BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Untuk
melakukan sebuah pekerjaan, kita dapat menggunakan tangan, kaki, atau bagian
tubuh lainnya. Untuk pekerjaan ringan, seperti menulis, menyisisr rambut,
memakai baju, atau mandi, kita dapat melakukannya dengan mudah. Namun, untuk
pekerjaan bera seringkali kita sulit melakukannya. Misalnya, mengangkat benda
bermassa 100 kg, membelah batu, menggiling padi dan sebagainya. Untuk
mempermudah pekerjaan-pekerjaan berat, manusia biasanya menggunakan alat bantu.
Alat bantu yang mempermudah pekerjaan manusia disebut pesawat.
Pesawat
sederhana adalah bentuk paling sederhana dari alat atau pesawat yang rumit.
Atau dengan kata lain pesawat sederhana adalah peralatan yang melakukan usaha
dengan hanya satu gerakan. Penggunaan pesawat sederhana dimaksudkan agar
mempermudah pekerjaan kita. Besar keuntungan yang diperoleh dari penggunaan
pesawat sederhana dinamakan keuntungan mekanis. Keuntungan mekanis yang akan
dihasilkan dari masing-masing pesawat sederhana ini berbeda-beda sesuai dengan
jenis pesawat sederhana yang digunakan.
1.2
Rumusan Masalah
1. Jelaskan
pengertian pengungkit atau tuas beserta rumus dan contoh soalnya!
2. Jelaskan
pengertian kartol beserta rumus dan contoh soalnya!
3. Jelaskan
pengertian bidang miring beserta rumus dan contoh soalnya!
4. Jelaskan
pengertian roda dan poros beserta rumus dan contoh soalnya!
5. Bagaimana
penerapan dan keuntungan pesawat sederhana?
1.3
tujuan penulisan
1. Menjelaskan
pengertian pengungkit atau tuas beserta rumus dan contoh soalnya
2. Menjelaskan
pengertian katrol beserta rumus dan contoh soalnya
3. Menjelaskan
pengertian bidang miring beserta rumus dan contoh soalnya
4. Menjelaskan
pengertian roda dan poros beserta rumus dan contoh soalnya
6. Menjelaskan
penerapan dan keuntungan pesawat sederhana
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Pengungkit Atau Tuas
Beserta Rumus Dan Contoh Soalnya
Tuas atau pengungkit adalah alat yang
menggunakan sebuah batang dengan titik tumpu yang dapat berpindah-pindah. Tuas
atau pengungkit biasanya berupa batang besi, batang kayu atau benda lain yang
dapat digunakan untuk mengungkit. Tuas atau pengungkit biasanya berupa batang
yang dipasang pada sebuah penumpu. Ujung-ujung batangnya bebas bergerak. Ketika
mendorong atau menarik pengungkit, artinya memberikan gaya pada pengungkit.
Gaya yang kamu berikan disebut kuasa.
Titik tempat kuasa disebut titik kuasa.
Titik tempat beban disebut titik beban.
Jarak
antara titk beban dan titik tumpu disebut jarak beban atau lengan beban (lb). Adapun jarak antara titik tumpu
dan titik kuasa disebut jarak kuasa atau lengan
kuasa(lk). Maka berlaku :
= 
Keuntungan mekanis adalah perbandingan antara beban dengan
kuasa (gaya yang dikenakan pada kuasa). Jika Km adalah keuntungan mekanik, Fb
adalah berat beban, dan Fk
adalah kuasa, maka berlaku :
=
Penggolongan tuas
Berdasarkan
susunan titik kuasa,titik penumpu, dan titik beban, maka tuas dibedakan menjadi
3 golongan sebagai berikut :
1. Tuas
atau pengungkit jenis I yaitu tuas atau pengungkit dengan susunan titik tumpu
diantara titik beban dan titik kuasa.
