Usaha dan Daya dalam Fisika: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soalnya

Suara.com - Usaha dan daya merupakan dua konsep penting dalam materi Fisika yang berkaitan dengan gaya, perpindahan, energi, dan waktu.

Keduanya juga dapat ditemukan dalam berbagai aktivitas sehari-hari, seperti mendorong benda, mengangkat barang, hingga menggunakan mesin.

Untuk menghitung usaha dan daya, terdapat rumus yang perlu dipahami beserta keterangan dari setiap variabelnya.

Dengan mengetahui rumus tersebut, berbagai persoalan Fisika yang berkaitan dengan usaha dan daya dapat diselesaikan dengan lebih mudah.

Lalu, apa yang dimaksud dengan usaha dan daya dalam Fisika? Simak pengertian, rumus, satuan, hingga contoh soal dan cara menghitungnya berikut ini, melansir laman Universitas PGRI Kanjuruhan Malang dan beragam sumber lain.

Apa Itu Usaha dan Daya dalam Fisika? Ini Rumusnya

Pengertian Usaha dalam Fisika

Dalam Fisika, usaha merupakan hasil kali antara gaya yang diberikan pada benda dan perpindahan benda yang searah dengan gaya tersebut. Dengan kata lain, usaha berkaitan dengan energi yang digunakan untuk memindahkan atau menggerakkan suatu benda.

Usaha dilambangkan dengan W yang berasal dari kata work. Satuan usaha dalam Sistem Internasional (SI) adalah Joule (J).

Hal penting yang perlu diperhatikan adalah adanya perpindahan. Jika seseorang memberikan gaya pada benda tetapi benda tersebut tidak berpindah, usaha yang dilakukan secara Fisika bernilai nol.

Nilai usaha juga bergantung pada arah gaya terhadap perpindahan. Jika gaya searah dengan perpindahan, usaha bernilai positif, sedangkan gaya yang berlawanan arah dengan perpindahan menghasilkan usaha negatif.

Rumus Usaha

Rumus dasar usaha dapat dituliskan sebagai:

W = F × s

Keterangan:

W = usaha (Joule/J)
F = gaya (Newton/N)
s = perpindahan (meter/m)

Dari rumus tersebut, semakin besar gaya atau perpindahan yang terjadi, semakin besar pula usaha yang dihasilkan apabila keduanya searah. Rumus ini dapat digunakan ketika gaya yang diberikan searah dengan perpindahan benda.

Jika gaya membentuk sudut tertentu terhadap arah perpindahan, rumus usaha dapat ditulis menjadi:

W = F × s × cos θ

Keterangan θ merupakan sudut antara arah gaya dan perpindahan. Rumus dengan cosinus ini digunakan ketika arah gaya tidak sepenuhnya searah dengan perpindahan.

Pengertian Daya dalam Fisika

Berbeda dengan usaha, daya menunjukkan besar usaha yang dilakukan setiap satuan waktu. Daya dapat dipahami sebagai laju melakukan usaha.

Daya dilambangkan dengan P dan memiliki satuan Watt (W) atau Joule per sekon (J/s). Artinya, benda atau alat dengan daya 1 Watt melakukan usaha sebesar 1 Joule dalam waktu 1 sekon.

Sebagai contoh, lampu 60 Watt melakukan usaha dengan laju 60 Joule setiap sekon. Sementara itu, lampu 30 Watt memiliki laju usaha 30 Joule setiap sekon.

Rumus Daya

Rumus daya dapat dituliskan sebagai:

P = W ÷ t

Keterangan:

P = daya (Watt/W)
W = usaha (Joule/J)
t = waktu (sekon/s)

Berdasarkan rumus tersebut, daya akan semakin besar jika usaha yang dilakukan semakin besar dalam waktu yang sama. Sebaliknya, jika usaha yang dilakukan sama tetapi membutuhkan waktu lebih lama, nilai dayanya menjadi lebih kecil.

Daya juga dapat dikaitkan dengan gaya dan kecepatan. Jika gaya bekerja searah dengan gerak benda, rumusnya dapat ditulis:

P = F × v

dengan F sebagai gaya dalam Newton dan v sebagai kecepatan dalam meter per sekon.

Contoh Soal Usaha dan Daya

Contoh Soal Usaha

Soal:

Rina mendorong sebuah gerobak dengan gaya sebesar 200 N hingga gerobak berpindah sejauh 25 meter. Berapa usaha yang dilakukan Rina?

Penyelesaian:

Diketahui:

F = 200 N
s = 25 m

Rumus:

W = F × s

W = 200 × 25

W = 5.000 J

Jadi, usaha yang dilakukan Rina adalah 5.000 Joule atau 5 kJ. Contoh ini menggunakan rumus dasar usaha karena gaya dan perpindahan dianggap searah.

Contoh Soal Mencari Gaya

Soal:

Roni melakukan usaha sebesar 600 J untuk memindahkan sebuah balok sejauh 10 meter. Berapa gaya yang diberikan Roni?

Penyelesaian:

Diketahui:

W = 600 J
s = 10 m

Karena:

W = F × s

maka:

F = W ÷ s

F = 600 ÷ 10

F = 60 N

Jadi, gaya yang diberikan Roni adalah 60 Newton.

Contoh Soal Mencari Perpindahan

Soal:

Alex mendorong sebuah mobil dengan gaya sebesar 200 N. Jika usaha yang dilakukan Alex sebesar 1.200 J, berapa jarak perpindahan mobil?

Penyelesaian:

Diketahui:

W = 1.200 J
F = 200 N

Gunakan rumus:

s = W ÷ F

s = 1.200 ÷ 200

s = 6 m

Jadi, mobil tersebut berpindah sejauh 6 meter.

Contoh Soal Daya

Soal:

Sebuah mesin melakukan usaha sebesar 6.000 J dalam waktu 20 sekon. Berapa daya mesin tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

W = 6.000 J
t = 20 s

Gunakan rumus:

P = W ÷ t

P = 6.000 ÷ 20

P = 300 W

Jadi, daya mesin tersebut adalah 300 Watt. Perhitungan ini menunjukkan bahwa mesin melakukan usaha dengan laju 300 Joule setiap sekon.

Dari beberapa contoh tersebut, dapat disimpulkan bahwa usaha berkaitan dengan gaya dan perpindahan, sedangkan daya berkaitan dengan seberapa cepat usaha dilakukan.

Memahami hubungan antara gaya, perpindahan, usaha, dan waktu akan membantu dalam menyelesaikan soal-soal Fisika yang berkaitan dengan kedua konsep tersebut.