Konsep usaha dan energi selalu terkait erat dengan konsep gaya karena sejatinya gaya yang diterapkan dapat bekerja pada suatu objek dan menyebabkan perubahan energi. Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan pekerjaan. Sedangkan Definisi ilmiah tentang usaha berbeda dalam beberapa hal dari maknanya sehari-hari. Hal-hal tertentu yang kita anggap sebagai kerja keras, seperti menulis ujian atau membawa beban berat di permukaan tanah, tidak berfungsi sebagaimana didefinisikan oleh seorang ilmuwan.
Definisi ilmiah tentang usaha mengungkapkan hubungannya dengan energi, atau bisa dikatakan bahwa usaha merupakan transfer energi oleh suatu gaya yang bekerja pada suatu objek saat ia dipindahkan. Terdapat bermacam-macam usaha dalam fisika, salah satunya yaitu usaha yang secara matematis dirumuskan dengan usaha=0, contohnya ketika kita mendorong tembok.
Usaha dalam Fisika
Usaha atau dalam Bahasan Inggris Work yang dalam fisika dilambangkan dengan W, merupakan energi yang disalurkan gaya ke sebuah benda sehingga benda tersebut bergerak. Atau bisa juga dikatakan bahwa usaha adalah produk dari kekuatan dan perpindahan.
Dalam fisika, suatu gaya dikatakan bekerja jika, ketika bertindak, ada pergerakan titik penerapan ke arah gaya tersebut. Usaha memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain, atau dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Menurut Jammer, istilah usaha diperkenalkan pada 1826 oleh matematikawan Prancis Gaspard-Gustave Coriolis sebagai “berat yang diangkat melalui ketinggian”. Satuan yang digunakan untuk mengukur usaha adalah joule (J), yang didefinisikan sebagai usahayang dikeluarkan oleh gaya satu newton melalui perpindahan satu meter.
Usaha tidak selalu berbentuk mekanis, misalnya usaha listrik. Itu bisa dipandang sebagai kasus yang bersifat khusus dari prinsip ini; di dalam kasus listrik, usaha dilakukan dalam partikel bermuatan yang bergerak melalui sebuah medium.
Konduksi panas dari objek yang lebih hangat ke yang lebih dingin biasanya tidak termasuk usaha mekanis, sebab pada ukuran mikroskopik, tidak ada gaya yang bisa diukur. Pada ukuran atomis, terdapat gaya di mana arti atom berbenturan, tapi dalam jumlahnya usaha hampir sama dengan nol.
Pengertian Usaha
Usaha merupakan besarnya energi yang digunakan untuk merubah posisi yang diberikan oleh gaya pada benda ataupun objek. Usaha yang dikeluarkan oleh suatu objek pun didefinisikan sebagai perkalian antara jarak yang dilalui dengan gaya yang searah dengan perpindahan.
Dalam arti fisika, usaha dapat didefinisikan sebagai kekuatan yang menyebabkan pergerakan-atau perpindahan-suatu objek. Dalam hal gaya konstan, usaha adalah besaran skalar, bukan besaran vektor. Ini berarti bahwa, tidak seperti gaya dan kecepatan, ia tidak memiliki arah, hanya besarnya.
Pengertian Usaha Menurut Para Ahli
Adapun definisi usaha dalam fisika menurut para ahli
- Encyclopedia Britannica
Usaha, dalam fisika, mengukur transfer energi yang terjadi ketika suatu benda dipindahkan pada jarak tertentu oleh kekuatan eksternal setidaknya sebagiannya diterapkan ke arah perpindahan. Jika gaya konstan, usaha dapat dihitung dengan mengalikan panjang lintasan dengan komponen gaya yang bekerja di sepanjang lintasan.
- Cliffs Notes
Konsep usaha dalam fisika jauh lebih sempit dari pada penggunaan kata yang umum. Usaha dilakukan pada suatu objek ketika memberikan gaya agar objek tersebut bergerak pada jarak tertentu. Seseorang yang memegang benda berat tidak bekerja secara fisik karena gaya tidak menggerakkan benda tersebut.
- Wikiversity
Dalam fisika, usaha berhubungan dengan jumlah energi yang ditransfer dalam atau dari suatu sistem oleh suatu gaya.
Rumus Usaha
Rumus usaha dinotasikan dengan lambang berikut, yaitu:
W = F.s
W = m.a.s
Keterangan:
- W = Usaha yang dilakukan (Joule)
- F = Gaya yang diberikan (N)
- s = Jarak perpindahan objek (m)
- m = Massa (kg)
- a = Percepatan (m/s2)
Selain rumus di atas, ada pula rumus usaha yang bernilai 0 (nol), yaitu ketika diberikan gaya pada suatu benda tapi tak terjadi perpindahan. Selain itu, usaha juga bernilai nol ketika gaya yang diberikan tegak lurus dengan perpindahan.
