Bab 8: Pesawat Mekanis Sederhana dan Otot Rangka

Jawaban Benar: C. 100 N Pembahasan: Berat ember W = 100 N Alat: katrol tunggal tetap Konsep: - Katrol tunggal tetap hanya mengubah arah gaya, tidak mengubah besar gaya - Maka, gaya yang diperlukan sama dengan berat beban adalah F = W = 100 N Maka, besar gaya yang harus dikeluarkan anak tersebut adalah 100 N

Jawaban Benar: A. 100 N Pembahasan: - Berat drum: W = 400 N - Tinggi truk: h = 1 m - Panjang bidang miring: l = 4 m - Bidang miring memberikan keuntungan mekanis. Gaya F yang dibutuhkan: $F=W\times \frac{h}{l}$ $F=400\times \frac{1}{4}$ $F=400\times 0,25=100\text{N}$ Maka, besar gaya yang diperlukan untuk mendorong drum adalah 100 N.

Jawaban Benar: C. 3 m Pembahasan: - Anak pertama: $W_1=300\text{N}$, $l_1=2\text{m}$ - Anak kedua: $W_2=200\text{N}$, $l_2=?$ Agar jungkat-jungkit seimbang, momen gaya kiri = momen gaya kanan. $W_1\times l_1=W_2\times l_2$ Subtitusi: $300\times 2=200\times l_2$ $600=200\times l_2$ $l_2=\frac{600}{200}=3\text{m}$ Maka, anak kedua harus duduk pada jarak 3 meter dari titik tumpu.

Jawaban Benar: C. 1.000 N Pembahasan: - Luas penampang kecil $A_1=20{\text{cm}}^2$ - Luas penampang besar $A_2=400{\text{cm}}^2$ - Gaya pada penampang kecil $F_1=50\text{N}$ - Gaya angkat pada penampang besar $F_2$ Konsep hukum Pascal: $\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}$ Substitusi: $\frac{50}{20}=\frac{F_2}{400}$ $\frac{50}{20}=2,5$ $F_2=2,5\times 400$ $F_2=1000\text{N}$ Maka, gaya angkat pada penampang besar adalah 1000 N.

Jawaban Benar: C. Titik tumpu Pembahasan: Pada sistem kerja otot bisep ketika mengangkat beban, siku berperan sebagai poros tempat lengan berputar. Dalam ilmu mekanika, poros ini disebut sebagai titik tumpu karena menjadi pusat rotasi antara kuasa yang diberikan otot bisep dan beban yang dipegang di tangan. Otot bisep menarik tulang lengan atas sehingga menghasilkan gaya kuasa, sedangkan beban berada di tangan. Agar lengan dapat bergerak dan mengangkat benda, ketiga unsur yaitu titik tumpu (siku), kuasa (otot), dan beban (barang di tangan) harus bekerja sesuai prinsip tuas.

Jawaban Benar: C. 200 N Pembahasan: - Beban W = 600 N - Jarak beban ke titik tumpu $l_b=1\text{m}$ - Jarak kuasa ke titik tumpu $l_k=3\text{m}$ - Ditanya: gaya kuasa F Konsep tuas: $F\times l_k=W\times l_b$ Substitusi: $F\times 3=600\times 1$ $F\times 3=600$ $F=\frac{600}{3}=200\text{N}$ Maka, gaya kuasa yang diperlukan adalah 200 N.

Jawaban Benar: B. Jenis kedua Pembahasan: Papan panjang yang digunakan untuk mengangkat batu besar dengan gaya kecil adalah contoh tuas jenis kedua. Pada tuas jenis ini, posisi titik tumpu berada di salah satu ujung, beban berada di tengah, dan kuasa diberikan pada ujung lainnya. Contoh sehari-hari selain papan pengungkit adalah gerobak beroda satu atau pemecah kemiri.

Jawaban Benar: B. 2 Pembahasan: - Gaya kuasa F = 150 N - Beban W = 300 N Rumus keuntungan mekanis: $KM=\frac{W}{F}$ Hitung: $KM=\frac{300}{150}=2$ Maka, keuntungan mekanis sistem katrol tersebut adalah 2.

Jawaban Benar: C. Ketiga Pembahasan: Pada saat seseorang mengangkat barbel menggunakan otot lengan bawah, posisi titik tumpu berada di siku, kuasa diberikan oleh otot bisep yang menempel pada tulang lengan bawah, dan beban berada di tangan. Pada kondisi ini, letak kuasa berada di antara titik tumpu dan beban. Berdasarkan prinsip pesawat sederhana, susunan tersebut termasuk ke dalam tuas jenis ketiga.

Jawaban Benar: B. 50 N Pembahasan: - Panjang papan l = 5 m - Tinggi meja h = 1 m - Berat kotak W = 250 N Rumus gaya pada bidang miring: $F=W\times \frac{h}{l}$ Substitusi: $F=250\times \frac{1}{5}$ $F=250\times 0,2=50\text{N}$ Maka, gaya minimal yang diperlukan adalah 50 N.

