PESAWAT SEDERHANA

Peta Konsep Pesawat Sederhana | sumber: haumagenst

Pada tubuh manusia berlaku prinsip-prinsip kerja pesawat sederhana.
Prinsip-prinsip tersebut kemudian ditiru dan dimodifikasi untuk mendesain berbagai macam peralatan yang memudahkan kerja manusia.
Energi dan kerja (usaha) dinyatakan dalam satuan Joule (Newton meter).

Kerja atau usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dengan jarak.
Sehingga dapat dituliskan dengan rumus berikut.

W = F.S

di mana:
W = Usaha (Joule)
F = Gaya (Newton)
S = Jarak (Meter)

Usaha dapat bernilai nol apabila gaya yang dikerjakan pada benda tidak mengakibatkan perpindahan tempat.
Besarnya usaha yang dilakukan per satuan waktu disebut dengan daya atau power (P).
Daya secara matematis dituliskan sebagai berikut.

P = W/t

di mana:
P = Daya (Watt)
W = Usaha (Joule)
t = Waktu (Sekon)

Pada saat manusia melakukan aktivitas, manusia selalu berupaya untuk melakukannya dengan usaha dan daya yang sekecil-kecilnya.
Oleh karena itu, manusia menggunakan pesawat sederhana untuk membantu melakukan aktivitasnya.

PESAWAT SEDERHANA
Alat-alat yang dapat membantu manusia melakukan suatu usaha disebut pesawat sederhana.
Ada beberapa jenis pesawat sederhana yang sering digunakan dalam sehari-hari, misalnya katrol, roda berporos, bidang miring, pengungkit (tuas).

a. Katrol
Prinsip kerja katrol adalah mengubah arah gaya sehingga kerja yang dilakukan menjadi lebih mudah.
Berdasarkan jumlah katrol yang digunakan, pesawat sederhana dibedakan menjadi sistem katrol tunggal, sistem katrol ganda, dan sistem katrol banyak (takal).
Selain itu, sistem katrol juga dapat dibedakan berdasarkan geraknya, yaitu katrol tetap dan katrol bebas.

Katrol Tetap
Jika tali yang terhubung pada katrol ditarik ke bawah, maka secara otomatis timba berisi air akan terkerek ke atas.
Keuntungan mekanik katrol tetap sama dengan 1. Jadi, katrol tetap tunggal tidak menggandakan gaya kuasa atau dengan kata lain gaya kuasa sama dengan gaya beban.

KM = W/F = lk/lb = 1

Katrol bergerak
Katrol bebas berfungsi untuk melipatkan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda menjadi setengah dari gaya beban.
Katrol jenis ini biasanya ditemukan di pelabuhan yang digunakan untuk mengangkat peti kemas.
Keuntungan mekanik dari katrol bebas lebih besar dari 1.
Pada kenyataannya nilai keuntungan mekanik dari katrol bebas tunggal adalah 2.
Hal ini berarti bahwa gaya kuasa 1 N akan mengangkat beban 2 N.

KM = W/F = lk/lb = 2

Katrol Takal
Agar gaya kuasa yang diberikan pada benda semakin kecil, maka diperlukan katrol majemuk.
Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem yang terpadu.
Katrol majemuk biasa digunakan dalam bidang industri untuk mengangkat benda-benda yang berat.
Keuntungan mekanik dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban.

KM = W/F = lk/lb = n

(n = jumlah katrol)

b. Roda Berporos
Roda berporos adalah pesawat sederhana yang memiliki dua roda dengan ukuran berbeda yang berputar bersamaan.
Gear pada sepeda adalah salah satu contoh pesawat sederhana yang tergolong roda berporos.
Gaya kuasa biasanya bekerja pada roda yang besar, gaya beban bekerja pada roda yang lebih kecil.
Roda berporos memiliki fungsi untuk mempercepat gaya.
Selain gear sepeda, contoh penerapan pesawat sederhana jenis roda berporos adalah kursi roda, mobil, dan sepatu roda.

c. Bidang Miring
Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga dapat memudahkan gerak benda.
Contoh dari bidang miring selain tangga adalah sekrup dan pisau.
Keuntungan mekanik bidang miring dapat dihitung dengan membagi jarak kuasa dengan jarak beban.

Jika tinggi bidang miring h, panjang bidang miring s, berat benda yang dinaikkan melalui bidang miring w, dan gaya yang digunakan untuk memindahkan benda itu sebesar F maka keuntungan mekanik bidang miring dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.

KM = w/f = s/h

d. Pengungkit (Tuas)
Tuas atau pengungkit adalah sebuah batang yang dapat diputar di sekitar titik tumpu.
Contoh alat-alat yang merupakan pengungkit antara lain gunting, linggis, jungkatjungkit, pembuka botol, pemecah biji kenari, sekop, koper, pinset, dan sebagainya.
Tuas berfungsi sebagai alat pembesar gaya sehingga keuntungan menggunakan tuas adalah gaya yang dihasilkan lebih besar daripada gaya yang dikeluarkan.
Besarnya gaya yang dihasilkan bergantung pada panjang lengan gaya dan panjang lengan beban.
Makin besar perbandingannya, makin besar pula gaya ungkit yang dihasilkan.
Cara menghitung keuntungan mekaniknya dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban.
Panjang lengan kuasa adalah jarak dari tumpuan sampai titik bekerjanya gaya kuasa.
Panjang lengan beban adalah jarak dari tumpuan sampai dengan titik bekerjanya gaya beban.

Perbandingan beban yang diangkat dan kuasa yang dilakukan disebut keuntungan mekanis, dirumuskan sebagai berikut:

KM = W/F = lk/lb

Dimana:
KM = keuntungan mekanis
w = beban
F = kuasa
lk = lengan kuasa
lb = lengan beban

Jenis Pengungkit dapat dikelompokkan berdasarkan letak titik tumpu, lengan kuasa, dan lengan beban.