Contoh
: gunting, catut, dan tang
2. Tuas
atau pengungkit jenis II yaitu tuas atau pengungkit dengan susunan titik beban
diantara titik tumpu dan titik kuasa
Contoh
: gerobak dorong, pembuka kaleng, dan pelubang kertas
3. Tuas
atau pengungkit jenis III yaitu tuas atau pengungkit dengan susunan titik kuasa
diantara titik tumpu dan titik beban
Contoh
: alat memancing, dan tangan kita saat mengangkat beban.
Contoh
soal :
1. Sebuah
tuas memiliki keuntungan mekanik 6. Jika diberikan gaya 30 N pada lengan kuasa.
Berapa berat beban yang dapat diangkat tuas?
Jawab:
Keuntungan
mekanik
= 
Gaya
kuasa,
= 30 N
Gaya
beban,
=
= 6
30 = 180 N
2. Sebuah
benda akan diangkat dengan menggunakan pengungkit. Benda tersebut memiliki
berat sebesar 1200 N, bila pengungkit tersebut panjangnya adalah 3 meter, dan
jarak antara beban ke titik tumpu adalah 1 meter, berapakah gaya yang
diperlukan untuk mengangkat beban tersebut? Berapa keuntungan mekanik yang
diberikan oleh pengungkit?
Jawab:
Dik:
= 1200 N
= 1 m
= L
-
= 3 m – 1 m = 2 m
Ditanya :
……………………….?
= 
= 
=

= 600 N
=
=
Jadi,
gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban seberat 1200 N tersebut adalah
sebesar 600 N. keuntungan mekanik yang diberikan atau dihasilkan oleh
pengungkit adalah 2.
2.2 Pengertian Katrol Beserta Rumus Dan
Contoh Soalnya
Katrol merupakan pesawat sederhana yang
terdiri dari sebuah roda atau piringan beralur dan tali atau kabel yang
mengelilingi alur roda atau piringan tersebut. Ditinjau dari cara kerjanya,
katrol merupakan jenis pengungkit, karena pada katrol juga terdapat titik
tumpu, titik kuasa dan titik beban. Katrol dibedakan menjadi :
1. Katrol
tetap
Merupakan katrol yang posisinya tidak
berubah ketika digunakan.Biasanya posisi katrolnya terikat pada satu tempat
tertentu. Titik tumpu sebuah katrol tetap terletak pada sumbu katrolnya.
contoh : pada alat
penimba air sumur dan katrol pada tiang bendera. Keuntungan mekanis pada katrol tetap hanya terdapat satu penggal
tali yang menahan beban, sehingga besar gaya kuasa (
) untuk menarik beban sama dengan gaya berat
beban (
) atau
=
sehingga, keuntungan mekanis untuk katrol
tetap adalah
=
= 1
2. Katrol
bebas
Merupakan katrol yang posisi atau
kedudukannya berubah ketika digunakan. Artinya, katrol bebas tidak ditempatkan
ditempat tertentu, melainkan ditempatkan pada tali yang kedudukannya dapat
berubah. Contoh : pada alat pengangkat peti kemas.
Keuntungan mekanik pada katrol bebas,
beban yang akan diangkat digantungkan pada poros katrol dan beban serta
katrolnya ditopang oleh dua penggal tali pada masing-masing sisi katrol,
sehingga gaya berat beban (
) ditopang oleh gaya
kuasa (
) pada dua penggal tali, atau
= 2
sehingga keuntungan mekanik untuk katrol bebas
adalah
=
= 2
3. Katrol
majemuk atau sistem katrol
Merupakan perpaduan antara katrol tetap
dan katrol bebas. Kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Pada katrol
majemuk, beban dikaitan pada katrol bebas dan salah satu ujung tali dikaitkan
pada penanmpang katrol tetap. Bila ujung tali yang lain ditarik, maka beban
akan terangkat.
