Gambar Sampul IPA · Bab XIX PESAWAT SEDERHANA
IPA · Bab XIX PESAWAT SEDERHANA
Setya Nurachmandani Samson

23/08/2021 07:02:43

SMP 8 KTSP

Lihat Katalog Lainnya
Halaman

PESAWAT SEDERHANA

Bab

XIX

Kata Kunci

q

Tuas

q

Katrol

q

Pesawat Sederhana

q

Roda Gigi

q

Keuntungan Mekanis

q

Bidang Miring

Tujuan Pembelajaran

Kamu dapat melakukan percobaan tentang pesawat sederhana dan penerapannya dalam

kehidupan sehari-hari.

Peta Konsep

contoh

rumus

Bidang miring

rumus

Sekrup

2

r

Km

d

π

=

Bidang

Miring

contoh

contoh

Tuas jenis

ketiga

-sekop

-penjepit makanan

contoh

rumus

Tuas jenis

pertama

-gunting

-tang

-catut

-gerobak dorong

-pembuka botol

-pemecah biji

Tuas jenis

kedua

contoh

terdiri

atas

Tuas

(

Pengungkit

)

w

kb

Km

F

bk

==

l

l

terdiri

atas

rumus

R

Km

r

=

rumus

Katrol kombinasi

Km = banyaknya katrol

yang digabung

rumus

Katrol bergerak

Katrol tetap

Katrol

terdiri

atas

Roda Gigi

(

Gir

)

Katrol bergandar

ws

Km

Fh

==

-Roda gigi pada

jam mekanik

-Gir belakang se-

peda

Pesawat

Sederhana

2

k

Km

b

==

l

l

rumus

1

k

Km

b

==

l

l

258

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

n

Manusia selalu berusaha untuk melakukan

pekerjaan secara cepat dan mudah. Untuk itu

manusia menciptakan alat bantu atau pesawat.

Pengertian pesawat menurut fisika adalah setiap

peralatan yang memudahkan manusia untuk

melakukan usaha (kerja). Jadi, istilah pesawat

tidak hanya digunakan untuk pesawat terbang,

televisi, radio, dan peralatan yang rumit ataupun

canggih lainnya. Obeng, pensil, sendok, dan

cangkir juga termasuk pesawat. Karena pera-

latan-peralatan tersebut dirancang sederhana,

maka disebut dengan

pesawat sederhana

.

A. Tuas (Pengungkit)

Kita dapat memperoleh gaya yang besar

dengan menggunakan tuas meski gaya yang kita

keluarkan kecil. Sistem kerja tuas terdiri atas

tiga bagian, yaitu beban, titik tumpu, dan kuasa.

Berdasarkan posisi bagian-bagian sistem kerja-

nya, maka tuas dikelompokkan menjadi tiga,

yaitu tuas jenis pertama, kedua, dan ketiga.

1. Tuas Jenis Pertama

Posisi titik tumpu pada tuas jenis pertama berada di antara beban dan

kuasa (perhatikan Gambar 19.2). Makin panjang lengan kuasa, maka makin

kecil gaya yang diperlukan untuk mengungkit beban tersebut. Pada tuas yang

berada dalam keseimbangan, secara matematis berlaku hubungan:

×=×

kk bb

Fw

ll

atau

=

kb

bk

w

F

l

l

Secara matematis keuntungan mekanis (

Km

) tuas jenis pertama dapat

dirumuskan sebagai berikut.

Km =

kb

bk

w

F

=

l

l

Gambar 19.1

Pada kehidupan sehari-

hari banyak alat yang dibuat dengan me-

nerapkan konsep pesawat sederhana.

Tangga pada mobil pemadam kebakaran

merupakan salah satu alat yang mene-

rapkan konsep tersebut. Termasuk pesa-

wat sederhana jenis berapa tangga di

mobil tersebut?

Sumber :

Encarta Encylopedia 2006

(a) Tuas jenis pertama

Gambar 19.2

Tuas jenis pertama dan bagian-bagiannya.

beban (w

b

)

titik tumpu

lengan beban

lengan kuasa

(

l

k

)

kuasa (F

k

)

(b) Sistem kerja tuas jenis pertama

(

l

b

)

n

Pesawat Sederhana

259

Soal Kompetensi

Keterangan:

F

k

: gaya kuasa (N)

l

k

: lengan kuasa (m)

w

b

: berat beban (N)

b

l

: lengan beban (m)

Km

: keuntungan mekanis

Contoh tuas jenis pertama, antara lain, gunting, tang, linggis, dan palu

pencabut paku (catut).

