Usaha dan Daya

Pertanyaan Pemantik:

Jika seorang anak mendorong tembok sekuat tenaga, apakah itu dianggap 'usaha' dalam fisika?

Atau ketika dua orang menaiki tangga, tetapi yang satu lebih cepat sampai daripada yang lainnya. Siapakah yang memiliki 'daya' lebih besar? Dari dua pertanyaan tersebut, jika kita dapat menjawabnya dengan tepat maka kita sudah dapat memaknai apa itu usaha dan daya.

1. Usaha

Usaha adalah resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda sehingga benda bergerak dan terjadi perpindahan posisi.

Keterangan:

• W = usaha (Joule)
• F = gaya (Newton)
• s = perpindahan (meter)

Nilai Usaha (W)

Nilai usaha dapat bernilai positif, negatif, atau nol tergantung pada arah gaya terhadap perpindahan.

Usaha Positif

Usaha bernilai positif jika gaya (F) yang bekerja searah dengan arah perpindahan (s).

Contoh: Mendorong meja hingga bergerak ke depan.

Usaha Negatif

Usaha bernilai negatif jika gaya (F) yang bekerja berlawanan arah dengan arah perpindahan (s).

Contoh: Gaya gesek yang menghambat gerak benda.

Usaha Nol

Usaha bernilai nol jika gaya (F) yang bekerja tegak lurus terhadap arah perpindahan (s).

Contoh: Gaya sentripetal pada gerak melingkar beraturan.

Soal Latihan Usaha

1. Seorang anak mendorong sebuah balok dengan gaya 20 N ke arah kanan. Kotak tersebut berpindah sejauh 5 meter ke arah yang sama. Hitung usaha yang dilakukan anak tersebut!
2. Sebuah benda meluncur di lantai dengan kecepatan konstan. Gaya gesek sebesar 15 N bekerja berlawanan arah dengan perpindahan benda sejauh 4 meter. Hitung usaha yang dilakukan oleh gaya gesek!
3. Seorang siswa membawa tas sekolah bermassa 10 kg dan berjalan lurus sejauh 10 meter di lantai datar. Jika percepatan gravitasi g = 9,8 m/s², hitung usaha yang dilakukan siswa terhadap tas!

2. Daya

Daya adalah kemampuan melakukan usaha setiap waktu.

Keterangan:

• P = daya (Watt)
• W = usaha (Joule)
• F = gaya (Newton)
• t = waktu (sekon)
• s = perpindahan (meter)
• v = kecepatan (m/s)

Konversi Satuan Daya:

Satuan daya yang juga sering digunakan adalah horse power (hp), di mana:

1 hp = 746 Watt

Soal Latihan Daya

1. Seorang anak mengangkat kotak bermassa 60 kg setinggi 5 meter dalam waktu 10 detik. Jika g = 10 m/s², hitung daya yang dikeluarkan anak tersebut!
2. Sebuah mesin menarik benda dengan gaya 100 N sejauh 15 meter dalam waktu 5 detik. Berapa daya mesin tersebut?
3. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan konstan 15 m/s sambil menghasilkan gaya dorong 2000 N. Berapa daya mesin mobil?

Ringkasan

Kesimpulan:

Usaha (W) adalah resultan gaya yang bekerja pada benda sehingga terjadi perpindahan posisi, dengan rumus W = F × s (Joule). Nilai usaha dapat positif (gaya searah perpindahan), negatif (gaya berlawanan arah), atau nol (gaya tegak lurus perpindahan). Daya (P) adalah kemampuan melakukan usaha setiap satuan waktu, dengan rumus P = W/t = Fv (Watt). Satuan daya lain yang umum digunakan adalah horse power (hp), di mana 1 hp = 746 Watt. Pemahaman usaha dan daya penting untuk menganalisis kerja mesin, kendaraan, dan aktivitas fisik sehari-hari.

SOAL LATIHAN

Pilihlah satu jawaban berikut ini yang paling tepat!

