INTERAKSI MAKHLUK HIDUP DENGAN LINGKUNGANNYA

 LINGKUNGAN

Apakah ada interaksi yang saling membutuhkan dari ke-3 gambar tersebut? Seorang  Petani bunga begitu terampil merawat tanamannya. Indahnya bunga yang bermekaran karena ada bantuan dari cacing dan kupu-kupu. Cacing secara tidak langsung dapat menyuburkan tanah menjadi gembur melalui gerakan tubuhnya sehingga membuat jalan di tanah yang memudahkan unsur zat penyubur bekerja untuk tanah. Sedangkan kupu-kupu dengan penyerbukannya dapat mempercepat reproduksi antara benang sari dan putik. Intinya ke-3 gambar tersebut mempunyai interaksi saling membutuhkan.

Lingkungan adalah segala sesuatu yang ada di sekitar manusia yang mempengaruhi perkembangan kehidupan manusia baik langsung maupun tidak langsung. Lingkungan bisa dibedakan menjadi lingkungan biotik dan abiotik.

Perhatikan gambar ekosistem air berikut!

Dapatkah kalian menjelaskan pengaruh komponen abiotik (air) terhadap komponen biotik (ikan) dalam ekosistem tersebut? Selanjutnya kita akan mempelajari komponen-komponen ekosistem (biotik dan abiotik).

Komponen Biotik

Komponen biotik adalah komponen dalam ekosistem yang mengacu pada makhluk hidup atau organisme. Artinya semua makhluk hidup dalam ekosistem termasuk dalam komponen biotik, baik itu manusia, hewan, tumbuhan, hingga makhluk mikroskopik seperti bakteri atau decomposer. Berdasarkan cara mendapatkan makanannya, komponen biotik ini dibedakan menjadi tiga, yakni produsen (autotrof), konsumen (heterotrof), dan pengurai (dekomposer).

a. Produsen (Autotrof)

Pengertian produsen atau organisme autotrof adalah komponen biotik atau makhluk hidup yang mampu menghasilkan makanannya sendiri. Tumbuhan dapat membuat makanannya sendiri lewat proses fotosintesis karena tumbuhan memiliki klorofil dan bisa mendapatkan karbondioksida, air, dan sinar matahari sebagai syarat melakukan fotosintesis.

b. Konsumen (Heterotrof)

Pengertian konsumen atau organisme heterotrof adalah komponen biotik atau makhluk hidup yang tidak dapat menghasilkan makanannya sendiri dan bergantung pada organisme lain sebagai bahan makanan. Hewan termasuk sebagai konsumen atau organisme heterotrof ini. Terdapat 3 jenis-jenis konsumen berdasarkan dari sumber makanan yang dikonsumsi antara lain yaitu:

• Karnivora, yakni organisme yang sumber makanannya adalah daging organisme lain. Contoh karnivora misalnya singa, harimau, buaya, serigala, dan hiu.
• Herbivora, yakni organisme yang sumber makanannya adalah daun atau tumbuhan. Contoh herbivora misalnya sapi, kambing, kerbau, rusa, jerapah, dan zebra.
• Omnivora, yakni organisme yang sumber makanannya bisa berasal dari tumbuhan atau daging organisme lain. Adapun contoh omnivora misalnya beruang, monyet, ayam, tikus, dan babi.

c. Pengurai (Dekomposer)

Pengertian pengurai atau dekomposer adalah organisme yang bertugas untuk menguraikan sisa-sisa makhluk hidup lainnya yang telah mati untuk dijadikan mineral dan unsur hara tanah. Adanya dekomposer membuat keseimbangan ekosistem terjaga karena semua organisme kembali lagi ke asal bentuknya menjadi sumber daya alam. Contoh pengurai misalnya bakteri, jamur, cacing tanah, dan sebagainya.