2. Tuas Jenis Kedua

Posisi beban pada tuas

jenis kedua berada di antara

titik tumpu dan kuasa (per-

hatikan Gambar 19.3). Con-

toh tuas jenis kedua, antara

lain, gerobak dorong, pemb-

uka kaleng (botol), pemotong kertas, dan pemecah biji.

3. Tuas Jenis Ketiga

Posisi kuasa pada tuas jenis ketiga berada di antara titik tumpu dan beban

(perhatikan Gambar 19.4). Contoh tuas jenis ketiga, antara lain, sekop, jepitan,

dan lengan bawah saat membawa beban.

1. Dari ketiga jenis tuas didepan, mana yang memiliki keuntungan mekanis

paling kecil? Berikan alasannya!

2. Jelaskan maksud dari keuntungan mekanis lebih dari 1 dan kurang dari 1!

B. Katrol

Ada jenis pesawat sederhana lain yang dapat membantu mengangkat atau

memindahkan benda, yaitu katrol. Seperti halnya tuas, katrol juga memiliki titik tumpu,

kuasa, dan beban. Katrol adalah roda dengan galur yang melingkar (seperti pelek sepeda).

Katrol terdiri atas katrol tetap, katrol bergerak, katrol kombinasi, dan katrol (roda) bergandar.

Gambar 19.3

Contoh tuas jenis kedua (a) Sistem kerja

tuas jenis kedua dan (b) Gerobak dorong.

l

k

B

T

K

l

b

B

T

K

T

B

K

l

b

l

k

T

B

K

Gambar 19.4

Contoh tuas jenis ketiga (a) Sistem kerja tuas

jenis ketiga dan (b) Sekop.

260

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

n

B

A

C

F

Gambar 19.6

Katrol

bergerak.

1

2

Beban

w

1. Katrol Tetap

Katrol tetap adalah katrol yang letaknya tetap. Katrol tetap

sering digunakan pada sumur timba. Seperti halnya tuas, titik

A

adalah titik kuasa, titik

B

adalah titik beban, dan titik

C

adalah

titik tumpu. Jarak

AC

adalah lengan kuasa dan jarak

BC

adalah

lengan beban (perhatikan Gambar 19.5). Meskipun keuntungan

mekanis menggunakan katrol ini sama dengan satu, namun

beban akan terasa lebih ringan daripada tanpa katrol (langsung

dengan tali). Hal ini disebabkan oleh gaya yang dilakukan

searah dengan berat badanmu. Keuntungan mekanis

menggunakan katrol tetap adalah sebagai berikut.

k

b

AC

Km =1,sebab AC=BC

BC

==

l

l

2. Katrol Bergerak

Katrol bergerak adalah katrol yang bergerak jika sedang

digunakan. Titik

A

adalah titik kuasa, titik

B

adalah titik

beban, dan titik

C

adalah titik tumpu. Jarak

AC

adalah

lengan kuasa dan jarak

BC

adalah lengan beban

(perhatikan Gambar 19.6). Keuntungan mekanisnya

sebagai berikut.

k

b

AC 2BC

Km = =2,sebab AC=2BC

BC BC

==

l

l

Keuntungan mekanis katrol bergerak juga dapat

dihitung menggunakan perbandingan berat beban dan

besarnya kuasa.

1

2

bb

kb

ww

Km

=2

Fw

==

Karena beban ditanggung oleh dua tali (tali 1 dan 2), maka kuasa yang

diperlukan hanya setengah dari beban.

3. Katrol Kombinasi

Katrol kombinasi merupakan gabung-

an katrol tetap dan katrol bergerak yang juga

disebut

takal

. Keuntungan mekanis katrol

kombinasi adalah banyaknya katrol yang di-

gabungkan.

Km = 2

Km = 3

Km = 4

Gambar 19.7

Katrol kombinasi.

B

A

C

w

F

Gambar 19.5

Katrol tetap.

n

Pesawat Sederhana

261

Soal Kompetensi

Gambar 19.8

Katrol

bergandar.

Gambar 19.9

Beberapa contoh bidang miring.

h

s

w

F

(a) Bidang miring

(b) Sekrup

d

4. Katrol (Roda) Bergandar

Katrol (roda) bergandar adalah beberapa katrol yang

disatukan sumbunya. Katrol besar untuk gaya yang beker-

ja, sedangkan katrol kecil untuk beban. Keuntungan meka-

nis katrol bergandar adalah pada perbandingan jari-jari

roda besar (

R

) dan jari-jari roda kecil (

r

).

