Manusia menciptakan alat-alat tersebut karena menyadari

Transkripsi

1 Setelah mempelajari materi pesawat sederhana dan penerapannya diharapkan ananda mampu 1. Mendefinisikan pesawat sederhana 2. Membedakan jenis-jenis pesawat sederhana 3. Menjelaskan prinsip kerja pesawat sederhana 4. Menggambarkan penerapan pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari Menurut ajaran agama, manusia adalah makhluk Allah yang paling sempurna di muka bumi. Manusia diberi kelebihan oleh Allah yaitu makhluk yang berpikir sehingga dapat mempelajari dan merenungkan tentang ciptaan Allah. Manusia juga dikatakan sebagai homo faber, artinya manusia dapat membuat alat-alat dan menggunakannya. Manusia menciptakan alat-alat tersebut karena menyadari 1

2 kemampuan inderanya yang terbatas sehingga perlu berupaya untuk membuat peralatan sebagai sarana untuk mencapai tujuannya. Karena itu, sebagai makhluk homo fiber ananda perlu bersyukur diberi kemampuan ini dan memanfaatkan peralatan yang telah dibuat dengan baik sesuai dengan perintah Allah. 2. Pesawat Sederhana Saat belajar di rumah tiba-tiba pensil ananda patah, lalu ananda langsung mengambil peruncing pensil, saat ingin membuka bungkus makanan ananda menggunakan gunting dan juga saat ingin memotong kuku ananda menggunakan pemotong kuku. Perucing pensil, gunting dan pemotong kuku merupakan beberapa contoh dari alat yang memudahkan pekerjaan kita. Alat-alat yang digunakan manusia untuk mempermudah dalam melakukan kerja atau usaha disebut pesawat. Sebuah pesawat berfungsi untuk memperbesar gaya atau usaha. Selain digunakan untuk memperbesar gaya, manusia juga menggunakan pesawat untuk mengubah energi, memindahkan energi, memperbesar kecepatan, dan mengubah arah gerak benda. Secara umum pesawat ada dua macam, yaitu pesawat sederhana dan pesawat rumit. Pesawat sederhana merupakan peralatan yang dibuat sangat praktis dan mudah digunakan. Pesawat sederhana adalah alat sederhana yang dipergunakan untuk mempermudah manusia melakukan usaha. Pengertian lain pesawat sederhana adalah alat yang dapat mengubah besar atau arah dari gaya yang dikerjakan. Pembuka tutup botol, gunting, resleting, dan tang merupakan beberapa contoh pesawat sederhana. Pesawat rumit adalah alat yang dapat membantu pekerjaan manusia yang tersusun dari gabungan beberapa pesawat sederhana. Contoh pesawat rumit antara lain mesin jahit, motor, kipas angin, komputer, sepeda, mobil, robot, dan sebagainya. Berbagai alat dirancang untuk memudahkan pekerjaan manusia. Sebagai contoh pembuatan berbagai jenis robot dengan kepandaian yang berbeda-beda. Kenyataan menunjukkan bahwa tidak ada tangan-tangan robot yang mampu menyamai penciptaan tangan manusia yang bekerja secara sempurna. Allah menciptakan seluruh makhluk dengan sempurna dengan satu perintah saja "Jadilah". Sebagai makhluk ciptaan Allah kita perlu menyadari bahwa tidak ada satupun peralatan yang dibuat oleh manusia dapat menyaingi ciptaan Allah. 2

3 Dalam kehidupan sehari ada beberapa jenis pesawat sederhana yang sering digunakan manusia untuk mempermudah dalam melakukan usaha. Ada beberapa macam pesawat sederhana yang ditemukan antara lain: tuas dan pengungkit, katrol, bidang miring dan roda. Pernahkah ananda melihat tukang batu ingin memindahkan sebuah batu yang besar?. Untuk memindahkan batu tersebut mereka sering menggunakan linggis dari besi sebagai pengungkit. Tuas atau pengungkit adalah jenis pesawat sederhana yang digunakan untuk mengungkit, memindahkan, atau menggeser kedudukan suatu benda yang berat atau berukuran besar. Pada suatu tuas terdapat tiga titik yaitu kuasa, titik tumpu, dan titik beban. Pada tuas juga dikenal dua gaya yaitu gaya kuasa dan gaya beban, dan dua lengan yaitu lengan kuasa dan lengan beban. Bagian-bagian tuas dapat diperhatikan pada Gambar 1. A T B L K Gambar 1. Bagian-Bagian Tuas Keterangan: A = Titik kuasa = Gaya beban (N) T = Titik tumpu L K = Lengan kuasa (m) B = Titik beban L B = Lengan beban (m) = Gaya kuasa (N) Sebelum manusia memikirkan dan membuat tuas untuk mempermudah melakukan usaha, Allah telah lebih dulu memperlihatkan prinsip kerja tuas dalam tubuh manusia. Gaya pada tubuh manusia disebabkan oleh kontraksi otot (biceps dan 3

