Pengertian, Jenis-Jenis dan Contoh Soal Pesawat Sederhana Beserta ... √ Pesawat Sederhana (Jenis, Rumus, Gambar, Soal)

Kompetensi Dasar:

3. 3 Menjelaskan konsep usaha, pesawat sederhana, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, termasuk kerja otot pada struktur
rangka manusia.

4. 3 Menyajikan hasil penyelidikan atau pemecahan masalah tentang manfaat penggunaan pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari

Halo anak-anak...dalam kehidupan sehari-hari kalian mungkin sering kali mendengar orang mengucapkan kata usaha misalnya berusaha agar mendapatkan apa yang diinginkan. Nah...dalam IPA terdapat juga konsep USAHA. Bagaimana konsep Usaha dalam IPA??

Pernahkah kalian mendorong sesuatu dan ternyata benda itu tidak berpindah??

Atau sebaliknya kalian mendorong benda dan benda tersebut bergerak dan berpindah?

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang konsep usaha dan pesawat sederhana, yuk pelajari materi berikut ini:

Masih ingatkah kalian tentang energi ? Benar. Energi adalah suatu kemampuan untuk melakukan usaha. Apa pengertian usaha dalam Fisika? ketika benda didorong ada yang berpindah tempat dan ada pula yang tetap di tempatnya. Ketika kamu mendorong meja, berarti kamu telah memberikan gaya pada meja tersebut dan meja berpindah tempat. Jadi usaha dihasilkan oleh gaya yang dikerjakan pada suatu benda sehingga benda itu berpindah tempat. Bagaimanakah ketika kamu mendorong dinding tembok, apakah dinding berpindah tempat? pasti tidak. Walaupun kamu telah sekuat tenaga mendorongnya, tetapi dinding tetap ditempatnya. Oleh sebab itu, menurut Fisika gayamu dikatakan tidak melakukan usaha.

Coba kalian simak contoh berikut dan tentukan apakah termasuk usaha atau tidak?

1. Sapi menarik pedati

2. Orang mendorong mobil mogok

3. Forklift menaikkan peti ke atas truk

Yuk simak penjelasan usaha yah

Usaha dilakukan apabila suatu gaya menggerakan benda sepanjang jarak perpindahan tertentu.

Secara matematis usaha dapat dirumuskan:

W = F . s

Dengan:

W = usaha, satuan joule (J)

F = gaya, satuan newton (N)

s = jarak perpindahan, satuan meter (m)

Nah kalau sudah paham sekarang kita coba contoh soal ini. Seorang anak mendorong meja dengan gaya 40 newton, sehingga meja berpindah sejauh 3 meter searah gaya. Berapa usaha yang dilakukan oleh anak tersebut ?

simulasi usaha 2

Diketahui :

F = 40 N

S = 3 m

Ditanyakan :

W = ......?

Penyelesaian :

W = F . s

W = 40 N . 3 m

W = 120 Nm

W = 120 J

Jadi usaha yang dilakukan sebesar 120 J

Nah, agar pemahaman kalian tentang usaha lebih mantap perhatikan kejadian berikut ini. Di tengah jalan mobil yang dikendarai oleh Amir dan Hasan tiba-tiba mogok, Amir dan Hasan turun dari mobil dan bersama-sama mendorong mobil sejauh 5 meter. Amir mendorong dengan gaya 60 newton dan Hasan mendorong dengan gaya sebesar 40 newton. Berapa usaha yang dilakukan untuk mendorong mobil ? Coba kerjakan terlebih dahulu soal ini.

Bandingkan hasil perhitungan kamu

Diketahui:

s = 5 m

F₁ = 60 N

F₂ = 40 N

Ditanyakan:

W = …. ?

Penyelesaian:

W = F . s

W = (F₁ + F₂) . s

W = (60 N + 40 N) . 5 m

W = 100 N . 5 m

W = 500 Nm

w = 500 J

Jadi usaha yang dilakukan untuk mendorong mobil sebesar 500 J.

