Halaman
PESAWAT SEDERHANA
BAB
18
Tentu. Eh, kita kan
bisa memakai bidang
miring untuk memu-
dahkan kita memindah-
kan benda ke tempat
yang lebih tinggi.
Bidang
miring?
Apa itu?
Asyik. Berarti
setelah mempelajari
bab ini kita akan
memahami prinsip
kerja pesawat
sederhana.
Bidang miring
termasuk pesawat
sederhana yang memu-
dahkan pekerjaan kita.
Hari ini kita akan
mempelajari pesawat
sederhana,
lho
.
Benar, kita
akan belajar
tentang tuas, katrol,
bidang miring, serta
roda dan poros.
Tomi, maukah kamu
membantuku mengangkat
drum ini? Aku harus
memindahkannya ke tempat
yang lebih tinggi.
216
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
P
erhatikan gambar di atas! Pada gambar tampak seseorang sedang membuka tutup botol. Untuk
membuka tutup botol tersebut, ia menggunakan sebuah alat pembuka tutup botol. Pembuka
tutup botol termasuk pesawat sederhana yang sering digunakan sehari-hari. Mengapa orang tersebut
menggunakan alat untuk membuka tutup botol? Dapatkah dia dengan mudah membuka tutup botol
dengan jarinya? Apakah yang dimaksud dengan pesawat sederhana? Pelajari materi berikut dengan
saksama!
Kata kunci:
pesawat sederhana – tuas – katrol – bidang miring – titik tumpu – kuasa – beban –
lengan kuasa – lengan beban – keuntungan mekanis – roda dan poros
Gambar 18.1
Pembuka tutup botol merupakan pesawat sederhana yang sering kita gunakan
A.
Pengertian Pesawat Sederhana
Gambar 18.1 di atas memperlihatkan seseorang yang sedang membuka
tutup botol dengan menggunakan pembuka tutup botol. Pada penjelasan di atas
disebutkan bahwa pembuka tutup botol termasuk pesawat sederhana. Untuk lebih
memahami tentang pesawat sederhana, simaklah percakapan berikut!
Untuk melaksanakan program penghijauan, siswa SMP Citra menanam
beberapa tanaman di lingkungan sekolah. Setiap kelas menyiapkan alat-alat seperti
cetok dan gunting rumput. Simaklah percakapan berikut!
Gerbang
Gambar seseorang membuka tutup botol dengan pembuka tutup botol,
focus on pembuka tutup botol
(
mbok modele aja bambang terus, bosen
geto loh, ganti liyane sing durung metu, pemerataan bo)
Dok. Penerbit
Nina, mengapa
kamu mencabuti
rumput menggu-
nakan tangan?
Sebaiknya
kamu gunakan
gunting pemo-
tong rumput.
Iya, ya. Tangan
kita tidak terasa
sakit dan lebih
mudah.
Lalu apa
yang harus
aku guna-
kan, Budi?
217
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
Dari percakapan di atas, dapat kita ketahui bahwa Nina
mengalami kesulitan saat memotong rumput dengan menggunakan
tangan. Namun, ketika Nina menggunakan gunting pemotong
rumput, pekerjaannya menjadi lebih mudah dilakukan. Pekerjaan
yang sulit dilakukan akan lebih ringan dengan menggunakan alat
bantu.
Dalam kehidupan sehari-hari, manusia sering menggunakan
alat bantu untuk mempermudah pekerjaan yang dilakukan. Alat-
alat yang digunakan manusia untuk mempermudah dalam
melakukan kerja atau usaha disebut
pesawat
. Sebuah pesawat
berfungsi untuk memperbesar gaya atau usaha. Alat pembuka
tutup botol, gunting rumput, komputer, dan mobil merupakan
beberapa contoh pesawat. Selain digunakan untuk memperbesar gaya, manusia
juga menggunakan pesawat untuk mengubah energi, memindahkan energi,
memperbesar kecepatan, dan mengubah arah benda.
Pesawat ada dua macam, yaitu pesawat sederhana dan pesawat rumit.
