Konsep Usaha dan Energi dalam Fisika beserta Contohnya

tirto.id - Konsep usaha dan energi saling berkaitan dan memiliki peran penting menjelaskan berbagai fenomena alam. Misalnya, pergerakan benda, perubahan keadaan, serta transformasi energi.

Di literatur ilmu fisika, usaha adalah gaya yang diberikan untuk menggerakkan atau memindahkan suatu benda. Sementara itu, energi adalah kemampuan yang dimiliki untuk melakukan usaha.

Pengertian usaha dan energi dalam fisika tersebut perlu diperhatikan untuk membedakan definisi 2 kata ini dalam istilah umum. Dalam fisika, konsep usaha dan energi berguna buat menggambarkan hubungan antara gaya yang diberikan dan kemampuan yang diperlukan untuk melakukan kerja.

Konsep usaha dan energi dalam fisika dalam kehidupan sehari-hari sebenarnya mudah ditemukan. Salah satu contoh penerapan konsep usaha dan energi terlihat saat kita mengayuh sepeda. Usaha yang terjadi saat mengayuh sepeda berhubungan dengan perubahan energi.

Untuk lebih memahami topik ini, berikut penjelasan lebih lengkap mengenai maksud dari konsep usaha dan konsep energi dalam fisika beserta rumus masing-masing dan hubungan keduanya.

Apa Itu Konsep Usaha dalam Fisika?

Sebelum berlanjut ke pembahasan hubungan konsep usaha dan energi dalam fisika, ada baiknya kita membahas pengertian apa sebenarnya usaha itu?

Dalam studi fisika, usaha tidak hanya merujuk pada aktivitas sehari-hari untuk mengupayakan sesuatu terjadi, melainkan juga menggambarkan seberapa besar energi yang digunakan ketika memindahkan suatu benda.

Terdapat dua jenis usaha, yaitu usaha positif dan usaha negatif. Usaha positif terjadi ketika gaya yang bekerja pada suatu benda searah dengan perpindahan benda tersebut. Sebaliknya, usaha negatif terjadi ketika gaya yang bekerja pada suatu benda berlawanan dengan arah perpindahan benda tersebut.

Untuk menghitung seberapa besar usaha digunakan persamaan berikut:

• Rumus Usaha adalah W = F.s
• Keterangan: F= Gaya (N); W= Usaha(Joule); dan s= Perpindahan (m).

Jadi, secara matematis, usaha dalam fisika adalah hasil dari perkalian antara gaya dengan perpindahan benda yang kena dampak kerja gaya tersebut.

Apa Itu Konsep Energi dalam Fisika?

Sebenarnya apa konsep dari energi? Dalam ilmu fisika, energi didefinisikan sebagai kemampuan yang dimiliki untuk melakukan usaha (kerja). Maka itu, energi selalu berhubungan dengan usaha.

Proses pelepasan energi berarti melakukan usaha. Sebaliknya, melakukan usaha pada sesuatu berarti menambahkan energi pada obyek usaha.

Seturut pemahaman dalam ilmu fisika, energi dan usaha sebanding dengan satuan Joule. Satu Joule dipahami sebagai melepaskan 1 Newton gaya sejauh 1 meter.

Energi tidak dapat diciptakan ataupun dihancurkan, tetapi hanya dapat berubah bentuk. Energi pun bisa muncul dalam beragam jenis bentuk.

Terdapat 2 jenis energi yang umum dikaitkan dengan usaha, yakni energi potensial dan energi kinetik. Energi kinetik sebuah benda terjadi karena geraknya, sementara energi potensial dimiliki sebuah benda karena kedudukannya.

1. Energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukannya (posisinya). Hal ini juga berarti energi potensial merupakan energi yang tersimpan di suatu benda sebagai akibat posisi benda tersebut.

Contoh energi potensial adalah melesatnya busur panah karena usaha yang dilakukan oleh tali busur. Di kasus ini, saat tali busur ditarik, energi potensial tercipta. Energi itu berubah menjadi energi gerak atau kinetik saat tali busur dilepas dan menggerakkan anak panah.

Energi potensial berkaitan erat dengan usaha, dan secara matematis dapat dihitung dengan berbagai jenis rumus. Perbedaan itu bergantung pada jenis energi potensialnya.

Yang paling umum, rumus energi potensial adalah E = mgh.

Keterangan:

• Ep = Energi Potensial (Joule);
• m = massa (kg);
• g = gravitasi (m/s2); dan
• h = ketinggian benda atau objek (m)

2. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah bentuk energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya. Hal tersebut berkaitan dengan kecepatan dan massa benda tersebut.

Rumus energi kinetik (Ek) adalah: Ek = ½ mV2.

Keterangan:

• Ek = Energi kinetik (J atau joule)
• m = Massa benda (kg atau kilogram)
• V2 = Kecepatan benda dikuadratkan (m/s).

Mengapa Energi dan Usaha Saling Berhubungan?

Usaha dan energi saling berkaitan karena dapat saling memengaruhi. Lantas mengapa konsep energi itu sangat erat hubungannya dengan konsep usaha dalam fisika?

Usaha merupakan perubahan energi yang terjadi pada suatu benda atau objek, termasuk energi kinetik dan energi potensial. Adapun energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha, dan setiap benda yang memiliki energi akan cenderung melakukan usaha.

Konsep energi dan usaha dalam ilmu fisika bermanfaat untuk mengetahui keadaan gerak suatu benda akibat gaya yang merupakan pengaruh dari luar. Namun, hubungan keduanya tergantung kepada jenis energi.

Dalam fisika, hubungan usaha dan energi kinetik dijelaskan secara matematis dengan rumus berikut:

W = ½ m (vt2 – v02)

Dari rumus di atas, terjawab pertanyaan tentang apa hubungan anara usaha dan energi kinetik, yaitu besarnya usaha yang dilakukan sebanding dengan perubahan energi kinetik jika suatu benda mengalami perubahan kelajuan.

Sementara itu, hubungan usaha dan energi potensial tergambarkan dalam rumus di bawah ini:

W = ½ mg (h2 – h1)

Rumus itu menggambarkan bahwa besarnya usaha yang dilakukan pada suatu benda akan sama dengan perubahan energi potensial benda tersebut.

Contohnya, jika sebuah benda berada pada ketinggian tertentu dan dijatuhkan sehingga posisinya juga berubah lebih rendah, besar usaha yang dilakukan akan sama dengan perubahan energi potensial benda tersebut.

Contoh Usaha dan Energi dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut adalah beberapa contoh hubungan konsep usaha dan energi dalam kehidupan sehari-hari:

1. Memindahkan Meja

Pada saat mendorong atau memindahkan meja, kita melakukan usaha agar meja berpindah tempat atau posisi. Usaha tersebut mengubah energi kita menjadi energi kinetik pada meja. Usaha yang dilakukan untuk memindahkan meja sebanding dengan perubahan energi kinetik meja tersebut.

2. Bermain Ayunan

Di permainan ayunan, energi potensial (ketika ayunan berada di titik tertinggi) berubah menjadi energi kinetik saat ayunan bergerak ke bawah. Pada saat tersebut, usaha dilakukan untuk mengangkat ayunan dan memberikan energi potensial.

3. Mengayuh Sepeda

Pada saat pedal sepeda dikayuh, energi yang diberikan oleh si pesepeda akan berubah menjadi energi kinetik. Perubahan itu membuat sepeda bergerak. Usaha yang dilakukan untuk mengayuh sepeda tadi membutuhkan energi dari tubuh. Adapun energi tubuh bersumber dari kalori yang dikonsumsi.