Kamu dapat download modul & kumpulan soal dalam bentuk pdf pada link dibawah ini:

• Modul Usaha
• Kumpulan Soal Mudah, Sedang & Sukar

Materi Usaha Fisika

Pada materi usaha atau kerja dalam fisika disimbulkan $W$, Konsep energi adalah salah satu konsep yang sangat penting dalam sains. Energi hadir di alam dalam berbagai bentuk. Setiap proses fisika yang terjadi di alam selalu melibatkan energi dan proses transfer energi atau proses transformasi energi.

Pada kajian kinematika dan dinamika, analisis kasus didasarkan pada gerak partikel atau objek yang dipandang sebagai sebuah partikel. Pada bab ini pendekatan yang digunakan untuk menganalisis kasus-kasus fisika adalah dengan memandang sesuatu sebagai sebuah sistem. Sistem yang dimasksud merupakan sebagian kecil dari alam yang sangat luas. Pada bab ini kita akan menganalisis bagaimana sistem mentransfer energi. Salah satu mekanisme transfer energi adalah melalui usaha dalam fisika. Yaitu mekanisme transfer energi dengan memberikan atau menerima gaya luar.

1. Definisi Usaha

Pengertian usaha ($W$) adalah salah satu mekanisme trasfer energi pada suatu sistem. Sistem yang dimaksud disini dapat berupa partikel, kumpulan beberapa partikel, dapat berupa suatu ruang dan kadang bentuk dan ukurannya berubah terhadap waktu. Identifikasi sistem adalah hal yang penting dalam analisis kasus menggunakan pendekatan energi. Di luar objek yang kita pandang sebagai sistem disebut sebagai lingkungan.

Konsep usaha sebagai salah satu mekanisme transfer energi maka sistem akan mengalami perubahan energi jika melakukan atau dikenai usaha ($W$). Besar perubahan energi bergantung pada besar suatu contoh soal usaha yang dilakukan. Jika sistem dikenai $W$ maka energi sistem akan bertambah dan jika sistem melakukan $W$ maka energi sistem berkurang.

Perubahan energi ini bisa berupa energi potensial, kinetik atau energi dalam. Perubahan energi potensial jika objek mengalami perubahan posisi setelah dikenai usaha ($W$) dan energi kinetik jika objek mengalami perubahan kecepatan setelah dikenai $W$. Penambahan energi dalam biasanya terjadi pada sistem yang mengalami kenaikan suhu. Pada sub bab ini hanya akan dibahas pengaruh $W$ terhadap perubahan energi potensial dan kinetik.

2. Usaha oleh Gaya Konstan

Pada rumus usaha dalam fisika jiika sebuah gaya $F$ bekerja pada objek dan mengakibatkan objek bergerak dengan vektor perpindahan sebesar $\Delta r$ maka besar usaha ($W$) adalah hasil perkalian vektor (dot product) gaya dengan vektor perpindahan benda.

\begin{eqnarray}
W & = & F\bullet\Delta r\nonumber \\
W & = & F\Delta r\cos\theta
\end{eqnarray}

dengan $\theta$ adalah sudut antara vektor gaya dengan perpindahannya.

Berdasarkan persamaan (1), ada beberapa hal yang dapat disimpulkan:

1. $W$ bernilai nol jika gaya dengan perpindahannya membentuk sudut $90^{\circ}$.
2. $W$ bernilai negatif jika gaya berlawanan arah dengan perpindahannya.
3. Sebesar apapun gaya yang diberikan namun tidak terjadi perpindahan maka $W$ bernilai nol.

Contoh Soal & Pembahasan

1. Objek bermassa dikenai gaya sebesar 90 J dan mengakibatkan objek mengalami perpindahan sebesar 5 meter. Jika gaya dan perpindahan membentuk sudut $60^{\circ}$ maka besar usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah sebesar…

Penyelesaian:

$\begin{alignedat}{1}W & =F\cdot\Delta r.\cos60\\
W & =90\times5\times0,5\\
W & =225\mbox{ J}
\end{alignedat}
$
Jadi, usahanya adalah 960 joule.

2. Gaya sebesar $F=\left(2\mathbf{i}+3\mathbf{j}+\mathbf{k}\right)$ N bekerja pada objek sehingga objek berpindah dengan vektor perpindahan $\Delta r=3\mathbf{i}+2\mathbf{j}+2\mathbf{k}$ m. Hitung besar usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut!

Penyelesaian:

$\begin{alignedat}{1}W & =F\bullet\Delta r\\
W & =\left(2\mathbf{i}+3\mathbf{j}+\mathbf{k}\right)\bullet\left(3\mathbf{i}+2\mathbf{j}+2\mathbf{k}\right)\\
W & =14\mbox{ J}.
\end{alignedat}
$