Pesawat sederhana
merupakan peralatan yang dibuat sangat praktis dan mudah
digunakan. Pembuka tutup botol, gunting, resleting, dan tang merupakan beberapa
contoh pesawat sederhana.
Pesawat rumit
terdiri atas beberapa pesawat
sederhana. Contoh pesawat rumit antara lain komputer, mobil, dan sepeda.
B.
Jenis-jenis Pesawat Sederhana
Pesawat sederhana ada beberapa jenis. Tuas atau pengungkit, katrol, bidang
miring, serta roda dan poros merupakan beberapa jenis pesawat sederhana yang
sering digunakan sehari-hari. Berikut ini akan kita pelajari satu per satu.
1. Tuas atau Pengungkit
Tuas atau pengungkit
merupakan pesawat sederhana yang sudah tidak
asing lagi bagi kita. Tuas telah digunakan oleh manusia untuk mempermudah
pekerjaannya sejak zaman prasejarah. Tuas biasa digunakan untuk
mempermudah mengungkit atau memindahkan beban dengan cara
memperbesar gaya yang diberikan. Tuas terdiri atas sebuah batang yang
berputar pada sebuah titik tetap yang disebut
titik tumpu. Contoh tuas yang
paling sederhana adalah sebuah tongkat. Prinsip kerja tuas dapat kamu
pahami dengan menyimak contoh berikut.
Perhatikan gambar 18.3 di samping! Pada gambar tampak
seseorang sedang berusaha mengangkat sebongkah batu besar
dengan menggunakan tongkat kayu dan sebuah balok kayu. Orang
tersebut meletakkan salah satu ujung tongkat kayu di bawah batu
kemudian meletakkan balok kayu di bawah tongkat kayu. Tongkat
kayu tersebut berfungsi sebagai pengungkit dan balok kayu berfungsi
sebagai titik tumpu.
Orang tersebut kemudian menekan ujung tongkat kayu yang
paling jauh dari batu. Tekanan yang diberikan akan menyebabkan
tongkat kayu bergerak. Pergerakan ujung tongkat kayu yang ditekan
menyebabkan pergerakan kecil pada ujung tongkat kayu yang dekat
Gambar 18.2
Komputer merupakan pesawat
rumit yang mempermudah pekerjaan manusia
Pesawat
Sederhana
Gambar 18.3
Tongkat kayu
dapat digunakan sebagai tuas
untuk mengangkat batu
Tuas
Dok. Penerbit
218
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
Praktikum
dengan batu. Meskipun pergerakan yang terjadi sangat kecil,
namun pergerakan ini membuat gaya tekan menjadi lebih besar.
Pertambahan gaya yang terjadi akan mampu mengangkat batu.
Batu pada contoh di atas disebut
beban
, sedangkan gaya
tekan yang diberikan orang tersebut disebut dengan
usaha atau
kuasa
. Untuk lebih mudahnya, perhatikan gambar 18.4 di sam-
ping!
G
w
menyatakan beban yang akan diangkat atau dipindahkan.
G
F
merupakan gaya yang diberikan (kuasa). Titik
O
adalah titik tumpu tuas.
Panjang
OA
merupakan panjang lengan beban (
l
b
), sedangkan panjang
OB
merupakan panjang lengan kuasa (
l
k
). Agar kamu dapat lebih memahami
konsep tentang tuas, lakukan kegiatan berikut!
Gambar 18.4
Diagram prinsip kerja tuas
O
Tuas
A. Tujuan
Menentukan keuntungan mekanis tuas.
B. Alat dan Bahan
1. Kayu yang panjangnya ± 100 cm
1 buah
2. Beban 1 N
2 buah
3. Balok kayu
1 buah
C. Langkah Kerja
1. Susun alat dan bahan seperti gambar berikut!
2. Letakkan beban pertama dan beban kedua masing-masing pada jarak 0,25 m dari
balok! Amati apa yang terjadi!
3. Ubah jarak beban pertama dan biarkan beban kedua tetap di tempat semula! Amati
apa yang terjadi!
4. Lakukan langkah 3 sebanyak empat kali! Amati apa yang terjadi dan catat hasilnya ke
dalam tabel berikut!
No.
