Rumus usaha dalam fisika, pahami pengertian, contoh soal serta cara mengerjakannya

Brilio.net - Tahukah kamu apa itu rumus usaha dalam fisika? Dalam mata pelajaran yang masih bagian dari Ilmu Pengetahuan Alam ini, rumus usaha dalam fisika jadi salah satu rumus yang familiar untuk dipelajari.

Rumus usaha dalam fisika pun dijadikan alat untuk mengukur sebuah fenomena yang ternyata sangat berkaitan dengan kegiatan banyak orang setiap harinya. Misalnya saat mendorong atau mengangkat barang-barang, kamu perlu melakukan usaha untuk memindah barang itu dari satu tempat ke tempat lain.

Misalnya lagi, saat mengangkat keranjang belanjaan dari mobil ke dalam rumah, kamu melakukan usaha untuk mengangkatnya melawan gravitasi. Di situ pula rumus usaha dalam fisika bekerja.

Nah, untuk lebih jelasnya memahami rumus usaha dalam fisika, kamu bisa menyimak penjelasan lengkap di bawah ini. Dirangkum brilio.net dari berbagai sumber pada Rabu (1/11) berikut penjelasan tentang rumus usaha dalam fisika, pahami pengertian, contoh soal serta cara mengerjakannya.

foto: freepik.com

Pengertian usaha dalam fisika

Usaha dalam fisika adalah konsep yang menggambarkan energi yang digunakan saat gaya diterapkan pada suatu benda untuk memindahkannya sejauh jarak tertentu. Secara matematis, usaha (W) yang dilakukan pada suatu benda adalah hasil dari gaya (F) yang diterapkan pada benda sepanjang jarak (d) searah dengan gaya tersebut. Usaha diukur dalam satuan joule (J).

Rumus usaha dalam fisika

Adapun rumus usaha dalam fisika (W) dapat dirumuskan sebagai berikut:

W = F x d x cos(θ)

Catatan:
- W adalah usaha dalam joule (J).
- F adalah gaya yang diterapkan pada benda dalam newton (N).
- d adalah jarak yang ditempuh oleh benda dalam meter (m).
- cos(θ) adalah sudut antara arah gaya yang diterapkan dan arah perpindahan benda.

foto: freepik.com

Contoh soal dan cara mengerjakannya

Contoh Soal 1:
Sebuah gaya sebesar 30 N diterapkan untuk mengangkat sebuah kotak sejauh 5 meter ke atas. Hitunglah usaha yang dilakukan untuk mengangkat kotak tersebut!

Pembahasan:
Diketahui:
F = 30 N
d = 5 m

Kita ingin menghitung usaha (W). Rumus usaha adalah W = F x d x cos(θ). Pada kasus ini, gaya diterapkan searah dengan arah perpindahan (sudut 0°), sehingga nilai kosinusnya adalah 1.

W = 30 N x 5 m x cos(θ)
W = 30 N x 5 m x 1
W = 150 J

Jadi, usaha yang dilakukan untuk mengangkat kotak sejauh 5 meter ke atas adalah 150 joule.

Contoh Soal 2:
Seorang pekerja menarik sebuah peti sejauh 8 meter menggunakan gaya sebesar 40 N pada sudut 30° terhadap arah perpindahan. Berapa usaha yang dilakukan oleh pekerja?

Pembahasan 2:
Diketahui:
F = 40 N
d = 8 m
Sudut θ = 30°

Kita ingin menghitung usaha (W). Rumus usaha adalah W = F x d x cos(θ). Sudut adalah 30°, jadi nilai kosinusnya adalah cos(30°) = √2 3

W = 40 N x 8 m x cos(30°)
W = 40 N x 8 m x √2 3
W = 160 J x √3 2
W = 138.56 J

Jadi, usaha yang dilakukan oleh pekerja adalah sekitar 138.56 joule.

Contoh Soal 3:
Sebuah gaya sebesar 25 N diterapkan untuk menggerakkan sebuah kotak sejauh 4 meter ke kanan. Jika gaya membentuk sudut 60° terhadap arah perpindahan, hitunglah usaha yang dilakukan pada kotak!

Pembahasan:
Diketahui:
F = 25 N
d = 4 m
Sudut θ = 60°

Kita ingin menghitung usaha (W). Rumus usaha adalah W = F x d x cos(θ). Sudut adalah 60°, sehingga nilai kosinusnya adalah cos(60°) = 1/2

W = 25 N x 4 m x cos(60°)
W = 25 N x 4 m x 1/2
W = 50 J

Jadi, usaha yang dilakukan pada kotak adalah 50 joule.

Contoh Soal 4:
Sebuah anak mengangkat buku sejauh 2 meter ke atas dengan gaya 20 N. Jika gaya membentuk sudut 90° terhadap arah perpindahan, berapa usaha yang dilakukan oleh anak?

Pembahasan:
Diketahui:
F = 20 N
d = 2 m
Sudut θ = 90°

Kita ingin menghitung usaha (W). Rumus usaha adalah W = F x d x cos(θ). Sudut adalah 90°, sehingga nilai kosinusnya adalah cos(90°) = 0.

W = 20 N x 2 m x cos(90°)
W = 20 N x 2 m x 0
W = 0 J

Jadi, usaha yang dilakukan oleh anak adalah 0 joule.

Contoh Soal 5:
Seorang pekerja menarik sebuah wadah sejauh 6 meter menggunakan gaya sebesar 60 N pada sudut 45° terhadap arah perpindahan. Berapa usaha yang dilakukan oleh pekerja?

Pembahasan:
Diketahui:
F = 60 N
d = 6 m
Sudut θ = 45°

Kita ingin menghitung usaha (W). Rumus usaha adalah W = F x d x cos(θ). Sudut adalah 45°, jadi nilai kosinusnya adalah cos(45°) = √2/2.

W = 60 N x 6 m x cos(45°)
W = 60 N x 6 m x √2/2
W = 180 J x √2/2
W = 127.28 J

Jadi, usaha yang dilakukan oleh pekerja adalah sekitar 127.28 joule.

foto: freepik.com

Tips mudah mengerjakan soal rumus usaha dalam fisika

1. Pahami konsep sudut

Perhatikan sudut antara gaya yang diterapkan dan arah perpindahan. Nilai kosinus dari sudut tersebut akan mempengaruhi besarnya usaha yang dilakukan.

2. Gunakan rumus dengan benar

Pastikan untuk menggunakan rumus usaha yang tepat sesuai dengan informasi yang diberikan dalam soal.

3. Konversi sudut

Jika diberikan sudut dalam derajat, pastikan kamu mengkonversi nilai sudut tersebut ke dalam fungsi trigonometri (sin, cos, tan) untuk mendapatkan nilai yang benar.

4. Substitusi nilai dengan tepat

Masukkan nilai gaya, jarak, dan nilai kosinus sudut ke dalam rumus usaha dengan benar.

5. Perhatikan satuan

Pastikan semua satuan yang digunakan konsisten dan sesuai, seperti newton untuk gaya, meter untuk jarak, dan joule untuk usaha.