Prinsip pesawat sederhana dalam gerak manusia

Selain pada peralatan yang biasa kamu gunakan pada kehidupan sehari-hari tersebut, prinsip pesawat sederhana juga ada yang berlaku pada struktur otot dan rangka manusia. Pada saat mengangkat barbel telapak tangan yang menggenggam barbel berperan sebagai gaya beban, titik tumpu berada pada siku (sendi di antara lengan atas dan lengan bawah), dan kuasanya adalah lengan bawah. Titik tumpu berada di antara lengan beban dan kuasa, oleh karena itu lengan disebut sebagai pesawat sederhana pengungkit jenis ketiga.

Roda Bergigi

Roda gigi adalah bagian dari mesin yang berputar yang berguna untuk mentransmisikan daya. Roda gigi memiliki gigi-gigi yang saling bersinggungan dengan gigi dari roda gigi yang lain. Dua atau lebih roda gigi yang bersinggungan dan bekerja bersama-sama disebut sebagai transmisi roda gigi, dan bisa menghasilkan keuntungan mekanis melalui rasio jumlah gigi. Roda gigi mampu mengubah kecepatan putar, torsi, dan arah daya terhadap sumber daya. Tidak semua roda gigi berhubungan dengan roda gigi yang lain; salah satu kasusnya adalah pasangan roda gigi dan pinion yang bersumber dari atau menghasilkan gaya translasi, bukan gaya rotasi.

Transmisi roda gigi analog dengan transmisi sabuk dan puli. Keuntungan transmisi roda gigi terhadap sabuk dan puli adalah keberadaan gigi yang mampu mencegah slip, dan daya yang ditransmisikan lebih besar. Namun, roda gigi tidak bisa mentransmisikan daya sejauh yang bisa dilakukan sistem transmisi roda dan puli kecuali ada banyak roda gigi yang terlibat di dalamnya.

Ketika dua roda gigi dengan jumlah gigi yang tidak sama dikombinasikan, keuntungan mekanis bisa didapatkan, baik itu kecepatan putar maupun torsi, yang bisa dihitung dengan persamaan yang sederhana. Roda gigi dengan jumlah gigi yang lebih besar berperan dalam mengurangi kecepatan putar namun meningkatkan torsi.

Rasio kecepatan yang teliti berdasarkan jumlah giginya merupakan keistimewaan dari roda gigi yang mengalahan mekanisme transmisi yang lain (misal sabuk dan puli). Mesin yang presisi seperti jam tangan mengambil banyak manfaat dari rasio kecepatan putar yang tepat ini. Dalam kasus di mana sumber daya dan beban berdekatan, roda gigi memiliki kelebihan karena mampu didesain dalam ukuran kecil. Kekurangan dari roda gigi adalah biaya pembuatannya yang lebih mahal dan dibutuhkan pelumasan yang menjadikan biaya operasi lebih tinggi.

Ilmuwan Yunani Kuno Archimedes pertama kali mengembangkan roda gigi dalam ilmu mekanika di sekolah Aleksandria pada abad ketiga sebelum masehi. Mekanisme Antikytheraadalah contoh aplikasi roda gigi yang rumit yang pertama, yang didesain untuk menghitung posisi astronomi. Waktu pengerjaan mekanisme ini diperkirakan antara 150 dan 100 SM 

Dua roda gigi yang bersinggungan mentransmisikan gerakan rotasi. Roda gigi yang lebih kecil bergerak lebih cepat, namun memiliki torsi yang lebih rendah. Roda gigi yang besar berputar lebih rendah, namun memiliki torsi yang lebih tinggi. Besar kecepatan putar dan torsi keduanya proporsional

sumber : https://id.wikipedia.org/wiki/Roda_gigi#targetText=Roda%20gigi%20adalah%20bagian%20dari,dari%20roda%20gigi%20yang%20lain.&targetText=Roda%20gigi%20mampu%20mengubah%20kecepatan,arah%20daya%20terhadap%20sumber%20daya.

