Pesawat Sederhana: Jenis, Rumus, Keuntungan Mekanis (Soal)

Daftar Isi

Pesawat sederhana adalah alat bantu untuk memudahkan kerja atau usaha. Pesawat sederhana terdiri dari tuas (pengungkit), katrol, bidang miring, dan roda berporos.

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang pesawat sederhana dan jenis-jenisnya.

Di sekolah, materi pesawat sederhana dipelajari oleh siswa SMP kelas 8 dan siswa SMA kelas 10 atau 11. Nah, materi ini hadir untuk melengkapi penjelasan dari bapak/ibu guru.

Hal-hal yang akan dibahas dalam materi ini adalah seputar pengertian pesawat sederhana, jenis-jenisnya, rumus umum, serta rumus keuntungan mekanisnya.

Selain itu, kakak juga akan memberikan contoh peralatan dalam kehidupan sehari-hari yang menggunakan prinsip kerja pesawat sederhana.

Baiklah, kita mulai saja materinya...

Pengertian Pesawat Sederhana

Apa yang dimaksud dengan pesawat sederhana? Dalam ilmu fisika, pesawat sederhana adalah setiap alat yang dapat mempermudah pekerjaan manusia.

Tujuan pesawat sederhana adalah melipatgandakan gaya atau kemampuan, mengubah arah gaya, dan memperbesar kecepatan.

Bila kita mendengar kata pesawat, perhatian kita akan terpusat pada alat canggih buatan manusia, misalnya pesawat terbang, pesawat televisi, pesawat telepon, dan sebagainya.

Benarkah yang disebut pesawat harus selalu peralatan yang rumit dan menggunakan teknologi tinggi?

Untuk melakukan pekerjaan, kita dapat menggunakan tangan, kaki, atau bagian tubuh lainnya. Untuk pekerjaan ringan, seperti menulis, menyisir rambut, memakai baju, atau mandi, kita dapat melakukannya dengan mudah.

Namun, untuk pekerjaan berat seringkali kita sulit melakukannya. Misalnya, mengangkat benda bermassa 100 kg, membelah batu, menggiling padi, dan sebagainya.

Untuk memudahkan pekerjaan-pekerjaan berat, manusia biasanya menggunakan alat bantu. Alat-alat bantu yang memudahkan pekerjaan manusia disebut pesawat. Keuntungan menggunakan pesawat sederhana adalah memindahkan beban yang berat dengan gaya yang kecil.

Berdasarkan uraian di atas, pesawat sederhana sangat banyak ragamnya, mulai dari yang sangat sederhana sampai yang sangat rumit.

Mulai dari yang menggunakan teknologi sederhana sampai yang menggunakan teknologi tinggi. Pesawat terbang adalah salah satu contoh pesawat yang menggunakan teknologi tinggi.

Kalau kita amati dengan seksama, pesawat yang rumit sebenarnya merupakan kumpulan dari beberapa pesawat sederhana.

Jenis-Jenis Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana ada 4 jenis, yaitu tuas (pengungkit), katrol, bidang miring, dan roda berporos. Berikut ini kakak uraikan satu per satu:

1. Tuas (Pengungkit)

Pengertian Pesawat Sederhana Tuas (Pengungkit)

Apa yang dimaksud dengan tuas? Tuas disebut juga dengan pengungkit. Dalam ilmu fisika, tuas (pengungkit) adalah pesawat sederhana yang terdiri dari sebuah batangan kokoh yang dapat berputar mengelilingi sebuah titik. 

Berikut ini gambar skema sederhana sebuah tuas atau pengungkit:

Tuas (pengungkit) adalah suatu alat yang dapat digunakan untuk mempermudah melakukan usaha. Alat ini sering difungsikan sebagai alat bantu untuk mengangkat, memindahkan, atau mencongkel barang/benda. 

Dengan tuas (pengungkit), maka proses pemindahan barang membutuhkan energi yang lebih sedikit dibandingkan tanpa tuas (pengungkit).