 

1) Komponen Abiotik

Komponen abiotik adalah komponen tidak hidup yang ada pada sebuah ekosistem. Adanya komponen abiotik sangat menentukan apa saja jenis makhluk hidup yang bisa tinggal dan bertahan di sebuah lingkungan ekosistem tertentu. Adapun yang termasuk komponen abiotik adalah sebagai berikut ini:

a) Cahaya Matahari

Cahaya matahari merupakan sinar yang sumbernya berasal dari Matahari. Tumbuh-tumbuhan memerlukan cahaya matahari untuk melakukan fotosintesis dan menghasilkan makanan.

b) Batu dan Tanah

Batu dan tanah merupakan komponen abiotik yang mempunyai peranan penting dalam persebaran organisme, hal itu karena batu dan tanah mempunyai struktur fisik, pH dan berbagai kandungan mineral yang ada di dalamnya.

c) Garam Mineral

Garam mineral merupakan unsur yang ada di dalam tanah dan lingkungannya yang diperlukan oleh makhluk hidup untuk melakukan pertumbuhan dan proses metabolisme tubuh.

d) Air (Dihidrogen monoksida)

Air merupakan senyawa yang sangat penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui hingga saat ini di muka Bumi. Air berfungsi sebagai pelindung dan penghantar di dalam tubuh makhluk hidup.

e) Angin

Angin merupakan aliran udara dalam jumlah besar yang diakibatkan oleh adanya rotasi bumi dan perbedaan tekanan udara yang ada di sekitarnya. Angin bisa membantu proses penguapan atau evaporasi bagi organisme dan mempengaruhi suhu lingkungan.

f) Suhu Udara

Suhu udara merupakan suatu besaran yang dapat menunjukkan derajat panas benda. Suhu sangat berpengaruh terhadap metabolisme di dalam tubuh makhluk hidup dan sebagian besar dari organisme tidak bisa bertahan hidup pada suhu tertentu.

g) Kelembaban

Kelembaban merupakan konsentrasi uap air di udara. Kelembaban bisa memberikan pengaruh terhadap iklim sehingga dapat berdampak pada pertumbuhan makhluk hidup, khususnya tumbuh-tumbuhan.

h) Derajat Keasaman (pH)

Derajat keasaman merupakan tingkat keasaman atau kebasaan suatu benda yang diukur menggunakan skala pH antara 0 sampai 14. Nilai pH tanah yang bisa ditumbuhi oleh tanaman yaitu berkisar antara 5,8 – 7,2, dan ini dipengaruhi adanya curah hujan, aktivitas akar tanaman, pupuk dan penguraian mineral di dalam tanah.

INTERAKSI DALAM EKOSISTEM

Di alam ini tidak ada satupun organisme yang dapat hidup sendirian. Setiap organisme selalu membutuhkan organisme lain. Adanya saling membutuhkan antara organisme satu dengan organisme lainnya menimbulkan interaksi. Bentuk interaksi yang sangat erat antara dua jenis makhluk hidup sehingga membentuk hubungan yang sangat khas disebut simbiosis. Dalam kehidupan, terdapat tiga bentuk simbiosis, yaitu simbiosis mutualisme, simbiosis komensalisme, dan simbiosis parasitisme.

 1. Interaksi Antara Komponen Biotik dan Abiotik

Dalam suatu ekosistem, komponen abiotik berpengaruh atau menentukan jenis makhluk hidup yang sesuai dengan lingkungannya. Sebaliknya, komponen biotik pun berpengaruh pada komponen abiotik. Ekosistem adalah suatu sistem ekologi yang terbentuk oleh hubungan timbal balik antara makhluk hidup dengan lingkungannya. Komponen-komponen pembentuk ekosistem adalah komponen hidup (biotik) dan komponen tak hidup (abiotik). Kedua komponen tersebut berada dalam suatu tempat dan berinteraksi membentuk suatu kesatuan yang teratur.

Secara alami ekosistem dalam keadaan seimbang. Keseimbangan ini akan terganggu bila ada gangguan dari luar, seperti bencana alam atau campur tangan manusia. Komponen ekosistem tidak dapat berdiri sendiri, tetapi saling bergantung. Suatu komponen biotik yang ada di dalam ekosistem ditunjang oleh komponen biotik lainnya. Dalam ekosistem sering terjadi perubahan jumlah populasi tumbuhan, herbivora, dan karnivora (komponen biotik).

Alam akan mengatur ekosistem sedemikian rupa sehingga perbandingan antara jumlah produsen dan konsumen selalu seimbang. Keseimbangan alam (ekosistem) akan terpelihara bila komposisi komponen-komponenya (komponen biotik maupun komponen abiotik) dalam keadaan seimbang. Untuk menjaga keseimbangan pada ekosistem, maka terjadi peristiwa makan dan dimakan. Hal ini bertujuan untuk mengendalikan populasi suatu organisme. Peristiwa makan dan dimakan antara makhluk hidup dalam suatu ekosistem akan membentuk rantai makanan dan jaring-jaring makanan.

