Usaha dan Energi: Pengertian, Rumus, Jenis, Contoh Soalnya

Pada artikel Fisika kelas 8 kali ini, kita akan belajar tentang usaha dan energi. Materinya meliputi pengertian, rumus, jenis, serta hubungan keduanya. Yuk, baca sampai habis!

—

Pernahkah kamu merasa lelah setelah mendorong meja yang berat? Atau mungkin, kamu pernah melompat dari ketinggian, lalu merasakan dorongan yang kuat ketika kaki menyentuh tanah?

Nah, semua aktivitas itu ternyata bisa dijelaskan melalui konsep usaha dan energi dalam Fisika, lho. Dua hal tersebut sangat penting untuk dipelajari, karena menjadi dasar dari banyak fenomena sehari-hari. Mulai dari cara kerja mesin, gerakan benda, hingga proses tubuh manusia menghasilkan tenaga. 

Nah, dalam artikel ini, kita akan membahas secara lengkap tentang usaha dan energi. Materinya meliputi pengertian, rumus, jenis-jenis, hubungan antara keduanya, sampai contoh soal yang bisa kamu gunakan untuk berlatih. Yuk, kita mulai!

Pengertian Usaha

Pertama-tama, kita mulai dari pembahasan tentang usaha dulu, ya. Kalo mendengar kata usaha, apa yang ada di benak kamu? 

“Hmm, usaha itu… berjuang kak. Kita nggak boleh nyerah dalam mencapai suatu tujuan.”

Jawabannya nggak salah kok, gais. Istilah usaha juga ada dalam ilmu Fisika. Usaha adalah hasil kali gaya yang diberikan pada sebuah benda dengan perpindahan benda tersebut ke arah gaya. Dengan kata lain, usaha merupakan energi yang dialirkan untuk menggerakkan suatu benda dengan gaya tertentu.

Rumus Usaha dalam Fisika

Secara matematis, rumus usaha dapat dituliskan sebagai berikut:

W = F × s

Keterangan:

W = usaha (Joule)

F = gaya yang diberikan (Newton)

s = perpindahan benda (meter)

Berdasarkan rumus di atas, dapat dilihat bahwa satuan usaha adalah Joule atau biasa disingkat J.

Nah, ada dua hal penting yang harus kamu perhatikan dalam rumus usaha, yakni gaya dan perpindahan benda. Kenapa tuh harus ada itu? Contohnya gini aja, kalo kamu mendorong meja sekuat tenaga (melakukan gaya), tetapi meja itu tidak berpindah sama sekali (tidak ada perpindahan), maka secara fisika, kamu tidak melakukan usaha, meskipun tubuhmu merasa capek.

Gambar seseorang melakukan usaha yakni mendorong meja (Sumber: makeagif.com)

Baca Juga: Pengertian Gaya, Jenis & Pengaruhnya pada Benda Lain

Jenis-Jenis Usaha

Secara umum, usaha dibagi menjadi 4 jenis, yaitu usaha positif, usaha negatif, usaha di bidang datar, dan usaha di bidang miring. Terus, apa sih masing-masing bedanya?

1. Usaha Positif

Usaha positif terjadi jika gaya yang diberikan searah dengan perpindahan benda. Contohnya, ketika kamu mendorong troli belanja ke depan, doronganmu akan searah dengan arah bergeraknya troli, sehingga usahanya positif.

2. Usaha Negatif

Sebaliknya nih, usaha negatif terjadi jika gaya yang diberikan berlawanan arah dengan perpindahan. Contohnya, saat rem sepeda kamu tekan, maka bantalan rem akan menekan roda berlawanan arah dengan Gerakan rodanya. Sehingga, roda tersebut perlahan melambat. Jadi, usaha yang dilakukan negatif.

Nah, baik usaha positif maupun usaha negatif, dapat dibagi lagi menjadi 2 macam, yaitu usaha di bidang datar dan usaha di bidang miring. 

3. Usaha di Bidang Datar

Jenis usaha pada bidang datar, berarti benda tersebut bergerak/berpindah pada permukaan yang datar (horizontal). Misalnya seperti permukaan meja, lantai, jalan, dan sebagainya.

Meskipun berada pada bidang datar, gaya yang kita berikan nggak selalu sejajar dengan perpindahan. Dalam beberapa kasus, gaya akan membentuk sudut tertentu. Bisa karena posisi tubuh manusia, kondisi alat yang dipakai, atau keterbatasan ruang dan posisi. Supaya kamu lebih terbayang, yuk perhatikan gambar di bawah ini!

Oleh karena itu rumus usaha yang digunakan, yaitu:

W = F · cos θ · s

Keterangan:

W = usaha (Joule)

F = gaya yang diberikan (Newton)

θ = sudut antara gaya dengan arah perpindahan

s = perpindahan benda (meter)

4. Usaha di Bidang Miring

Kalo usaha pada bidang miring, berarti bendanya nggak bergerak/berpindah di permukaan yang datar, melainkan permukaan yang membentuk sudut kemiringan. Misalnya, ketika kamu ingin memindahkan beban berat ke atas meja, kamu bisa menggunakan papan yang dimiringkan untuk meringankan usaha. Konsepnya mirip kayak bidang miring yaah.

