Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Widget Atas Posting

Resume Mekanika : Pesawat Sederhana

 


Resume Mekanika

Pesawat Sederhana

 

Pesawat sederhana merupakan bentuk paling sedehana dari alat atau pesawat yang rumit. Atau dengan kata lain, pesawat sederhana merupakan peralatan yang melakukan usaha dengan hanya satu gerakan. Besar keuntungan yang diperoleh dari penggunaan pesawat sederhana dinamakan keuntungan mekanis. Keuntungan mekanis yang akan dihasilkan dari masing-masing pesawat sederhana ini berbeda-beda, bergantung jenis pesawat sederhana yang digunakan.

 

Kegiatan Belajar 1

Pengungkit dan Katrol

Pengungkit

Pengungkit atau disebut juga tuas merupakan pesawat sederhana yang paling sederhana. Pengungkit ini terdiri dari sebuah batang kaku (misalnya logam, kayu, atau batang bambu) yang berrotasi di sekitar titik tetap yang dinamakan titik tumpu. Selain titik tumpu yang menjadi tumpuan bagi pengungkit, ada dua titik lain pada pengungkit, yaitu titik beban dan titik kuasa. Titik beban merupakan titik dimana kita meletakkan atau menempatkan beban yang hendak diangkat atau dipindahkan, sedangkan titik kuasa merupakan titik dimana gaya kuasa diberikan untuk mengangkan atau memindahkan beban.

 

Berdasarkan posisi ketiga titik (titik tumpu, titik beban, dan titik kuasa) tersebut, pengungkit dapat dibedakan jenisnya menjadi tiga tipe atau tiga kelas, yaitu pengungkit jenis pertama, pengungkit jenis kedua, dan pengungkit jenis ketiga.

 

1.     Pengungkit Jenis Pertama

Pengungkit jenis pertama (disebut juga pengungkit kelas 1) memiliki letak titik tumpu (T) yang berada diantara titik beban (B) dan titik kuasa (K). Bentuk ini adalah bentuk dasar atau bentuk paling umum dari sebuah pengungkit. Contohnya adalah jungkat-jungkit, gunting, tang, palu, linggis, dan sejenisnya.

 

2.     Pengungkit Jenis Kedua

Pengungkit jenis kedua (disebut juga pengungkit kelas 2) memiliki letak titik beban (B) yang berada diantara titik kuasa (K) dan titik tumpu (T). Contoh pemanfaatan pengungkit jenis kedua diantaranya gerobak dorong, pembuka botol, pemecah kemiri, dan sejenisnya.

 

3.             Pengungkit Jenis Ketiga

Pengungkit jenis ketiga (disebut juga pengungkit kelas 3) memiliki letak titik kuasa (K) yang berada diantara titik beban (B) dan titik tumpu (T). Contoh pemanfaatan pengungkit jenis ketiga diantaranya pinset, stapler, alat pancing dan sejenisnya.

 

Keuntungan mekanis merupakan suatu bilangan yang menyatakan pelipatgandaan hasil dari suatu pesawat sederhana terhadap gaya atau jarak perpindahannya. Artinya, suatu pesawat sederhana memiliki nilai keuntungan mekanis sama dengan 2 (dua) apabila gaya yang diperlukan untuk memindahkan sebuah beban adalah setengah dari beban  tersebut.

 

Dalam pengungkit, besar keuntungan mekanis yang dihasilkan sangat bergantung dari posisi titik tumpu, titik kuasa, dan titik bebannya.

Komponen-komponen yang terdapat dalam sebuah pengungkit diantaranya:

1)     Titik kuasa (K) yaitu bagian ujung pengungkit yang diberi gaya kuasa untuk mengangkat beban.

2)     Titik beban (B), yaitu bagian ujung pengungkit yang digunakan untuk mengangkat atau memindahkan benda yang hendak diangkat atau dipindahkan.

3)     Titik tumpu (T), yaitu bagian pengungkit yang menjadi posisi tumpuan atau penyangga. Letak titik tumpu ini beragam, ada yang ditengah-tengah bagian pengungkit, ada pula yang di bagian ujungnya, bergantung jenis pengungkit.

4)     Lengan kuasa (Lk), yaitu jarak antara titik kuasa dengan titik tumpu.

5)     Lengan beban (Lb), yaitu jarak antara titik beban dengan titik tumpu.

6)     Gaya berat beban (Fb),yaitu gaya berat yang ditimbulkan beban pada pengungkit.