Rantai makanan

Perhatikan gambar rantai makanan di bawah ini! Dapatkah kalian menjelaskan apa yang terjadi pada gambar tersebut? 

Dalam suatu ekosistem terjadi peristiwa makan dan dimakan dalam suatu garis lurus yang disebut rantai makanan. Rantai makanan ini terjadi jika satu jenis produsen dimakan oleh satu jenis konsumen pertama, konsumen pertama dimakan oleh satu jenis konsumen kedua, dan seterusnya. Konsumen yang menjadi pemakan terakhir disebut konsumen puncak. Rantai makanan terjadi di berbagai ekosistem. Diantara rantai makanan tersebut terdapat pengurai. Karena pada akhirnya semua makhluk hidup akan mati dan diuraikan oleh pengurai.

 Jaring-Jaring Makanan

Sebagian besar rantai makanan saling berhubungan dengan rantai makanan lainnya karena banyak jenis organisme yang merupakan mangsa bagi lebih dari satu predator (pemangsa). Rantai-rantai makanan itu saling terkait dan berhubungan membentuk suatu Jaring-jaring makanan. Sebagai contoh, pada suatu ekosistem sawah tidak hanya terdapat satu rantai makanan, tetapi beberapa rantai makanan yang saling berhubungan. 

gambar sebuah jaring-jaring makanan
Rantai makanan yang terdapat pada ekosistem sawah, diantaranya :

• Padi - ulat - burung pipit - ular - burung elang
• Padi - belalang - katak - ular - burung elang
• Padi - tikus - ular - burung elang

Primida Ekologi

Piramida Ekologi merupakan piramida abstrak yang menggambarkan komposisi komponen biotik penyusun suatu ekosistem. Sesuai dengan namanya, piramida ekologi memiliki bentuk seperti piramida, yaitu limas segi empat dengan bagian dasar lebih lebar dan makin ke ujung, makin sempit. Ada 3 macam piramida ekologi, yaitu piramida jumlah individu, piramida biomassa dan piramida energi.

1) Piramida Jumlah Individu 

Sebuah piramida jumlah individu adalah suatu diagram batang yang menunjukkan jumlah relatif organisme dalam suatu rantai makanan. Perhitungan hubungan antara predator (pemangsa) dan mangsa melalui piramida jumlah individu pertama kali diusulkan oleh seorang ahli ekologi Inggris abad kedua puluh bernama Charles Elton.

Dalam suatu ekosistem alami, misalnya danau, umunya jumlah produsen (fitoplankton) lebih banyak daripada jumlah konsumen I (Zooplankton), jumlah konsumen I lebih banyak daripada jumlah konsumen II (ikan kecil), dan jumlah konsumen II lebih banyak daripada jumlah konsumen III (ikan besar) yang sekaligus menduduki puncak piramida.

Data yang diperlukan untuk membuat piramida jumlah individu relatif mudah dikumpulkan. Namun, kelemahannya adalah tiap organisme dihitung sebagai satu individu tanpa memandang ukuran tubuhnya. Jadi, sebuah pohon beringin yang besar sama dengan satu sel fitoplankton. Hal itu akan menghasilkan piramida dengan bentuk yang aneh seperti piramida jumlah pada ekosistem hutan. Masalah tersebut dapat diatasi dengan menggunakan piramida biomassa.

 2) Piramida Biomassa

Piramida Biomassa menggambarkan besarnya biomassa komponen biotik suatu ekosistem. Yang dimaksud dengan biomassa adalah massa organisme pada tiap rantai makanan. Ukuran suatu organisme menentukan besarnya metabolisme organisme tersebut. 

3) Piramida Energi

Rantai makanan pada prinsipnya menunjukkan distribusi energi yang terdapat pada setiap tingkatan trofik. Piramida ini dinyatakan dalam satuan kalori. Pada ekosistem yang normal, total energi yang dikandung oleh produsen pasti lebih besar daipada energi yang dikandung oleh konsumen tingkat I, energi yang dikandung oleh konsumen tingkat I lebih besar daripada energi yang dikandung oleh konsumen tingkat II, demikian seterusnya. 

