Edukiper.com - Rumus usaha merupakan rumus yang digunakan untuk menentukan besarnya usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan sebuah benda sejauh jarak tertentu. Berdasarkan rumusnya, usaha dapat didefenisikan sebagai hasil kali antara gaya dengan perpindahan benda yang searah dengan gaya. Jika dihubungkan dengan konsep energi, maka usaha yang dilakukan dalam suatu proses pada dasarnya sama dengan energi yang dipindahkan dari suatu benda ke benda lainnya. Dalam kajian fisika, dikenal istilah usaha positif, usaha negatif, dan usaha nol. Pada kesempatan ini, Edukiper akan membahas maksud dari ketiga istilah tersebut serta rumus-rumus yang digunakan dalam pembahasan usaha dan daya.
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s = perpindahan yang searah dengan gaya (m).
Rumus di atas merupakan rumus dasar yang digunakan untuk menentukan usaha jika arah perpindahan benda searah dengan arah gayanya. Misalnya, gaya mendorong benda ke kanan, benda juga berpindah ke kanan.
Contoh soal :
Sebuah kelapa bermassa 0,5 kg jatuh dari pohon yang tingginya 8 meter di atas permukaan tanah. Tentukanlah usaha yang dilakukan pada kelapa tersebut.
Pembahasan :
Dik : m = 0,5 kg, h = 8 m
Dit : W = .... ?
Dalam kasus buah jatuh dari pohonnya, gaya yang bekerja pada buah tersebut adalah gaya gravitasi bumi. Gaya gravitasi bumi arahnya ke bawah menuju pusat bumi dan buah juga bergerak jatuh ke bawah, jadi dalam hal ini arah gaya searah dengan arah perpindahannya.
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi:
⇒ W = F . s
⇒ W = m . g . s
⇒ W = m . g. h
⇒ W = 0,5 (10) . 8
⇒ W = 5 . 8
⇒ W = 40 J
Dari perhitungan di atas dapat kita lihat bentuk lain dari rumus umum usaha, yaitu W = m.g.h. Jika anda masih ingat, rumus tersebut merupakan rumus untuk menentukan besar energi potensial suatu benda. Dengan demikian, usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada kasus buah jatuh sama dengan energi potensial buah tersebut.
Usaha positif adalah usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya yang menyebabkan benda berpindah dalam arah yang searah dengan arah gaya tersebut. Denga kata lain, usaha positif terjadi jika arah gaya dan arah perpindahannya searah.
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s = perpindahan benda (m).
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada kasus buah jatuh termasuk salah satu contoh usaha positif sebab arah gaya gravitasi searah dengan arah perpindahan benda yaitu sama-sama ke bawah. Contoh lain misalnya seorang anak mendorong meja ke kanan dan menyebabkan meja berpindah sejauh 1 meter ke kanan.
Contoh soal :
Seorang anak mendorong sebuah meja dengan gaya sebesar 200 N ke kanan. Jika meja tersebut bergeser sejauh 2 meter ke kanan, maka tentukan usaha yang dilakukan anak tersebut.
Pembahasan :
Dik : F = 200 N, s = 2 m
Dit : W = .... ?
Karena gaya dan perpindahan searah, maka usaha anak itu bernilai positif:
⇒ W = F . s
⇒ W = 200 . 2
⇒ W = 400 J.
Usaha negatif adalah usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya yang bekerja dalam arah berlawanan dengan arah perpindahan benda. Dengan kata lain, jika gaya dan perpindahan benda berlawanan arah, maka gaya tersebut dikatakan melakukan usaha negatif.
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s = perpindahan benda (m).
Tanda negatif pada rumus di atas menunjukkan bahwa arah gaya dan arah perpindahan benda saling berlawanan. Salah satu contoh usaha negatif adalah usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan. Contoh lain adalah pada kasus benda dilempar vertikal ke atas. Saat benda dilempar ke atas, gaya gravitasi bekerja berlawanan dengan arah gerak benda sehingga usaha oleh gravitasi bernilai negatif.
Contoh Soal :
Tika mendorong sebuah meja ke kanan dengan gaya sebesar 200 N dan menyebabkan meja berpindah sejauh 0,5 m ke kanan. Jika gaya gesekan antara meja dan lantai adalah 4 N, maka tentukan besar usaha yang dilakukan oleh gaya gesek.
Pembahasan :
Dik : F = 200 N, s = 0,5 m, fg = 4 N
Dit : W = ... ?
Ingat bahwa gaya gesek arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda sehingga arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah perpindahan benda. Karena berlawanan, maka usaha yang dilakukan gaya gesek selalu bernilai negatif.
Usaha oleh gaya gesekan :
⇒ W = -Fg . s
⇒ W = -4 . 0,5
⇒ W = -2 J.
