Bidang Miring: Rumus, Keuntungan Mekanis, Contoh Soal

Daftar Isi

Bidang miring adalah pesawat sederhana berupa bidang datar dengan salah satu sisinya (ujungnya) berada pada posisi lebih tinggi.

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang pesawat sederhana bidang miring. Materi ini dipelajari oleh siswa SD, SMP kelas 8 dan SMA kelas 10.

Seperti yang dipahami, bahwa pesawat sederhana adalah alat bantu untuk memudahkan usaha atau pekerjaan. Di antara sekian jenis alat bantu tersebut, salah satunya adalah bidang miring.

Kalian pasti pernah melihat seseorang mendorong barang ke atas truk menggunakan papan kayu yang salah satu ujungnya bertumpu pada bak truk dan ujung yang lainnya menumpu di atas tanah.

Mengapa harus menggunakan papan kayu miring, padahal barang tersebut bisa diangkat langsung ke atas truk?

Si orang tersebut pasti akan menjawab bahwa barang-barang terasa lebih ringan dan mudah jika naikkan menggunakan papan kayu miring.

Mengapa begitu? Nah, alasannya bisa kalian ketahui setelah menyimak materi ini. Baiklah, kita mulai saja materinya...

Pengertian Bidang Miring

Apa yang dimaksud dengan bidang miring? Dalam fisika, bidang miring adalah sebuah bidang datar dengan salah satu sisinya (ujungnya) berada pada posisi lebih tinggi membentuk sudut kemiringan tertentu di atas tanah.

Bidang miring merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang bekerja dengan cara menambah jarak tempuh benda untuk memperkecil usaha.

Bidang miring sering digunakan manusia untuk mempermudah usaha. Alat berfungsi untuk menghubungkan dua tempat dengan ketinggian yang berbeda.

Bidang miring kebanyakan digunakan untuk membantu proses pemindahan benda. Bidang miring bisa mempermudah gerakan benda.

Untuk memindahkan benda dari suatu tempat ke tempat yang lebih tinggi akan terasa berat jika langsung kita angkat. Namun, dengan bidang miring proses tersebut akan terasa lebih ringan.

Prinsip Kerja Bidang Miring

Prinsip kerja bidang miring adalah memperbesar atau menambah jarak untuk mengurangi usaha.

Jarak tempuh benda ditambah dengan menggunakan permukaan datar dengan salah satu ujungnya dibuat lebih tinggi dengan sudut kemiringan tertentu di atas tanah.

Benda akan digerakkan disepanjang permukaan tersebut sehingga posisinya berpindah dari posisi yang lebih rendah ke posisi yang lebih tinggi, atau sebaliknya.

Rumus Bidang Miring

Besaran-besaran yang terlibat dalam perhitungan bidang miring adalah gaya (F), panjang lintasan (s), tinggi bidang miring (h), dan berat benda (w = m . g). Perhatikan gambar berikut ini:

Berikut ini adalah rumus bidang miring beserta keterangan atau penjelasannya:

F = ^h/_s . w,

Karena, w = m . g, maka rumus di atas bisa ditulis dengan bentuk:

F = ^h/_s . m . g

Keterangan:

• F = besar gaya (N)
• h = tinggi bidang miring (m)
• s = panjang bidang miring (s)
• w = berat benda (N)
• m = massa benda (kg)
• g = percepatan gravitasi (^m/_s²)

Baca Juga:

• Rumus Berat Benda

Catatan: Jika pada soal tidak disebutkan secara langsung nilai percepatan gravitasi (g), maka gunakan nilai umum 10 ^m/_s².

Rumus di atas merupakan rumus untuk mencari atau menghitung gaya pada bidang miring. Untuk mencari besaran lainnya, rumus tersebut cukup dibolak-balik. Berikut ini bentuknya:

Rumus Bidang Miring Mencari Berat Benda:  

w = ^s/_h . F

Rumus Bidang Miring Mencari Panjang:

s = ^w/_F . h

Rumus Bidang Miring Mencari Tinggi:

h = ^F/_w .s

Keuntungan Mekanis Bidang Miring

Sebagai pesawat sederhana, bidang miring juga memiliki keuntungan mekanis (mekanik). Bidang miring memiliki keuntungan mekanis yang merupakan perbandingan antara berat beban dan gaya, atau perbandingan antara panjang dan tinggi bidang miring.

Rumus Keuntungan Mekanis Bidang Miring

Berdasarkan definisi di atas, maka rumus keuntungan mekanis (mekanik) bidang miring dituliskan dengan persamaan:

K_M = ^w/_F  atau K_M = ^s/_h

Keterangan:

• K_M = Keuntungan mekanis (mekanik) bidang miring

Keuntungan dan Kelemahan Bidang Miring

Keuntungan menggunakan bidang miring adalah memperkecil usaha yang dilakukan dengan menambah jarak tempuh. Bidang miring akan mempermudah gerakan benda dengan bidang yang datar tetapi dibuat miring untuk mengangkat benda ke tempat yang lebih tinggi.

Sedangkan, kelemahan atau kerugian penggunaan bidang miring adalah jarak yang ditempuh atau dilalui semakin lebih sehingga untuk menggunakannya diperlukan waktu yang relatif lebih lama.

Contoh Penerapan Bidang Miring dalam Kehidupan Sehari-hari

Prinsip kerja bidang miring digunakan pada pembuatan jalan-jalan di bukit dan pegunungan, sekrup, resleting, dan tangga.

Sekrup bekerja dengan menggunakan prinsip bidang miring. Pada dasarnya, sekrup adalah bidang miring yang melilit pada sebuah silinder. Pada sekrup terdapat silinder dan uliran yang bekerja bersamaan.

