പെസവറ്റ് സെടെര്‍ഹാന

Pesawat sederhana adalah setiap alat yang mempermudah kita
melakukan usaha. Pada dasarnya, ada 4 macam pesawat sederhana, yaitu tuas, katrol, bidang miring, dan roda gigi.





Tuas adalah pesawat sederhana yang berbentuk batang keras sempit yang dapat berputar di sekitar satu titik. Titik ini disebut titik tumpu (fulkrum).

Contoh tuas yang paling banyak dikenal adalah linggis. Linggis berbentuk satu batang besi yang digunakan untuk memudahkan menggesersuatu benda berat yang secara langsung sukar digeser oleh otot manusia.



Titik C adalah titik tumpu. Titik A yaitu tempat mengerahkan gaya otot untuk menekan beban ke bawah yang disebut titik kuasa. Gaya tekan yang dikerjakan, yaitu F, disebut Kuasa. Titik B dimana berat batu besar menekan yang disebut titik beban. Berat batu yang diangkat yaitu w, disebut beban. Jarak titik beban ke titik tumpu, yaitu BC, disebut lengan beban (diberi lambang lw). Sedangkan jarak titik kuasa ke titik tumpu, yaitu AC disebut lengan kuasa (diberi lambang lf).

Pada ilustrasi di atas, lengan kuasa AC = 3 m dan lengan beban BC = 1,5 m. Jika kita mengerjakan kuasa 40 N, ternyata kita masih mampu mengangkat. Dengan demikian, tuas berfungsi untuk pembesar gaya (pengali gaya). Ini berarti untuk untuk mengangkat atau menggeser sebuah beban berat, kita harus mengerjakan kuasa yang lebih kecil daripada beban.

”Keuntungan mekanis adalah Perbandingan antara beban yang diangkat dan kuasa yang dilakukan.”

Secara matematis, dapat dirumuskan :

KM = w
F

KM = Keuntungan Mekanis
w = beban
F = kuasa

Contoh soal :
Diketahui beban suatu benda adalah 80 N dan Kuasa 40 N. Berapa keuntungan mekanisnya ?

Diket : w = 80 N
F = 40 N

Ditanya : KM ?
Jawab : KM = w = 80 N = 2
F 40 N

Secara matematis, prinsip tuas dapat dirumuskan :

F x lF = w x lw

Sehingga dapat dirumuskan :

F = lw
w = lF

Dan keuntungan mekanis, dapat dirumuskan :

KM = F = lw
w = lF

1. Macam - macam tuas

Berdasarkan pada letak titik tumpu terhadap kuasa dan beban,
tuas dikelompokkan menjadi tiga kelas, yaitu tuas kelas pertama, tuas kelas kedua, dan tuas kelas ketiga.



1) Tuas kelas pertama

Pada tuas kelas pertama, titik tumpu selalu berada diantara kuasa dan
beban. Semakin dekat letak titik tumpu ke beban makin besar keuntungan mekanis tuas. Beberapa contoh tuas kelas pertama adalah gunting, linggis, tang, dan pembuka kaleng.



2) Tuas kelas kedua

Pada tuas kelas kedua, titik beban berada diantara titik tumpu dan
beban. Semakin dekat letak titik tumpu dari beban, makin besar keuntungan mekanis pesawat dan ini berarti makin mudah kuasa yang kecil untuk mengangkat beban yang berat. Contoh tuas kelas dua, yaitu gerobak dorong beroda satu, catut pencabut paku, pembuka tutup botol, dan stapler.



3) Tuas kelas ketiga

Pada tuas ketiga, titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban.
Tuas kelas tiga, hanya dapat memindahkan benda lebih jauh. Contoh, sapu.



Contoh soal :

Sebuah linggis digunakan untuk memindahkan sebongkah batu yang terletak di tanah. Ujung linggis ditumpu pada jarak 1 m dari ujung linggis yang disusupkan ke tanah. Jika berat batu 300 N dan panjang linggis 4 m, berapakah :
a. Kuasa minimum yang harus dilakukan untuk dapat mengangkat batu tersebut
b. Keuntungan mekanis tuas ini
c. Jauh batu tersebut terangkat jika titik kuasa turun 1 m ?

Diket : lw = 1 m
lF = 3 m
wbatu = 300 N
Ditanya : a. Fminimum
2. KM
3. Lw, jika lF = 1m

Jawab :
a. w x lw = F x lF
300 N x 1m = F x 3 m
300 Nm = F x 3m
F = 300 Nm = 100 N
3 m

b. KM : lf = 3 m = 3
lw = 1 m

c. WF = Ww
F. lF = w. lw
100 N. 1m = 300 N. lw
100 Nm = 300 N. lw
Lw = 100 Nm = 1 m
300N 3

Jadi, a. 100 N
b. 3
c. 1 m
3



Katrol adalah mesin sederhana yang terdiri dari sebuah roda beralur di mana seutas tali atau rantai dapat bergerak ulang – alik.

1. Katrol Tunggal Tetap

Katrol tunggal tetap berfungsi mengubah arah gaya tarik dari menarik ke
atas menjadi menarik ke bawah. Dengan katrol tunggal tetap, arah gaya tarik diubah menjadi ke bawah. Sekarang, gaya tarik otot searah dengan gaya berat, sehingga gaya otot ketika menarik tali ke atas dibantu oleh gaya berat. Oleh karena itu, pekerjaan menaikkan timba terasa berat.