Usaha nol umumnya terjadi saat gaya yang bekerja pada sebuah benda bekerja dalam arah tegak lurus terhadap arah perpindahan benda. Misalnya sebuah gaya bekerja ke arah bawah sementara perpindahan bendanya ke arah kanan. Karena arah gaya dan arah perpindahan tegak lurus, maka gaya dikatakan melakukan usaha nol atau sama dengan tidak melakukan usaha.
Salah satu contoh usaha nol yang paling umum adalah seorang anak yang mendorong dinding atau tembok dengan sekuat tenaga tetapi dinding tetap tidak bergerak. Sebesar apapun gaya dorong yang diberikan, jika tembok tidak bergeser maka sang anak dikatakan tidak melakukan usaha.
#1 Gaya Tegak Lurus dengan Perpindahan
⇒ W = F . s cos 90o
⇒ W = F . s. 0
⇒ W = 0
#2 Benda Tidak Mengalami Perpindahan
⇒ W = F . s
⇒ W = F . 0
⇒ W = 0
Contoh soal:
Seorang murid mendorong sebuah lemari dengan gaya sebesar 400 N. Jika lemari tersebut tidak bergeser sama sekali, maka tentukan besar usaha yang dilakukan murid tersebut.
Pembahasan :
Dik : F = 400 N, s = 0
Dit : W = .... ?
Karena lemari tidak bergeser, maka:
⇒ W = F . s
⇒ W = 400 . 0
⇒ W = 0.
Keterangan :
P = daya (watt)
W = usaha yang dilakukan (J)
t = waktu (s).
Contoh Soal :
Seorang anak menaiki tangga yang tingginya 8 meter dalam waktu 40 detik. Jika berat anak itu adalah 400 N, maka tentukan daya yang dilakukan anak tersebut.
Pembahasan :
Dik : h = 8 m, t = 40 s, w = 400 N
Dit : W = ... ?
Usaha yang dilakukan:
⇒ W = F . s
⇒ W = w . h
⇒ W = 400 . 8
⇒ W = 3200 J
Daya yang dilakukan:
⇒ P = W/t
⇒ P = 3200/40
⇒ P = 80 Watt.
A. Rumus Umum Usaha
Usaha adalah hasil kali gaya dengan perpindahan benda. Itu artinya, besar usaha yang dilakukan sebanding dengan besar gaya yang diberikan dan sebanding dengan besar perpindahan yang dihasilkannya. Dengan kata lain, semakin besar gaya dan perpindahan yang dihasilkan makan akan semakin besar usahanya.| W = F . s |
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s = perpindahan yang searah dengan gaya (m).
Rumus di atas merupakan rumus dasar yang digunakan untuk menentukan usaha jika arah perpindahan benda searah dengan arah gayanya. Misalnya, gaya mendorong benda ke kanan, benda juga berpindah ke kanan.
Contoh soal :
Sebuah kelapa bermassa 0,5 kg jatuh dari pohon yang tingginya 8 meter di atas permukaan tanah. Tentukanlah usaha yang dilakukan pada kelapa tersebut.
Pembahasan :
Dik : m = 0,5 kg, h = 8 m
Dit : W = .... ?
Dalam kasus buah jatuh dari pohonnya, gaya yang bekerja pada buah tersebut adalah gaya gravitasi bumi. Gaya gravitasi bumi arahnya ke bawah menuju pusat bumi dan buah juga bergerak jatuh ke bawah, jadi dalam hal ini arah gaya searah dengan arah perpindahannya.
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi:
⇒ W = F . s
⇒ W = m . g . s
⇒ W = m . g. h
⇒ W = 0,5 (10) . 8
⇒ W = 5 . 8
⇒ W = 40 J
Dari perhitungan di atas dapat kita lihat bentuk lain dari rumus umum usaha, yaitu W = m.g.h. Jika anda masih ingat, rumus tersebut merupakan rumus untuk menentukan besar energi potensial suatu benda. Dengan demikian, usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada kasus buah jatuh sama dengan energi potensial buah tersebut.
B. Rumus dan Ciri-ciri Usaha Positif
Usaha positif adalah usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya yang menyebabkan benda berpindah dalam arah yang searah dengan arah gaya tersebut. Denga kata lain, usaha positif terjadi jika arah gaya dan arah perpindahannya searah.
| W = F . s |
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s = perpindahan benda (m).
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada kasus buah jatuh termasuk salah satu contoh usaha positif sebab arah gaya gravitasi searah dengan arah perpindahan benda yaitu sama-sama ke bawah. Contoh lain misalnya seorang anak mendorong meja ke kanan dan menyebabkan meja berpindah sejauh 1 meter ke kanan.
Contoh soal :
Seorang anak mendorong sebuah meja dengan gaya sebesar 200 N ke kanan. Jika meja tersebut bergeser sejauh 2 meter ke kanan, maka tentukan usaha yang dilakukan anak tersebut.
