Modul Ajar: SUMBER - SUMBER ENERGI

 

USAHA MENURUT TEORI FISIKA

(Oleh: A. Budi Setiawan)

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering mendengar kata USAHA (Work) yang diucapkan oleh seseorang, dimana kata tersebut memiliki arti “suatu proses pekerjaan yang dilakukan seseorang untuk mendapatkan penghasilan atau keuntungan (mencapai tujuan) ”. Lalu, apa arti usaha menurut teori Fisika ?

Perhatikan gambar ilustrasi pada gambar berikut:

Gambar A menunjukkan seorang anak sedang mendorong dinding secara mendatar. Menurut teori Fisika, dorongan yang diberikan anak tersebut terhadap dinding disebut dengan Gaya. Dan Kita sudah dapat memastikan bahwa sebesar apapun gaya dorong yang diberikan anak tersebut pada dinding, hal tersebut tidak akan merubah posisi dinding, artinya dinding tidak akan bergeser atau berpindah tempat.

Gambar B menunjukkan seorang anak sedang mendorong meja secara mendatar. Kita bisa memastikan bahwa jika gaya dorong yang diberikan anak tersebut terhadap meja semakin besar, dan tidak ada gaya luar yang melawan dorongan tersebut,  maka meja dimungkinkan bisa bergeser berpindah tempat searah dengan arah gaya dorongan anak tersebut.

Dari dua gambar di atas dapat dijelaskan bahwa menurut teori Fisika, anak pada gambar A dikatakan tidak melakukan usaha, karena dinding tidak mengalami perubahan posisi walaupun anak tersebut sudah memberikan gaya yang sangat besar untuk mendorong dinding tersebut. Sedangkan anak pada gambar B, bisa dikatakan sudah melakukan usaha, karena akibat adanya dorongan anak tersebut meja mengalami perubahan posisi (perpindahan) yang searah dengan arah gaya dorongnya.

Jadi, dari penjelasan di atas dapat disimpulkan, bahwa dalam teori Fisika, Usaha merupakan salah satu besaran yang dibentuk dari besaran gaya dan perpindahan. Semakin besar gaya diberikan pada suatu benda, maka usaha yang dilakukan pada benda tersebut  akan menjadi lebih besar, dan juga semakin besar perpindahan yang dialami suatu benda akibat adanya gaya yang bekerja, menunjukkan semakin besar usaha yang dilakukan terhadap benda tersebut.

Selanjutnya, bagaimana dengan arah dorongan gaya, apakah mempengaruhi besar usaha atau tidak ?

Coba perhatikan gambar berikut:

Empat buah benda A, B, C dan D, didorong dengan gaya yang sama yaitu F, tetapi arah gayanya berbeda-beda. Benda A didorong dengan arah gaya mendatar ke kanan. Benda B didorong dengan arah gaya membentuk sudut a  terhadap garis horizontal. Benda C didorong dengan arah gaya membentuk sudut q  terhadap garis horizontal, dimana q > a. Sedangkan benda D didorong dengan arah gaya vertikal ke bawah.

Dari gambar di atas, dapat dijelaskan bahwa benda A dengan arah gaya membentuk sudut 0^o terhadap garis horizontal sangat mudah untuk berpindah/bergeser ke sebelah kanan. Benda B dengan arah gaya membentuk sudut a terhadap garis horizontal agak lebih sulit bergeser ke kanan dibanding benda A. Benda C dengan arah gaya membentuk sudut q  terhadap garis horizontal, dimana q > a akan lebih sulit lagi bergeser ke kanan dibandingkan benda B. Dan benda D dengan arah gaya vertikal ke bawah (sudutnya 90^o) tidak dapat bergeser ke sebelah kanan, artinya gaya yang bekerja pada benda D tidak dapat menghasilkan perpindahan benda. 

Dari penjelasan tersebut dapat dijelaskan mengenai besarnya usaha yang dialami setiap benda yaitu usaha yang dialami benda A (sudut = 0^o) nilainya maksimum, sedangkan usaha yang dialami oleh benda B (sudut = 90^o) nilainya nol, dan jika diurutkan diperoleh urutan besarnya usaha, yaitu  W_A > W_B > W_C > W_D urutan tersebut berbanding terbalik dengan besar sudut arah gaya terhadap garis horizontal. Dalam matematika perbandingan tersebut dinotasikan dalam trigonometri yaitu fungsi cosinus.

Jadi, dalam teori Fisika besarnya usaha pada suatu benda selain dipengaruhi oleh besar gaya dan perpindahan yang dialami benda, juga dipengaruhi oleh arah gaya yang bekerja pada benda tersebut.

Secara matematika, usaha (Work) dapat didefinisikan sebagai hasil perkalian skalar (perkalian titik) antara vektor Gaya dan vektor Perpindahan, yang dituliskan:

Keterangan:

W    :  Usaha (Joule)

F     :  Gaya (Newton)

Dx   :  Perpindahan (meter)

q     :  sudut antara arah gaya dan arah perpindahan