R

Km=

r

1. Apa bahaya dari katrol bergerak?

2. Apa kelebihan dan kekurangan dari masing-masing katrol yang telah

dijelaskan di depan?

C. Bidang Miring

Untuk memindahkan barang dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih

tinggi akan lebih mudah jika menggunakan bidang miring daripada mengangkat

barang secara langsung. Misalnya, kita bermaksud memindahkan drum dari tanah

ke atas truk, maka lebih mudah menggunakan papan. Contoh bidang miring yang

lain adalah tangga, pisau, pasak, dan sekrup. Keuntungan mekanis bidang miring

adalah sebagai berikut.

ws

Km= =

Fh

atau

2

r

Km

d

π

=

Keterangan:

s

: panjang bidang miring (m)

h

: tinggi tempat (m)

d

: interval sekrup

w

: berat (N)

r

: jari-jari lengan gaya pemutar sekrup

F

: gaya (N)

262

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

n

Soal Kompetensi

Kegiatan

Keuntungan Mekanis Bidang Miring

A. Tujuan

Kamu dapat mengetahui posisi bidang miring yang memberikan

keuntungan mekanis terbesar.

B. Alat dan Bahan

Troli, tali, papan, busur derajat, dan neraca pegas.

C. Langkah Kerja

1. Ukurlah berat troli dengan neraca pe-

gas!

2. Letakkan bidang miring dengan sudut

30° dari permukaan meja!

3. Susunlah alat seperti gambar atas!

4. Tarik neraca pegas perlahan-lahan se-

arah dengan bidang miring ke atas!

Bacalah penunjukkan skala pada ne-

raca pegas!

5. Ulangi langkah 2 – 4 dengan mengu-

bah letak bidang miring membentuk

sudut 45° dan 60°!

6. Bandingkan hasil ketiga percobaan di

atas! Dengan sudut berapa bidang

miring memberikan keuntungan me-

kanis terbesar?

Mana yang lebih mudah, menaikkan barang menggunakan papan dengan

kemiringan 30°, 45°, atau 60°? Jelaskan!

30°

45°

n

Pesawat Sederhana

263

Ilmuwan Kecil

Tokoh

Gambar 19.10

Beberapa contoh peralatan

yang menggunakan roda gigi.

(a) Jam

(b) Gir sepeda

Pernahkah kamu pergi bertamasya di daerah pegunungan? Bagaimana

bentuk jalan dari bawah sampai ke puncak gunung? Jalan-jalan itu dibuat

berkelok-kelok dari bawah sampai ke atas. Coba diskusikan bersama

temanmu, mengapa jalan-jalan di pegunungan dibuat berkelok-kelok. Tulislah

hasil diskusimu kemudian kumpulkan kepada gurumu!

D. Roda Gigi (Gir)

Roda gigi (gir) termasuk pesawat seder-

hana yang dapat mengubah besar gaya dan

kecepatan putar. Salah satu penerapan ro-

da gigi dalam keseharian adalah roda gigi

pada jam mekanis. Jam mekanis terbentuk

dari beberapa roda gigi yang saling mengge-

rakkan. Setiap roda gigi memiliki jumlah gigi

yang berbeda. Pada jam mekanis, antara

roda gigi satu dengan yang lain saling ber-

sentuhan langsung.

Penerapan lainnya adalah pada roda belakang sepeda. Roda gigi pada roda

bagian belakang dibuat berbagai ukuran dari yang kecil sampai yang besar, hal ini

dilakukan untuk menyesuaikan dengan kondisi jalan. Untuk jalan yang mendaki,

digunakan roda gigi yang besar agar gaya yang diberikan menjadi lebih besar

sehingga saat mengayuh sepeda menjadi lebih ringan. Untuk jalan mendatar atau

menurun dipergunakan roda gigi yang lebih kecil sehingga kecepatannya makin

tinggi, tetapi hal ini menyebabkan gaya yang diperlukan untuk mengayuh sepeda

menjadi lebih besar.

James Watt

James Watt adalah penemu mesin uap, kondensor

terpisah, mesin kerja rangkap, gerak sejajar, pengatur

kecepatan, dan meter tekanan. Watt lahir di Skotlandia,

pada tanggal 19 Januari 1936.

Pada usia 19 tahun, ia pergi ke London untuk belajar

membuat alat-alat matematika seperti kompas, kuadran,

dan timbangan. Kemudian ia mendirikan perusahaan

kecil yang memproduksi alat-alat matematika untuk para

mahasiswa dan dosen Universitas Glasgow.

Sumber :

Jendela Iptek.