Pembahasan :
Dik : F = 200 N, s = 2 m
Dit : W = .... ?
Karena gaya dan perpindahan searah, maka usaha anak itu bernilai positif:
⇒ W = F . s
⇒ W = 200 . 2
⇒ W = 400 J.
C. Rumus dan Ciri-ciri Usaha Negatif
Usaha negatif adalah usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya yang bekerja dalam arah berlawanan dengan arah perpindahan benda. Dengan kata lain, jika gaya dan perpindahan benda berlawanan arah, maka gaya tersebut dikatakan melakukan usaha negatif.
| W = -F . s |
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s = perpindahan benda (m).
Tanda negatif pada rumus di atas menunjukkan bahwa arah gaya dan arah perpindahan benda saling berlawanan. Salah satu contoh usaha negatif adalah usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan. Contoh lain adalah pada kasus benda dilempar vertikal ke atas. Saat benda dilempar ke atas, gaya gravitasi bekerja berlawanan dengan arah gerak benda sehingga usaha oleh gravitasi bernilai negatif.
Contoh Soal :
Tika mendorong sebuah meja ke kanan dengan gaya sebesar 200 N dan menyebabkan meja berpindah sejauh 0,5 m ke kanan. Jika gaya gesekan antara meja dan lantai adalah 4 N, maka tentukan besar usaha yang dilakukan oleh gaya gesek.
Pembahasan :
Dik : F = 200 N, s = 0,5 m, fg = 4 N
Dit : W = ... ?
Ingat bahwa gaya gesek arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak benda sehingga arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah perpindahan benda. Karena berlawanan, maka usaha yang dilakukan gaya gesek selalu bernilai negatif.
Usaha oleh gaya gesekan :
⇒ W = -Fg . s
⇒ W = -4 . 0,5
⇒ W = -2 J.
D. Rumus dan Ciri-ciri Usaha Nol
Usaha nol adalah usaha yang tidak menyebabkan benda berpindah. Pada dasarnya, usaha nol berarti tidak ada usaha dan gaya dikatakan tidak melakukan usaha meskipun gaya yang diberikan besar. Usaha nol terjadi jika gaya yang bekerja pada suatu benda tidak menyebabkan benda tersebut berpindah.Usaha nol umumnya terjadi saat gaya yang bekerja pada sebuah benda bekerja dalam arah tegak lurus terhadap arah perpindahan benda. Misalnya sebuah gaya bekerja ke arah bawah sementara perpindahan bendanya ke arah kanan. Karena arah gaya dan arah perpindahan tegak lurus, maka gaya dikatakan melakukan usaha nol atau sama dengan tidak melakukan usaha.
Salah satu contoh usaha nol yang paling umum adalah seorang anak yang mendorong dinding atau tembok dengan sekuat tenaga tetapi dinding tetap tidak bergerak. Sebesar apapun gaya dorong yang diberikan, jika tembok tidak bergeser maka sang anak dikatakan tidak melakukan usaha.
#1 Gaya Tegak Lurus dengan Perpindahan
⇒ W = F . s cos 90o
⇒ W = F . s. 0
⇒ W = 0
#2 Benda Tidak Mengalami Perpindahan
⇒ W = F . s
⇒ W = F . 0
⇒ W = 0
Contoh soal:
Seorang murid mendorong sebuah lemari dengan gaya sebesar 400 N. Jika lemari tersebut tidak bergeser sama sekali, maka tentukan besar usaha yang dilakukan murid tersebut.
Pembahasan :
Dik : F = 400 N, s = 0
Dit : W = .... ?
Karena lemari tidak bergeser, maka:
⇒ W = F . s
⇒ W = 400 . 0
⇒ W = 0.
E. Rumus Daya
Daya adalah usaha yang dilakukan gaya dalam satuan waktu tertentu. Dengan kata lain, daya adalah kecepatan dalam melakukan usaha atau laju perubahan energi dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Besar daya berbanding lurus dengan usaha dan berbanding terbalik dengan waktu.| P = W/t |
Keterangan :
P = daya (watt)
W = usaha yang dilakukan (J)
t = waktu (s).
Contoh Soal :
Seorang anak menaiki tangga yang tingginya 8 meter dalam waktu 40 detik. Jika berat anak itu adalah 400 N, maka tentukan daya yang dilakukan anak tersebut.
Pembahasan :
Dik : h = 8 m, t = 40 s, w = 400 N
Dit : W = ... ?
Usaha yang dilakukan:
⇒ W = F . s
⇒ W = w . h
⇒ W = 400 . 8
⇒ W = 3200 J
Daya yang dilakukan:
⇒ P = W/t
⇒ P = 3200/40
⇒ P = 80 Watt.
0 comments :
Post a Comment