Gaya yang diberikan pada benda belum tentu menghasilkan usaha. Misalnya, ketika kita mendorong tembok, kita tak memberikan usaha terhadap tembok tersebut. Kita mungkin hanya akan merasa lelah sebab telah membebaskan energi melalui otot, tapi tembok tetap tidak akan bergerak (s = 0). Jika hal tersebut dimasukkan ke dalam rumus usaha W = F.s, maka hasilnya adalah usaha nol.
Contoh kasus lain usaha bernilai nol, yaitu ketika kita mengangkat batu dengan mendorongnya secara vertikal ke atas dan anda berjalan horizontal. Hal tersebut dikatakan usahanya bernilai nol. Perlu diketahui bahwa nilai θ sama dengan 90, maka jika dimasukkan ke rumus usaha W = Fcos θ . s, usahanya nol. Cos 90 sama dengan 0.
Macam Usaha dan Contohnya
Berdasarkan arah dan perpindahan benda, usaha bisa dibedakan menjadi 3 macam, yaitu:
-
Usaha Positif
Usaha positif merupakan usaha yang dilakukan oleh gaya yang searah dengan arah perpindahan benda, sehingga bisa juga disebut sebagai gaya perpindahan searah. Apabila gaya bekerja pada suatu benda ke kanan, dan mengakibatkan benda tersebut bergerak ke kanan, maka gaya tersebut melakukan usaha positif.
Secara matematis, besar usaha yang dilakukan oleh gaya yang searah dengan perpindahannya sama dengan hasil kali gaya dengan perpindahan benda, atau jika dalam rumus bisa dituliskan W= F.s seperti yang telah disebutkan sebelumnya. Contoh usaha positif yaitu ketika seseorang mengangkat sebuah kotak dari lantai ke atas meja.
Contoh lain misalnya ketika kita menjatuhkan pensil, maka usahatelah terjadi. Ini karena perpindahan pensil dari tangan kita ke tanah lebih besar dari nol dan searah dengan gaya yang bekerja pada pensil, yaitu gravitasi.
-
Usaha Negatif
Usaha negatif merupakan usaha yang dilakukan oleh suatu gaya yang arahnya berlawanan dengan arah perpindahan benda. Atau dengan kata lain, usaha negative timbul ketika suatu gaya yang bekerja pada suatu benda justru berfungsi untuk menghambat gerak benda tersebut.
Apabila sebuah benda bergerak ke kanan dan sebuah gaya bekerja pada benda kea rah kiri, maka gaya tersebut dikatakan melakukan usaha yang negatif. Secaramatematis, besar usaha yang dilakukan oleh gaya yang berlawanan arah dengan perpindahannya sama dengan hasil kali gaya dengan perpindahan benda, atau jika dalam rumus bisa dituliskan W= -F.s.
Contoh usaha negatif yaitu usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan terhadap benda yang bergerak di atas permukaan yang kasar.
Contoh lain yaitu gaya pengereman ketika sebuah kendaraan bermotor sedang melaju. Ketika kendaraan tersebut melaju dengan kecepatan v ke kanan, maka gaya rem bekerja ke kiri untuk menghambat gerak kendaraan tersebut dan membuatnya berhenti.
-
Usaha Nol
Usaha nol merupakan istilah yang digunakan untuk menyatakan usaha yang nilainya sama dengan nol, atau dengan kata lain gaya sama sekali tidak melakukan usaha. Usaha nol bisa terjadi karena 2 kemungkinan, yaitu;
- Gaya bekerja tegak lurus dengan perpindahan
- Benda tidak berpindah sama sekali.
Contoh usaha nol yang disebabkan karena gaya tegak lurus perpindahan merupakan usaha yang dilakukan oleh gaya berat terhadap benda yang berpindah ke kanan. Saat benda di dorong ke kanan oleh suatu gaya dan berpindah ke kanan, saat itu lah pada benda tersebut juga bekerja gaya berat yang arahnya ke bawah.
Berdasarkan hal tersebut, bisa dikatakan bahwa gaya tegak lurus dengan arah perpindahan sehingga usahanya sama dengan nol atau tidak melakukan usaha. Contoh usaha nol seperti yang telah disebutkan sebelumnya yaitu ketika seseorang mendorong tembok atau dinding yang kokoh, karena berapapun gaya yang kita berikan, tembok tersebut tetap tidak akan bergerak.
Contoh lain misalnya ketika melakukan push-up penuh, mengangkat tubuh kita dan kemudian kembali ke bawah, total usahaadalah nol. Ini karena jarak total dari titik awal ke titik akhir adalah nol.
Contoh lainnya lagi dari tidak adanya usahaa dalah massa di ujung tali yang berputar dalam lingkaran horizontal pada permukaan tanpa gesekan. Gaya sentripetal diarahkan ke pusat lingkaran dan, oleh karena itu, tidak memindahkan objek melalui jarak; artinya, gaya tidak searah dengan gerak objek.
Itulah tadi serangkain penjelasan serta pengulasan secara lengkap terkait artikel pengertian usaha dalam fisika menurut para ahli, rumus penghitungan, macam, dan contohnya. Semoga melalui materi ini bisa memberikan wawasan dan referensi mendalam.
