Pesawat Sedherhana

Definisi

Pengertian Pesawat Sederhana adalah alat yang dapat digunakan untuk mempermudah suatu pekerjaan tanpa memperkecil usaha. Misalkan ketika seorang ibu rumah tangga menimba air dari dalam sumur menggunakan bantuan katrol, buruh angkut menggunakan bidang miring untuk menaikkan barang ke atas truk, pelayan restoran membuka botol minuman dengan menggunakan pembuka botol. Alat-alat tersebut merupakan contoh peswat sederhana yang dapat dijumpai di kehidupan sehari-hari.

Dalam modul / makalah pesawat sederhana ini akan dijelaskan beberapa materi serta konsep terkait jenis jenis tuas, rumus katrol, & rumus bidang miring pada yang dalam hal ini merupakan bagian dari rumus pesawat sederhana.

1. Tuas

Tuas atau pengungkit adalah semua benda yang keras dan dapat berputar dengan berpusat pada satu titik. Sistem tuas terdiri dari tiga bagian, yaitu beban, kuasa dan titik tumpu.

Tempat dimana beban berada disebut dengan titik beban (w$w$), tempat dimana gaya bekerja disebut dengan titik kuasa (F)$(F)$ dan tempat poros berputar disebut titik tumpu.

Jarak antara titik kuasa dengan titik tumpu disebut dengan lengan kuasa (lk$l_k$) sedangkan jarak antara titik beban dengan titik tumpu disebut dengan lelang beban (lb$l_b$).

Pada tuas berlaku prinsip momen gaya (momen gaya akan dipelajari lebih detail pada bab dinamika rotasi) sebagai berikut.

F×lkwF==w×lblklb$$\begin{array}{rcl}F\times l_k& =& w\times l_b\\ \frac{w}{F}& =& \frac{l_k}{l_b}\end{array}$$

Perbandingan antara berat beban dengan gaya kuasa disebut dengan keuntungan mekanik (KM).

KM=wF=lklb$$\begin{array}{rcl}KM=\frac{w}{F}& =& \frac{l_k}{l_b}\end{array}$$

Selanjutnya berdasarkan letak titik beban, titik tumpu dan titik kuasa, tuas dapat dibedakan menjadi tiga kelas, yaitu kelas pertama, kedua dan ketiga.

(a) Tuas Kelas Pertama

Pada kelas atau tuas jenis pertama, titik tumpu berada di antara titik berat dan titik kuasa.

Gambar Tuas Jenis Pertama

Contoh tuas jenis pertama dapat kita temu pada alat yang menggunakan prinsip kelas pertama seperti gunting, tang, catut pencabut paku.

(b) Tuas Kelas Kedua

Pada kelas kedua, titik beban berada di antara titik kuasa dengan titik tumpu.

Contoh alat yang mneggunakan tuas jenis kedua ini adalah pembuka botol, gerobak dorong satu roda dan pemotong kertas.

(c) Tuas Kelas Ketiga

Pada tuas kelas ketiga, titik kuasa berada di antara titik beban dan titik tumpu.

Contoh alat yang menggunakan prinsip ini adalah stapler, alat pancing, dan pinset.

2. Katrol

Pengertian katrol adalah roda yang memiliki alur melingkar sehingga tali atau rantai dapat bergerak di dalamnya. Katrol biasa digunakan untuk menimba air di sumur, lift, ujung tiang bendera dan lain-lain.

(a) Katrol Tunggal Tetap

Katrol ini terikat tetap pada langit-langit atau dinding. Contoh soal katrol banyak digunakan untuk membantu menaikkan beban yang ringan misalkan air dari dalam sumur, material bangunan pada pekerjaan konstruksi dan lain-lain.

Perhatikan gambar di atas. Sebuah beban seberat w$w$ diangkat dengan memberikan gaya tarikan F$F$ pada ujung tali yang lain. Gaya F$F$ mengakibatkan beban bergerak ke atas. Jika gaya F$F$ yang diberikan cukup untuk mengakibatkan beban bergerak dengan kecepatan konstan maka berlaku hukum 1 Newton.

