MATERI FISIKA : PESAWAT SEDERHANA

 

Pesawat sederhana adalah alat bantu sederhana yang digunakan untuk mempermudah manusia dalam melakukan suatu usaha. Ternyata, tuas ini termasuk ke dalam kelompok pesawat sederhana, lho!

Pengertian Tuas

Tuas atau pengungkit adalah pesawat sederhana yang biasanya terbuat dari kayu dengan tumpu di salah satu titiknya dan digunakan untuk mengangkat sesuatu yang berat. Pada tuas, terdapat beberapa istilah penting yang bisa kamu ketahui nih, di antaranya:

1. Titik tumpu merupakan titik tempat alat itu bertumpu.
2. Titik beban merupakan titik tempat beban itu berada.
3. Titik kuasa merupakan titik tempat gaya/kuasa yang diberikan.
4. Lengan beban merupakan jarak antara titik tumpu dengan titik beban.
5. Lengan kuasa merupakan jarak antara titik tumpu dengan titik kuasa.
6. Beban merupakan gaya berat benda.
7. Kuasa merupakan gaya yang diberikan.

 

Fungsi Tuas

Tuas adalah salah satu jenis pesawat sederhana yang memiliki berbagai fungsi sebagai berikut:

1. Dapat mempermudah usaha atau kerja manusia.
2. Dapat memudahkan manusia dalam mengangkat atau menggerakkan beban berat.
3. Alat pembesar gaya. Jadi, gaya yang dihasilkan lebih besar daripada gaya yang dikeluarkan.

Rumus Tuas dan Contoh Soal

Selain istilah-istilah di atas, kita juga bisa lho menghitung seberapa besar gaya yang kita keluarkan dengan rumus tuas di bawah ini:

Sementara itu, kita juga bisa mengetahui nilai keuntungan mekanis dari tuas tersebut. Apa sih keuntungan mekanis itu? Keuntungan mekanis adalah angka yang menunjukkan seberapa efektif pesawat sederhana dapat menggandakan gaya.  Nah, supaya kamu lebih memahami kedua rumus di atas, yuk perhatikan beberapa contoh soal di bawah ini untuk dikerjakan bersama-sama!

Contoh Soal!

Sebuah batu yang beratnya 800 N diangkat menggunakan tuas sepanjang 1,5 m. Jika lengan bebannya 50 cm dan titik tumpu berada di antara lengan beban dan lengan kuasa, maka hitunglah!

1. Gaya yang diperlukan
2. Keuntungan mekanis tuas

 

Penyelesaian:

Diketahui:

W = 800 N

Panjang tuas = 1,5 m

LB = 50 cm = 0,5 m

Ditanya:

1. F …?
2. KM …?

Jawab:

Panjang tuas = LB + LK

LK = Panjang tuas – LB

LK = 1,5 m – 0,5 m = 1 m

a. Gaya yang diperlukan (F)

Jadi, gaya yang diperlukan untuk mengangkat batu tersebut adalah sebesar 400 N.

b. Keuntungan mekanis tuas (KM)

Jadi, keuntungan mekanis tuas tersebut adalah 2.

 

Oke, setelah kamu tahu mengenai pengertian tuas, sekarang ayo kita kenali apa saja jenis-jenis tuas itu, ya. So, let’s check this out!

Jenis-Jenis Tuas

Tuas atau pengungkit digolongkan menjadi tiga jenis, lho! Penggolongan ini didasarkan pada letak titik tumpu, titik beban, dan titik kuasanya. Hayo, siapa yang bisa menebak apa saja jenis-jenisnya? Yap, ketiga jenis tuas tersebut di antaranya adalah sebagai berikut:

1. Tuas jenis pertama

Pada tuas jenis pertama, letak titik tumpu berada di antara titik beban dan titik kuasanya. Contoh alat atau benda yang termasuk ke dalam tuas jenis pertama antara lain gunting kuku, gunting, pemotong rumput, tang, linggis, dan jungkat jungkit. Siapa nih yang suka main jungkat jungkit?

2. Tuas jenis kedua

Selanjutnya adalah tuas jenis kedua. Kalau tuas jenis kedua, letak titik bebannya yang berada di antara titik tumpu dan titik kuasa. Nah, contoh-contoh alat yang merupakan tuas jenis kedua diantaranya adalah alat pembuka tutup botol, alat pemotong kertas, alat pemecah kemiri, dan gerobak beroda satu.

