PESAWAT SEDERHANA

Pesawat sederhana merupakan peralatan yang dapat memudahkan dan mempercepat pekerjaan manusia. Dalam kehidupan sehari-hari , pesawat sederhana digunakan oleh manusia dengan tujuan-tujuan tertentu yaitu :

1.  Memperbesar gaya atau kemampuan
2. Mengubah arah gaya
3. Memperbesar kecepatan atau perpindahan

Jenis-jenis Pesawat Sederhana

• Tuas (Pengungkit)

Tuas merupakan jenis pesawat sederhana yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Tuas memudahkan usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya. Akan tetapi, tuas tidak dapat mengurangi besar usaha. Besar gaya yang dilipatgandakan oleh pengungkit dapat diketahui dengan menghitung keuntungan makeniknya. Keuntungan mekanik merupakan perbandingan antara beban yang diangkat dengan gaya (kuasa) yang diberikan. Makin besar beban yang dapat diangkat oleh gaya, makin besar keuntungan mekanik pada tuas. 

Adapun cara lain untuk menghitung keuntungan mekanik yaitu dengan membagi panjang lengan kuasa dengan lengan beban. Panjang lengan kuasa adalah jarak titik tumpu dengan titik gaya bekerja. Sedangkan Panjang lengan beban adalah jarak titik tumpu dengan gaya beban. Perhatikan gambar 1.1  di bawah ini. Jika dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut :

gb. 1.1 Posisi lengan kuasa dan lengan beban

Berdasarkan letak titik tumpu, titik beban, dan titik kuasa, tuas terbagi menjadi 3 macam, yaitu tuas jenis pertama, tuas jenis kedua, dan tuas jenis ketiga. Perhatikan tabel pengelompokan jenis-jenis tuas berdasarkan letak titik tumpu, titik kuasa, dan titik beban di bawah ini :

Pada tuas terdapat kuasa, beban, lengan kuasa, dan lengan beban. Diantara keempat komponen tersebut, berlaku hubungan sebagai berikut :

Praktikum Tuas (Pengungkit)

• Katrol

Pernahkah kamu mengambil air dari sumur menggunakan timba? ketika mengambil air dari sumur menggunakan timba, kamu memanfaatkan katrol untuk mempermudah pekerjaanmu. Katrol adalah sebuah roda yang sekelilingnya diberi tali dan digunakan untuk mempermudah pekerjaan manusia. Katrol sangat baik digunakan untuk memindahkan beban ke atas. Berdasarkan prinsip kerjanya, katrol dibedakan menjadi 3 macam yaitu katrol tetap, katrol bergerak, dan katrol takal. 

Katrol Tetap

Katrol tetap memiliki lengan kuasa yang sama panjang dengan lengan beban. Jika lengan beban dan lengan kuasa pada katrol tetap sama panjang maka gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban bernilai sama dengan berat beban. Titik tumpu merupakan pusat lingkaran katrol yang diberi simbol huruf A, kemudian AB dan AC masing-masing disebut lengan beban dan lengan gaya. Keuntungan katrol jenis ini sama dengan 1. Hal ini dikarenakan perbandingan lengan beban dan lengan gaya sama dengan 1. Oleh karena itu, keuntungan mekanik katrol tetap sebagai berikut :

Katrol tetap tidak memiliki keuntungan mekanik, tetapi katrol tetap memiliki keuntungan arah gaya. Contoh penerapan katrol tetap seperti katrol yang digunakan untuk menimba air dan katrol yang terpasang pada tiang bendera.

Katrol Bergerak

Gambar 1.2 Katrol Bergerak

Katrol bergerak memiliki prinsip yang sama dengan tuas yaitu titik beban terletak di antara titik tumpu dan titik kuasa. Pada katrol bergerak, salah satu ujung tali terikat sehingga dianggap tetap, sedangkan ujung tali yang lain di tarik keatas dengan gaya F. Perhatikan gambar 1.2. Benda yang diangkat pada katrol bergerak digantung pada poros katrol. Pada gambar tersebut titik A sebagai titik beban,  titik B sebagai titik tumpu, dan titik C sebagai titik kuasa. Jika jarak AB sebagai lengan beban (lb) dan jarak BC sebagai lengan kuasa (lk), nilai lengan kuasa dua kali dari lengan beban (lk = 2lb). 

Besar kuasa (F) yang dibutuhkan untuk mengangkat beban (w) dirumuskan sebagai berikut :

           

Keuntungan mekanik katrol bergerak sebagai berikut :

Jadi keuntungan mekanik katrol bergerak bernilai 2. Keuntungan mekanik katrol bergerak juga dapat ditentukan dengan melihat banyak tali yang menggantung katrol. Pada gambar katrol bergerak terdapat 2 tali yang menggantung sehingga keuntungan mekanis katrol tersebut bernilai 2. Katrol bergerak banyak ditemukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.

