USAHA DAN PESAWAT SEDERHANA

 A.   Usaha

Usaha adalah gaya yang bekerja pada suatu benda yang menyebabkan benda berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan arah gaya.

Usaha dapat dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan :

   W : Usaha (J)

    F : Gaya yang diberikan (N)

 Laju energi atau Daya (P) adalah besar energy yang digunakan setiap detik, sehingga dapat ditentukan dengan membagi besar usaha (W) dengan selang waktu (t).

Daya dapat dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan :

P = Daya (watt)

W = Usaha (J)

T = Waktu (s)

B.   Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah alat yang digunakan untuk mempermudah perkerjaan manusia. Dalam kehidupan sehari-hari, pesawat sederhana digunakan dengan tujuan untuk :

a. Memperbesar gaya dan kemampuan

b. Mengubah arah yang dilakukan

c. Memperbesar kecepatan atau untuk melakukan perpindahan yang besar

 Istilah-istilah dalam pesawat sederhana :

a.    Titik tumpu, yaitu titik yang menjadi tumpuan beban dan sifatnya tetap.

b.    Titik beban, yaitu tempat melekatnya beban.

c.     Titik kuasa, yaitu tempat diberikannya gaya kuasa.

 

Jenis pesawat sederhana ada 4, yaitu : Pengungkit/Tuas, Katrol, Bidang Miring, dan Roda berporos.

1.   Tuas atau Pengungkit

Pengungkit merupakan pesawat sederhana berupa batang keras yang dapat berotasi pada suatu titik tumpu.

Keterangan :

F = gaya kuasa (N)

W = Beban (J)

L_k = Lengan Kuasa (m)

L_b = Lengan Beban (m)

Prinsip kerja pengungkit adalah dengan gaya kecil beban yang besar dapat dipindahkan. Gaya dapat diperkecil dengan memperpendek lengan bebannya. Jika lengan bebannya pendek, maka lengan kuasanya akan semakin panjang. Semakin panjang lengan kuasa semakin kecil gaya yang dibutuhkan. Secara matematis dapat dirumuskan :

Keterangan :

F = Gaya (N)

W = Berat Beban (N)

Lk = Lengan Kuasa (m)

Lb = Lengan Beban (m)

 

Berdasarkan letak titik tumpu, lengan beban, dan lengan kuasa, pengungkit dapat dibedakan menjadi 3, yaitu :

a.    Tuas/Pengungkit jenis Pertama

·      Titik tumpu berada diantara titik beban dan titik kuasa.

·      Contohnya : Gunting, jungkat-jungkit, tang, linggis, dan sebagainya.

 

b.    Tuas/Pengungkit jenis Kedua

·      Titik beban berada diantara titik tumpu dan titik kuasa.

·      Contohnya : gerobak dorong, pembuka tutup botol, pemecah kemiri, dan sebagainya.

 

c.     Tuas/Pengungkit jenis Ketiga

·      Titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban.

·    Contohnya : pinset, alat pancing, staples, dan sebagainya.     

Ketika kita menggunakan pengungkit, sebenarnya kita sudah memiliki keuntungan mekanis. Keuntungan mekanis tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut :

2.   Katrol

Katrol merupakan pesawat sederhana berupa roda beralur yang dikelilingi oleh tali. Katrol memiliki kesamaan dengan pengungkit, yaitu memiliki titik beban, titik kuasa, dan titik tumpu. Meskipun sama prinsip kerja katrol berbeda dengan pengungkit. prinsip kerja katrol yaitu mengubah arah kerja gaya sehingga beban bisa terangkat dengan mudah. Secara umum katrol dapat dibedakan menjadi 3, yaitu :

a.   Katrol Tetap

·      Katrol yang posisinya selalu tetap saat digunakan.

·    Hanya mengubah arah gaya kuasa.      

Keterangan :

O = Titik Tumpu

B = Titik Kuasa

A = Titik Beban

F = Kuasa

W = Beban

OA = Lengan Beban

OB = Lengan Kuasa

 

Untuk mengangkat beban dengan berat (w), kita harus menarik tali dengan gaya (F). dengan demikian maka ; w = F.

Keuntungan mekanis dari katrol tetap adalah :

b.   Katrol Bergerak

·      Katrol yang ikut bergerak atau berubah posisi saat digunakan.

·   Keuntungan mekanis (KM) dengan menggunakan katrol bergerak adalah 

     karena ditopang oleh 2 tali.     

Berdasarkan gambar di atas, B berperan sebagai titik tumpu, O sebagai titik beban, dan A sebagai titik kuasa. Dengan demikian, BO = lengan beban, dan BA lengan kuasa.

 

c.   Katrol Majemuk

·      Perpaduan antara katrol tetap dan katrol bergerak.

·      Keuntungan mekanik tergantung pada jumlah katrol dan jumlah tali yang menanggung beban.

Contoh : Keuntungan mekanis : takal 4 tali mempunyai keuntungan mekanis 4. 

 

3.   Bidang Miring

        Bidang miring adalah suatu lintasan yang memiliki kemiringan tertentu dan membentuk sudut                terhadap permukaan datarnya.

Rumus Bidang Miring :

Berdasarkan rumus diatas, kita bisa tau bahwa gaya berbanding lurus dengan tinggi bidang miring. Selain kita bisa mengetahui besar gaya dengan rumus bidang miring, kita juga bisa mengetahui keuntungan mekanis dari bidang miring.

Keuntungan mekanis adalah nilai yang menunjukkan berapa kali pesawat sederhana dapat melipatgandakan gaya. Rumus keuntungan mekanis dari bidang miring sebagai berikut :

Penerapan Bidang Miring

Prinsip bidang miring banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, seperti pembuatan jalan dipegunungan yang meliuk-liuk, penggunaan papan miring saat ingin menaikkan atau menurunkan beban, dsb. Selain itu, peralatan rumah tangga dan perkakas juga menerapkan prinsip bidang miring seperti pisau, kapak, paku, ulir pada sekrup, ujung obeng, dsb.

 

Manfaat prinsip bidang miring

·          Untuk meringankan beban kerja manusia. Misalnya, pembuatan jalan yang berkelok-kelok di area pegunungan. Hal ini bertujuan untuk meringankan beban yang dilalui kendaraan yang sedang melaju.