 |
| Usaha dan Pesawat Sederhana |
Kita lihat pedagang keliling antara lain penjual bakso, penjual roti yang berkeliling dan lain-lain. Mereka dengan mudahnya memindahkan atau berkeliling kampung dengan gerobak dorongnya. Dengan menggunakan gerobak dorong ini untuk memindahkan barang dagangannya yang berat lebih mudah daripada mengangkat dengan tangan. Untuk memahaminya hal tersebut, mari kita pelajari bersama tentang usaha dan pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari itu.
A. Usaha
Kegiatan usaha dalam kehidupan sehari-hari misalnya; mendorong gerobak. mendorong meja, dan lain sebagainya. Rumusan untuk Usaha yaitu
W = F . Δs
dengan
- W = usaha (joule)
- F = gaya (newton)
- Δs = perpindahan (meter)
Semakin besar gaya yang digunakan untuk memindahkan benda, semakin besar pula usaha yang dilakukan. Semakin besar perpindahan benda, semakin besar pula usaha yang dilakukan.
Mari lihat peristiwa berikut ini!
Gani mendorong meja dengan gaya sebesar 100 N sehingga meja tersebut berpindah sejauh 10 m. Sedangkan Karni mendorong meja lainnya dengan ukuran dan massa yang sama dengan gaya sebesar 400 N sehingga meja tersebut berpindah sejauh 40 m. Berapakah besar usaha yang dilakukan oleh Gani dan Karni?
Diketahui:
FGani = 100 N ΔsGani = 10 m
FKarni = 400 N Δskarni = 40 m
Ditanya; WGani dan WKarni
Jawab:
W = F . Δs
- WGani = 100 N . 10 m = 1.000 J
- WKarni = 400 N . 40 m = 16.000 J
Jadi besar usaha yang dilakukan oleh gaya dorong Gani adalah 1.000 J dan besar usaha yang dilakukan oleh gaya dorong Karni adalah 16.000 J
Dari data diatas, antara Gani dan Karni yang mengeluarkan energi paling banyak untuk memindahkan meja?. Laju energi atau daya (P) adalah besar energi yang digunakan dalam setiap detik. Dapat dituliskan sebagai berikut;
P = W/t
Dengan
- P = daya (watt)
- W = usaha (joule)
- T = waktu (sekon)
Mari kita cermati peristiwa berikut ini!
Doni memindahkan meja dengan usaha sebesar 1.000 J dalam waktu 10 sekon, sedangkan Roni memindahkan meja tersebut dengan usaha sebesar 16.000 J dalam waktu 40 sekon. Berapakah daya yang dikeluarkan Doni dan Roni untuk memindahkan meja?
Diketahui:
- W.doni = 1.000 J t.doni = 10 s
- W.roni = 16.000 J t.roni = 40 s
Jawab;
P = W/t
- P.doni = W.doni/t.doni = 1000 J/10 s = 100 watt
- P.roni = w.roni/t.roni = 16000 J/40 s = 400 watt
Jadi, daya yang dikeluarkan Roni adalah sebesar 100 watt dan roni adalah sebesar 400 watt.
B. Pesawat Sederhana
Pesawat sederhana adalah semua alat bantu yang susunannya sederhana dan dapat memudahkan pekerjaan manusia. Beberapa contohnya yaitu tuas, bidang miring dan katrol.
C. Jenis -Jenis Pesawat Sederhana
1. Katrol
Perhatikan ketika kamu menaikkan bendera ke ujung tiang atas. Petugas penarik bendera memanfaatkan katrol tetap yang berfungsi untuk mengubah arah gaya. Jika tali yang terhubung pada katrol ditarik ke bawah, maka secara otomatis bendera aka dapat naik ke atas.
