu besaran yang sifatnya skalar yang memiliki satuan Nm atau Joule. Lebih lanjut, dengan menggunakan persamaan perkalian titik antara dua buah vektor maka persamaan usaha di atas dapat dituliskan dalam persamaan berikut :

di mana 𝜃 merupakan sudut yang dibentuk antara vektor gaya F dan besar vektor perpindahan s seperti yang tertera pada gambar berikut :

berdasarkan persamaan usaha yang kita peroleh terlihat bahwa bernilai tidaknya usaha yang kita lakukan tergantung terhadap adanya perpindahan atau perubahan yang dialami objek tersebut baik secara vertikal ataupun horisontal apabila kita memberikan gaya kepadanya. Sebagai contoh, kita ingin mendorong sebuah batu besar. Namun ketika kita mendorong batu tersebut dengan gaya tertentu ternyata batu tidak mengalam perubahan posisi. Olehnya, dapat dikatakan tidak ada hasil yang diperoleh atau usaha kita bernilai nol. Berdasarkan pemaparan singkat ini, maka dapat disimpulkan bahwa :

"...Usaha merupakan suatu besaran skalar yang menggambarkan kuantitas hasil perkalian antara gaya dan perpindahan yang dialami oleh benda tersebut..."

Berdasarkan konsep dasar ini, maka akan ditemukan persamaan dalam menentukan usaha yang dilakukan oleh pegas, gravitasi dan gas.

Setelah memahami konsep dasar mengenai usaha, selanjutnya kita akan membahas terkait beberapa contoh-contoh soal mengenai usaha.

1. Sebuah benda diberikan gaya F = 3i + 4j +2k sehingga benda mengalami perubahan posisi s = 2i + 6j + 3k dengan F dalam Newton dan s dalam m. Tentukan besar usaha yang dilakukan !
   Jawaban :
   W=F.s
   
   W=(3i + 4j +2k) N. (2i + 6j + 3k)m
   
   W=(6+24+6) Nm
   
   W=36 Nm
   
   
   
2. Sebuah benda bermassa 45kg ditarik oleh seorang anak menggunakan tali yang membentuk sudut 60 derajat terhadap permukaan. Jika selama 25 detik, benda bergerak sejauh 10 meter dan menghasilkan usaha sebesar 180J. Tentukan besar gaya yang diberikan oleh anak tersebut !
   Jawaban :
   Berdasarkan persamaan umum usaha yakni W=Fs cos 𝜃, maka dengan menggunakan informasi yang diperoleh dari soal maka dapat dituliskan 
   
   W = Fs cos 𝜃
   
   180 Nm = F (10 m) (cos 60)
   
   180 Nm = F (10 m) (0.5)
   
   180 Nm = F (5 m)
   
   F = 180 Nm / 5 m
   
   F = 36 N

Sekian informasi singkat mengenai konsep usaha beserta penerapan dalam contoh kasus. Semoga bermanfaat !

Share :