Tuas adalah suatu alat yang memudahkan manusia dalam melakukan usaha/kerja tanpa mengurangi berat benda. Tuas atau pengungkit dapat memudahkan usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya.

Bagian-Bagian Tuas (Pengungkit)

Tuas (pengungkit) mempunyai tiga bagian utama, yaitu titik kuasa, titik tumpu, dan titik beban. Berikut ini penjelasan dari masing-masing bagian tersebut:

1. Titik Kuasa Tuas (Pengungkit)

Titik kuasa adalah bagian dari pengungkit yang diberi tenaga (gaya) agar benda terangkat. Gaya yang diberikan pada titik tersebut dinamakan gaya kuasa. Sementara itu, jarak dari titik kuasa ke titik tumpu disebut lengan kuasa.

2. Titik Tumpu

Titik tumpu (fulcrum) adalah titik di mana tuas (pengungkit) bertumpu (berpusat). Hakikatnya, titik ini adalah sebuah penyokong, atau kaki, yang ditempatkan sedemikian rupa sehingga memungkinkan sejumlah tekanan yang relatif kecil untuk mengangkat beban yang bobotnya relatif berat.

3. Titik Beban

Titik beban adalah titik tempat beban (beban atau barang yang akan dijungkit) bertumpu. Beban adalah gaya yang akan dikalahkan. Sementara itu, jarak dari titik beban ke titik tumpu disebut lengan beban.

Prinsip Kerja Tuas (Pengungkit)

Prinsip kerja tuas (pengungkit) adalah memperbesar gaya angkat dengan cara memperpanjang lengan kuasa. Besar gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban bergantung pada perbandingan panjang lengan kuasa dan lengan beban:

• Jika panjang lengan kuasa lebih panjang daripada lengan beban, maka untuk mengangkat benda diperlukan gaya yang lebih kecil.
• Jika panjang lengan kuasa lebih pendek daripada lengan beban, maka untuk mengangkat benda diperlukan gaya yang lebih besar.

Jadi, cara yang paling mudah untuk mengangkat beban adalah memperpanjang lengan kuasa sehingga dibutuhkan gaya yang lebih kecil.

Fungsi Tuas (Pengungkit)

Tuas (pengungkit) adalah pesawat sederhana dengan fungsi utama:

1. mempermudah usaha atau kerja 
2. memudahkan dalam menggerakkan atau mengangkat beban
3. alat pembesar gaya, gaya yang dihasilkan lebih besar daripada gaya yang dikeluarkan.

Jenis-Jenis Pesawat  Sederhana Tuas (Pengungkit)

Tuas (pengungkit) dibedakan menjadi tiga jenis/golongan, yaitu: tuas jenis pertama, jenis kedua, dan jenis ketiga.

1.  Tuas (Pengungkit) Jenis/Golongan Pertama

Tuas (pengungkit) jenis golongan kedua merupakan tuas dengan titik tumpu terletak antara titik beban dan  titik kuasa atau titik tumpu terletak di antara dua beban.

Contoh alat yang tergolong tuas jenis pertama adalah tang, papan jungkat jungkat, neraca sama lengan, dan gunting.

2.  Tuas (Pengungkit) Jenis/Golongan Kedua

Tuas (pengungkit) jenis golongan kedua merupakan tuas dengan titik beban terletak antara titik tumpu dan  titik kuasa.

Contoh alat dalam kehidupan sehari-hari yang tergolong tuas jenis pertama adalah gerobak dorong roda satu, alat pemecah biji, dan alat pembuka tutup botol.

3.  Tuas (Pengungkit) Jenis/Golongan ketiga

Tuas (pengungkit) jenis golongan kedua merupakan tuas dengan titik kuasa terletak antara titik tumpu dan  titik beban.

Contoh alat dalam kehidupan sehari-hari yang tergolong tuas jenis ketiga adalah sekop dan pinset.

