Usaha dan energi ternyata punya hubungan yang erat loh, Sobat Pintar. Apakah keduanya sohib? Barangkali usaha dan energi itu sepupuan? Enggak, enggak gitu maksudnya.

Pernahkah kalian diminta oleh guru untuk menata meja sebelum ujian? Tindakan sederhana tersebut ternyata melibatkan sebuah konsep penting dalam ilmu fisika, yaitu usaha dan energi. Memindahkan meja dari satu tempat ke tempat lain merupakan sebuah bentuk usaha yang dilakukan. Usaha tersebut tidak mungkin terjadi tanpa adanya energi yang diberikan.

Nah, kali ini kita akan membahas mengenai pengertian usaha dan energi, hubungan usaha dan energi, serta rumus usaha dan energi. Tak ketinggalan, kamu juga akan belajar contoh soal usaha dan energi. Yuk, baca dengan teliti sampai tuntas! 

Pengertian Usaha

Photo by Brett Sayles on Pexels

Untuk memahami kaitan antara energi dan usaha, kita harus mengetahui pengertian dari usaha terlebih dahulu. Usaha dalam fisika merupakan sebuah konsep tentang bagaimana energi dan gaya diberikan untuk menggerakkan atau memindahkan suatu benda. Secara matematis, usaha dapat dihitung sebagai hasil dari perkalian skalar antara gaya yang diberikan dengan perpindahan benda tersebut.

Sekarang mari kita masukkan konsep energi dalam kaitan antara energi dan usaha. Usaha merupakan energi yang dialirkan untuk menghasilkan perpindahan atau perubahan posisi benda. Terdapat dua jenis usaha, yaitu usaha positif dan usaha negatif. Usaha positif terjadi ketika gaya dan perpindahan benda memiliki arah yang sama, sedangkan usaha negatif terjadi ketika gaya dan perpindahan benda memiliki arah yang berlawanan. Perlu dicatat bahwa usaha tidak selalu dilakukan pada bidang datar, tetapi juga dapat terjadi pada bidang miring.

Usaha pada Bidang Datar

Kita pahami dahulu kaitan antara energi dan usaha pada bidang datar, Sobat. Pada gambar di atas, terlihat bahwa untuk menggeser suatu benda sejauh s, diperlukan adanya gaya yang membentuk sudut θ terhadap perpindahan. Dalam hal ini, rumus yang digunakan untuk menghitung usaha pada bidang datar adalah sebagai berikut:

Meskipun berada pada bidang datar, gaya yang kita berikan tidak selalu sejajar dengan perpindahan. Dalam beberapa kasus, gaya akan membentuk sudut tertentu, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Oleh karena itu, rumus usaha dalam fisika di atas digunakan dalam kondisi tersebut.

Usaha pada Bidang Miring

Tidak hanya pada bidang datar, usaha juga dapat dilakukan pada bidang miring. Dalam kaitan antara energi dan usaha ini, salah satu contoh yang sering kita temui adalah saat melihat kurir memindahkan barang ke dalam truk menggunakan bantuan pesawat sederhana berupa bidang miring.

Apabila usaha dilakukan oleh benda yang berada di atas bidang miring, kita harus mampu menguraikan komponen-komponen gaya yang terlibat, sebagaimana ditunjukkan pada gambar diatas. Rumus usaha dalam fisika yang digunakan pada bidang miring adalah sebagai berikut:

Pengertian Energi

Nah, tibalah kita pada pada bahasan mengenai konsep energi. Energi memiliki pengertian sebagai kemampuan suatu benda untuk melakukan usaha. Energi bersifat kekal dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya. Kita mengenal beberapa macam energi di bawah ini.