Di dalam Sistem Internasional (SI) satuan gaya adalah newton atau disingkat N, sedangkan satuan jarak perpindahan adalah meter atau disingkat m.

Jadi satuan usaha = satuan gaya . satuan perpindahan

= newton . meter

= Nm

1 Nm = 1 joule = 1 J

= joule

Jadi

1 joule adalah usaha yang dilakukan apabila gaya sebesar 1 newton memindahkan suatu benda sejauh 1 meter searah dengan gaya

Untuk lebih memahami tentang Usaha kalian dapat menonton video berikut yah

Setelah mempelajari materi usaha yuk jawab pertanyaan di bawah ini

Latihan

1. Satuan usaha adalah ….

2. 1 koli joule (1 kJ) = … joule

3. Jika gaya yang bekerja pada benda semakin besar, akan mengakobatkan usaha semakin ….

4. Jika besar usaha tetap jarak yang ditempuh lebih besar, maka gaya yang bekerja lebih ….

5. Jika besar usaha tetap dan gaya yang bekerja lebih kecil, maka jarak yang ditempuh lebih ….

6. Seorang anak mendorong meja dengan gaya 6 N sejauh 3 m. Besar usaha yang dilakukan adalah ….

7. Dua orang mendorong mobil bersama-sama sejauh 10 meter. Orang pertama dengan gaya 30 newton dan orang kedua dengan gaya 50 newton. Usaha yang dilakukan sebesar ….

8. Ali dan Anton main tarik tambang. Ali dengan gaya 70 newton dan Anton dengan gaya 60 newton, sehingga Antor tertarik sejauh 4 meter. Usaha yang dilakukan oleh dua anak tersebut adalah ….

Anak-anak, selanjutnya kita akan mempelajari tentang materi Pesawat Sederhana

PESAWAT SEDERHANA

Tahukah kalian apa yang dimaksud pesawat ? Sekarang kamu akan mempelajari materi pesawat sederhana serta penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari.

Kita tentu tidak hanya ingin menggunakan energi untuk melakukan usaha, tetapi juga mencari cara usaha itu lebih mudah dikerjakan. Hal ini bisa kita temukan dalam kehidupan sehari-hari:

Dengan menggunakan alat pembuka tutup botol, maka tutup botol lebih mudah dibuka
Dengan menggunakan katrol air dalam sumur lebih mudah ditimba
Dengan papan yang dimiringkan lebih mudah menaikkan drum ke atas truk

Alat-alat seperti itu, alat-alat yang dapat membantu memudahkan pekerjaan manusia disebut dengan “PESAWAT SEDERHANA“

Pada kelas maya ini akan membahas materi Jenis-jenis Pesawat Sederhana yaitu :

Pengungkit (tuas)
Katrol
Bidang miring
Roda gigi

1. TUAS

Pengungkit biasa juga disebut dengan TUAS.

Pengungkit merupakan salah satu alat pesawat sederhana yang dapat digunakan untuk mengungkit, mencabut atau mengangkat benda.

Sebelum kita mulai mempelajari lebih jauh tentang tuas. Coba kalian jawab pertanyaan ini: Apakah kalian dapat menyebutkan beberapa contoh alat yang tergolong tuas atau pengungkit ?

Nah...berikut Contoh alat yang bekerja dengan prinsip tuas

Penjepit kertas
Tongkat pengungkit untuk memindahkan batu
Jungkat jungkit

Pengungkit terdiri dari tiga bagian,yaitu:

Titik Tumpu disebut juga dengan titik fulkrum, yaitu titik tempat batang ditumpu atau diputar.
Titik Beban yaitu bekerjanya beban.
Titik Kuasa yaitu bekerjanya gaya

Di dalam kehidupan sehari-hari kita sering menjumpai alat yang bekerja dengan prinsip tuas. Tuas dibedakan menjadi 3 golongan:

Pengungkit jenis pertama adalah adalah tuas yang titik tumpunya berada diantara titik kuasa dan titik beban.