Katrol Majemuk

Gambar 1.3 Katrol Majemuk

Katrol majemuk adalah katrol yang terdiri atas katrol tetap dan katrol bergerak. Keuntungan mekanis  dari katrol majemuk tergantung pada jumlah tali yang digunakan untuk mengangkat beban. Sebagai contoh perhatikan gambar 1.3, gambar tersebut menunjukkan sistem katrol majemuk dengan dua katrol sebagai katrol tetap dan satu katrol sebagai katrol bergerak. Pada gambar terdapat 3 tali yang menanggung beban w sehingga kuasa F sama dengan sepertiga beban (F = 1/3w). Besar keuntungan mekanik yang diperoleh sebagai berikut :

Dalam perhitungan menunjukkan keuntungan mekanik katrol sebesar 3. 

• Bidang Miring

Gambar 1.4 Bidang miring

Bidang miring merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga memudahkan benda bergerak. Contoh bidang miring seperti tangga, pisau, dan sekrup. 

Makin landai bidang miring, makin besar keuntungan mekanik yang diperoleh. Keuntungan mekanik bidang miring dapat dihitung dengan membagi jarak kuasa (panjang) dengan jarak beban (ketinggian). Adapun keuntungan mekanik bidang miring dirumuskan sebagai berikut :

                     

• Roda Bergandar

Gambar 1.5 Roda bergandar

Roda bergandar merupakan salah satu bentuk pesawat sederhana. bentuk roda bergandar dapat dilihat pada gambar 1.5 disamping. Pada gambar tersebut terlihat bahwa keliling roda lebih besar dibandingkan keliling roda gandar. Adapun keuntungan mekanik roda bergandar sebagai berikut :

Roda bergandar atau roda berporos adalah sebuah roda yang dihubungkan dengan poros yang dapat berputar bersama-sama. Penerapan roda bergandar dalam kehidupan sehari-hari digunakan pada kemudi mobil atau kapal, roda gerindra, dan roda sepeda.

Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Otot dan Rangka Manusia

Berbagai aktivitas manusia membutuhkan kerja sama antara otot, tulang, dan sendi. Prinsip kerja ketiganya seperti pengungkit dengan tulang sebagai lengan, sendi sebagai titik tumpu, dan kontraksi maupun relaksasi otot sebagai gaya untuk menggerakkan bagian tubuh. 

Gambar (a) menunjukkan seseorang sedang bermain bulu tangkis. Dalam aktivitas tersebut melibatkan beberapa jenis otot. Misalnya otot leher saat menengadahkan kepala, otot lengan dan bahu saat mengangkat tangan, serta otot kaki saat kaki melompat. Selain itu, dalam bermain bulu tangkis menerapkan prinsip pesawat sederhana berupa pengungkit yang meliputi pengungkit jenis I, II, dan III. 

Pengungkit jenis I diterapkan saat seseorang menengadahkan kepala. Pada prinsip tersebut titik tumpu berada di antara titik kuasa dan titik beban. Titik tumpu berada di antara tulang leher dan tulang tengkorak, titik kuasa berada pada tulang leher, serta titik beban berada di tulang tengkorak. 

Pengungkit jenis II diterapkan saat kaki melompat. Pada prinsip tersebut titik beban berada di antara titik tumpu dan titik kuasa. Titik beban berada pada telapak kaki, titik tumpu berada pada jari-jari kaki, dan titik kuasa berada pada otot betis. 

Pengungkit jenis III diterapkan saat seseorang mengangkat tangan. Pada prinsip tersebut titik kuasa berada di antara siku, dan titik beban berada pada raket yang dibawa.

Gambar (b) menunjukkan seseorang sedang mendorong barang dari lantai ke atas truk menggunakan papan miring. Dalam aktivitas tersebut melibatkan beberapa jenis otot, misalnya otot kaki dan otot tangan. Aktivitas tersebut menerapkan prinsip pesawat sederhana berupa bidang miring dan pengungkit. Prinsip bidang miring diterapkan pada papan miring yang digunakan uuntuk mendorong barang saat menuju truk. Dengan diterapkannya prinsip bidang miring tersebut dapat membentuk sudut tertentu sehingga dapat memperkecil gaya kuasa. Oleh karena itu, dapat mempermudah seseorang mengangkat barang menuju truk. Sementara itu, prinsip pengungkit yang diterapkan yaitu pengungkit jenis III. Pada prinsip tersebut titik kuasa berada di antara titik tumpu dan titik beban. Titik kuasa berada pada kaki dan tangan, titik tumpu berada pada telapak kaki, serta titik beban berada pada beban yang dibawa.