Pesawat Sederhana

     Setiap hari kamu pasti selalu melakukan usaha. Ada yang mydah dan ada pula yang sulit. Olehkarena itu kadang-kadang kamu memerlukan suatu alat sederhana yang dapat membantumu melakukan usaha. Alat tersebut disebut dengan psawat sederhana. Seperti pekerjaan tukang akan menancapkan paku pada tembok maka diperlukan alat untuk membantu pekerjaan tersebut dan alat tersebut adalah palu. Begitu pula sebaliknya apabila paku tersebut hendak dicabut diperlukan alat bantu untuk mencabutnya dan alat tersebut adalah tang. 

Pesawat sederhana banyak sekali jenisnya dan semuanya dibuat untuk memudahkan kamu melakukan usaha. Prinsip kerja pesawat sederhana dikelompokkan menjadi beberapa bagian, diantaranya tuas, katrol dan bidang miring. Adapun penjelasannya adalah sebagai berikut : 

1. Tuas 

    Salah satu contoh dari tuas adalah jungkat jungkit yang anak-anak suka bermain dengan jungkat jungkit. Tuas memiliki banyak kegunaan diantaranya adalah untuk mengangkat atau memindahkan barang yang berat. Berat beban yang akan diangkat disebut gaya beban (Fb) dan gaya yang digunakan untuk mengangkat batu atau beban disebut dengan gaya kuasa (Fk), jarak antara penumpu dan beban disebut dengan lengan beban (lb) dan jarak antara penumpu dengan kuasa disebut dengan lengan kuasa (lk). 

    Hubungan antara besaran-besaran tersebut menunjukkan bahwa perkalian gaya kuasa dan lengan kuasa (Fklk) sama dengan gaya beban dikalikan dengan lengan beban (Fblb). Artinya besar usaha yang dilakukan kuasa sama dengan besarnya usaha yang dilakukan benan. Oleh sebab itu, pada tuas berlaku persamaan sebagai berikut : 

                        Fklk = Fblb

dengan : 

Fk         = Gaya kuasa (N)

Fb         = Gaya beban (N)

lk          = Lengan kuasa (m)

lb          = Lengan beban (m)

    

    Keuntungan pada pesawat sederhana disebut keuntungan mekanis (KM). Secara umum keuntungan mekanis didefinisikan sebagai perbandingan gaya beban dengan gaya kuasa. Sehingga keuntungan mekanis pada tuas atau pengungkit bergantung pada panjang masing-masing lengan, semakin panjang lengan kuasa maka semakin besar keuntungan mekanisnya. Secara matematis keuntungan mekanis ditulis dengan rumus : 

KM = Fb = lk

           Fk    lb

a. Tuas golongan pertama 

    Yang termasuk kedalam tuas golongan pertama adalah gunting, tang pemotong, gunting kuku dan linggis. Titik tumpu pada tuas golongan pertama berada diantara titik beban dan titik kuasa 

b. Tuas golongan kedua 

    Yang termasuk kedalam tuas golongan kedua adalah gerobak beroda satu, pemotong kertas dan pelubang kertas. Titik beban diantara titik tumpu dan titik kuasa. 

c. Tuas golongan ketiga

    Yang termasuk kedalam tuas golongan ketiga adalah lengan, alat pancingdan sekop. Titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban. 

2. Katrol 

    Katrol digunakan untuk mengambil air atau mengangkat beban yang benar. Katrol merupakan pesawat sederhana yang dapat memudahkan melakukan usaha. Katrol dibedakan menjadi tiga jenis yaitu katrol tetap, katrol bergerak dan katrol berganda. 

a. Katrol tetap 

    Katrol berfungsi untuk membelokan gaya sehingga berat beban tetap sama dengan gaya kuasanya tetapi dapat dilakukan dengan mudah. Keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan satu. Sehingga dapat dijabarkan sebagai berikut : 

KM = Fb = lk = 1

           Fk    lb 

b. Katrol tunggal bergerak 

    Prinsip katrol tungal hampir sama dengan tuas jenis kedua, yaitu titik beban berada diantara titik tumpu dan titik kuasa. Jadi keuntungan mekanis katrol tunggal bergerak adalah : 

KM = Fb = lk = 2

           Fk    lb 

Adapun besar gaya kuasa yang harus dilakukan untuk mengangkat beban adalah : 

Fk lk = Fb lb

Fk (2Lb) = Fb lb

Fk = 1/2 Fb

c. Katrol majemuk atau katrol berganda 

    Manusia selalu berusaha mencari tahu bagaimana caranya agar benda-benda yang relatif besar dan berat dapat diangkat dengan kerja yang dilakukan lebih mudah. Dengan prinsip katrol bergerak, hal tersebut mudah dilakukan. Katrol majemuk merupakan gabungan dari beberapa katrol sehingga kerja yang dilakukan semakin mudah. Keuntungan mekanis dari katrol majemuk bergantung dari banyaknya tali yang dipergunakan untuk mengangkat beban.

