Pesawat Sederhana - Perhitungan Keuntungan Mekanis

Makna dari pesawat sendiri tidak hanya berupa kendaraan terbang, menurut kamus bahasa Indoensia, KBBI, pesawat sendiri berarti alat perkakas.

Artian sederhananya kurang lebih merupakan alat bantu, seperti contoh alat untuk memotong, alat untuk mengangkat beban. Intinya bisa membantu pekerjaan yang memberatkan manusia.

Fungsi utama dari pesawat sendiri yakni untuk membantu serta memudahkan pekerjaan kita.

Sebagai contoh, mungkinkah kita mengangkat mobil ketika kita ingin mengganti bannya?

Bayangkan saja, dengan berat mobil yang dapat mencapai 1 ton lebih sangat sulit untuk mengangkatnya terutama saat sendiri.

Sekalipun rame-rame tentu kita memerlukan upaya yang lebih. Hal tersebut berbanding terbalik ketika kita menggunakan dongkrak.

Cukup dengan satu orang pun dengan upaya yang minimal, mobil sudah bisa terangkat. Namun kali ini kita membatasai pembahasan kita pada pesawat sederhana.

Mungkin yang muncul di benak kalian adalah, memangnya dongkrak bukan pesawat sederhana?

Tentu untuk menjawab pertanyaan ini, kita perlu mengetahui prinsip dari pesawat sederhana terlebih dahulu.

Memangnya apa saja yang menjadi prinsip dari suatu pesawat sederhana?

Prinsip dari pesawat sederhana yang pertama yaitu, hanya dibutuhkan satu sumber gaya untuk melakukan gayanya.

Prinsip yang kedua yaitu, alat ini setidaknya mengubah arah atau mengubah besar gaya yang kita berikan. Dalam artian bisa bertambah bisa juga berkurang besarnya.

Dan yang tak kalah penting, pastikan suatu alat bukanlah susunan dari pesawat-pesawat sederhana.

Nah, dengan adanya prinsip-prinsip ini kira-kira dongkrak merupakan pesawat sederhana bukan ya?

Selama ini pesawat sederhana sendiri merujuk pada enam alat yang terdiri dari:

• Pengungkit
• Roda
• Katrol
• Bidang miring
• Baji
• Sekrup

Sebagai informasi saja, salah satu jenis dongkrak sejatinya menggunakan fenomena fisika tentang fluida yang diatur oleh aturan bernama hukum Pascal.

Jenis lainnya, ada juga yang memanfaatkan mekanisme pengungkit dan sekrup.

Dengan demikian ada beberapa komponen utama dari dongkrak, yang mana salah satunya merupakan pengungkit.

Mungkin bisa dipastikan bahwa dongkrak bukanlah pesawat sederhana. Karena tidak sesuai dengan poin yang ketiga.

Sebelum lanjut, meskipun terdapat enam pesawat sederhana, kali ini akan dibatasi pembahasannya pada pengungkit, katrol, dan bidang miring saja.

Ada tiga titik yang menjadi fokus perhatian kita pada pesawat yang satu ini, ketiga titik tersebut yaitu:

• Titik kuasa
• titik beban
• titik tumpu

Titik kuasa merupakan bagian dari alat yang akan kita kenakan gaya.

Kemudian titik beban merupakan bagian yang diletakkan beban. Sedangkan titik tumpu merupakan bagian yang menjadi poros.

Selanjutnya, pada pengungkit ini akan memanfaatkan konsep fisika yang dinamakan sebagai momen gaya, atau torsi.

Torsi sendiri merupakan perkalian antara gaya dikalikan dengan jarak gaya tersebut terhadap titik tumpu.

Suatu beban memberikan gaya akibat massa yang dimilikinya karena pengaruh gravitasi. Dan gaya tersebut merupakan berat dari benda tersebut.

Sebut saja beratnya W dengan jarak terhadap titik tumpu adalah l_W.

Asumsikan gaya yang diberikan besarnya adalah F, dan jaraknya adalah l_F.

Maka berlaku kesamaan berikut:

Terdapat beberapa variasi dari pengungkit, variasi tersebut dibedakkan berdasarkan letak dari ketiga titik utamanya.