Kelemahan piramida energi adalah tiap organisme ditetapkan hanya untuk satu tingkat trofik. Padahal, untuk beberapa organisme , tingkat trofil dapat bervariasi berdasarkan apa yang dimakannya. 

Dari ketiga piramida ekologi, piramida energi merupakan yang terbaik karena dapat memberikan gambaran menyeluruh mengenai sifat-sifat fungsional komunitas yang terjadi pada komponen biotik suatu ekosistem. Piramida energi juga menunjukkan kecepatan arus makanan melalui rantai makanan. Bentuk piramida energi tidak dipengaruhi oleh ukuran suatu organisme dan kecepatan metabolisme individu.

DAUR BIOGEOKIMIA

Daur Biogeokimia merupakan suatu proses peredaran atau perputaran (daur) yang dialamnya berlangsung penggunaan dan pelepasan unsur-unsur anorganik yang esensial bagi tubuh serta melibatkan peristiwa biologis, geologis, dan kimia. Daur itu meliputi interaksi antara tanah, atmosfer (udara), air laut, dan air tawar, serta makhluk hidup. Pendaurulangan unsur-unsur organik tersebut sangat penting bagi kelangsungan hidup semua organisme. Hal ini disebabkan sumber unsur-unsur sangat terbatas sehingga unsur-unsur anorganik menjadi habis terpakai jika digunakan secara terus-menerus. Unsur-unsur anorganik yang mengalami daur biogeokimia tersebut, ada yang mengikuti daur edafik (yang dalam daurnya, tidak pernah membentuk gas di udara) dan ada yang mengikuti daur atmosferik (yang dalam daurnya mengalami fase berbentuk gas di udara). Berikut ini akan diuraikan proses daur biogeokimia beberapa unsur-unsur anorganik penting, yaitu Karbon (C), Nitrogen (N), Belerang (S), dan Oksigen (O).

Daur Karbon

Daur karbon dimulai dengan fiksasi senyawa karbon dioksida dari udara oleh tumbuhan hijau atau organisme autotrof lainnya. Melalui proses fotosintesis, senyawa karbon dioksida itu akan diubah menjadi molekul-molekul karbohidrat (gula dan amilum). Senyawa karbohidrat juga dapat diubah menjadi berbagai senyawa organik lainnya, termasuk lemak dan protein yang diperlukan untuk menyusun tubuh tumbuhan. Lemak dan protein merupakan substansi pada dan cair yang tetap tinggal di dalam tubuh tumbuhan. Selain mengambil karbon dioksida dari udara untuk fotosintesis, tumbuhan juga melepaskan gas karbon dioksida ke udara melalui stomata dalam proses respirasi. 

Daur karbon di Alam

Daur Nitrogen (N)

Nitrogen merupakan unsur penyusun udara atau atmosfer yang terbesar, yaitu sekitar 80%. Meskipun ketersediaan nitrogen di udara sangat melimpah, hewan dan tumbuhan tidak dapat mengambil langsung dari udara. Hal iti diebabkan nitrogen bebas di udara terdiri atas molekul-molekul dinitrogen (N2) yang stabil dan jumlah energi yang diperlukan untuk memecah ikatan dinitrogen tersebut relatif besar. Nitrogen tersedia bagi tumbuhan hanya dalam bentuk amonium dan nitrat.

Bebrapa jenis tumbuhan (misalnya, tumbuhan ppolong-pollongan atau Leguminosae dapat menggunakan nitrogen bebas dari udara karena mereka bersimbiosis dengan mikroorganisme prokariota, yaitu bakteri dan Cyanobacteria, yang dapat mengikat (memfiksasi) nitrogen bebas serta memecahnya menjadi senyawa nitrat (NO3). Bakteri tersebut, contohnya Rhizobium, terdapat di dalam bintil-bintil akar tumbuhan Leguminosae. Nitrat diserap dan digunakan tumbuhan untuk membentuk asam-asam amino yang diperlukan dalam sintesis protein untuk pertumbuhan tumbuhan. Senyawa nitrogen yang terdapat pada tumbuhan dapat berpindah ke hewan ataupun manusia melalui rantai makanan.

