Pesawat sederhana adalah alat mekanik yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan manusia dengan cara mengurangi gaya yang dibutuhkan atau mengubah arah gaya. Biasanya, pesawat sederhana terdiri dari komponen yang bekerja bersama untuk mempermudah proses pengangkatan atau pergerakan beban.
Tuas atau Pengungkit
Tuas bekerja dengan mengalihkan gaya untuk memindahkan beban secara efisien, memiliki tiga bagian utama: titik tumpu (fulcrum, tempat tuas berputar — semakin dekat ke beban, semakin mudah mengangkatnya), titik beban (load, bagian yang menerima beban), dan titik kuasa (effort, tempat gaya diberikan).
Terdapat tiga jenis tuas: jenis pertama (titik tumpu di tengah, contoh gunting dan timbangan, berfungsi mengubah arah gaya), jenis kedua (beban di tengah, contoh gerobak tangan, memperbesar gaya), dan jenis ketiga (kuasa di tengah, contoh sekop, mempercepat gerakan dengan gaya lebih besar).
Rumus hukum tuas (prinsip keseimbangan): F1 × d1 = F2 × d2, dengan F1 = gaya kuasa, d1 = jarak titik kuasa ke titik tumpu, F2 = gaya beban, d2 = jarak titik beban ke titik tumpu.
Soal. Sebuah tuas digunakan untuk mengangkat beban 100 N dengan jarak 2 meter dari titik tumpu. Jika gaya yang diberikan pada sisi lainnya adalah 50 N, tentukan jarak titik kuasa dari titik tumpu!
Pembahasan. F2 = 100 N, d2 = 2 m, F1 = 50 N. Gunakan F1 × d1 = F2 × d2 → 50 × d1 = 100 × 2 = 200 N·m → d1 = 200/50 = 4 m. Jadi jarak titik kuasa dari titik tumpu adalah 4 meter.
Bidang Miring
Bidang miring adalah permukaan datar yang dimiringkan pada sudut tertentu untuk mengurangi gaya yang dibutuhkan memindahkan beban ke tempat lebih tinggi — gaya berbanding terbalik dengan panjang bidang miring. Contoh aplikasinya adalah tangga dan jalan raya yang menanjak berkelok.
Keuntungan mekanik (KM) = berat (W) ÷ gaya kuasa (F) = panjang bidang miring (s) ÷ tinggi bidang miring (h). Gaya yang diperlukan: F = W × sin(θ).
Soal. Sebuah bidang miring panjang 6 meter dan tinggi 3 meter digunakan mengangkat benda berat 180 N dengan sudut kemiringan 30°. Tentukan gaya yang diperlukan!
Pembahasan. F = W × sin(θ) = 180 × sin(30°) = 180 × 0,5 = 90 N. Jadi gaya yang diperlukan adalah 90 N.
Pada tubuh manusia, kita juga menggunakan prinsip tuas setiap hari. Misalnya, saat mengangkat beban dengan lengan, otot bisep bekerja sebagai gaya untuk menggerakkan tulang yang bertindak sebagai pengungkit.
Katrol
Katrol mengubah arah gaya dan mempermudah pengangkatan benda menggunakan roda dengan tali/kabel yang melilitinya. Terdapat tiga jenis: katrol tetap (posisi tetap, hanya mengubah arah gaya, KM = 1, contoh alat pengangkat gedung), katrol bergerak (bergerak sepanjang tali, mengurangi gaya menjadi setengah berat beban, KM = 2, contoh crane), dan katrol ganda (kombinasi tetap dan bergerak, KM = jumlah tali ÷ 2, memberi keuntungan mekanik lebih besar untuk konstruksi/industri).
| Jenis Katrol | Keuntungan Mekanik (KM) | Penjelasan |
|---|---|---|
| Katrol Tetap | 1 | Hanya mengubah arah gaya, gaya yang dibutuhkan tetap sama. |
| Katrol Bergerak | 2 | Mengurangi gaya yang diperlukan menjadi setengah dari berat beban. |
| Katrol Ganda | Jumlah tali ÷ 2 | Kombinasi katrol tetap dan bergerak, keuntungan mekanik lebih besar. |
Soal. Sebuah katrol ganda digunakan mengangkat beban 200 N dengan 4 tali. Tentukan gaya yang diperlukan!
Pembahasan. KM = jumlah tali ÷ 2 = 4/2 = 2. F = W/KM = 200/2 = 100 N. Jadi gaya yang diperlukan adalah 100 N.
Roda Gigi atau Gir
Roda gigi mentransmisikan gerakan rotasi antara dua roda atau lebih melalui gigi yang saling mengunci, mengubah arah, kecepatan, dan torsi. Roda gigi kecil berputar lebih cepat dengan torsi lebih kecil; roda gigi besar berputar lebih lambat dengan torsi lebih besar — prinsip ini diterapkan pada sepeda, kendaraan, dan mesin industri.
Rumus efisiensi (η) = (tenaga yang diterima ÷ tenaga yang diberikan) × 100%.
Soal. Energi yang diberikan pada roda gigi kecil 120 J, energi yang diterima roda gigi besar 100 J. Hitung efisiensi sistem roda gigi!
Pembahasan. η = (100/120) × 100% ≈ 83,33%.
Gratis — tolong sebarkan
Materi dan latihan di sini bisa dipakai siapa saja tanpa membayar dan tanpa mendaftar. Aplikasi Fitri Learning membawa semuanya ke HP, lengkap dengan nilai dan pembahasan, dan jalan tanpa internet setelah diunduh sekali.
Gratis, tanpa akunUnduh aplikasinya → Ilmu yang bermanfaatBagikan ke WhatsApp