G
w
1
L
1
G
w
2
L
2
G
w
1
x
L
1
G
w
2
x
L
2
1.
1 N
0,25 m
1 N
0,25 m
0,25 Nm
0,25 Nm
2.
. . .
. . .
1 N
. . .
. . .
. . .
3.
. . .
. . .
1 N
. . .
. . .
. . .
4.
. . .
. . .
1 N
. . .
. . .
. . .
5.
. . .
. . .
1 N
. . .
. . .
. . .
G
F
G
w
A
B
G
w
1
G
w
2
L
1
L
2
219
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
Berdasarkan percobaan di atas, diperoleh bahwa tuas berada dalam
keadaan setimbang jika perkalian antara beban (
G
w
) dengan lengan beban
(
l
b
) sama dengan perkalian antara kuasa (
G
F
) dengan lengan kuasa (
l
k
). Secara
matematis dapat ditulis sebagai berikut.
G
w
×
l
b
=
G
F
×
l
k
. . . (18.1)
atau
G
G
k
b
lw
Fl
=
. . . (18.2)
Sebuah pesawat dirancang untuk mempermudah pekerjaan manusia,
oleh karena itu sebuah pesawat selalu mempunyai keuntungan. Keuntungan
yang dimiliki sebuah pesawat disebut dengan keuntungan mekanis.
Keuntungan mekanis adalah perbandingan antara beban yang diangkat
dengan kuasa .
Keuntungan mekanis tuas
merupakan perbandingan antara
lengan kuasa dengan lengan beban. Secara matematis dapat dirumuskan:
K
m
=
G
G
k
b
lw
Fl
=
. . . (18.3)
Perhatikan contoh penghitungan keuntungan mekanis tuas berikut!
5. Buatlah kesimpulan dari kegiatan di atas! Sampaikan kesimpulanmu di depan kelas
untuk didiskusikan bersama kelompok lain.
6. Jangan lupa untuk mengembalikan semua peralatan ke tempat semula!
Contoh Soal
Perhatikan gambar di bawah ini!
Jika diketahui bahwa beban yang dimiliki kardus besarnya 150 N dan panjang pengungkit
adalah 2 meter, tentukan besar kuasa dan keuntungan mekanis dari tuas tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
G
w
= 150 N
l
b
= 0,5 m
l
k
= 1,5 m
Ditanyakan:
G
F
= . . .?
K
m
= . . .?
Keuntungan
Mekanis Tuas
1,5 m
220
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
Kerja Berpasangan 1
Jawab:
Langkah 1:
Menentukan besar kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban.
G
K
k
b
l
Fw
l
=
×
G
F
0,5
=
× 1 50
1,5
G
F
= 50 N
Langkah 2:
Menentukan keuntungan mekanis yang dimiliki tuas.
k
m
b
l
l
K
=
m
K
1,5
=
0,5
K
m
= 3
Jadi, besar kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban adalah 50 N dan keuntungan
mekanis yang diperoleh adalah 3.
Tidak sulit, bukan? Sekarang coba kamu kerjakan pelatihan berikut!
Kerjakan bersama teman sebangkumu!
1. Sebuah tuas panjangnya 100 cm. Benda diletakkan 20 cm dari titik tumpu. Berapakah
berat benda jika pada tuas bekerja gaya sebesar 40 N dan berapa pula keuntungan
mekanisnya?
2. Perhatikan gambar berikut!
Diskusikan dengan teman sebangkumu pengungkit manakah yang lebih mudah
digunakan untuk mengangkat beban? Pengungkit pada gambar a atau gambar b?
Ungkapkan pula alasanmu memilih pengungkit tersebut! Sampaikan hasil diskusimu
di depan kelas untuk kemudian didiskusikan bersama gurumu!
(a)
(b)
221
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
Tuas dibedakan menjadi tiga, yaitu tuas jenis pertama, tuas jenis kedua,
dan tuas jenis ketiga. Ketiga jenis tuas tersebut didasarkan pada posisi sistem
kerjanya.
a. Tuas jenis pertama
Tuas jenis pertama
memiliki susunan seperti gambar
18.5 di samping. Posisi titik tumpu sistem kerja tuas jenis
pertama berada di antara beban dan kuasa. Tuas jenis
ini bekerja dengan memperbesar gaya yang diberikan.
