Pesawat Sederhana

Kerja atau usaha merupakan kegiatan yang tidak dapat dipisahkan dalam kehidupan sehari-hari. Membawa barang-barang dari lantai bawah ke lantai atas, mendorong kereta bayi, dan memindahkan barang-barang merupakan merupakan beberapa contoh usaha yang harus dilakukan. Bentuk usaha semacam itu umumnya dilakukan secara berulang-ulang setiap harinya. Untuk memudahkan melakukan berbagai usaha dan kerja, manusia menciptakan peralatan yang disebut dengan mesin atau pesawat. Mesin pompa air, eskalator, traktor adalah beberapa mesin atau pesawat yang sering ditemui dalam kehidupan. Dengan adanya mesin atau pesawat ini berbagai kerja san usaha dapat dilakukan dengan jauh lebih mudah dan lebih cepat. Dalam fisika, mesin atau pesawat ini dikenal dengan pesawat rumit. Perlu ditegaskan bahwa pesawat tidak mengurangi usaha melainkan hanya mempermudah melakukan usaha.

Contoh Pesawat Rumit Beberapa di antara pesawat atau mesin tersebut merupakan perangkat yang sederhana. Gunting, pembuka botol, obeng, dan sekrup adalah beberapa contohnya. Perbedaan utama pesawat sederhana dan pesawat rumit adalah pada komponennya. Pesawat sederhana umumnya terdiri atas satu piranti, sedangkan pesawat rumit merupakan kumpulan dari beberapa pesawat sederhana yang membentuk sistem tertentu. Pada bagian ini pembahasan akan difokuskan pada pesawat sederhana.

Contoh Pesawat Sederhana A. Jenis-Jenis Pesawat Sederhana Berdasarkan jenisnya, pesawat sederhana dikelompokkan menjadi empat, yaitu tuas (pengungkit), bidang miring, katrol, dan roda poros. Pengungkit atau Tuas Pengungkit atau tuas adalah pesawat sederhana seperti terlihat pada. Ada tiga titik penting yang perlu kita ketahui dalam penggunaan pengungkit, yaitu titik kuasa (K), titik tumpu (T), dan titik beban (B). Titik kuasa adalah tempat kita memberi gaya untuk mengangkat, sedangkan titik beban adalah tempat beban yang berat terletak. Jarak untuk T ke K disebut jarak kuasa, sedangkan dari T ke B disebut jarak beban.

 Pengungkit atau Tuas Banyak peralatan yang kita gunakan sehari-hari yang menggunakan prinsip pengungkit. Berbagai peralatan tersebut adalah: gunting, sekok, timbangan, pembuka tutup botol, dan timbangan gantung. di bawah ini merupakan salah satu contoh kegiatan yang menggunakan prinsip pengungkit. Penggunaan Pengungkit pada Pintu Bidang Miring Bayangkan jika rumah susun kita tidak memiliki tangga. Tentu akan susah sekali untuk berpindah dari satu lantai ke lantai lain. Tangga merupakan salah satu contoh bidang miring yang juga tergolong pesawat sederhana. Peralatan lain yang biasa kita gunakan sehari-hari banyak yang menggunakan prinsip bidang miring misalnya sekrup, eskalator, pisau, papan untuk mengangkat benda berat ke dalam truk, dan bor kayu.

Bidang miring untuk berbagai keperluan Sekrup Roda dan Poros Perhatikanlah roda yang tertempel pada tempat sampah sebagaimana dibawah. Meskipun sederhana, roda memiliki peranan yang penting. Jika tanpa roda, kita akan kesulitan untuk memindahkan tempat sampah tersebut. Roda pada tempat sampah.

Katrol merupakan pesawat sederhana yang lain. Penggunaan katrol dapat mempermudah pekerjaan kita sehari-hari. Dengan menggunakan sistem katrol kita dapat mengangkat beban yang berat dengan lebih mudah dan mengarahkan gaya yang lebih kecil. Sebelum ditemukannya pompa air masyarakat menggunakan katrol untuk mempermudah menimba air dari sumur. Mengangkat Benda dengan Katrol Berdasarkan cara penggunaan dan posisi katrol, katrol dapat dibedakan atas katrol tetap dan katrol bergerak. Dikatakan sebagai katrol tetap jika kita dapat memindahkan benda dengan katrol tersebut namun katrol tetap pada tempatnya.

Sementara pada katrol bergerak, katrol ikut bergerak sementara beban berpindah. Katrol Tetap dan Katrol Bergerak Berdasarkan jumlah katrol yang digunakan, katrol dapat dibedakan atas katrol tunggal (dengan satu roda) dan katrol majemuk (dengan dua roda atau lebih). Katrol majemuk disebut juga blok katrol. Penggunaan katrol majemuk seperti pada akan lebih menguntungkan dan gaya yang diperlukan menjadi jauh lebih kecil. Katrol Majemuk Keuntungan Mekanik Pesawat Sederhana Bila kita menggunakan pembuka botol untuk membuka tutup botol minuman, kita mengangkat pegangan dari pembuka botol itu. Ini berarti kita melakukan usaha pada pembuka botol tersebut. Sedangkan pembuka tersebut mengangkat tutup botol dan melakukan usaha padanya. Usaha yang kita lakukan disebut usaha masukan, Wi.

