Rumus Usaha dalam Fisika dan Contoh Soal Beserta Jawabannya

Pernahkah detikers mendorong benda sehingga bergeser beberapa sentimeter atau meter dari posisi awalnya? Itu dinamakan usaha dalam fisika, lantas apa itu usaha dan bagaimana rumus usaha dalam fisika?

Dalam fisika, dikenal istilah usaha yang diartikan sebagai besarnya gaya dikalikan dengan perpindahan yang searah dengan gaya.

Usaha adalah suatu kegiatan yang menggunakan energi untuk memindahkan suatu benda, dari suatu tempat ke tempat lain. Maka dapat dikatakan usaha apabila terjadi perpindahan.

Rumus Usaha dalam Fisika

Dikutip dari buku Mudah dan Aktif Belajar Fisika, secara matematis, usaha dirumuskan sebagai berikut:

W = F.s

Keterangan :

W = besar usaha (Joule disingkat J)

F = Besar gaya (newton disingkat N)

S = Besar perpindahan (meter disingkat m)

Secara fisis, perkalian antara dua vektor yaitu vektor gaya dan vektor perpindahan menyatakan bahwa yang dimaksud adalah proyeksi gaya pada arah perpindahan.

Gaya pada benda membentuk sudut α (lihat gambar di atas)

Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan F membentuk sudut α terhadap arah perpindahan benda, dapat ditulis dengan rumus:

W = Fcosα. S

Fcosα = Proyeksi gaya para arah perpindahan

α = Sudut antara arah gaya dengan arah perpindahan

Vektor F dapat diuraikan menjadi dua komponen gaya yang saling tegak lurus, yaitu komponen F cos α yang searah dengan arah perpindahan benda dan F sin α yang tegak lurus dengan arah perpindahan.

Berikut beberapa keadaan istimewa mengenai usaha yang dilakukan oleh suatu gaya, yaitu:

· Gaya Searah Perpindahan, karena cos 0° = 1 maka diketahui W = Fs

· Gaya tegak lurus perpindahan dengan arah perpindahan (α = 90ᵒ) Karena cos 90ᵒ = 0, maka W = 0

· Gaya berlawanan arah dengan perpindahan (α = 180ᵒ) Karena cos 180ᵒ = -1, maka W = -Fs.

· Perpindahan sama dengan nol atau benda tetap diam (s = 0)

Contoh Soal dan Jawaban Rumus Usaha dalam Fisika

1. Gaya F = 50 N bekerja pada sebuah benda yang massanya 10 kg sehingga benda berpindah horizontal sejauh 2 meter. Gaya tersebut membentuk sudut 60ᵒ terhadap arah perpindahannya. Berapakah usaha yang dilakukan gaya terhadap benda tersebut?

Jawaban:

Diketahui :

F = 10 N

m = 50 kg

s = 2 m

α = 60ᵒ

Ditanyakan : ......?

Penyelesaian : W = F Cos α

= (50N) (cos 60ᵒ) (2m)

= 50 joule

2. Sebuah benda mengalami dua gaya. Gaya pertama sebesar 40 N membentuk sudut 35 derajat dengan sumbu X positif. Jika benda berpindah sejauh 4 m pada arah sumbu X positif, berapa besarnya usaha yang dilakukan gaya tersebut?

Jawab:
Diketahui:

F= 40 N
α= 35
s= 4 m

Penyelesaian:

W= F. s cos α = 40 . 4 . 0,8 = 128 J

3. Zidane mendorong sebuah meja dengan gaya yang diberikan sebesar 15 Newton. Meja tersebut berpindah sejauh 15 cm. Hitunglah usaha yang dilakukan

Jawab:

Diketahui:

F = 15 N

S = 15 cm à 0,15 m

Ditanyakan : W =....?

Penyelesaian: W = F.s = 15. 0,15 = 2,24 joule

4. Dua orang mendorong lemari bermuatan dengan arah mendatar yang besarnya masing-masing 160 N dan 40 N sejauh 75 m. Tentukan usaha yang dilakukan oleh kedua gaya tersebut

Jawab:

Diketahui:

F1 = 160 N

F2 = 40 N

S = 75m

Ditanyakan = Wtotal?

Jawab

W1= F1.s = 160.75 = 12.000 joule

W2 = F2.s = 40.75 = 3.000 joule

W total...?

Penyelesaian : Wtotal = W1 + W2 = 12.000 + 3.000

= 15.000 Joule