Pesawat Sederhana: Fisika Kelas 8

Pesawat Sederhana: Fisika Kelas 8

Definisi 

Pesawat Sederhana adalah alat bantu kerja yang bentuknya sangat sederhana, contohnya adalah tuas bidang miring katrol, dan roda berporos. Istilah yang kontradiktif adalah Pesawat rumit. Pesawat rumit adalah pesawat/alat bantu kerja yang tersusun dari beberapa pesawat, contohnya adalah pesawat terbang, mobil, motor, sepeda dll. Pada artikel ini ada 3 jenis pesawat sederhana yang akan dibahas, yaitu : (a) Pengungkit/Tuas, (b) Bidang Miring dan (c) Katrol. Menurut jenisnya, ada beberapa literatur yang menambahkan semacam roda bergandar dan gear, tetapi secara umum dan yang sering dipakai dalam pembahasan adalah 3 jenis pesawat sederhana yang disebutkan di atas.

Belajar Fisika Yuk -Pesawat sederhana dibuat dan digunakan dengan tujuan memberikan keuntungan bagi penggunanya. Keuntungan tersebut dikenal dengan istilah keuntungan mekanis. Istilah ini muncul karena sifat keuntungan tersebut terjadi dari proses mekanik dalam penggunaannya. Secara konseptual keuntungan mekanis dapat dihitung dengan membandingkaan berat beban dengan gaya yang digunakan. Oleh karena itu, keuntungan mekanik akan memiliki nilai yang besar lebih dari satu jika beban yang berat dapat diangkat atau dipindahkan dengan menggunakan nilai gaya yang kecil. Hal yang sebaliknya, jika nilai berat beban adalah besar dan nilai gaya yang digunakan lebih besar lagi maka keuntungan mekanisnya akan kecil, mendekati nilai nol. Jika keuntungan mekanis memiliki nilai satu (1) maka nilai dari berat dan gaya yang digunakan adalah sama. Secara matematis keuntungan mekanis dirumuskan menjadi: Km=w/F,dengan Km = Keuntungan mekanis (tanpa satuan), w = berat beban (newton), dan F = gaya yang digunakan (N).

Gambar Pesawat Sederhana

Pengungkit

Pengungkit atau sering disebut sebagai tuas. Mengapa dinamakan mengungkit? Mungkin alasannya karena alat ini digunakan untuk mengungkit benda agar dapat pendah tempat atau posisi. Hubungan secara matematis dalam pengungkit pernah dikemukakan oleh Archimedes melalui penemuannya yang dikenal dengan Archimedes Principle of Lever Action. Ilustrasi dari mekanisme kerja pengungkit dapat dilihat pada gambar (a).

Persamaan matematika yang menjelaskan mekanisme kerja dari pengungkit adalah F x lk = w x lb , dengan F adalah gaya untuk usaha (N), lk adalah panjang dari lengan kuasa (N), w adalah berat benda (N) dan lb adalah panjang lengan beban (N). Berdasarkan konsep dari prinsip mekanis yang membandingkan antara gaya yang digunakan untuk usaha dengan berat beban yang diangkat maka dapat kita dapatkan bahwa Keuntungan mekanis pada sistem pengungkit adalah sebanding dengan perbandingan antara lengan kuasa dengan lengan beban, lk/lb. Oleh karena itu, jika kita ingin memindahkan benda yang berat maka panjangkanlah lengan kuasanya. Bahkan, Archimedes pernah mengatakan bahwa, “ Berikan aku tongkat yang panjang, tempat untuk berdiri dan sebuah pivot maka aku akan dapat memindahkan Bumi ”. Namun, perkataan ini terlihat penuh dengan khayalan karena kita butuh tempat berdiri yang kokoh dan tongkat yang kuat untuk dapat mengangkat Bumi.

Belajar Fisika Yuk-Pengungkit memiliki 3 jenis berdasarkan dengan letak titik tumpunya. Perbedaan titik tumpu akan menyebabkan perbedaan panjang dari lengan kuasa dan lengan beban. Berikut adalah jenis-jenisnya dan juga contoh dari alat yang memiliki prinsip ini:

1. tuas jenis pertama (K-T-B), Tuas jenis pertama ini memiliki titik tumpu antara titik kuasa dan titik beban. K adalah simbol untuk titik kuasa, T adalah simbol untuk titik tumpu dan B adalah simbol untuk titik beban. Alat-alat yang menggunakan prinsip ini adalah gunting, palu, linggis, timbangan dua lengan, tang, pemotong kuku, osikel pada telinga, dan lain-lain.
2. tuas jenis kedua (T-B-K), Pada tuas jenis kedua, titik beban yang berada di tengah sedangkan titik tumpu dan titik kuasa berada pada kedua ujung tuas. Alat yang menggunakan prinsip ini adalah gerobak roda satu, pemecah biji, pembuka kaleng, mesin pemotong kertas, dan sebagainya.
3. tuas jenis ketiga (T-K-B), Tuas jenis ketiga ini memiliki prinsip yang meletakkan titik kuasa pada bagian tengah dari pengungkit dan titik tumpu serta beban berada pada kedua ujungnya. Contoh dari alat-alat yang menggunakan prinsip ini adalah penjepit, pinset, tangan memegang beban, sekop, dan sebagainya.

Katrol

Pembahasan yang ke dua untuk pesawat sederhana adalah katrol. Katrol adalah pesawat sederhana yang berbentuk bundar dan digunakan dengan tujuan untuk mengangkat benda dari bawah ke atas. Katrol biasa digunakan pada alat-alat mekanik, seperti pada alat untuk menutup korden jendela, pada pembangunan gedung, pada mainan anak-anak, dan lain-lain. Mekanisme gaya yang bekerja pada katrol dengan satu katrol dapat dilihat pada gambar (b).