Contoh tuas jenis pertama adalah palu cakar, yaitu palu
yang digunakan untuk mencabut paku. Paku yang akan
dicabut merupakan beban. Titik tumpu palu cakar berada
pada kepala palu dan kuasa diberikan pada gagang palu. Contoh
tuas jenis pertama lainnya adalah gunting. Gunting terdiri atas
dua buah tuas jenis pertama yang bekerja dalam waktu
bersamaan. Bagian tengah gunting merupakan titik tumpu.
Bebannya berupa benda yang akan dipotong. Beban diletakkan
pada salah satu ujung gunting. Sedangkan jari-jari tangan kita
merupakan kuasa dan diletakkan pada ujung yang lain. Tuas
seperti ini disebut dengan tuas gabungan jenis pertama.
b. Tuas jenis kedua
Gambar 18.7 di samping menunjukkan diagram tuas
jenis kedua.
Tuas jenis kedua
juga bekerja dengan cara
memperbesar gaya. Beban tuas jenis kedua terletak di
antara titik tumpu dan kuasa. Pembuka tutup botol
merupakan contoh tuas jenis kedua. Titik tumpu pembuka
tutup botol terletak pada ujung pembuka. Untuk membuka
tutup botol, titik tumpu pembuka tutup botol diletakkan
pada tutup botol. Dalam hal ini tutup botol merupakan beban,
sedangkan tangan kita yang membuka bertindak sebagai kuasa.
Contoh tuas jenis kedua adalah gerobak dorong satu roda dan
pemecah kemiri. Pemecah kemiri terdiri atas dua buah tuas
jenis kedua yang bekerja bersamaan. Tuas seperti pemecah
kemiri disebut sebagai tuas gabungan jenis kedua.
c. Tuas jenis ketiga
Tuas jenis ketiga mempunyai posisi kuasa yang
terletak di antara titik tumpu dan beban seperti terlihat
pada gambar 18.9 di samping. Tuas jenis ketiga bekerja
dengan cara memperbesar gerakan. Sumpit mi
merupakan contoh tuas jenis ketiga. Mi yang akan dimakan
merupakan beban dan diletakkan pada ujung sumpit.
Ujung yang lain merupakan titik tumpu. Sedangkan posisi
tangan kita diletakkan di tengah antara beban dan titik tumpu. Contoh
dari tuas jenis ketiga antara lain pinset, penjepit roti, dan staples.
Ketiga contoh tersebut merupakan contoh tuas gabungan jenis ketiga.
Gambar 18.5
Diagram tuas jenis pertama
titik tumpu
Gambar 18.7
Diagram tuas jenis kedua
Gambar 18.9
Diagram tuas jenis ketiga
kuasa
beban
titik tumpu
titik tumpu
kuasa
beban
kuasa
beban
Gambar 18.6
Gunting merupakan tuas
jenis pertama
Gambar 18.8
Gerobak dorong satu roda
termasuk tuas jenis kedua
Gambar 18.10
Staples terma-
suk tuas jenis ketiga
Dok. Penerbit
Dok. Penerbit
Dok. Penerbit
222
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
2. Katrol
Katrol
merupakan pesawat sederhana berupa roda yang dikelilingi rantai
atau tali. Kegunaan katrol untuk mengangkut beban atau menarik suatu benda.
Jika kamu menimba air di sumur tanpa bantuan katrol maka kamu akan
mengalami kesulitan saat melakukannya. Hal ini dapat diatasi dengan
menggunakan katrol. Katrol yang dipasang pada tali untuk menimba akan
mengubah gaya tarik ke bawah menjadi gaya angkat ke atas sehingga air
dapat ditimba dengan lebih mudah.
Seperti halnya tuas, katrol juga memiliki kuasa, beban, dan titik tumpu.
Dengan demikian, katrol juga memiliki keuntungan mekanis. 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. Perhatikan gambar 18.11 di samping! Katrol yang digunakan
untuk menimba air di sumur merupakan contoh katrol tetap dalam
kehidupan sehari-hari.
