Kegiatan Belajar 8
MATERI POKOK : PESAWAT SEDERHANA DAN
MESIN PENGANGKAT
A. URAIAN MATERI:
Pesawat sederhana adalah alat-alat yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan. Mesin pengangkat adalah sebuah mekanisme yang didesain untuk mengangkat beban berat dengan gaya yang relatif kecil. Gaya yang diberikan biasanya disebut kuasa dan diberi simbol F, sedangkan beban yang diangkat diberi simbol W.
1. Rasio Kecepatan dan Keuntungan Mekanis
Adalah jelas bahwa tidak ada mesin yang sempurna, ada sejumlah usaha yang hilang karena gesekan antara komponen-komponen yang bergerak, sehingga
Usaha yang diberikan kepada mesin = Usaha yang hilang pada gesekan + Usaha berguna yang dilakukan
Usaha yang diberikan ke mesin adalah perkalian antara gaya kuasa yang diberikan dan jarak tempuh gerak mesin.
Usaha berguna yang dilakukan adalah perkalian antara beban dan jarak beban terangkat. Jika besarnya kuasa menjadi kecil dibandingkan dengan jumlah beban yang diangkat maka jarak tempuh perpindahan kuasa harus lebih besar dibandingkan dengan jarak perpindahan beban. Rasio antara jarak pindah oleh kuasa terhadap jarak pindah oleh beban dalam waktu yang sama disebut rasio kecepatan (velocity ratio), yang nilainya tetap untuk setiap mesin tertentu tergantung desainnya.
Rasio Kecepatan(V . R)=Jarak pindaholeh kuasa
Jarak pindaholeh beban
Keuntungan menggunakan mesin pengangkat adalah mengangkat beban yang besar dengan kuasa yang kecil, kemudian istilah keuntungan mekanis (mechanical advantage) digunakan untuk mengekspresikan rasio ini,
Keuntungan Mekanis= Beban diangkat
Kuasa Dilakukan
Atau, dengan simbol
M . A=W
F
Efisiensi suatu mesin adalah perbandingan antara usaha berguna dilakukan terhadap usaha diberikan ke mesin.
η(Efisiensi)=Usaha berguna dilakukan
¿W × Jarak pindaholeh W F × Jarak pindaholeh F
Dimana WF adalah keuntungan mekanis = M.A,
dan
Jarak pindaholehW Jarak pindaholeh F =
1
Rasio kecepatan= 1 V . R
sehingga diperoleh, η=M . A .
V . R .
Kuasa ideal adalah kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban W jika tidak ada gesekan. Jika ada secara teori mesin sempurna tanpa gesekan dimana efisiensinya satu atau 100%, keuntungan mekanis akan sama dengan rasio kecepatan, sehingga
Kuasa Ideal= W
V . R .
Sehingga kuasa yang diperlukan untuk mengatasi gesekan = kuasa aktual - kuasa ideal
Kuasa untuk mengatasi gesekan=F− W
V . R .
Beban ideal adalah beban yang akan diangkat oleh kuasa dilakukan jika tidak ada gesekan,
Ideal Load=F ×V . R
Dan, beban yang hilang karena gesekan = beban ideal - beban aktual ¿F ×V . R .−W
2. Bidang Miring
Bidang miring merupakan sebuah bidang miring yang digunakan untuk memindahkan sebuah
Gambar 8.1 Bidang miring
Penggunaan bidang miring mempunyai keuntungan yang disebut dengan keuntungan mekanis yang dirumuskan sebagai berikut
Keuntungan Mekanis=Beban
Kuasa=
Jarak Perpindahan Ketinggian
M . A .=W
F= S h
3. Tuas/Pengungkit
Sistem kerja tuas terdiri atas tiga komponen, yaitu beban, titik tumpu, dan kuasa. Beban adalah benda yang akan dipindahkan. Hubungan antara lengan kuasa lk, lengan beban lb, bebanW, dan kuasaF secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
F × lk=W ×lb
Gambar 8.2 Tuas/pengungkit 4. Katrol
Katrol sangat baik digunakan untuk memindahkan beban ke atas. Katrol dapat dibedakan menjadi katrol tunggal tetap, katrol tunggal bergerak, dan takal.
