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?