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 𝑥
𝑝 = 𝐵
𝑥 𝑡
atau:
𝐹 = 𝐵 
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. 𝑟
= 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.