Jika tumbuhan atau hewan mati, jaringan tubuhnya mengalami pembusukan yang merupakan hasil kerja dekomposer (bakteri dan jamur saprotrof). Salah satu hasil penting pembusukan adalah amonia (NH3), yaitu suatu senyawa nitrogen yang akan diendapkan ke tanah. Hasil ekskresi hewan juga mengandung bahan-bahan buangan bernitrogen, seperti amonia, urea, dan asam urat yang juga didekomposisi oleh bakteri tanah. Amonia bereaksi dengan air (H2O) tanah membentuk garam-garam amonia yang selanjutnya dioksidasi menjadi nitrit lalu menjadi nitrat oleh bakteri nitrifikasi kemosintesis, seperti Nitrosomonas dan Nitrobacter. Dalam kondisi anaerob, nitrat dengan garam-garam amonium tersebut direduksi menjadi gas dinitrogen (N2) oleh bakteri kemosintesis denitrifikasi.

Proses pengikatan nitrogen secara alami lainnya adalah melalui kerja sinar ultraviolet di permukaan atmosfer dan dari kilat/petir dalam kondisi tekanan dan suhu yang tinggi serta adanya oksigen. Hasilnya adalah senyawa nitrogen oksida, yaitu nitrat.

Secara buatan, manusia mengembangkan proses Haber-Bosch untuk memfiksasi nitrogen. Dalam proses tersebut, gas dinitrogen secara katalis direduksi menjadi amonia dengan menggunakan gas hidrogen dalam kondisi tekanan dan suhu tinggi.

  Daur Sulfur (S)

Di alam, belerang terkandung di dalam tanah dalam bentuk mineral tanah atau terdapat di udara dalam bentuk gas sulfur dioksida (SO2). Gas sulfur dioksida terutama berasal dari gunung berapi, pembakaran bahan bakar fosil berkadar belerang tinggi, peleburan bijih yang mengandung senyawa belerang, dan dari pemrosesan bubur kayu (pulp). Di udara, sulfur dioksida bereaksi dengan oksigen dan air membentuk asam sulfat yang jatuh ke tanah, sungai, serta lautan dalam bentuk ion-ion sulfat bersama air hujan. Selanjutnya, ion-ion sulfat yang ada di dalam tanah diserap oleh tumbuhan dan digunakan untuk menyintesis protein. Unsur belerang dalam tubuh tumbuhan akan berpindah ke tubuh hewan dan manusia melalui rantai makanan. Ketika hewan dan tumbuhan mati, bakteri-bakteri anaerob tanah mereduksi ion-ion sulfat dan melepaskna gas hidrogen sulfida (H2S) yang berbau seperti telur busuk serta sama beracunnya dengan sianida. 

Daur sufur di alam

Daur Fosfor (P)

Fosfor merupakan unsur penting bagi organisme, yaitu :

• Sebagai bahan pembentuk tulang pada hewan, 
• Sebagai penyusun protein, 
• Sebagai pembentuk senyawa berenergi tinggi (ATP)
• Sebagai komponen penyusun asam nukleat (RNA serta DNA)

Fosfor terkandung di dalam tanah dakam bentuk ion-ion fosfat anorganik. Fosfor anorganik itu merupakan bantuk yang terlarut dalam tanah dan dapat diserap oleh tumbuhan. Hewan dan manusia memperoleh fosfor dari tumbuhan. Hasil ekskresi hewan ataupun tubuh hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer menjadi fosfat organik. Oleh bakteri pengurai, fosfat organik itu diubah menjadi fosfat anorganik yang dapat diserap oleh tumbuhan. Sebagian besar fosfor berasal dari endapan batuan fosfat (endapan fosil tulang selama jutaan tahun yang terkikis air dan memasuki ekosistem. Sebagian besar fosfat tersebut hanyut menuju laut membentuk endapan dangkal di laut dan sebagian lagi hilang sebagai endapan di laut dalam. Endapan fosfat itu dapat menyuburkan ekosistem laut jika teraduk oleh arus air. Fosfat dapat kembali ke darat melalui kegiatan burung-burung laut (contohnya endapatan feses burung guano) dan ikan-ikan laut. Secara ringkas, daur fosfor di alam ditunjukkan pada gambar dibawah ini :

Daur Oksigen (O2)

Daur oksigen dimulai pada tumbuhan. Tumbuhan mampu menggunakan energi sinar matahari untuk mengubah karbon dioksida dan air  menjadi karbohidrat dan oksigen dalam proses yang dinamakan fotosintesis. Hal ini berati tumbuhan "mengambil" karbon dioksida dan "melepaskan" oksigen.

