5._Pesawat_Sederhana_3.pdf

IPA SMP Kelas VIII

1

Bahan Ajar IPA Terpadu

Setelah mempelajari materi pesawat sederhana dan penerapannya diharapkan ananda

mampu

1. Mendefinisikan pesawat sederhana

2. Membedakan jenis-jenis pesawat sederhana

3. Menjelaskan prinsip kerja pesawat sederhana

4. Menggambarkan penerapan pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari

Menurut ajaran agama, manusia adalah makhluk Allah yang paling sempurna di

muka bumi. Manusia diberi kelebihan oleh Allah yaitu makhluk yang berpikir

sehingga dapat mempelajari dan merenungkan tentang ciptaan Allah. Manusia juga

dikatakan sebagai homo faber, artinya manusia dapat membuat alat-alat dan

menggunakannya. Manusia menciptakan alat-alat tersebut karena menyadari

IPA SMP Kelas VIII

1



mampu










IPA SMP Kelas VIII

1



mampu










IPA SMP Kelas VIII

2


kemampuan inderanya yang terbatas sehingga perlu berupaya untuk membuat

peralatan sebagai sarana untuk mencapai tujuannya. Karena itu, sebagai makhluk

homo fiber ananda perlu bersyukur diberi kemampuan ini dan memanfaatkan peralatan

yang telah dibuat dengan baik sesuai dengan perintah Allah.

2. Pesawat Sederhana

Saat belajar di rumah tiba-tiba pensil ananda patah, lalu ananda langsung

mengambil peruncing pensil, saat ingin membuka bungkus makanan ananda

menggunakan gunting dan juga saat ingin memotong kuku ananda menggunakan

pemotong kuku. Perucing pensil, gunting dan pemotong kuku merupakan beberapa

contoh dari alat yang memudahkan pekerjaan kita.

Alat-alat yang digunakan manusia untuk mempermudah dalam melakukan kerja

atau usaha disebut pesawat. Sebuah pesawat berfungsi untuk memperbesar gaya atau

usaha. Selain digunakan untuk memperbesar gaya, manusia juga menggunakan

pesawat untuk mengubah energi, memindahkan energi, memperbesar kecepatan, dan

mengubah arah gerak benda.

Secara umum pesawat ada dua macam, yaitu pesawat sederhana dan pesawat

rumit. Pesawat sederhana merupakan peralatan yang dibuat sangat praktis dan mudah

digunakan. Pesawat sederhana adalah alat sederhana yang dipergunakan untuk

mempermudah manusia melakukan usaha. Pengertian lain pesawat sederhana adalah

alat yang dapat mengubah besar atau arah dari gaya yang dikerjakan. Pembuka tutup

botol, gunting, resleting, dan tang merupakan beberapa contoh pesawat sederhana.

Pesawat rumit adalah alat yang dapat membantu pekerjaan manusia yang tersusun dari

gabungan beberapa pesawat sederhana. Contoh pesawat rumit antara lain mesin jahit,

motor, kipas angin, komputer, sepeda, mobil, robot, dan sebagainya.

Berbagai alat dirancang untuk memudahkan pekerjaan manusia. Sebagai contoh

pembuatan berbagai jenis robot dengan kepandaian yang berbeda-beda. Kenyataan

menunjukkan bahwa tidak ada tangan-tangan robot yang mampu menyamai penciptaan

tangan manusia yang bekerja secara sempurna. Allah menciptakan seluruh makhluk

dengan sempurna dengan satu perintah saja "Jadilah". Sebagai makhluk ciptaan Allah

kita perlu menyadari bahwa tidak ada satupun peralatan yang dibuat oleh manusia

dapat menyaingi ciptaan Allah.

IPA SMP Kelas VIII

3


Dalam kehidupan sehari ada beberapa jenis pesawat sederhana yang sering

digunakan manusia untuk mempermudah dalam melakukan usaha. Ada beberapa

macam pesawat sederhana yang ditemukan antara lain: tuas dan pengungkit, katrol,

bidang miring dan roda.

Pernahkah ananda melihat tukang batu ingin memindahkan sebuah batu yang

besar ?. Untuk memindahkan batu tersebut mereka sering menggunakan linggis dari

besi sebagai pengungkit. Tuas atau pengungkit adalah jenis pesawat sederhana yang

digunakan untuk mengungkit, memindahkan, atau menggeser kedudukan suatu benda

yang berat atau berukuran besar.

