Rumus Daya dan Contoh Soalnya dalam Ilmu Fisika

Senang bisa berjumpa lagi sahabat BT. OM BT minta maaf nih baru nongol hehehe. Hari ini OM BT bakalan posting tentang Rumus Daya dan Contoh Soalnya dalam Ilmu Fisika. Melihat trend request sahabat BT, banyak yang meminta postingan tentang ilmu-ilmu fisika sehingga OM BT bakal sharing secara berkala tentang hal ini.

Dalam fisika, daya adalah kecepatan melakukan kerja. Daya sama dengan jumlah energi yang dihabiskan per satuan waktu. Dalam sistem SI satuan daya adalah joule per detik (J/s), atau watt untuk menghormati James Watt, penemu mesin uap abad ke-18. Daya adalah besaran skalar.

Integral daya terhadap waktu mendefinisikan kerja yang dilakukan. Karena integral tergantung lintasan dari gaya dan torsi, maka perhitungan kerja tergantung lintasan.

Daya dapat diwakili oleh persamaan :

P = W / t

Daya = Usaha / Waktu

Dalam persamaan ini, usaha diukur dalam joule (J) dan waktu diukur dalam detik (s), sehingga daya dinyatakan dalam joule per detik (J/s). Ini adalah satuan SI untuk daya, juga dikenal sebagai watt (W).  Sahabat BT nilai konversi 1 watt sama dengan 1 joule usaha per detik. Sahabat BT mungkin sudah akrab dengan istilah watt. Bohlam dan peralatan rumah tangga seperti kulkas, rice cooker, dll diberi label dengan watt untuk menandai seberapa besar konsumsi listrik alat-alat tersebut.

Contoh, jika sahabat BT memiliki dua bohlam dari jenis yang sama, jika satu bohlam tertera daya 10 watt dan yang lainnya adalah 25 watt, manakah yang menghasilkan cahaya yang paling terang? maka jawabnya adalah bohlam 25 watt jelas lebih kuat, sehingga menghasilkan cahaya lebih terang

Rumus daya di atas  juga bisa di turunkan menjadi sebagai berikut :

P = (F.s) / t

P = F . v

P = V·I

P = τ·ω

Hasil tersebut didapatkan karena Rumus Usaha (W) = Gaya (F) dikali Jarak (s) dibagi waktu (t) dan Rumus Kecepatan (v) = jarak (s) dibagi waktu (t).

Jika diterapkan pada perhitungan listrik maka Daya (P) = Beda Potensial/Tegangan (V) dikalikan dengan arus listrik (I) 

Dan jika diterapkan pada hubungan antara torsi dan kecepata sudut akan diperoleh Daya (P) = Torsi  (τ) dikalikan Kecepatan Sudut (ω).

Keterangan :

P = Daya (satuannya J/s atau Watt )

W = Usaha (satuannya Joule [ J ] )

V = Beda Potensial (satuannya Volt [ v ] )

I = Arus Listrik (satuannya Ampere [ I ]

t = Waktu (satuannya Sekon [ s ] )

F = Gaya (satuannya Newton [ N ] )

s = Jarak (satuannya Meter [ m ] )

v = Kecepatan (satuannya Meter / Sekon [ m/s ] )

τ = Torsi (satuannya [N⋅m] )

ω = Kecepatan Sudut (radian per detik [r/s] ]

Jika kita detailisasi dari rumus turunan di atas maka kita akan dapati pembagian jenis Daya, ada Daya Mekanik dan ada Daya Listrik. Berikut ini penjelasan detail 2 jenis daya yang dimaksud : 

Daya Mekanik

Daya pada sistem mekanik adalah kombinasi gaya dan perpindahan. Daya merupakan perkalian antara gaya pada objek dengan kecepatan objek, atau perkalian torsi pada shaft dengan kecepatan sudut shaft.

Daya mekanik juga merupakan turunan kerja terhadap waktu. Dalam mekanika, kerja mekanik yang dilakukan oleh gaya F pada objek yang bergerak sepanjang kurva C dinyatakan oleh integral garis:

${\displaystyle W_{C}=\int _{C}\mathbf {F} \cdot \mathbf {v} \,\mathrm {d} t=\int _{C}\mathbf {F} \cdot \mathrm {d} \mathbf {x} ,}$

dengan x mendefinisikan jalur C dan v adalah kecepatan gerak.

Daya pada titik manapun sepanjang kurva C adalah turunan waktu

${\displaystyle P(t)={\frac {\mathrm {d} W}{\mathrm {d} t}}=\mathbf {F} \cdot \mathbf {v} =-{\frac {\mathrm {d} U}{\mathrm {d} t}}.}$

Pada satu dimensi, dapat disederhanakan menjadi:

${\displaystyle P(t)=F\cdot v.}$

Pada benda berotasi, daya adalah hasil perkalian torsi τ dan kecepatan sudut ω,

${\displaystyle P(t)={\boldsymbol {\tau }}\cdot {\boldsymbol {\omega }},\,}$

dengan ω diukur dalam radian per detik.${\displaystyle \cdot }$ melambangkan perkalian skalar.

Pada sistem tenaga fluida seperti aktuator hidrolik, daya dinyatakan dengan

${\displaystyle P(t)=pQ,\!}$

dengan p adalah tekanan dalam pascal, atau N/m² dan Q adalah kecepatan alir volumetrik dalam m³/s (satuan SI).

Daya Listrik

Daya listrik P yang dihasilkan komponen sama dengan

${\displaystyle P(t)=I(t)\cdot V(t)\,}$

di mana

P(t) adalah daya, diukur dalam watt (joule per detik)

V(t) adalah perbedaan potensial sepanjang komponen, diukur dalam volt

I(t) adalah arus listrik, diukur dalam ampere

Jika komponen adalah resistor dengan rasio tegangan terhadap arus dengan waktu tetap, maka:

${\displaystyle P=I\cdot V=I^{2}\cdot R={\frac {V^{2}}{R}}\,}$

di mana

${\displaystyle R={\frac {V}{I}}\,}$

adalah hambatan, diukur dalam ohm.

Cara Menghitung Daya dari Usaha dan Waktu

Daya dapat dihitung dengan menggunakan rumus di atas jika jumlah usaha dan waktu telah diketahui.

Berikut ini 3 contoh soal cara menghitung daya dengan rumus daya :

1. Sebagai contoh, asumsikan bahwa microwave sahabat BT melakukan usaha 10.000 joule dalam 50 detik. Maka DAYA microwave sahabat BT adalah sbb:

Daya = Usaha / Waktu = 10.000 J/50 s = 200 J/s, atau 200 Watt

2. Contoh lain, jika rice cooker sahabat BT melakukan usaha 5.000 joule dalam 5 detik. Berapa dayanya ?

Daya = Usaha / Waktu = 4.000 J/10 s = 100 J/s, atau 400 Watt

3. Contoh soal lain dari rumus daya, seorang ibu melakukan usaha sebesar 950 J untuk memindahkan galon air selama 4 menit. Berapakah daya ibu tersebut?

Cara menyelesaikannya :

Diketahui:

W = 950 J
t = 4 menit = 4 × 60 s = 240 s

Ditanyakan: P = . . .?

Jawab:

P = W/t
P = 950/240
P = 3,96 watt

Jadi, daya yang dimiliki oleh ibu tersebut untuk yaitu sebesar 3.96 watt.

Dalam ilmu fisika, daya (P) membutuhkan perubahan pada benda (W) dan waktu (s) yang spesifik ketika perubahan muncul. Hal ini berbeda dengan konsep kerja, yang hanya mengukur perubahan kondisi benda. Misal, kerja yang dilakukan seseorang adalah sama ketika mengangkat beban ke atas tidak peduli dia lari atau sedang berjalan, namun dibutuhkan daya lebih besar untuk berlari karena kerja dilakukan pada waktu yang lebih singkat.

Misalkan daya keluaran motor listrik adalah hasil perkalian antara torsi yang dihasilkan motor dengan kecepatan sudut dari tangkai keluarannya. Daya pada kendaraan bergerak adalah hasil kali gaya traksi roda dengan kecepatan kendaraan. Kecepatan dimana bohlam lampu mengubah energi listrik menjadi cahaya dan panas diukur dalam watt—semakin tinggi nilainya, maka dibutuhkan energi listrik per satuan waktu yang makin banyak. [bt]

Bagikan Artikel ini