Usaha dengan Gaya Konstan ǀ Pengertian Usaha, Persamaan, W Positif & W Negatif

Kata usaha (work) memiliki makna yang berbeda di fisika. Perhatikan gambar 1.1. gaya bekerja pada penghapus papan tulis dengan berbagai posisi sudut (angle). Jika kita ingin menilai efektifitas gaya dalam menggerakkan penghapus, maka kita tidak hanya memperhitungkan besar gaya tetapi juga arah gaya. Berikut pengertian usaha, persamaan (rumus), dan tanda positif negatif dari usaha.

Ingat! Gaya eksternal yang diberikan konstan sepanjang perpindahan

Gambar 1.1. Penghapus Papan yang Didorong Gaya Sentuh Berbagai Sudut (Angle)
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Baca sebelumnya : Sistem, Lingkungan, & Energi ǀ Pengertian, Contoh Kasus, Hubungan Sistem & Lingkungan

Jika besar gaya yang diberikan pada penghapus adalah sama besar maka penghapus gambar 1.1.d. tidak akan pergi kemana-mana. Hal ini menunjukkan pentingnya memperhitungkan sifat vektor dari gaya. Selain itu, kita harus mengetahui seberapa jauh perpindahan penghapus untuk menghitung besar usaha yang dilakukan.

Ingat! Menggerakkan benda sejauh 5 m tentu memerlukan usaha lebih besar daripada menggerakkan benda sejauh 5 cm.

USAHA DENGAN GAYA KONSTAN

Usaha (work) W adalah besaran skalar dari hasil kali besar gaya F, besar perpindahan Δr, dan cos θ, dimana θadalah sudut antara vektor gaya dan perpindahan

Gambar 1.2. Arah Vektor Gaya, Arah Vektor Perpindahan, dan Persamaan Usaha
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Bagaimana benda yang diberi gaya tetapi ia tidak berpindah posisi? Seorang anak mengangkat bangku selama 3 menit tanpa memindahkannya. Kita dapat mengatakan gaya tidak melakukan usaha apapun pada kursi W=0 karena Δr=0.

Lengan otot anak mengalami kontraksi-relaksasi. Otot-otot mengerjakan gaya internal pada lengan dan usaha sedang dilakukan tubuh tetapi bersifat internal. Usaha tidak dilakukan pada kursi.

Pada gambar 1.1.d., sudut antara vektor gaya dan perpindahannya adalah 90^o. Jika θ=90^o maka W=0 karena cos 90^o=0. Selain mendapat gaya dorong, benda juga mengalami gaya gravitasi dan gaya normal. Arah vektor kedua gaya ini adalah tegak lurus dengan arah vektor perpindahan sehingga besar usaha gaya ini adalah nol.

Baca selanjutnya: Usaha dengan Gaya Tidak Konstan ǀ Grafik, & Penurunan Persamaan

USAHA W NEGATIF ATAU POSITIF

Usaha W positif jika arah proyeksi F terhadap Δr memiliki arah yang sama dengan perpindahannya. Contoh W positif adalah saat kita mengangkat benda. Arah perpindahannya adalah naik, begitupula arah gaya kita juga naik.

Usaha W negatif jika arah proyeksi F terhadap Δr memiliki berlawanan arah yang sama dengan perpindahannya. Contoh W negatif adalah saat kita mengangkat benda. Arah pepindahannya adaah naik, tetapi ia kita gandengkan dengan gaya gravitasi, dimana arahnya adalah turun.

Usaha sendiri adalah proses perpindahan energi. Usaha W negatif jika energi dipindahkan dari sistem. Usaha W positif jika energi dipindahkan pada sistem. Energi berpindah melewati batas sistem. Sehingga energi yang disimpan oleh sistem akan berbeda. Kita akan mempelajari tentang jenis penyimpanan energi ini.

Ingat! Tanda negatif atau positif pada usaha akan muncul pada akhir perhitungan atau jika tidak dimunculkan, kita dapat memberi keterangan seperti "energi dipindahkan dari sistem" atau "gaya dan perubahan posisi berlawanan arah".

Baca selanjutnya : Usaha dengan Gaya Tidak Konstan ǀ Grafik & Penurunan Persamaan

Kesimpulannya adalah usaha (gaya konstan) sebanding dengan gaya yang diberikan. Persamaan usaha secara umum W=Fs, dimana kita akan menemukan berbagai variasi tergantung pendekatan yang kita gunakan.