Materi Lengkap Usaha Beserta Contoh Soal dan Pembahasannya

Materi Lengkap Usaha Beserta Contoh Soal dan Pembahasannya - Selamat malam teman Sains Seru. Kali ini kita akan membahas tentang Usaha yang ada di kelas XII SMA. Mungkin banyak yang sudah paham dengan materi ini karena di jenjang SMP pun sudah pernah dipelajari, tetapi di SMA ini kita akan lebih mendalami lagi materi tentang Usaha ini. Baik langsung saja ikuti pembahasan dibawah.

Google Image - Materi Lengkap Usaha Beserta Contoh Soal dan Pembahasannya

Apakah usaha itu? Kita sering mendengar istilah usaha, misalnya Tuti melakukan usaha yang besar agar lulus ujian. Usaha yang dilakukan Rudi untuk mendorong lemari 5 joule. Ternyata pengertian usaha dalam fisika berbeda dengan usaha yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Usaha dapat di timbulkan oleh gaya yang konstan, dan gaya yang tidak konstan.

Usaha

Kata usaha dalam kehidupan sehari-hari adalah berbagai aktivitas yang dilakukan manusia. Contohnya, Marc Marquez berusaha meningkatkan kelajuan motornya untuk menjadi juara dunia Moto GP yang ke dua kalinya, Cristiano Ronaldo berusaha mengecoh penjaga gawang agar dapat mencetak gol, dan Raihan berusaha mempelajari Fisika untuk persiapan ulangan harian.

1. Usaha oleh Gaya Konstan

Dalam ilmu Fisika, usaha memiliki definisi yang lebih khusus lagi. Usaha adalah gaya F yang konstan yang diberikan pada suatu benda akan menyebabkan benda tersebut berpindah posisi sejauh s, usaha W yang dilakukan gaya tersebut dinyatakan dengan

Keterangan:   F  = gaya (N)

                       s  = perpindahan (m)

                      W = usaha (Nm = joule).

Dalam Fisika usaha memiliki dua syarat khusus yaitu, pertama, gaya yang diberikan pada benda haruslah menyebabkan benda terus berpindah sejauh jarak tertentu. Perhatikan gambar dibawah ini.

Terlihat pada gambar diatas yang dimana orang tersebut mendorong dinding tembok hingga tenaganya habis, tetapi dinding tembok tersebut tidak berpindah. Dalam ilmu Fisika, usaha yang dilakukan oleh orang diatas terhadap dinding akan sama dengan 0 (nol) atau tidak melakukan usaha karena tidak terjadi perpindahan posisi pada benda tersebut.

Kedua, agar suatu gaya dapat melakukan usaha pada benda, gaya tersebut harus memiliki komponen arah yang paralel terhadap arah perpindahan. Perhatikan gambar dibawah ini.

Pada gambar diatas terlihat anak yang sedang menarik mainan berbentuk kereta api yang dihubungkan dengan tali sehingga gaya tariknya membentuk sudut 𝛼 terhadap bidang horizontal dan mainan kereta api tersebut berpindah sejauh s.

Dengan demikian, gaya yang bekerja pada mainan berbentuk kereta api akan membentuk sudut 𝛼 terhadap arah perpindahannya. Oleh karena itu, besar usaha yang dihasilkan dapat dinyatakan dengan persamaan.

Keterangan:   𝛼 = sudut antara gaya dan perpindahan benda (derajat)

Contoh 1.

Sebuah benda yang memiliki beratn 10 N berada pada bidang datar licin. Benda tersebut bekerja gaya mendatar sebesar 20 N sehingga benda akan berpindah sejauh 50 cm dari posisi awal. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?

Jawab

Diketahui:   w = 10 N

                    F = 20 N

                    s  = 50 cm = 0,5 m

W = Fs

     = (20 N)(0,5 m)

     = 10 joule

Contoh 2.

Sebuah gaya F = (3i + 4j) N memiliki usaha dengan titik posisinya berpindah sejauh r = (5i + 5j) m dimana vektor i dan vektor j berturut-turut adalah vektor satuan yang searah dengan sumbu-x dan sumbu-y pada koordinat Cartesian. Berapakah usaha yang dilakukan gaya tersebut?

Jawab

Diketahui:   F = (3i + 4j) N

                    r = (5i + 5j) m

W = F.s

    = F.r

    = (3i + 4j) N . (5i + 5j) m

    = 15 + 20

    = 35 joule

Contoh 3.

Sebuah balok bermassa 10 kg ditarik dengan gaya 50 N sehingga berpindah sejauh 8 m. Jika 𝛼 = 60º dan gesekan antara balok dan lantai diabaikan. berapakah usaha yang dilakukan gaya itu?

Jawab

Diketahui:   F = 50 N

                    s  = 8 m

                    𝛼 = 60º

W = F cos𝛼 s

     = (50 N)(cos 60º)(8 m)

     = (50 N)(½)(8 m)

     = 200 joule

2. Usaha oleh Gaya Tidak Konstan

Contoh gaya yang bekerja bergantung pada posisi adalah gaya pegas, gaya gravitasi antarpelanet, gaya listrik antara dua buah benda yang bermuatan, dan sebagainya. Grafik gaya terhadap posisi dapat dilihat dibawah ini. Kita bisa membagi jarak antara x₁ sampai x₂ menjadi selang yang kecil.

Usaha yang dilakukan pada tiap selang adalah luas segi empat dalam grafik x terhada F. Jadi usaha total yang dihasilkan adalah jumlah keseluruhan luas segiempat dalam grafik tersebut. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

Jika ∆x sangat kecil yaitu sebesar dx, usaha pada tiap persegi panjang adalah dW. Usaha total dari x₁ sampai x₂ adalah integral dari titik x₁ sampai x₂.

Contoh 4.

Carilah usaha yang dilakukan oleh pegas yang ujungnyadihubungkan dengan benda bermassa m yang ditekan sehingga pegas berkurang panjangnya sebesar x agar pegas kembali ke posisi semuala!

Jawab

Gaya pada pegas dapat ditunjukkan oleh gambar diatas. Usaha yang dilakukan pegas adalah luasa yang berada di antara grafik fungsi F dan sumbu x. Gaya yang dilakukan pegas adalah F = -kx

Luasan dibawah fungsi gaya adalah luasan segitiga. Luas segitiga bisa kita cari yaitu:

L = ½alas × tinggi

   = ½x × F(x)

   = ½x × kx

   = ½kx²

Materi Lengkap Usaha Beserta Contoh Soal dan Pembahasannya - Mungkin sekian dulu pembahasan ini tentang Usaha. Semoga pembahasan singkat diatas dapat bermanfaat bagi teman setia Sains Seru. Jika ada yang mau ditanyakan bisa tinggalkan di kolom komentar dibawah ya. Untuk pembahasan selanjutnya Energi dan Daya dapat ikuti terus update artikel disini ya. Terimakasih atas perhatiannya, See You.

• Tweet
• Share
• Share
• Share
• Share

Related Post