Pesawat sederhana adalah peralatan yang digunakan untuk memudahkan manusia dalam melakukan suatu usaha. Disebut pesawat sederhana karena cara penggunaanya yang sangat mudah. Pesawat sederhana dapat mempermudah kita untuk melakukan usaha dengan cara mengubah arah gaya, mengubah jarak tempuh gaya dan memperkecil besar gaya. Dengan adanya pesawat sederhana dapat menghemat tenaga yang dikeluarkan manusia mempersingkat waktu untuk menyelesaikan suatu kegiatan.
Terdapat empat jenis pesawat sederhana yaitu pengungkit, katrol, bidang miring, dan roda. Untuk lebih lengkapnya, dibawah ini akan kami jelaskan secara lengkap tentang pengertian pesawat sederhana, meliputi pengertian pesawat sederhana, macam-macam pesawat sederhana dan contoh soal pesawat sederhana dengan penjelasannya.
Baca Juga : Hukum Coulomb dan Penjelasannya
Pengertian Pesawat Sederhana
Pesawat sederhana adalah alat yang digunakan untuk memudahkan manusia dalam melakukan suatu usaha. Fungsi pesawat sederhana yaitu membuat pekerjaan manusia menjadi lebih mudah, ringan dan cepat.
Salah satu manfaat pesawat sederhana yaitu digunakan untuk mengangkat, memindahkan benda berat serta mengurangi jumlah gaya.
Pesawat sederhana membutuhkan gaya kuasa untuk bekerja. Pada prinsipnya, pesawat sederhana melipat gandakan gaya kuasa, mengubah arah gaya kuasa dan menambah kecepatan usaha.
Dalam pesawat sederhana terdapat beberapa istilah yang akan kita temui, yaitu:
- Gaya kuasa (F): Gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat atau memindahkan beban
- Lengan Kuasa (LF): Jarak antara titik tumpu dengan kuasa
- Beban (W): Berat benda yang akan dipindahkan atau diangkat
- Lengan Beban (LW): Jarak antara beban dengan titik tumpu
- Titik Tumpu (O): Kedudukan bantalan untuk mengangkat beban
Baca Juga : Hukum Pascal dan Penjelasannya
Macam Macam Pesawat Sederhana
Berdasarkan cara kerjanya, pesawat sederhana dibagi menjadi empat jenis, yaitu pengungkit, katrol, bidang miring, dan roda. Jenis-jenis tersebut memiliki fungsi dan keuntungan masing-masing karena memiliki mekanik yang dibutuhkan dari perbandingan antara gaya beban dengan gaya kuasa sehingga membuat pekerjaan menjadi lebih ringan. Lebih jelasnya, berikut penjelasannya:
1. Pengungkit (Tuas)
Pengungkit (tuas) adalah jenis pesawat sederhana berupa tongkat atau batang keras yang dapat bergerak pada suatu titik tumpu. Pengungkit biasa digunakan untuk memindahkan atau mengangkat benda berat dengan gaya yang kecil.
Jarak titik tumpu dari titik beban berada disebut dengan lengan beban. Sedangkan jarak titik tumpu dari titik gaya diterapkan disebut dengan lengan kuasa.
Perhatikan gambar dibawah ini:
Keterangan:
F = gaya kuasa (N)
w = beban (N)
Lk = lengan kuasa (m)
Lb = lengan beban (m)
Prinsip kerja pengungkit yaitu dengan gaya kecil, beban berat benda dapat dipindahkan. Gaya dapat diperkecil dengan memperpendek lengan beban. Jika lengan beban pendek maka lengan kuasa akan semakin panjang. Sedangkan semakin panjang lengan kuasa, maka semakin kecil gaya yang dibutuhkan.
Secara matematis, hubungan F, w, Lk, Lb dapat dirumuskan sebagai berikut:
Berdasarkan pada posisi titik tumpu, titik beban dan titik kuasanya, pengungkit dibagi menjadi tiga jenis, yaitu pengungkit jenis 1, pengungkit jenis 2 dan pengungkit jenis 3.
Pengungkit Jenis 1
Pengungkit jenis 1 adalah jenis pengungkit dengan titik tumpu berada di antara titik beban dan titik kuasa. Pengungkit jenis 1 merupakan bentuk dasar dari suatu pengungkit. Contohnya seperti jungkat-jungkit, gunting, tang, linggis, palu dan sebagainya.
Pengungkit Jenis 2
Pengungkit jenis 2 adalah jenis pengungkit dengan titik beban berada diantara titik tumpu dan titik kuasa. Contonya seperti pembuka tutup botol, gerobak dorong, alat pemecah dan sebagainya.
Pengungkit Jenis 3
Pengungkit jenis 3 adalah jenis pengungkit dengan titik kuasa berada diantara titik beban dan titik tumpu. COntohnya seperti alat pancing, pinset, stapler dan sebagainya.
Ketika menggunakan pengungkit, pengguna akan mendapatkan keuntungan yang disebut dengan keuntungan mekanis. Secara matematis, keuntungan mekanis dirumuskan sebagai berikut:
Dengan KM = keuntungan mekanis
Baca Juga : Hukum Archimedes dan Penjelasannya
2. Bidang Miring
Bidang miring adalah pesawat sederhana berupa bidang yang dibuat miring. Hal tersebut bertujuan untuk memperkecil usaha ketika memindahkan beban yang berat. Semakin landai bidang miring, maka semakin kecil gaya yang diberikan. Sedangkan semakin curam bidang miring, maka semakin besar gaya yang dibeirkan.
