Bab 13 Pesawat Sederhana

(1)

Standar Kompetensi:

Memahami peranan usaha, gaya, dan energi dalam kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar:

Melakukan percobaan tentang pesawat sederhana dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

BAB 13

PESAWAT SEDERHANA

BIDANG MIRING Tujuan:

Memudahkan Usaha

Terdiri atas

Bergerak KATROL TUAS

Tetap Ganda

W F KM =__

(2)

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering memerlukan alat untuk membantu memudahkan usaha. Alat yang dapat membantu memudahkan suatu usaha disebut pesawat sederhana. Pesawat sederhana digolongkan menjadi tiga macam, yaitu: a. Tuas atau Pengukit.

b. Katrol.

c. Bidang miring.

(a) Tuas/pengungkit (b) Katrol

(c) bidang miring

Gambar 13.1 Beberapa macam pesawat sederhana

A. TUAS / PENGUKIT

Gambar 13.2 Tuas/pengungkit Keterangan:

W = Gaya beban (N) Lk = Lengan kuasa (m) jarak dari O ke T_k F = Kuasa (N) O = Penumpu

Lb = Lengan beban (m) jarak dari O ke T_b T_b = titik beban T_k= titik kuasa L_b

T_b

W

L_k

F

O Tk

A

F

TRUK

w

B

h

(3)

Berdasarkan konsep keseimbangan, pada saat sistem dalam keadaan seimbang diperoleh:

atau

disebut dengan keuntungan mekanis (KM)

K

egiatan 13.1 Tuas

1. Tujuan: Menentukan persamaan KM 2. Alat dan Bahan:

1) Statif dan klem 3) Benang

2) Beban 100 gram 4 buah 4) Batang berskala dan berlubang 3. Langkah kerja:

1. Gantungkan beban 200 gram (2N) seperti gambar 1 2. Gantungkan kuasa (F) agar batang berskala setimbang

3. Pindahkan tali penggantung (penumpu) pada titik R (gambar 2). Gantilah besarnya kuasa (F) agar batang berskala tetap setimbang

4. Isikan hasil kegiatan pada tabel

Informasi:

Perbandingan beban (w) dengan kuasa (F) dinamakan keuntungan mekanis (KM)

No. Beban (N) Ib (m) W x Ib Kuasa/F (N) Ik (m) F x Ik W/F

1. 2.

W = 2N F

P 15

Q R A B C 10 5 0 5 10 15

W = 2N F

P 15

Q R A B C 10 5 0 5 10 15

(1) (2)

W F

(4)

Diskusi

1. Bagaimanakah hasil kali w dan Ib dengan F dan Ik pada tabel di atas?

2. Bagaimanakah besarnya keuntungan mekanik bila penumpu semakin didekatkan beban?

3. Bagaimanakah besarnya kuasa (F) bila penumpu semakin didekatkan beban? 4. Buatlah kesimpulan menurut dua hal berikut!

1. Pada tuas diperoleh persamaan : …….

2. = ....

Contoh soal:

1. Sebatang bambu sepanjang 2 meter digunakan sebagai pengungkit untuk memindahkan sebongkah batu seberat 360 N. Pada bambu diletakkan penumpu yang berjarak 20 cm dari batu. Berapakah besar kuasa minimal yang harus diberikan pada ujung bambu yang lain agar batu terangkat (dapat dipindahkan).

Penyelesaian:

2. Perhatikan gambar di samping! Dua buah

benda dengan massa m1 400 gram dan m₂ =100 gram digantung dengan batang yang massanya diabaikan. Agar sistem seimbang maka berapa panjang batang BC?

(5)

UJI PEMAHAMAN

Kerjakan soal di bawah ini dengan benar!

1. Dua orang anak bermain jungkat jungkit. Anak yang satu berada 75 cm di sebelah kanan penumpu dengan berat 400 N, sedangkan yang seorang lagi di sebelah kiri penumpu dengan berat 500 N. Berapa jauh anak yang di sebelah kiri penumpu agar setimbang?