3. Bidang miring 

    Ketika kita berada di pasar mungkin kalian pernah melihat orang yang sedang menaikan drum berisi minyak ke sebuah truk. Menurut kalian pesawat sederhana apakah yang dapat digunakan? Pesawat sederhana yang paling cocok untuk membantu pekerjaan tersebut adalah bidang miring. Keuntungan mekanis bidang miring bergantung pada panjang landasan bidang miring dan tingginya. Semakin kecil sudut kemiringan bidang, semakin besar keuntungan mekanisnya. Keuntungan mekanis bidang miring adalah perbandingan panjang (l) dan tinggi bidang miringnya (h), sehingga : 

KM = l/h

    Dalam kehidupan sehari-hari bidang miring yang sering digunakan adalah tangga, lereng gunung, dan berjalan di daerah pegunungan. Sama dengan halnya pada lereng gunung semakin landai lereng gunung maka semakin mudah untuk menaikinya. Jalan berkelok-kelok di daerah pegunungan adalah untuk mendapatan keuntungan mekanis yang cukup besar agar kendaraan dapat menaikinya dengan mudah. 

a. Baji 

    Baji adalah pesawat sederhana yang prinsip kerjanya sama dengan bidang miring. Baji merupakan dua bidang miring disatukan. Baji terbuat dari bahan keras misalnya besi atau baja. Baji digunakan untuk membelah kayu, membelah batu atau benda keras lainnya. Semakin tipis bentuk baji maka akan semakin mudah kerja yang dilakukan. 

b. Sekrup

    Sekrup adalah alat yang digunakan untuk memudahkan kerja. Sekrup merupakan bidang miring yang dililitkan pada sebuah tabung sehingga lilitannya berbentuk spiral. Jarak antara ulir-ulir lilitan sekrup disebut interval sekrup. Contohnya dongkrak mobil, paku ulir, dan baut. 

Usaha dan Daya

A. Usaha 

     Di dalam kehidupan sehari-hari pasti kamu sering mendengar kata usaha yang diartikan sebagai segala sesuatu yang dikerjakan oleh manusia, ataupun kemampuan untuk meraih sesuatu. Misalnya usaha untuk bisa naik kelas, usaha untuk menjadi juara dalam suatu perlombaan. Namun apakah pengertian usaha menurut ilmu Fisika ??

Ketika kamu mendorong menarik suatu benda, berarti kamu telah memberikan pada benda tersebut. Oleh karena itu, usaha sangat dipengaruhi oleh dorongan atau tarikan (gaya). Dengan melihat informasi tersebut jika setelah didorong benda itu tidak berpindah, maka gayamu tidak melakukan usaha. Dengan kata lain usaha juga dipengaruhi oleh perpindahan. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa usaha dihasilkan oleh gaya yang dikerjakan pada suatu benda sehingga benda itu berpindah tempat.

    Apabila gaya disimbolkan dengan F dan perpindahan dengan s, secara matematis usaha dituliskan dalam persamaan berikut : 

                    W = F.s

dengan :

W = Usaha (Joule)

 F = Gaya ( Newton)

 s = Perpindahan (meter)

Usaha memiliki satuan yang sama dengan energi, yaitu Joule. Dengan ketentuan bahwa 1 joule sama dengan besar usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar 1 N dengan perpindahan 1 m. 

Contoh soal Usaha : 

Yudi mendorong meja dengan gaya sebesar 100 N, sehingga meja bergeser sejauh 2 m. Hitung berapa usaha yang dilakukan Yudi ?

Penyelesaian : 

Diketahui     :  F = 100 N

                        s = 2 m

Ditanyakan  :  W = ?

Jawab 

                    :  W = F.s

                       W = (100 N) x (2 m)

                       W = 200 J

Jadi usaha yang dilakukan oleh Yudi adalah sebesar 200 Joule. 

B.  Daya 

      Kita sering mendengar kata daya dalam kehidupan sehari-hari, apa yang dimaksud dengan daya? Untuk itu mari kita pelajari contoh peristiwa di bawah ini !

1. Ira dapat mengangkat 50 buah mangga dalam waktu 20 detik dari tanah ke atas mobil           bak, sedangkan  Ade dapat mengangkat 50 buah mangga dalam waktu 50 detik. 

2. Sepeda motor Ihsan dapat menempuh jarak sejauh 2 km dalam waktu 4 menit, sedangkan      sepeda motor Iko dapat menempuh jarak 2 km dalam waktu 8 menit. 

Dari kedua contoh tersebut dapat dijelaskan bawah : 

1. Usaha yang dilakukan oleh Ira dan Ade sama besar, akan tetapi waktu yang diperlukan         oleh Ira untuk  melakukan usaha tersebut lebih cepat dibandingkan dengan waktu yang        diperoleh oleh Ade. Dikatakan daya yang dimiliki oleh Ira lebih besar dibandingkan daya      yang dimiliki oleh Ade.

2. Usaha yang dilakukan oleh motor Ihsan dan motor Iko sama besar tetapi waktu temph          motor Ihsan lebih cepat dibandingkan dengan motor Iko. dengan demikian motor Ihsan       memiliki daya lebih besar dibadingkan dengan motor Iko.

      Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa daya adalah kecepatan dalam melakukan usaha. Dengan demikian alat yang mempunyai daya yang besar dapat melakukan suatu usaha yang lebih cepat dibandingkan dengan alat yang mempunyai daya kecil. Besar daya dapat ditentukan dengan rumus berikut ini : 

Daya = Usaha yang dilakukan

             Waktu yang diperlukan 

         = W

             t

Karena W = F.s

maka :   P = W

                     t

                 = F.s

                     t

dengan : 

P   = Daya (Watt)

W = Usaha (Joule)

t    = Waktu (sekon)

Besar Daya dipengaruhi oleh tiga faktor, yaitu : 

1. Gaya, semakin besar gaya maka semakin besar dayanya;

2. Jarak perpindahan, semakin jauh jarak perpindahan, semakin besar pula dayanya;

3. Waktu, semakin besar waktu yang diperlukan semakin kecil dayanya.