Pada suatu tuas terdapat tiga titik yaitu kuasa, titik tumpu, dan titik beban. Pada

tuas juga dikenal dua gaya yaitu gaya kuasa dan gaya beban, dan dua lengan yaitu

lengan kuasa dan lengan beban. Bagian-bagian tuas dapat diperhatikan pada Gambar 1.

Gambar 1. Bagian-Bagian Tuas

Keterangan:

A = Titik kuasa W = Gaya beban (N)

T = Titik tumpu LK = Lengan kuasa (m)

B = Titik beban LB = Lengan beban (m)

F = Gaya kuasa (N)

Sebelum manusia memikirkan dan membuat tuas untuk mempermudah

melakukan usaha, Allah telah lebih dulu memperlihatkan prinsip kerja tuas dalam

tubuh manusia. Gaya pada tubuh manusia disebabkan oleh kontraksi otot (biceps dan

F

A

T

W

BLK

IPA SMP Kelas VIII

4


triceps), tulang, dan tendon. Dalam pergerakan bagian tubuh manusia maka bagian ini

bertindak sebagai tuas. Dalam hal ini tuas adalah suatu usaha oleh kontraksi otot untuk

menggerakkan beban baik dari tubuh sendiri maupun beban dari luar. Sebagai contoh

saat kita mengangkat suatu benda dengan menggunakan tangan, maka tangan yang

memegang beban menjadi titik beban, lengan menjadi titik kuasa, dan siku menjadi

titik tumpu.

Keadaan tuas dikatakan setimbang jika perkalian antara gaya beban W dengan

lengan beban (LB) sama dengan perkalian antara gaya kuasa F dengan lengan kuasa

(LK). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

KB LxFLxW

Penggunaan tugas dalam kehidupan menyebabkan gaya beban terasa lebih

ringan sehingga diperoleh keuntungan. Keuntungan yang diperoleh dari pesawat

sederhana dinamakan keuntungan mekanik. Keuntungan mekanik pada tuas dinyatakan

sebagai perbandingan antara gaya beban yang diangkat dengan gaya kuasa yang

diperlukan atau perbandingan antara lengan kuasa dengan lengan beban. Secara

matematika keuntungan mekanik dapat dituliskan dalam bentuk:

B

Km L

L

F

WK

Keuntungan mekanik pada tuas bergantung pada panjang masing-masing lengan.

Semakin panjang lengan kuasanya, maka keuntungan mekaniknya akan semakin besar.

Jika panjang tuas 4 m, keuntungan mekanisnya adalah ....

Tuas dapat dibedakan menjadi tiga macam , yaitu tuas jenis pertama, tuas jenis

kedua, dan tuas jenis ketiga. Perbedaan ketiga jenis jenis tuas tersebut didasarkan pada

posisi sistem kerjanya.

a. Tuas Jenis Pertama

Karakteristik dari tuas jenis pertama adalah posisi titik tumpu berada di antara

beban dan kuasa. Tuas jenis ini bekerja dengan memperbesar gaya yang diberikan.

KuasaBeban

Titik tumpu

IPA SMP Kelas VIII

5


Pemanfaatan tuas jenis pertama banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-

hari. Contohnya adalah gunting, jungkat jangkit, pemotong kuku, penjepit jemuran,

dan tang. Pada tubuh manusia tuas jenis pertama ditemukan pada tengkorak dan tulang

leher. Kenapa tuas pada tengkorak dan tulang leher termasuk pada jenis tuas pertama ?.

b. Tuas Jenis Kedua

Karakteristik dari tuas jenis pertama adalah beban tuas jenis kedua terletak di

antara titik tumpu dan kuasa.

Contoh tuas jenis kedua dalam kehidupan adalah pembuka tutup botol, gerobak

dorong beroda satu, alat pemotong kertas, dan alat pemecah kemiri. Apa contoh lain

dari tuas jenis kedua dalam kehidupan sehari-hari ?. Dalam tubuh manusia prinsip tuas

jenis kedua ditemukan pada kaki wanita menggunakan sandal berhak tinggi.