264

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

n

In Tips

Rangkuman

Pada waktu itu sudah ada mesin uap buatan Newcomen. Namun, mesin

uap ini memboroskan banyak bahan bakar dan bertenaga kecil. Kemudian

Watt menemukan kondensor terpisah, yang menyebabkan mesin uap

Newcomen menjadi lebih hemat. Pada tahun 1766, Watt membuat mesin

uap yang 75% lebih hemat bahan bakar daripada mesin uap Newcomen.

Mesin ini mempergunakan sejenis gir “matahari dan planet” atau disebut

gir

episiklik

. Gir ini mengubah gerakan naik – turun piston menjadi gerakan

memutar yang mendorong sumbu roda. Gir-gir mesin uap ini terdiri atas gir

“planet” yang berputar mengelilingi roda gir yang lebih besar yaitu gir

“matahari”. Mesin uap Watt ikut menyebabkan timbulnya revolusi industri

di Inggris.

James Watt meninggal di Inggris pada tanggal 25 Agustus 1819 dalam

usia 83 tahun. Nama Watt kemudian dipakai sebagai nama satuan daya

sebagai penghormatan terhadap dirinya yang telah berkarya untuk ilmu

pengetahuan.

1. Pengertian pesawat menurut fisika adalah setiap peralatan yang

memudahkan manusia untuk melakukan usaha (kerja).

2. Tuas merupakan pesawat sederhana, dengan tuas orang dapat menggu-

nakan gaya yang kecil untuk memperoleh gaya yang besar yang dapat

dipergunakan untuk memindahkan ataupun mengangkat benda.

3. Pada sistem kerjanya, tuas terdiri dari tiga bagian, yaitu beban, titik

tumpu, dan kuasa.

4. Katrol terdiri dari katrol tetap, katrol bergerak, katrol kombinasi, dan

katrol (roda) bergandar.

5. Roda gigi (gir) termasuk pesawat sederhana yang dapat mengubah besar

gaya dan kecepatan putar.

Tangga Berjalan

(Eskalator)

Kamu tentu pernah melihat tangga yang biasanya terdapat di pusat-

pusat perbelanjaan. Berbeda dengan lift yang hanya dapat mengangkut

beberapa orang sekali jalan, tangga berjalan (eskalator) dapat mengangkut

10 orang lebih banyak daripada lift. Sekitar 100 tahun yang lalu, orang-

n

Pesawat Sederhana

265

orang di Amerika Serikat menggunakan

eskalator pertama di dunia. Alat ini dite-

mukan oleh Jesse W. Reno, pada tahun

1894.

Bagaimana cara kerja eskalator

tersebut? Di dalam motor listrik terdapat

kekuatan untuk menggerakkan eskalator.

Motor menyebabkan rantai terus berputar.

Rantai tersebut tidak pernah berhenti,

sehingga disebut

rantai yang tidak terputus

.

Eskalator terbuat dari lempeng kayu kecil atau logam yang terus berputar

pada rantai yang tidak terputus. Tiap lempeng memiliki roda kecil yang makin

banyak di sepanjang rel yang ada di bawahnya.

Saat eskalator naik, roda-rodanya akan meluncur di sepanjang rel untuk

mendorong setiap lempeng ke pijakan. Rel akan memindahkan pijakan naik

satu per satu, seperti tangga. Bagian paling atas tangga akan melebar dan

pijakan menjadi rata. Tangga akan ke bawah menggunakan rantai. Pijakan

masih tetap rata saat muncul dari bagian bawah eskalator. Rel pegangan

yang kamu pegang juga selalu berputar, karena motor yang menjalankan

rantai juga menjalankan rel pegangan. Rel pegangan bergerak dengan

kecepatan yang sama dengan pijakan yang digerakkan oleh sistem katrol.

Eskalator membawa orang dari lantai bawah ke lantai atas atau dari

lantai atas ke lantai bawah. Pijakan yang bergerak sepanjang rantai dan

tidak pernah berhenti, digerakkan oleh motor listrik. Roda katrol yang ada di

bagian paling atas mempermudah eskalator untuk membawa orang naik

atau turun.

(

Dikutip seperlunya dari

Cara Bekerjanya Gerakan

, Mandira Jaya Abadi, 1996)

A.Pilihlah jawaban yang benar dengan menuliskan huruf a, b, c, atau d

di buku tugasmu!

1. Pesawat sederhana digunakan untuk ….

a. mempermudah usaha

b. memperbesar usaha

c. mengurangi usaha

d. menghilangkan usaha

Sumber :

Foto Haryana.