Keuntungan mekanis katrol tetap dapat dicari dengan mem-
bandingkan antara beban yang diangkat dengan kuasa. Jika gesekan
antara tali dan katrol diabaikan maka keuntungan mekanis katrol tetap
dapat dituliskan sebagai berikut.
G
w
×
l
b
=
G
F
×
l
k
Karena
l
b
=
l
k
(jari-jari katrol) maka
G
w
=
G
F
. Dengan demikian,
keuntungan mekanis katrol tetap adalah 1 (satu). Artinya gaya yang
dikerjakan untuk mengangkat benda sama dengan berat benda yang
diangkat. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
K
m
=
G
G
w
F
=1
. . . (18.4)
Keuntungan menggunakan katrol tetap, yaitu arah kuasa searah
dengan gaya berat beban.
b. Katrol bergerak
Katrol bergerak
adalah katrol yang dapat bergerak bebas apabila
digunakan untuk mengangkat benda. Perhatikan gambar 18.12 berikut!
Pada katrol bergerak, gaya yang dikerjakan sama dengan setengah berat
benda. Hal ini disebabkan pada katrol bergerak, benda yang akan diangkat
Kerja Kelompok
Kerjakan bersama kelompokmu!
Carilah pesawat sederhana yang menggunakan prinsip tuas jenis pertama, kedua, dan
ketiga, masing-masing 1 buah! Uraikan bagaimana cara kerja ketiga pesawat sederhana
tersebut! Sampaikan hasilnya di depan kelas untuk didiskusikan bersama kelompok lain!
Beri kesempatan pada kelompok lain untuk menanggapi!
Gambar 18.11
Katrol tetap
Katrol
G
F
G
w
l
b
l
k
223
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
diikatkan pada poros katrol. Salah satu ujung katrol bergerak diikatkan
pada suatu tempat tetap, sedangkan ujung yang lainnya digunakan
sebagai kuasa. Keuntungan mekanis pada katrol bergerak adalah
sebagai berikut.
G
w
×
l
b
=
G
F
×
l
k
G
w
×
AB
=
G
F
×
CA
G
w
×
AB
=
G
F
× 2
AB
G
G
w
F
=2
. . . (18.5)
Dengan demikian, keuntungan mekanis pada katrol bergerak adalah 2.
c. Katrol ganda
Katrol ganda
merupakan gabungan antara katrol tetap dan katrol
bergerak yang digunakan bersama-sama. Gambar 18.13 menampilkan
contoh katrol berganda. Katrol berganda pada gambar 18.13 di samping
terdiri atas 2 katrol tetap dan 2 katrol bergerak. Dengan menggunakan
katrol berganda, keuntungan mekanisnya akan lebih besar. Keuntungan
mekanis katrol dapat ditentukan dengan menghitung jumlah tali yang
menghubungkan katrol bergerak atau menghitung banyaknya gaya yang
bekerja melawan beban. Pada gambar 18.13 jumlah tali yang menghu-
bungkan katrol bergerak ada 4. Dengan demikian, keuntungan mekanis
katrol tersebut adalah 4. Keuntungan mekanis dari katrol berganda
dirumuskan:
K
m
=
x
atau
K
m
= 2
n
. . . (18.6)
Keterangan:
x
: banyak tali
n
: banyak katrol bergerak
Agar kamu lebih memahami konsep tentang katrol, simaklah contoh
soal berikut!
Gambar 18.13
Katrol
ganda
Contoh Soal
1. Pak Rudi menimba air di sumur dengan menggunakan katrol tetap. Jika berat ember
dan air 80 N, berapakah gaya tarik yang dikerjakan Pak Rudi?
Penyelesaian:
Diketahui:
G
w
= 80 N
Ditanyakan:
G
F
= . . . ?
Jawab:
Karena keuntungan mekanik katrol tetap adalah 1 maka
K
m
=
G
G
w
F
1 =
G
F
80
G
F
= 80 N
Jadi, Pak Rudi mengerjakan gaya tarik sebesar 80 N.