Katrol merupakan roda yang berputar pada sebuah poros yang diberi tali atau rantai pada bagian sisinya. Katrol berguna untuk mengangkat benda atau menarik suatu beban. Pada prinsipnya, katrol merupakan pengungkit karena memiliki titik tumpu, kuasa, dan beban. Katrol digolongkan menjadi empat, yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol ganda (takal), dan blok katrol.
a. Katrol tetap
Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berubah pada saat digunakan dan cara menariknya dari bawah. Contoh peralatan yang menggunakan katrol tetap adalah tiang bendera, kerekan timba sumur, dan kerekan sangkar burung.
b. Katrol bebas
Katrol bebas yaitu katrol yang posisinya selalu berubah dan tidak dipasang pada tempat tertentu. Katrol jenis ini biasanya ditempatkan di atas tali yang kedudukannya dapat berubah. Salah satu ujung tali diikat pada tempat tertentu. Jika ujung yang lainnya ditarik maka katrol akan bergerak. Katrol jenis ini sering digunakan tukang bangunan untuk mengangkat barang-barang pada bangunan bertingkat tinggi.
c. Katrol ganda/takal
Katrol ganda merupakan perpaduan dari katrol tetap dan katrol bebas. Kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Pada katrol ganda, beban dikaitkan pada katrol bebas. Salah satu ujung tali dikaitkan pada penampang katrol tetap. Jika ujung tali yang lainnya ditarik maka beban akan terangkat serta bergeraknya ke atas.
d. Blok katrol
Blok katrol adalah gabungan dari beberapa katrol yang dipasang secara berdampingan. Dengan blok katrol ini gaya yang kita keluarkan untuk memindahkan beban semakin kecil. Makin banyak roda blok katrol, makin kecil gaya yang dibutuhkan untuk pemindahan beban. Blok katrol biasanya dipergunakan pada mesin-mesin penggerak. Dalam keseharian, blok katrol sering digunakan untuk mengangkat benda berat, misalnya peti kemas di pelabuhan.
Keuntungan mekanis dari katrol bebas adalah lebih besar dari 1. Pada kenyataannya nilai keuntungan mekanis dari katrol bebas tunggal adalah 2. Hal ini berarti bahwa gaya kuasa 1 N akan mengangkat beban 2 N. Pada katrol majemuk yang merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem yang terpadu. Keuntungan mekanis dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban. Keuntungan mekanis (KM) adalah bilangan yang menunjukkan berapa kali pesawat sederhana menggandakan gaya.
KM = Gaya Beban / Gaya Kuasa = Fb / Fk
Cara menghitung besar perbandingan gaya beban dengan gaya kuasa yang diberikan pada benda.
2. Roda Berporos
Mari kita perhatikan roda sepeda atau roda sepeda motor. Roda gigi (gear) dan ban pada sepeda dan sepeda motor adalah salah satu contoh pesawat sederhana yang tergolong roda berporos. Pada roda berporos, roda gigi berfungsi sebagai pusat pengatur gerak roda sepeda yang terhubung langsung dengan roda sepeda, sedangkan roda sepeda menerapkan menerapkan prinsip roda berporos untuk mempercepat gaya saat melakukan perjalanan.
3. Bidang Miring
Contoh penerapan bidang miring adalah tangga, sekrup dan pisau. Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga dapat memperkecil gaya kuasa.
KM = Gaya Beban / Gaya Kuasa = Fb / Fk
Karena segi tiga yang besar sebangun dengan segitiga yang kecil, maka
Fb / Fk = l / h
sehingga, KM.bidang miring = l/h
Dengan:
- KM = keuntungan mekanis
- FB = gaya beban
- FK = gaya kuasa
- l = panjang bidang miring
- h = tinggi bidang miring
4. Pengungkit
Salah satu jenis pesawat sederhana yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari yaitu pengungkit. Contohnya; gunting, jungkat-jungkit, pembuka botol dan lain-lain. Kegunaan pengungkit yaitu dapat memudahkan usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya. Untuk mengetahui besar gaya, dapat dihitung dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban. Panjang lengan kuasa adalah jarak dari tumpuan sampai titik bekerjanya gaya kuasa. Panjang lengan beban adalah jarak dari tumpuan sampai dengan titik bekerjanya gaya beban.
D. Prinsip Kerja Pesawat Sederhana Pada Sistem Gerak Manusia
Prinsip pesawat sederhana juga berlaku pada struktur otot dan rangka manusia. Pada lengan manusia, pada saat mengangkat barbel telapang tangan yang menggenggam barbel berperan sebagai gaya beban, titik tumpu berada pada siku (sendi antara lengan atas dan lengan bawah), dan kuasanya adalah lengan bawah.