Daya: Pengertian, Macam-macam, Rumus dan Contoh Soal

Salah satu konsep yang penting dalam Fisika ketika berbicara mengenai energi dan usaha adalah daya. Istilah ini paling sering digunakan terutama ketika membicarakan besar listrik rumah tangga dengan rentang ukuran mulai dari 450 Watt, 900 Watt, 1300 Watt dan lebih besar lagi.

Pengertian Daya

Daya berdasarkan pengertian Fisika merupakan laju perubahan usaha dari satu sistem ke sistem lainnya. Sehingga istilah ini dalam sains dan teknik lebih merujuk kepada tingkat waktu yang dibutuhkan untuk memberikan energi atau melakukan usaha.

Sebagai contoh gaya F bekerja pada sebuah partikel yang membuat partikel bergerak dengan kecepatan sesaat sebesar v selama interval waktu dt dengan perpindahan partikel sejauh ds.

Sehingga besar perpindahan partikel bisa dirumuskan dengan formula ds = v x dt. Daya memiliki beragam satuan. Namun satuan daya yang paling sering digunakan adalah Watt atau Joule/s. Satuan Watt biasa digunakan untuk menunjukkan daya listrik yang dialirkan oleh PLN ke bangunan-bangunan.

Selain menggunakan satuan Watt atau Joule/s, satuan daya lain yang sering digunakan adalah 1 daya kuda (pk) atau 1 horse power. Satuan horse power lebih banyak digunakan untuk menggambarkan daya yang diproduksi oleh mesin seperti mesin kendaraan motor, mobil dan lainnya.

Satuan horse power sendiri lebih banyak digunakan dalam sistem pengukuran Inggris. Satu horse power menunjukkan kekuatan yang diperlukan untuk mengangkat 550 pound dengan satu kaki dalam satu sekon dengan nilai sekitar 746 Watt.

1 hp = 550 ft lb/s = 746 Watt

1 pk = 1 hp = 746 Watt

Macam Daya dalam Fisika

1. Daya Mekanik

Daya mekanik berbicara mengenai besarnya usaha untuk memindahkan suatu benda dari satu tempat ke tempat yang lainnya per satuan waktu. Besarnya usaha mekanik sendiri dipengaruhi oleh dua faktor yakni jauhnya perpindahan benda tersebut dan juga massa benda yang dipindahkan.

Rumus usaha mekanik dituliskan sebagai berikut:

W = m x s

Keterangan:

W = usaha mekanik (kgm)
m = massa (kg)
s = jarak (m)

Usaha mekanik untuk memindahkan benda dari satu tempat ke tempat lainnya tiap satuan waktu disebut sebagai daya mekanik. Sehingga apabila daya mekanik yang dikeluarkan lebih besar sementara usahanya sama, artinya pekerjaan dilakukan dengan lebih cepat.

P = W/t

Keterangan:

P = Daya mekanik (kgm/s)
W = Usaha mekanik (kgm)
t = Waktu (s)

2. Daya Listrik

Listrik dapat diubah ke dalam berbagai bentuk energi lainnya. Pada peralatan listrik seperti pengering rambut, kompor listrik, pemanas listrik misalnya, energi listrik bisa dikonversi menjadi energi panas melewati hambatan kawat yang disebut sebagai elemen pemanas.

Sementara pada lampu, listrik memanaskan filamen kawat hingga filament kawat yang kecil bersinar. Oleh karena itu hanya beberapa persen energi listrik saja yang diubah menjadi cahaya yakni kurang lebih 10% saja.

Energi listrik yang mengalir pada suatu peralatan listrik memiliki arus yang umumnya cukup besar hingga menyebabkan terjadinya banyak tumbukan antara atom dan elektron pada kawat. Setiap kali terjadi tumbukan maka terjadi transfer energi dari elektron ke atom yang ditumbuk.

Daya listrik adalah energi yang diubah apabila muatan W bergerak melintasi kawat dengan beda potensial sebesar V. Daya listrik dapat dirumuskan sebagai kecepatan perubahan energi per satuan waktu sesuai rumus di bawah ini:

Q/t adalah muatan listrik yang mengalir melalui kawat per satuan waktu yang sejatinya merupakan arus listrik itu sendiri (I). Rumus daya listrik bisa dituliskan sebagai berikut:

P = I x V

Berdasarkan persamaan di atas terlihat bahwa daya listrik yang dihasilkan bisa diubah oleh perangkat listrik dengan nilai arus I yang melewati kawat tersebut serta beda potensial V di setiap ujung penghantar. Daya listrik memiliki satuan Watt dalam SI (1 Watt = 1 J/s).

Laju perubahan energi yang melewati hambatan kawat penghantar R atau daya bisa ditulis menggunakan Hukum Ohm sebagai berikut:

P = I² x R

P = V² / R

Keterangan:

P = Daya listrik (Watt)
R = Hambatan kawat penghantar (Ohm)
I = kuat arus listrik (A)
V = Beda potensial listrik (Volt)

Perbedaan Daya dan Energi

Daya tidak bisa disamakan dengan energi maupun usaha. Hal ini karena daya menunjukkan kemampuan sebuah alat untuk merubah energi dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya.

Sebagai contoh sebuah lampu yang memiliki daya 10 Watt sejatinya merubah energi listrik setiap detiknya menjadi energi cahaya dan energi panas.

Perbedaan Daya dan Usaha

Perbedaan mendasar antara daya dan usaha yakni adanya komponen waktu yang turut diperhitungkan ke dalam satuan daya. Daya berbicara mengenai besar jumlah energi yang dihabiskan untuk bergerak per satuan waktu. Oleh karena itu daya memiliki satuan Joule per detik (J/s) atau Watt.

Sementara usaha berbicara mengenai jumlah energi yang diberikan oleh gaya ke suatu benda agar benda tersebut bisa berpindah dari satu titik ke titik lainnya. Tidak semua gaya yang diberikan ke benda dapat dikatakan melakukan usaha. Apabila benda tidak berpindah posisi artinya gaya tidak melakukan usaha.

Rumus Daya

Usaha yang dikerjakan oleh gaya F pada partikel atau benda tertentu adalah:

dW = F x ds = F x v x dt

Kecepatan perubahan usaha atau laju usaha per satuan waktu bisa dilihat berdasarkan formula matematis berikut:

P = dW/dt = F x v x dt/dt = F x v

Keterangan:

P = Daya dengan satuan J/detik atau Watt
W = Usaha (Joule)
v = Kecepatan (m/s)
t = Waktu (detik)
F = Gaya (Newton)

Oleh karena itu satuan daya berupa 1 J/s = 1 Watt.  Watt sering digunakan untuk menunjukkan energi pada bola lampu. Watt menunjukkan pada tingkat mana bohlam mengubah energi listrik menjadi energi panas dan energi cahaya.

Oleh karena itu bola lampu yang memiliki nilai daya Watt lebih tinggi akan menggunakan lebih banyak listrik per satuan waktu. Satu kilo Watt sama dengan 10³ Watt atau 1000 Watt.

Latihan Soal Daya

Sebuah mesin tertulis memiliki daya 30 pk digunakan untuk bekerja selama 3 jam. Berapa total energi yang sudah dikeluarkan oleh mesin tersebut selama bekerja?

Daya berbicara mengenai perubahan usaha per interval waktu tertentu. Satuan daya adalah Watt yang menunjukkan jumlah energi yang ditransfer per satuan waktu.