7)     Gaya kuasa (Fk), yaitu gaya yang diperlukan untuk mengangkat atau memindahkan beban.

8)     Semakin jauh jarak kuasa dari titik tumpu, maka semakin kecil gaya kuasa yang diperlukan untuk memindahkan/mengangkat sebuah beban.

Demikian pula semakin dekat beban dari titik tumpu, maka semakin kecil gaya kuasa yang diperlukan. Secara matematis, hubungan gaya kuasa, gaya berat beban, lengan kuasa, dan lengan beban dinyatakan oleh persamaan:

𝐹𝑏. 𝐿𝑏 = 𝐹k. 𝐿k

dengan: Fb = gaya berat beban yang akan diangkat (satuannya newton)

Fk = gaya kuasa yang diberikan (satuannya newton)

Lk = panjang lengan kuasa/jarak antara titik kuasa dan titik tumpu  (satuannya meter)

Lb = panjang lengan beban/jarak antara titik beban dan titik tumpu (satuannya meter)

Besar keuntungan mekanis (KM) pada pengungkit merupakan perbandingan antara berat beban (B) dan gaya kuasa (F) atau perbandingan antara lengan kuasa (Lk) dan lengan beban (Lb).

𝐾𝑀 = 𝐹𝑏 = 𝐿k

𝐹k           𝐿𝑏

Keuntungan mekanis masing-masing jenis pengungkit juga akan berbeda-beda, karena panjang lengan kuasa dan lengan bebannya beragam.

1)     Keutungan mekanis pengungkit jenis pertama

Pengungkit jenis pertama memiliki posisi titik tumpu yang berada diantara titik beban dan titik kuasa. Panjang lengan beban dan panjang lengan kuasanya bergantung pada posisi titik tumpunya, sehingga keuntungan mekanis yang dihasilkan bisa lebih besar atau lebih kecil dari satu.

2)     Keutungan mekanis pengungkit jenis kedua

Pengungkit jenis kedua memiliki posisi titik beban yang berada diantara titik tumpu dan titik kuasa. Panjang lengan kuasa selalu lebih panjang daripada panjang lengan beban, sehingga keuntungan mekanis yang dihasilkan selalu lebih besar dari satu.

3)     Keutungan mekanis pengungkit jenis ketiga

Pengungkit jenis ketiga memiliki posisi titik kuasa yang berada diantara titik beban dan titik kuasa. Panjang lengan kuasa selalu lebih pendek daripada panjang lengan beban, sehingga keuntungan mekanis yang dihasilkan selalu lebih kecil dari satu.

 

Katrol

Katrol merupakan pesawat sederhana yang terdiri dari sebuah roda atau piringan beralur dan tali atau kabel yang mengelilingi alur roda atau piringan tersebut. Ditinjau dari cara kerjanya, katrol merupakan jenis pengungkit, karena pada katrol juga terdapat titik tumpu, titik kuasa, dan titik beban.

Pemanfaatan katrol dalam kehidupan sehari-hari cukup beragam, misalnya untuk mengangkat benda-benda, mengambil air dari sumur, mengibarkan bendera, hingga mengangkat kotak peti kemas. Berdasarkan susunan tali dan rodanya, katrol dibedakan menjadi katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk.

1)     Katrol Tetap

Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berubah ketika digunakan. Biasanya posisi katrolnya terikat pada satu tempat tertentu. Titik tumpu sebuah katrol tetap terletak pada sumbu katrolnya. Contoh pemanfaatan katrol tetap adalah pada alat penimba air sumur dan katrol pada tiang bendera.

2)             Katrol Bebas

Katrol bebas merupakan katrol yang posisi atau kedudukannya berubah ketika digunakan. Artinya, katrol bebas tidak ditempatkan di tempat tertentu, melainkan ditempatkan pada tali yang kedudukannya dapat berubah. Contoh pemanfaatan katrol bebas adalah pada alat pengangkat peti kemas.

3)             Katrol Majemuk

Katrol majemuk merupakan perpaduan antara katrol tetap dan katrol bebas. Kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Pada katrol majemuk, beban dikaitkan pada katrol bebas dan salah satu ujung tali dikaitkan pada penampang katrol tetap. Bila ujung tali yang lain ditarik, maka beban akan  terangkat.

