Pengertian, Rumus dan Satuan Usaha serta Macam-macam Jenis Bentuk Usaha dilengkapi Contoh Soal tentang Usaha

Pada pembahasan kali ini akan dijelaskan tentang pengertian usaha, rumus usaha, satuan usaha, macam-macam usaha, jenis-jenis usaha dan bentuk-bentuk usaha serta contoh soal tentang usaha dalam ilmu fisika.

Istilah usaha sering didengar dalam kehidupan sehari-hari. Akan tetapi, samakah pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari?

Pengertian usaha dalam fisika

Seorang penarik becak mengayuh becaknya hingga bergerak. Semakin jauh becak dikayuh, semakin besar usaha yang dilakukannya. Apa yang dimaksud dengan usaha? Usaha yang dilakukan sebanding dengan besarnya gaya dan perpindahan yang dirumuskan sebagai berikut.

W = F s

Keterangan:
W = usaha (J)
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)

Rumus dan Satuan Usaha

Satuan usaha adalah Joule atau erg. Satu Joule adalah usaha yang dilakukan oleh gaya 1 Newton untuk menimbulkan perpindahan 1 meter. Jadi, 1 J = 1 N x 1 m = 1 Nm.

Satu erg adalah usaha yang dilakukan oleh gaya 1 dyne untuk menimbulkan perpindahan 1 cm. Jadi, 1 erg = 1 dyne x 1 cm = 1 dn cm. Berapa ergkah 1 Joule itu?

Tabel: Satuan Usaha

Contoh Soal tentang Usaha

Handoko mendorong meja dengan gaya 90 N sehingga meja berpindah sejauh 4 m. Berapa usaha yang dilakukan Handoko?

Pembahasan

Diketahui:
F = 90 N
s = 4 m

Ditanya:
W = …?

Jawab:
W = F s
     = 90 N ×4 m
     = 360 Nm
     = 360 Joule
Jadi, usaha yang dilakukan Handoko sebesar 360 Joule.

Usaha dapat bernilai positif, negatif, dan nol (nihil) seperti terlihat pada gambar berikut.

Gambar: Macam-macam Bentuk Usaha

Macam-macam Bentuk Usaha

Usaha bernilai positif jika arah gaya sama dengan arah gerak (perpindahan), misalnya usaha kuda menarik gerobak. Usaha negatif jika arah gaya berlawanan dengan arah gerak (perpindahan), misalnya usaha rem untuk memperlambat laju kendaraan. Bagaimana usaha yang bernilai nol?

Jika pada sebuah benda bekerja beberapa gaya maka usaha yang dilakukan terhadap benda adalah jumlah usaha dari masing-masing gaya itu.

a. Gaya-gaya searah

Sebuah mobil didorong Amat dengan gaya FA, Badri dengan gaya FB, dan Cecep dengan gaya FC sehingga mobil berpindah sejauh s meter. Usaha yang dilakukan Amat, Badri, dan Cecep adalah sebagai berikut.

usaha Amat, WA = FA s
usaha Badri, WB = FB s
usaha Cecep, WC = FC s
paduan gaya dorong = FA + FB + FC
jumlah usaha mereka = WA + WB + WC
usaha paduan gaya = (FA + FB + FC) s
= (FA s) + (FB s) + (FC s)
= (FA + FB + FC) s
Wpaduan = W1 + W2 + W3

Jadi, terbukti bahwa untuk gaya-gaya yang arahnya sama dan segaris kerja, besarnya usaha bersama sama dengan jumlah usaha gaya paduannya.

Contoh Soal tentang Usaha Searah

Dua orang pekerja bangunan memindahkan pasir dari jalan raya ke lokasi bangunan dengan sebuah gerobak. Seorang pekerja menarik gerobak dengan gaya sebesar 500 N, sedangkan pekerja yang lain mendorong gerobak dari belakang dengan gaya sebesar 400 N. Jika gerobak itu bergerak sejauh 30 meter, berapa usaha yang dilakukan kedua pekerja bangunan pada gerobak?

Pembahasan

Diketahui:
F1 = 500 N
F2 = 400 N
s = 30 m

Ditanya:
W = ...?

Jawab:
W = FR s
= (500 N + 400 N)×30 m
= 27.000 Nm
= 27.000 J

Jadi, usaha yang dilakukan kedua pekerja bangunan pada gerobak adalah 27.000 Joule.

b. Gaya-gaya yang berlawanan arah

Tono dan Kadir bermain tarik tambang, gaya tarik Tono = FT dan gaya tarik Kadir = FK, tali bergerak ke arah Kadir. Artinya, FT berlawanan arah gerak, sedangkan FK searah gerak.

Oleh karena itu,
usaha Tono, WT = - FT s
usaha Kadir, WK = FK s
paduan gaya tarik, F = FK – FT
usaha paduan gaya, W = (FK – FT) s
jumlah usaha, WK + WT = (FK s) – (FT s)
= (FK – FT) s

Jadi, usaha bersama untuk gaya-gaya yang berlawanan arah sama dengan jumlah usaha gaya paduan.

Contoh Soal tentang Usaha yang Berlawanan arah

Ardi dan Anto bermain tarik tambang. Ardi menarik tambang ke kiri dengan gaya 300 N, sedangkan Anto menarik tambang ke kanan dengan gaya 250 N. Jika Anto tertarik ke kiri sejauh 150 cm, berapa besar usaha yang dilakukan Ardi?

Pembahasan

Diketahui:
F1 = 300 N
F2 = 250 N
s = 150 cm
= 1,50 m

Ditanya:
W = ...?

Jawab:
W = FR s
= [F2 + (- F1)] s
= [250 N + (-300 N)] ×1,50 m
= -75 Nm = -75 J
Jadi, usaha yang dilakukan Ardi sebesar 75 N searah dengan arah tarikan Ardi.

Keterangan: tanda negatif (-) menunjukkan bahwa arah gaya ke kiri.

c. Gaya membentuk sudut terhadap arah gerak

Jika arah gaya tidak segaris kerja dengan arah geraknya (perpindahannya) atau arah gaya membuat sudut terhadap arah gerak maka gaya itu diuraikan atas gaya yang searah gerak dan gaya yang tegak lurus arah gerak.

Misalnya, seorang pekerja menarik beban di tanah dengan tali yang membuat sudut terhadap tanah. Besar gaya tarik = F dan perpindahan beban = s. Gaya F diuraikan atas gaya F1 pada tanah dan gaya F2 yang tegak lurus tanah.

Usaha F = usaha F1 + usaha F2
W = W1 + W2
= (F1 s) + 0

Besarnya usaha
W = F1 s
F1 adalah komponen gaya pada arah gerak.

Baca juga: Rumus dan Satuan Daya

Share this post