Bagaimana ananda dapat menjelaskannya ?.

c. Tuas Jenis Ketiga

Karakteristik tuas jenis ketiga adalah posisi kuasa yang terletak di antara titik

tumpu dan beban. Tuas jenis ketiga bekerja dengan cara memperbesar gerakan.

Pemanfaatan tugas jenis ketiga dalam kehidupan sehari antara lain: sekop, staples,

penjepit kue, dan pinset. Pada tubuh manusia contohnya adalah saat mengangkat suatu

KuasaBeban

Titik tumpu

BebanKuasa

Titik tumpu

Gambar 4. Tuas Jenis Ketiga

Gambar 3. Tuas Jenis Kedua

Gambar 2. Tuas Jenis Pertama

IPA SMP Kelas VIII

6


benda dengan menggunakan tangan, maka tangan yang memegang beban menjadi titik

beban, lengan menjadi kuasa, dan siku menjadi titik tumpu.

Pastinya ananda sudah tahu seperti apa itu katrol. Ketika menimba air di sumur

atau ketika para pekerja bangunan sedang mengangkat beberapa bahan dari lantai

bawah ke lantai bagian atas. Alat yang digunakan untuk mempermudah usaha

dinamakan katrol. Katrol adalah salah satu jenis alat pesawat sederhana yang terdiri

atas roda berporos dengan tali sebagai penghubungnya. Pengertian lain dari katrol

adalah sebuah roda yang disekelingnya diberi tali dan dipakai untuk mempermudah

pekerjaan manusia. Suatu katrol biasanya terbuat dari material yang tahan aus dan

memiliki kekuatan yang cukup. Sebagai contoh bahan katrol adalah baja karbon

menengah. Fungsi utama dari katrol adalah untuk memudahkan kita mengangkat beban

yang berat.

Katrol digunakan untuk memudahkan kita mengangkat beban yang berat.

Berdasarkan cara kerjanya, katrol merupakan pengungkit karena memiliki titik tumpu,

kuasa, dan beban. Secara umum katrol dapat dibedakan menjadi katrol tetap, katrol

bergerak, dan katrol ganda.

a. Katrol tetap

Katrol tetap adalah katrol yang jika digunakan untuk melakukan usaha, tidak

berpindah tempat melainkan hanya berputar pada porosnya.

Gambar 5. Katrol Tetap

W

LK LB

F

IPA SMP Kelas VIII

7


Contohnya adalah katrol yang digunakan untuk menimba air di sumur dan pada

tiang bendera merupakan contoh katrol tetap dalam kehidupan sehari-hari. Keuntungan

mekanis katrol tetap dapat dicari dengan membandingkan antara beban yang diangkat

dengan kuasa. Jika gesekan antara tali dan katrol diabaikan maka keuntungan mekanis

katrol tetap dapat dituliskan dalam bentuk

KB LxFLxW

Bentuk katrol adalah berupa lingkaran sehingga jar-jari katrol sama. Dengan alasan ini

lengan LB = LK sehingga W = F, artinya gaya yang dikerjakan untuk mengangkat

benda sama dengan berat benda yang diangkat. Keuntungan mekanis katrol tetap

adalah 1 (satu). Secara matematis dapat dituliskan seperti:

1F

WKm

Keuntungan menggunakan katrol tetap, yaitu arah gaya kuasa searah dengan gaya

berat beban.

b. Katrol Bergerak

Katrol bergerak adalah katrol yang dapat bergerak bebas apabila digunakan

untuk mengangkat benda. Pada katrol bergerak, gaya yang dikerjakan sama dengan

setengah berat benda. Contoh pemanfaatan katrol bebas adalah pada alat pengangkat

peti kemas

F

W

IPA SMP Kelas VIII

8


Pada katrol bergerak titik tumpu berada dititik A, kuasa dititik B, dan beban dititik O.

