Pesawat Sederhana (Pengertian, Jenis, Contoh, Soal, Pembahasan)

Fisika : Pesawat Sederhana meliputi Pengertian, Jenis / Macam Pesawat Sederhana dan contohnya, keuntungan, serta contoh soal dan pembahasannya. Silakan disimak selengkapnya...

Pengertian Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah semua alat bantu yang susunannya sederhana dan dapat memudahkan pekerjaan manusia.

Jenis / Macam Pesawat Sederhana dan Contohnya :

Pesawat sederhana berdasarkan prinsip kerjanya dibedakan menjadi : tuas/pengungkit, bidang miring, katrol dan roda berporos/roda bergandar. Pesawat sederhana mempunyai keuntungan mekanik yang didapatkan dari perbandingan antara gaya beban dengan gaya kuasa sehingga memperingan kerja manusia. Untuk lebih jelasnya mari kita bahas satu per satu.

a. Tuas/Pengungkit

Tuas/pengungkit berfungsi untuk mengungkit, mencabut atau mengangkat benda yang berat.

Bagian-bagian pengungkit:

A = titik kuasa
T = titik tumpu
B = titik beban
F = gaya kuasa (N)
w = gaya beban (N)
lk = lengan kuasa (m)
lb = lengan beban (m)

Jenis-jenis tuas:

1) Tuas Jenis pertama

Yaitu tuas dengan titik tumpu berada diantara titik beban dan titik kuasa.

Contoh : pemotong kuku, gunting, penjepit jemuran, tang

2) Tuas Jenis kedua

Yaitu tuas dengan titik beban berada diantara titik tumpu dan titik kuasa.

Contoh : gerobak beroda satu, alat pemotong kertas, dan alat pemecah kemiri, pembuka tutup botol. i

3) Tuas Jenis ketiga

Yaitu tuas dengan titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban.

Contoh :sekop yang biasa digunakan untuk memindahkan pasir.

Keuntungan Mekanik Tuas

Keuntungan mekanik pada tuas adalah perbandingan antara gaya beban (w) dengan gaya kuasa (F), dapat dituliskan sebagai :
KM = w/F atau KM = lk/lb
Keuntungan mekanik pada tuas bergantung pada masing-masing lengan. Semakin panjang lengan kuasanya, maka keuntungan mekaniknya akan semakin besar.

b. Bidang Miring

Bidang miring merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang digunakan untuk memindahkan benda dengan lintasan yang miring.

Bagian-bagian bidang miring:

Prinsip Kerja Bidang Miring

Keuntungan mekanik bidang miring

Keuntungan mekanik bidang miring bergantung pada panjang landasan bidang miring dan tingginya. Semakin kecil sudut kemiringan bidang, semakin besar keuntungan mekanisnya atau semakin kecil gaya kuasa yang harus dilakukan.

Keuntungan mekanik bidang miring dirumuskan dengan perbandingan antara panjang (l) dan tinggi bidang miring (h).
KM = l/h

Pemanfaatan bidang miring dalam kehidupan sehari-hari terdapat pada tangga dan jalan di daerah pegunungan.

c. Katrol

Katrol merupakan roda yang berputar pada porosnya. Biasanya pada katrol juga terdapat tali atau rantai sebagai penghubungnya. Berdasarkan cara kerjanya, katrol merupakan jenis pengungkit karena memiliki titik tumpu, kuasa, dan beban. Katrol digolongkan menjadi tiga, yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk.

1) Katrol tetap 

 

Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berpindah pada saat digunakan. Katrol jenis ini biasanya dipasang pada tempat tertentu.

Contoh : katrol yang digunakan pada tiang bendera dan sumur timba

Keuntungan mekanik 

Pada katrol tetap, panjang lengan kuasa sama dengan lengan beban sehingga keuntungan mekanik pada katrol tetap adalah 1, artinya besar gaya kuasa sama dengan gaya beban.

2) Katrol bebas

 

Berbeda dengan katrol tetap, pada katrol bebas kedudukan atau posisi katrol berubah dan tidak dipasang pada tempat tertentu. Katrol jenis ini biasanya ditempatkan di atas tali yang kedudukannya dapat berubah. Salah satu ujung tali diikat pada tempat tertentu. Jika ujung yang lainnya ditarik maka katrol akan bergerak. Katrol jenis ini bisa kita temukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.

