PESAWAT SEDERHAN

A

Dafid Kurniawan, S.Si, MM.

Pengertian Bagaimana cara mencabut paku? Bagaiamana cara membuka botol? Bagaimana menaikkan beras ke atas truk?

Pengertian

Diperlukan pesawat sederhana, yaitu alat sederhana yang dapat membantumu melakukan usaha dengan mengurangi besarnya gaya.

Pengertian

Prinsip kerja pesawat sederhana dikelompokkan menjadi beberapa bagian, di antaranya :

A.Tuas

B.Katrol

C.Bidang miring

D.Roda gigi

E.Roda berporos.

1. Tuas

Tuas atau pengungungkit adalah pesawat sederhana yang berbentuk batang keras dan sempit yang dapat berputar di satu titik (titik tumpu)

Bagian-bagian Tuas

Berat beban yang akan diangkat disebut berat beban (w) Gaya yang digunakan untuk mengangkat batu atau beban disebut gaya kuasa (F). Jarak antara penumpu dan beban disebut lengan beban (lb) jarak antara penumpu dengan kuasa disebut lengan kuasa (lk).

Besar usaha yang dilakukan kuasa sama dengan besarnya usaha yang dilakukan beban.

Wk = Wb

Fk.lk = w.lb

dengan:

Fk = kuasa (N)

w = berat beban (N)

lk = lengan kuasa (m)

lb = lengan beban (m)

Keuntungan Mekanis

Keuntungan pada pesawat sederhana disebut Keuntungan Mekanis (KM).

Secara umum keuntungan mekanis didefinisikan sebagai perbandingan berat beban (w) dengan kuasa (Fk) atau perbandingan lengan kuasa (lk) dengan lengan beban (lb).

Contoh Soal :

Perhatikan gambar berikut ini!

600 N

F = ?

6 m

2 m

Apabila beban terletak 2 m dari titik tumpu, maka gaya dan keuntungan mekanis pada tuas di atas adalah ....

Pembahasan :

Diketahui :Lk = 6 mLb = 2 mw = 600 NDitanya :a. F ?b. KM ?

Jawab :F . Lk = Lb . wF . 6 m = 2 m . 600 NF = (1200 Nm) : 6 m = 200 N

KM = w/F = 600 N/200 N = 3

Jenis-jenis Tuas

Titik tumpu (T) berada di antara titik beban dan titik kuasa.

Contohnya gunting, tang pemotong, gunting kuku, dan linggis.

1. Tuas Jenis Pertama

Titik beban (w) berada di antara titik tumpu dan titik kuasa.

Contoh tuas jenis ini, di antaranya adalah gerobak beroda satu, pemotong kertas, pembuka tutup kaleng, pembuka tutup botol dan pemotong kertas.

2. Tuas Jenis Kedua

Titik kuasa (K) berada di antara titik tumpu dan titik beban.

Contoh tuas jenis ini adalah pinset, alat pancing, dan sekop.

3. Tuas Jenis Ketiga

Latihan Soal

Seorang anak sedang mengungkit sebuah batu.(seperti pada gambar) Tentukan gaya yang diperlukan anak!

Perhatikan gambar di samping! Untuk menahan beban 600 Newton agar berada pada posisi seimbang, tentukan besar gaya F yang harus diberikan!

Latihan Soal

Sebongkah batu memiliki berat 500N. Batu tersebut ingin dipindahkan dengan menggunakan batang besi 1,5 m sebagai pengungkit. Jika panjang kuasa digunakan 1 m. Hitunglah gaya minimum yang harus dikeluarkan untuk memindahkan batu!

2. Katrol

Katrol digunakan untuk mengambil air atau mengangkat beban yang berat. Katrol merupakan pesawat sederhana yang terdiri dari sebuah roda beralur dengan seutas tali atau rantai yang dapat bergerak bolak balik.

Katrol dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu katrol tunggal tetap, katrol bergerak, dan katrol berganda.

a. Katrol Tunggal Tetap

Katrol berfungsi untuk membelokkan gaya sehingga berat beban tetap sama dengan gaya kuasanya tetapi dapat dilakukan dengan mudah.

Oleh karena lk = AC dan lb = AB , serta lk = lb dan Fk = w sehingga keuntungan mekanisnya adalah

b. Katrol tunggal Bergerak

Prinsip katrol tunggal bergerak, mengalihkan gaya tetapi tidak mengubah arah gaya.

Titik tumpu katrol tunggal bergerak berada di titik B. Lengan beban lb adalah jarak AB dan lengan kuasa lk adalah jarak BC. Dengan demikian, berlaku persamaan sebagai berikut.

lk = 2 lb Jadi, keuntungan mekanis katrol

tunggal bergerak adalah:

c. Katrol Takal

Keuntungan mekanis dari katrol majemuk bergantung pada banyaknya tali yang dipergunakan untuk mengangkat beban. Pada Gambar 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.