Keuntungan mekanis katrol bergerak merupakan perbandingan antara lengan kuasa

dengan lengan beban dimana bernilai 2. Secara matematis dapat dirumuskan:

2F

WKm

Pada katrol bergerak gaya kuasa yang diperlukan untuk mengangkat sebuah beban

dengan berat W adalah setengah dari berat beban. Karena itu, fungsi katrol bergerak

adalah untuk mengubah arah gaya dan memperbesar gaya.

c. Sistem Katrol

Katrol kombinasi merupakan gabungan katrol tetap dan katrol bergerak yang

disebut sistem katrol. Dengan kata lain sistem katrol adalah katrol majemuk yang

terdiri atas katrol-katrol tetap dan katrol-katrol bergerak. Sistem katrol biasanya

digunakan untuk mengangkat beban yang massanya besar. Biasanya sistem katrol ini

digunakan untuk mengangkat beban yang massanya dalam orde ton misalnya peti

kemas.

Dengan sistem katrol, kuasa diperlukan untuk mengangkat beban yang besar

dapat semakin diperkecil. Sistem katrol dapat menggunakan dua katrol dimana satu

sebagai katrol tetap dipasang ditas dan satu lagi sebagai katrol penggerak. Sistem

katrol juga dapat menggunakan tiga atau empat katrol. Suatu contoh system katrol

dapat diperhatikan pada Gambar

Gambar 6. Katrol Bergerak

Gambar 7. Katrol Ganda

IPA SMP Kelas VIII

9


Keuntungan mekanik dari sistem katrol tergantung pada jumlah katrol dan tali

yang menanggung beban. Dengan menggunakan katrol berganda, keuntungan

mekanisnya akan lebih besar. Jika gaya gesekan katrol diabaikan, hubungan antara

gaya dan beban pada system katrol dapat ditulis dalam bentuk:

nF2W

Dimana:

W = Beban (N)

F = Gaya (N)

N = Jumlah katrol

Keuntungan mekanik dari sistem pegas dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara

beban dengan kuasa dan dapat dirumuskan dalam bentuk:

n2F

WKM

Keuntungan mekanik pada sistem katrol tergantung pada banyaknya katrol yang ada

pada sistem katrol. Contoh pada katrol majemuk yang terdiri dari 4 katrol, berapakah

keuntungan mekaniknya ?. Karena sistem terdiri dari empat katrol, maka keuntungan

mekaniknya adalah 4.

Contoh soal: Sebuah benda yang beratnya 2000 N akan diangkat dengan katrol

majemuk. Jika gaya yang dikerjakan hanya 400 N, berapakah banyaknya katrol

yang harus digunakan ?.

Diketahui : W = 2000 N

F = 400 N

Jawab :

5400

2000

F

WKm

Jadi, jumlah katrol yang diperlukan pada system adalah 5 buah

IPA SMP Kelas VIII

10


Suatu hari ananda dan keluarga pergi berlibur menuju suatu puncak gunung a-

tau bukit. Ketika melewati lereng gunung

bagaimana bentuk lintasan hingga kita

tiba di puncak gunung tersebut? Mengapa

demikian? Memindahkan benda dari

suatu tempat ke tempat yang lebih tinggi

akan terasa berat jika langsung diangkat.

Dengan menggunakan bidang miring hal

tersebut dapat lebih mudah untuk

dilakukan. Mengapa orang mesir kuno

sebelum masehi memanfaatkan bidang

miring untuk mengangkat batu raksasa

ketika membangun piramida ?.Gambar Jalan menuju perbukitan dibuatmelereng, agar mudah mencapai puncak bukit

Bidang miring merupakan istilah untuk menyatakan bidang datar yang

membentuk suatu sudut dari permukaan horizontal. Bidang miring adalah suatu per-

mukaan datar yang memiliki suatu sudut

yang bukan sudut tegak lurus terhadap

permukaan horizontal. Pengertian lain dari

bidang miring adalah sebuah pesawat

sederhana yang digunakan untuk memu-

dahkan pemindahan suatu beban ke tem-

pat yang lebih tinggi dengan cara mendo-

rong beban dari pada dengan mengangkat

Gambar menggunakan bidang miringmemudahkan manusia untuk memindahkanbarang jika dibandingkan harus mengangkatnya

beban tersebut. Seorang mendorong beban pada bidang miring diperlihatkan Gambar 6

Pada bidang miring usaha yang diperlukan untuk mengangkat suatu beban

dengan berat W dengan gaya F dan perpindahan sejauh Sama energi potensial yang

dimiliki benda pada ketinggi h.

