My Blog

Pesawat Sederhana

Pada tubuh manusia berlaku prinsip-prinsip kerja pesawat sederhana. Prinsip-prinsip tersebut kemudian ditiru dan dimodifikasi untuk mendesain berbagai macam peralatan yang memudahkan kerja manusia.

Ketika kerja dipermudah, artinya energi yang dikeluarkan lebih sedikit. Energi dan kerja (usaha) dinyatakan dalam satuan Joule (Newton meter). Kerja atau usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dengan jarak, sehingga dapat dituliskan dengan rumus berikut. W = F.S di mana: W = Usaha (Joule) F = Gaya (Newton) S = Jarak (Meter)

Usaha dapat bernilai nol apabila gaya yang dikerjakan pada benda tidak mengakibatkan perpindahan tempat. Besarnya usaha yang dilakukan per satuan waktu disebut dengan daya atau power (P). Daya secara matematis dituliskan sebagai berikut. di mana: P = Daya (Watt) W = Usaha (Joule) t = Waktu (Sekon)

Pada saat manusia melakukan aktivitas, manusia selalu berupaya untuk melakukannya dengan usaha dan daya yang sekecil-kecilnya. Oleh karena itu, manusia menggunakan pesawat sederhana untuk membantu melakukan aktivitasnya.

Pesawat sederhana terdiri dari :

1. Katrol

Katrol dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk.

Katrol tetap berfungsi untuk mengubah gaya. Contohnya terdapat pada timba air, jika tali yang terhubung pada katrol ditarik ke bawah, maka secara otomatis timba berisi air akan terkerek ke atas. Keuntungan mekanik katrol tetap sama dengan 1. Jadi, katrol tetap tunggal tidak menggandakan gaya kuasa atau dengan kata lain gaya kuasa sama dengan gaya beban.

Katrol bebas berfungsi untuk melipatkan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda menjadi setengah dari gaya beban. Kedudukan katrol bebas berubah dan tidak dipasang di tempat tertentu. Katrol jenis ini biasanya ditemukan di pelabuhan yang digunakan untuk mengangkat peti kemas. Keuntungan mekanik dari katrol bebas lebih besar dari 1. Pada kenyataannya nilai keuntungan mekanik dari katrol bebas tunggal adalah 2. Hal ini berarti bahwa gaya kuasa 1 N akan mengangkat beban 2 N.

Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem yang terpadu. Katrol majemuk digunakan agar gaya kuasa yang diberikan pada benda semakin kecil. Katrol majemuk biasa digunakan dalam bidang industri untuk mengangkat benda-benda yang berat. Keuntungan mekanik dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban.

2. Roda Berporos

Roda berporos adalah pesawat sederhana yang memiliki dua roda dengan ukuran berbeda yang berputar bersamaan. Gear pada sepeda adalah salah satu contoh pesawat sederhana yang tergolong roda berporos. Gaya kuasa biasanya bekerja pada roda yang besar, gaya beban bekerja pada roda yang lebih kecil. Roda berporos memiliki fungsi untuk mempercepat gaya. Selain gear sepeda, contoh penerapan pesawat sederhana jenis roda berporos adalah kursi roda, mobil, dan sepatu roda.

3. Bidang Miring

Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga dapat memudahkan gerak benda. . Contoh dari bidang miring adalah tangga, sekrup, dan pisau. Keuntungan mekanik bidang miring dapat dihitung dengan membagi jarak kuasa dengan jarak beban

KM = Gaya beban : Gaya kuasa

KM = Panjang benda miring : ketinggian

KM = (Keuntungan Mekanik)

4. Pengungkit

Pengungkit merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Pengungkit dapat memudahkan usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya.

Berikut ini adalah jenis jenis pengungkit

a. Pengungkit Jenis Pertama

Tuas jenis pertama merupakan tuas dimana titik tumpunya berada di tengah, yaitu antara beban dan kuasa. Contoh alat-alat yang termasuk dalam tuas jenis ini diantaranya: gunting, jungkat-jungkit, tang, linggis, timbangan, dan pemotong kuku.

b. Pengungkit Jenis Kedua

Tuas jenis ini merupakan sebuah tuas yang bebannya terletak di antara titik tumpu dan kuasa. Bebebrapa alat yang termasuk tuas jenis ini diantaranya pisau, pemotong kertas, gerobak beroda satu, pemecah kemiri dan pembuka botol.

c. Pengungkit Jenis Ketiga

Tuas jenis ini merupakan tuas yang posisi kuasa-nya berada di antara titik tumpu dan beban. Contoh peralatan yang termasuk tuas jenis ini ialah lengan tangan kita, sekop pasir, pinset, penjepit roti, penjepit es, dan lain-lain.