Perhatikan gambar dibawah ini:
Secara matematis, bidang miring dirumuskan sebagai berikut:
F x s = w x h
Keterangan
F : gaya (N)
w : beban (N)
h : tinggi papan (m)
s : panjang papan (m)
Contoh alat menggunakan prinsip bidang miring seperti tangga berkelok-kelok, pisau, sekrup, kapak, dan sebagainya.
Baca Juga : Hukum Newton 1 2 3 dan Penjelasannya
3. Katrol
Katrol adalah roda berputar pada porosnya. Katrol memiliki tali atau rantai sebagai penghubung antar katrol dengan beban. Katrol dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu katrol tetap, katrol bebas dan katrol majemuk. Contoh katrol dalam kehidupan sehari-hari seperti penggunaan timba sumur.
Katrol Tetap
Katrol tetap adalah katrol dengan posisi selalu tetap ketika digunakan. Perhatikan contoh gambar dibawah ini:
Pada gambar diatas, O berperan sebagai titik tumpu, B sebagai titik beban dan A sebagai titik kuasa. Maka OB = lengan beban, OA = lengan kuasa. Biasanya katrol tersebut digunakan sebagai pengerek timba di sumur.
Keuntungan mekanis katrol tetap dapat dirumuskan sebagai berikut:
Karena besar gaya kuasa digunakan sepenuhkan untuk menarik beban w, maka F = w, keuntungan mekanis katrol tetap bernilai 1.
Katrol Bergerak
Katrol bergerak adalah jenis katrol yang ikut bergerak atau berubah posisi saat digunakan. Contohnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Pada gambar diatas, B berperan sebagai titik tumpu, O sebagai titik beban dan A sebagai titik kuasa. Maka, BO = lengan beban dan BA = lengan kuasa. Keuntungan mekanis dari katrol bergerak adalah 2, karena beban di topang oleh 2 tali. Biasanya katrol ini digunakan untuk mengangkat adonan semen ke lantai atas ketika pembangunan gedung.
Katrol Majemuk
Katrol majemuk adalah jenis katrol perpaduan antara katrol tetap dan katrol bergerak. Semakin banyak katrol yang digunakan, maka semakin mudah digunakan untuk mengangkut suatu barang. Keuntungan mekanis dari katrol majemuk dapat dilihat dari banyaknya tali. Perhatikan gambar dibawah ini:
Katrol majemuk terdiri dari dua katrol yang bergerak dan 1 katrol tetap. Ketiga katrol tersebut dihubungkan dengan sebuah tali sehingga terbentuk tiga lilitan tali sesuai nomor diatas, yaitu 1, 2, dan 3, karena itulah keuntungan mekanisme sama dengan 3.
4. Roda (Sistem Gir)
Pada roda (Sistem gir) terdiri dari dua roda bergerigi yang dapat berputar sekitar sumbu yang melewati pusatnya dan tegak lurus dengan bidangnya. Gir yang memiliki 8 gigi membuat dua putaran untuk mendorong dan memutar sekali gir dengan 16 gerigi. Roda gir kecil adalah gaya, dan roda gir besar adalah beban. Contoh roda (Sistem gir) dalam kehidupan sehari-hari seperti roda sepeda dan roda kendaraan bermotor.
Baca Juga : Hukum Kekekalan Energi dan Penjelasannya
Contoh Soal Pesawat Sederhana
Soal 1:
Abi dan Nia sedang bermain jungkat jungkit. Jarak antara Abi dengan titik tumpu adalah 30cm. Jika massa Abi dan Nia berturut-turut 20kg dan 25kg, maka tentukan jarak Nia dari titik tumpu agar jungkat jungkit menjadi seimbang.
Pembahasan
Diketahui:
LH = 30
mH = 20kg
mN = 25 kg
Ditanya: LN=…?
Penyelesaian:
wH x LH = wN x LN
mHg x LH = mNg x LN
(20 x 10) x 30 = (25×10) x LN
LN = 6000/250
LN = 24cm
Jadi jarak Nia dari titik tumpu adalah 24cm.
Soal 2:
Seseorang hendak memindahkan sebuah beban menggunakan bidang miring dengan panjang 4,5m. Jika berat beban yang akan dipindahkan adalah 600N dan tinggi bidang miring 1,5m , maka besar kuasa yang harus diberikan adalah…
Pembahasan:
Diketahui:
w = 600N
l = 4,5m
h = 1,5m
Ditanya: F = …?
Penyelesaian:
Keuntungan mekanis
KM = l/h
KM = 4,5/1,5
Km = 3
Besar kuasa yang diberikan:
KM = w/F
3 = 600/F
3F = 600
F = 600/3
F = 200N
Jadi besar kuasa yang diberikan adalah 200N.
Baca Juga : Hukum Kirchoff dan Penjelasannya
Demikian artikel mengenai Pesawat Sederhana dan Penjelasannya. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan anda mengenai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.