hxWsF

Besarnya gaya yang diperlukan untuk memindahkan benda dari posisi A ke

posisi B adalah:

s

hxWF

IPA SMP Kelas VIII

10






























hxWsF


posisi B adalah:

s

hxWF

IPA SMP Kelas VIII

10






























hxWsF


posisi B adalah:

s

hxWF

IPA SMP Kelas VIII

11


Keterangan:

s = Panjang bidang miring (m)

h = Tinggi bidang miring (m)

W = Berat beban (N)

F = Gaya yang diperlukan (N)

Keuntungan mekanis dari bidang miring adalah perbandingan antara berat beban

dengan gaya yang diperlukan dan dapat dirumuskan dalam bentuk:

h

s

F

WKm

Dalam kehidupan sehari-hari, prinsip kerja bidang miring digunakan pada

pembuatan jalan-jalan di bukit dan pegunungan, sekrup, resleting, dan tangga. Sekrup

bekerja dengan menggunakan prinsip bidang miring. Pada sekrup terdapat silinder dan

uliran yang bekerja bersamaan. Jika sekrup diputar satu kali maka kepala sekrup dan

sumbu sekrup akan bergerak melingkar satu kali. Besar keuntungan mekanis dari

sekrup dirumuskan sebagai berikut.

sekrupinterval

sekrupkelilingKm

Dimana

Km = keuntungan mekanis sekrup

Keliling sekrup = jumlah keliling yang ada pada sekrup

Interval sekrup = jumlah keliling yang ada pda sekrup

Keuntungan menggunakan bidang miring adalah memperkecil usaha yang

dilakukan dengan menambah jarak tempuh. Kelemahan dari pesawat ini adalah untuk

menggunakannya diperlukan waktu yang relatif lebih lama.

a. Baji

Baji adalah pesawat sederhana yang prinsip kerjanya sama dengan bidang mi-

IPA SMP Kelas VIII

12


ring. Baji merupakan buah bidang miring

yang disatukan. Baji terbuat dari bahan

yang keras seperti besi atau baja. Baji

digunakan untuk membelah kayu,

membelah batu, atau benda keras lainnya.

Semakin tipis bentuk baji maka semakin

mudah kerja yang dilakukan. Salah satu

alat yang sering dijumpai menggunakan

prinsip baji adalah kapak. Gambar Roda Sepeda dan Porosnya

b. Sekrup

Sekrup adalah alat yang digunakan untuk memudahkan kerja. Sekrup merupakan

bidang miring yang dililitkan pada sebuah

tabung sehingga lilitannya berbentuk

spiral. Jarak antara ulir-ulir lilitan sekrup

disebut interval sekrup. Pesawat seder-

hana yang sering kamu jumpai dalam ke-

hidupan sehari-hari yang prinsip kerjanya

berdasarkan sekrup adalah dongkrak

mobil mekanik, paku ulir, dan baut. Gambar Roda Sepeda dan Porosnya

Roda dan poros merupakan pesawat sederhana yang terdiri atas sebuah roda ber-

putar yang dihubungkan dengan sebuah

poros yang dapat berputar bersama-sama.

Roda dan poros merupakan pesawat

sederhana yang berfungsi memperbesar

kecepatan dan gaya. Roda berporos ini

banyak ditemukan pada alat-alat seperti

setir mobil, setir kapal, roda sepeda, roda

IPA SMP Kelas VIII

13


kendaraan bermotor, dan gerinda.

Kecepatan yang dihasilkan oleh sepeda

diperoleh dari perbandingan antara jari-

jari roda dan jari-jari poros (gir).

Misalnya, pada sepeda balap. Jika gir

belakang disetel pada jari-jari terkecil ma-Gambar Roda Sepeda dan Porosnya

ka sepeda akan melaju dengan kencang. Jika gir roda belakang disetel pada jari-jari

yang besar maka laju sepeda balap akan melambat. Keuntungan mekanis yang

diperoleh dari roda dan poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.

porosjarijarirodajarijari

Km

Pada benda dilempar vertikel ke atas dengan suatu kecepatan awal vo terjadi

perubahan energi kinetik menjadi energi potensial. Semakin tinggi posisi benda energi

5._Pesawat_Sederhana_3.pdf

Documents

Transcript of 5._Pesawat_Sederhana_3.pdf