3. Tuas jenis ketiga

Jenis tuas yang terakhir adalah tuas jenis ketiga. Hayo, kalau tuas jenis ketiga, titik apa nih yang letaknya berada di tengah? Perfect! kalau tuas jenis ketiga ini, titik kuasanya yang letaknya di tengah, di antara titik tumpu dan titik beban. Contoh alat yang termasuk golongan tuas jenis ketiga ini antara lain sekop, stapler (jekrekan), penjepit roti, dan pinset.

Selain tuas dan bidang miring, katrol juga termasuk salah satu jenis pesawat sederhana, lho. Berdasarkan definisinya, katrol adalah pesawat sederhana yang berbentuk roda dan bergerak berputar pada porosnya. Katrol ini biasanya digunakan untuk menarik atau mengangkat benda yang berukuran berat.

Pada katrol, kita juga bisa menghitung keuntungan mekanisnya nih, yaitu dengan cara berikut ini! 

 

Ternyata, katrol dibagi menjadi beberapa jenis, Squad. Pembagian ini didasarkan pada prinsip kerja katrol tersebut. Hmm, kira-kira apa saja ya jenis-jenis katrol itu? Daripada kamu penasaran, langsung saja yuk kita simak!

 

 

1. Katrol Tetap

 

 

Katrol tetap adalah katrol yang porosnya dipasang di suatu tempat yang tetap, sehingga katrol tidak dapat berpindah tempat saat digunakan. Pada katrol tetap, gaya kuasa yang dikeluarkan akan bernilai sama dengan berat bebannya. Hal ini yang menyebabkan keuntungan mekanis katrol tetap bernilai satu. Katrol tetap biasanya sering kamu temukan pada tiang bendera dan sumur timba.

 

Baca Juga: Tekanan Hidrostatis: Rumus, Penjelasan Konsep, dan Kaitannya dengan Bejana Berhubungan

 

Sumur timba (Sumber: Ruangguru)

 2. Katrol Bebas

 

Berlawanan dengan katrol tetap, kalau katrol bebas adalah katrol yang porosnya tidak dipasang di suatu tempat yang tetap, sehingga katrol dapat berpindah tempat atau bergerak bebas saat digunakan. Pada katrol jenis ini, gaya kuasa yang dikeluarkan untuk menarik bebannya bernilai setengah dari berat bebannya. Oleh karena itu, keuntungan mekanis katrol bebas bernilai 2. Katrol bebas biasanya ditemukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.

Contoh katrol bebas pada alat konstruksi (sumber: freepik.com)

 3. Katrol Majemuk

 

Kalau katrol yang satu ini, merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas, Squad. Jadi model katrolnya ada dua jenis, katrol yang paling atas adalah katrol tetap dan katrol di bawahnya adalah katrol bebas, keduanya dihubungkan dengan tali seperti pada ilustrasi gambar di atas.

Keuntungan mekanis katrol majemuk sama dengan jumlah tali atau jumlah katrol yang digunakan untuk mengangkat benda tersebut. Katrol majemuk sering digunakan dalam bidang industri, yaitu membantu untuk mengangkat alat-alat yang berat.

Baca Juga: Asal-Usul, Sejarah, dan Penerapan Hukum Pascal dalam Kehidupan Sehari-hari

 Contoh katrol majemuk pada alat konstruksi (sumber: freepik.com)

Wah, ternyata jenis katrol itu banyak, ya! Tidak hanya seperti yang kamu lihat pada tiang bendera atau sumur timba saja. Kamu tahu nggak, kalau pada dasarnya, tujuan dari pesawat sederhana itu termasuk katrol adalah untuk membantu pekerjaan manusia agar menjadi lebih mudah.

Pengertian Bidang Miring

Apa sih bidang miring itu? Jika di antara kamu ada yang menjawab “bidang yang miring”, itu nggak salah kok, cuma kurang lengkap saja. Nah, kalau definisi lengkapnya, bidang miring adalah suatu lintasan yang memiliki kemiringan tertentu dan membentuk sudut terhadap permukaan mendatarnya.

 

Bidang miring juga termasuk salah satu jenis pesawat sederhana, lho. Hayo, ada yang masih ingat apa itu pesawat sederhana?

