Berikut soal Fisika Usaha merupakan tindak lanjut dari materi Usaha yang telah dibahas pada tulisan sebelumnya dengan judul Praktikum Fisika Usaha.

Pilihlan jawaban yang paling tepat, cocokkan hasil jawaban Anda dengan Kunci Jawaban yang terdapat di bagian akhir bahan belajar mandiri ini. 

1. Amir mendorong mobil mogok, tetapi mobil itu tetap tidak bergerak. Usaha yang dilakukan Amir adalah …

A. minimum

B. maksimum

C. nol

D. tetap

2. Perhatikan gambar di bawah. Benda A dapat berpindah sejauh 6 m apabila gaya Fl dan F2, mempunyai usaha sebesar ...

A. 10 J

B. 22 J

C. 96 J

D. 360 J

3. Sebuah benda bergerak di atas bidang datar, kemudian ditahan dengan gaya 60 N, ternyata benda berhenti pada jarak 180 m. Besar usaha pengereman benda adalah ….

A. 120 J

B. 180 J

C. 189 J

D. 10800 J

4. Sebuah balok ditarik dengan tali yang membentuk sudut 60o terhadap lantai. Jika gaya tarik pada tali 30 N dan balok berpindah sejauh 5m, maka usaha yang dilakukan adalah ….

A. 30 J

B. 45 J

C. 60 J

D. 75 J

5. Sebuah benda massanya 2 kg mula-mula dalam keadaan diam pada sebuah bidang datar yang licin, kemudian pada benda tersebut bekerja sebuah gaya. Usaha yang dilakukan pada benda sehingga kecepatannya menjadi 8 m/s adalah ….

A. 44 J

B. 54 J

C. 64 J

D. 72 J

6. Perhatikan gambar ! Untuk memindahkan benda sejauh 10 m, gaya F melakukan usaha sebesar 100 J. Dalam hal ini besar gaya F adalah ….

A. 2 N

B. 5 N

C. 20 N

D. 30 N

7. Gaya sebesar 8 N melakukan usaha pada benda sebesar 80 J sehingga benda dapat berpindah. Perpindahan benda tersebut adalah ….

A. 6 m

B. 10 m

C. 20 m

D. 32 m

8. Besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar 10 N untuk memindahkan benda sejauh 4 m, jika arah gaya tegak lurus dengan arah perpindahan adalah ….

A. 0

B. 2 J

C. 20 J

D. 40 J

9. Sebuah benda dengan massa 40 kg mula-mula dalam keadaan diam. Padanya bekerja sebuah gaya konstan 200 N selama 6 detik. Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah ….

A. 12.000 J

B. 15.000 J

C. 18.000 J

D. 24.000 J

10. Suatu gaya yang besarnya 22 N bekerja pada sebuah benda sehingga benda mengalami perpindahan 3 m. Arah gaya membentuk sudut ∝ terhadap arah perpindahan benda dan ternyata gaya melakukan usaha sebesar 33 J. Besarnya ∝ adalah ….

A. 30°

B. 45°

C. 60°

B. 75°

BALIKAN DAN TINDAK LANJUT

Hitunglah jawaban Anda yang benar, kemudian gunakan rumus di bawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda.

Arti Tingkat Penguasaan :

90% - 100% = Baik Sekali

80% - 89% = Baik

70% - 79% = Cukup

< 70% = Kurang

Apabila Anda mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda telah berhasil menyelesaikan materi fisika usaha ini. Bagus! Akan tetapi apabila tingkat penguasaan Anda masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi fisika usaha, terutama bagian yang belum Anda kuasai.

Berikut Kunci Jawaban Soal Fisika Usaha

1. C

2. C

3. D

4. D

5. C

6. C

7. B

8. A

9. C

10. C

Pengertian Usaha Dalam sudut pandang fisika, khususnya mekanika, usaha mengandung pengertian sebagai segala sesuatu yang dilakukan oleh gaya pada suatu benda sehingga benda itu bergerak. Agar usaha berlangsung, maka gaya harus dikerahkan pada suatu benda hingga benda tersebut menempuh jarak tertentu. Apakah usaha baru dapat berlangsung bila benda berpindah? Bagaimana apabila benda yang diberikan gaya ternyata tidak bergerak atau berpindah? Apakah telah terjadi usaha?

Berdasarkan uraian tersebut, dapat kita simpulkan bahwa ada dua syarat terjadinya suatu usaha, yaitu: 

1. adanya gaya yang bekerja pada suatu benda; 
2. adanya perpindahan yang dialami oleh benda tersebut. 

Dengan demikian usaha didefinisikan sebagai sejumlah gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan arah gaya. Untuk memahami lebih lanjut mengenai konsep usaha, marilah kita ikuti Kegiatan Percobaan berikut.

Kegiatan Percobaan Kegiatan ini bertujuan untuk mengamati dan membandingkan perbedaan usaha yang ditimbulkan oleh gaya yang searah dan membentuk sudut terhadap arah perpindahannya. Alat dan Bahan: • Balok kayu ukuran sisi 5 cm dan dilengkapi pengait

• Neraca pegas
• Alas atau papan lintasan

Langkah kerja:

1. Kaitkan neraca pegas pada pengait yang terdapat pada balok kayu.
2. Percobaan 1: Tariklah balok kayu tersebut dengan kelajuan tetap sejauh kira-kira 1 meter. Usahakan posisi neraca pegas sejajar dengan alas atau papan lintasan. Catat besar gaya yang diperlukan.
3. Percobaan 2: Aturlah sedemikian rupa sehingga neraca membentuk sudut kira-kira 30° terhadap papan alas. Tariklah balok kayu tersebut dengan kealjuan tetap sejauh kira-kira 2 meter. Catat kembali besar gaya yang diperlukan.
4. Hitung besarnya usaha yang Anda lakukan untuk masing-masing gaya.

