USAHA & PESAWAT SEDERHANA

 A. USAHA

Usaha adalah besarnya gaya yang dilakukan pada sebuah benda sehingga benda tersebut berpindah.

Jadi jika kalian mendorong sebuah benda sehingga bendanya berpindah artinya kalian telah melakukan usaha. Namun jika kalian mendorong benda namun tidak bergerak maka usaha kalian bernilai "NOL".

Secara matematis, usaha dirumuskan sebagai :

W = F.s

Keterangan:

W = usaha ( satuannya Joule, J)

F = gaya (N)

s = perpindahan (m)

Contoh soal 1

sebuah kotak ditarik dengan gaya F sebesar 12 Newton. Kotak berpindah 4 meter ke kanan dari posisi semula. Tentukan usaha yang dilakukan gaya pada kotak tersebut!

Jawab

Diketahui

F = 12N

s = 4m

Ditanya: W?

Dijawab

Usaha = gaya x perpindahan

W = F x S

W = 12 x 4

W = 48 joule

Contoh soal 2

Dalam kegiatan beres-beres kelas, Dito telah berhasil menggeser sebuah lemari sejauh 5 m dibantu dua orang temannya, Budi dan Arto.  Jika gaya yang diberikan Dito adalah 10 N, Budi sebesar 20 N, dan Arto sebesar 15N, berapakah besar usaha yang telah mereka lakukan?

Jawab

Diketahui : s = 5 m ; F1 = 10 N ; F2 = 20 N ; F3 = 15 N.

Ditanya : W ?

Dijawab:

Usaha dikerjakan oleh tiga orang, maka:

ΣF = F1 + F2 + F3 = (10 + 20 + 15) N = 45 N

sehingga W = ΣF . s = 45N ⋅ 5m = 225 Nm = 225J

Jadi, usaha yang dilakukan oleh Dito, Budi, dan Arto untuk menggeser meja adalah sebesar 225 N.

B. PESAWAT SEDERHANA

Pesawat sederhana adalah peralatan yang bisa memudahkan pekerjaan manusia. Dalam mempelajari pesawat sederhana, kamu akan mengenal istilah berikut ini.

- Titik tumpu, yaitu titik yang menjadi tumpuan beban dan sifatnya tetap.

- Titik beban, yaitu tempat melekatnya beban.

- Titik kuasa, yaitu tempat diberikannya gaya kuasa.

C. Macam-Macam Pesawat Sederhana

Secara umum, pesawat sederhana dibagi menjadi tiga, yaitu pengungkit, bidang miring, dan katrol. Ingin tahu perbedaan antara ketiganya? Check this out.

1. Pengungkit

Pengungkit /jungkat-jungkit adalah pesawat sederhana berupa batang keras yang dapat berotasi suatu titik tumpu. Perhatikan gambar berikut.

Prinsip kerja pengungkit adalah dengan gaya kecil, beban berat mampu dipindahkan.

Gaya bisa diperkecil dengan memperpendek lengan beban, Jika lengan bebannya pendek, maka lengan kuasanya akan semakin panjang. 

Semakin panjang lengan kuasa, semakin kecil gaya yang dibutuhkan. Secara matematis, hubungan antara F, w, Lk, Lb dirumuskan sebagai berikut.

Saat menggunakan pengungkit, sebenarnya kamu sudah mendapatkan suatu keuntungan. Keuntungan itu disebut sebagai keuntungan mekanis.

Secara matematis, keuntungan mekanisnya dirumuskan sebagai berikut.

Berdasarkan posisi titik tumpu, titik beban, dan titik kuasanya, pengungkit dibedakan menjadi tiga, yaitu sebagai berikut.

a. Pengungkit jenis 1

Pengungkit jenis 1 adalah pengungkit yang titik tumpunya berada di antara titik beban dan titik kuasa. Jenis ini merupakan bentuk dasar dari suatu pengungkit. 

Contoh pengungkit jenis 1 adalah jungkat-jungkit, gunting, tang.

b. Pengungkit jenis 2

Suatu pengungkit dikatakan berjenis 2 jika titik bebannya berada di antara titik tumpu dan titik kuasa.

Contoh pengungkit jenis 2 adalah gerobak dorong, pembuka tutup botol.

c. Pengungkit jenis 3

Pengungkit jenis 3 adalah pengungkit yang memiliki titik kuasa di antara titik beban dan titik tumpu. 

Contoh pengungkit jenis 3 adalah pinset, alat pancing, stapler, lengan saat memegang benda.

2. Bidang Miring

Bidang miring adalah pesawat sederhana yang berupa papan/ bidang yang dibuat miring. Hal itu bertujuan untuk memperkecil usaha saat memindahkan beban yang berat. 

Semakin landai bidang miring, gaya yang diberikan semakin kecil. Sebaliknya, semakin curam bidang miring, gayanya semakin besar.

secara matematis dirumuskan

F.s = w.h

titik (.) artinya kali.

3. Katrol

Katrol adalah pesawat sederhana berupa roda beralur yang dikelilingi oleh tali. Prinsip kerja katrol adalah mengubah arah kerja gaya sehingga beban bisa terangkat dengan mudah. Ternyata, katrol memiliki kesamaan dengan pengungkit lho, yaitu terdiri dari titik tumpu, titik kuasa, dan titik beban. Secara umum, katrol dibagi menjadi tiga, yaitu sebagai berikut.

a. Katrol tetap

Katrol tetap adalah katrol yang posisinya selalu tetap saat digunakan.

Keuntungan mekanis dihitung dengan

KM = w/F

b. Katrol majemuk

Katrol majemuk adalah perpaduan antara katrol tetap dan katrol bergerak. Semakin banyak katrol yang digunakan, semakin mudah digunakan untuk mengangkut suatu barang. Keuntungan mekanis katrol majemuk bisa dilihat dari banyaknya tali.

Contoh Soal 1

Bayu dan Nada bermain jungkat jungkit seperti gambar berikut. Jarak antara Bayu dan titik tumpu adalah 30 cm. Jika massa Bayu dan Nada berturut-turut 20 kg dan 25 kg, maka tentukan jarak Nada dari titik tumpu agar jungkat-jungkit menjadi seimbang!

Jawab

Diketahui

LB = 30 cm

mB = 20 kg

mN = 25 kg

Ditanya: LN =…?

Dijawab

wB . LB = wN . LN

(mB.g).LB = (mN.g).LN diruas kanan dan kiri ada *g*, maka keduanya bisa dicoret/dihilangkan

(mB.~g~).LB = (mN.~g~).LN sehingga menjadi ...

mB . LB = mN . LN

20kg . 30cm = 25kg . LN

600 = 25 LN

LN = 600/25

LN = 24cm

Contoh Soal 2

Pak Seno akan memindahkan sebuah kardus berisi buku ke atas rak setinggi  1,2 m. Agar tidak terlalu berat memindahkan kardus tersebut, Pak Seno mengambil sebuah papan sepanjang 150 cm untuk dijadikan bidang miring. Untuk memindahkan kardus tersebut, gaya yang dibutuhkan Pak Seno hanya 400 N. Tentukan berat kardus yang dipindahkan!

Jawab

Diketahui:

F = 400 N

h = 1,2 m

s = 150 cm = 1,5 m

Ditanya: w =…?

Dijawab

F.s = w.h

(F.s)/h = w , atau bisa ditulis...

w = (F.s)/h

w = (400 . 1,5)/1,2

w = 500N

jadi berat kardus adalah 500 Newton.