Daya (POWER)

Daya (power) didefinisikan sebagai laju dimana usaha dilakukan. Daya rata-rata sama dengan usaha yang dihasilkan dibagi lamanya waktu yang diperlukan untuk menghasilkan dibagi lamanya waktu yang diperlukan untuk menghasilkannya.

Daya dapat pula didefinisikan sebagai laju perubahan energi. Sehingga

Daya seekor kuda merujuk pada seberapa besar usaha yang dapat dilakukan kuda per satuan waktu. Rating daya sebuah mesin merujuk pada seberapa banyak energi listrik atau kimiawi dapat diubah menjadi energi mekanik per satuan waktu. Dalam sistem SI, daya diukur dalam Joule/detik, dan satuan ini diberi sebuah nama khusus, yaitu watt (W): 1 W = 1 J/s. Kita paling akrab mendengar satuan watt mengubah energi listrik menjadi cahaya atau energi panas, namun watt digunakan pula untuk beragam jenis perubahan energi lainnya.

Satu tenaga kuda (hp) didefinisikan sebagai 746 W. Daya mesin biasanya dinyatakan dalam hp atau dalam kW (1 kW ≈ 1¹/₃ hp).

Untuk memahami perbedaan antara energi dan daya, perhatikan contoh berikut. Seseorang terbatas dalam hal usaha/kerja yang dapat dilakukannya, tidak hanya oleh energi total yang diperlukan untuk tujuan itu, namun juga oleh seberapa cepat energi ini dapat diubah; yaitu oleh dayanya. Sebagai contoh, seseorang mungkin sanggup untuk berjalan menempuh jarak yang jauh atau melangkah menaiki banyak undakan tangga sebelum ia harus berhenti karena telah menghabiskan terlalu benyak energi. Di sisi lain, seseorang yang berlari sangat cepat menaiki tangga yang sama boleh jadi akan jatuh kehabisan napas setelah melewati beberapa undakan saja. Dalam hal ini, orang tersebut oleh dayanya, laju perubahan energi kimia menjadi energi mekanik yang sanggup dilakukan oleh tubuhnya.

Contoh Soal

Seseorang yang bermassa 60 kg berlari santai menaiki undakan-undakan tangga dalam waktu 4,0 s. Ketinggian vertikal tangga itu adalah 4,5 m. (a) Perkirakan daya output orang tersebut dalam satuan watt dan tenaga kuda. (b) berapa banyak energi yang dibutuhkan di dalam proses ini?

Jawab:
Usaha yang dilakukan oleh orang ini melawan pengaruh gravitasi, dan adalah sama dengan W = mgy. Untuk mendapatkan Output daya orang ini, kita membawa W dengan lama waktu berlangsungnya proses (berlari).
(a) Output rata-rata adalah

Karena 1 hp sama dengan 746 W, maka orang tersebut melakukan usaha dengan laju kurang dari 1 hp. Seorang manusia tidak mampu melakukan usaha dengan laju ini dalam waktu yang sangat lama.

(b) Energi yang dibutuhkan adalah

Hasil ini sama dengan W = mgy.
CATATAN: dalam realitanya, orang itu harus mengubah energi yang lebih besar dari 2700 J. Energi total yang diubah oleh seseorang atau sebuah mesin selalu disertai sejumlah energi panas (ingatlah bagaimana tubuh anda terasa panas bila anda berlari menaiki tangga).
Mesin mobil melakukan usaha untuk melawan gaya gesek (termasuk pula tahanan udara), dalam menaiki bukit dan dalam berakselerasi. Sebuah mobil dibatasi oleh laju usaha yang dapat dihasilkannya; inilah sebabnya mengapa kemampuan sebuah mesin mobil dinyatakan dalam bilangan tenaga kuda atau kilowatt. Sebuah mobil membutuhkan daya paling besar ketika bergerak menanjak di bukit dan ketika berakselerasi. Dalam contoh berikutnya, kita akan menghitung berapa besar daya dibutuhkan dalam situasi semacam ini oleh sebuah mobil berukuran rata-rata. Bahkan ketika sebuah mobil bergerak di jalan yang datar dengan kecepatan konstan pun, mobil itu tetap membutuhkan sejumlah daya untuk melakukan usaha dalam melawan gaya-gaya penghambat yang berasal dari gesekan internal dan tahanan udara. Besar gaya-gaya ini bergantung pada kondisi dan kecepatan mobil itu sendiri, namun umumnya berkisar antara 400 N dan 1000 N.
Seringkali kita perlu menyatakan daya sebagai fungsi dari gaya total F yang diberikan pada sebuah benda dan kecepatan v benda itu. Hal ini tak sulit dilakukan karena

 Di mana d/t = v yang merupakan kecepatan rata-rata benda tersebut.

Efisiensi Mesin
Hanya sebagian dari energi output mesin mobil akan diterima oleh roda-roda mobil. Tidak hanya sejumlah energi akan terbuang sia-sia ketika beripindah dari mesin ke roda-roda mobil, tetapi juga di dalam mesin itu sendiri banyak energi input (yang diperoleh dari bensin) tidak dapat diubah menjadi usaha yang bermanfaat.
Sebuah karateristik penting dari semua mesin adalah efisiensi totalnya, η, yang didefinisikan sebagai perbandingan (ratio) antara daya outpun yang bermanfaat dari mesin, P_out dan daya inputnya, P_in:

Efisiensi ini selalu bernilai kurang dari 1,0 atau 100% karena tidak ada mesin yang mampu menciptakan energi, dan bahkan tidak ada mesin yang dapat mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lain tanpa mengakibatkan sebagian dari energi itu hilang menjadi gesekan, energi panas, dan bentuk-bentuk energi tak bermanfaat lainnya. Sebagai contoh, mesin sebuah mobil dapat mengubah energi kimiawi yang dibebaskan di dalam proses pembakaran bensin menjadi energi mekanik yang menggerakkan piston-pistonnya dan pada akhirnya roda-roda mobil. Namun hampir 85% energi input tersebut akan sia-sia menjadi energi panas yang mengalir ke dalam sistem pendinginan atau keluar dari knalpot, ditambah gesekan dari bagian-bagian mesin yang bergerak. Sehingga, mesin-mesin mobil pada umumnya hanya memiliki efisiensi sekitar 15%.

Tampilan Logaritmik dari beberapa sumber daya (gambar atas) dan pemakaian daya (baris bawah)