Pelatihan

266

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

n

2. Berikut ini macam-macam pesawat sederhana,

kecuali

….

a. tuas

b. katrol

c. bidang miring

d. bidang datar

3. Di bawah ini termasuk pesawat sederhana,

kecuali

….

a. pengungkit

b. katrol

c. neraca

d. bidang miring

4. 1) pengungkit kayu

2) pengerek bendera

3) pedal sepeda

4) pembuka tutup kaleng/botol

5) tang

6) timba sumur

7) kakaktua

8) gunting

9) sekrup

Dari alat-alat di atas yang menggunakan prinsip tuas adalah ….

a. 3 – 4 – 6 – 7 – 8 – 9

b. 1 – 2 – 3 – 5 – 6 – 9

c. 1 – 3 – 4 – 5 – 7 – 8

d. 2 – 3 – 5 – 6 – 7 – 9

5. Seseorang tidak kuat membuka sekrup dengan kunci pas, untuk memperoleh

efek putar yang lebih besar ia harus menggunakan kunci pas yang ….

a. lebih tipis

b. lebih besar

c. lebih panjang

d. lebih pendek

6. Sebuah bidang miring tingginya 1 m dan panjangnya 5 m. Bila berat benda

yang akan dipindahkan 1.880 N, maka gaya yang diperlukan adalah ….

a. 376 N

b. 9.400 N

c. 37,6 N

d. 940 N

n

Pesawat Sederhana

267

7.

Perhatikan gambar di samping! Besar gaya yang

diperlukan untuk mengangkat beban dan keuntungan

mekanisnya adalah ….

a. 50 N dan 1

b. 25 N dan 2

c. 50 N dan 2

d. 25 N dan 4

8.

Perhatikan gambar katrol bergerak dan katrol tetap di

samping! Gaya mekanis yang diperlukan dan keuntungan

mekanis pada katrol itu adalah ....

a. 250 N dan 1

b. 250 N dan 2

c. 500 N dan 1

d. 500 N dan 2

9. Tuas yang memiliki keuntungan mekanis terbesar adalah yang lengan beban

dan lengan kuasanya memiliki nilai ….

10. Bila berat beban 1.500 N, maka gaya yang diperlukan untuk mengangkat

beban itu bila menggunakan satu katrol bergerak adalah ….

a. 750 N

b. 1.500 N

c. tergantung pada ketinggiannya

d. 3.000 N

B.Kerjakan soal-soal berikut dengan benar!

1. Linggis dengan panjang 1,5 m digunakan untuk mencabut paku yang

tertancap pada kayu. Linggis ditumpu 25 cm dari paku yang akan dicabut.

Untuk melepas paku itu digunakan gaya 9,4 × 10

4

N. Berapa gaya lekat

paku pada kayu? Berapa keuntungan mekanisnya?

2. Benda 200 kg ditarik ke atas. Berapa gaya tarik dan keuntungan mekanisnya

jika digunakan:

a. sebuah katrol tetap;

b. sebuah katrol bergerak;

c. sebuah takal yang terdiri dari 4 katrol!

F

50 N

600 N

Lengan Beban

4,5 cm

5,0 cm

7,5 cm

10 cm

Lengan Kuasa

27 cm

50 cm

60 cm

75 cm

a.

b.

c.

d.

268

Ilmu Pengetahuan Alam (Terpadu) SMP dan MTs Kelas VIII

n

Pelajarilah kembali materi dalam bab ini. Buatlah sebuah rangkuman

versimu sendiri. Kamu dapat mencari informasi tambahan di buku-buku

yang relevan atau artikel-artikel di internet. Tulis hasil pekerjaanmu di buku

tugas, kemudian presentasikan di depan kelas. Mintalah kritik dan saran

dari teman-teman dan guru untuk kesempurnaan rangkuman yang kamu

buat.

Refleksi

3. Papan sepanjang 3,6 m disandarkan pada bak mobil yang berada 80 cm

dari tanah. Papan itu digunakan untuk mendorong peti 90 kg dari tanah ke

bak mobil. Berapa keuntungan mekanis dan gaya dorongnya?

4. Sebuah sekrup mempunyai panjang 12 cm yang terbagi atas 48 buah uliran.

Jari-jari sekrup itu 1,4 cm. Jika

22

=,

7

π

maka berapa keuntungan mekanis

sekrup tersebut?

5. Untuk menaikkan beban 1 ton setinggi 2 m digunakan katrol. Pekerjaan itu

dapat diselesaikan dalam waktu 20 detik. Berapa usaha yang dilakukan

dan besarnya daya katrol tersebut?