4 triceps), tulang, dan tendon. Dalam pergerakan bagian tubuh manusia maka bagian ini bertindak sebagai tuas. Dalam hal ini tuas adalah suatu usaha oleh kontraksi otot untuk menggerakkan beban baik dari tubuh sendiri maupun beban dari luar. Sebagai contoh saat kita mengangkat suatu benda dengan menggunakan tangan, maka tangan yang memegang beban menjadi titik beban, lengan menjadi titik kuasa, dan siku menjadi titik tumpu. Keadaan tuas dikatakan setimbang jika perkalian antara gaya beban dengan lengan beban (L B ) sama dengan perkalian antara gaya kuasa dengan lengan kuasa (L K ). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut. x L x B L K Penggunaan tugas dalam kehidupan menyebabkan gaya beban terasa lebih ringan sehingga diperoleh keuntungan. Keuntungan yang diperoleh dari pesawat sederhana dinamakan keuntungan mekanik. Keuntungan mekanik pada tuas dinyatakan sebagai perbandingan antara gaya beban yang diangkat dengan gaya kuasa yang diperlukan atau perbandingan antara lengan kuasa dengan lengan beban. Secara matematika keuntungan mekanik dapat dituliskan dalam bentuk: K m L L K B Keuntungan mekanik pada tuas bergantung pada panjang masing-masing lengan. Semakin panjang lengan kuasanya, maka keuntungan mekaniknya akan semakin besar. Jika panjang tuas 4 m, keuntungan mekanisnya adalah... Tuas dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu tuas jenis pertama, tuas jenis kedua, dan tuas jenis ketiga. Perbedaan ketiga jenis jenis tuas tersebut didasarkan pada posisi sistem kerjanya. a. Tuas Jenis Pertama Karakteristik dari tuas jenis pertama adalah posisi titik tumpu berada di antara beban dan kuasa. Tuas jenis ini bekerja dengan memperbesar gaya yang diberikan. Beban Kuasa Titik tumpu 4

5 Gambar 2. Tuas Jenis Pertama Pemanfaatan tuas jenis pertama banyak ditemukan dalam kehidupan seharihari. Contohnya adalah gunting, jungkat jangkit, pemotong kuku, penjepit jemuran, dan tang. Pada tubuh manusia tuas jenis pertama ditemukan pada tengkorak dan tulang leher. Kenapa tuas pada tengkorak dan tulang leher termasuk pada jenis tuas pertama?. b. Tuas Jenis Kedua Karakteristik dari tuas jenis pertama adalah beban tuas jenis kedua terletak di antara titik tumpu dan kuasa. Beban Kuasa Titik tumpu Gambar 3. Tuas Jenis Kedua Contoh tuas jenis kedua dalam kehidupan adalah pembuka tutup botol, gerobak dorong beroda satu, alat pemotong kertas, dan alat pemecah kemiri. Apa contoh lain dari tuas jenis kedua dalam kehidupan sehari-hari?. Dalam tubuh manusia prinsip tuas jenis kedua ditemukan pada kaki wanita menggunakan sandal berhak tinggi. Bagaimana ananda dapat menjelaskannya?. c. Tuas Jenis Ketiga Karakteristik tuas jenis ketiga adalah posisi kuasa yang terletak di antara titik tumpu dan beban. Tuas jenis ketiga bekerja dengan cara memperbesar gerakan. Kuasa Beban Titik tumpu Gambar 4. Tuas Jenis Ketiga Pemanfaatan tugas jenis ketiga dalam kehidupan sehari antara lain: sekop, staples, penjepit kue, dan pinset. Pada tubuh manusia contohnya adalah saat mengangkat suatu 5

6 benda dengan menggunakan tangan, maka tangan yang memegang beban menjadi titik beban, lengan menjadi kuasa, dan siku menjadi titik tumpu. Pastinya ananda sudah tahu seperti apa itu katrol. Ketika menimba air di sumur atau ketika para pekerja bangunan sedang mengangkat beberapa bahan dari lantai bawah ke lantai bagian atas. Alat yang digunakan untuk mempermudah usaha dinamakan katrol. Katrol adalah salah satu jenis alat pesawat sederhana yang terdiri atas roda berporos dengan tali sebagai penghubungnya. Pengertian lain dari katrol adalah sebuah roda yang disekelingnya diberi tali dan dipakai untuk mempermudah pekerjaan manusia. Suatu katrol biasanya terbuat dari material yang tahan aus dan memiliki kekuatan yang cukup. Sebagai contoh bahan katrol adalah baja karbon menengah. ungsi utama dari katrol adalah untuk memudahkan kita mengangkat beban yang berat. Katrol digunakan untuk memudahkan kita mengangkat beban yang berat. Berdasarkan cara kerjanya, katrol merupakan pengungkit karena memiliki titik tumpu, kuasa, dan beban. Secara umum katrol dapat dibedakan menjadi katrol tetap, katrol bergerak, dan katrol ganda. a. Katrol tetap Katrol tetap adalah katrol yang jika digunakan untuk melakukan usaha, tidak berpindah tempat melainkan hanya berputar pada porosnya. L K L B Gambar 5. Katrol Tetap 6