Salah satu contoh dari jenis pertama ini adalah jungkat-jungkit. Jika kamu dan teman kamu sedang bermain jungkat-jungkit, kamu pasti merasa sulit dan berat untuk menjungkit teman kamu apabila jarak teman kamu ke titik. Sebaliknya, kamu pasti merasa lebih ringan untuk menjungkit teman kamu jika jarak teman kamu ke titik tumpu lebih dekat. Oleh sebab itu, letak jarak titik kuasa, titik tumpu dan titik bebannya harus disesuaikan.

Contoh lain dari pengungkit jenis pertama, yaitu: linggis, gunting, batang kayu untuk mencungkil benda, pembersih telinga dan masih banyak lagi.

Pengungkit Jenis Kedua adalah tuas yang titik bebannya berada diantara titik kuasa dan titik tumpu.

Salah satu contoh dari jenis kedua ini adalah gerobak dorong satu roda yang digunakan pada bangunan.
Pada waktu kamu mengangkat batu bata dengan menggunakan gerobak dorong satu roda, kamu pasti merasa berat jika gagang pendorongnya terlalu pendek. Itu dikarenakan jarak titik kuasa dan titik beban terlalu dekat.
Jika gagang pegangannya panjang, kamu pasti akan merasa ringan mengangkut batu. Itu dikarenakan jarak titik kuasa dan titik beban terletak sangat jauh.
Tetapi jika terlalu terlalu jauh juga dapat menyulitkan dalam penggunaannya. Oleh sebab itu, disesuaikan jarak antara titik kuasa, beban dan tumpu di letakkan.

Contoh lain dari pengungkit jenis kedua, yaitu: pembuka botol, alat pemecah kemiri, alat pemecah kepiting dan masih banyak lagi.

Pengungkit Jenis Ketiga adalah tuas yang titik kuasanya berada diantara titik tumpu dan titik beban.

Salah satu contoh dari jenis tiga ini adalah orang yang sedang mengangkat pasir dengan menggunakan sekop.
Pada waktu kamu mengangkat pasir dengan menggunakan skop dengan gagang pegangan yang pendek, kamu pasti merasa ringan dan kamu akan mengeluarkan tenaga yang lebih kecil. Karena pada gagang sekop yang pendek, jarak titik tumpu dan titik kuasa terlalu dekat.

Berbeda dengan sekop yang memiliki gagang yang panjang. Kamu akan merasa berat dan tenaga yang kamu keluarkan juga besar. Hal ini dikarenakan pada gagang sekop yang panjang, jarak titik tumpu dan titik kuasa terletak jauh. Tetapi jika terlalu panjang juga dapat menyulitkan dalam penggunaannya. Oleh sebab itu, disesuaikan jarak antara titik tumpu, kuasa dan beban diletakkan.

Contoh lain dari pengungkit jenis ketiga, yaitu:
Pada saat kamu mengangkat sendok ke mulut kamu, mengangkat sampah dengan serokkan sampah dan masih banyak lagi.

Dengan menggunakan tuas semakin jauh jarak kuasa terhadap titik tumpu, maka semakin kecil gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban, atau dapat dirumuskan

Komponen tuas terdiri dari: beban (w), lengan beban (l_b), titik tumpu, titik kuasa, kuasa (F), dan lengan kuasa (l_k)

Pada tuas berlaku persamaan:
Beban x lengan beban = kuasa x lengan kuasa

w x l_b = F x l_k atau F = (w x l_b) / l_k

Dengan:

w = berat beban, satuan newton (N)
F = kuasa, satuan newton (N)
l_k = lengan beban (jarak titik kuasa dengan titik tumpu), satuan meter (m)
l_b = lengan beban (jarak titik beban dengan titik tumpu), satuan meter (m)

Nah kalian sudah pahamkan cara kerja dan bagian-bagian dari tuas, sekarang kita coba contoh soal beikut ini. Seorang anak mengangkat batu yang beratnya 800 newton dengan menggunakan pengungkit (tuas), panjang lengan beban 0,5 meter dan lengan kuasa 2 meter.Tentukan besar gaya yang diperlukan oleh anak tersebut untuk mengangkat batu

Perhatikan jawaban ini
Diketahui:
          w = 800 N
          l_b = 0,5 m
          l_k = 2 m

Ditanyakan:
          F = …. ?