Keuntungan mekanik

Pada katrol bebas, panjang lengan kuasa sama dengan dua kali panjang lengan beban sehingga keuntungan mekanik pada katrol tetap adalah 2, artinya besar gaya kuasa sama dengan setengah dari gaya beban.

3) Katrol majemuk /takal

Katrol majemuk merupakan perpaduan dari katrol tetap dan katrol bebas. Kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Pada katrol majemuk, beban dikaitkan pada katrol bebas. Salah satu ujung tali dikaitkan pada penampang katrol tetap. Jika ujung tali yang lainnya ditarik maka beban akan terangkat beserta bergeraknya katrol bebas ke atas.

Keuntungan mekanik

Keuntungan mekanik pada katrol majemuk adalah sejumlah tali yang digunakan untuk mengangkat beban.

d. Roda Berporos/roda bergandar

Roda berporos merupakan roda yang di dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar bersama-sama. Roda berporos merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang banyak ditemukan pada alat-alat seperti setir mobil, setir kapal, roda sepeda, roda kendaraan bermotor, dan gerinda.

Contoh Soal dan Pembahasan Pesawat Sederhana

Soal No. 1
Cermati gambar bidang miring berikut ini.



Jika besar gaya F dalah 60 Newton, tentukan:
a) keuntungan mekanik bidang miring
b) berat beban

Pembahasan
a) keuntungan mekanik bidang miring
KM = ^S/_h
S belum diketahui, temukan dengan pythagoras

S =√(4² + 3²) = √25 = 5 meter

sehingga

KM = ⁵/₃ = 1,67

b) berat beban
W = KM x F = 60 x ⁵/₃ = 100 Newton

Soal No. 2
Seorang pekerja hendak menaikkan sebuah almari besi ke bak belakang truk dengan menggunakan bidang miring seperti gambar.

Jika massa almari 120 kg, dan percepatan gravitasi 10 m/s², tentukan:
a) gaya minimal yang diperlukan pekerja untuk menaikkan almari
b) keuntungan mekanik bidang miring

Pembahasan
a) gaya minimal yang diperlukan pekerja untuk menaikkan almari
F = ^h/_S x W
dimana
h = tinggi bidang miring
S = panjang sisi miring
W = berat beban (Newton)

Temukan berat almari lebih dulu W = m x g = 120 x 10 = 1200 N
Sehingga
F = ^h/_S x W
F = ¹/₂ x 1200 = 600 Newton

b) keuntungan mekanik bidang miring
KM = ^W/_F = ¹²⁰⁰/₆₀₀ = 2
atau bisa juga
KM = ^S/_h = ²/₁ = 2
Soal No. 3
Seorang anak memodifikasi sebuah katrol dan bidang miring untuk menaikkan sebuah balok seperti terlihat pada gambar berikut



Tentukan:
a) gaya yang diperlukan anak untuk menaikkan balok
b) keuntungan mekanik sistem katrol dan bidang miring

Pembahasan
a) gaya yang diperlukan anak untuk menaikkan balok
F = ^h/_S x W
F = ³/₅ x 1200 = 720 Newton

Gaya F kemudian dibagi ke dua buah tali, satu dipegang anak dan satu lagi terikat pada tonggak, sehingga F untuk anak saja adalah:
F_anak = F : 2 =720 : 2 = 360 Newton

b) keuntungan mekanik sistem katrol dan bidang miring
KM = W : F_anak = 1200 : 360 = 3,33

Soal No. 4
Seorang pekerja pada bangunan menaikkan pasir dengan cara seperti terlihat pada gambar berikut:




Tentukan gaya yang dikeluarkan oleh pekerja untuk beban seberat 50 N, dan keuntungan mekanik dari katrol!

Pembahasan
Katrol tetap seperti gambar diatas mempunyai KM = 1, sehingga
F = W
F = 50 N
Keterangan : Kalo gaya yang diperlukan sama saja dengan berat benda yang diangkat, lantas dimana untungnya menggunakan katrol tetap? Katrol tetap seperti gambar diatas berfungsi untuk mengubah arah gaya, sehingga beban bisa naik ke atas dengan tarikan ke arah bawah. Di lapangan, menarik beban ke arah bawah melalui katrol terasa lebih mudah dari menarik beban langsung ke arah atas.