7 Contohnya adalah katrol yang digunakan untuk menimba air di sumur dan pada tiang bendera merupakan contoh katrol tetap dalam kehidupan sehari-hari. Keuntungan mekanis katrol tetap dapat dicari dengan membandingkan antara beban yang diangkat dengan kuasa. Jika gesekan antara tali dan katrol diabaikan maka keuntungan mekanis katrol tetap dapat dituliskan dalam bentuk x L x B L K Bentuk katrol adalah berupa lingkaran sehingga jar-jari katrol sama. Dengan alasan ini lengan L B = L K sehingga =, artinya gaya yang dikerjakan untuk mengangkat benda sama dengan berat benda yang diangkat. Keuntungan mekanis katrol tetap adalah 1 (satu). Secara matematis dapat dituliskan seperti: K m 1 Keuntungan menggunakan katrol tetap, yaitu arah gaya kuasa searah dengan gaya berat beban. b. Katrol Bergerak Katrol bergerak adalah katrol yang dapat bergerak bebas apabila digunakan untuk mengangkat benda. Pada katrol bergerak, gaya yang dikerjakan sama dengan setengah berat benda. Contoh pemanfaatan katrol bebas adalah pada alat pengangkat peti kemas 7

8 Gambar 6. Katrol Bergerak Pada katrol bergerak titik tumpu berada dititik A, kuasa dititik B, dan beban dititik O. Keuntungan mekanis katrol bergerak merupakan perbandingan antara lengan kuasa dengan lengan beban dimana bernilai 2. Secara matematis dapat dirumuskan: K m 2 Pada katrol bergerak gaya kuasa yang diperlukan untuk mengangkat sebuah beban dengan berat adalah setengah dari berat beban. Karena itu, fungsi katrol bergerak adalah untuk mengubah arah gaya dan memperbesar gaya. c. Sistem Katrol Katrol kombinasi merupakan gabungan katrol tetap dan katrol bergerak yang disebut sistem katrol. Dengan kata lain sistem katrol adalah katrol majemuk yang terdiri atas katrol-katrol tetap dan katrol-katrol bergerak. Sistem katrol biasanya digunakan untuk mengangkat beban yang massanya besar. Biasanya sistem katrol ini digunakan untuk mengangkat beban yang massanya dalam orde ton misalnya peti kemas. Dengan sistem katrol, kuasa diperlukan untuk mengangkat beban yang besar dapat semakin diperkecil. Sistem katrol dapat menggunakan dua katrol dimana satu sebagai katrol tetap dipasang ditas dan satu lagi sebagai katrol penggerak. Sistem katrol juga dapat menggunakan tiga atau empat katrol. Suatu contoh system katrol dapat diperhatikan pada Gambar Gambar 7. Katrol Ganda 8

9 Keuntungan mekanik dari sistem katrol tergantung pada jumlah katrol dan tali yang menanggung beban. Dengan menggunakan katrol berganda, keuntungan mekanisnya akan lebih besar. Jika gaya gesekan katrol diabaikan, hubungan antara gaya dan beban pada system katrol dapat ditulis dalam bentuk: Dimana: 2 n = Beban (N) = Gaya (N) N = Jumlah katrol Keuntungan mekanik dari sistem pegas dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara beban dengan kuasa dan dapat dirumuskan dalam bentuk: K M 2 n Keuntungan mekanik pada sistem katrol tergantung pada banyaknya katrol yang ada pada sistem katrol. Contoh pada katrol majemuk yang terdiri dari 4 katrol, berapakah keuntungan mekaniknya?. Karena sistem terdiri dari empat katrol, maka keuntungan mekaniknya adalah 4. Contoh soal: Sebuah benda yang beratnya 2000 N akan diangkat dengan katrol majemuk. Jika gaya yang dikerjakan hanya 400 N, berapakah banyaknya katrol yang harus digunakan?. Diketahui : = 2000 N Jawab : Km = 400 N Jadi, jumlah katrol yang diperlukan pada system adalah 5 buah 9

