Rumus Usaha dalam Fisika: Perhitungan dan Contoh Soal

Ilustrasi orang mendorong benda. Foto: Flickr/Khor Wen Jun

Pada ilmu Fisika khususnya mekanika, rumus usaha berfungsi untuk menentukan seberapa besar energi yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah benda.

Usaha dikatakan telah dilakukan jika terdapat gaya yang menyebabkan benda tersebut bergerak.

Lalu, usaha berbanding lurus dengan massa benda, misalnya memindahkan benda yang berat, maka diperlukan usaha yang berat pula.

Rumus Usaha Fisika

Seperti yang dikutip dari Akselerasi Fisika Jilid 2, usaha merupakan hasil kali gaya dan perpindahan yang terjadi.

Jika dilihat secara matematika, rumus mencari usaha dapat dituliskan sebagai berikut:

Rumus usaha. Foto: Nada Shofura/Kumparan

Artinya, rumus tersebut bisa diartikan sebagai berikut:

Gaya dan perpindahan adalah besaran vektor, sehingga usaha merupakan besaran skalar.

Jika sudut antara gaya dengan perpindahan sebesar θ, maka rumusnya dapat dituliskan dengan:

Rumus usaha. Foto: Nada Shofura/kumparan

Sebuah kardus ditarik dengan tali dengan arah 30 derajat dan membutuhkan gaya 30 Newton. Tentukan usaha yang diperlukan untuk menarik kardus tersebut jika kardus bergerak sejauh 5 meter!

Penyelesaian:

Ilustrasi penyelesaian rumus usaha. Foto: Nada Shofura/kumparan

W = Fs cos θ

= (15 N)(10 m) cos 30 derajat

= 130 J

Jadi, besaran usaha yang diperlukan untuk menarik kardus tersebut sebesar 130 Joule.

Menghitung Rumus Usaha dengan Metode Grafis

Ilustrasi menghitung usaha secara grafik. Foto: Nada Shofura/kumparan

Perhatikan gambar di atas, grafik tersebut menunjukkan sebuah benda yang bergerak dengan gaya sebesar F0 dan perpindahannya So.

Jadi, usaha yang diperoleh berdasarkan rumus sebelumnya adalah FoSo.

Melalui grafik tersebut, FoSo sama dengan luas daerah di bawah grafik. Kesimpulannya, bahwa usaha dapat dihitung berdasarkan luas daerah yang di arsir.

Grafik hubungan gaya dan usaha dari sebuah benda yang bergerak. Foto: Nada Shofura/kumparan

Grafik di atas menunjukkan benda yang bergerak dengan gaya yang berubah-ubah. Kemudian, menyebabkan benda tersebut berpindah sejauh 10 meter. Tentukan usahanya!

Penyelesaian:

Gambar bangun datar di bawah grafik adalah segitiga siku-siku.

W = luas daerah di bawah grafik

= 1/2 (200 N) (10 m)

= 1.000 J

Jadi, usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut sejauh 10 meter adalah 1.000 Joule.

Mencari Rumus Usaha dengan Beberapa Gaya

Terkadang untuk memindahkan sebuah benda yang sangat berat membutuhkan beberapa gaya yang berbeda. Usaha yang diperlukan dapat dihitung dengan menghitung usaha dari masing-masing gaya, kemudian di totalkan.

Dua orang pekerja memindahkan sebuah benda sejauh 5 meter. Jika orang pertama mendorong benda tersebut dengan gaya 100 Newton dan orang ke dua dengan gaya 200 Newton. Berapa usahanya?

Penyelesaian:

W1 = (100 N) (5 m) = 500 J

W2 = (200 N) (5 m) = 1.000 J

Wtotal = W1 + W2

= 500 J + 1.000 J

= 1.500 J

Jadi, usaha yang diperlukan adalah 1.500 Joule.

Sekarang kamu sudah paham mengenai rumus usaha dan cara mengerjakan beberapa contoh soal yang berkaitan dengan usaha.

(NSF)