Bidang Miring

Bidang miring adalah salah satu alat pesawat sederhana yang terdiri dari permukaan miring. Bidang miring digunakan untuk memindahkan benda-benda yang berat dari bawah ke atas atau sebaliknya.. Dengan bantuan bidang miring gaya yang dikeluarkan untuk mendorong benda menjadi lebih kecil daripada diangkat, walaupun lintasan yang ditempuh menjadi lebih panjang. Prinsip bidang miring banyak ditemukan dalam kehidupan sehari – hari. Penerapan prinsip bidang miring memiliki keuntungan, yaitu dapat memindahkan benda ke tempat yang lebih tinggi dengan gaya yang lebih kecil. Akan tetapi, prinsip bidang miring ini memiliki kelemahan, yaitu jarak tempuh menjadi lebih jauh. Pembuatan tangga dan jalan-jalan di pegunungan merupakan salah satu contoh penerapan prinsip bidang miring.

Bidang Miring (Pengertian, Rumus, Contoh)

Rumus Bidang Miring

Rumus bidang miring dibentuk dari perpaduan antara gaya kuasa, berat benda, tinggi, dan panjang bidang miring. Perhatikan skema berikut:

Secara matematis, rumus bidang miring yaitu:

Fk x s = W x h

Dengan:

• Fk = Gaya kuasa (N)
• s = Panjang bidang miring (m)
• W = Berat benda (N)
• h = Tinggi bidang miring (m)

Selain itu, keuntungan mekanik bidang miring dirumuskan:

Keuntungan Mekanik = W / F = s / h

Contoh Bidang Miring

Contoh alat yang menggunakan prinsip bidang miring adalah pisau, pahat, paku, kapak, dan baut.

sumber : https://pengertianahli.id/2015/03/bidang-miring-pengertian-rumus-contoh.html

Katrol

Katrol adalah salah satu jenis pesawat sederhanayang berfungsi untuk memudahkan pekerjaan manusia. Bagian utama katrol terdiri dari roda kecil yang berputar pada porosnya serta memiliki alur tertentu disepanjang sisinya yang akan dililiti tali/kabel/rantai. Katrol yang dipakai bersama seutas tali atau rantai tersebut, dipergunakan untuk mengangkat beban-beban yang berat atau untuk mengubah arah tenaga. Prinsip kerja katrol adalah menarik atau mengangkat suatu benda dengan menggunakan roda/poros sehingga terasa lebih ringan. Ujung tali dikaitkan ke beban, ujung lainnya ditarik oleh kuasa sehingga roda katrol akan berputar.

Pengertian Katrol dan Macam Katrol

Macam Macam Katrol

Macam-macam katrol dapat dibedakan berdasarkan penggunaannya, yakni terbagi menjadi 3 macam:

Katrol tetap

Katrol Tetap

Katrol tetap adalah katrol yang terpasang di suatu tempat (tetap). Katrol tetap tidak mengurangi gaya, tetapi memudahkan mengubah arah gaya. Contoh: katrol yang dipasang pada kerekan dan sumur untuk memindahkan air.

Katrol Majemuk

Katrol Majemuk

Katrol majemuk adalah paduan antara katrol tetap dengan katrol bebas. Pada katrol majemuk terdapat dua katrol yang masing-masing berfungsi sebagai katrol tetap dan katrol majemuk. Ada juga katrol majemuk yang terdiri atas dua blok katrol. Ada juga katrol majemuk yang terdiri atas dua balok katrol. Katrol jenis ini dapat digunakan untuk mengangkat beban yang sangat berat sehingga untuk menarik tali digunakan mesin penarik.

Katrol Bebas

Katrol Bebas

Katrol bebas mempunyai kedudukan atau posisi yang berubah ketika digunakan. Katrol jenis ini biasanya berada di atas tali yang kedudukannya dapat berubah. Katrol dipasang pada tali bergantung sehingga mudah untuk dipindahkan. Salah satu ujung tali diikat pada tempat tertentu. Contohnya, alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.

sumber : https://pengertianahli.id/2015/03/pengertian-katrol-dan-macam-katrol.html

Tuas

Tuas atau pengungkit adalah salah satu contoh pesawat sederhana yang dapat berfungsi untuk memindahkan beban yang berat. Pada tuas terdapat tiga titik penting, yaitu titik kuasa (TK), titik beban (TB), dan titik tumpu (TT). Titik kuasa adalah tempat dimana gaya bekerja. Titik beban adalah titik dimana beban berada. Titik tumpu adalah tempat bertumpunya tuas. Jarak antara titik tumpu ke titik kuasa disebut lengan kuasa (LK), jarak antara titik tumpu ke titik beban disebut lengan beban (LB). Panjang pendeknya lengan kuasa sangat menentukan mudah tidaknya beban terangkat. Semakin panjang lengan kuasa semakin mudah kita melakukan usaha. Prinsip kerja tuas adalah berputar di sekitar satu titik yaitu titik tumpu. 