Keuntungan mekanik pada Katrol majemuk
merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bergerak. Katrol majemuk sering
disebut juga sistem katrol. Pada sistem katrol, keuntungan mekanik ditentukan
oleh berapa banyak penggal tali penyangganya. Misalnya, sistem katrol yang
terdiri dari satu katrol tetap dan satu katrol bebas.
Beban pada sistem katrol ini ditopang
oleh dua penggal tali (hampir sama dengan katrol bebas), atau
= 2
, sehingga keuntungan
mekanik yang dihasilkan adalah 2, atau
=
= 4
contoh soal :
1. Bila
berat benda 1500 N ditarik keatas dengan menggunakan katrol bergerak. Hitunglah
gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban tersebut!
Penyelesaian :
Untuk katrol bergerak,
gaya yang diperlukan sama dengan setenngah berat benda, denga persamaan :
2F= w
2F= 1.500 N
F= 1.500 N : 2
F= 750 N
Jadi gaya yang
diperlukan untuk mengangkat benda tersebut dengan katrol bergerak adalah 750 N
2. Benda
dengan massa 200 kg ditarik denagn menggunakan katrol (g=10 m/s). hitunglah
gaya Tarik dan keuntungan mekanisnya jika yang digunakan: (a) sebuah katrol
tetap,(b) sebuah katrol bergerak, dan (c) sebuah takal yang terdiri dari 4 buah
katrol.
Penyelesaian :
Untuk menjawab soal
tersebut anda harus berat benda tersebut, yaitu :
W= m.g
W=200 kg . 10 m/s
W=2.000 N
(a) Untuk
katrol tetap (tidak bergerak) gaya yang diperlukan sama dengan berat
benda,dengan persamaan :
F= w
F= 2.000 N
Jadi gaya yang
diperlukan untuk mengangkat benda tersebut dengan katrol tetap adalah 2.000 N
Keuntungan mekanis
untuk katrol tetap adalah
Km = w/F
Km = 2.000 N / 2.000 N
Km = 1
Jadi keuntungan mekanis untuk katrol
tetap adalah 1
(b) Untuk
katrol bergerak, gaya yang diperlukan sama dengan setengah berat benda, dengan
persamaan:
2F = w
2F = 2.000 N
F= 2.000 N / 2
F = 1.000 N
Jadi gaya yang
diperlukan untuk mengangkat benda tersebut dengan katrol benda bergerak adalah
1.000 N
Keuntungan mekanis
untuk katrol tetap adalah
Km = w / F
Km = 2.000 N / 1.000 N
Km = 2
Jadi keuntungan mekanis
untuk katrol bergerak adalah 2
(c) Untuk
sistem takal yang terdiri empat buah katrol (n=4), berlaku persamaan:
W=2Nf
F= w / 2n
F=2.000 N / 2.4
F=2.000 N / 8
F= 250 N
Jadi gaya yang
diperlukan untuk mengangkat benda tersebut dengan sistem takal yang terdiri
dari empat buah katrol adalah 500 N.
Keuntungan mekanis
untuk sistem takal yang terdiri dari empat buah katrol adalah
Km= w/ F
Km= 2.000 N / 250 N
Km= 8
Jadi keuntungan mekanis untuk sistem
takal yang terdiri dari empat buah katrol adalah 8
2.3 Pengertian Bidang Miring Beserta
Rumus Dan Contoh Soalnya
Bidang miring merupakan salah satu jenis
pesawat sederhana yang terdiri dari bidang datar yang salah satu ujungnya lebih
tinggi daripada ujung lainnya. Bidang miring diposisikan miring agar dapat
memperkecil gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan benda ke tempat yang lebih
tinggi dibandingkan mengangkatnya secara vertikal.
Bidang miring memberikan keuntungan
yaitu memungkinkan kita memindahkan suatu benda ke tempat yang lebih tinggi
dengan gaya yang lebih kecil.Bidang miring juga memiliki kelemahan, yaitu jarak
yang harus ditempuh untuk memindahkan benda tersebut menjadi lebih panjang
(jauh). Pemanfaatan prinsip kerja bidang miring dapat kita temukan dalam
sejumlah perkakas, diantaranya kapak, pisau, skrup, baut, dan sebagainya.