2. Sebatang tongkat dari kayu yang panjangnya 4 meter digunakan untuk memindahkan beban yang beratnya 3000 N. Hitunglah:

a. Besarnya kuasa bila penumpu 1 meter dari beban b. Keuntungan mekanik

B. KATROL

Pada dasarnya katrol sama dengan tuas, oleh sebab itu dapat dimungkinkan mengangkat benda-benda yang lebih berat dari kemampuan. Macam-macam katrol di antaranya katrol tetap, katrol bergerak, katrol ganda.

1. Katrol Tetap 2. Katrol bergerak 3. Katrol ganda

Gambar 13.3 Macam-macam katrol

1. Katrol Tetap

Katrol tetap adalah katrol yang kedudukannya selalu tetap di suatu tempat.

Keterangan:

W = beban O = penumpu AO = lengan beban F = kuasa OB = lengan beban A = titik beban B = titik kuasa

Gambar 13.4 F

A B

W O

F _F A C

W B

B A

W O

F

A B

(6)

K

egiatan 13.2 Katrol tetap

1. Tujuan : Menentukan KM dari katrol tetap 2. Alat dan bahan :

1) statif dan klem 3) benang

2) katrol tetap 4) dinamometer (neraca pegas) Langkah kerja:

1. Timbanglah berat beban dengan neraca pegas, seperti gambar!

2. Rangkailah alat-alat seperti gambar! 3 Catatlah besarnya kuasa yang ditunjukkan

oleh neraca pegas dan masukkan hasilnya pada tabel di bawah ini!

4. Ulangi kegiatan 1 s.d 3 untuk beban-beban yang berbeda.

Diskusi

1. Bagaimanakah besarnya kuasa (F) dan besarnya berat beban (W)? 2. Berapakah keuntungan mekanis dari katrol tetap?

3. Apakah keuntungan menggunakan katrol tetap?

2. Katrol bergerak

Katrol bergerak adalah katrol yang bila sedang bekerja kedudukan selalu berpindah tempat mengikuti gerak beban.

Keterangan:

A = penumpu O = titik beban

W = beban B = titik kuasa

AO = lengan beban F = kuasa AB = lengan kuasa

Gambar 13.5 Katrol bergerak

B A

W O

No. Berat beban (w) Kuasa (F) W/F

dalam newton (dalam newton)

1. 2. 3.

(7)

K

egiatan 13.3 Katrol bergerak

1. Tujuan : Menentukan KM dari katrol tunggal bergerak 2. Alat dan bahan :

1) katrol bergerak 3) benang

2) beban 4) statif dan klem

3. Langkah kerja:

1) Timbanglah berat beban dengan neraca pegas, seperti gambar di samping!

2) Rangkailah alat-alat seperti gambar! 3) Catatlah nilai kuasa yang ditunjukkan oleh

necara pegas dan hasilnya masukkan dalam tabel berikut!

Diskusi

1. Bagaimanakah nilai dari kuasa (F) dan berat beban (W)?

2. Berapa nilai ?

3. Berapa nilai KM dari katrol tunggal bergerak?

3. Katrol Ganda

Katrol ganda adalah beberapa katrol yang dirangkai dan pada umumnya digunakan untuk mengangkat benda-benda yang berat.

Gambar 13.6 Katrol ganda

F _F

A C

W B

W F_{rata rata}−

(8)

K

egiatan 13.4 Katrol Ganda

1. Tujuan : Menentukan KM dari katrol ganda 2. Alat dan bahan :

1) katrol tetap 4) neraca pegas

2) katrol bergerak 5) beban 3) statif dan klem

Langkah kerja:

1. Timbanglah berat beban dengan neraca pegas, seperti gambar 1!

2. Rangkailah alat-alat seperti gambar 2!

3. Catatlah nilai kuasa yang ditujukan oleh neraca pegas dan hasilnya masukkan dalam

tabel berikut!

