Usaha di dalam Fisika

Konsep Usaha di dalam fisika

Energi merupakan kemampuan dalam melakukan usaha. Setiap kali kita beraktivitas, kita memerlukan energi, seperti bersepeda, berjalan, belajar, duduk dan lain sebagainya. Pada konsep fisika, tidak semua aktivitas dapat kita pandang sebagai usaha. Duduk misalnya, meskipun tubuh kita memerlukan energi untuk kita melakukan kegiatan ini, kita tidak melakukan usaha secara fisika dikarenakan tidak ada perubahan posisi.

Suatu kegiatan dapat dikatakan usaha di dalam fisika apabila dua syarat terpenuhi, yaitu adanya gaya yang bekerja serta terjadi perubahan posisi. Sebagai contoh, menulis essay dengan bulpen termasuk usaha, karena kita memerlukan gaya dalam menggerakkan bulpen saat menulis dan terjadi perubahan posisi bulpen tersebut dari keadaan awal. Saat atlet angkat beban mengangkat beban, ia melakukan usaha karena dibutuhkan gaya untuk mengangkat beban tersebut dan juga terdapat perubahan posisi saat benda terangkat.

Konsekuensi dari adanya usaha pada benda adalah terjadinya perubahan energi. Sebagai contoh, kita mendorong mobil yang mogok, mobil yang awal mulanya diam karena kita dorong dengan gaya dorong kita bergerak, sehingga terjadi perubahan energy kinetik yang ditunjukkan adanya perubahan gerak benda. Nah, bagaimana jika benda bergerak melingkar? Contohnya adalah planet kita yang mengelilingi matahari, karena kecepatan sentripetalnya sama maka tidak ada perubahan energi kinetik sehingga tidak ada usaha.

Secara fisika kita dapat meninjau usaha sebagai produk dari gaya dan perpindahan. Hanya gaya yang searah dengan perpindahan yang kita tinjau.

\(W=\vec{F} \cdot \vec{r}\)

sehingga,

\(W=Fr\cos\theta\)

dimana W adalah usaha dalam Joule, r adalah besarnya perpindahan dalam meter dan \(\theta\) adalah sudut antara gaya dan perpindahan.

Randy sedang mengangkat beban dengan berat 100N menuju ketinggian 2 m

Contoh soal:

Pak Ikhsan menarik kotak kayu diatas permukaan tanah dengan tali seperti tampak gambar.

Gaya yang dikerjakannya sebesar 200 N membentuk sudut 30 derajat terhadap permukaan tanah. Berapakah besar usaha yang dikerjakan Pak ikhsan apabila dia menariknya sehingga kotak tersebut berpindah sebesar 5 m?

Solusi:

Langkah 1

Tentukan komponen gaya yang searah dengan perpindahan. Pada kasus ini komponen gayanya adalah komponen gaya searah horizontal.

komponen gaya searah horizontal=\(F\cos\theta=200 \cos{30^{\circ}}=173 N\)

Langkah 2

Menghitung usaha dengan mengalikan komponen gaya yang searah dengan perpindahan dengan perpindahannya.

\(W=F\cos\theta r = 173(5)=865 J\)