Pengertian, Rumus, Jenis Tuas

Rumus Tuas

Dalam tuas, berlaku rumus berikut ini:

W x Lb = F x Lk

Keterangan:

• W = Berat beban (N)
• Lb = Panjang lengan beban (m)
• F = Gaya kuasa (N)
• Lk = Panjang lengan kuasa (m)

Sedangkan, untuk keuntungan mekanik tuas dirumuskan:

KM = W / F

Jenis-jenis Tuas

Ada tiga jenis tuas yang dibedakan berdasarkan letak titik kuasa, titik beban, dan titik tumpu. Ketiga jenis tuas itu adalah tuas jenis pertama, tuas jenis kedua, dan tuas jenis ketiga.

Tuas Jenis Pertama

Contoh Tuas Jenis I (Gunting)

Tuas jenis pertama adalah tuas yang titik tumpunya terletak di antara titik kuasa dan titik beban. Contohnya gunting, linggis, dan jungkat-jungkit.

Tuas Jenis Kedua

Contoh Tuas Jenis II (Gerobak)

Tuas jenis kedua adalah tuas yang titik bebannya terletak di antara titik tumpu dan titik kuasa. Contohnya; pemotong kertas, gerobak roda satu, dan pemecah kemiri.

Tuas Jenis Ketiga

Contoh Tuas Jenis III (Pinset)

Tuas jenis ketiga adalah tuas yang titik kuasanya terletak di antara titik beban dan titik tumpu. Contohnya adalah pinset dan sekop

sumber : https://pengertianahli.id/2015/03/pengertian-rumus-jenis-tuas.html

Manfaat pesawat sederhana bagi kehidupan manusia

Untuk mempermudah pekerjaan manusia, baik dari segi pengangkutan barang, maupun pekerjaan manusia dalam jarak yang sangat jauh

Energi yang kita keluarkan juga dapat dihemat,

Waktunya jadi lebih singkat.

Untuk mengubah arah gaya

Sumber : https://www.jatikom.com/2018/11/pengertian-jenis-pesawat-sederhana.html#ixzz5xyC4xwey

sumber : http://dididzu.blogspot.com/2016/01/bab-ix-pesawat-sederha-oleh-dzurayya.htm

Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah alat mekanik yang dapat mengubah arah atau besaran dari suatu gaya.^[2] Secara umum, alat-alat ini bisa disebut sebagai mekanisme paling sederhana yang memanfaatkan keuntungan mekanik untuk menggandakan gaya.^[3] Sebuah pesawat sederhana menggunakan satu gaya kerja untuk bekerja melawan satu gaya beban. Dengan mengabaikan gaya gesek yang timbul, maka kerja yang dilakukan oleh beban besarnya akan sama dengan kerja yang dilakukan pada beban.

Kerja yang timbul adalah hasil gaya dan jarak. Jumlah kerja yang dibutuhkan untuk mencapai sesuatu bersifat konstan, walaupun demikian jumlah gaya yang dibutuhkan untuk mencapai hal ini dapat dikurangi dengan menerapkan gaya yang lebih sedikit terhadap jarak yang lebih jauh. Dengan kata lain, peningkatan jarak akan mengurangi gaya yang dibutuhkan. Rasio antara gaya yang diberikan dengan gaya yang dihasilkan disebut keuntungan mekanik.

Keuntungan mekanik tuas (pengungkit): -w/f = lk/lb untuk mencari w, jika memang belum ditemukan: w=m.g untuk mencari f, jika belum ditemukan: w*lb = f*lk

keuntungan mekanik bidang miring: -s/h

keuntungan mekanik katrol: -tetap: lk/lb = 1 -bergerak: lk(2lb)/lb = 2 -majemuk: jumlah tali

untuk roda bergigi, tidak ada keuntungan mekanik, yang ada adalah efisiensi: energi keluaran bermanfaat / energi masukan total

Secara tradisional, pesawat sederhana terdiri dari:

• Bidang miring
• Roda dan gandar
• Tuas
• Katrol
• Baji
• Sekrup
• Roda Berporos

sumber : https://id.wikipedia.org/wiki/Pesawat_sederhana

Peralatan pesawat sederhana, seperti (a)tuas, (b)katrol, dan (c)bidang miring.

