Usaha
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| work/wɜːk/ | usaha |
| joule/dʒuːl/ | joule |
Berkeringat untuk membawa kotak — namun tidak mentransfer apa pun ke dalamnya?
- Pegang kotak berat dan berjalan di atas lantai datar. Melelahkan, ya — tetapi dalam fisika Anda melakukan tidak ada usaha pada kotak tersebut.
- Usaha memerlukan gaya dan perpindahan searah dengan arah gaya.
- Tahan Anda yang mengarah ke atas tegak lurus terhadap berjalan Anda yang menyamping, sehingga tidak mentransfer energi ke kotak tersebut.
- Memahami hal ini dengan benar adalah kunci dari seluruh cerita tentang energi.
Definisi usaha
- Usaha adalah gaya dikali jarak yang ditempuh sepanjang arah gaya: $W = F d \cos\theta$.
- $\theta$ adalah sudut antara gaya dan perpindahan.
- Usaha adalah skalar, diukur dalam joule ($1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m}$).
- Usaha adalah cara energi ditransfer masuk atau keluar dari suatu benda.
Sebuah tali menarik perahu salju $5\ \text{m}$ dengan gaya $20\ \text{N}$ pada sudut $60^\circ$ ($\cos 60^\circ = 0.5$). Berapa banyak usaha yang dilakukan, dalam joule?
$W = Fd\cos\theta = 20 \times 5 \times 0.5 = 50\ \text{J}$.
Usaha diukur dalam ____ (satuan yang sama dengan energi).
$1\ \text{J} = 1\ \text{N·m}$ — usaha dan energi berbagi satuan joule.
Hanya bagian yang sejajar yang dihitung
- Pecah gaya menjadi bagian sepanjang gerak dan bagian tegak lurus terhadapnya.
- Hanya bagian sepanjang-pergerakan, $F\cos\theta$, yang melakukan usaha.
- Gaya yang membentuk sudut $90^\circ$ terhadap gerak ($\cos 90^\circ = 0$) melakukan nol usaha.
- Itulah sebabnya membawa kotak secara horizontal, atau orbit melingkar satelit, melibatkan nol usaha.
Usaha pada bidang miring
Ubah kemiringan dan massa untuk melihat berapa banyak usaha yang harus dilakukan untuk memindahkan balok di atasnya.
Sebuah gaya bekerja pada $90^\circ$ terhadap gerak benda. Berapa banyak usaha yang dilakukannya?
$\cos 90^\circ = 0$, sehingga $W = Fd\cos 90^\circ = 0$. Gaya tegak lurus tidak melakukan usaha.
Usaha positif, negatif, dan nol
- Usaha positif: gaya memiliki komponen sepanjang gerak (dorongan yang mempercepat Anda).
- Usaha negatif: gaya berlawanan dengan gerak (gesekan, atau menangkap bola jatuh).
- Nol usaha: gaya tegak lurus, atau sama sekali tidak ada pergerakan.
- Usaha negatif menghilangkan energi; usaha positif menambahkannya.
Kondisi manakah yang melibatkan usaha negatif yang dilakukan pada kotak yang bergerak?
Gesekan berlawanan dengan gerak ($\theta = 180^\circ$, $\cos = -1$), sehingga melakukan usaha negatif — mengurangi energi.
Pilih semua kasus di mana gaya melakukan nol usaha pada suatu benda.
Nol usaha memerlukan $\cos\theta = 0$ (tegak lurus) atau $d = 0$ (tidak ada gerak). Gaya sepanjang gerak melakukan usaha positif.
Tidak ada pergerakan berarti tidak ada usaha, seberapa keras Anda berusaha. Mendorong dinding yang tidak bisa digerakkan menghasilkan nol usaha dalam fisika. Dan gaya yang tegak lurus terhadap gerak — seperti tegangan pada tali yang diputar — juga melakukan nol usaha.
Mendorong kuat-kuat pada dinding yang tidak bergerak sebenarnya tidak melakukan usaha dalam pengertian fisika.
Tidak adanya perpindahan berarti $W = 0$, berapapun seberapa keras Anda mendorong.
Tali menarik kereta luncur $5\ \text{m}$ dengan gaya $20\ \text{N}$ pada sudut $60^\circ$ di atas tanah ($\cos 60^\circ = 0.5$).
- $W = Fd\cos\theta = 20 \times 5 \times 0.5 = 50\ \text{J}$.
Hanya bagian horizontal dari tarikan, $20\cos 60^\circ = 10\ \text{N}$, yang melakukan usaha selama jarak $5\ \text{m}$.
Usaha mentransfer energi: $W = Fd\cos\theta$ (skalar, dalam joule). Hanya komponen gaya sepanjang gerak yang melakukan usaha, sehingga gaya tegak lurus melakukan nol usaha. Usaha positif ketika menambah energi, negatif ketika menghilangkannya.