Contoh Soal :

Perhatikan gambar berikut ini!

Wb

Wk

F Jika berat beban adalah 20 N dan berat katrol 5 N, hitunglah besar gaya F yang dibutuhkan untuk mengangkat beban jika gaya gesekan tali dengan katrol diabaikan!

Pembahasan :

Diketahui :wk = 5 Nwb = 20 NKM = 2Ditanya :F ?

Jawab :KM = (wb + wk) / F2 = (20 N + 5 N)/ F F = 25 / 2 = 12,5 N

Latihan Soal

Seorang pekerja pada bangunan menaikkan pasir dengan cara seperti terlihat pada gambar di samping ! Tentukan gaya yang dikeluarkan oleh pekerja untuk beban seberat 50 N, dan keuntungan mekanik dari katrol!

Latihan Soal

Sistem katrol digunakan pada suatu proyek bangunan seperti gambar di samping! Tentukan gaya yang diperlukan untuk menaikkan beban seberat 120 Newton!

Latihan Soal

Lihat gambar di samping! Berapakah gaya yang diperlukan untuk menarik beban?

Beban seberat 1600N diangkat dengan menggunakan sistem katrol seperti gambar di bawah. Tentukan besar kuasa yang dibutuhkan untuk mengangkat beban tersebut!

3. Bidang Miring

Bidang miring adalah pesawat sederhana yan gtersusun dari suatu permukaan miring yang berpenampang berbentuk segitiga. Bidang Miring berfungsi sebagai pengalih gaya.

3. Bidang Miring

Semakin kecil sudut kemiringan bidang, semakin besar keuntungan mekanisnya atau semakin kecil gaya kuasa yang harus dilakukan.

Keuntungan mekanis bidang miring adalah perbandingan panjang (s) dan tinggi bidang miring (h).

KM = w/F = s/h

Contoh Soal :

Sebuah mobil mempunyai berat 8000 N naik ke sebuah bukit berbentuk bidang miring dengan panjang 5 m dan tingggi 2 m dari jalan datar, maka gaya dorong F minimum agar mobil dapat menaiki bukit adalah ....

Pembahasan :

Diketahui :

w = 8000 N

s = 5 m

h = 2 m

Ditanya :

F = ?

Jawab :w/F = s/h8000 N / F = 5 m/2 m F = 16000 Nm / 5m = 3200

N

w = 8000 N

h = 2 ms = 5 mF

Latihan Soal

Sebuah kardus berisi buku seberat 600N ingin dipindahkan ke atas sebuah meja dengan tinggi 1m. Jika pada saat memindahkanya digunakan papan miring dengan panjang 3m berapakah gaya dorong minimal yang dibutuhkan untuk memindahkan kardus tersebut ?

Latihan Soal

Seorang pekerja hendak menaikkan sebuah almari besi ke bak belakang truk dengan menggunakan bidang miring seperti gambar di atas. Jika massa almari 120 kg, dan percepatan gravitasi 10 m/s2, tentukan:

a. Gaya minimal yang diperlukan pekerja untuk menaikkan almari

b. Keuntungan mekanik bidang miring

Latihan Soal

Seorang anak memodifikasi sebuah katrol dan bidang miring untuk menaikkan sebuah balok seperti terlihat pada gambar berikut Tentukan :

a. gaya yang diperlukan anak untuk menaikkan balokb. keuntungan mekanik sistem katrol dan bidang

miring

4. Roda Gigi atau Gir

Roda gigi adalah sepassang roda bergigi yang saling berhubungan sehingga sepasang roda bergigi tersebut dapat digunakan untuk menambah atau mengurangi gaya, disamping mengubah besar dan arah kecepatan putaran.

Roda gigi besar memberikan gaya yang lebih besar sehingga gaya kuasa yangdiperlukan lebih kecil tetapi kecepatan putaran lebih lambat.

Sebaliknya roda gigi kecil memberikan kecepatan putaran lebih cepat namun gaya yang dihasilkan lebih kecil sehingga diperlukan gaya kuasa yang lebih besar.

5. Roda berporos

Keuntungan mekanis roda berporos :

KM = Jari – jari roda / jari – jari gandar = w/F

Contoh penggunaan Roda berporos : setir mobil, setir kapal, roda sepeda, roda kendaraan bermotor, dan gerinda.

Roda berporos adalah pesawat sederhana yang terdiri dari sebuah roda (alat pemutar) yang dihubungkan dengan gandar yang dapat berputar bersama – sama.