Rumus usaha di bidang miring adalah sebagai berikut:

W = m · g · sin θ · s

Keterangan:

W = usaha (Joule)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)

θ = sudut antara gaya dengan arah perpindahan

s = perpindahan benda (meter)

Semakin miring bidangnya, maka semakin kecil gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan benda tersebut.

Pengertian Energi

Nah, kalo ngomongin usaha, pasti ada kaitannya sama energi. Apa itu energi? Secara sederhana, energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Tanpa adanya energi, sebuah benda nggak mungkin bisa bergerak, dan suatu sistem nggak akan mengalami perubahan.

Dalam kehidupan sehari-hari, energi bisa kita temukan dalam berbagai bentuk dan sumber. Contohnya, tubuh kita tidak bisa beraktivitas kalau tidak punya energi dari makanan, atau mobil tidak bisa jalan tanpa energi dari bahan bakar.

Baca Juga: Pengertian Energi, Bentuk-Bentuk, Contoh & Perubahannya

Sifat-Sifat Energi

Energi juga punya sifat-sifat khusus, loh. Langsung baca penjelasan di bawah ini, ya.

1. Energi Tidak bisa Diciptakan atau Dimusnahkan

Kalo kamu udah belajar tentang Hukum Kekekalan Energi, kamu pasti tau, energi nggak bisa diciptakan atau dihilangkan. Energi cuma bisa berubah bentuk atau berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Contohnya, energi kimia dalam bensin tidak hilang, tetapi berubah menjadi energi gerak saat mesin kendaraan bermotor bekerja.

2. Energi dapat Berubah Bentuknya

Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, sesuai dengan kebutuhan atau kondisi. Contohnya, energi listrik dapat berubah menjadi energi cahaya pada lampu, energi potensial air di bendungan dapat berubah menjadi energi listrik melalui turbin PLTA, dan lain sebagainya.

3. Energi Dapat Berpindah

Selain bentuknya dapat diubah, energi juga dapat berpindah dari satu benda/sistem ke benda/sistem lain. Contohnya, saat kita memasak air, energi panas dari api akan berpindah ke wadah atau panci, lalu ke air hingga mendidih.

4. Energi Dapat Disimpan

Energi juga dapat disimpan dalam bentuk tertentu untuk digunakan di kemudian hari. Contohnya, energi kimia dalam baterai, bensin, atau makanan (sebagai cadangan energi dalam tubuh).

Jenis-Jenis Energi

Dalam Fisika, terdapat banyak sekali macam-macam energi. Setiap jenis mempunyai rumus yang berbeda-beda. Namun, yang paling umum dipelajari adalah sebagai berikut:

1. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena gerakannya. Semakin cepat sebuah benda bergerak atau semakin besar massanya, maka semakin besar pula energi kinetik yang dimilikinya. Jadi, kalo bendanya diam, energi kinetiknya nol, ya. Rumus energi kinetik adalah:

E_k = ½ · m · v²

Keterangan:

E_k​ = energi kinetik (J)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan benda (m/s)

2. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukannya terhadap bumi (ketinggian). Contohnya, buah apel yang berada di atas meja, memiliki energi potensial karena posisinya lebih tinggi dari lantai. Rumus energi potensial adalah:

E_p = m · g · h

Keterangan:

E_p​ = energi potensial (J)

m = massa (kg)

g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)

h = ketinggian benda (m)

3. Energi Potensial Pegas

Energi potensial pegas adalah energi yang dimiliki benda pegas ketika diregangkan atau ditekan. Semakin besar tarikan atau tekanannya, maka semakin besar juga energi potensial pegas yang tersimpan. Rumus energi potensial pegas adalah:

E_p = ½ · k · (Δ_x)²

Keterangan:

Ep​ = energi potensial pegas (J)

k = konstanta pegas (N/m)

Δx = perubahan panjang pegas (m)

4. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah total dari energi kinetik dan energi potensial. Rumus energi mekanik, yaitu:

E_m = E_k + E_p

Keterangan:

E_k​ = energi kinetik (J)

E_p​ = energi potensial (J)

Hubungan antara Usaha dan Energi

Baik usaha maupun energi, keduanya saling terhubung, loh. Sederhananya, kita butuh energi untuk melakukan usaha, dan usaha yang kita lakukan, bisa mengubah energi suatu benda. Ibarat siklus yang selalu berputar ya ges yaaa.

Nah, ada dua contoh yang sering kita temui terkait hubungan antara usaha dan energi, yaitu usaha yang mempengaruhi energi kinetik dan usaha yang mempengaruhi energi potensial. Yuk, kita bedah bersama biar kamu semakin paham!

a. Hubungan Usaha dengan Energi Kinetik

Besar usaha sama dengan perubahan energi kinetik, apabila sebuah benda mengalami perubahan kecepatan/kelajuan. Maksudnya begini, ketika kita memberi usaha pada sebuah benda, misalnya mendorong atau menarik, semakin besar usaha yang kita keluarkan, maka semakin besar juga perubahan energi kinetik benda tersebut, begitupun sebaliknya.

