Benang Lurus
Ringkasan Pesawat Sederhana
-
MODUL 01Ringkasan Pesawat Sederhana
-
MODUL 02Soal Latihan Pesawat Sederhana 01
-
MODUL 03Soal Latihan Pesawat Sederhana 02
-
MODUL 04Soal Latihan Pesawat Sederhana 03
-
MODUL 05Soal Latihan Pesawat Sederhana 04
-
MODUL 06Simulasi Tuas atau Pengungkit (Lever)
-
MODUL 07Simulasi Keuntungan Mekanis Katrol
-
MODUL 08Simulasi Keuntungan Mekanis Pada Bidang Miring
-
MODUL 09Kuis Pesawat Sederhana 01
1. Hakikat Pesawat Sederhana & Keuntungan Mekanis
Pesawat sederhana adalah alat mekanik dasar yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan atau usaha manusia. Pesawat sederhana bekerja melalui tiga mekanisme utama:
- Menggandakan gaya: Menghasilkan gaya angkat beban yang besar dengan gaya otot kuasa yang jauh lebih kecil (\(F < w\)).
- Mengubah arah gaya: Mengarahkan tarikan ke bawah sehingga dapat memanfaatkan bantuan berat badan sendiri.
- Memperbesar jarak atau kecepatan gerak: Menghasilkan perpindahan beban yang lebih panjang atau lebih cepat dibanding gerakan tangan.
Pesawat sederhana TIDAK MENGHEMAT USAHA MAUPUN ENERGI. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi, nilai usaha total (\(W = F \cdot s\)) tetap sama. Jika gaya kuasa diperkecil (\(F \downarrow\)), maka jarak lintasan kuasa harus bertambah panjang secara proporsional (\(s \uparrow\)).
Rumus Umum Keuntungan Mekanis (\(KM\)):
KM &= \dfrac{\text{Gaya berat beban } (w)}{\text{Gaya kuasa masukan } (F)} = \dfrac{w}{F}
\end{align*}
2. Tuas / Pengungkit (Lever)
Tuas bekerja berdasarkan prinsip kesetimbangan momen gaya (torsi). Pada tuas yang setimbang mendatar berlaku hubungan:
w \cdot l_b &= F \cdot l_k \\[6pt] KM &= \dfrac{w}{F} = \dfrac{l_k}{l_b}
\end{align*}
Keterangan: \(w\) = berat beban (\(\text{N}\)), \(F\) = gaya kuasa (\(\text{N}\)), \(l_b\) = lengan beban (jarak titik tumpu ke beban), \(l_k\) = lengan kuasa (jarak titik tumpu ke kuasa).
A. Tuas Jenis Pertama: Titik Tumpu di Tengah [B – T – K]
Titik tumpu berada di antara beban dan kuasa. Nilai keuntungan mekanis dapat bernilai \(KM > 1\), \(KM = 1\), atau \(KM < 1\) bergantung pada posisi pergeseran titik tumpu.
Contoh alat sehari-hari: Gunting, tang pemotong, linggis pencabut paku, jungkat-jungkit, dan timbangan sama lengan.
B. Tuas Jenis Kedua: Titik Beban di Tengah [T – B – K]
Beban berada di antara titik tumpu dan kuasa. Karena lengan kuasa selalu lebih panjang daripada lengan beban (\(l_k > l_b\)), maka nilai keuntungan mekanisnya selalu lebih besar dari 1 (\(KM > 1\)).
Contoh alat sehari-hari: Gerobak dorong roda satu (wheelbarrow), pembuka tutup botol, alat pemecah biji kemiri, dan alat pemotong kertas dorong.
C. Tuas Jenis Ketiga: Titik Kuasa di Tengah [T – K – B]
Kuasa berada di antara titik tumpu dan beban. Karena lengan kuasa selalu lebih pendek dibanding lengan beban (\(l_k < l_b\)), maka keuntungan mekanisnya selalu kurang dari 1 (\(KM < 1\)). Tuas ini berfungsi untuk memperbesar jangkauan perpindahan dan kecepatan gerak beban.
Contoh alat sehari-hari: Pinset, staples, penjepit makanan/es batu, sekop, sapu, alat pancing, dan lengan manusia saat menekuk mengangkat beban.
