Pesawat Sederhana

  pesawat sederhana

1. Tuas

Gambar berikut  memperlihatkan beberapa anak yang sedang bermain jungkat-jungkit. Jungkat-jungkit adalah sejenis pesawat sederhana yang disebut pengungkit atau tuas. Tuas memiliki banyak kegunaan, di antaranya adalah untuk mengangkat atau memindahkan benda yang berat.

Anak yang sedang bermain jungkat-jungkit

Gambar berikut merupakan tuas yang digunakan orang untuk memindahkan sebuah batu yang berat. Berat beban yang akan diangkat disebut gaya beban (F_b) dan gaya yang digunakan untuk mengangkat batu atau beban disebut gaya kuasa (F_k). Jarak antara penumpu dan beban disebut lengan beban (l_b) dan jarak antara penumpu dengan kuasa disebut lengan kuasa (l_k).

Penggunaan tuas

Hubungan antara besaran-besaran tersebut menunjukkan bahwa perkalian gaya kuasa dan lengan kuasa (F_kl_k) sama dengan gaya beban dikalikan dengan lengan beban (F_bl_b). Artinya besar usaha yang dilakukan kuasa sama dengan besarnya usaha yang dilakukan beban. Oleh sebab itu, pada tuas berlaku persamaan sebagai berikut.

F_k l_k = F_b l_b
dengan:
F_k = gaya kuasa (N)
F_b = gaya beban (N)
l_k = lengan kuasa (m)
l_b = lengan beban (m)

Keuntungan pada pesawat sederhana disebut Keuntungan Mekanis (KM). Secara umum keuntungan mekanis didefinisikan sebagai perbandingan gaya beban dengan gaya kuasa:

sehingga keuntungan mekanis pada tuas atau pengungkit bergantung pada panjang masing-masing lengan. Semakin panjang lengan kuasanya, semakin besar keuntungan mekanisnya. Secara matematis keuntungan mekanis ditulis sebagai berikut.

Berdasarkan letak titik tumpunya, tuas atau pengungkit diklasifikasikan menjadi tiga golongan, yaitu sebagai berikut.

a. Tuas Golongan Pertama

Titik tumpu berada di antara titik beban dan titik kuasa, seperti terlihat pada Gambar berikut. Contohnya gunting, tang pemotong, gunting kuku, dan linggis.

Tuas Golongan Pertama dan Gunting Kuku

b. Tuas Golongan Kedua

Titik beban berada di antara titik tumpu dan titik kuasa. Contoh tuas jenis ini, di antaranya adalah gerobak beroda satu, pemotong kertas, dan pelubang kertas.

src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiqufKkHZVfbAsuVQ9LPT01m6i4DghSa0qlXKotoUAJ52Y-_i6oMlZ60MzlgmW-G1ROanH4L9EGb-y-9JbJ5kX4nbc9gtxjE6Cviiig3fT4uWQjyUQM1iEsOldTRjO-NwCrrE1jHDK8VVw/s320/Tuas-golongan-kedua.jpg" title="Tuas Golongan Kedua" border="0" width="320" height="110"> Tuas Golongan Kedua dan Pemotong Kertas

c. Tuas Golongan Ketiga

Titik kuasa berada di antara titik tumpu dan titik beban. Contoh tuas jenis ini adalah lengan, alat pancing, dan sekop.

Tuas Golongan Ketiga dan sekop

2. Katrol

Katrol digunakan untuk mengambil air atau mengangkat beban yang berat. Katrol merupakan pesawat sederhana yang dapat memudahkan melakukan usaha. Katrol dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu katrol tetap, katrol bergerak, dan katrol berganda.

a. Katrol Tetap

Bagian-bagian katrol tetap diperlihatkan pada Gambar berikut.

Katrol Tetap

Keterangan:
F_b = gaya beban
F_k = gaya kuasa
l_b = AO = lengan beban
l_k = OB = lengan kuasa

Katrol berfungsi untuk membelokkan gaya sehingga berat beban tetap sama dengan gaya kuasanya tetapi dapat dilakukan dengan mudah. Keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan satu. Katrol tetap digunakan untuk menimba air, diketahui bahwa:
F_kl_k = F_bl_b
Oleh karena
l_k = l_b
F_k = F_b
sehingga keuntungan mekanisnya adalah

b. Katrol Tunggal Bergerak

Prinsip katrol tunggal bergerak hampir sama dengan tuas jenis kedua, yaitu titik beban berada di antara titik tumpu dan titik kuasa.

