Rumus Usaha dalam Fisika (Contoh Soal Usaha dan Pembahasannya)

Apa pengertian usaha dalam fisika? Sebuah benda dikatakan melakukan usaha jika ada gaya yang dilakukan pada benda tersebut atau benda tersebut memberikan gaya yang menyebabkan benda tersebut berubah posisinya.

Usaha adalah suatu gaya yang dilakukan pada sebuah benda dan menyebabkan benda itu bergerak. Benda dapat bergerak karena adanya gaya. Dalam fisika, usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan perpindahan benda. Satuan usaha dalam SI adalah Joule (J).

• Usaha dapat bernilai positif dapat pula bernilai negatif.
• Usaha bernilai negatif, jika komponen gaya yang sejajar perpindahan berlawanan arah dengan perpindahan
• Usaha bernilai positif, jika komponen gaya yang sejajar perpindahan, searah dengan perpindahan.

Rumus Usaha

Secara matematis, usaha dirumuskan sebagai:

W = F . s

W = –F × s → nilai W negatif (usaha negatif)

 

dengan:

W = usaha (Joule, J)
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)

Usaha sebesar 1 Joule dilakukan apabila gaya sebesar 1 Newton memindahkan benda sejauh 1 meter.

Perpaduan dua gaya yang arahnya berlawanan adalah selisih kedua gaya itu, dengan arah gaya paduan sama dengan arah gaya terbesar. Dengan demikian, jika ada dua gaya berlawanan bekerja pada sebuah benda sehingga benda itu berpindah, maka usaha yang dilakukan kedua gaya tersebut adalah:

W = FR . s

FR = ΣF = jumlah gaya-gaya yang bekerja pada benda (N)

Contoh Soal Usaha dalam Fisika dan Pembahasannya

1. Dalam kegiatan beres-beres kelas, Dito telah berhasil menggeser sebuah lemari sejauh 5 m dibantu dua orang temannya, Budi dan Arto. Jika gaya yang diberikan Dito adalah 10 N, Budi sebesar 20 N, dan Arto sebesar 15N, berapakah besar usaha yang telah mereka lakukan?
Penyelesaian:
Diketahui : s = 5 m ; F1 = 10 N ; F2 = 20 N ; F3 = 15 N.
Ditanya : W
Jawab:
Usaha dikerjakan oleh tiga orang, maka:
ΣF = F1 + F2 + F3 = (10 + 20 + 15) N = 45 N
sehingga

W = ΣFs = 45 N ⋅ 5 m = 225 N/m = 225 J
Jadi, usaha yang dilakukan oleh Dito, Budi, dan Arto untuk menggeser meja adalah sebesar 225 N.

2. Seorang pria mendorong peti besi dengan gaya 600 N. Peti tersebut bergeser sejauh 2 m. Hitunglah usaha yang dilakukan pria tersebut!
Jawab:
F = 600 N
s = 2 m
W = .... ?
W = F × s
= 600 N × 2 m
= 1.200 Nm = 1.200 Joule

3. Sebuah gaya 25 N bekerja pada sebuah benda dan menyebablan benda berpindah tempat sejauh 4 m. Tentukan besar usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut !
Penyelesaian :
F = 25 N
s = 4 m
W = F s
= 25 N u 4 m
= 100 joule
Jika usaha yang dilakukan memiliki arah ke atas atau ke bawah maka terdapat pengaruh gaya gravitasi dalam usaha tersebut.
 

4. Ridho mengangkat beban bermassa 2 kg setinggi 1,5 m. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 9,8 N/kg , berapa besar usaha yang dilakukannya ?
Penyelesaian :
m = 2 kg
s = 1,5 m
g = 9,8 N/kg
F = m . g
= 2 kg u 9,8 N/kg
= 19,6 N

W = F . s
= 19,6 N u 1,5 m
= 29,4 J

5. Sebuah mobil yang sedang diam didorong oleh Fahmi dengan gaya 25 N dan ditarik oleh Fahrul searah dengan Fahmi dengan gaya 40 N ke kanan, lalu Fajar mendorong dengan gaya 50 N ke kiri. Perpindahan yang dialami mobil dari posisi semula adalah 6 m. Tentukan besar usaha total dari ketiganya!
Penyelesaian :
FFahmi = 25 N
FFahrul = 40 N
FFajar = -50 N
FR = FFahmi + FFahrul + FFajar = 25 N + 40 N + -50 N
FR = 15 N (Ke arah kanan)

6. Pada sebuah balok bekerja tiga buah gaya bersama-sama, besar F1 = 10 N, F2 = 5 N, dan F3 = 4 N serta berat benda w = 15 N. Benda berpindah 3 m dengan arah perpindahan searah F1. Berapakah usaha yang dilakukan oleh F1, F2, F3, dan w dalam perpindahan tersebut?
Penyelesaian:
Usaha yang dilakukan F1 adalah W1
W1 = F1 × s
= 10 × 3
= 30 Nm
= 30 J
Usaha yang dilakukan F2 adalah W2
W2 = –F2 × s
= –5 × 3
= –15
Usaha yang dilakukan F3 dan w = 0 sebab F3 dan w tegak lurus perpindahan s.