Apa Hubungan Antara Usaha, Energi, dan Daya serta Rumusnya

tirto.id - Usaha dalam ilmu fisika berkaitan dengan penggunaan gaya dan perpindahan benda. Dalam e-modul Energi yang Berusaha (Kemdikbud 2017), definisi usaha adalah perkalian antara besar gaya yang bekerja pada benda dengan perpindahan yang terjadi karena adanya gaya itu.

Oleh sebab itu, usaha dapat dirumuskan sebagai berikut:

Usaha (W) = Gaya (F) x Perpindahan (s)

Faktor yang memengaruhi usaha adalah gaya dan perpindahan. Satuan internasional (SI) untuk gaya adalah N.m atau disebut pula joule (J).

Usaha merupakan besaran skalar sehingga ketika sebuah benda bekerja lebih dari satu gaya, maka total usaha dari benda itu dihitung dengan menjumlahkan usaha pada masing-masing gaya.

Apa Hubungan Antara Energi dan Usaha?

Seperti dijelaskan di atas, energi dan usaha memiliki hubungan yang erat dalam konteks fisika. Di mana usaha yang dilakukan pada suatu sistem dapat mengubah bentuk energinya dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Ketika energi diterapkan pada suatu benda, maka dapat menghasilkan usaha yang dapat mengubah keadaan atau posisi benda tersebut.

Penerapan usaha banyak ditemukan pada kehidupan sehari-hari. Contohnya adalah kejadian mendorong meja hingga berpindah tempat, maka menunjukkan seseorang telah melakukan usaha pada meja itu.

Demikian pula sewaktu kuda menarik kereta, maka kuda melakukan usaha pada kereta.

Usaha juga bisa dipengaruhi oleh energi. Contoh lainnya hubungan antara energi dan usaha bisa dilihat pada mobil yang bergerak, tenaganya diperoleh dari energi hasil pembakaran bahan bakarnya. Orang yang berlari juga mendapatkan energi dari makanan yang dikonsumsinya.

Jadi, secara sederhana, energi digunakan untuk melakukan usaha, dan usaha adalah hasil dari penerapan energi untuk menghasilkan perubahan pada suatu benda.

Pengertian Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Setiap benda yang memiliki energi akan cenderung melakukan usaha. Dan, bentuk energi sangat beragam seperti energi listrik, energi surya, energi minyak bumi, energi potensial, energi kinetik, dan sebagainya.

Sumber energi sangat melimpah dan terbilang murah. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Pada setiap perubahan energi, tidak ada energi yang hilang sehingga sifatnya kekal.

Energi pada benda dapat berwujud energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik. Keduanya memiliki ciri khasnya masing-masing. Berikut ini penjelasannya:

1. Energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukannya (posisinya). Contoh energi ini tampak pada orang yang menarik anak panah di tali busur, kemudian menahannya. Melesatnya anak panah dapat terjadi karena usaha yang dilakukan tali busur.

Contoh lain yaitu bekas cekungan kelapa yang jatu dari atas menuju permukaan tanah. Hal tersebut memperlihatkan adanya energi potensial yang dipunyai kelapa karena jatuh dari ketinggian.

Energi potensial akibat perubahan panjang disebut energi pootensial elastis. Energi ini dapat dihitung dengan rumus:

Ep = 1/2 k.x

Ep = energi potensial

k = tetapan elastisitas pegas (M/m)

x = perubahan panjang benda (m)

Sementara itu, usaha yang muncul dari adanya energi potensial ini dirumuskan dengan W = -ΔEp

2. Energi kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena gerakannya. Energi kinetik hanya dimiliki oleh benda bergerak atau memiliki kecepatan saja. Rumus energi kinetik adalah:

Ek = 1/2 mv2

Ek = energi kinetik

m = massa

v2 (kuadrat) = kecepatan

Jika disandingkan dengan rumus usaha dapat dituliskan W = ΔEk

3. Energi mekanik

Energi mekanik adalah jumlah energi kinetik dan energi potensial pada suatu benda yang dipakai untuk melakukan usaha.

Energi ini dipengaruhi gerakan, atau posisi, atau paduan keduanya. Misalnya adalah pemain badminton memukul shuttlecock (mengeluarkan energi kinetik), lalu shuttlecock melambung (mengeluarkan energi potensial), hingga akhirnya jatuh di lapangan lawan.

Energi mekanik dihitung dengan rumus:

EM = EP + EK

EM = energi mekanik

EP = energi potensial

EK = energi kinetik

Usaha berkaitan pula dengan daya. Usaha, energi dan daya merupakan usaha yang dilakukan tiap satuan waktu. Pengertian ini sering disebut dengan laju perubahan energi.

Pada waktu yang sama, jika daya yang dimiliki benda semakin besar maka usaha yang dilakukan ikut membesar. Daya dapat dihitung dengan rumus berikut:

P = w/t

P = daya

w = usaha

t = interval waktu.

Hubungan Antara Energi dan Daya

Energi dan daya juga memiliki hubungan yang erat dalam fisika. Daya adalah ukuran dari laju perubahan energi atau kemampuan untuk melakukan kerja dalam satu satuan waktu. Dengan kata lain, daya menggambarkan seberapa cepat energi digunakan atau dipindahkan.

Hubungan antara energi (E), daya (P), dan waktu (t) dapat dijelaskan oleh rumus:

P = E/t​

Dalam rumus ini, daya (P) adalah hasil bagi dari energi (E) dengan waktu (t). Ini berarti semakin besar daya, semakin cepat energi digunakan atau dipindahkan.

Sebagai contoh, jika Anda mengangkat beban yang sama (energi yang sama diterapkan) dalam waktu yang lebih cepat, maka daya yang Anda aplikasikan lebih besar.

Begitu pula jika Anda membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mengangkat beban yang sama, maka daya yang Anda aplikasikan lebih kecil. Jadi, hubungan antara energi dan daya melibatkan laju perubahan energi dalam satu satuan waktu.