Beberapa pengungkit yang titik tumpunya berada diantara titik kuasan dan beban:

• Gunting
• Tang
• Linggis

Alat-alat yang titik bebannya berada di antara titik tumpu dan titik kuasa:

• Pemecah kemiri
• Gerobak dorong
• Pembuka tutup botol

Ada juga yang titik kuasanya diantara titik tumpu dan titik beban, contohnya seperti:

• Stapler
• Pinset

Sebelum kita membahas bagaimana bidang miring dapat membantu pekerjaan kita, kita perlu satu konsep terlebih dahulu, yakni konsep usaha.

Artiannya kurang lebih seperti ini, usaha yang dilakukan seseorang setara dengan besar gaya yang diberikan dan berapa jauh gaya tersebut diberikan.

Secara matematis, usaha U pada gaya sebesar F dengan besar perpindahan sejauh s rumusnya seperti berikut:

Nah setelah sudah paham konsep dari usaha akan lebih mudah memahami cara kerja bidang miring.

Jadi alat ini konsepnya adalah memperpanjang rute perpindahan barang yang berat sehingga gaya yang diperlukan lebih sedikit.

Namun sejatinya, usaha yang kita keluarkan itu sama besar. Hanya saja upaya yang dilakukan dicicil sedikit-demi sedikit.

Secara matematis, hubungan antara parameter-parameter pada gambar sebelumnya yaitu:

Pesawat sederhana ini prinsipnya serupa dengan pengungkit, yakni menggunakan konsep torsi.

Juga sama-sama mempunyai titik-titik utama seperti, titik kuasa, titik beban, dan titik tumpu.

Pada katrol, torsi tersebut dihasilkan pada roda yang porosnya berperan sebagai titik tumpunya.

Ada tiga jenis utama dari katrol, yang pertama yaitu katrol tetap, yakni katrol dengan porosnya tidak berpindah-pindah.

Pada jenis katrol ini, gaya yang dirasakan oleh beban sebanding dengan besar gaya yang kita berikan.

Karena lengan gaya pada titik beban dan kuasa berjarak sama, sehingga:

Bisa dikatakan mungkin tidak terlalu ada keuntungan jika menggunakan jenis ini.

Jenis yang kedua yakni katrol dengan porosnya bukan lagi sebagai titik tumpunya. Melainkan letaknya di titik A pada gambar sebelumnya.

Dengan demikian ada perbedaan lengan gaya antara titik beban dengan titik tumpu. Titik kuasa mempunyai lengan gaya dua kalinya.

Sehingga hubungan antara gaya kuasa dan bebannya:

Kemudian yang ketiga yaitu katrol majemuk, yakni perpaduan antara katrol tetap dan katrol gabungan. Untuk mencari hubungan antara gaya dan bebannya, kita gunakan hubungan yang sudah ada sebelumnya.

Torsi yang dirasakan pada katrol ketiga (yang paling bawah) titik tumpunya berada di titik C.

Dengan menganggap arah gaya di B mendekati lurus secara vertikal, maka ada dua torsi yaitu:

Meskipun secara tenaga lebih diuntungkan, namun sejatinya ada harga yang harus dibayar. Yaitu jarak tempuhnya yang diperlukan semakin banyak.

Misalnya, mau mengangkat benda hingga ketinggian 20 cm.

Pada katrol yang gayanya tidak sebanding dengan beban, bisa saja diperlukan menariknya sejauh 40 cm hingga 60 cm.

Keuntungan mekanis itu maksudnya, seberapa besar penguatan (bisa juga pelemahan, tapi jarang) antara gaya yang dihasilkan dengan gaya yang diberikan.

Secara matematis, keuntungan mekanis KM ditulis seperti berikut:

Perbandingan dihitung berdasarkan gaya yang diterima beban terhadap gaya yang diberikan.

Dalam kasus kita sejauh ini, gaya yang diterima yakni sebesar W, sedangkan gaya yang diberi yaitu .

Untuk contoh katrol majemuk sebelumnya, keuntungan mekanisnya yakni sebesar:

Contoh lainnya, pada katrol bergerak. Besar keuntungan mekanis yang didapat yaitu:

Maksudnya, dari total berat benda sebesar W, hanya diperlukan gaya yang nilainya setengah dari total bobot beban.

Silahkan kalian coba sendiri untuk mencari keuntungan mekanis lainnya!