Gambar 18.12
Katrol
bergerak
C
G
F
G
w
A
B
G
F
G
w
224
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
Kerja Mandiri 1
2. Sebuah benda seberat 100 N digantungkan pada katrol ganda dengan jumlah katrol
yang bergerak 2 buah. Berapakah keuntungan mekanisnya?
Penyelesaian:
Diketahui:
G
w
= 100 N
n
= 2
Ditanyakan:
K
m
= . . .?
Jawab:
K
m
= 2
n
K
m
= 2 × 2
K
m
= 4
Jadi, keuntungan mekanis yang dihasilkan oleh katrol ganda tersebut adalah 4.
Sekarang, coba kita uji pemahamanmu dengan mengerjakan pelatihan
berikut!
Kerjakan soal berikut dengan tepat!
1. Sebuah beban seberat 150 N digantungkan pada katrol tetap. Berapakah besarnya
gaya yang diberikan?
2. Sebuah benda 30 N digantungkan pada sebuah katrol bergerak. Jika berat katrol 20
N, berapakah besar gaya yang harus diberikan?
3. Sebuah benda seberat 350 N digantungkan pada sebuah sistem katrol berganda.
Jika jumlah katrol yang bergerak ada 3, berapa keuntungan mekanis sistem tersebut?
Hitung pula besar gaya yang diperlukan untuk menarik beban sebesar 600 N!
3. Bidang Miring
Memindahkan benda dari suatu tem-
pat ke tempat yang lebih tinggi akan terasa
berat jika langsung kita angkat. Dengan
menggunakan bidang miring hal tersebut
akan lebih mudah dilakukan.
Bidang
miring
merupakan bidang datar yang
diletakkan miring atau membentuk sudut
terhadap lantai seperti tampak pada
gambar 18.14.
Besarnya gaya yang diperlukan untuk memindahkan benda adalah:
G
F
×
s
=
G
w
×
h
. . . (18.7)
Keterangan:
s
: panjang bidang miring (m)
h
: tinggi bidang miring (m)
Bidang Miring
s
G
w
Gambar 18.14
Bidang miring meru-
pakan salah satu jenis pesawat sederhana
G
F
h
225
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
Dengan demikian, keuntungan mekanis dari bidang miring adalah
sebagai berikut.
K
m
=
G
G
ws
Fh
=
. . . (18.8)
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.
K
m
=
kelilin
g
sekrup
interval sekrup
. . . (18.9)
Interval sekrup merupakan jarak antaruliran.
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. Untuk membantumu memahami bagaimana
cara bidang miring memperkecil usaha yang dilakukan, pelajari
contoh soal berikut ini! Setelah kamu benar-benar memahami konsep
bidang miring, kerjakan pelatihan di bawahnya!
Sebaiknya Tahu
Sekitar tahun 236 SM, penemu
dari Yunani, yaitu Archimedes,
merancang sebuah pompa
putar yang disebut sekrup
Archimedes. Prinsip kerja se-
krup Archimedes menggunakan
bidang miring. Pada zaman
dahulu sekrup Archimedes
banyak digunakan untuk meng-
angkat air dari sungai menuju
lahan pertanian. Hingga saat ini
sekrup Archimedes masih
digunakan dalam bidang
industri.
Gambar 18.15
Sekrup archime-
des digunakan untuk menaikkan
air
Contoh Soal
Sebuah balok akan dinaikkan ke dalam sebuah truk dengan menggunakan bidang miring
sepanjang 2,5 m. Gaya yang dibutuhkan sebesar 400 N. Jika tinggi bidang miring 2 m,
berapakah berat balok tersebut?
Penyelesaian
:
Diketahui:
G
F
= 400 N
s
= 2,5 m
h
= 2 m
Ditanyakan:
G
w
= . . .?
Jawab:
G
F
× s =
G
w
×
h
400 × 2,5 =
G
w
× 2
2
G
w
= 1.000
G
w
= 500
Jadi, berat balok tersebut adalah 500 N.
Rep. www.dorlingkindersley
226
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
Kerja Mandiri 2
Kerjakan soal berikut dengan tepat!
