Daya merupakan besaran skalar, besaran yang hanya mempunyai nilai atau besar, tidak mempunyai arah. Satuan daya dalam Sistem Internasional adalah Joule/detik. Joule/detik juga biasa disebut Watt (disingkat W), untuk menghargai James Watt. Dalam sistem British, satuan daya adalah 1 pon-kaki/detik. Satuan ini terlalu kecil untuk kebutuhan praktis sehingga digunakan satuan lain yang lebih besar, yakni dayakuda atau horse power (disingkat hp). 1 dayakuda = 550 pon-kaki/detik = 764 watt = ¾ kilowatt.

Besaran Usaha juga bisa dinyatakan dalam satuan daya x waktu, misalnya kilowattjam alias kWh. Satu kWh adalah usaha yang dilakukan dengan laju tetap sebesar 1 kilo Watt selama satu jam.

Contoh Soal:

1. Seorang atlet melontarkan bola tolak peluru bermassa 4,2 kg dengan kecepatan 12 m/s. Berapakah energi kinetik benda itu ? Berapakah usaha yang dilakukan atlet itu ?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 4,2 kg

v = 12 m/s

Ditanya:

a) EK = ……. ?

b) W = …….. ?

Jawab:

b) Usaha sama dengan perubahan energi kinetik: W = ∆EK W = 302,4 J

2. Sebuah benda bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m dari atas tanah. Hitunglah:

a. Energi potensial setelah benda bergerak 1 sekon

b. Usaha yang dilakukan gaya berat pada saatketinggian benda 10 m

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 2 kg

h1 = 20 m

h2 = 10 m

t = 1 s

Ditanya:

a) EP2 = ……. ?

b) W = …….. ?

Jawab:

b) Usaha sama dengan perubahan energi potensial:

W = ∆EP

= m g (h1 – h2)

= 2 kg. 10 m/s2 (20 m – 10 m)

= 200 J

3. Sebuah benda jatuh dari ketinggian 6 meter dari atas tanah. Berapa kecepatan benda tersebut pada saat mencapai ketinggian 1 meter dari tanah, bila percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 ?

Penyelesaian:

Diketahui:

h1 = 6 m

h2 = 1 m

g= 10 m/ s2

Ditanya: v2 = ……. ?

Jawab:

Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik

Jadi, kecepatan benda pada saat mencapai ketinggian 1 m dari tanah adalah 10 m/s.

4. Sebuah traktor digunakan untuk mengangkat benda seberat 1,2 x 104 N setinggi 9 m dalam waktu 15 s. Berapakah daya traktor itu ?

Penyelesaian:

Diketahui:

F = 1,2 x 104 N

s = 9 m

t = 15 s

Ditanya: P = ……. ?

Jawab: 

Energi merupakan konsep yang sangat abstrak. Energi tidak memiliki massa, tidak dapat diamati, dan tidak dapat diukur secara langsung. Akan tetapi kita dapat merasakan perubahannya. Kita dapat beraktivitas sehari-hari karena tubuh kita memiliki energi. Sumber energi utama di alam ini adalah matahari

Energi dapat menyebabkan perubahan pada benda atau lingkungan. Perubahan energi yang dimaksud dapat terjadi dengan berbagai cara. Matahari sebagai sumber energi utama memberikan banyak manfaat dalam berbagai perubahan energi. Matahari menghasilkan energi radiasi yang dapat diubah menjadi berbagai bentuk energi lainnya yang tentu saja sangat berguna bagi kehidupan. Reaksi nuklir yang terjadi di matahari menghasilkan energi termal (kalor). Oleh karena itu suhu matahari tetap tinggi meskipun radiasi dipancarkan terusmenerus ke ruang angkasa.