10 Suatu hari ananda dan keluarga pergi berlibur menuju suatu puncak gunung a- tau bukit. Ketika melewati lereng gunung bagaimana bentuk lintasan hingga kita tiba di puncak gunung tersebut? Mengapa demikian? Memindahkan benda dari suatu tempat ke tempat yang lebih tinggi akan terasa berat jika langsung diangkat. Dengan menggunakan bidang miring hal tersebut dapat lebih mudah untuk dilakukan. Mengapa orang mesir kuno sebelum masehi memanfaatkan bidang miring untuk mengangkat batu raksasa ketika membangun piramida?. Gambar Jalan menuju perbukitan dibuat melereng, agar mudah mencapai puncak bukit Bidang miring merupakan istilah untuk menyatakan bidang datar yang membentuk suatu sudut dari permukaan horizontal. Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut yang bukan sudut tegak lurus terhadap permukaan horizontal. Pengertian lain dari bidang miring adalah sebuah pesawat sederhana yang digunakan untuk memudahkan pemindahan suatu beban ke tempat yang lebih tinggi dengan cara mendorong beban dari pada dengan mengangkat Gambar menggunakan bidang miring memudahkan manusia untuk memindahkan barang jika dibandingkan harus mengangkatnya beban tersebut. Seorang mendorong beban pada bidang miring diperlihatkan Gambar 6 Pada bidang miring usaha yang diperlukan untuk mengangkat suatu beban dengan berat dengan gaya dan perpindahan sejauh Sama energi potensial yang dimiliki benda pada ketinggi h. s x h Besarnya gaya yang diperlukan untuk memindahkan benda dari posisi A ke posisi B adalah: x h s 10

11 Keterangan: s = Panjang bidang miring (m) h = Tinggi bidang miring (m) = Berat beban (N) = Gaya yang diperlukan (N) Keuntungan mekanis dari bidang miring adalah perbandingan antara berat beban dengan gaya yang diperlukan dan dapat dirumuskan dalam bentuk: K m s h Dalam kehidupan sehari-hari, prinsip kerja bidang miring digunakan pada pembuatan jalan-jalan di bukit dan pegunungan, sekrup, resleting, dan tangga. Sekrup bekerja dengan menggunakan prinsip bidang miring. Pada sekrup terdapat silinder dan uliran yang bekerja bersamaan. Jika sekrup diputar satu kali maka kepala sekrup dan sumbu sekrup akan bergerak melingkar satu kali. Besar keuntungan mekanis dari sekrup dirumuskan sebagai berikut. keliling sekrup K m interval sekrup Dimana Km = keuntungan mekanis sekrup Keliling sekrup = jumlah keliling yang ada pada sekrup Interval sekrup = jumlah keliling yang ada pda sekrup Keuntungan menggunakan bidang miring adalah memperkecil usaha yang dilakukan dengan menambah jarak tempuh. Kelemahan dari pesawat ini adalah untuk menggunakannya diperlukan waktu yang relatif lebih lama. a. Baji Baji adalah pesawat sederhana yang prinsip kerjanya sama dengan bidang mi- 11

12 ring. Baji merupakan buah bidang miring yang disatukan. Baji terbuat dari bahan yang keras seperti besi atau baja. Baji digunakan untuk membelah kayu, membelah batu, atau benda keras lainnya. Semakin tipis bentuk baji maka semakin mudah kerja yang dilakukan. Salah satu alat yang sering dijumpai menggunakan prinsip baji adalah kapak. b. Sekrup Gambar Roda Sepeda dan Porosnya 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. Pesawat sederhana yang sering kamu jumpai dalam kehidupan sehari-hari yang prinsip kerjanya berdasarkan sekrup adalah dongkrak mobil mekanik, paku ulir, dan baut. Gambar Roda Sepeda dan Porosnya Roda dan poros merupakan pesawat sederhana yang terdiri atas sebuah roda berputar yang dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar bersama-sama. Roda dan poros merupakan pesawat sederhana yang berfungsi memperbesar kecepatan dan gaya. Roda berporos ini banyak ditemukan pada alat-alat seperti setir mobil, setir kapal, roda sepeda, roda 12

13 kendaraan bermotor, dan gerinda. Kecepatan yang dihasilkan oleh sepeda diperoleh dari perbandingan antara jarijari roda dan jari-jari poros (gir). Misalnya, pada sepeda balap. Jika gir belakang disetel pada jari-jari terkecil ma- Gambar Roda Sepeda dan Porosnya ka sepeda akan melaju dengan kencang. Jika gir roda belakang disetel pada jari-jari yang besar maka laju sepeda balap akan melambat. Keuntungan mekanis yang diperoleh dari roda dan poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut. K m jari jariroda jari jariporos Pada benda dilempar vertikel ke atas dengan suatu kecepatan awal v o terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi potensial. Semakin tinggi posisi benda energi 13