4. Ulangi kegiatan 1 s.d. 3 untuk beban-beban yang berbeda!

Diskusi

1. Bagaimanakah besar F dan W?

2. Berapakah rata-rata ?

3. Berapakah nilai KM katrol ganda tersebut?

UJI PEMAHAMAN

1. Tentukan nilai dari kuasa dari sistem katrol di bawah ini!

2. Hitunglah besarnya kuasa dan keuntungan mekanik pada katrol tetap yang berjari-jari 20 cm yang digunakan untuk mengangkat beban yang beratnya 100 N!

3. Sebuah katrol yang bergerak berjari-jari 25 cm digunakan untuk mengangkat beban yang beratnya 250 N. Hitunglah besarnya gaya (kuasa) yang diperlukan untuk mengangkat beban!

W F

(9)

C. BIDANG MIRING

Gambar 13.7 Bidang Miring

Keuntungan mekanis pada bidang miring dapat dinyatakan dengan : Keterangan :

W = berat bedan F = kuasa

S = panjang lilitan bidang miring h = ketinggian bidang miring

UJI PEMAHAMAN

Untuk memindahkan beban digunakan bidang miring. Hitunglah

a. Gaya yang diperlukan b. Keuntungan mekanik

PENERAPAN PESAWAT SEDERHANA

Sekrup

Sekrup bergerak masuk dengan jarak tempuh lebih pendek daripada jarak tempuh putarannya. Karena itu sekrup bergerak masuk dengan gaya lebih besar daripada usaha yang dibutuhkan untuk memutarnya. Sekrup me-nembus kayu dengan gaya yang besar dan tertanam dengan kuat.

Sekrup menggunakan prinsip bidang miring

Ulir sekrup menyerupai bidang miring yang membalut sebuah bidang silinder.

Sumber: Ensiklopedi Anak Jilid 5

(10)

Gir

Gir adalah roda bergerigi. Gir biasa menambah gaya atau kecepatan, tergantung pada ukuran gir dan jumlah giginya. Gir yang digerakkan oleh gir yang lebih kecil berputar lebih lambat daripada gir yang lebih kecil tersebut, tapi gayanya lebih besar. Sedangkan gir yang digerakkan oleh gir yang lebih besar berputar lebih cepat, tapi gayanya lebih kecil.

Jam dan arloji mekanis yang dilengkapi dengan gir-gir yang memutar jarum jam dengan kecepatan yang berbeda.

Roda dan Poros

Beberapa jenis mesin memakai prinsip roda dan poros, misalnya derek. Engkol derek (roda) memutar sumbu (poros) sehingga beban terangkat. Engkol berputar lebih jauh daripada jarak naiknya beban. Derek mengangkat beban dengan gaya yang lebih besar daripada usaha yang dibutuhkan untuk memutar engkol.

Roda Kemudi

Kemudi sebuah mobil merupakan contoh prinsip roda dan poros. Poros berputar dengan gaya yang lebih besar daripada usaha yang dibutuhkan untuk memutar kemudi.

Baji

Baji merupakan suatu bentuk bidang miring. Tapi, baji adalah bidang miring yang mendorong beban ke samping atau ke atas ketika bergerak maju, bukan memindahkan beban lewat bidang miring. Baji didorong dengan gaya yang lebih besar daripada usaha yang dibutuhkan untuk menggerakkannya. Mata pisau yang tajam merupakan baji tipis yang mempermudah pekerjaan memotong.

(11)

Gerobag dorong

Gerobak dorong bekerja dengan prinsip tuas kelas dua. Beban terletak di antara usaha dan titik putar.

Joran pancing

Joran (batang) pancing merupakan tuas kelas tiga. Beban bergerak lebih jauh daripada usaha, tetapi gayanya lebih kecil. Usaha berada di antara beban dan titik putar.

Gunting

Gunting terdiri atas dua batang tuas yang bertumpu pada engsel.

