Di kehidupan kita sehari-hari banyak sekali alat-alat untuk membantu pekerjaan manusia. Ketika sedang berbelanja, kamu menggunakan troli untuk memudahkan membawa barang-barang. Untuk memotong kertas, kamu menggunakan gunting. Kemudian, katrol untuk memudahkan kamu mengambil air dari sumur.
Nah, tanpa menggunakan beberapa alat tersebut tentu kamu akan kesulitan melakukan beberapa aktivitas tadi. Lalu bagaimana alat-alat itu dapat mempermudah pekerjaanmu? Untuk mengetahui jawabannya, mari kita pelajari bersama materi kali ini; Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari-hari.
Daftar Isi
Usaha
Ketika kamu mendorong meja dengan gaya 10 N, kemudian meja tersebut berpindah sejauh 20 cm. Ini merupakan salah satu contoh yang dinamakan usaha. Usaha adalah energi yang dihasihkan dari gaya (F) yang bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan benda itu berpindah sejauh s. Semakin besar gaya (F) yang digunakan untuk memindahkan benda, semakin besar pula usaha yang dilakukan. Semakin besar perpindahan benda (Δs), semakin besar pula usaha (W) yang dilakukan. Bila dituliskan dengan rumus, maka:
dengan:
W = Usaha (Joule)
F = gaya (Newton)
Δs = perpindahan (meter)
Energi yang dikeluarkan untuk menggerakkan benda dalam selang waktu tertentu dapat dinyatakan dengan Daya (P).
Daya adalah besar usaha/ energi yang dipergunakan dalam setiap detik. Secara matematis dapat dihitung sebagai berikut:
Keterangan:
P = Daya (Watt)
W = Usaha (Joule)
t = Waktu (sekon)
Pesawat Sederhana
Saat kamu beraktivitas tentunya ingin melakukannya dengan cepat dan mudah. Biasanya kamu memerlukan alat bantu agar lebih efisien. Alat bantu tersebut dikenal pula dengan istilah pesawat sederhana.
Contohnya ketika rumput di halamanmu tinggi dan kamu menggunakan gunting pemotong rumput untuk memotongnya. Gunting adalah salah satu contoh pesawat sederhana. Selain gunting, masih banyak lagi jenis pesawat sederhana lainnya seperti, pengungkit, bidang miring, katrol, dan roda berporos.
Jenis-Jenis Pesawat Sederhana
Sebelum membahas satu per satu tentang jenis pesawat sederhana, mari kita mengenal mengenai Keuntungan mekanis terlebih dahulu. Keuntungan mekanis (KM) adalah bilangan yang menunjukkan berapa kali pesawat sederhana menggandakan gaya. Cara menghitung keuntungan mekanis pesawat sederhana yaitu dengan membandingkan gaya beban dengan gaya kuasa yang diberikan pada benda. Jika dituliskan dengan rumus, maka:
Keterangan:
FB = Gaya Beban
FK = Gaya Kuasa
Tuas/ Pengungkit
Pengungkit adalah salah satu contoh pesawat sederhana dengan prinsip menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah. Contoh alat-alat yang merupakan pengungkit antara lain gunting, linggis, pembuka botol, pinset, jungkat-jungkit, dan masih banyak lagi ada di sekitar kita.
Berdasarkan variasi letak titik tumpu, lengan kuasa, dan lengan beban, jenis pengungkit dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:
| Jenis Pengungkit | Konsep Pengungkit | Penerapan dalam Kehidupan |
|---|---|---|
| Jenis Pertama | Titik tumpu berada diantara titik kuasa dan beban.
| Gunting, jungkat jungkit, tang.
|
| Jenis Kedua | Beban berada diantara titik kuasa dan titik tumpu.
| Pembuka tutup botol, alat pemecah kemiri, gerobak beroda satu.
|
| Jenis Ketiga | Titik kuasa berada diantara beban dan titik tumpu.
| Sekop, penjepit roti, stapler, pinset.
|
Cara menghitung keuntungan mekanis pengungkit adalah dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban. Panjang lengan kuasa (LK) adalah jarak dari tumpuan sampai titik bekerjanya gaya kuasa. Panjang lengan beban (LB) adalah jarak dari tumpuan sampai dengan titik bekerjanya gaya beban. Syarat kesetimbangan tuas adalah , dan
, maka 
Bidang Miring
Bidang miring adalah bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga dapat memperkecil gaya kuasa.