Katrol Tunggal Bergerak

Perhatikan Gambar diatas. Titik tumpu katrol tunggal bergerak berada di titik A. Lengan beban l_b adalah jarak AO dan lengan kuasa l_k adalah jarak AB. Dengan demikian, berlaku persamaan sebagai berikut.

l_k = 2 l_b  Jadi, keuntungan mekanis katrol tunggal bergerak adalah:

Adapun besar gaya kuasa yang harus dilakukan untuk mengangkat beban adalah

c. Katrol Majemuk atau Katrol Berganda

Manusia selalu berusaha mencari tahu bagaimana caranya agar benda-benda yang relatif besar dan berat dapat diangkat dengan kerja yang dilakukan lebih mudah. Dengan prinsip katrol bergerak, hal tersebut mudah dilakukan. Katrol majemuk merupakan gabungan dari beberapa katrol sehingga kerja yang dilakukan semakin mudah.

Katrol Majemuk atau Katrol Berganda

Keuntungan mekanis dari katrol majemuk bergantung pada banyaknya tali yang dipergunakan untuk mengangkat beban. Pada Gambar 10.20 dapat kamu lihat empat tali digunakan untuk mengangkat beban. Jadi, keuntungan mekanisnya sama dengan 4. Jika kamu akan mengangkat beban 100 N, cukup dengan gaya 25 N saja benda sudah terangkat.

3. Bidang Miring

Ketika di pasar, mungkin kamu pernah melihat orang yang sedang menaikkan drum berisi minyak ke atas sebuah truk. Pesawat sederhana apakah yang mereka gunakan? Bidang miring merupakan alat yang sangat efektif untuk memudahkan kerja. Untuk mengetahui peran bidang miring lebih memudah-kan kerja lakukanlah kegiatan berikut.

Tujuan
Mengidentifikasi kegunaan bidang miring

Alat dan bahan
Papan landasan (bidang miring), neraca pegas, balok kayu, dan tali

Cara kerja
Siapkan alat dan bahan.
Ukurlah berat balok kayu dengan neraca pegas secara langsung. Catat hasilnya pada buku tulismu.
Tariklah balok kayu melalui bidang miring. Catat skala yang ditunjukkan neraca pegas.

Pertanyaan
Bandingkan hasil pengukuran berat beban secara langsung dan berat beban dengan bidang miring.
Berilah kesimpulan dari dua cara tersbut. Cara manakah yang lebih memudahkan kerja?

Keuntungan mekanis bidang miring bergantung pada panjang landasan bidang miring dan tingginya. Semakin kecil sudut kemiringan bidang, semakin besar keuntungan mekanisnya atau semakin kecil gaya kuasa yang harus dilakukan. Keuntungan mekanis bidang miring adalah perbandingan panjang (l) dan tinggi bidang miring (h).

Dalam kehidupan sehari-hari, penggunaan bidang miring terdapat pada tangga, lereng gunung, dan jalan di daerah pegunungan. Semakin landai tangga, semakin mudah untuk dilalui. Sama halnya dengan lereng gunung, semakin landai lereng gunung maka semakin mudah untuk menaikinya, walaupun semakin jauh jarak tempuhnya. Jalan-jalan di pegunungan dibuat berkelok-kelok dan sangat panjang. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan keuntungan mekanis yang cukup besar agar kendaraan dapat menaikinya dengan mudah.

a. Baji

Baji adalah pesawat sederhana yang prinsip kerjanya sama dengan bidang miring. Baji merupakan dua bidang miring yang disatukan.

Baji

Baji terbuat dari bahan keras, misalnya besi atau baja. Baji digunakan untuk membelah kayu, membelah batu, atau benda keras lainnya. Semakin tipis bentuk baji, semakin mudah kerja yang dilakukan. Gambar berikut menunjukkan alat-alat yang sering kamu jumpai yang menggunakan prinsip baji.

Obeng dan Paku

b. Sekrup

Sekrup adalah alat yang digunakan untuk memudahkan kerja. Sekrup merupakan bidang miring yang dililitkan pada sebuah tabung sehingga lilitannya berbentuk spiral. Jarak antara ulir-ulir lilitan sekrup disebut interval sekrup. Untuk membuktikan bahwa sekrup merupakan penerapan bidang miring, kamu bisa mempraktikkan cara berikut.
Buatlah bidang miring dengan kertas, lalu gulung kertas tersebut pada sebuah pensil. Bagaimanakah hasilnya?

Kertas berbentuk segitiga dan pensil

Pesawat sederhana yang sering kamu jumpai dalam kehidupan sehari-hari yang prinsip kerjanya berdasarkan sekrup adalah dongkrak mobil mekanik, paku ulir, dan baut.

Prinsip kerja sekrup digunakan

*disadur dari berbagai sumber