Katrol Tunggal Tetap
Gambar 8.3 Katrol Tunggal Tetap
Titik tumpu yang merupakan pusat lingkaran katrol diberi nama A, kemudian AB dan AC masing-masing disebut lengan beban dan lengan gaya. Keuntungan katrol jenis tunggal ini sama dengan 1. Hal ini dikarenakan perbandingan antara lengan beban dan lengan gaya sama dengan 1. Dapat dirumuskan sebagai berikut:
M . A=W
F = AB AC=1
Katrol Tunggal Bergerak
Katrol tunggal jenis ini dirancang sedemikian rupa sehingga katrol ini bergerak.
Gambar 8.4 Katrol Tunggal Bergerak
Titik C merupakan titik tumpu katrol, AC adalah lengan beban dan BC adalah lengan gaya. Katrol jenis ini mempunyai keuntungan mekanis 2, artinya perbandingan antara berat beban dan gaya sama dengan dua. Jika kamu mengangkat beban menggunakan katrol jenis ini, kamu hanya perlu memberikan gaya sebesar setengah kali berat beban. Dapat dirumuskan sebagai berikut.
M . A=W
F = AB AC=1 Katrol Takal
Takal adalah katrol majemuk yang terdiri atas katrol-katrol tetap dan katrol-katrol bergerak. Takal biasa digunakan untuk mengangkat beban yang berat. Takal dapat menggunakan dua katrol di mana satu sebagai katrol tetap dipasang di atas dan satu lagi sebagai katrol bergerak. Takal
Gambar 8.5 Katrol takal
Blok Katrol Tali (Rope Pulley Block )
Blok Katrol Tali terdiri dari dua blok katrol, satu di atas dan satu di bawah, masing-masing terdiri dari sejumlah katrol yang masing-masing-masing-masing bebas berputar pada sumbunya. Tali diulir pada setiap katrol membelit dari atas ke bawah seperti ditunjukkan oleh gambar 8.6 ujung tali diikatkan kuat ke blok berlawanan dengan katrol terakhir.
Gambar 8.6 Blok Katrol Tali
Rasio Kecepatan (V.R) = Jumlah tali penahan blok muatan
Contoh:
Satu set blok katrol tali memiliki dua katrol pada masing-masing blok. Hitunglah efisiensi ketika mengangkat beban 448 N jika kuasa yang diperlukan adalah 120 N.
Kuasa F
Beban W Roda
Poros
Keuntungan Mekanis=Beban
Kuasa= 448 120=3,73
Efisiensi η=M . A
V . R ×100 % ¿3,73
4 ×100 % ¿93,3 %
5. Roda dan Poros
Terdiri dari sebuah roda katrol dipasang erat dengan poros yang mana dipasang pada bearing horisontal. Tali pembawa muatan diulir dan dipasang kuat pada poros, sedangkan tali untuk kuasa diulir dan dipasang kuat pada katrol, sebagaimana gambar 8.7.
Jika D = diameter Rodaa (R = jari-jari roda) dan d = diameter poros (r = jari-jari poros)
Rasio Kecepatan,
V . R .=Jarak Perpindahanoleh Kuasa
Jarak Perpindahanoleh Beban=
Keliling Roda Keliling Poros=
πD πd
V . R .=D
d= R r
Gambar 8.8 Dongkrak Sekrup (Screw Jack)
Dapat dilihat pada gambar 8.8 bahwa ketika batang diputar pada jarak efektif R sebanyak satu putaran, jarak Perpindahan oleh kuasa adalah keliling lingkaran yang dibentuk oleh kuasa, yaitu 2πR, dan jarak beban terangkat adalah jarak vertikal sekrup naik, yang mana untuk satu putaran batang sama dengan satu pitch. Sehingga Rasio Kecepatan diperoleh,
V . R=Jarak PerpindahanOleh Kuasa
Jarak Pindah olehBeban = 2πR Pitch
7. Roda Gigi
Gigi roda merupakan contoh pesawat sederhana. Gigi roda banyak digunakan pada mesin-mesin. Ketika kamu melewati tanjakan, sepeda kamu akan terasa berat. Hal ini dikarenakan tarikan gaya gravitasi yang bekerja pada badan dan sepedamu. Sepeda masa kini telah dilengkapi dengan gigi roda yang lebih dari satu.
Gambar 8.9 Roda gigi
Gigi roda ini berfungsi meningkatkan atau menurunkan putaran. Ketika sepeda akan melewati tanjakan, kamu pasti memindahkan gigi roda belakang sedemikian rupa
sehingga rantai akan terhubung dengan gigi roda yang paling besar. Gigi roda depan yang berhubungan langsung dengan pedal tempat mengayuh pun diubah sedemikian rupa sehingga rantai akan terhubung pada gigi roda yang paling kecil. Hal ini mengakibatkan laju sepeda akan melambat, tetapi kamu akan merasakan kayuhan kakimu menjadi ringan. Sehingga dengan gaya sama seperti digunakan untuk mengayuh sepeda pada jalan datar, kamu dapat melewati tanjakan.