Rumus Pesawat Sederhana Tuas (Pengungkit)

Rumus pada tuas (pengungkit) jenis pertama, kedua, dan ketiga adalah sebagai berikut:

w . l_b = F . l_k

atau

^w/_F = ^l_k/_lb

di mana, w = m . g

Keterangan:

• w = berat benda (N)
• l_b = lengan beban (m)
• F = gaya kuasa (N)
• l_k = lengan kuasa (m)
• m = massa benda (kg)
• g = percepatan gravitasi (m/s2)

Rumus Mencari Gaya Pada Tuas (Pengungkit)

F = ^l_b/_lk . w

Rumus Mencari Berat Beban Pada Tuas (Pengungkit)

w = ^l_k/_lb . F 

Rumus Mencari Lengan Kuasa Pada Tuas (Pengungkit)

l_k = ^w/_F . l_b

Rumus Mencari Lengan Beban Pada Tuas (Pengungkit)

l_b = ^F/_w . l_k

Keuntungan Mekanis Pesawat Sederhana (Mekanik) Tuas/Pengungkit

Keuntungan mekanis tuas (pengungkit) adalah perbandingan antara besar beban dan besar gaya yang dikeluarkan untuk mengimbangi beban atau perbandingan antara lengan kuasa dan lengan beban.

Rumus Keuntungan Mekanis Tuas (Pengungkit)

Berdasarkan definisi di atas, maka rumus keuntungan mekanis (mekanik) tuas atau pengungkit adalah:

K_M = ^w/_F atau K_M = ^l_k/_lb

Keterangan:

• K_M = Keuntungan mekanis (mekanik)

Contoh Tuas (Pengungkit) dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut ini adalah beberapa 10 contoh alat dalam kehidupan sehari-hari yang menggunakan prinsip kerja tuas (pengungkit):

1. Tang
2. Neraca sama lengan
3. Jungkat jungkit
4. Palu Pencabut Paku
5. Gunting
6. Gerobak dorong satu roda
7. Pemecah biji
8. Pembuka tutup botol
9. Sekop
10. Pinset 

2. Bidang Miring

Pengertian Pesawat Sederhana 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 Pesawat Sederhana 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 Pesawat Sederhana 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.

3. Katrol

Pengertian Pesawat Sederhana Katrol

Apa yang dimaksud dengan katrol? Dalam ilmu fisika, katrol adalah roda yang berputar tetapi tidak berjalan yang berfungsi untuk menarik dan mengangkat benda. 

Katrol digunakan bersama-sama dengan tali atau rantai yang dilingkarkan di sekeliling alur katrol. Salah satu ujung diikatkan dengan beban yang akan ditarik atau diangkat, sedangkan ujung lainnya tempat gaya kuasa bekerja.

Benda akan lebih mudah terangkat dengan katrol daripada tanpa katrol. Hal ini telah banyak dibuktikan dalam kehidupan sehari-hari.

Sebagai contoh, penggunaannya pada sumur timba. Sekarang kakak tanya, lebih mudah mana menimba air di sumur tanpa katrol atau dengan katrol?

Pasti semuanya akan menjawab lebih mudah menimba dengan katrol. Mengapa bisa begitu? Alasannya bisa diketahui dengan memahami prinsip kerja katrol.

Prinsip Kerja Katrol

Sebenarnya, prinsip kerja katrol sama dengan prinsip tuas (pengungkit). Perhatikan gambar di bawah ini:

Titik  A adalah titik kuasa, B adalah titik tumpu, dan C adalah titik beban.  

Selain itu, katrol juga memiliki prinsip kerja yang hampir sama dengan roda dan poros. Bedanya adalah katrol mempunyai roda dan as yang tetap dan tidak berpindah-pindah, sedangkan roda ikut bergulir dan berpindah ke tempat yang lain. 

Katrol menempatkan beban di ujung tali sedangkan ujung tali yang lain digunakan untuk menarik beban tersebut. 

Pada saat menarik benda, arah gaya akan diubah. Benda yang harusnya diangkat ke atas dapat ditarik ke bawah dengan menggunakan katrol. Arah tarikan akan searah dengan arah gravitasi.

Dengan memberikan gaya ke arah bawah, kerja kita terbantu oleh gaya berat tubuh kita yang juga berarah ke bawah. Akibatnya, kerja akan terasa lebih ringan.