ΣFF−wF===00w$$\begin{array}{rcl}\mathrm{\Sigma }F& =& 0\\ F-w& =& 0\\ F& =& w\end{array}$$

Sehingga keuntungan mekanik untuk katrol tunggal tetap adalah KM=wF=1$KM=\frac{w}{F}=1$.

(b) Katrol Tunggal Bergerak

Katrol ini dapat bergerak bebas bersama-sama dengan beban yang diangkat.

Jika gaya F$F$ yang diberikan cukup untuk mengakibatkan beban bergerak dengan kecepatan konstan maka berlaku hukum 1 Newton.

ΣF2F−w2F===00w$$\begin{array}{rcl}\mathrm{\Sigma }F& =& 0\\ 2F-w& =& 0\\ 2F& =& w\end{array}$$

Sehingga keuntungan mekanik untuk katrol tunggal bergerak adalah KM=wF=2$KM=\frac{w}{F}=2$.

(c) Sistem Katrol

Sistem katrol terdiri dari beberapa katrol yang dirangkai untuk dapat mempermudah proses mengangkat beban. Berikut contoh sistem katrol yang terdiri dari tiga katrol.

Jika gaya F$F$ yang diberikan cukup untuk mengakibatkan beban bergerak dengan kecepatan konstan maka berlaku hukum 1 Newton.

ΣF3F−w3F===00w$$\begin{array}{rcl}\mathrm{\Sigma }F& =& 0\\ 3F-w& =& 0\\ 3F& =& w\end{array}$$

Sehingga keuntungan mekanik untuk sistem tiga katrol adalah KM=wF=3$KM=\frac{w}{F}=3$.

3. Bidang Miring

Benda yang berat akan lebih mudah dinaikkan jika menggunakan bidang miring begitulah contoh bidang miring dalam aktivitas sehari-hari. Gaya yang dibutuhkan akan lebih kecil jika benda didorong di bidang miring, daripada mengangkatnya secara langsung. Hal ini berarti bahwa bidang miring juga memiliki keuntungan mekanik.

Gambar diatas merupakan penerapan atau contoh bidang miring dalam kehidupan sehari hari yang pada soal fisika seringkeluar dalam bentuk contoh soal bidang miring dimana diperlukan persamaan serta rumus dalam menghitungnya.

Keuntungan mekanik untuk bidang miring adalah perbandingan antara panjang bidang miring dengan tinggi bidang miring. Secara matematis rumus bidang miring dituliskan sebagai berikut.

KM=wF=sh$$KM=\frac{w}{F}=\frac{s}{h}$$

dengan s=$s=$ panjang bidang miring dan h$h$ = ketinggian bidang miring.

Contoh Soal Pesawat Sederhana & Pembahasannya

1. Perhatikan gambar bidang miring di bawah ini!

a. Hitung keuntungan mekanik bidang miring tersebut!
b. Jika w=1800$w=1800$ N. Berpakah gaya dorong yang dibutuhkan!

Penyelesaian:

a. Keuntungan mekanik bidang miring tersebut adalah KM=sh=6$KM=\frac{s}{h}=6$

b. Untuk w=1800$w=1800$ N. Gaya dorong yang dibutuhkan adalah
F=wKM=18006=300 N$\begin{array}{rl}F& =\frac{w}{KM}\\ & =\frac{1800}{6}\\ & =300\text{ N}\end{array}$

2. Perhatikan gambar berikut. Sebuah beban dinaikkan dengan menggunakan sistem katrol dan bidang miring.

Hitung keuntungan mekanik sistem katrol dan bidang miring tersebut!

Penyelesaian:

KM untuk katrol bergerak adalah 2.
KM untuk bidang miring adalah sh=30$\frac{s}{h}=30$
Jadi keuntungan mekanik sistem tersebut adalah 60 kali.

sumber:https://www.wardayacollege.com/fisika/energi/hukum-kekekalan-energi/pesawat-sederhana/