Energi Kinetik

Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak. Konsep energi kinetik adalah terjadi karena adanya kecepatan. Secara matematis, energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut:

Energi Potensial

Energi potensial merupakan konsep energi berikutnya yang harus kita pahami. Energi potensial adalah jenis energi yang dimiliki oleh suatu benda atau objek karena posisi, bentuk, atau susunannya, terutama terkait dengan ketinggian. Energi potensial berkaitan erat dengan usaha, dan secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut:

Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas merupakan jenis energi potensial yang terjadi saat pegas diregangkan atau dimampatkan. Oleh sebab itu, konsep energi ini adalah energi yang diperlukan untuk meregangkan atau menekan pegas. Secara matematis, energi potensial pegas dapat dirumuskan sebagai berikut:

Energi Mekanik

Energi mekanik merupakan hasil penjumlahan antara energi potensial dan energi kinetik. Konsep energi ini berkaitan dengan pergerakan suatu benda atau objek. Perlu dicatat bahwa energi benda akan tetap konstan selama tidak ada gaya luar yang bekerja padanya. Secara matematis, energi mekanik dapat dirumuskan sebagai berikut:

Hubungan Usaha dan Energi

Agar dapat memahami perbedaan energi dan usaha, kita harus mengetahui hubungan antara keduanya, Sobat. Nah, bagaimana hubungan usaha dan energi itu?

Telah disebutkan sebelumnya, usaha merupakan perubahan energi yang terjadi pada suatu benda. Perubahan energi tersebut dapat berupa energi kinetik maupun energi potensial. Dalam fisika, hubungan usaha dan energi dapat dijelaskan secara matematis dengan rumus berikut:

Daya

Daya merupakan kecepatan dalam melakukan kerja atau usaha. Daya memiliki hubungan yang erat dengan usaha dan energi. Daya dapat diartikan sebagai jumlah energi yang digunakan dalam satu satuan waktu, biasanya per detik. Dengan kata lain, perubahan energi dalam satuan waktu disebut daya. Rumus yang digunakan untuk menghitung daya adalah sebagai berikut:

Daya merupakan konsep yang penting dalam materi usaha dan energi yang kita pelajari kali ini, Sobat Pintar. Daya mengukur seberapa cepat usaha dilakukan atau energi digunakan/dihasilkan. Semakin tinggi daya, semakin cepat energi digunakan atau dihasilkan.

Penerapan Usaha dan Energi

Konsep mengenai usaha dan energi sebenarnya lekat dengan kehidupan kita sehari-hari. Materi usaha dan energi pun diterapkan di berbagai bidang ilmu. Berikut adalah beberapa contoh penerapan konsep usaha dan energi yang kita temui dengan mudah sehari-hari.

Mengayuh Sepeda

Konsep usaha dan energi muncul dalam kegiatan mengayuh sepeda. Saat kita mengayuh sepeda, energi kita diubah menjadi energi kinetik yang digunakan untuk menggerakkan sepeda. Usaha yang dilakukan untuk mengayuh sepeda membutuhkan energi dari tubuh.

Permainan Ayunan

Konsep usaha dan energi juga muncul saat kita bermain ayunan. Ketika kita mengayunkan ayunan, energi potensial pada titik tertinggi berubah menjadi energi kinetik saat ayunan bergerak ke bawah. Usaha dilakukan untuk mengangkat ayunan dan memberikan energi potensial.

Contoh Soal

Contoh Soal 1

Contoh Soal 2

Kesimpulan

Usaha dan energi dalam fisika memiliki hubungan yang erat. Usaha adalah gaya yang diberikan untuk memindahkan atau menggerakkan suatu benda, sedangkan energi adalah kemampuan benda untuk melakukan usaha. Satuan usaha dan energi adalah Joule (J). Terdapat beberapa jenis energi, yaitu energi kinetik, energi potensial, energi potensial pegas, dan energi mekanik. Usaha dapat mengubah energi kinetik dan energi potensial pada benda. Selain itu, daya juga merupakan konsep yang penting dalam kaitannya dengan usaha dan energi. Dalam kehidupan sehari-hari, konsep usaha dan energi tampak pada saat kita mengayuh sepeda atau mengayunkan ayunan.

Penulis: Iqbal Maulana
Penyunting: Deni Purbowati