B. RANGKUMAN
1. Pesawat sederhana adalah alat-alat yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan.
2. Rasio antara jarak pindah oleh kuasa terhadap jarak pindah oleh beban dalam waktu yang sama disebut rasio kecepatan (velocity ratio), yang nilainya tetap untuk setiap mesin tertentu tergantung desainnya.
Rasio Kecepatan(V . R)=Jarak pindaholeh kuasa
Jarak pindaholeh beban
3. Keuntungan menggunakan mesin pengangkat adalah mengangkat beban yang besar dengan kuasa yang kecil, kemudian istilah keuntungan mekanis (mechanical advantage) digunakan untuk mengekspresikan rasio ini,
M . A=W
F
4. Efisiensi suatu mesin adalah perbandingan antara usaha berguna dilakukan terhadap usaha diberikan ke mesin.
η(Efisiensi)=Usaha berguna dilakukan
Usaha diberikan ke mesin η=M . A .
V . R .
5. Kuasa ideal adalah kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban W jika tidak ada gesekan. Jika ada secara teori mesin sempurna tanpa gesekan dimana efisiensinya satu atau 100%, keuntungan mekanis akan sama dengan rasio kecepatan, sehingga
Kuasa Ideal= W
V . R .
6. Bidang miring merupakan sebuah bidang miring yang digunakan untuk memindahkan sebuah benda ke ketinggian tertentu.
M . A .=W
F= S h
7. Sistem kerja tuas terdiri atas tiga komponen, yaitu beban, titik tumpu, dan kuasa. Beban adalah benda yang akan dipindahkan. Hubungan antara lengan kuasa lk, lengan beban lb, bebanW, dan kuasaF secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
8. Katrol sangat baik digunakan untuk memindahkan beban ke atas. Katrol dapat dibedakan menjadi katrol tunggal tetap, katrol tunggal bergerak, dan takal.
9. Roda dan Poros terdiri dari sebuah roda katrol dipasang erat dengan poros yang mana dipasang pada bearing horisontal. Rasio Kecepatan roda dan
10.Rasio Kecepatan dongkrak sekrup (screw jack), V . R=Jarak PerpindahanOleh Kuasa
Jarak Pindah olehBeban = 2πR Pitch
11.Gigi roda ini berfungsi meningkatkan atau menurunkan putaran. C. TUGAS
1. In a wheel and differential axle type of lifting machine, a crank handle of 240 mm radius takes the place of the wheel and the diameters of the differential axle are 110 mm dan 80 mm respectively. If an effort of 80 N is required at the handle to lift a load of 1,12 kN, find the velocity ratio, mechanical advantege and efficiency at this load!
2. Two toggle bars are used in a screw jack to raise a casting of 3 ton mass. The screw thread has a pitch of 12 mm. One toggle is 500 mm long and the effort applied to its ind is 220 N. the other toggle is 450 mm long, find the effort required at the end of this toggle if the efficiency when lifting this load is 35%.
D. TES FORMATIF Soal Tes Formatif:
1. Seorang mendorong sebuah peti seberat 600 N. Pria ini menggunakan sebuah papan dengan panjang 4 m yang digunakan sebagai bidang miring. Jika jarak permukaan tanah dan bak truk 2 m, hitunglah keuntungan mekanis penggunaan bidang miring ini! Berapa gaya yang diperlukan untuk mendorong peti itu?
M.A. = WF
F= W
M . A .= 600N
2 =300N
2. Diketahui: Tuas panjang 2 m; lb= 0,5 m; w = 700 N. Ditanya: F....?
Jawab:
Terlebih dahulu kita hitung lengan kuasa: lk = 2 - 0,5 m = 1,5 m
Persamaan tuas: F × lk=w × lb
F=w ×lb lk
=700N ×0,5m
1,5m =233,3N
3. Diketahui:
Jumlah total katrol = 2 × 3 = 6
Rasio Kecepatan (V.R.) = jumlah katrol = 6 Keuntungan Mekanis M . A .=Beban
Kuasa= 500 100=5
Efisiensi η=M . A
V . R .×100 % ¿5
