Dengan pesawat sederhana maka usaha yang diperlukan atau dikeluarkan manusia makin

Hai Quipperian, bagaimana kabarnya? Semoga selalu sehat dan tetap semangat belajar, ya!

Jika kamu diminta oleh ibumu memotong kain, benda apa yang akan kamu ambil? Sudah pasti gunting, kan? Siapa sangka jika keberadaan gunting tidak lepas dari peran Fisika, lho. Hal itu karena gunting termasuk dalam pesawat sederhana jenis pengungkit. Apakah benar demikian? Untuk membuktikannya, simak ulasan berikut ini.

Pengertian Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah peralatan yang bisa memudahkan pekerjaan manusia. Dalam mempelajari pesawat sederhana, kamu akan mengenal istilah berikut ini.

• Titik tumpu, yaitu titik yang menjadi tumpuan beban dan sifatnya tetap.
• Titik beban, yaitu tempat melekatnya beban.
• Titik kuasa, yaitu tempat diberikannya gaya kuasa.

Macam-Macam Pesawat Sederhana

Secara umum, pesawat sederhana dibagi menjadi tiga, yaitu pengungkit, bidang miring, dan katrol. Ingin tahu perbedaan antara ketiganya? Check this out.

1. Pengungkit

Pengungkit adalah pesawat sederhana berupa batang keras yang dapat berotasi suatu titik tumpu. Perhatikan gambar berikut.

Keterangan:

F = gaya kuasa (N);

w = beban (N);

Lk = lengan kuasa (m); dan

Lb = lengan beban (m).

Prinsip kerja pengungkit adalah dengan gaya kecil, beban berat mampu dipindahkan. Coba Quipperian perhatikan gambar di atas, kira-kira bagaimana cara memperkecil gaya? 

Gaya bisa diperkecil dengan cara memperpendek lengan beban. Jika lengan bebannya pendek, maka lengan kuasanya akan semakin panjang. Semakin panjang lengan kuasa, semakin kecil gaya yang dibutuhkan. Secara matematis, hubungan antara F, w, Lk, Lb dirumuskan sebagai berikut.

Berdasarkan posisi titik tumpu, titik beban, dan titik kuasanya, pengungkit dibedakan menjadi tiga, yaitu sebagai berikut.

a. Pengungkit jenis 1

Pengungkit jenis 1 adalah pengungkit yang titik tumpunya berada di antara titik beban dan titik kuasa. Jenis ini merupakan bentuk dasar dari suatu pengungkit. Contoh pengungkit jenis 1 adalah jungkat-jungkit, gunting, tang, palu, linggis, dan sebagainya.

b. Pengungkit jenis 2

Suatu pengungkit dikatakan berjenis 2 jika titik bebannya berada di antara titik tumpu dan titik kuasa. Contoh pengungkit jenis 2 adalah gerobak dorong, pembuka tutup botol, pemecah kemiri, dan sebagainya.

c. Pengungkit jenis 3

Pengungkit jenis 3 adalah pengungkit yang memiliki titik kuasa di antara titik beban dan titik tumpu. Contoh pengungkit jenis 3 adalah pinset, alat pancing, stapler, lengan saat memegang benda, dan sebagainya.

Saat menggunakan pengungkit, sebenarnya kamu sudah mendapatkan suatu keuntungan. Keuntungan itu disebut sebagai keuntungan mekanis. Secara matematis, keuntungan mekanisnya dirumuskan sebagai berikut.

Dengan KM = keuntungan mekanis.

2. Bidang Miring

Bidang miring adalah pesawat sederhana yang berupa papan/ bidang yang dibuat miring. Hal itu bertujuan untuk memperkecil usaha saat memindahkan beban yang berat. Semakin landai bidang miring, gaya yang diberikan semakin kecil. Sebaliknya, semakin curam bidang miring, gayanya semakin besar.

Perhatikan gambar berikut.

Keterangan:

F = gaya (N);

w = beban (N);

h = tinggi papan (m); dam

s = panjang papan (m).

Secara matematis, hubungan antara F, w, h, dan s dirumuskan sebagai berikut.

Contoh peralatan yang memanfaatkan prinsip bidang miring adalah tangga yang dibuat berkelok-kelok, pisau, kapak, sekrup, dan sebagainya.

Keuntungan mekanis yang akan kamu dapatkan saat menggunakan bidang miring dirumuskan sebagai berikut.

3. Katrol

Katrol adalah pesawat sederhana berupa roda beralur yang dikelilingi oleh tali. Prinsip kerja katrol adalah mengubah arah kerja gaya sehingga beban bisa terangkat dengan mudah. Ternyata, katrol memiliki kesamaan dengan pengungkit lho, yaitu terdiri dari titik tumpu, titik kuasa, dan titik beban. Secara umum, katrol dibagi menjadi tiga, yaitu sebagai berikut.

a. Katrol tetap

Katrol tetap adalah katrol yang posisinya selalu tetap saat digunakan. Contoh katrol tetap bisa kamu lihat di gambar berikut.