1)             Keuntungan mekanik pada katrol tetap

Pada katrol tetap, hanya terdapat satu penggal tali yang menahan beban, sehingga besar gaya kuasa (Fk) untuk menarik beban sama dengan gaya berat beban (Fb), atau 𝐹𝑏 = 𝐹k. Sehingga keuntungan mekanis untuk katrol tetap adalah: 𝐾𝑀 = 𝐹𝑏 = 1

𝐹k

2)   Keuntungan mekanik pada katrol bebas

Pada katrol bebas, beban yang akan diangkat digantungkan pada poros katrol dan beban serta katrolnya ditopang oleh dua penggal tali pada masing-masing sisi katrol, sehingga gaya berat beban (Fb) ditopang oleh gaya kuasa (Fk) pada dua penggal tali, atau 𝐹𝑏 = 2𝐹k. Sehingga keuntungan mekanis untuk katrol bebas adalah       𝐾𝑀 = 𝐹𝑏 = 2

𝐹k

3)             Keuntungan mekanik pada katrol majemuk

Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bergerak. Katrol majemuk sering disebut juga sistem katrol. Pada sistem katrol, keuntungan mekanis ditentukan oleh berapa banyak penggal tali penyangganya. Misalnya, sistem katrol yang terdiri dari satu katrol tetap dan satu katrol bebas. Beban pada sistem katrol ini ditopang oleh dua penggal tali (hampir sama dengan katrol bebas), atau 𝐹𝑏 = 2𝐹k, sehingga keuntungan mekanis yang dihasilkan adalah 2 (dua), atau 𝐾𝑀 = 𝐹𝑏 = 2.

𝐹k

 

Kegiatan Belajar 2

Bidang Miring, Roda dan Poros

Bidang Miring

Bidang miring merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang terdiri dari bidang datar yang salah satu ujungnya lebih tinggi daripada ujung lainnya. Bidang miring diposisikan miring agar dapat memperkecil gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan benda ke tempat yang lebih tinggi dibandingkan mengangkatnya secara vertical.

 

Bidang miring memberikan keuntungan yaitu memungkinkan kita memindahkan suatu benda ke tempat yang lebih tinggi dengan gaya yang lebih kecil. Meskipun demikian, bidang miring juga memiliki kelemahan, yaitu jarak yang harus ditempuh untuk memindahkan benda tersebut menjadi lebih panjang (jauh). Pemanfaatan prinsip kerja bidang miring dapat kita temukan dalam sejumlah perkakas, diantaranya kapak, pisau, skrup, baut, dan sebagainya.

Gaya pada bidang miring secara matematis dapat dituliskan:

𝐹 π‘₯ 𝑝 = 𝐡 π‘₯ 𝑑

atau:

𝐹 = 𝐡

Dengan: F = gaya kuasa yang diperlukan untuk memindahkan beban

B = gaya berat beban

T = ketinggian kemana beban dipindahkan atau perbedaan ketinggian ujung- ujung bidang miring

P = panjang bidang miring

Keuntungan mekanis yang kita peroleh dengan menggunakan bantuan bidang miring adalah:

KM =  =

 

Roda dan Poros

Roda dan poros merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang terdiri dari dua buah silinder dengan jari-jari yang berbeda dan bergabung di pusatnya. Silinder berjari-jari besar dinamakan roda dan silinder berjari-jari kecil dinamakan poros.

Roda dan poros bekerja dengan cara mengubah besar dan arah gaya yang digunakan untuk memindahkan (dalam hal ini, memutar) sebuah benda. Contoh penerapan roda dan poros dalam kehidupan diantaranya pemutar keran air, pegangan pintu yang bulat, obeng, roda pada kendaraan, setir kendaraan, alat serutan pensil, bor tangan, dan sejenisnya.

 

Jika gaya berat Fb akan diangkat menggunakan roda berporos, dimana jari-jari roda adalah R dan porosnya r, dengan cara menarik tali dengan gaya kuasa sebesar Fk, maka berlaku persamaan:

𝐹𝑏. π‘Ÿ = 𝐹k. 𝑅

Sehingga keuntungan mekanis penggunaan roda dan poros adalah:

KM =  =

 

Oleh karena R biasanya lebih besar dari r (R>r), maka gaya kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban lebih kecil daripada gaya berat beban. Dengan demikian, roda dan poros memiliki fungsi melipat gandakan gaya kuasa, dimana besarnya bergantung pada perpandingan jari-jari roda dan porosnya.

 


Posting Komentar untuk "Resume Mekanika : Pesawat Sederhana"