Usaha dan Pesawat Sederhana

 Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari – hari

1. Usaha 

Usaha adalah gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan arah gaya. 

Semakin besar gaya yang diberikan pada benda, semakin besar pula usaha yang dihasilkan. Semakin besar perpindahan benda, semakin besar pula gaya yang dihasilkan. 

Usaha dapat dirumuskan sebagai : 

Keterangan :
W   = usaha (J)
F    = gaya yang diberikan (N)
  = perpindahan (m)

Laju energi atau daya (P) adalah besar energi yang digunakan pada setiap detik, sehingga dapat ditentukan dengan membagi besar usaha (W) dengan selang waktunya (t). 

Daya dapat dirumuskan sebagai : 

Keterangan :
P = daya (watt)
W = usaha (J)
t = waktu (s)

2. Jenis – jenis Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah alat yang digunakan untuk membantu mempermudah pekerjaan manusia. Pesawat sederhana ada 4 yaitu : katrol, roda berporos, bidang miring dan pengungkit. 

Keuntungan mekanis (KM) adalah bilangan yang menunjukkan berapa kali pesawat menggandakan gaya. Keuntungan mekanis dapat dirumuskan sebagai : 

Katrol ada 2 yaitu katrol tetap dan katrol bebas. Katrol tetap berfungsi mengubah arah gaya. Pada katrol tetap tunggal, gaya kuasa yang digunakan untuk menarik beban sama dengan gaya beban. Keuntungan mekanis katrol tetap = 1 

Contoh penggunaan katrol tetap yaitu katrol timba air yang digunakan untuk mengambil air dari sumur. 

Katrol bebas berfungsi untuk melipatkan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda lebih kecil dari gaya beban. Contohnya katrol di pelabuhan yang digunakan untuk mengangkat peti kemas. 

Katrol bebas kedudukannya berubah dan tidak dipasang di tempat tertentu. Seperti pada gambar berikut. 

FK = gaya kuasa
FB = gaya beban 

Katrol majemuk adalah gabungan katrol tunggal dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem. Keuntungan mekanis katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban. Contohnya katrol dalam bidang industri digunakan untuk mengangkat benda berat. 

Contoh benda yang menerapkan prinsip roda berporos yaitu mobil, sepatu roda, roda sepeda, kursi roda, dan sebagainya. Roda gigi (gear) juga merupakan contoh roda berporos. Roda gigi berfungsi sebagai pusat pengatur gerak sepeda yang terhubung dengan sepeda. 

Sedangkan roda sepeda menerapkan prinsip roda berporos untuk mempercepat gaya saat melakukan perjalanan. Berikut gambar roda roda gigi pada motor yang merupakan roda berporos : 

Bidang miring adalah bidang datar yang diletakkan miring (membentuk sudut tertentu) sehingga dapat memperkecil gaya kuasa. Contohnya, tangga, sekrup, dan pisau. 

Benda pada bidang miring : 

Keuntungan mekanis bidang miring dapat dihitung menggunakan rumus : 

Karena       Sehingga,  

Keterangan :
KM = keuntungan mekanis
FB = Gaya beban 
FK = Gaya kuasa 
l = panjang bidang miring
h = tinggi bidang miring 

Pengungkit terdiri atas 3 jenis yaitu : 

1). Jenis pertama : titik tumpu terletak diantara beban dan kuasa. Contohnya gunting. 

2). Jenis kedua : titik beban terletak diantara tumpu dan kuasa. Contohnya Penutup botol 

3). Jenis ketiga : titik kuasa terletak diantara beban dan tumpu. Contohnya pinset 

Untuk lebih jelasnya, lihat gambar berikut. 

Pengungkit dapat mempermudah usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya benda. Agar dapat mengetahui besar gaya yang digandakan oleh pengungkit, maka harus mengetahui keuntungan mekanis nya. 

Menghitung keuntungan mekanis pada pengungkit adalah dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban. Panjang lengan kuasa adalah jarak antara titik tumpu sampai titik kuasa. Panjang lengan beban adalah jarak antara titik tumpu sampai titik beban. 

Karena syarat kesetimbangan tuas (pengungkit) adalah
FB × LB = FK × LK  dan  maka   

Keterangan :
KM = keuntungan mekanis
FB = gaya beban 
FK = gaya kuasa
LK = lengan kuasa
LB = lengan beban 

3. Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak Manusia

Prinsip pesawat sederhana juga ada yang berlaku pada struktur otot dan rangka manusia. Contohnya, pada saat mengangkat barbel. Telapak tangan membawa barbel berperan sebagai gaya beban, titik tumpu berada pada siku (sendi antara lengan atas dan lengan bawah), titik kuasanya adalah lengan bawah. 

Titik tumpu berada diantara beban dan kuasa, sehingga lengan termasuk pengungkit jenis ketiga. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut. 

Selain itu, prinsip pengungkit dapat digunakan untuk menganalisis pola gerak tubuh pada pemain bulu tangkis. Seperti pada gambar berikut. 

Demikian ringkasan materi bab Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari – hari semoga bermanfaat dan bisa menambah referensi kamu.

SOAL .....

1. Perhatikan gambar berikut ini! 
   
   
   Termasuk pengungkit jenis berapakah gambar tersebut? Mengapa demikian? Sebutkan dua contoh benda yang ada di sekitar kamu yang menggunakan prinsip kerja pengungkit tersebut!
2. Perhatikan dua gambar pengungkit di bawah ini! 
   
   
   Pengungkit manakah yang lebih membutuhkan sedikit energi jika digunakan?
3. Linggis dengan panjang 1,5 m digunakan untuk mencabut paku yang tertancap pada kayu. Linggis ditumpu 25 cm dari paku yang akan dicabut. Untuk melepaskan paku itu digunakan gaya 94.000 N. Berapa gaya lekat paku pada kayu? Berapa keuntungan mekanisnya?
4. Beni dan ayahnya sedang bermain jungkat-jungkit di taman kota. Ketika tumpuan berada di tengah-tengah jungkat-jungkit, Beni tidak dapat mengangkat ayahnya. Bagaimana caranya agar beni dan ayahnya dapat berjungkat-jungkit?
5. Sebuah benda akan diangkat dengan menggunakan pengungkit seperti tampak pada gambar berikut.
   
   
   Benda tersebut memiliki berat sebesar 1200 Newton. Bila pengungkit tersebut panjangnya adalah 3 meter, dan jarak antara beban ke titik tumpu adalah 1 meter, berapakah gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban tersebut? Berapa keuntungan mekanis yang dibeerikan oleh pengungkit?

setor tugas : KLIK DISINI