Penyelesaian:
          F = (w x l_b) / l_k
          F = (800 N x 0,5 m) / 2 m
          F = 200 N

Jadi gaya yang diperlukan sebesar 200 N

Nah, setelah kalian perhatikan pada contoh tersebut batu yang beratnya 800 N dapat diangkat dengan gaya 200 N. Bagaimana ? Ternyata gaya yang diperlukan lebih kecil dari berat batu. Hal ini dapat dikatakan tuas dapat mempermudah usaha.

Baiklah sekarang kamu pelajari keuntungan mekanik. Tahukah kamu apa yang disebut keuntungan mekanik ? coba bandingkan antara beban dengan kuasa yang diperlukan untuk mengangkat batu tadi. Perbandingan antara beban dan kuasa itu akan menentukan besarnya keuntungan mekanik.

Secara matematik dapat dituliskan:

K = w/F atau K = l_k / l_b

Dengan:
K = keuntungan mekanik
w = beban, satuan newton
F = gaya atau kuasa, satuan newton
l_k= lengan kuasa, satuan meter
l_b= lengan beban, satuan meter

Agar kalian lebih memahami tentang keuntungan mekanik kalian coba kerjakan soal berikut ini. Beban yang beratnya 1000 newton hendak diangkat dengan tuas. Jika lengan beban 25 cm dan lengan kuasa 2,5 m. Hitunglah:
a.    gaya yang diperlukan
b.    keuntungan mekanik tuas

Perhatikan caranya ?
Diketahui:
          w   = 1000 N
          l_b   = 25 cm = 0,25 m
          l_k   = 2,5 m

Ditanyakan:
a. F = …. ?
b. K = .... ?

Penyelesaian:
a.       F = (w x l_b) / l_k
          F = (1000 N x 0,25 m) / 2,5 m
          F = 100 N
          Jadi gaya yang diperlukan sebesar 100 N

b.       K = w / F
          K = 1000 N / 100 N
          K = 10

          Jadi keuntungan mekaniknya 10

Untuk lebih memahami tentang Perhitungan Mekanis pada Tuas yuk lakukan Simulasi berikut. Silahkan Klik pada gambar di bawah ini!

2. KATROL

Sebelum kita mulai mempelajari lebih jauh tentang katrol. Coba kalian jawab pertanyaan ini: Apakah kalian dapat menyebutkan beberapa contoh penggunaan pesawat sederhana katrol ?.
Contohnya adalah

katrol pada sumur
katrol pada tiang bendera
katrol pada mobil derek

Tahukan kalian bahwa katrol itu adalah pesawat sederhana berupa roda berporos yang disekelilingnya dibuat jalur untuk tali atau rantai. Katrol yang akan kita bahas di sini tiga jenis, yaitu:

Katrol tetap

Yaitu katrol yang terpasang pada tempat yang tetap biasanya digunakan untuk mengubah arah gaya yang kita keluarkan
Contohnya:
Katrol untuk mengambil air di sumur, Kerekan burung, Katrol yang digunakan untuk mengangkut barang pada bangunan dan Kerekan bendera.