Misalnya nih, motor ayah kamu mogok. Ketika motor diam, maka energi kinetiknya = 0. Lalu, kalau motor itu didorong, motor akan bergerak dengan kecepatan tertentu, sehingga energi kinetiknya akan bertambah sebanding dengan usaha yang dilakukan. Jadi, kalau dorongannya lebih kuat, maka motor akan bergerak lebih kencang.

Hubungan usaha dengan energi kinetik, dapat dirumuskan sebagai berikut:

W = ΔE_k = ½ m (v₂² – v₁²)

Keterangan:

Ek​ = energi kinetik (J)

m = massa benda (kg)

v₁ = kecepatan benda awal (m)

v₂ = kecepatan benda akhir (m)

b. Hubungan Usaha dengan Energi Potensial

Usaha yang kita lakukan untuk mengangkat atau menurunkan benda, sama dengan perubahan energi potensial benda tersebut. Contohnya begini, apabila sebuah benda berada pada ketinggian tertentu, kemudian kita angkat benda itu ke tempat yang lebih tinggi, maka besar usaha yang kita lakukan akan sebesar perubahan energi potensial benda tersebut. Nah, ketika benda itu kita jatuhkan, energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik, dimana usaha dilakukan oleh gaya gravitasi.

Hubungan usaha dengan energi potensial, dapat dirumuskan sebagai berikut:

W = ΔE_p = ½ m g (h₂ – h₁)

Keterangan:

E_p​ = energi potensial (J)

m = massa (kg)

g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)

h₁ = ketinggian benda awal (m)

h₂ = ketinggian benda akhir (m)

Baca Juga: Daya Usaha: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal

Penerapan Usaha dan Energi dalam Kehidupan Sehari-hari

Konsep usaha dan energi ternyata banyak sekali penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:

• Olahraga – Saat berlari, otot kita mengubah energi kimia dari makanan menjadi energi kinetik.
• Transportasi – Mobil memerlukan energi dari bahan bakar untuk bergerak, yang kemudian diubah menjadi energi kinetik.
• Listrik – Turbin pembangkit listrik mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, lalu menjadi energi listrik.
• Alat rumah tangga – Blender, kipas angin, dan mesin cuci bekerja dengan memanfaatkan energi listrik yang diubah menjadi energi gerak.
• Pemanfaatan sumber energi terbarukan – Panel surya mengubah energi cahaya matahari menjadi listrik, yang lebih ramah lingkungan.

Contoh Soal Usaha dan Energi

Nah sekarang, yuk kita coba beberapa contoh soal usaha dan energi berikut ini:

Contoh Soal 1

Sebuah benda bermassa 5 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s. Hitunglah energi kinetik benda tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 5 kg

v = 4 m/s

Ditanya: E_k …?

Jawab:

E_k = ½ · m · v²

E_k = ½ · 5 · 4²

E_k = ½ · 5 · 16

E_k = 40 J

Jadi, energi kinetik benda adalah 40 Joule.

Contoh Soal 2

Sebuah benda bermassa 2 kg berada pada ketinggian 10 m dari tanah. Hitung energi potensialnya!

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 2 kg

h = 10 m

Ditanya: E_p …?

Jawab:

E_p = m · g · h

E_p = 2 · 9,8 · 10

E_p = 196 J

Jadi, energi potensialnya adalah 196 Joule.

Contoh Soal 3

Sebuah gaya 50 N mendorong benda sejauh 4 m pada arah yang sama dengan gaya. Hitunglah usaha yang dilakukan!

Penyelesaian:

Diketahui:

F = 50 N

s = 4 m

Ditanya: W …?

Jawab:

W = F · s

W = 50 · 4

W = 200 J

Jadi, usaha yang dilakukan adalah 200 Joule.

Baca Juga: Konsep Energi Kinetik, Potensial & Mekanik dalam Permainan Badminton

Setelah membaca artikel ini, sekarang kamu sudah lebih paham kan apa itu energi dan bagaimana kaitannya dengan usaha? Kita bisa tau kalo usaha dan energi sangat erat kaitannya, karena usaha yang kita lakukan pada benda, akan mengubah energi yang dimilikinya. Selain itu, konsep ini juga sangat relevan dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari olahraga, transportasi, hingga pemanfaatan sumber energi terbarukan.

Kalau kamu ingin lebih banyak belajar Fisika dengan cara yang seru dan mudah dipahami, yuk coba belajar di ruangbelajar! Ada banyak materi, video pembelajaran, hingga latihan soal interaktif yang bisa bantu kamu memahami konsep-konsep sulit dengan lebih gampang, lho. Download dan gabung sekarang!

Referensi:

https://roboguru.ruangguru.com/question/jelaskan-hubungan-antara-usaha-dengan-energi-potensial-_QU-E5TWCU4S (Diakses pada 18 September 2025)