1. Tuas

Gambar berikut  memperlihatkan beberapa anak yang sedang bermain jungkat-jungkit. Jungkat-jungkit adalah sejenis pesawat sederhana yang disebut pengungkit atau tuas. Tuas memiliki banyak kegunaan, di antaranya adalah untuk mengangkat atau memindahkan benda yang berat.

Anak yang sedang bermain jungkat-jungkit

Gambar berikut merupakan tuas yang digunakan orang untuk memindahkan sebuah batu yang berat. Berat beban yang akan diangkat disebut gaya beban (Fb) dan gaya yang digunakan untuk mengangkat batu atau beban disebut gaya kuasa (Fk). Jarak antara penumpu dan beban disebut lengan beban (lb) dan jarak antara penumpu dengan kuasa disebut lengan kuasa (lk).

Penggunaan tuas

Hubungan antara besaran-besaran tersebut menunjukkan bahwa perkalian gaya kuasa dan lengan kuasa (Fklk) sama dengan gaya beban dikalikan dengan lengan beban (Fblb). Artinya besar usaha yang dilakukan kuasa sama dengan besarnya usaha yang dilakukan beban. Oleh sebab itu, pada tuas berlaku persamaan sebagai berikut.

Fk lk = Fb lb
dengan: 
Fk = gaya kuasa (N)
Fb = gaya beban (N)
lk = lengan kuasa (m)
lb = lengan beban (m)

Keuntungan pada pesawat sederhana disebut Keuntungan Mekanis (KM). Secara umum keuntungan mekanis didefinisikan sebagai perbandingan gaya beban dengan gaya kuasa:

sehingga keuntungan mekanis pada tuas atau pengungkit bergantung pada panjang masing-masing lengan. Semakin panjang lengan kuasanya, semakin besar keuntungan mekanisnya. Secara matematis keuntungan mekanis ditulis sebagai berikut.

Berdasarkan letak titik tumpunya, tuas atau pengungkit diklasifikasikan menjadi tiga golongan, yaitu sebagai berikut.

a. Tuas Golongan Pertama

Titik tumpu berada di antara titik beban dan titik kuasa, seperti terlihat pada Gambar berikut. Contohnya gunting, tang pemotong, gunting kuku, dan linggis.

Tuas Golongan Pertama dan Gunting Kuku

b. Tuas Golongan Kedua

Titik beban berada di antara titik tumpu dan titik kuasa. Contoh tuas jenis ini, di antaranya adalah gerobak beroda satu, pemotong kertas, dan pelubang kertas.

center;">  Tuas Golongan Kedua dan Pemotong Kertas

c. Tuas Golongan Ketiga

Titik kuasa berada di antara titik tumpu dan titik beban. Contoh tuas jenis ini adalah lengan, alat pancing, dan sekop.

Tuas Golongan Ketiga dan sekop

2. Katrol

Katrol digunakan untuk mengambil air atau mengangkat beban yang berat. Katrol merupakan pesawat sederhana yang dapat memudahkan melakukan usaha. Katrol dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu katrol tetap, katrol bergerak, dan katrol berganda.

a. Katrol Tetap

Bagian-bagian katrol tetap diperlihatkan pada Gambar berikut.

Katrol Tetap

Keterangan: 
Fb = gaya beban
Fk = gaya kuasa
lb = AO = lengan beban
lk = OB = lengan kuasa

Katrol berfungsi untuk membelokkan gaya sehingga berat beban tetap sama dengan gaya kuasanya tetapi dapat dilakukan dengan mudah. Keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan satu. Katrol tetap digunakan untuk menimba air, diketahui bahwa:
Fklk = Fblb 
Oleh karena 
lk = lb
Fk = Fb
sehingga keuntungan mekanisnya adalah 

b. Katrol Tunggal Bergerak

Prinsip katrol tunggal bergerak hampir sama dengan tuas jenis kedua, yaitu titik beban berada di antara titik tumpu dan titik kuasa.

Katrol Tunggal Bergerak

Perhatikan Gambar diatas. Titik tumpu katrol tunggal bergerak berada di titik A. Lengan beban lb adalah jarak AO dan lengan kuasa lk adalah jarak AB. Dengan demikian, berlaku persamaan sebagai berikut.

lk = 2 lb  Jadi, keuntungan mekanis katrol tunggal bergerak adalah:

Adapun besar gaya kuasa yang harus dilakukan untuk mengangkat beban adalah

c. Katrol Majemuk atau Katrol Berganda

Manusia selalu berusaha mencari tahu bagaimana caranya agar benda-benda yang relatif besar dan berat dapat diangkat dengan kerja yang dilakukan lebih mudah. Dengan prinsip katrol bergerak, hal tersebut mudah dilakukan. Katrol majemuk merupakan gabungan dari beberapa katrol sehingga kerja yang dilakukan semakin mudah.