Sebagai penyebab berubahnya benda-benda, energi mengalami perubahan dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya, pada api unggun terjadi perubahan energi kimia yang ada di dalam kayu menjadi energi cahaya dan energi panas

Bentuk-bentuk Energi

Konsep bentuk energi tidak terlepas dari perubahan energi, karena yang berubah adalah bentuk energi. Air yang mendidih karena dipanaskan mampu menggerakkan baling-baling kertas. Dalam peristiwa ini terjadi perubahan dari energi termal pada air menjadi energi kinetik (gerak) pada gerakan baling-baling kertas. Dari peristiwa ini dapat memahami bahwa ada bentuk energi termal (panas) dan bentuk energi kinetik. Contoh peristiwa yang lain yaitu jika seseorang meletakkan bola di tempat yang lebih tinggi, kemudian bola tersebut menggelinding ke bawah. Pada saat bola berada di tempat yang tinggi dan diam, ia memiliki energi potensial dan ketika bola bergerak energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Peristiwa ini dapat diamati pada gambar berikut

Kipas angin dapat berputar setelah dinyalakan dan karena tersambung dengan listrik. Listrik memiliki kemampuan untuk menggerakkan kipas angin. Dengan demikian listrik salah satu bentuk energi yaitu energi listrik.

Sumber energi

Pembahasan mengenal sumber energi berkaitan dengan kedua bahasan di atas yaitu perubahan bentuk energi dan bentuk-bentuk energi. Sumber energi adalah sesuatu yang menghasilkan energi yang dapat digunakan untuk tujuan tertentu. Pada pemakaian baterai perubahan energi yang terjadi adalah energi kimia menjadi energi listrik. Pada proses perubahan ini sering terjadi perubahan sebagian energi ke bentuk energi lain, yaitu energi termal (panas). Makanan yang kita makan merupakan salah satu sumber energi kimia, yang jika mengalami proses tertentu akan berubah sehingga kita dapat bekerja. Selama proses itu berlangsung sebagian energi berubah menjadi energi termal dan menyebar ke udara. Kualitas energi dalam baterai perlu ditingkatkan kembali agar baterai dapat digunakan lagi sesuai keperluan, ini dapat terjadi pada baterai yang dapat “diisi kembali “. Namun tidak semua baterai dapat diisi kembali merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Makanan dapat diperbaharui dengan menghasilkan makanan baru, seperti menanam singkong, sayuran dan sebagainya sehingga makanan merupakan sumber energi yang dapat di perbaharui. Untuk mengetahui lebih jelas konsep yang berkaitan dengan energi, marilah kita ikuti Kegiatan Percobaan berikut.

Kegiatan Percobaan:

Kegiatan ini bertujuan untuk memahami konsep energi melalui percobaan.

Alat dan bahan:

• Tabung reaksi kimia
• Penjepit tabung reaksi
• Pembakar spritus
• Kelereng
• Spiritus
• Baling-baling kertas
• Kertas karbon

Langkah kerja:

1. Tugaskan siswa untuk mempersiapkan alat dan bahan yang diperlukan.
2. Isilah tabung reaksi dengan air yang lebih kecil kurang setengahnya. Untuk menghindari kerusakan pada tabung reaksi masukkan kerikil kecil ke dalam tabung reaksi.
3. Nyalakan pembakar spiritus, kemudian panaskan (bakar) tabung reaksi kimia pada pembakar spiritus.
4. Letakkan kelereng di mulut tabung reaksi, tunggu beberapa saat.
5. Amati apa yang terjadi ! (pengamatan diarahkan kepada nyala api, air dalam tabung reaksi dan kelereng yang ada dalam mulut tabung reaksi.
6. Isilah hasil pengamatan pada tabel percobaan berikut

No	Keadaan air	Keadaan Kelereng
1.	sebelum dipanaskan
2.	panas (belum mendidih)
3.	mendidih
4.	mengeluarkan uap
5.	uap air berkurang (api dipadamkan)
6.	tidak mengeluarkan uap

Pertanyaan:

1. Apa yang menyebabkan air mendidih ?
2.  Apa yang terjadi pada kelereng : 

Sebelum air mendidih?

Ketika air mendidih?

Setelah api dipadamkan?

Setelah air tidak mendidih?