Baca Juga: Mengenal Jenis-Jenis Tuas dan Contohnya

 

Rumus Bidang Miring

Pada bidang miring, kita bisa menghitung gaya yang kita keluarkan dengan menggunakan rumus berikut ini:

 

Berdasarkan rumus di atas, kita jadi bisa tahu nih kalau gaya akan berbanding lurus dengan tinggi bidang miring. Semakin landai bidang miring tersebut, maka gaya yang dikerjakan akan semakin kecil. Sebaliknya, semakin curam bidang miring tersebut, maka gaya yang dikerjakan akan semakin besar.

 

Rumus Keuntungan Mekanis Bidang Miring

Selain kita bisa menghitung gaya dengan rumus bidang miring, kita juga bisa mengetahui keuntungan mekanisnya. Keuntungan mekanis ini adalah sebuah angka yang menunjukkan berapa kali pesawat sederhana dapat menggandakan gaya. Caranya, dapat kamu lihat pada rumus di bawah ini!

 

Contoh Soal Bidang Miring

Selanjutnya, supaya kamu nggak bingung dengan kedua rumus di atas, kita masuk ke contoh soal, ya. Let’s go!

 

Penyelesaian:

Diketahui:

Panjang papan = 5 m. Selalu periksa jika satuan panjang papan dengan tinggi bidang miring sudah sama. Karena satuan tinggi bidang miring masih dalam cm, jadi kita ubah dulu ke dalam m. Sehingga, tinggi bidang miring = 100 cm = 1 m.

Massa benda = 5 kg. Massa benda berbeda dengan berat benda. Jadi, kita ubah dulu massa benda menjadi berat benda.

Berat benda = massa benda × percepatan gravitasi = 5 kg × 10 m/s² = 50 N.

Ditanya:

• Berapa gaya yang dikerjakan oleh Rogu?

Jadi, gaya yang dikerjakan Rogu untuk memindahkan beban tersebut adalah sebesar 10 N.

• Berapa nilai keuntungan mekanis bidang miring tersebut?

Catatan : Untuk mencari besar keuntungan mekanisnya, kamu bisa pilih salah satu dari rumus di atas, bisa KM = s/h atau KM = W/F karena nilainya akan sama. Tapi utamakan pilih rumus yang nilainya sudah diketahui ya, teman-teman.

Jadi, keuntungan mekanis bidang miringnya adalah sebesar 5.

Nah, supaya kamu lebih mahir lagi, coba kamu kerjakan latihan soal di bawah ini, ya!

 

Jangan lupa untuk tuliskan jawabanmu di kolom komentar. Oke?

 

Penerapan Prinsip Bidang Miring

Prinsip bidang miring ternyata banyak diterapkan dalam kegiatan sehari-hari kita, lho. Contohnya pada pembuatan tangga yang bertingkat-tingkat atau berkelok-kelok, pembuatan jalan yang meliuk-liuk di daerah pegunungan, penggunaan papan yang dimiringkan saat ingin menaikkan atau menurunkan beban yang berat, dsb.

Selain itu, prinsip bidang miring juga banyak diterapkan di berbagai alat dapur dan perkakas, seperti pisau, kapak, paku, alat pahat kayu, cutter, ulir pada sekrup, ujung pada obeng, dsb. Wah, nggak nyangka ya, ternyata barang-barang di sekitar kita banyak yang menggunakan prinsip bidang miring!

Ulir pada sekrup yang menggunakan prinsip bidang miring (Sumber: allfasteners.com.au)

 

Manfaat Prinsip Bidang Miring

Manfaat prinsip bidang miring tentunya untuk meringankan beban kerja kita. Misalnya, pada pembuatan jalan yang meliuk-liuk di area pegunungan.

Hal ini bertujuan untuk meringankan beban yang dilalui oleh kendaraan yang sedang melaju. Jadi, kendaraan tersebut bisa deh sampai ke puncak. Nah, sekarang terjawab kan kenapa lintasan di daerah pegunungan dibuat meliuk-liuk.

Teman-teman, ternyata tanpa kita sadari benda-benda di sekitar kita banyak yang menggunakan prinsip bidang miring, ya. Kamu juga bisa lho menerapkan prinsip bidang miring ini dalam kegiatan sehari-hari kamu.

Misalnya, saat kamu bersepeda melewati jalanan yang mendaki, kamu bisa tuh berjalan berkelok-kelok supaya bisa sampai ke puncak tanpa harus menuntun sepedamu karena kelelahan.

Video  1 : Tuas

Video 2 : Katrol

Video 3 : Bidang Miring