Konsep usaha dan enegri tidak dapat dipisahkan. Usaha adalah besarnya energi untuk merubah posisi yang diberikan gaya pada benda atau objek, sedangkan energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

Usaha

Usaha adalah besarnya energi untuk merubah posisi yang diberikan gaya pada benda atau objek.

Usaha yang dilakukan suatu objek didefinisikan sebagai perkalian antara jarak yang ditempuh dengan gaya yang searah dengan perpindahannya.

Kerja atau usaha ini dinotasikan dengan W yang merupakan singkatan bahasa Inggris dari Work yang berarti kerja.

Satuan usaha yaitu Joule yang didefinisikan sebagai besarnya energi yang dibutuhkan untuk memberi gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter.

Oleh karena itu, 1 Joule sama dengan 1 Newton meter (N.m). Rumus dari usaha sebagai berikut:

W = F.s

W= F cos α . s

Keterangan:

  • W = usaha yang dilakuka (joule/ J)
  • F = gaya yang bekerja (newton/N)
  • s = perpindahan (meter/m)
  • α = sudut yang terbentuk antara gaya dan perpindahan benda (derajat)

Terdapat 2 syarat khusus mengenai definisi usaha dalam fisika.

  • Pertama, gaya yang diberikan pada benda harus menyebabkan benda itu berpindah sejauh jarak tertentu.

Artinya, saat seseorang mendorong dinding dengan tenaga maksimal, namun dinding tidak berpindah sama sekali, maka di kasus ini orang tersebut dikatakan tidak melakukan usaha karena perpindahnannya nol.

usaha dan energi
  • Syarat yang kedua, yaitu gaya tersebut harus mempunyai komponen arah yang paralel terhadap arah perpindahan.

Nilai usaha dapat berupa positif atau negatif tergantung arah gaya terhadap perpindahannya. Apabila gaya yang diberikan pada objek berlawanan arah dengan perpindahannya, maka usaha yang diberikan bernilai negatif.

Dan jika gaya yang diberikan searah dengan perpindahan, maka objek tersebut melakukan usaha positif. Usaha juga dapat bernilai nol (0) atau objek tidak melakukan usaha jika,

  • Diberikan gaya namun tidak terjadi perpindahan.
  • Gaya yang diberikan tegak lurus dengan perpindahan (cos 90⁰=0)

Energi

Energi adalah salah satu konsep paling penting dalam ilmu pengetahuan yang tidak dapat didefinisikan secara ringkas saja. Akan tetapi, materi energi ini berhubungan dengan usaha, maka energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

1. Energi Kinetik

Energi kinetik merupakan energi gerak yang dimiliki benda atau objek karena geraknya. Dapat dikatakan, setiap benda yang bergerak maka benda tersebut memiliki energi kinetik.

Rumus:

Ek = ½.m.v2

Dimana,

  • EK = Energi Kinetik benda (Joule)
  • m = massa benda (kg)
  • v = kecepatan benda (m/s2)

2. Energi Potensial

Saat benda bergerak, dapat dikatakan benda memiliki energi kinetik. Akan tetapi, benda juga kemungkinan memiliki Energi Potensial, yaitu energi yang dimiliki benda karena posisinya atau bentuk maupun susunannya.

Hasil gambar untuk energi potensial

Salah satu contoh energi potensial yaitu energi potensial gravitasi atau disebut Energi Potensial, disebabkan adanya gaya gravitasi. Suatu benda memiliki energi potensial yang besar jika massanya semakin besar dan ketinggiannya semakin tinggi.

Rumus:

EP = mgh

Dimana,

  • EP = energi potensial benda (Joule)
  • g= kecepatan gravitasi (9,8 m/s2)
  • h = ketinggian benda (m)

Hubungan usaha dengan energi potensial dinotasikan dengan:

W = ΔEP = mg(h2 – h1)

Dimana,

h2 – h1 = perubahan ketinggian (m)

3. Energi Mekanik

Energi Mekanik merupakan bentuk energi yang berkaitan dengan gerak. Nah, kedua tipe energi diatas yakni energi kinetik dan potensial merupakan bagian dari Energi Mekanik.

usaha dan energi mekanik
usaha dan energi

Pada gambar tersebut, saat bola berada pada ketinggian h1, energy potensial gravitasinya adalah EP1 dan energy kinetiknya EK1,saat benda mencapai ketinggian h2, maka energy potensialnya EP2 dan energy kinetiknya EK2.

Persamaan rumus:

EM = Ek + Ep

Energi Mekanik yang dimiliki suatu benda nilainya selalu konstan/tetap pada setiap titik lintasan benda, inilah yang disebut sebagai Hukum Kekekalan Energi.

Sehingga persamaan Hukum kekekalan energi dinotasikan dengan:

W = ∆EK = ∆EP

EK2 – EK1 = EP1 – EP2

EP1 + EK1 = EP2 + EK2

m.g.h1+ ½.m.v12 = m.g.h2 + ½.m.v22

Contoh Soal dan Pembahasannya Usaha dan Energi

  1. Buah kelapa dengan massa 2,5 Kg jatuh dari pohonnya dengan ketinggian 4.5 m. jika percepatan gravitasi sebesar 9.8 m/s2 .berapa energy potensialnya ?

Pembahasan

  • m = 2,5 Kg
  • h = 4,5 m
  • g = 9.8  

Penyelesaian:

  • EP = m.g.h
  • EP = 2,5 . 9,8 . 4,5
  • EP = 110,25 J

2. Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian tertentu dengan kecepatan 10 m/s. tentukan massa bola tersebut, bila percepatan gravitasinya sebesar 10 m/?

Pembahasan

  • v = 10 m/s
  • g = 10 m/s2

Penyelesaian

  • EP1 + EK1 = EP2 + EK2
  • EP1 + 0 = 0 + EK2
  • m.g.h1+ 0  = 0 + ½.m.v22
  • m.10.h1+ 0 = 0 + ½.m.102
  • m.10. h1 = 50.m
  • h1 = 50/10 
  • h1 = 5 meter

3. Sebuah batu dengan massa 30 g dipasangkan pada ketapel dan dilesat kan dengan kecepatan 15 m/s. tentukan energy kinetic pada batu tersebut ?

Pembahasan

Contoh Soal Energi 2
  • m = 3 g =3 x 10-2 Kg
  • v = 15 m/s

Penyelesaian

  • EK = ½.m.v2
  • EK = ½. 3×10-2 .152      
  • EK = 3,375 J

Demikian rangkuman materi tentang usaha dan energi, baik dari energi kinetik, potensial dan mekanik beserta rumusnya. Semoga bermanfaat!

Referensi:

  • studiobelajar.com
  • rumuspintar.com