Hewan, termasuk manusia, juga berperan dalam daur oksigen. Mereka menggunakan atau mengambil oksigen yang digunakan untuk memecah karbohidrat menjadi energi dalam proses yang dinamakan respirasi. Karbon dioksida yang dihasilkan selama proses respirasi dikeluarkan atau dihembuskan oleh hewan ke udara. Jadi, oksigen dihasilkan oleh tumbuhan dan digunakan oleh hewan, seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini:

Pada siang hari, tumbuhan menahan sejumlah oksigen yang merekan hasilkan dalam fotosintesis dan menggunakannya untuk memecah karbohidrat. Agar dapat memellihara metabolismenya dan tetap bernapas pada malam hari, tumbuhan harus menyerap oksigen dari udara dan melapaskan karbon dioksida seperti yang dilakukan hewan. Meskipun pada siang hari tumbuhan menghasilkan oksigen sekitar sepuluh kali lebih banyak daripada yang mereka konsumsi di malam hari, konsumsi oksigen oleh tumbuhan pada malam hari menyebabkan rendahnya kendungan oksigen pada beberapa habitat air.

Kandungan oksigen di dalam air dikenal sebagai oksigen terlarut (disolved oxygen/DO). Di alam, oksigen memasuki perairan saat air mengalir di atas bebatuan. Pada saat demikian, timbul percikan-percikan air tersebut menghasilkan area permukaan yang sangat luas yang memungkinkan oksigen berpindah sangat cepat dari udara ke air.

Saat aliran air memasuki suatu kolam, mikroorganisme di dalam kolam mulai memecah bahan-bahan organik. Proses tersebut memerlukan oksigen. Hal itu adalah bentuk daur lain daur oksigen. Karena organisme air secara konstan menggunakan oksigen. Dalam ekosistem yang sehat, laju penggunaan oksigen dan laju pemasukan oksigen seimbang di dalam air.

 
 

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.

   

USAHA DAN PESAWAT SEDERHANA

 Pengertian Usaha

Usaha dalam fisika erat hubungannya dengan gaya dan perpindahan. Benda dikatakan melakukan usaha jika benda dikenai gaya dan mengalami perpindahan. Jadi, besarnya usaha yang dilakukan tergantung dari besarnya gaya (F) dan jauhnya perpindahan (s). Secara matematis besar usaha dapar dihitung dengan persamaan berikut :

Satuan usaha menurut Sistem Internasional adalah Joule (J). Nilai usaha sangat dipengaruhi oleh arah perpindahan gaya. Usaha dapat bernilai positif, negatif, atau nol. 

• Usaha bernilai positif jika gaya searah perpindahan.

• Usaha bernilai negatif jika gaya berlawanan arah dengan perpindahan.
  

• Usaha bernilai nol (W = 0) jika gaya yang dilakukan tidak menghasilakn perpindahan benda (s = 0)

 dengan 

Nilai cos  dapat dicari dalam tabel matematika atau menggunakan kalkulator.

Hubungan Usaha dan Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha sehingga usaha dapat dikaitkan dengan energi. Besar usaha sama dengan perubahan energi kinetik atau perubahan energi potensial benda. Persamaannya sebagai berikut :

                

Laju energi setiap waktu adalah daya yang dilakukan benda yang melakukan usaha dalam setiap waktu. Daya dapat dituliskan dalam persamaan berikut :

Contoh soal 

Heri memegang bola bermassa 250 gram pada ketinggian 1,2 meter. Ia kemudian melemparkan bola ke atas hingga ketinggian 2,1 m. Usaha yang dikeluarkan Heri sebesar.......(g = 10 m/)

Penyelesaian

Diketahui :

m = 250 gram = 0,25 kg

g = 10 m/

Ditanya : W....

Jawab

W    = Ep

        = m . g . h

        = 0,25 kg . 10 m/ . (1,2 m + 2,1 m)

        = 2,5 kgm/ . 3,3 m

        = 8,25 J