Usaha (W) dalam dunia fisika didefinisikan sebagai hasil kali gaya (F) yang diberikan pada suatu objek dan perpindahan (s) objek tersebut, dengan syarat bahwa gaya tersebut bersifat searah dengan perpindahan. Dengan kata lain, rumus usaha adalah:
W = F * s * cos(𝜃)
di mana 𝜃 adalah sudut antara arah gaya dan arah perpindahan.
Dalam konteks soal tersebut, kita diminta untuk mencari usaha yang dilakukan oleh anak tersebut. Dimana:
- Gaya (F) yang diberikan adalah sebesar 20 N,
- Sudut antara arah gaya dan bidang datar (𝜃) sebesar 30°, dan
- Perpindahan (s) sejauh 20 m.
Pertama, cocokkan satuan sudut ke radian karena fungsi cosinus dalam matematika biasanya mengasumsikan input dalam radian. Dengan menggunakan konversi, 30° sama dengan π/6 radian (atau sekitar 0.5236 radian).
Misalkan kita asumsikan bahwa arah bidang datar bersamaan dengan arah perpindahan, jika anak tersebut mencoba menarik mobil mainan di atas bidang tersebut. Maka, 𝜃 adalah sudut antara arah gaya dan arah perpindahan.
Substitusikan angka-angka ini kedalam rumus usaha:
W = 20 N * 20 m * cos(0.5236 rad) = 400 N.m * 0.866 = 346.41 Joule
Maka, usaha yang dikerjakan oleh anak tersebut ketika menarik mobil mainan sejauh 20 meter dengan gaya 20 N dalam sudut 30° terhadap bidang datar adalah sekitar 346.41 Joule.