1. Apa yang menyebabkan air menjadi panas?
2. Apa yang menyebabkan api menyala?
3. Apa yang memiliki kemampuan menggerakkan kelereng? Berdasarkan hasil pengamatan ditemukan bahwa:

Air mendidih karena dipanaskan

Sebelum air mendidih kelereng tidak bergerak

Ketika air mendidih kelereng bergerak-gerak

Setelah api dipadamkan kelereng mulai berhenti bergerak

Setelah air tidak mendidih kelereng tidak bergerak.

Sesuatu yang mampu memanaskan air adalah nyala api. Sesuatu yang mampu menyalakan api adalah spiritus. Air yang dipanaskan mampu mengeluarkan uap air. Uap air mampu menggerakkan kelereng.

Spiritus dapat terbakar sehingga mampu memanaskan air sehingga air itu mengeluarkan uap.

Uap air mampu menggerakkan kelereng.

Pengertian Usaha Dalam sudut pandang fisika, khususnya mekanika, usaha mengandung pengertian sebagai segala sesuatu yang dilakukan oleh gaya pada suatu benda sehingga benda itu bergerak. Agar usaha berlangsung, maka gaya harus dikerahkan pada suatu benda hingga benda tersebut menempuh jarak tertentu. Apakah usaha baru dapat berlangsung bila benda berpindah? Bagaimana apabila benda yang diberikan gaya ternyata tidak bergerak atau berpindah? Apakah telah terjadi usaha?

Berdasarkan uraian tersebut, dapat kita simpulkan bahwa ada dua syarat terjadinya suatu usaha, yaitu: 

1. adanya gaya yang bekerja pada suatu benda; 
2. adanya perpindahan yang dialami oleh benda tersebut. 

Dengan demikian usaha didefinisikan sebagai sejumlah gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan arah gaya. Untuk memahami lebih lanjut mengenai konsep usaha, marilah kita ikuti Kegiatan Percobaan berikut.

Kegiatan Percobaan Kegiatan ini bertujuan untuk mengamati dan membandingkan perbedaan usaha yang ditimbulkan oleh gaya yang searah dan membentuk sudut terhadap arah perpindahannya. Alat dan Bahan: • Balok kayu ukuran sisi 5 cm dan dilengkapi pengait

• Neraca pegas
• Alas atau papan lintasan

Langkah kerja:

1. Kaitkan neraca pegas pada pengait yang terdapat pada balok kayu.
2. Percobaan 1: Tariklah balok kayu tersebut dengan kelajuan tetap sejauh kira-kira 1 meter. Usahakan posisi neraca pegas sejajar dengan alas atau papan lintasan. Catat besar gaya yang diperlukan.
3. Percobaan 2: Aturlah sedemikian rupa sehingga neraca membentuk sudut kira-kira 30° terhadap papan alas. Tariklah balok kayu tersebut dengan kealjuan tetap sejauh kira-kira 2 meter. Catat kembali besar gaya yang diperlukan.
4. Hitung besarnya usaha yang Anda lakukan untuk masing-masing gaya.

Pertanyaan

1. Berdasarkan kedua jenis percobaan, pada percobaan manakah gaya yang diperlukan untuk memindahkan balok yang nilainya paling besar?
2. Setelah Anda menghitung besarnya usaha yang Anda lakukan, apa yang dapat disimpulkan?

Setelah Anda mengikuti Kegiatan Percobaan sederhana tersebut, diharapkan Anda dapat lebih memahami bahwa diperlukan besar gaya yang berbeda untuk memindahkan benda bila gaya itu sejajar dengan arah perpindahannya dan bila gaya itu membentuk sudut dengan arah perpindahannya. Untuk arah gaya yang membentuk sudut dengan arah perpindahannya, diperlukan gaya yang lebih besar untuk memindahkan balok kayu dibandingkan arah gaya yang sejajar dengan arah perpindahannya. Ini artinya, gaya yang membentuk sudut dengan arah perpindahannya memerlukan usaha yang lebih besar dibandingkan dengan usaha yang diperlukan untuk memindahkan balok bila arah gayanya searah dengan arah perpindahannya. Atau dengan kata lain, pada balok yang dikenakan gaya yang membentuk sudut dengan arah perpindahannya dikenakan usaha yang lebih kecil dibandingkan balok yang dikenakan gaya yang searah dengan arah perpindahannya. Secara matematis, usaha yang dilakukan pada suatu benda dinyatakan sebagai berikut.