ANGKUMAN

1. Pesawat sederhana adalah alat untuk memudahkan usaha. 2. Pesawat sederhana antara lain: tuas, katrol, dan bidang miring. 3. Secara umum keuntungan mekanik dari pesawat sederhana

dirumuskan:

4. Pesawat sederhana tidak mengurangi besarnya usaha.

KM W

F

=

(12)

1. Pesawat sederhana bermanfaat untuk ....

a. mengurangi besarnya usaha b. memudahkan melakukan

usaha

c. menghilangkan usaha d. memperbesar usaha

2. Prinsip bidang miring terdapat pada ....

a. jalan menanjak b. paku

c. linggis d. palu

3. Perbandingan lengan beban dan lengan kuas 3 : 5. Bila kuasa besarnya 150 N, maka beban yang dapat diangkat adalah ....

a. 200 N c. 300 N b. 250 N d. 350 N 4. Keuntungan mekanik dari katrol

tetap adalah .... a. keuntungan arah b. beban

c. penggunaan tali d. tidak terjadi gesekan

5. Sebuah benda yang beratnya 200 N bila diangkat dengan katrol bergerak memerlukan gaya .... a. 50 N c. 150 N b. 100 N d. 200 N 6. Seorang memikul dua benda yang

massanya masing – masing 2 kg dan 3 kg meng-gunakan tongkat ringan yang panjangnya 1 meter. Agar kedua benda setimbang maka batang ditumpu pada pundak jaraknya ....

a. 40 cm dari benda 2 kg b. 20 cm dari benda 3 kg c. 60 cm dari benda 3 kg d. 60 cm dari benda 2 kg

7. Dari gambar di samping, jika g = 10 m/s2 _{maka agar beban dapat} terangkat diperlukan kuasa sebesar ....

a. 10 N b. 1 N c. 15 N d. 30 N

8. Benda yang beratnya 20.000 N dinaikkan melalui bidang miring setinggi 80 cm. Jika panjang bidang miring 1,6 meter, maka diperlukan kuasa minimal sebesar ....

a. 40.000 N b. 30.000 N c. 20.000 N d. 10.000 N

9. Untuk dapat mengangkat benda sebesar 40 N menggunakan katrol tunggal bergerak, diperlukan kuasa minimal sebesar ....

a. 20 N b. 80 N c. 10 N d. 40 N

10. Jika panjang bidang miring = S dan tinggi bidang miring = h, maka keuntungan mekanis bidang miring tersebut sebesar ....

a. S x h

(13)

II. Kerjakan soal di bawah ini !

1. Batang bambu yang panjangnya 3 meter digunakan untuk mengungkit. Jika beban 500 N dapat diangkat dengan gaya 100 N, hitunglah panjang lengan beban dan panjang lengan kuasa!

2. Berapakah angka yang ditunjukkan oleh neraca pegas bila berat katrol 20 N? 3. Suatu benda yang massanya 600 kg dipindahkan ke tempat yang tingginya 8

m menggunakan bidang miring yang panjangnya 12 m. Percepatan gravitasi tempat tersebut 10 m/s2_{, hitunglah:}

a. besarnya gaya. b. keuntungan mekanik

4. Gambar di samping adalah sebuah benda dengan berat 100 N diletakkan pada bidang miring licin ABC dan diikat tali melalui katrol serta pada ujung tali dihubungkan dengan neraca pegas. Jika panjang AB = 8 m dan BC = 10 m, maka berapakah angka yang ditunjukkan oleh neraca pegas?

5. Perhatikan gambar di samping AC

adalah batang homogen yang beratnya 200 N ditumpu di titik A dan B (B adalah engsel). Titik berat batang di tengah-tengah batang. Panjang AC = 2 meter dan BC = 80 cm. Seorang anak yang massanya 50 kg berlari dari A ke C. Jika g = 10 m/s2 _{maka pada jarak} berapakah di C posisi anak tersebut pada saat ujung batang A terangkat?

A B C

A B

h

C

(14)