Dengan katrol tetap gaya (F) yang kita gunakan sama denga berat beban (w). Sehingga dapat dituliskan:

F = w dan keuntungan mekanik: K = w/F

Dengan:

F = gaya, satuan newton
w = berat beban, satuan newton
K = keuntungan mekanik

Pada Katrol Tetap Titik Tumpu terletak pada sumbu katrol artinya Jarak antara Titik Beban ke Titik Tumpu sama dengan jarak antara kuasa ke titik tumpu dengan demikian maka panjang lengan beban sama dengan panjang lengan kuasa

Karena Lengan beban sama dengan Lengan Kuasa Maka keuntungan mekanik pada katrol tetap adalah :

Jadi keuntungan mekanik katrol tetap adalah 1

Keuntungan dari katrol tetap adalah

katrol dapat mengubah arah gaya. Sehingga pekerjaan menjadi lebih mudah.
Gaya yang diperlukan pada katrol tetap sama dengan berat beban
Jarak perpindahan beban sama dengan jarak tangan yang menarik tali katrol

Untuk menentukan besar gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban dengan katrol tetap dapat dihitung sebagai berikut :

Beban beratnya 100 N diangkat dengan katrol tetap seperti gambar di sebelah ini. Berapa besar gaya kuasa untuk mengangkat beban tersebut.
Berapa keuntungan mekaniknya?
Penyelesaian :
Diketahui B = 100 N, diangkat dengan katol tetap
Ditanya F = ....?

Jawab :
                     Katrol tetap F = B
                     Jadi F = 100 N

Katrol bergerak

Yaitu katrol yang tidak terpasang pada tempat yang tetap
Pada katrol bergerak salah satu ujung tali diikatkan pada tempat tetap, dan ujung yang lain ditarik ke atas dan beban yang akan diangkat diikatkan pada katrol tetap.

Contohnya :
Alat pengangkut peti kemas di dermaga, alat pengangkut bahan bangunan pada pembangunan gedung bertingkat.

Pada katrol bergerak titik tumpu terletak pada tali yang terikat pada tempat tertentu sedangkan titik beban terletak pada pusat (poros) katrol dan titik kuasa terletak pada tali yang ditarik gaya.
Oleh sebab itu maka panjang lengan kuasa adalah 2 kali panjang lengan beban
Jadi keuntungan mekanik katrol bergerak adalah 2 kali

Contoh cara menghitung besar gaya untuk mengangkat beban dengan katrol bergerak Perhatikan gambar di bawah ini!

Benda 200 N diangkat dengan katrol bergerak, berapa besar kuasa untuk mengangkat beban tersebut
Penyelesaian :
Diketahui B = 200 N, diangkat dengan katol bergerak
Ditanya F = ....?
Jawab : Katrol bergerak Keuntungan mekaniknya = 2 kali,

Keuntungan mekanik:

K = l_k/l_bkarena lk = 2 lb, maka K = 2

Dengan demikia gaya (F) yang digunakan untuk menarik beban:

F = w/K

F = ½ w

Dengan:
K = keuntungan mekanik
w = berat beban, satuan newton
F = gaya atau kuasa, satuan newton

Keuntungan mekanik pada katrol bergerak adalah 2.
Besar gaya yang digunakan untuk menarik adalah 1/2 dari berat beban
Jarak yang ditempuh tangan yang menarik 2 kali jarak yang ditempuh beban

Katrol ganda atau sistem katrol

Katrol ganda atau sistem katrol adalah rangkaian katrol yang terdiri dari katrol tetap dan katrol bergerak.

Contohnya :
Pada mobil derek dan peralatan pemanjat tebing.

Pada katrol ganda keuntungan mekanik dapat disamakan banyaknya tali yang menarik beban.

Pada contoh ini beban 200 N dapat ditarik oleh 4 tali yang masing-masing menarik 50 N, jadi berat 200 N dapat ditarik oleh gaya 50 N. Jadi keuntungan mekaniknya adalah:

K = w/F

K = 200 N / 50 N
K = 4

Nah kalau kalian sudah memahami sekarang kita coba contoh soal ini.

Sebuah beban beratnya 200 N. Berapa gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban tersebut jika menggunakan katrol bergerak?

Perhatikan jawabannya

Duketahui:
w = 200 N

Ditanyakan:
F = …. ?