Kita dapat menghitung keuntungan mekanis sebuah katrol tunggal tetap dengan menerapkan konsep tuas. Pada katrol tetap, pusat katrol (c) terpasang pada tempat yang tetap, sehingga katrol tidak dapat bergerak ke atas dan ke bawah, melainkan hanya berputar.


Katrol tetap dapat kita anggap sebagai tuas dengan titik tumpu C, titik beban B, titik kuasa A, lengan beban = Lw = BC, lengan kuasa lF = AC, beban = w, dan Kuasa = F. Secara matematis dapat dirumuskan :

KM = lF = AC = 1, sebab AC = BC
lw = BC

Karena KM sama dengan satu, maka jelas bahwa katrol tunggal tetap tidak memperbesar gaya, melainkan hanya merubah arah gaya sehingga searah dengan arah gaya berat kita.


2. Katrol tunggal bergerak



Yaitu katrol dengan penempatan sedemikian sehingga pada saat katrol
dipakai, katrol dapat bergerak dengan bebas. Prinsip kerjanya sama dengan pengungkit jenis kedua yaitu titik beban terletak di antara titik tumpu dan titik kuasa. Keuntungan katrol tunggal bergerak sama dengan 2. Pada katrol tersebut lengan kuasa dua kali lengan beban sehingga :

KM = lk karena lk = 2 lb
lb

= 2lb =2
lb

3. Sistim katrol

Sebuah takal bisa menggunakan 3 katrol, diantaranya 2 katrol tetap dan 1
katrol bergerak. Perhatikan gambar, ada 3 kali yang menanggung beban w (diberi nomor 1,2,3), sehingga secara teoretis, kuasa F sama dengan sepertiga beban. Keuntungan mekanis takal dengan tiga katrol ini adalah :

KM = w = w = 3
F = 1/3w








Bidang miring adalah suatu permukaan miring yang penampangnya berbentuk segitiga. Untuk bidang miring apapun, selalu berlaku keuntungan mekanisnya sama dengan nilai perbandingan antara panjang bidang miring (s) dan tinggi bidang miring (h). Makin landai bidang miring, makin besar keuntungan mekanis bidang miring.

Secara matematis, dapat dirumuskan :

KM = s
h

Keterangan :
KM = Keuntungan Mekanis
s = panjang
h = tinggi

Bidang miring sebagai pesawat sederhana tidak mengurangi usaha yang harus dilakukan. Bidang miring berfungsi mengalikan gaya, sehingga usaha menjadi lebih mudah kita lakukan. Gaya yang lebih besar harus dibayar dengan perpindahan jauh..

1. Baji

Baji termasuk bidang miring, tetapi bidang miring yang bergerak. Jadi, pada baji, benda diam di atas bidang miring, dan bidang miring itu sendiri yang bergerak menaikkan sepeda.



Baji adalah sebatang logam yang salah satu ujungnya dibuat lebih tipis. Baji disusun dari dua bidang miring yang disatukan beradu sisi. Baji digunakan untuk membelah kayu. Ketika baji dipukulkan ke kayu, kedua bidang miring bergerakjauh untuk masuk sedikit ke dalam kayu. Ini menghasilkan pengali gaya dan sekaligus mengubah rah gaya, sehingga gaya vertikal kecil yang diberikan baji berubah menjadi gaya menyamping yang jauh lebih besar. Dengan demikian, baji mampu membelah kayu yang paling kuat.

Contoh baji adalah pisau dan kampak. Makin panjang dan tipis sebuah baji maka makin kecil gaya kuasa yang diperlukan untuk membelah kayu.

2. Sekrup

Sekrup merupakan bidang miring yang bergerak. Sekrup adalah suatu bidang miring yang dililitkan mengitari sebuah batang sebagai pusat, sehingga membentuk spiral. Ketika kita memutar sebuah kepala sekrup dengan obeng sebagai tuas, setiap putaran yang kita lakukan hanya menggerakkan sekrup masuk sedikit, yaitu sama dengan jarak antarulir.



Makin pendek jarak antarulir, makin panjang jarak yang ditempuh sekrup untuk masuk ke dalam kayu. Hal ini menghasilkan pengali gaya. Kuasa kecil yang diberikan ketika memutar sekrup dengan obeng menghasilkan gaya besar yang sanggup melawan gaya hambatan kayu yang besar. Dengan demikian, sekrup mudah masuk ke dalam kayu.






Roda gigi besar memberikan gaya yang lebih besar, sehingga kuasa yang diperlukan lebih kecil, tetapi ini harus dibayar dengan kecepatan putar yang lebih lambat. Sebaliknya, roda gigi kecil memberikan kecepatan putar yang lebih cepat, tetapi ini memberikan gaya yang lebih kecil, sehingga harus dibayar dengan kuasa yang lebih besar.



Roda gigi termasuk suatu pesawat sederhana yang selain mengubah besar gaya dengan kecepatan putar, juga dapat mengubah arah putaran. Roda dan poros juga tergolong sebagai pesawat sederhana yang prinsipnya serupa dengan roda gigi.