1. Untuk memindahkan sebuah benda ke tempat yang tingginya 1,25 m digunakan bidang
miring sepanjang 1,5 m. Jika berat benda 100 N, tentukan:
a. gaya yang dikerjakan pada benda dan
b. keuntungan mekanisnya!
2. Sebuah lemari akan dinaikkan ke dalam sebuah truk dengan menggunakan bidang
miring sepanjang 3 m. Jika tinggi bidang miring 1,2 m dan gaya yang dibutuhkan
adalah sebesar 750 N, berapa berat lemari tersebut? Hitung pula keuntungan mekanis
bidang miring tersebut!
3. Sebutkan 3 contoh penerapan bidang miring dalam kehidupan sehari-hari!
4. Roda dan Poros
Simaklah percakapan berikut!
Ya, aku dibelikan
sepeda untuk pergi ke
sekolah karena jarak
dari rumah ke sekolah
terlalu jauh jika harus
ditempuh dengan
berjalan kaki.
Wah, Budi
sepedamu
baru ya?
Percakapan di atas menunjukkan bahwa Budi dibelikan sepeda oleh
orang tuanya untuk berangkat ke sekolah. Letak sekolah Budi cukup jauh
sehingga membutuhkan waktu yang lama dan tenaga yang besar untuk
berjalan kaki. Dengan menggunakan sepeda, perjalanan Budi ke sekolah
akan lebih cepat dan tidak melelahkan.
Sepeda merupakan contoh alat yang bekerja menggunakan prinsip roda
dan poros. Fungsi roda dan poros adalah untuk memungkinkan manusia
bergerak lebih cepat. Contoh benda yang bergerak dengan menggunakan
prinsip roda dan poros antara lain motor, mobil, kursi roda, dan sepatu roda.
Roda dan poros
merupakan pesawat sederhana yang terdiri atas sebuah
roda berputar yang dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar
bersama-sama. Roda dan poros merupakan pesawat sederhana yang
berfungsi memperbesar kecepatan dan gaya. Keuntungan mekanis yang
diperoleh dari roda dan poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
berikut.
Roda dan Poros
227
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
K
m
=
j
ari -
j
ari roda
j
ari -
j
ari poros
. . . (18.10)
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
maka sepeda akan melaju dengan kencang. Jika gir roda belakang
disetel pada jari-jari yang besar maka laju sepeda balap akan
melambat. Jelas, bukan? Sekarang coba kamu kerjakan studi
pustaka berikut!
Studi Pustaka
Rangkuman
Carilah referansi tambahan mengenai pesawat sederhana yang menggunakan prinsip
roda dan poros! Catat hasilnya di buku catatanmu kemudian sampaikan hasilnya di depan
kelas!
1. Pesawat sederhana merupakan peralatan yang dibuat sangat praktis dan mudah
digunakan.
2. Tuas terdiri atas sebuah batang yang berputar pada sebuah titik tetap yang disebut titik
tumpu.
3. Tuas jenis pertama mempunyai titik tumpu yang berada di antara beban dan kuasa. Contoh:
palu cakar dan gunting.
4. Tuas jenis kedua mempunyai beban yang terletak di antara titik tumpu dan kuasa. Contoh:
pembuka tutup botol dan gerobak dorong satu roda.
5. Tuas jenis ketiga mempunyai posisi kuasa yang terletak di antara titik tumpu dan beban.
Contoh: sumpit mi, pinset, dan staples.
6. Keuntungan mekanis tuas dirumuskan sebagai berikut.
K
m
=
G
G
k
b
lw
Fl
5. Katrol merupakan pesawat sederhana berupa roda yang dikelilingi rantai atau tali.
6. Katrol tetap adalah katrol yang jika digunakan untuk melakukan usaha, tidak berpindah
tempat melainkan hanya berputar pada porosnya. Keuntungan mekanis katrol tetap adalah
sebagai berikut.
K
m
=
G
G
w
F
1
7. Katrol bergerak adalah katrol yang dapat bergerak bebas apabila digunakan untuk
mengangkat benda. Keuntungan mekanis katrol bergerak dirumuskan:
Sebaiknya Tahu
Pada zaman dahulu roda kereta
harus diberi minyak setiap hari.
