Usaha dan Energi

Usaha dan energi sebenarnya merupakan ungkapan yang sering digunakan dalam percakapan sehari-hari. Usaha yang dalam kehidupan sehari-hari sering disebut kerja merupakan segala kegiatan untuk mencapai tujuan tidak memperdulikan apakah tujuan tersebut tercapai atau tidak selama orang sudah melakukan kegiatan dapat dikatakan bahwa orang tersebut sudah berusaha atau bekerja sedangkan energi atau orang menyebutnya dengan tenaga adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Oleh karena itu, kita sering menyebut seseorang yang banyak melakukan kegiatan dan seakan-akan tanpa lelah sebagai orang yang energik.

Dalam fisika, usaha dipengaruhi oleh gaya (F), jarak perpindahan (s) dan arah perpindahan (α). Yang artinya usaha dapat terjadi apabila suatu benda diberikan gaya oleh seseorang yang mengakibatkan benda tersebut mengalami perpindahan dan gaya yang diberikan tidak vertical dengan arah perpindahannya (α≠90⁰/270⁰). Energi dalam fisika merupakan kemampuan melakukan usaha. Definisi yang sederhana ini sebenarnya kurang tepat atau kurang valid untuk beberapa jenis energi (misalnya energi panas atau energi cahaya tidak dapat melakukan kerja). Definisi tersebut hanya bersifat umum. Secara umum, tanpa energi kita tidak dapat melakukan kerja/usaha. Usaha dilakukan ketika energi dipindahkan dari satu benda ke benda lain. Contoh ini juga menjelaskan salah satu konsep penting dalam sains, yakni kekekalan energi. Jumlah total energi pada sistem dan lingkungan bersifat kekal alias tetap. Energi tidak pernah hilang, tetapi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi lain. Mengenai Hukum Kekekalan Energi akan kita kupas tuntas dalam pokok bahasan tersendiri. (Alexsander, 2008). Usaha dan Energi merupakan besaran skalar sehingga analisis kita menjadi lebih mudah dibandingkan dengan ketika kita mempelajari gaya.

A.    Usaha 

            Usaha merupakan sesuatu yang dilakukan oleh gaya pada sebuah benda, yang menyebabkan benda bergerak. Usaha dikatakan telah dilakukan hanya jika gaya menyebabkan sebuah benda bergerak. Namun, jika kamu hanya menahan sebuah benda agar benda tersebut tidak bergerak, itu bukan melakukan usaha walaupun orang tersebut telah mengerakan seluruh kekuatannya untuk menahan batu tersebut. Jadi, dalam fisika, usaha berkaitan dengan gerak sebuah benda. Secara matematis, usaha yang dilakukan oleh gaya yang konstan didefinisikan sebagai hasil kali perpindahan dengan gaya yang sejajar dengan perpindahan.

                                  

            Untuk memindahkan sebuah benda yang bermassa lebih besar, diperlukan usaha yang lebih besar pula. Juga untuk memindahkan suatu benda pada jarak yang lebih jauh, diperlukan pula usaha yang lebih besar. Dengan berdasarkan pada kenyataan tersebut, Usaha didefinisikan sebagai hasil kali gaya dan perpindahan yang terjadi. Bila usaha kita simbolkan dengan W, gaya F, dan perpindahan s, maka  W = F . s              

                                       F

                           

                                                        S

Baik gaya maupun perpindahan merupakan besaran vektor. Sesuai dengan konsep perkalian titik antara dua buah vektor, maka usaha W merupakan besaran skalar. Bila sudut yang dibentuk oleh gaya F, dengan perpindahan s adalah α, maka besaranya usaha dapat dituliskan sebagai  :          

                                                W = (F cos α) s

                                    W = F s cos α             

Dalam sistem satuan SI, satuan usaha adalah joule, yang dilambangkan dengan huruf J. Satu joule didefinisikan sebagai besarnya usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya 1 newton yang bekerja searah dengan perpindahan benda, yang menyebabkan perpindahan sejauh 1 meter. Dengan demikian,

1 joule = 1 newton x 1 meter 

 joule = Newton x meter

Untuk usaha yang lebih besar, biasanya menggunakan satuan kilojoule (kJ) dan megajoule (MJ).

1 kJ = 1000 J

1 MJ = 1000 000 J

B.     Energi

         Segala sesuatu yang kita lakukan dalam kehidupan sehari‐hari membutuhkan energi. Untuk bertahan hidup kita membutuhkan energi yang diperoleh dari makanan. Setiap kendaraan membutuhkan energi untuk bergerak dan energi itu diperoleh dari bahan bakar. Hewan juga membutuhkan energi untuk hidup, sebagaimana manusia dan tumbuhan.    Energi merupakan salah satu konsep yang paling penting dalam fisika. Konsep yang sangat erat kaitannya dengan usaha adalah konsep energi. Secara sederhana, energi merupakan kemampuan melakukan usaha. Definisi yang sederhana ini sebenarnya kurang tepat atau kurang valid untuk beberapa jenis energi (misalnya energi panas atau energi cahaya tidak dapat melakukan kerja). Definisi tersebut hanya bersifat umum. Secara umum, tanpa energi kita tidak dapat melakukan kerja. Sebagai contoh, jika kita mendorong sepeda motor yang mogok, usaha alias kerja yang kita lakukan menggerakan sepeda motor tersebut. Pada saat yang sama, energi kimia dalam tubuh kita menjadi berkurang, karena sebagian energi kimia dalam tubuh berubah menjadi energi kinetik sepeda motor. Usaha dilakukan ketika energi dipindahkan dari satu benda ke benda lain. Contoh ini juga menjelaskan salah satu konsep penting dalam sains, yakni kekekalan energi. Jumlah total energi pada sistem dan lingkungan bersifat kekal alias tetap. Energi tidak pernah hilang, tetapi hanya dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi lain.