Analisis gaya pada katrol dapat dilakukan dengan cara yang sama dengan analisis pada pengungkit/tuas yaitu dengan lengan beban, lengan kuasa dan titik tumpu. Perbedaannya adalah pada satu katrol panjang lengan beban dan lengan kuasa adalah sama yaitu jari-jari dari katrol sedangkan titik tumpunya adalah titik pusat lingkaran atau pusat katrol. Oleh karena itu,pada sistem katrol keuntungan mekanis yang dimiliki adalah satu. Dapat ditarik suatu kesimpulan,bahwa dengan menggunakan katrol satu seperti gambar di atas maka gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat beban memiliki nilai yang sama dengan berat beban. Keuntungan yang didapatkan adalah menaikkan benda dari bawah ke atas dengan lintasan yang lurus sehingga memperpendek jarak tempuh (daripada mengangkat beban dengan tangan melewati tangga akan membutuhkan usaha yang lebih besar) sehingga usaha yang dibutuhkan lebih sedikit.

Penggunaan katrol dalam kehidupan real ada tiga cara yaitu dengan model (1) Katrol Tetap, (2) Katrol Bergerak dan (3) Katrol Majemuk/Berganda. Katrol tetap adalah seperti terlihat pada gambar (b) dan prinsipnya seperti pengungkit jenis pertama. Katrol bergerak diperlihatkan seperti pada gambar (c). 

Belajar Fisika Yuk-Katrol bergerak memiliki prinsip seperti pengungkit jenis kedua, dimana lengan beban berada pada bagian tengah dari katrol sehingga dengan analisis perbandingan antara lengan kuasa dengan lengan beban maka nilai keuntungan mekanis dari katrol bergerak adalah 2. Aspek yang perlu diperhatikan dalam menggunakan katrol bergerak adalah massa katrol. Dalam perhitungan keuntungan mekanis di atas, berat katrol diabaikan dengan asumsi massa katrol sangat kecil (ringan). Jika massa katrol besar tentunya berat beban akan bertambah sehingga gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban bertambah pula. Cukup susah untuk mencari katrol dengan massa yang nilainya hampir mendekati 0 kg, aspek ini dapat disiasati dengan mengusahakan massa katrol lebih kecil dari massa beban sehingga gaya yang digunakan untuk mengangkat beban memiliki nilai yang lebih kecil dari berat beban yang diangkat.

Jenis katrol yang terakhir adalah katrol ganda atau katrol majemuk. Penamaan ini dikarenakan katrol yang digunakan lebih dari satu dan menggunakan rangkaian dari katrol tetap dan juga katrol bergerak guna mendapatkan keuntungan mekanis yang lebih tinggi. Keuntungan mekanik yang lebih tinggi tentunya akan memudahkan dalam melakukan suatu pekerjaan atau usaha. Secara mudah, keuntungan mekanis dari sistem katrol dapat dihitung dari banyaknya katrol bergerak yang digunakan dalam sistem katrol tersebut kemudian dikalikan dengan bilangan dua. Pada model seperti ini berat dari katrol juga dianggap tidak berpengaruh karena dengan asumsi massa katrol memiliki nilai yang kecil.

Bidang Miring

Mekanisme kinerja pada bidang miring dapat dilihat melaui ilustrasi pada gambar (d). Keuntungan mekanis yang didapatkan dapat dirumuskan dengan menggunakan perbandingan usaha yang dikerjakan dalam dua lintasan. Lintasan yang dimaksud adalah lintasan bidang miring (s adalah panjang bidang miring) dan lintasan lurus dari bawah ke atas (h adalah ketinggian). Ketika kita mengangkat beban dengan lintasan h maka usaha yang dikerjakan adalah w x h. Ketika kita mendorong beban sepanjang lintasan bidang miring (s) maka usaha yang dikerjakan adalah F x s. Oleh karena itu, keuntungan mekanis pada bidang miring sebanding dengan perbandingan panjang lintasan bidang miring dengan ketinggian bidang miring. Nilai tersebut memiliki nilai yang sama dengan nilai arc sin α, dengan α adalah sudut yang dibentuk antara bidang miring dengan bidang datar (datar pada bidang miring). Dapat ditarik kesimpulan, bahwa semakin landai bidang miring maka semakin mudah kita memindahkan beban. Namun, yang menjadi catatan dalam penggunaan bidang miring adalah gaya gesek antara beban dengan bidang miring. Konsep keuntungan mekanis tersebut akan berlaku jika gaya gesek tersebut nilainya mendekati nol sehingga nilai usaha yang dilakukan pada kedua lintasan memiliki nilai yang sama. Hal yang sebaliknya, jika gaya gesek tersebut sangat besar nilainya maka konsep keuntungan mekanis tersebut tidak dapat digunakan sebagai dasar perhitungan.

Penutup

Pesawat sederhana digunakan dengan tujuan untuk mempermudah pekerjaan mekanik yang dilakukan oleh subjeknya, yang dapat berupa manusia ataupun mesin. Dengan memahami prinsip pesawat sederhana, diharapkan dapat mempermudah pekerjaan-pekerjaan yang kita lakukan dengan hasil yang sama yang dikerjakan tanpa menggunakan alat. Demikianlah pembahasan dari pesawat sederhana, semoga bermanfaat dan berguna dalam kehidupan sehari-hari.

Posted by Unknown

Tweet