Fisikelas - Apa pengertian usaha dalam bidang study fisika? Apa yang dimaksud dengan usaha positif dan usaha negatif? Dapatkah anda menyebutkan contoh usaha positif dan usaha negatif? Pertanyaan demikian merupakan pertanyaan dasar tentang usaha yang perlu untuk diselesaikan sebab konsep usaha dalam fisika berbeda dengan usaha yang kita kenal dalam kehidupan sehari-hari. Dalam fisika, usaha berkaitan dengan energi, gaya, dan perpindahan benda. Perpindahan benda menjadi salah satu tolok ukur apakah sebuah gaya telah melakukan usaha atau belum. Jika gaya menyebabkan benda berpindah maka gaya tersebut melakukan usaha. Sebaliknya, jika gaya yang bekerja pada benda tidak menyebabkan benda bergeser sama sekali, maka gaya tersebut dikatakan tidak melakukan usaha meskipun gaya yang diberikan sangat besar.
Pada kasus lain, ketika seorang murid mencoba sekuat tenaga untuk mendorong tembok dan tembok tersebut tetap kokoh pada posisinya tidak bergeser sama sekali, maka sebesar apapun gaya yang sudah diberikan murid tersebut, dia tetap dikatakan belum melakukan usaha sebab tembok tidak mengalami perpindahan.
Dari kedua contoh di atas dapat kita tarik sebuah kesimpulan bahwa dalam fisika, usaha terjadi jika sebuah gaya yang bekerja pada sebuah benda menyebabkan benda mengalami perpindahan. Jika sebuah gaya F menyebabkan benda berpindah sejauh s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah:
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
Fx = gaya yang sejajar dengan perpindahan (N)
s = besar perpindahan benda (m).
Selain harus ada perpindahan, usaha dalam fisika juga memperhatikan arah gaya yang bekerja. Pada rumus di atas terdapat besaran Fx sebagai gaya yang sejajar (membentuk sudut 0o atau 180o) dengan perpindahan. Jika gaya membentuk sudut tertentu terhadap perpindahan, maka rumus usahanya menjadi:
Keterangan :
θ = sudut yang dibentuk oleh gaya dan arah perpindahan.
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s = perpindahan benda (m).
Dari rumus di atas dapat kita lihat ada sudut antara gaya dan arah gerak atau arah perpindahan. Besar sudut tersebut sangat mempengaruhi nilai usaha yang dihasilkan. Dari besar sudut inilah kita dapat mengidentifikasi apakah usaha yang dilakukan oleh gaya merupakan usaha positif, usaha negatif, atau usaha nol.
1. Gaya bekerja dengan sudut 0o terhadap arah gerak
2. Gaya bekerja dengan sudut 180o terhadap arah gerak
3. Gaya bekerja dengan sudut 90o terhadap arah gerak
#1 Gaya dan Perpindahan Membentuk Sudut 0o
Jika gaya yang bekerja pada sebuah benda membentuk sudut 0o terhadap arah perpindahan, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah usaha posifit. Ketika sudut yang dibentuk oleh gaya dan perpindahan adalah 0o, itu artinya gaya searah dengan arah gerak benda.
Karena θ = 0o, maka rumus usaha positif adalah sebagai berikut:
⇒ W = F . s cos θ
⇒ W = F . s cos 0o
⇒ W = F . s (1)
⇒ W = F . s
Contoh soal:
Dea mendorong meja dengan gaya 40 N ke kanan. Jika meja bergeser sejauh 0,2 meter ke kanan, maka tentukanlah usaha yang dilakukan oleh Dea.
Pembahasan :
Dik : F = 40 N, s = 0,2 m
Dit : W = .... ?
Usaha yang dilakukan Dea adalah usaha positif karena gaya dorongnya searah dengan arah gerak meja atau arah perpindahan meja.
⇒ W = F . s
⇒ W = 40 . 0,2
⇒ W = 8 J
#2 Gaya dan Perpindahan Membentuk Sudut 180o
Jika gaya yang bekerja pada sebuah benda membentuk sudut 180o terhadap arah gerak benda, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut merupakan usaha negatif karena bernilai negatif. Ketika gaya membentuk sudut 180o terhadap arah gerak, itu artinya arah gaya berlawanan dengan arah perpindahan.
Karena θ = 180o, maka rumus usaha negatif adalah sebagai berikut:
⇒ W = F . s cos θ
⇒ W = F . s cos 180o
⇒ W = F . s (-1)
⇒ W = -F . s
Contoh soal:
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak vertikal ke atas dan mencapai titik tertinggi 4 meter. Jika prcepatan gravitasi 10 m/s2, maka tentukanlah usaha yang dilakukan oleh gaya berat.
