Di dalam kehidupan sehari-hari, mungkin Anda sering mendengar kata usaha. Pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari adalah mengerahkan kemampuan yang dimilikinya untuk mencapai tujuan atau kerja yang dilakukan orang atau mesin. Apapun hasil kerja itu, berhasil atau tidak, asalkan orang atau mesin itu melakukan sesuatu, dikatakan orang atau mesin tersebut melakukan usaha.
Pengertian usaha dalam fisika didefinisikan sebagai perkalian antara besar gaya yang menyebabkan benda berpindah dengan besar perpindahan benda yang searah dengan arah gaya tersebut. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut. W = F · s Keterangan: W : usaha (J) F : gaya yang beraksi pada benda (N) s : jarak pergeseran (m)
1. Usaha yang Dilakukan Gaya Membentuk Sudut Sembarang.
Toni menarik balok dengan suatu gaya konstan F dan menyebabkan balok berpindah sejauh s dan tidak searah dengan arah gaya F. Komponen gaya F yang segaris dengan perpindahan adalah cos Fx =F cos 0 , dengan alpa merupakan sudut apit antara arah gaya dan bidang horizontal. Berdasarkan definisi usaha tersebut diperoleh persamaan sebagai berikut. W = Fx· s = Fcos 0 = F·scos 0
Usaha boleh bernilai negatif. Berdasarkan persamaan W = F·scos 0 , ketika 0 berada pada rentang 90° < 0 < 270°, usaha bernilai negatif. Hal ini disebabkan cos 0 bernilai negatif. Misalnya, pada kasus benda yang dilempar ke atas. S
elama benda bergerak ke atas benda berpindah setinggi h meter, pada benda bekerja gaya berat w yang arahnya ke bawah. Pada kasus ini arah gaya berat ke bawah berlawanan dengan arah perpindahan benda. Ketika benda dilemparkan, benda mendapat sejumlah energi untuk melawan gaya berat benda. Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya berat adalah negatif. Kasus lain yang bernilai negatif adalah usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan.
3. Usaha yang Dilakukan Gaya Membentuk Sudut 90o
Berdasarkan persamaan W = F·scos , jika = 90°, maka perpindahan benda tegak lurus terhadap gaya yang beraksi pada benda.
Karena nilai cos 90° = 0, maka diperoleh W = 0. Ketika W = 0, dikatakan gaya tersebut tidak melakukan usaha. Pada kasus ini dapat diartikan bahwa perpindahan benda bukan disebabkan oleh gaya tersebut. Menurut definisi usaha, jika gaya nol, maka usahanya juga nol. Jadi, usaha total yang dilakukan Rinto sama dengan nol (Rinto tidak melakukan usaha).
4. Gaya Tidak Melakukan Usaha
Jika Benda Tidak Berpindah Telah Anda ketahui bahwa gaya dikatakan tidak melakukan usaha jika gaya yang bekerja pada suatu benda memiliki resultan nol. Bagaimana jika resultan gayanya tidak sama dengan nol tetapi benda tidak berpindah atau bergeser? Pada kasus-kasus tertentu, gaya yang beraksi pada benda tidak mengubah kedudukan benda.
Misalnya ketika Anda mendorong tembok. Anda dikatakan tidak melakukan usaha karena tembok yang anda dorong tidak berpindah (s = 0; maka W = 0) Contoh yang lain adalah peristiwa atlet besi yang menahan barbel di atas kepala. Saat mengangkat barbel, atlet memberikan sejumlah gaya yang sebanding dengan berat barbel. Gaya ini mengubah posisi barbel dari lantai ke atas kepala atlet.
Pada saat mengangkat barbel dari atas lantai ke atas kepalanya atlet dikatakan melakukan usaha. Namun, setelah barbel berada di atas kepala, atlet dikatakan tidak melakukan usaha, meskipun ia mengerahkan segenap tenaga untuk menahan barbel tersebut. Hal ini disebabkan barbel tidak mengalami perpindahan (s = 0; maka W = 0).
5. Usaha oleh Berbagai Gaya
Pada kehidupan nyata, jarang dijumpai adanya gaya tunggal yang bekerja pada benda. Misalnya, saat Anda berjalan. Gaya-gaya yang bekerja pada saat Anda berjalan adalah gaya berat, gaya normal, dan gaya gesekan.
Bagaimanakah cara menentukan usaha yang dilakukan oleh berbagai gaya? Untuk dapat menentukan usahanya, Anda harus mengetahui besar gaya dan arahnya.
a. Masing-Masing Gaya Bekerja Serentak pada Perpindahan yang Sama
Usaha total yang dilakukan oleh beberapa gaya yang bekerja serentak dapat dihitung sebagai hasil kali resultan komponen gaya yang segaris dengan perpindahan dan besarnya perpindahan.
b. Masing-Masing Gaya Bekerja pada Perpindahan yang Berbeda
Mengingat bahwa usaha adalah besaran skalar, maka usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya pada perpindahan yang berbeda dapat dihitung sebagai hasil penjumlahan aljabar dari usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya secara individual.
6. Menghitung Usaha dengan Grafik
Usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya dapat dilukiskan secara grafis, yaitu dengan menarik garis komponen gaya sebagai fungsi perpindahannya.
7. Usaha yang Dilakukan Oleh Gaya Berat
Anggap sebuah benda bermassa m dilepaskan dari ketinggian h di atas permukaan bumi. Benda akan jatuh karena pengaruh gaya gravitasi.