Link : Lembar Jawab

Usaha bernilai negatif pada situasi .... buah jatuh dari pohon gaya gesek menghambat gerak benda kuda menarik gerobak maju bola menggelinding dilantai licin

Rumus usaha yang benar adalah .... W = F + s W = F. s. Sin θ W = F. s. Cos θ W = m. g. h

Seorang anak mendorong tembok sekuat tenaga tetapi tembok tidak bergerak. Usaha yang dilakukan anak bernilai nol karena.... gaya searah dengan perpindahan gaya tegak lurus dengan perpindahan tidak ada perpindahan gaya berlawanan arah dengan perpindahan

Siswa membawa buku di tangan sambil berjalan lurus. Usaha yang dilakukan gaya angkat tangan terhadap buku bernilai nol karena.... gaya angkat searah perpindahan gaya angkat tegak lurus perpindahan buku tidak mengalami gaya perpindahan buku ke arah vertikal

Mobil bergerak dengan kecepatan konstan di jalan lurus. Usaha total yang dilakukan pada mobil bernilai nol karena.... gaya mesin searah perpindahan resultan gaya pada mobil = 0 gaya gesek lebih besar dari gaya mesin perpindahan mobil tidak ada

Seorang atlet angkat besi menahan barbel di atas kepala selama 10 detik. Jika ketinggian barbel dari tanah adalah 150 cm, massa total barbel 20 kg, dan percepatan gravitasi adalah 10 m/s². Tentukan usaha yang dilakukan atlet terhadap barbel! 3000 J 300 J 30 J 0 J

Ujang dan Soleh yang masing-masing memiliki gaya dorong 200 N dan 100 N mengalami kesulitan mendorong mobil yang mogok. Untuk membantu dua orang tersebut, ada lima rekan dengan gaya dorong masing-masing seperti terdapat dalam tabel berikut. No Nama Gaya dorong 1. Adnan 200 N 2. Rizal 260 N 3. Bambang 150 N 4. Panji 270 N 5. Maulana 250 N Jika terdapat gaya gesekan pada mobil 320 N, maka orang-orang yang paling tepat untuk membantu mendorong mobil agar dihasilkan usaha sebesar 7.000 J saat mobil tersebut berpindah sejauh 10 m adalah …. Adnan, Rizal, dan Bambang Rizal, Bambang, dan Panji Bambang, Panji, dan Adnan Panji, Maulana, dan Adnan

Benda bermassa m ditarik oleh gaya F dari keadaan diam di A pada bidang datar yang licin sehingga mencapai titik B dalam selang waktu t seperti pada gambar berikut. Dari percobaan tersebut diperoleh empat data berikut ini! No. Gaya F (N) Massa m (kg) Waktu t (s) 1. 60 6 2 2. 30 2 4 3. 80 2 4 4. 16 1 5 Usaha yang dilakukan oleh gaya F untuk empat data pada tabel di atas diurutkan dari yang terbesar ke yang terkecil adalah ….* 1 – 4 – 2 – 3 1 – 2 – 3 – 4 3 – 2 – 4 – 1 3 – 1 – 2 – 4

Daya didefinisikan sebagai.... gaya yang bekerja pada benda laju perubahan energi atau usaha per satuan waktu perpindahan benda akibat gaya perkalian massa dan percepatan

Sebuah mesin menghasilkan daya 100 W. Jika mesin tersebut melakukan usaha 500 J, berapa lama waktu yang dibutuhkan? 2 detik 5 detik 10 detik 50 detik

Sebuah lift mengangkat beban 500 kg setinggi 10 meter dalam waktu 20 detik (g=10 m/s²). Daya yang diperlukan lift adalah.... 250 W 500 W 2500 W 5000 W

Sebuah pompa air mengangkat 500 kg air per menit ke ketinggian 15 m. Jika g=10 m/s², daya minimum yang dibutuhkan pompa adalah.... 125 W 1250 W 7500 W 12500 W

Sebuah motor listrik mengangkat beban 200 kg dengan kecepatan konstan 0,5 m/s. Jika g=10 m/s², daya yang dihasilkan motor adalah.... 100 W 500 W 1000 W 2000 W

Dua motor listrik melakukan usaha yang sama. Jika motor A bekerja 2 kali lebih cepat daripada motor B, perbandingan daya motor A dan B adalah.... 1 : 1 1 : 2 2 : 1 4 : 1

Dua mobil A dan B memiliki daya mesin yang sama. Jika mobil A bergerak dengan kecepatan 2v dan mobil B dengan kecepatan v, perbandingan gaya dorong mobil A dan B adalah... 1 : 1 1 : 2 2 : 1 4 : 1