Hal ini dilakukan sampai ada
penemuan poros yang mengan-
dung minyak pada tahun 1787.
228
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
K
m
=
G
G
w
F
2
8. Katrol ganda merupakan gabungan antara katrol tetap dan katrol bergerak yang digunakan
bersama-sama. Keuntungan mekanis katrol ganda dirumuskan sebagai berikut.
K
m
=
x
atau
K
m
= 2
n
9. Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut
terhadap lantai. Keuntungan mekanis dari bidang miring dirumuskan:
K
m
=
G
G
ws
Fh
=
10. Roda dan poros merupakan pesawat sederhana yang terdiri atas sebuah roda berputar
yang dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar bersama-sama. Contoh
benda yang menggunakan prinsip roda dan poros antara lain sepeda, motor, dan kursi
roda. Keuntungan mekanis dari roda dan poros dirumuskan sebagai berikut.
K
m
=
j
ari -
j
ari roda
j
ari -
j
ari poros
229
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
Soal-soal Uji Kompetensi
A.
Ayo, berilah tanda silang pada jawaban
yang paling tepat!
1. Berikut ini yang bukan merupakan fungsi
pesawat sederhana adalah . . . .
a. memperkecil usaha
b. mempercepat pekerjaan
c. mempermudah melakukan kerja
d. memperbesar usaha
2. Untuk mengendurkan mur diperlukan . . . .
a. obeng
b. paku
c. palu
d. bidang miring
3. Alat yang menggunakan prinsip tuas jenis
kedua adalah . . . .
a. pisau
b. gunting
c. roda
d. pemecah kemiri
4. Berikut ini merupakan alat yang meng-
gunakan prinsip bidang miring,
kecuali
. . . .
a. pisau
b. roda
c. tangga
d. sekrup
5. Katrol yang memiliki keuntungan mekanis
sama dengan 1 adalah . . . .
a. katrol rangkap
b. katrol bebas
c. katrol tetap
d. katrol bergerak
6. Gir pada sepeda menggunakan prinsip
. . . .
a. bidang miring
b. tuas
c. roda dan poros
d. katrol
7. Dua orang anak yang mempunyai berat
sama sedang bermain jungkat-jungkit.
Jika jungkat-jungkit dalam keadaan
setimbang maka posisi dua anak tersebut
adalah . . . .
a. jarak kedua anak dari poros sama
b. kedua anak duduk di salah satu ujung
papan
c. jarak kedua anak dari poros tidak
sama
d. salah satu anak duduk pada poros
8. Sebuah tongkat panjangnya 1,5 m
digunakan sebagai pengungkit. Jika
benda seberat 50 N berada pada jarak
0,5 m dari titik tumpu, besar gaya yang
digunakan untuk mengangkat benda
adalah . . . .
a. 5 N
b. 10 N
c. 20 N
d. 25 N
9. Sebuah batu beratnya 20 N diangkat
dengan menggunakan sebuah tuas. Jika
gaya yang diberikan sebesar 10 N,
keuntungan mekanisnya adalah . . . .
a. 2
b. 1
c. 0,5
d. 0
10. Keuntungan mekanis dari katrol ber-
ganda yang memiliki tiga buah katrol
bebas untuk
mengangkat benda se-
besar 35 N adalah . . . .
a. 7
b. 6
c. 5
d. 4
230
Ilmu Pengetahuan Alam VIII
Pesawat Sederhana
B.
Jawablah pertanyaan berikut dengan
benar!
1. Sebutkan 4 keuntungan menggunakan
pesawat sederhana!
2. Sebutkan alat yang bekerja menggunakan
prinsip tuas jenis ketiga!
3. Sebutkan alat-alat yang bekerja meng-
gunakan prinsip bidang miring!
4. Sebuah papan digunakan sebagai bidang
miring. Panjang papan tersebut 1,5 m.
Jika gaya yang diberikan untuk memin-
dahkan benda dengan ketinggian 1,2 m
adalah 150 N, berapakah berat benda
tersebut?
5. Sebuah katrol bergerak seberat 20 N
digunakan untuk mengangkat benda
seberat 80 N. Berapakah besar gaya yang
diberikan untuk menarik katrol?