Berdasarkan gambar di atas, O berperan sebagai titik tumpu, B sebagai titik beban, dan A sebagai titik kuasa. Dengan demikian, OB = lengan beban dan OA = lengan kuasa. Katrol jenis ini biasa digunakan sebagai pengerek timba di sumur. Keuntungan mekanis katrol tetap, dirumuskan sebagai berikut.

Oleh karena besarnya gaya kuasa digunakan sepenuhnya untuk menarik beban w, maka F = w. Artinya, keuntungan mekanis katrol tetap bernilai 1.

b. Katrol bergerak

Katrol bergerak adalah katrol yang ikut bergerak/ berubah posisi saat digunakan. Contoh katrol bebas bisa kamu lihat di gambar berikut.

Berdasarkan gambar di atas, B berperan sebagai titik tumpu, O sebagai titik beban, dan A sebagai titik kuasa. Dengan demikian, BO = lengan beban dan BA = lengan kuasa. Keuntungan mekanis katrol bergerak adalah 2 karena beban ditopang oleh 2 tali. Katrol jenis ini biasa dipakai untuk mengangkat adonan semen ke lantai atas pada saat pembangunan gedung atau rumah.

c. Katrol majemuk

Katrol majemuk adalah perpaduan antara katrol tetap dan katrol bergerak. Semakin banyak katrol yang digunakan, semakin mudah digunakan untuk mengangkut suatu barang. Keuntungan mekanis katrol majemuk bisa dilihat dari banyaknya tali. Contohnya sebagai berikut.

Katrol majemuk di atas terdiri dari dua katrol bergerak dan 1 katrol tetap. Ketiga katrol dihubungkan oleh sebuah tali sedemikian sehingga terbentuk tiga lilitan tali sesuai nomor di atas, yaitu 1, 2, dan 3. Oleh karena itu, keuntungan mekanisnya = 3.

Apakah Quipperian sudah paham dengan materi pesawat sederhana? Jika sudah paham, yuk simak contoh soal berikut.

Contoh soal 1

Bayu dan Nada bermain jungkat jungkit seperti gambar berikut.

Jarak antara Heri dan titik tumpu adalah 30 cm. Jika massa Heri dan Nada berturut-turut 20 kg dan 25 kg, maka tentukan jarak Nada dari titik tumpu agar jungkat-jungkit menjadi seimbang!

Pembahasan:

Diketahui:

LH = 30 cm

mH = 20 kg

mN = 25 kg

Ditanya: LN =…?

Penyelesaian:

Dalam hal ini, Quipperian harus menggunakan persamaan untuk pengungkit.

Jadi, jarak antara Nada dan titik tumpu adalah 24 cm.

Contoh soal 2

Pak Seno akan memindahkan sebuah kardus berisi buku ke atas rak setinggi  1,2 m. Agar tidak terlalu berat memindahkan kardus tersebut, Pak Seno mengambil sebuah papan sepanjang 150 cm untuk dijadikan bidang miring. Untuk memindahkan kardus tersebut, gaya yang dibutuhkan Pak Seno hanya 400 N. Tentukan berat kardus yang dipindahkan!

Pembahasan:

Diketahui:

F = 400 N

h = 1,2 m

s = 150 cm = 1,5 m

Ditanya: F =…?

Penyelesaian:

Untuk mencari besarnya gaya dorong Pak Seno, gunakan persamaan berikut.

Jadi, berat kardus yang dipindahkan adalah 500 N.

Contoh soal 3

Perhatikan gambar katrol berikut.

Berapakah gaya kuasa yang dibutuhkan untuk mengangkat papan tersebut!

Pembahasan:

Diketahui: w = 20 N

Ditanya: F =…?

Penyelesaian:

Katrol di atas merupakan jenis katrol bergerak. Keuntungan mekanis katrol bergerak adalah 2, sehingga gaya kuasanya dirumuskan sebagai berikut.

Jadi, gaya kuasanya adalah 10 N.

Itulah pembahasan Quipper Blog tentang pesawat sederhana. Semoga materi ini bermanfaat buat Quipperian. Jangan lupa untuk tetap belajar di rumah. Jadikan Quipper Video sebagai mitra belajar yang menyenangkan. Tunggu apa lagi? Yuk, buruan gabung bersama Quipper Video. Temukan ratusan video dan ribuan soal di dalamnya. Salam Quipper!

[spoiler title=SUMBER]

Penulis: Eka Viandari