Perhatikan gambar!
Cara menghitung keuntungan mekanis bidang miring adalah dengan perbandingan antara panjang bidang miring (l) dengan tinggi bidang miring (h). Jika dituliskan secara matematis, sebagai berikut:
KMbidang miring = 
sehingga, KMbidang miring = 
Contoh penerapan bidang miring, yaitu pada tangga, pisau, dan skrup.
Katrol
- Katrol Tetap Tunggal
Katrol adalah roda dengan galur yang melingkar (seperti pelek sepeda). Orang yang menimba air seperti gambar di atas merupakan contoh dari katrol tetap tunggal. Jika tali yang terhubung pada katrol ditarik ke bawah, maka secara otomatis timba yang berisi air akan terkerek ke atas. Keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan 1. Gaya kuasa (FK) yang digunakan untuk menarik beban pada jenis katrol ini sama dengan gaya beban (FB).
- Katrol Bebas
Perhatikan gambar berikut!
Biasanya kita melihat katrol jenis ini di pelabuhan. Katrol bebas yang digunakan untuk mengangkat peti kemas tersebut berfungsi menggandakan gaya. Gaya kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda menjadi lebih kecil daripada gaya beban. Nilai keuntungan mekanis dari katrol bebas lebih besar dari 1.
- Katrol Majemuk
Katrol majemuk adalah gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem yang terpadu. Biasanya digunakan untuk mengangkat benda benda yang berat dalam bidang industri. Katrol majemuk memberikan gaya kuasa yang semakin kecil. Sehingga, keuntungan mekanis dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban. Semakin banyak tali yang menopang benda. Keuntungan mekanis sistem katrol akan semakin besar
Cara menghitung keuntungan mekanisnya. Gambar di atas menunjukkan gaya kuasa pada katrol majemuk tersebut adalah 4, karena jumlah tali yang mengangkat beban ada 4 (tali kuasa tidak diperhitungkan).
Roda Berporos
Roda gigi (gear) pada sepeda, motor, atau mobil adalah pesawat sederhana yang terdiri atas sebuah roda berputar yang dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar bersama-sama. Prinsip roda berporos pada roda gigi adalah untuk mempercepat gaya saat melakukan perjalanan.
Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak Manusia
Selain pada peralatan di sekitar kita, prinsip pesawat sederhana juga ada pada sistem gerak manusia. Contohnya, saat mengangkat barbel, telapak tangan yang menggenggam barbel berperan sebagai gaya beban, titik tumpu berada pada siku, dan kuasanya adalah lengan bawah. Titik tumpu berada di antara lengan beban dan kuasa, oleh karena itu lengan disebut sebagai pesawat sederhana pengungkit jenis ketiga.
Contoh lainnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini!
Pembahasan
Mari kita menyelesaikan secara bersama-sama sebuah soal di bawah ini!
Dayu menarik sebuah gerobak berisi pasir dengan gaya sebesar 500 N sehingga gerobak tersebut berpindah sejauh 10 m. Berdasarkan pernyataan tersebut, besar usaha yang dilakukan Dayu adalah … J.
Penyelesaian:
Dari soal, kita tahu bahwa F = 500N dan Δs = 10 m.
Yang ditanyakan pada soal di atas adalah mengenai usaha. Kita ingat bahwa rumus menentukan usaha pada gerak benda adalah:
W = F×Δs
W = 500 N × 10 m
= 5.000 J
Jadi, usaha yang dikeluarkan untuk menarik gerobak tersebut adalah sebesar 5.000 Joule.
Nah, sobat pintar semua sudah mengerti kan materi pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari di atas. Kini kamu sudah bertambah lagi wawasan mengenai pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari. Tetap terus semangat dalam belajar agar semakin bertambah lagi pengetahuan lainnya. Semoga bermanfaat. See you di materi berikutnya ya.
Referensi:
Zubaidah S, Mahanal S, Yuliati L, dkk. 2017. IPA Kelas VIII Semester I Kurikulum 2013. Jakarta(ID): Kemendikbud.