Penyelesaian:
          F = ½ w
          F = ½ . 200 N
          F = 100 N

Jadi gaya yang diperlukan sebesar 100 N

3. Bidang Miring

Bidang Miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut, yang bukan sudut tegak lurus, terhadap permukaan horizontal

Salah satu contoh bidang miring adalah tangga yang biasa kamu naiki. Jika kamu menaiki tangga yang sangat curam, kamu pasti akan merasa lebih berat untuk mengangkat kakimu dan kamu memerlukan tenaga yang lebih besar. Jika kamu menaiki tangga yang sangat landai, kamu pasti akan merasa lebih ringan untuk mengangkat kakimu dan kamu memerlukan tenaga yang lebih kecil. Tetapi jika terlalu landai, jarak yang harus kamu tempuh akan semakin jauh.

Nah peserta didik sekalian sebelum kita mulai mempelajari lebih jauh tentang bidang miring. Coba kalian sebutkan alat yang dipakai dalam kehidupan sehari-hari yang menggunakan prinsip bidang miring lainnya ! Bagus. Ya itu semua benar yang kalian sebutkan.

Peserta didik sekalian, setelah mengetahui peralatan yang menggunakan prinsip bidang miring, mari kita lanjutkan mempelajari keuntungan menggunakan bidang miring. Bidang miring adalah pesawat sederhana berbentuk permukaan landai yang salah satu sisinya lebih tinggi dari sisi yang lain.

Keuntungan mekanik bidang miring dapat mempermudah pekerjaan untuk memindahkan benda berat ke tempat lebih tinggi

Keuntungan mekanik bidang miring adalah perbandingan antara panjang bidang (s) dengan ketinggiannya (h).
Secara matematik dapat ditulis:

K = s/h

Dengan:
K = Keuntungan mekanik
s = panjang bidang biring, satuan meter
h = ketinggian, satuan meter

Nah kalau sudah paham sekarang kita coba contoh soal ini. Sebuah kotak yang beratnya 600 N akan dinaikkan ke atas truk yang tinggi baknya 1,5 meter dengan bidang miring sepanjang 4,5 meter. Berapa keuntungan mekanik dan gaya dorong yang diperlukan jika gesekan pada bidang diabaikan ?

Perhatikan jawabannya
Duketahui:
w = 600 N
h = 1,5 m
s = 4,5 m

Ditanyakan:
a.    K = .... ?
b.    F = …. ?

Penyelesaian:
a.    K = s/h
K = 4,5 m / 1,5 m
K = 3

Jadi keuntungan mekanik bidang miring itu 3

b.    F = w/K
F = 600 N / 3
F = 200 N

Jadi gaya yang diperlukan sebesar 200 N

4. Roda Gigi

Roda digunakan untuk memindahkan benda agar lebih ringan, roda memiliki sebuah poros dan bisa berputar pada porosnya.
Salah satu contoh roda adalah roda sepeda yang biasa kamu naiki

Jenis-jenis Roda

1. Roda Setali

Roda setali, yaitu dua buah roda atau lebih yang dihubungkan dengan tali.

Contohnya :
Roda sepeda yang dihubungkan dengan rantai, dan roda sepeda motor yang dihubungkan dengan rantai.

2. Roda Sepusat

Roda sepusat, yaitu dua buah roda atau lebih yang memiliki pusat yang sama.

Contohnya :
Roda pada mobil truk.

3. Roda Bersinggungan

Roda bersinggungan, yaitu dua buah roda atau lebih yang saling bersinggungan satu sama lain.

Contohnya :
Roda pada bagian dalam jam.

Untuk lebih memahami materi PESAWAT SEDERHANA yuk simak video berikut

Setelah mempelajari materi tentang pesawat sederhana, silahkan kalian berlatih soal pada link berikut :

Kelas

Periode

IPA SMP SEMESTER GANJIL KELAS TERBUKA

Ujian Akhir

{{ instruktur.Instruktur.Nama }}