Usaha atau kerja sering diartikan sebagai upaya untuk mencapai tujuan, misalnya usaha untuk menjadi juara kelas, usaha untuk memenangkan lomba balap sepeda, dan usaha untuk mencapai finis dalam lomba lari. Selama orang melakukan kegiatan maka dikatakan dia berusaha, tanpa mempedulikan tercapai atau tidak tujuannya.
Pengertian usaha dalam fisika hampir sama dengan pengertian dalam kehidupan sehari-hari, yaitu usaha adalah kegiatan dengan mengerahkan tenaga untuk mencapai suatu tujuan. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Ada bermacammacam bentuk energi yang dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain. Dalam setiap perubahan bentuk energi, tidak ada energi yang hilang, karena energi bersifat kekal sehingga tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Pada saat kita mendorong sebuah meja dengan gaya tertentu, ternyata meja bergerak. Akan tetapi, ketika kita mendorong tembok dengan gaya yang sama, ternyata tembok tetap diam. Dalam pengertian sehari-hari keduanya dianggap sebagai usaha, tanpa memerhatikan benda tersebut bergerak atau diam.
Dalam fisika, usaha memiliki pengertian khusus untuk mendeskripsikan apa yang dihasilkan oleh gaya ketika bekerja pada benda sehingga benda bergerak pada jarak tertentu. Usaha yang dilakukan oleh gaya didefinisikan sebagai hasil kali komponen gaya yang segaris dengan perpindahan dengan besarnya perpindahan. Gambar berikut menunjukkan gaya F yang bekerja pada benda yang terletak pada bidang horizontal sehingga benda berpindah sejauh s.
Usaha yang dilakukan oleh gaya F
Besarnya komponen gaya yang segaris atau searah dengan perpindahan adalah F = F.cos α, sehingga besarnya usaha dirumuskan:
W = F . s
W = F.cos α.s = F.s.cos α
W = F.cos α.s = F.s.cos α
dengan:
W = usaha ( J)
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)
α = sudut antara F dengan s
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)
α = sudut antara F dengan s
Berdasarkan persamaan diatas, besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya ditentukan oleh besarnya sudut antara arah gaya dengan perpindahan benda. Berikut ini beberapa keadaan istimewa yang berhubungan dengan arah gaya dan perpindahan benda.
a. Jika α = 0o, berarti gaya F searah dengan arah
Karena cos 0o= 1, maka usaha yang dilakukan: W = F.s.
b. Jika α = 90o, berarti gaya F tegak lurus dengan arah
Karena cos 90o= 0, maka: W = 0. Dikatakan bahwa gaya tidak menghasilkan usaha.
c. Jika α = 180o, berarti gaya F berlawanan dengan arah perpindahan.
Karena cos 180o = -1, maka: W = -F . s.
d. Jika s = 0, berarti gaya tidak menyebabkan benda berpindah, maka: W = 0.
Karena cos 0o= 1, maka usaha yang dilakukan: W = F.s.
b. Jika α = 90o, berarti gaya F tegak lurus dengan arah
Karena cos 90o= 0, maka: W = 0. Dikatakan bahwa gaya tidak menghasilkan usaha.
c. Jika α = 180o, berarti gaya F berlawanan dengan arah perpindahan.
Karena cos 180o = -1, maka: W = -F . s.
d. Jika s = 0, berarti gaya tidak menyebabkan benda berpindah, maka: W = 0.
Usaha Oleh Beberapa Gaya
Gambar diatas menunjukkan sebuah benda yang dipengaruhi oleh gaya F1 dan F2 yang bertitik tangkap sama, sehingga benda bergeser sejauh s pada arah horizontal.
Komponen gaya F1 yang searah dengan perpindahan adalah:
F1x = F1.cos α 1, sehingga:
W1 = F1.cos α 1. s = F1.s.cos α 1
W1 = F1.cos α 1. s = F1.s.cos α 1
Komponen gaya F2 yang searah dengan perpindahan adalah:
F2x = F2.cos α 2, sehingga:
W2= F2.cos α 2.s = F2.s.cos α 2
W2= F2.cos α 2.s = F2.s.cos α 2
Karena usaha adalah besaran skalar, maka usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya bertitik tangkap sama merupakan jumlah aljabar dari usaha yang dilakukan masing-masing gaya.
W = W1 + W2 + … + Wn
Grafik Gaya Terhadap Perpindahan
Apabila benda dipengaruhi oleh gaya yang konstan (besar dan arahnya tetap), maka grafik antara gaya F dan perpindahan s dapat digambarkan dengan gambar diatas. Usaha yang dilakukan oleh gaya F selama perpindahan sama dengan luas daerah yang diarsir. Usaha bernilai positif jika luas daerah yang diarsir berada di atas sumbu s, dan akan bernilai negatif jika luas daerah yang diarsir berada di bawah sumbu s.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar