Power (Fisika): Definisi, Rumus, Satuan, Cara Menemukan (dengan Contoh)

Seorang binaragawan dan siswa kelas lima bisa membawa semua buku dari rak menaiki tangga, tetapi mereka tidak mungkin menyelesaikan tugas dalam jumlah waktu yang sama. Binaragawan mungkin akan lebih cepat karena dia memiliki yang lebih tinggiperingkat dayadibanding anak kelas lima.

Demikian pula, mobil balap dengan tinggidaya kudaakan dapat melakukan perjalanan lebih jauh lebih cepat daripada, yah, seekor kuda.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Daya adalah ukuran seberapa banyak usaha yang dilakukan dalam selang waktu tertentu.

Catatan singkat tentang tenaga kuda: Istilah ini dimaksudkan untuk membandingkan keluaran mesin uap dengan tenaga kuda, karena pada mesin 700 tenaga kuda dapat melakukan sekitar 700 kali kerja seekor kuda. Ini berawal ketika mesin uap masih baru dan salah satu penemu paling terkemuka yang bekerja untuk meningkatkan efisiensi mereka, James Watt, menciptakan istilah tersebut sebagai cara untuk meyakinkan rata-rata orang tentang bernilai.

Ada dua cara untuk menghitung daya, tergantung pada informasi apa yang tersedia. Selain itu, ada dua unit kekuatan yang sama-sama valid.

1. Daya dalam hal kerja dan waktu:

Dimana bekerjaWdiukur dalam Newton-meter (Nm), dan waktuuntukdiukur dalam detik (s).

2. Daya dalam hal gaya dan kecepatan:

Dimana kekuatanFdalam Newton (N), dan kecepatanvdalam meter/sekon (m/s).

Persamaan ini tidak setara secara acak. Persamaan kedua dapat diturunkan dari yang pertama seperti:

Perhatikan bahwakerjasama dengangaya kali perpindahan:​

Substitusikan ke persamaan pangkat pertama:

Kemudian, karena perpindahan dalam setiap satuan waktuadalah kecepatan(v = d/t), tulis ulang suku-suku di akhir sebagaivuntuk mendapatkan persamaan kekuatan kedua.

Satuan SI untuk Dayapbiasanya disajikan sebagaiWatt (W), dinamai James Watt yang sama yang merancang mesin dan membandingkannya dengan kuda. Bola lampu dan peralatan rumah tangga lainnya biasanya menyertakan unit ini pada labelnya.

Namun, melihat formula kedua untuk daya mengarah ke unit lain. Gaya kali kecepatan memberikan pengukuran dalam satuan Newton-meter per detik (Nm/s). Kemudian, karena satuan energi Joule juga didefinisikan sebagai satu Newton-meter (Nm), bagian pertama dari itu dapat ditulis ulang sebagai Joule, sehingga menghasilkan satuan SI kedua untuk daya:Joule per detik (J/s).​

• Daya dapat diukur dalam Watt (W) atau Joule per detik (J/s).

Mempertimbangkan definisi kekuasaan dan dua cara untuk menemukannya menghasilkan banyak cara untukmeningkatkan kekuatan sesuatu: tingkatkan kekuatannya (gunakan lebih banyakmemaksa) atau menyelesaikan pekerjaan yang sama lebih cepat (menurunkanuntukatau meningkatv). Mobil yang kuat itu kuatdancepat, dan yang lemah tidak keduanya. Itulebih mudah dan cepat pekerjaan dapat dilakukan, itulebih bertenagaentitas yang melakukan pekerjaan.

• Cara meningkatkan daya: Selesaikan lebih banyak dalam periode waktu yang lebih singkat.

Ini juga menyiratkan bahwa mesin yang sangat kuat, katakanlah seorang binaragawan yang sangat berotot, masih bisakekurangan daya. Seseorang yang dapat mengangkat beban yang sangat berat, tetapi hanya sangat lambat, kurang kuat daripada seseorang yang dapat mengangkatnya dengan cepat.

Demikian pula, mesin yang sangat cepat atau orang yang tidak banyak menyelesaikan, seseorang dengan cepat memukul-mukul di tempat tetapi tidak sampai ke mana-mana, sebenarnya tidak kuat.

1. Usain Bolt menghasilkan daya sekitar 25 W dalam sprint 100 m yang memecahkan rekor, yang membutuhkan waktu 9,58 detik. Berapa banyak pekerjaan yang dia lakukan?

KarenaPdanuntukdiberikan, danWtidak diketahui, gunakan persamaan pertama:

2. Dengan kekuatan rata-rata berapa yang dia dorong ke tanah saat dia berlari?

Sejakkerjadi Nm sudah diketahui, sepertipemindahandalam meter, dibagi dengan panjang lomba akan menghasilkanmemaksa(ambil jalan lain,kerjasama dengangaya kali perpindahan:W = F × t):

3. Berapa daya yang dihasilkan oleh orang bermassa 48 kg yang membutuhkan waktu 6 detik untuk menaiki tangga setinggi 3 meter?

Dalam masalah ini, perpindahan dan waktu diberikan, yang dengan cepat memungkinkan perhitungan kecepatan:

Persamaan daya kedua memiliki kecepatan, tetapi juga termasuk gaya. Seseorang berlari menaiki tangga sedang bekerja untuk melawan gaya gravitasi. Jadi, gaya dalam hal ini dapat ditemukan dengan menggunakan massa dan percepatan gravitasi, yang di Bumi selalu sama dengan 9,8 m/s².

Sekarang gaya dan kecepatan masuk ke dalam rumus kedua untuk daya:

Perhatikan keputusan untuk meninggalkan unit di sini sebagai J/s daripada Watt adalah sewenang-wenang. Jawaban yang sama-sama dapat diterima adalah 235,2 W.

4. Satu tenaga kuda dalam satuan SI adalah sekitar 746 Watt, yang didasarkan pada beban yang dapat dipikul oleh kuda yang sehat selama satu menit. Berapa banyak pekerjaan yang dilakukan kuda contoh saat ini?

Satu-satunya langkah sebelum memasukkan nilai daya dan waktu ke persamaan pertama adalah memastikan waktu dalam satuan SI detik yang tepat dengan menulis ulang satu menit menjadi 60 detik. Kemudian:

Banyak utilitas listrik membebankan biaya kepada pelanggan berdasarkankilowatt-jampenggunaan. Untuk memahami arti dari satuan umum daya listrik ini, mulailah dengan memecah satuannya.

Awalankiloberarti 1.000, jadikilowatt (kW)sama dengan 1.000 Watt. Jadi,kilowatt-jam (kWh)adalah jumlah kilowatt yang digunakan dalam satu jam waktu.

Untuk menghitung kilowatt-jam, kalikan jumlah kilowatt kali jam yang digunakan. Jadi, jika seseorang menggunakan bola lampu 100 Watt selama 10 jam, mereka telah menggunakan total 1.000 Watt-jam, atau 1 kWh listrik.

1. Sebuah utilitas listrik mengenakan biaya $0,12 per kilowatt-jam. Vakum 3.000 W yang sangat kuat digunakan selama 30 menit. Berapa jumlah energi ini yang membebani pemilik rumah?

3.000 W = 3 kW

30 menit = 0,5 jam

2. Utilitas yang sama mengkredit rumah tangga dengan $10 untuk setiap 4 kWh listrik yang kembali ke jaringan. Matahari menyediakan sekitar 1.000 W daya per meter persegi. Jika sel surya dua meter persegi di sebuah rumah mengumpulkan energi selama 8 jam, berapa banyak uang yang dihasilkannya?

Mengingat informasi dalam masalah, sel surya harus mampu mengumpulkan 2.000 W dari Matahari, atau 2 kW. Dalam 8 jam, yaitu 16 kWh.