Pembahasan :
Dik : m = 2 kg, h = 4 m, g = 10 m/s2
Dit : W = ... ?
Gaya berat atau gaya gravitasi arahnya menuju pusata bumi (ke bawah) sedangkan benda bergerak ke atas. Itu artinya, arah gaya berat berlawanan arah dengan arah gerak sehingga usaha yang dilakukan gaya berat adalah usaha negatif.
Usaha oleh gaya berat:
⇒ W = -F . s
⇒ W = -m.g . s
⇒ W = -m.g.h
⇒ W = -2 (10) (4)
⇒ W = -80 J
#3 Gaya dan Perpindahan Membentuk Sudut 90o
Jika sudut 0o dan 180o menghasilkan usaha positif dan usaha negatif, lalu bagaimana jika sudut antara gaya dan perpindahan adalah 90o? Bagaimana nilai usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?
Jika gaya yang bekerja pada sebuah benda membentuk sudut 0o terhadap arah perpindahan, maka besar usaha yang dilakukan gaya tersebut akan sama dengan nol atau tidak melakukan usaha sama sekali. Itu terjadi karena gaya yang tegak lurus perpindahan tidak menyebabkan perpindahan dalam arah vertikal.
Karena θ = 90o, maka rumus usaha nol adalah sebagai berikut:
⇒ W = F . s cos θ
⇒ W = F . s cos 90o
⇒ W = F . s (0)
⇒ W = 0
Contoh soal:
Andre mendorong sebuah kursi yang beratnya 50 N dan menyebabkan kursi berpindah sejauh 4 meter. Tentukan usaha yang dilakukan oleh gaya berat.
Pembahasan :
Dik : w = 50 N, s = 4 m
Dit : W oleh gaya berat = ... ?
Ketika Andre mendorong sebuah kursi dalam arah mendatar, maka pergeserannya juga dalam arah mendatar. Gaya berat yang dialami oleh kursi arahnya ke bawah sehingga gaya berat membentuk sudut 90o terhadap arah perpindahan kursi.
Karena gaya berat tegak lurus dengan arah perpindahan kursi, maka dalam kasus ini gaya berat tidak melakukan usaha atau usahanya merupakan usaha nol. Gaya berat tidak menyebabkan kursi bergeser ke bawah menembus bidang atau lantai sehingga tidak menyebabkan perpindahan.
A. Definisi Usaha
Sebagai contoh, ketika seorang murid mendorong sebuah lemari ke arah kanan dan menyebabkan lemari tersebut bergeser sekian meter ke kanan, maka dalam kasus ini murid tersebut telah melakukan usaha yang besarnya sama dengan hasil kali gaya yang diberikan denga besar perpindahan lemari.Pada kasus lain, ketika seorang murid mencoba sekuat tenaga untuk mendorong tembok dan tembok tersebut tetap kokoh pada posisinya tidak bergeser sama sekali, maka sebesar apapun gaya yang sudah diberikan murid tersebut, dia tetap dikatakan belum melakukan usaha sebab tembok tidak mengalami perpindahan.
Dari kedua contoh di atas dapat kita tarik sebuah kesimpulan bahwa dalam fisika, usaha terjadi jika sebuah gaya yang bekerja pada sebuah benda menyebabkan benda mengalami perpindahan. Jika sebuah gaya F menyebabkan benda berpindah sejauh s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah:
| W = Fx . s |
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (J)
Fx = gaya yang sejajar dengan perpindahan (N)
s = besar perpindahan benda (m).
Selain harus ada perpindahan, usaha dalam fisika juga memperhatikan arah gaya yang bekerja. Pada rumus di atas terdapat besaran Fx sebagai gaya yang sejajar (membentuk sudut 0o atau 180o) dengan perpindahan. Jika gaya membentuk sudut tertentu terhadap perpindahan, maka rumus usahanya menjadi:
| W = F . s cos θ |
Keterangan :
θ = sudut yang dibentuk oleh gaya dan arah perpindahan.
F = gaya yang bekerja pada benda (N)
s = perpindahan benda (m).
Dari rumus di atas dapat kita lihat ada sudut antara gaya dan arah gerak atau arah perpindahan. Besar sudut tersebut sangat mempengaruhi nilai usaha yang dihasilkan. Dari besar sudut inilah kita dapat mengidentifikasi apakah usaha yang dilakukan oleh gaya merupakan usaha positif, usaha negatif, atau usaha nol.