Rumus
:
Atau
= 
Ket
:
F
= gaya kuasa yang diperlukan untuk memindahkan beban.
B
= gaya berat beban
T
= ketinggian kemana beban dipindahkan atau perbedaan ketinggian ujung-ujung
bidang miring
P
= Panjang bidang miring
Keuntungan mekanik bidang miring adalah
perbandingan antara panjang bidang miring dengan tinggi bidang miring.
Keuntungan mekanis yang kita peroleh dengan menggunakan bantuan bidang miring
adalah :
= 
Contoh
soal :
1. Sebuah
peti yang beratnya 200 N akan dipindahkan ke sebuah rak yang tingginya 2 meter
melalui suatu bidang miring yang panjangnya 4 meter. Berapakah gaya yang di
perlukan untuk memindahkan peti tersebut ? (asumsikan bidang miring cukup licin
sehingga tidak ada gaya geesekan antara peti dan bidang miring) Berapakah
keuntungan mekanik yang diberikan oleh bidang miring tersebut ?
Penyelesaian
:
Dik
:
B
= 200 N
t
= 2 m
p
= 4 m
Dit
: F = ?
Jawab
:
F
=
=(200 N)
= 100 N
=
= 2
Atau
=
= 2
Jadi, gaya yang diperlukan untuk
memindahkan beban seberat 200 N ke atas rak setinggi 2 meter dengan bantuan
sebuah bidang miring sepanjang 4 meter adalah 100 N.Keuntungan mekanik yang
diberikan oleh bidang miring adalah 2.
2.
Sebuah bidang miring tingginya 1 meter
dan panjangnya 5 meter. Bila berat benda yang akan dipindahkan 1.880
N,hitunglah gaya yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut !
Dik :
B = 1.880 N
t = 1 m
p = 5 m
Dit
:
F
……………… ?
Jawab
:
= 
= 
= 5
F = 
F = 376 N
Jadi, gaya yang diperlukan untuk
memindahkan beban seberat 1.880 N setinggi 1 meter dengan bantuan sebuah bidang
miring sepanjang 5 meter adalah 376 N.
2.4 Pengertian Roda Dan Poros Beserta
Rumus Dan Contoh Soalnya
Roda dan Poros merupakan salah satu
jenis pesawat sederhana yang terdiri dari dua buah silinder dengan jari-jari
yang berbeda dan bergabung di pusatnya. Silinder berjari-jari besar dinamakan
roda dan silinder berjari-jari kecil dinamakan poros.
Roda dan Poros bekerja dengan cara
mengubah besar dan arah gaya yang digunakan untuk memindakan (dalam hal
ini,memutar sebuah benda. Contoh penerapan roda dan poros dalam kehidupan
diantaranya memutar keran air, pengangan pintu yang bulat,obeng,roda pada
kendaraan,setir kendaraan,alat serutan pensil,bor tangan,dan sejenisnya.
Jika gaya berat Fb akan
diangkat menggunakan roda berporos,dimana jari-jari roda adalah R dan porosnya
r, dengan cara menarik tali dengan gaya kuasa sebesar Fk, maka
berlaku persamaan :
Fb.r
= Fk.R
Sehingga
keuntungan mekanis penggunaan roda dan poros adalah :
KM=
=
Oleh karena R biasanya lebih besar dari r
(R>r), maka gay kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban lebih kecil
daripada gaya berat beban. Dengan demikian, roda dan poros memiliki fungsi
melipatgandakan gaya kuasa,dimana besarnya bergantung pada perpandingan
jari-jari roda dan porosnya.
Contoh Soal:
1.