Jenis-Jenis Katrol

Katrol terdiri dari 3 jenis, yaitu katrol tunggal tetap, katrol bebas bergerak, dan katrol majemuk. Berikut ini penjelasannya:

1. Katrol Tetap Tunggal

Katrol tetap tunggal adalah satu katrol yang ditambatkan pada tempat tertentu sehingga posisinya tetap. Katrol ini tidak dapat bergerak bebas.

Tujuan katrol tetap adalah untuk mempermudah melakukan usaha dengan cara mengubah arah gaya, dan tidak berfungsi melipatgandakan besar gaya. Perhatikan gambar katrol tunggal tetap berikut ini:

Katrol tetap tunggal gaya kuasa yang digunakan untuk menarik beban sama dengan besar bebannya (w = F) karena lengan kuasa dan lengan beban sama panjang. Dengan kata  lain, keuntungan mekanis katrol tetap adalah 1.

Keuntungan katrol tetap adalah mengubah arah gaya yang seharusnya ke atas, menjadi ke bawah karena adanya katrol.

Rumus Katrol Tetap

Pada katrol tetap berlaku rumus tuas, yaitu:

w . l_b = F . l_k

Karena lengan beban sama dengan lengan kuasa (l_b = l_k), maka gaya kuasa sama dengan beban yang diangkat, dirumuskan:

F = w

Keterangan:

• w = berat benda (N)
• l_b = lengan beban (m)
• F = gaya kuasa (N)
• l_k = lengan kuasa (m)

Keuntungan Mekanis (Mekanik) Katrol Tetap

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

Rumus keuntungan mekanis katrol tetap adalah:

K_M = ^w/_F atau K_M = ^l_k/_lb = 1

Keterangan:

• K_M = Keuntungan mekanis (mekanik)

Contoh Katrol Tetap

Peralatan sehari-hari yang menggunakan katrol tetap adalah kerekan pada tiang bendera dan sumur timba.

2. Katrol Bebas Bergerak

Katrol bebas bergerak adalah katrol yang tidak dipasang di tempat yang tetap sehingga dapat dipindah-pindahkan. Beban digantung pada bagian poros atau sumbu katrol dan dihubungkan dengan tali.

Pada katrol bebas bergerak gaya yang kita perlukan untuk menarik beban lebih kecil daripada berat beban yang kita tarik.

Gaya pada katrol bebas diperkecil setengahnya. Jika beban 100 N, maka dibutuhkan kuasa sebesar 50 N.

Rumus Katrol Bebas Bergerak

Pada katrol bebas bergerak juga berlaku rumus:

w . l_b = F . l_k

Panjang lengan kuasa dua kali panjang lengan beban (l_k = 2l_b) atau ^l_k/_lb = 2.

Keuntungan Mekanis Katrol Bebas Bergerak

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.

Rumus keuntungan mekanis (mekanik) katrol bebas bergerak adalah:

K_M = ^w/_F = 2 atau K_M = ^l_k/_lb = 2

atau:

F = ¹/₂ w

Contoh Katrol Bebas Bergerak

Contoh katrol bebas bergerak dalam kehidupan sehari-hari adalah alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.

3. Katrol Majemuk (Sistem Katrol)/Takal

Katrol majemuk (sistem katrol) atau takal adalah gabungan dari beberapa katrol. Katrol majemuk dapat menggabungkan dua, tiga, atau empat katrol.

Katrol majemuk digunakan untuk mengangkat benda-benda yang sangat berat. Makin berat suatu beban, makin banyak katrol yang perlu digabungkan.

Katrol majemuk banyak digunakan pada derek-derek besar. Derek-derek ini dapat mengangkat beban yang sangat berat.

Katrol majemuk terbagi menjadi dua macam, yaitu katrol majemuk berganda dan katrol blok berganda.

• Katrol majemuk berganda tersusun atas katrol tetap dan katrol bebas. 
• Katrol majemuk blok berganda tersusun atas beberapa roda katrol yang disusun secara berdampingan dalam satu poros. 