Pertanyaan

1. Berdasarkan kedua jenis percobaan, pada percobaan manakah gaya yang diperlukan untuk memindahkan balok yang nilainya paling besar?
2. Setelah Anda menghitung besarnya usaha yang Anda lakukan, apa yang dapat disimpulkan?

Setelah Anda mengikuti Kegiatan Percobaan sederhana tersebut, diharapkan Anda dapat lebih memahami bahwa diperlukan besar gaya yang berbeda untuk memindahkan benda bila gaya itu sejajar dengan arah perpindahannya dan bila gaya itu membentuk sudut dengan arah perpindahannya. Untuk arah gaya yang membentuk sudut dengan arah perpindahannya, diperlukan gaya yang lebih besar untuk memindahkan balok kayu dibandingkan arah gaya yang sejajar dengan arah perpindahannya. Ini artinya, gaya yang membentuk sudut dengan arah perpindahannya memerlukan usaha yang lebih besar dibandingkan dengan usaha yang diperlukan untuk memindahkan balok bila arah gayanya searah dengan arah perpindahannya. Atau dengan kata lain, pada balok yang dikenakan gaya yang membentuk sudut dengan arah perpindahannya dikenakan usaha yang lebih kecil dibandingkan balok yang dikenakan gaya yang searah dengan arah perpindahannya. Secara matematis, usaha yang dilakukan pada suatu benda dinyatakan sebagai berikut.

W = f.Δx

dengan:

W = usaha yang dilakukan pada suatu benda

F = gaya yang bekerja pada suatu benda ∆

x = perpindahan yang dialami benda tersebut

Satuan untuk usaha adalah joule (J) dimana nilainya adalah 1 J = 1 N x 1 m = 1 Nm. Pada kasus tersebut, gaya yang bekerja pada suatu benda searah dengan perpindahan benda tersebut.

Bagaimana apabila gaya yang bekerja pada benda itu tidak searah dengan arah perpindahannya (membentuk sudut tertentu)? Bila gaya yang bekerja pada suatu benda tidak searah dengan arah perpindahan benda itu, maka usaha yang dilakukan akan menjadi lebih kecil. Perhatikan Gambar berikut Usaha yang dilakukan pada suatu benda apabila gaya yang bekerja pada benda itu tidak searah dengan arah perpindahannya secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

Contoh Soal:

1. Berapakah usaha yang dilakukan oleh seseorang yang mencoba menarik sebuah balok dengan gaya sebesar 50 N sehingga balok tersebut berpindah sejauh 8 meter?
2. Seseorang menarik sebuah vacuum cleaner dengan gaya 50 N dan gaya tersebut membentuk sudut 30° dengan arah perpindahannya. Perpindahan yang dialami oleh vacuum cleaner itu adalah 8 meter. Berapakah besar usaha yang dilakukan oleh orang itu? (abaikan kehadiran gaya gesekan!) 
   
   
   
3. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Sepuluh detik kemudian kecepatan mobil itu menjadi tiga kali semula. Jika massa mobil itu 1.000 kg, hitunglah usaha yang telah dilakukan oleh mesin mobil itu ?

Penyelesaian: 

1. Diketahui: 

F = 50 N 

∆x = 8 m 

Ditanya: W = ? 

Jawab: 

W = F. Δx 

     = 50 N.8m

      = 400 Nm = 400 joule

2. Diketahui: 

F = 50 N 

α = 30° 

∆x = 8 m 

Ditanya: W = ? 

Jawab: 

Ketika kita membicarakan tentang konsep usaha, penting bagi kita untuk memperjelas apakah usaha itu dilakukan oleh suatu benda atau usaha itu dikenakan pada suatu benda. Selain itu juga penting bagi kita untuk memperjelas apakah usaha itu dilakukan oleh sebuah gaya pada sebuah benda atau dilakukan oleh gaya total (beberapa gaya) pada suatu benda.

Usaha merupakan sejumlah gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan arah gaya. Usaha dapat dimaknai pula sebagai transfer energy melalui gaya. Dua hal yang menjadi syarat keberlakuan adanya usaha adalah adanya gaya yang bekerja dan adanya perpindahan. Bila benda yang mendapatkan gaya tetapi tidak bergerak, maka tidak ada usaha yang dikenakan kepada benda itu. Dengan kata lain, bila seseorang mengerjakan suatu gaya untuk memindahkan benda, namun benda yang dikenai gayanya tidak berpindah, maka orang tersebut tidak melakukan usaha. Usaha yang dilakukan pada suatu benda bergantung pula pada arah gaya yang bekerja pada benda itu. Artinya, apabila gaya yang bekerja pada suatu benda tidak searah dengan arah perpindahannya, maka usaha yang dilakukan pada benda itu menjadi lebih kecil. Semakin besar sudut yang dibentuk gaya dan arah perpindahan, semakin kecil usaha yang dilakukan pada benda tersebut.