Usaha yang dilakukan pesawat disebut usaha keluaran, Wo. Membuka Botol Adapun gaya yang kita kerahkan pada pesawat disebut gaya kuasa, Fk. Sementara gaya yang dikerahkan pesawat terhadap beban disebut gaya beban, Fb. Perbandingan gaya beban terhadap gaya kuasa, Fb/Fk, disebut keuntungan mekanik, KM, pesawat tersebut. Hal ini dirumuskan: Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 9 Pesawat Sederhana 9 - 11 Fb KM = −−− Fk Keuntungan mekanik pesawat juga dapat dihitung dengan menggunakan definisi usaha. Usaha masukan, Wi, adalah hasil kali gaya kuasa, Fk, dengan perpindahan tangan kita, dk, atau dinyatakan dengan rumus: Wi = Fk dk Usaha keluaran, Wo, adalah hasil kali gaya beban, Fb, dengan perpindahan beban, db, Wo = Fb db Untuk pesawat yang ideal, tidak ada gaya disipasi (tidak ada energi yang diubah menjadi energi panas karena gesekan) sehingga Wi = Wo Fk dk = Fb db Persamaan ini dapat ditulis ulang sebagai berikut: Fb dk −−− = −−− Fk db Jadi, untuk pesawat yang ideal kita dapat menentukan keuntungan mekanik ideal, KMI, yaitu: dk KMI = −−− db Efisiensi Pesawat Sederhana Pada pesawat yang sebenarnya,tidak semua usaha masukan menjadi usaha keluaran (sebagian menjadi energi panas).

Efisiensi sebuah pesawat didefinisikan sebagai perbandingan usaha keluaran terhadap usaha masukan, atau Wo efisiensi = −−− x 100% Wi Untuk pesawat ideal, Wo = Wi sehingga Wo / Wi = 1, dan efisiensinya 100%. Kita dapat pula menyatakan efisiensi dalam bentuk keuntungan mekanik berikut. Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 9 Pesawat Sederhana 9 - 12 Fb / Fk efisiensi = −−−−−−−−− x 100% dk / db KM efisiensi = −−−−−−−−− x 100% KMI KMI sebuah pesawat ditentukan oleh rancangan pesawat itu. Pesawat yang efisien memiliki KM yang hampir sama dengan KMI.

Latihan

1. Sebutkan jenis-jenis pesawat sederhana?
2. Jelaskan contoh-contoh konkrit jenis-jenis pesawat sederhana?
3. Jelaskan berbagai kemudahan dengan menggunakan pesawat sederhana ditinjau dari segi gaya dan usaha yang dilakukan?
4. Jelaskan pengertian gaya beban dan gaya kuasa!
5. Jelaskan pengertian keuntungan mekanik pesawat sederhana! Tulis rumusan matematiknya!
6. Jelaskan pengertian efisiensi pesawat sederhana! Tulis rumusan matematiknya!

Rangkuman

1. Pesawat adalah piranti yang memudahkan kita melakukan usaha.
2. Berdasarkan jenisnya pesawat sederhana dikelompokkan menjadi empat, yaitu tuas (pengungkit), bidang miring, katrol, dan roda poros.
3. Peralatan sehari-hari banyak yang menggunakan prinsip pengungkit.Berbagai peralatan tersebut adalah: gunting, sekok, timbangan, pembuka tutup botol, dan timbangan gantung.
4. Peralatan yang biasa kita gunakan sehari-hari banyak menggunakan prinsip bidang miring. 
5. Misalnya sekrup, eskalator, gunting, pengangkat benda berat ke dalam truk dengan papan diletakkan miring, dan bor kayu.
6. Peralatan yang biasa kita gunakan kebanyakan menggunakan prinsip katrol misalnya untuk \menimba air di sumur digunakan timba yang diikat dengan seutas tali karet yang dikaitkan  dengan katrol.
7. Contoh peralatan yang menggunakan prinsip roda dan poros adalah mesin jahit dan alat untuk menimba air dengan menggunakan roda untuk memutar tali karet yang tergulung  pada poros 
8. Penggunaan pesawat sederhana dapat menghemat gaya, tetapi tidak dapat menghemat usaha atau energi yang dikeluarkan.
9. Perbandingan gaya beban terhadap gaya kuasa, Fb/Fk, disebut keuntungan mekanik (KM) pesawat. Fb KM = −−− Fk 
10. Keuntungan mekanik ideal, KMI, yaitu: dk KMI = −−− db Dengan ketentuan dk adalah     perpindahan tangan kita, dan db adalah perpindahan beban. 
11.  Efisiensi sebuah pesawat didefinisikan sebagai perbandingan usaha keluaran terhadap usaha masukan, atau Wo efisiensi = −−− x 100% Wi
12. Efisiensi dapat dinyatakan dalam bentuk lain, yakni KM efisiensi = −−−−−−−−− x 100%  KMI
13. Pesawat yang efisien memiliki KM yang hampir sama dengan KMI.