B. Usaha Positif, Usaha Nol, dan Usaha Negatif
Ketika gaya bekerja pada sebuah benda dan menyebabkan perpindahan, maka terdapat tiga sudut khusus yang menimbulkan istilah usaha positif, usaha negatif, dan usaha nol, yaitu:1. Gaya bekerja dengan sudut 0o terhadap arah gerak
2. Gaya bekerja dengan sudut 180o terhadap arah gerak
3. Gaya bekerja dengan sudut 90o terhadap arah gerak
#1 Gaya dan Perpindahan Membentuk Sudut 0o
Jika gaya yang bekerja pada sebuah benda membentuk sudut 0o terhadap arah perpindahan, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah usaha posifit. Ketika sudut yang dibentuk oleh gaya dan perpindahan adalah 0o, itu artinya gaya searah dengan arah gerak benda.
Karena θ = 0o, maka rumus usaha positif adalah sebagai berikut:
⇒ W = F . s cos θ
⇒ W = F . s cos 0o
⇒ W = F . s (1)
⇒ W = F . s
Contoh soal:
Dea mendorong meja dengan gaya 40 N ke kanan. Jika meja bergeser sejauh 0,2 meter ke kanan, maka tentukanlah usaha yang dilakukan oleh Dea.
Pembahasan :
Dik : F = 40 N, s = 0,2 m
Dit : W = .... ?
Usaha yang dilakukan Dea adalah usaha positif karena gaya dorongnya searah dengan arah gerak meja atau arah perpindahan meja.
⇒ W = F . s
⇒ W = 40 . 0,2
⇒ W = 8 J
#2 Gaya dan Perpindahan Membentuk Sudut 180o
Jika gaya yang bekerja pada sebuah benda membentuk sudut 180o terhadap arah gerak benda, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut merupakan usaha negatif karena bernilai negatif. Ketika gaya membentuk sudut 180o terhadap arah gerak, itu artinya arah gaya berlawanan dengan arah perpindahan.
Karena θ = 180o, maka rumus usaha negatif adalah sebagai berikut:
⇒ W = F . s cos θ
⇒ W = F . s cos 180o
⇒ W = F . s (-1)
⇒ W = -F . s
Contoh soal:
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak vertikal ke atas dan mencapai titik tertinggi 4 meter. Jika prcepatan gravitasi 10 m/s2, maka tentukanlah usaha yang dilakukan oleh gaya berat.
Pembahasan :
Dik : m = 2 kg, h = 4 m, g = 10 m/s2
Dit : W = ... ?
Gaya berat atau gaya gravitasi arahnya menuju pusata bumi (ke bawah) sedangkan benda bergerak ke atas. Itu artinya, arah gaya berat berlawanan arah dengan arah gerak sehingga usaha yang dilakukan gaya berat adalah usaha negatif.
Usaha oleh gaya berat:
⇒ W = -F . s
⇒ W = -m.g . s
⇒ W = -m.g.h
⇒ W = -2 (10) (4)
⇒ W = -80 J
#3 Gaya dan Perpindahan Membentuk Sudut 90o
Jika sudut 0o dan 180o menghasilkan usaha positif dan usaha negatif, lalu bagaimana jika sudut antara gaya dan perpindahan adalah 90o? Bagaimana nilai usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?
Jika gaya yang bekerja pada sebuah benda membentuk sudut 0o terhadap arah perpindahan, maka besar usaha yang dilakukan gaya tersebut akan sama dengan nol atau tidak melakukan usaha sama sekali. Itu terjadi karena gaya yang tegak lurus perpindahan tidak menyebabkan perpindahan dalam arah vertikal.
Karena θ = 90o, maka rumus usaha nol adalah sebagai berikut:
⇒ W = F . s cos θ
⇒ W = F . s cos 90o
⇒ W = F . s (0)
⇒ W = 0
Contoh soal:
Andre mendorong sebuah kursi yang beratnya 50 N dan menyebabkan kursi berpindah sejauh 4 meter. Tentukan usaha yang dilakukan oleh gaya berat.
Pembahasan :
Dik : w = 50 N, s = 4 m
Dit : W oleh gaya berat = ... ?
Ketika Andre mendorong sebuah kursi dalam arah mendatar, maka pergeserannya juga dalam arah mendatar. Gaya berat yang dialami oleh kursi arahnya ke bawah sehingga gaya berat membentuk sudut 90o terhadap arah perpindahan kursi.
Karena gaya berat tegak lurus dengan arah perpindahan kursi, maka dalam kasus ini gaya berat tidak melakukan usaha atau usahanya merupakan usaha nol. Gaya berat tidak menyebabkan kursi bergeser ke bawah menembus bidang atau lantai sehingga tidak menyebabkan perpindahan.
0 komentar :
Posting Komentar