Rumus Keuntungan Mekanis (Mekanik) Katrol Majemuk/Takal

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

Rumus keuntungan mekanis (mekanik) katrol majemuk adalah:

K_M = ^w/_F = n atau K_M = ^l_k/_lb = n

n = jumlah tali atau jumlah katrol

Contoh Katrol Majemuk

Katrol majemuk dalam kehidupan sehari-hari digunakan untuk mengangkat beban-beban yang sangat berat. Semakin berat beban, semakin banyak katrol yang harus digunakan.

4. Roda Berporos

Pengertian Pesawat Sederhana Roda Berporos

Apa yang dimaksud dengan roda berporos? Dalam ilmu fisika, roda berporos adalah roda yang dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar bersama-sama.

Coba amati roda sepeda kalian. Apakah kalian bisa menunjukkan bagian yang disebut poros? Besi yang ada di tengah jari-jari sepeda itulah yang disebut poros.

Roda berporos termasuk ke dalam jenis pesawat sederhana. Sudah sejak lama, manusia menggunakan roda untuk mempermudah dan meringankan pekerjaan.

Fungsi atau manfaat roda berporos adalah memudahkan gerak, meningkatkan kecepatan, dan memperbesar gaya.

Umumnya, roda berporos dapat digunakan untuk sarana transportasi, seperti gerobak, sepeda, dan mobil untuk keperluan angkut mengangkut.

Selain itu, beberapa peralatan yang juga termasuk golongan roda berporos adalah stir mobil dan gerinda.

Bagian-Bagian Roda Berporos

Roda berporos terdiri dari dua bagian, yaitu roda dan poros. Roda adalah objek berbentuk lingkaran dan biasanya berjeruji.

Sementara itu, poros adalah bagian yang melekat tetap di tengah roda, biasanya berpenampang bulat. Poros berfungsi untuk memperkecil gaya gesek sehingga meringankan gerakan roda.

Jika roda berputar, maka poros akan ikut berputar. Putaran roda biasanya lebih besar dari putaran poros.

Contoh Roda Berporos dalam Kehidupan Sehari-hari 

Contoh roda berporos dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:

• Gerobak/pedati
• Sepeda
• Mobil
• Setir
• Gerinda

Prinsip Kerja Roda Berporos

Prinsip kerja roda berporos adalah gaya kuasa biasanya bekerja pada roda yang besar, gaya beban bekerja pada roda yang lebih kecil.

Roda berporos memiliki fungsi untuk mempercepat gaya. Kecepatan dihasilkan dari perbandingan jari-jari roda terhadap jari-jari poros.

Keuntungan Mekanis Pesawat Sederhana Roda Berporos 

Keuntungan mekanis roda berporos adalah perbandingan antara jari-jari roda dan jari-jari poros. Dengan kata lain, makin kecil poros maka makin besar keuntungan mekanisnya.

Rumus Keuntungan Mekanis Roda Berporos

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

K_M = ^R_roda/_Rporos

Keterangan:

• K_M = Keuntungan mekanis (mekanik)
• R_roda = Jari-jari roda (m)
• R_poros =Jari-jari poros (m)

Contoh Soal Pesawat Sederhana

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang pesawat sederhana:

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

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 5

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.

Contoh Soal 6

Tuas yang panjangnya 1,5 m digunakan untuk mengangkat batu seberat 1.200 N. Jika titik tumpu diletakkan 0,5 m dari batu, hitung besar gaya yang harus dikeluarkan

Jawaban:

Diketahui:

l = 1,5 m
w = 1.200 N
l_b = 0,5 m
l_k = l - l_b
    = 1,5 - 0,5
    = 1 m

Ditanyakan:

F....?

Penyelesaian:

F = ^l_b/_lk . w
   = ^0,5/₁ . 1.200
   = 600 N

Jadi, gaya yang harus dikeluarkan untuk mengangkat batu tersebut adalah 600 N.