Seseorang bermaksud untuk melubangi kayu
dengan menggunakan sebuah bor tangan. Bila jari-jari mata bor adalah 1 cm dan
radius putar gagang bor tersebut adalah 10 cm, berapa keuntungan mekanis yang
ia peroleh ketika melubangi kayu tersebut ?
Penyelesaian
:
Diketahui: jari-jari mata bor (r) =1 cm
Radius putar gagang bor (R) =10 cm
Ditanyakan:
keuntungan mekanis (KM)=?
Jawab:
KM
=
= 
=
= 10
Jadi,
keuntungan mekanis dari penggunaan bor
tangan ketika digunakan melubangi kayu adalah 10 kali lebih besar dibandingkan
tanpa menggunakan bor tangan.
2.4 Penerapan Dan Keuntungan Pesawat
Sederhana
Ø Penerapan
pesawat sederhana pada tuas
Tuas
disebut juga pengungkit yaitu pesawat sederhana yang dibuat dari sebatang benda
yang keras (seperti: balok, kayu, batang bambu, atau batang logam) yang
digunakan untuk mencongkel benda.
1. Tuas
jenis pertama
Letak titik tumpu tuas jenis ini, berada
diantara titik beban dan titik kuasa.
Penerapannya dalam kehidupan sehari-hari:
Contoh: pemotong kuku,
gunting, penjepit jemuran, menggeser batu dengan pengungkit, tang.
2. Tuas
jenis kedua
Pada tuas jenis kedua,
titik beban berada diantara titik tumpu dan titik kuasa.
Penerapannya dalam
kehidupan sehari-hari:
Contoh: pembuka tutup
botol, dan gerobak dorong.
3. Tuas
jenis ketiga
Pada tuas jenis ketiga,
titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban.
Penerapannya dalam
kehidupan sehari-hari
Contoh: pada saat
mengambil tanah dengan sekop, staples, penjepit kue dan pinset.
Ø Penerapan
pesawat sederhana pada bidang miring
Bidang
miring merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang digunakan untuk
memindahkan benda dengan lintasan yang miring. Pemanfaatan bidang miring dalam
kehidupan sehari-hari terdapat pada tangga dan jalan di daerah pegunungan.
Ø Penerapan
pesawat sederhana pada katrol
1. Katrol
tetap
Katrol tetap merupakan katrol yang
posisinya tidak berpindah pada saat digunakan. Katrol jenis ini biasanya
dipasang pada tempat tertentu.
Contoh: katrol yang digunakan pada tiang
bendera dan sumur timba.
2. Katrol
bebas
Berbeda dengan katrol tetap, pada katrol
bebas kedudukan atau posisi katrol berubah dan tidak dipasang pada tempat
tertentu. Katrol jenis ini biasanya ditempatkan di atas tali yang kedudukannya
dapat berubah. Salah satu ujung tali diikat pada tempat tertentu. Jika ujung
yang lainnya ditarik maka katrol akan bergerak. Katrol jenis ini bisa kita
temukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.
3. Katrol
majemuk/takal
Katrol majemuk merupakan perpaduan dari
katrol tetap dan katrol bebas. Kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Pada
katrol majemuk, beban dikaitkan pada katrol bebas. Salah satu ujung tali dikaitkan pada penampang katrol
tetap. Jika ujung tali yang lainnyaditarik maka beban akan terangkat beserta
bergeraknya katrol bebas ke atas.
Contoh : Katrol barang, pada mobil derek
dan peralatan pemanjat tebing
Ø Penerapan
pesawat sederhana pada roda dan poros
Contoh benda yang bergerak dengan
menggunakan prinsip roda dan poros antara lain : motor, mobil, kursi roda, dan
sepatu roda.
Ø Keuntungan
pesawat sederhana
·
Pesawat memudahkan kerja/usaha dengan
mengubah besar gaya yang kamu kerahkan, arah gaya, atau keduanya
·
Mengatasi Gravitasi dan Gesekan
·
Menghemat waktu