PESAWAT SEDERHANA

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 F_b akan diangkat menggunakan roda berporos,dimana jari-jari roda adalah R dan porosnya r, dengan cara menarik tali dengan gaya kuasa sebesar F_k, maka berlaku persamaan :  

F_b.r = F_k.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