Jika sekrup diputar satu kali maka kepala sekrup dan sumbu sekrup akan bergerak melingkar satu kali.

Berikut ini secara lengkap 5 contoh penerapan bidang miring dalam kehidupan sehari-hari:

• Tangga
• Pisau
• Sekrup
• Resleting
• Jalan berkelok 

Alat yang Termasuk ke dalam Golongan Bidang Miring

Ada banyak alat di sekitar kita yang bekerja berdasarkan prinsip bidang miring. Alat-alat yang termasuk ke dalam golongan bidang miring adalah sebagai berikut:

• Pisau
• Kapak
• Pahat
• Paku
• Sekrup
• Uliran
• Dongkrak.

Contoh Soal Bidang Miring

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang bidang miring:

Contoh Soal 1

Bidang miring sepanjang 2 m digunakan untuk menaikan box yang beratnya 5.000 N ke atas truk dengan gaya sebesar 2.500 N. Berapakah tinggi bak truk?

Jawaban:

Diketahui:

• s = 2 m
• w = 5.000 N
• F = 2.500 N

Ditanyakan:

• h....?

Penyelesaian:

h = ^F/_w . s
   = ^2.500/_5.000 . 2
   = 1 m

Jadi, tinggi bak truk tersebut adalah 1 meter.

Contoh Soal 2

Bidang miring sepanjang 4 m digunakan untuk menaikan benda di ketinggian 1 m. Jika massa benda 60 kg berapa gaya dorong yang di perlukan?

Jawaban:

Diketahui:

• s = 4 m
• h = 1 m
• m = 60 kg
• g = 10 ^m/_s²

Ditanyakan:

• F....?

Penyelesaian:

F = ^h/_s . m . g
   = ¹/₄ . 60 . 10
   = 150 N

Jadi, gaya dorong yang diperlukan untuk menaikkan benda adalah 150 N.

Contoh Soal 3

Papan miring sepanjang 2,5 meter digunakan untuk jalur mendorong benda untuk dinaikkan ke tempat dengan ketinggian 1 meter. Jika gaya didorong 50 N. Hitunglah berat benda yang didorong.

Jawaban:

Diketahui:

• s = 2,5 m
• h = 1 m
• F = 50 N

Ditanyakan:

• w....?

Penyelesaian:

w = ^s/_h .F
    = ^2,5/₁ . 50
    = 125 N

Jadi, berat benda yang didorong adalah 125 N.

Contoh Soal 4

Bidang miring digunakan untuk memindahkan benda bermassa 20 kg. Jika gaya geseknya diabaikan, maka besar gaya F yang diperlukan untuk menahan ke bawah adalah... (g = 10 ^m/_s²)

Jawaban:

Diketahui:

• m = 20 kg
• h = 6 m
• g = 10 ^m/_s²

Panjang bidang miring (s) dicari menggunakan rumus Phytagoras untuk sisi miring:

s = √6² + 8²

  = √36 + 64
  = √100
  = 10 m

Ditanyakan:

F....?

Penyelesaian:

F = ^h/_s . m . g
   = ⁶/₁₀ . 20 . 10
   = 120 N

Jadi, besar gaya F yang diperlukan untuk menahan ke bawah adalah 120 N.

Contoh Soal 5

Sebuah bidang miring ujung atasnya setinggi 1 meter dari alasnya, sedangkan panjang bidang miring tersebut 4 meter, berat benda yang akan dinaikkan 1.000 Newton. Berapakah besarnya gaya dorong yang di perlukan bila bidang miring tersebut di anggap licin?

Jawaban:

Diketahui:

• h = 1 m
• s = 4 m
• w = 1.000 N

Ditanyakan:

• F....?

Penyelesaian:

F = ^h/_s . w

   = ¹/₄ .1.000

   = 250 N

Jadi, besar gaya dorong yang diperlukan adalah 250 N. 

Contoh Soal 6

Sebuah benda yang beratnya 2.500 N dipindahkan ke suatu tempat yang tingginya 2 meter dengan menggunakan bidang miring. Jarak yang harus ditempuh benda adalah 8 meter. Anggap bidang miring itu licin.

a. Berapakah usaha yang harus diberikan untuk mengangkat benda secara langsung?
b. Berapakah gaya yang harus dilakukan jika melalui bidang miring?
c. Berapakah keuntungan mekanis bidang miring itu?

Jawaban:

Diketahui:

• w = 2.500 N
• h = 2 m
• s = 8 m

Ditanyakan:

a. W....?

b. F....?

c. K_M...? 

Penyelesaian:

a. Usaha yang diberikan untuk mengangkat benda secara langsung ke ketinggian 2 meter.

W = F . h = w . h

     = 2.500 . 2

     = 5.000 J, atau

     = 5 kJ

Jadi, usaha yang diperlukan untuk mengangkat benda secara langsung adalah 5.000 Joule atau 5 kJ.

b. Gaya yang harus dilakukan jika melalui bidang miring

F = ^h/_s . w

   = ²/₈ . 2.500

   = 625 N

c. Keuntungan mekanis bidang miring

K_M = ^s/_h 

       = ⁸/₂

       = 4

Jadi, keuntungan mekanis bidang miring tersebut adalah 4. 

Kesimpulan

Bidang miring adalah bidang datar dengan salah satu sisinya (ujungnya) berada pada posisi lebih tinggi. Bidang miring dirumuskan F = ^h/_s . w.

Gimana adik-adik, udah paham kan materi bidang miring di atas? Jangan bingung lagi yah.

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.