Usaha dan energi

Usaha dan Energi. Apabila anda mendorong sebuah buku yang terletak di atas permukaan meja hingga buku bergerak maka anda melakukan usaha pada buku tersebut. Jika sebuah benda jatuh ke permukaan bumi karena ditarik oleh gaya gravitasi bumi maka gaya gravitasi bumi melakukan usaha pada benda tersebut. Sebaliknya, apabila anda mendorong sebuah benda sekuat tenaga hingga bermandikan keringat tetapi jika benda itu tidak bergerak maka anda tidak melakukan usaha pada benda tersebut. Dalam kehidupan sehari-hari, orang lain mengatakan bahwa anda telah melakukan usaha atau kerja keras mendorong benda tersebut namun menurut ilmu fisika, anda tidak melakukan usaha pada benda tersebut karena benda tidak mengalami perpindahan.

Usaha pada sebuah benda bisa dilakukan oleh gaya konstan (besar dan arah gaya selalu tetap) atau gaya tidak konstan (besar dan arah gaya selalu berubah-ubah). Contoh gaya yang besar dan arahnya konstan adalah gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda ketika benda berada di dekat permukaan bumi. Ketika sebuah benda jatuh bebas di dekat permukaan bumi, besar dan arah percepatan jatuh bebas benda konstan karena besar dan arah gaya gravitasi yang mempercepat benda tersebut konstan. Contoh gaya yang besarnya tidak konstan (arah gaya konstan) adalah gaya pegas. Jika anda meregangkan pegas, semakin besar pertambahan panjang pegas, semakin kuat anda menariknya. Besar gaya yang dikerjakan pada pegas tidak konstan seiring meregangnya pegas. Contoh lain adalah ketika sebuah roket bergerak ke luar angkasa atau kembali ke permukaan bumi. Ketika roket sedang bergerak, besar gaya gravitasi yang bekerja pada roket berubah dengan berbanding terbalik terhadap kuadrat jarak dari pusat bumi.

Secara matematis, usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya konstan pada sebuah benda didefinisikan sebagai hasil kali perpindahan dengan gaya atau komponen gaya yang searah dengan perpindahan benda.

Usaha yang dilakukan oleh gaya tidak konstan seperti gaya pegas tidak bisa dihitung menggunakan rumus usaha oleh gaya konstan. Apabila pegas diregangkan, ketika pegas semakin regang, gaya tarik yang yang diperlukan untuk meregangkan pegas juga semakin besar. Demikian juga sebaliknya jika pegas ditekan, ketika pegas semakin rapat, gaya dorong yang diperlukan juga semakin besar. Selama pegas ditekan atau diregangkan, gaya pegas berubah dari 0 (x = 0) hingga maksimum (F = k x) maka gaya pegas dihitung menggunakan rata-rata.