Soal No. 5
Sistem katrol digunakan pada suatu proyek bangunan seperti gambar berikut



Tentukan gaya yang diperlukan untuk menaikkan beban seberat 120 Newton!

Pembahasan
Perhatikan beban (katrol warna merah), 2 tali yang menariknya, sehingga
F = W : 2 = 120 : 2 = 60 Newton

Soal No. 6
Seorang anak sedang mengungkit sebuah batu.



Tentukan gaya yang diperlukan anak!

Pembahasan
Rumus untuk pengungkit atau tuas:

F x L_k = W x L_b

Dimana:
L_k = panjang lengan kuasa atau lengan gaya, dihitung dari titik kerja gaya ke tumpu
L_b = panjang lengan beban, dihitung dari titik beban hingga tumpu

sehingga:

F x L_k = W x L_b

F x 180 = 360 x 20
F = 40 Newton

Soal No. 7
Perhatikan tuas di bawah ini.



Untuk menahan beban 600 Newton agar berada pada posisi seimbang, tentukan besar gaya F yang harus diberikan!

Pembahasan
Data dari soal:
L_b = ¹/₂ meter
L_k = 2 meter, perhatikan bukan 1 ¹/₂ meter

F x L_k = W x L_b
F x (2) = 600 x (¹/₂)
F = 150 Newton

Soal No. 8
Lihat gambar disamping!



Berapakah gaya yang diperlukan untuk menarik beban?
A. 10
B. 20 N
C. 30 N
D. 40 N
(Sumber soal: EBTANAS SMP Tahun 1995)

Pembahasan
Perhatikan katrol warna merah tepat di atas beban, ada 3 tali yang menarik beban, sehingga
F = W : 3
F = 60 : 3
F = 20 Newton

Soal No. 9
Perhatikan gambar di samping!



Besar kuasa (F) adalah....
A. 200 N
B. 250 N
C. 500 N
D. 2000 N
(Sumber soal: EBTANAS SMP Tahun 1994-Modificated)

Pembahasan
F x L_k = W x L_b
F x (2) = 1000 x (0,5)
F = 500 : 2 = 250 Newton

Soal No. 10
Perhatikan gambar!



Keuntungan mekanis dari tuas tersebut adalah....
A. 1
B. 1,5
C. 2,5
D. 10
(Dari Soal Ebtanas IPA Tahun 2002)

Pembahasan
Keuntungan mekanik dari sebuah tuas atau pengungkit bisa dicari dari dua cara sebagai berikut:
KM = ^W/_F

atau dari rumus lainnya
KM = ^L_k/_Lb



Jadi
KM = ^W/_F = ⁷⁵/_7,5 = 10 atau KM = ^L_k/_Lb = ⁵⁰/₅ = 10 juga hasilnya,....
Soal No. 11
Seorang pegawai ingin memindahkan kotak yang beratnya 500 N ke atas truk dengan menggunakan bidang miring seperti gambar di bawah.



Bila tinggi truk 1,5 m, berapa besar gaya yang diperlukan untuk memindahkan kotak tersebut?
A. 125 N
B. 250 N
C. 500 N
D. 1500 N

Pembahasan
Data:
w = 500 N
h = 1,5 m
s = 3 m
F =.....

Menentukan gaya yang diperlukan pada bidang miring:



Soal No. 12
Suatu peti peralatan berat akan dinaikkan dengan menggunakan papan sebagai bidang miring seperti pada gambar berikut.



Agar gaya dorong setengah dari berat peti sesungguhnya, harus disediakan papan dengan panjang.....
A. 5,0 m
B. 7,5 m
C. 10,0 m
D. 12,5 m

Pembahasan
Data:
h = 2,5 m
F = 0,5 W
s =.....

dengan rumus bidang miring:

Sumber-sumber :

http://sukasains.com/materi/pesawat-sederhana/

http://fisikastudycenter.com/fisika-smp/59-pesawat-sederhana-kelas-viii-smp

Demikian materi Fisika : Pesawat Sederhana meliputi Pengertian, Jenis / Macam Pesawat Sederhana dan contohnya, keuntungan, serta contoh soal dan pembahasannya yang dapat kami bagikan. Semoga membantu..