Contoh Soal 7

Sebuah batu yang beratnya 900 N diangkat dengan tuas yang panjangnya 2 m. Jika lengan beban 50 cm dan titik tumpu berada di antara beban dan kuasa. Hitunglah!
A. Gaya yang Diperlukan
B. K_M​

Jawaban:

Diketahui:

w = 900 N
l = 2 m
l_b = 50 cm = 0,5 m
l_k = l - l_b
    = 2 - 0,5
    = 1,5 m

Ditanyakan:

A. F...?
B. K_M...?

Penyelesaian:

A. Gaya yang diperlukan (F)

F = ^l_b/_lk . w
   = ^0,5/_1,5 . 900
   = 300 N

Jadi, gaya yang harus dikeluarkan untuk mengangkat batu tersebut adalah 300 N

B. Keuntungan Mekanis (K_M)

K_M = ^w/_F
       = ⁹⁰⁰/₃₀₀ 
       = 3

Jadi, keuntungan mekanis (K_M) tuas tersebut adalah 3.

Contoh Soal 8

Sebuah katrol tetap digunakan untuk menimba air. Bila setiap timba air beratnya 100 N, berapa kuasa yang dibutuhkan?

Jawaban:

Diketahui:

• w = 100 N

Ditanyakan:

• F....?

Penyelesaian:

    ^w/_F = K_M
 ¹⁰⁰/_F = 1
        F = 100 . 1
       F = 100 N

Jadi, kuasa yang dibutuhkan untuk menimba air tersebut adalah 100 N.

Contoh Soal 9

Sebuah katrol tetap digunakan untuk mengangkat beban sebesar 50 N. Jika lengan kuasanya 15 m. Berapakah gaya yang perlu dikeluarkan dan berapakah panjang lengan bebannya?

Jawaban:

Diketahui:

• w = 50 N
• lk = 15 m

Ditanyakan:
a. F...?
b. l_b...?
Penyelesaian:

a. ^w/_F = K_M
   ⁵⁰/_F = 1
        F = 50 . 1
       F = 50 N

Jadi, gaya yang dikeluarkan untuk mengangkat beban adalah 50 N.

b. ^l_k/_lb = K_M
   ¹⁵/_lb = 1
        l_b = 15 . 1
       l_b = 15 m

Jadi, panjang lengan beban katrol adalah 15 meter.

Contoh Soal 10

Sebuah katrol bergerak digunakan untuk mengangkat beban. Jika gaya yang diperluan untuk mengangkat beban tersebut 196 N, berapakah massa beban jika g = 9,8 ^m/_s²?

Jawaban:

Diketahui:

• F = 196 N
• g = 9,8 ^m/_s²

Ditanyakan:

• m....? 

Penyelesaian:

F = ¹/₂ w
w = 2 . F
    = 2 . 196
    = 392 N

w = m . g
392 = m . 9,8
m = ³⁹²/_9,8
    = 40 kg

Jadi, massa beban tersebut adalah 40 kg.

Contoh Soal 11

Sebuah benda yang beratnya 2.000 N akan diangkat dengan katrol majemuk (takal). Jika gaya (kuasa) yang dikerjakan hanya 400 N, berapakah  banyaknya katrol yang harus digunakan?

Jawaban:

Diketahui:

• w = 2.000 N
• F = 400 N

Ditanyakan:

• n....?

Penyelesaian:

n = ^w/_F
   = ^2.000/₄₀₀
   = 5

Jadi, jumlah katrol yang harus digunakan adalah 5 buah.

Kesimpulan

Pesawat sederhana adalah alat bantu untuk memudahkan kerja atau usaha. Pesawat sederhana terdiri dari tuas (pengungkit), katrol, bidang miring, dan roda berporos.

Gimana adik-adik, udah paham kan materi pesawat sederhana di atas? Jangan lupa lagi yah.

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

Referensi:

• Mikrajuddin, dkk. 2006. IPA Terpadu SMP dan MTs untuk Kelas VIII. Jakarta: Esis.
• https://www.fisika.co.id/2020/09/katrol.html
• https://www.fisika.co.id/2020/09/tuas-pengungkit.html
• https://www.fisika.co.id/2020/09/bidang-miring.html
• https://www.fisika.co.id/2020/09/roda-berporos.html