3. Katrol (Pulley)
Katrol adalah roda beralur yang berputar pada porosnya dengan menggunakan tali atau rantai. Berdasarkan kedudukan poros dan susunannya, katrol dibedakan menjadi:
| Jenis Katrol | Ilustrasi Visual Presisi | Karakteristik & Rumus | Fungsi Utama |
|---|---|---|---|
| Katrol Tetap Tunggal |
|
\(KM = 1\) \(F = w\) \(s = h\) |
Mengubah arah gaya: Tangan menarik tali ke bawah untuk menaikkan beban ke atas, sehingga kita bisa memanfaatkan berat badan sendiri (contoh: timba air sumur, kerekan tiang bendera). |
| Katrol Bebas / Bergerak |
|
\(KM = 2\) \(F = \frac{1}{2}w\) \(s = 2h\) |
Menggandakan gaya: Beban ditopang oleh dua ruas tali sehingga gaya kuasa menjadi separuh dari berat beban (\(F = \frac{1}{2}w\)). |
| Sistem Katrol Majemuk (Takal) |
|
\(KM = n\) \(F = \frac{w}{n}\) (\(n\) = jumlah tali yang menopang katrol bergerak) |
Mengangkat beban berat: Menggabungkan kemudahan arah tarikan ke bawah dengan penggandaan gaya angkat (keuntungan mekanis > 1), sehingga kita bisa mengangkat beban yang sangat berat dengan gaya yang jauh lebih ringan (contoh: alat derek pelabuhan, konstruksi bangunan). |
4. Bidang Miring, Baji, dan Sekrup
A. Bidang Miring (Inclined Plane)
Bidang miring mengurangi gaya kuasa yang dibutuhkan untuk menaikkan beban setinggi \(h\) dengan memperpanjang jarak lintasan luncur miring (\(s\)).
F \cdot s &= w \cdot h \\[6pt] KM &= \frac{w}{F} = \frac{s}{h}
\end{align*}
Penerapan: Papan luncur muat barang ke bak truk, tangga rumah, serta pembuatan jalan berkelok-kelok di lereng pegunungan terjal.
B. Baji (Wedge)
Tersusun atas dua bidang miring yang disatukan saling membelakangi. Baji bekerja dengan mengubah gaya dorong (ke depan/bawah) menjadi gaya pemisah ke arah samping (contoh: kapak untuk membelah kayu, pisau, dan pahat).
KM_{\text{baji}} &= \frac{\text{Panjang bidang } (L)}{\text{Tebal baji } (t)} = \frac{L}{t}
\end{align*}
Contoh alat: Mata kapak pembelah kayu, pisau, mata paku, dan ujung pahat ukir.
C. Sekrup (Screw)
Sekrup merupakan bidang miring yang dililitkan secara melingkar (spiral) mengelilingi poros. Sekrup bekerja dengan mengubah gaya putar menjadi gaya dorong maju linier.
KM_{\text{sekrup}} &= \frac{2 \pi r}{p}
\end{align*}
\(r\) = jari-jari putar engkol/obeng, \(p\) = jarak antar-ulir (pitch).
Contoh alat: Dongkrak ulir mobil, sekrup kayu, baut pengunci, dan penutup botol berulir.
5. Roda Bergandar (Wheel and Axle)
Roda bergandar tersusun atas dua roda silinder yang menyatu konsentris pada poros yang sama: roda pemutar besar dengan jari-jari \(R\) dan poros silinder penggulung beban (gandar) dengan jari-jari \(r\). Satu putaran penuh pada roda besar otomatis memutar gandar kecil satu putaran penuh.
Formulasi Kesetimbangan & Keuntungan Mekanis:
F \cdot R &= w \cdot r \\[6pt] KM &= \frac{w}{F} = \frac{\text{Jari-jari roda besar } (R)}{\text{Jari-jari poros gandar } (r)} = \frac{R}{r}
\end{align*}
Penerapan dalam kehidupan sehari-hari: Roda kemudi (setir) mobil dan kapal laut, obeng tangan pemutar sekrup, pegangan pintu putar (doorknob), pedal gir sepeda, serta keran air putar.