W = f.Δx

dengan:

W = usaha yang dilakukan pada suatu benda

F = gaya yang bekerja pada suatu benda ∆

x = perpindahan yang dialami benda tersebut

Satuan untuk usaha adalah joule (J) dimana nilainya adalah 1 J = 1 N x 1 m = 1 Nm. Pada kasus tersebut, gaya yang bekerja pada suatu benda searah dengan perpindahan benda tersebut.

Bagaimana apabila gaya yang bekerja pada benda itu tidak searah dengan arah perpindahannya (membentuk sudut tertentu)? Bila gaya yang bekerja pada suatu benda tidak searah dengan arah perpindahan benda itu, maka usaha yang dilakukan akan menjadi lebih kecil. Perhatikan Gambar berikut Usaha yang dilakukan pada suatu benda apabila gaya yang bekerja pada benda itu tidak searah dengan arah perpindahannya secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

Contoh Soal:

1. Berapakah usaha yang dilakukan oleh seseorang yang mencoba menarik sebuah balok dengan gaya sebesar 50 N sehingga balok tersebut berpindah sejauh 8 meter?
2. Seseorang menarik sebuah vacuum cleaner dengan gaya 50 N dan gaya tersebut membentuk sudut 30° dengan arah perpindahannya. Perpindahan yang dialami oleh vacuum cleaner itu adalah 8 meter. Berapakah besar usaha yang dilakukan oleh orang itu? (abaikan kehadiran gaya gesekan!) 
   
   
   
3. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Sepuluh detik kemudian kecepatan mobil itu menjadi tiga kali semula. Jika massa mobil itu 1.000 kg, hitunglah usaha yang telah dilakukan oleh mesin mobil itu ?

Penyelesaian: 

1. Diketahui: 

F = 50 N 

∆x = 8 m 

Ditanya: W = ? 

Jawab: 

W = F. Δx 

     = 50 N.8m

      = 400 Nm = 400 joule

2. Diketahui: 

F = 50 N 

α = 30° 

∆x = 8 m 

Ditanya: W = ? 

Jawab: 

Ketika kita membicarakan tentang konsep usaha, penting bagi kita untuk memperjelas apakah usaha itu dilakukan oleh suatu benda atau usaha itu dikenakan pada suatu benda. Selain itu juga penting bagi kita untuk memperjelas apakah usaha itu dilakukan oleh sebuah gaya pada sebuah benda atau dilakukan oleh gaya total (beberapa gaya) pada suatu benda.

Usaha merupakan sejumlah gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan arah gaya. Usaha dapat dimaknai pula sebagai transfer energy melalui gaya. Dua hal yang menjadi syarat keberlakuan adanya usaha adalah adanya gaya yang bekerja dan adanya perpindahan. Bila benda yang mendapatkan gaya tetapi tidak bergerak, maka tidak ada usaha yang dikenakan kepada benda itu. Dengan kata lain, bila seseorang mengerjakan suatu gaya untuk memindahkan benda, namun benda yang dikenai gayanya tidak berpindah, maka orang tersebut tidak melakukan usaha. Usaha yang dilakukan pada suatu benda bergantung pula pada arah gaya yang bekerja pada benda itu. Artinya, apabila gaya yang bekerja pada suatu benda tidak searah dengan arah perpindahannya, maka usaha yang dilakukan pada benda itu menjadi lebih kecil. Semakin besar sudut yang dibentuk gaya dan arah perpindahan, semakin kecil usaha yang dilakukan pada benda tersebut.