Katrol Majemuk atau Katrol Berganda

Keuntungan mekanis dari katrol majemuk bergantung pada banyaknya tali yang dipergunakan untuk mengangkat beban. Pada Gambar 10.20 dapat kamu lihat empat tali digunakan untuk mengangkat beban. Jadi, keuntungan mekanisnya sama dengan 4. Jika kamu akan mengangkat beban 100 N, cukup dengan gaya 25 N saja benda sudah terangkat.

3. Bidang Miring

Ketika di pasar, mungkin kamu pernah melihat orang yang sedang menaikkan drum berisi minyak ke atas sebuah truk. Pesawat sederhana apakah yang mereka gunakan? Bidang miring merupakan alat yang sangat efektif untuk memudahkan kerja. Untuk mengetahui peran bidang miring lebih memudah-kan kerja lakukanlah kegiatan berikut.

Tujuan
Mengidentifikasi kegunaan bidang miring

Alat dan bahan
Papan landasan (bidang miring), neraca pegas, balok kayu, dan tali

Cara kerja
Siapkan alat dan bahan.
Ukurlah berat balok kayu dengan neraca pegas secara langsung. Catat hasilnya pada buku tulismu.
Tariklah balok kayu melalui bidang miring. Catat skala yang ditunjukkan neraca pegas.

Pertanyaan
Bandingkan hasil pengukuran berat beban secara langsung dan berat beban dengan bidang miring.
Berilah kesimpulan dari dua cara tersbut. Cara manakah yang lebih memudahkan kerja?

Keuntungan mekanis bidang miring bergantung pada panjang landasan bidang miring dan tingginya. Semakin kecil sudut kemiringan bidang, semakin besar keuntungan mekanisnya atau semakin kecil gaya kuasa yang harus dilakukan. Keuntungan mekanis bidang miring adalah perbandingan panjang (l) dan tinggi bidang miring (h).

Dalam kehidupan sehari-hari, penggunaan bidang miring terdapat pada tangga, lereng gunung, dan jalan di daerah pegunungan. Semakin landai tangga, semakin mudah untuk dilalui. Sama halnya dengan lereng gunung, semakin landai lereng gunung maka semakin mudah untuk menaikinya, walaupun semakin jauh jarak tempuhnya. Jalan-jalan di pegunungan dibuat berkelok-kelok dan sangat panjang. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan keuntungan mekanis yang cukup besar agar kendaraan dapat menaikinya dengan mudah.

a. Baji

Baji adalah pesawat sederhana yang prinsip kerjanya sama dengan bidang miring. Baji merupakan dua bidang miring yang disatukan.

Baji

Baji terbuat dari bahan keras, misalnya besi atau baja. Baji digunakan untuk membelah kayu, membelah batu, atau benda keras lainnya. Semakin tipis bentuk baji, semakin mudah kerja yang dilakukan. Gambar berikut menunjukkan alat-alat yang sering kamu jumpai yang menggunakan prinsip baji.

Obeng dan Paku

b. Sekrup

Sekrup adalah alat yang digunakan untuk memudahkan kerja. Sekrup merupakan bidang miring yang dililitkan pada sebuah tabung sehingga lilitannya berbentuk spiral. Jarak antara ulir-ulir lilitan sekrup disebut interval sekrup. Untuk membuktikan bahwa sekrup merupakan penerapan bidang miring, kamu bisa mempraktikkan cara berikut.
Buatlah bidang miring dengan kertas, lalu gulung kertas tersebut pada sebuah pensil. Bagaimanakah hasilnya?

Kertas berbentuk segitiga dan pensil

Pesawat sederhana yang sering kamu jumpai dalam kehidupan sehari-hari yang prinsip kerjanya berdasarkan sekrup adalah dongkrak mobil mekanik, paku ulir, dan baut.

Prinsip kerja sekrup digunakan

sumber : https://www.rumahpintar.web.id/2016/07/pesawat-sederhana-ipa-kelas-8.html