Agar kita dapat mengetahui besar gaya yang dilipatgandakan oleh pengungkit maka kita harus menghitung keuntungan mekaniknya. Cara menghitung keuntungan mekaniknya dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban. Panjang lengan kuasa adalah jarak dari tumpuan sampai titik bekerjanya gaya kuasa. Panjang lengan beban adalah jarak dari tumpuan sampai dengan titik bekerjanya gaya beban.

Hukum Pascal

1. Pengertian Hukum Pascal

Jika seseorang memeras ujung kantong plastik berisi air yang memiliki banyak lubang maka air akan memancar dari setiap lubang dengan sama kuat. Blaise Pascal (1623-1662) menyimpulkannya dalam hukum Pascal yang berbunyi, “tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah”

Blaise Pascal (1623-1662) adalah fisikawan Prancis yang lahir di Clermount pada 19 Juli 1623. Pada usia 18 tahun, ia menciptakan kalkulator digital pertama di dunia. Ia menghabiskan waktunya dengan bermain dan melakukan eksperimen terus-menerus selama pengobatan kanker yang dideritanya. Ia menemukan teori hukum Pascal dengan eksperimenya bermain-main dengan air.

Contohnya, alat semprot obat nyamuk, ketika kita dorong untuk disemprotkan maka air yang keluar dari lubang penyemprot akan sama besar dan sama kuat. Hal ini menunjukkan bahwa air menekan secara merata ke segala arah.

Secara matematis hukum Pascal dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan :

P, P1, dan P2 = tekanan (N/m2)

F1 dan F2 = gaya yang diberikan (Newton)

A1 dan A2 = luas penampang (m2)

2. Aplikasi Hukum Pascal dalam Kehidupan Sehari-hari

Peralatan-peralatan yang menggunakan prinsip kerja Hukum Pascal antara lain dijelaskan sebagai berikut.

a. Dongkrak Hidrolik

Bagian badan mobil yang akan diganti bannya harus diganjal supaya badan mobil tidak miring. melakukan itu, digunakan dongkrak hidrolik.

Gambar di samping memperlihatkan skema dongkrak hidrolik yang terdiri atas:

1) dua bejana yang berhubungan terbuat dari bahan yang kuat misalnya besi

2) penghisap kecil dan penghisap besar

3) minyak pengisi bejana

Adapun cara kerja dongkrak hidrolik tersebut adalah sebagai berikut. Ketika sebuah gaya F₁ diberikan melalui tuas dongkrak untuk menekan penghisap kecil A₁, tekanan ini akan diteruskan oleh minyak ke segala arah. Oleh karena dinding bejana terbuat dari bahan yang kuat, gaya ini tidak cukup untuk mengubah bentuk bejana. Satu-satunya jalan, tekanan ini diteruskan oleh minyak ke penghisap besar A2. Tekanan ini sama dengan tekanan yang diterima pengisap besar A2.

Tekanan pada penghisap kecil A1 dapat dituliskan:

Tekanan (P1) tersebut diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke luas A2. Tekanan ini sama dengan tekanan yang diterima pengisap besar A2. Jika dirumuskan adalah

c. Rem Hidrolik

Pengendara mobil akan memerlukan tenaga besar untuk menghentikan laju mobilnya. Akan tetapi, dengan menerapkan Hukum Pascal pada sistem rem mobil, pengemudi hanya perlu m memberikan gaya kecil untuk mengurangi laju kendaraannya. Gaya ini berupa injakan kaki pada pedal rem. Gambar di bawah menunjukkan skema sistem rem pada mobil. Gaya diberikan pengemudi pada pedal rem. Gaya ini diteruskan oleh minyak melalui pipa sehingga memberikan gaya yang lebih besar pada rem yang terdapat di ban mobil. Dengan demikian, laju mobil dapat dikurangi.

d. Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil

Gambar di atas memperlihatkan sebuah mesin hidrolik pengangkat mobil yang digunakan di tempat pencucian mobil. Secara umum, cara kerja mesin hidrolik tersebut sama dengan dongkrak hidrolik.

Berikut ini contoh perhitungan tekanan pada sebuah dongkrak hidraulik.

Misalnya, sebuah dongkrak hidraulik mempunyai dua buah penghisap dengan luas penampang melintang A1 = 5,0 cm2 dan luas penampang melintang A2 = 200 cm2. Bila diberikan suatu gaya F1 sebesar 200 N, pada penghisap dengan luas penampang A2 akan dihasilkan gaya F2 berapa?

F2 = (F1 : A1) x A2

= (200 : 5) x 200

= 8000 N.

Sumber : Buku IPA Kelas 8 Semester 2 Kurikulum 2013