Jawaban Benar: C. 200 N Pembahasan: $F\times l_k=W\times l_b$ $F\times 2=800\times 0,5$ $F=400/2=200N$

Jawaban Benar: B. 75 N Pembahasan: $F=W\times \frac{h}{l}=300\times \frac{1,5}{6}=75N$

Jawaban Benar: D. 100 N Pembahasan: $KM=\text{jumlah tali}=4$ $F=\frac{W}{KM}=\frac{400}{4}=100N$

Jawaban Benar: D. 100 N Pembahasan: $KM=\text{jumlah tali}=4$ $F=\frac{W}{KM}=\frac{400}{4}=100N$

Jawaban Benar: C. 1600 N Pembahasan: $\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}$ $\frac{80}{25}=\frac{F_2}{500}$ $F_2=80\times \frac{500}{25}=1600N$

Jawaban Benar: B. 3 kali Pembahasan: Perbandingan putaran berbanding terbalik dengan jumlah gigi. $n_b=n_k\times \frac{g_k}{g_b}=9\times \frac{20}{60}=3$

Jawaban Benar: A. Mempermudah melakukan usaha Pembahasan: Pesawat sederhana tidak mengurangi besarnya usaha, tetapi mempermudah cara melakukan usaha dengan mengubah besar gaya, arah gaya, atau lintasan kerja. Dengan demikian pekerjaan terasa lebih ringan karena gaya yang diperlukan bisa diperkecil atau arah gaya bisa disesuaikan. Konsep ini membuat pesawat sederhana banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya bidang miring pada tangga atau dongkrak mobil.

Jawaban Benar: A. Mengubah arah gaya Pembahasan: Katrol tetap tidak memberikan keuntungan mekanis (KM = 1). Fungsinya hanya mengubah arah gaya agar lebih mudah, misalnya menarik ke bawah untuk mengangkat beban ke atas. Meskipun tidak memperkecil gaya, penggunaan katrol tetap membuat pekerjaan terasa lebih nyaman dan efisien.

Jawaban Benar: D. Karena kuasa berada di tengah Pembahasan: Pada tuas jenis ketiga, kuasa berada di antara tumpu dan beban, sehingga lengan kuasa lebih pendek dibanding lengan beban. Akibatnya gaya kuasa yang dibutuhkan lebih besar daripada beban, tetapi keuntungan utamanya adalah memperbesar kecepatan dan jangkauan gerak. Oleh karena itu, tuas jenis ketiga banyak digunakan pada gerakan tubuh manusia yang memerlukan kecepatan, seperti pada lengan bawah.

Jawaban Benar: B. Membuat gaya yang diperlukan lebih kecil Pembahasan: Bidang miring memungkinkan gaya yang lebih kecil untuk memindahkan benda ke ketinggian tertentu dengan memperpanjang lintasan. Usaha tetap sama, tetapi gaya terasa lebih ringan sehingga pekerjaan lebih mudah dilakukan. Contoh nyata adalah papan panjang untuk menaikkan barang ke atas truk.

Jawaban Benar: A. Untuk mengatur perbandingan gaya dan kecepatan Pembahasan: Gir besar menghasilkan gaya lebih besar dengan putaran lebih lambat, sedangkan gir kecil menghasilkan kecepatan lebih tinggi dengan gaya lebih kecil. Perbedaan ukuran inilah yang memungkinkan pengendara mengatur tenaga dan kecepatan sesuai kondisi jalan. Hal ini membuktikan bahwa roda gigi membantu efisiensi dalam mengubah gaya menjadi gerakan.

Jawaban Benar: D. Sama dengan jumlah tali yang menahan beban Pembahasan: Katrol ganda memberikan keuntungan mekanis yang bergantung pada banyaknya tali yang menopang beban. Semakin banyak tali, semakin kecil gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban. Dengan demikian, katrol ganda sering digunakan untuk mengangkat benda berat di pelabuhan atau konstruksi.

Jawaban Benar: C. Karena tumpu di tengah Pembahasan: Pada tuas jenis pertama, posisi tumpu berada di antara beban dan kuasa. Jika lengan kuasa dibuat lebih panjang daripada lengan beban, gaya kecil dapat mengangkat beban yang lebih besar. Prinsip ini digunakan pada gunting atau jungkat-jungkit.

Jawaban Benar: B. Karena luas penampang besar menerima tekanan sama Pembahasan: Menurut hukum Pascal, tekanan pada fluida diteruskan sama besar ke segala arah. Dengan luas penampang besar, gaya yang dihasilkan juga besar meskipun gaya kuasa kecil. Hal ini memungkinkan dongkrak digunakan untuk mengangkat benda sangat berat seperti mobil.

Jawaban Benar: A. 10 cm dari titik A Pembahasan: Tuas bekerja berdasarkan prinsip F₁ × l₁ = F₂ × l₂. Agar usaha lebih ringan, lengan kuasa harus dibuat panjang, sedangkan lengan beban dibuat pendek. Karena beban ada di titik A dan kuasa diberikan di titik B, maka titik tumpu sebaiknya diletakkan sedekat mungkin dengan titik A. Dengan begitu, lengan beban kecil dan lengan kuasa besar. Maka pilihan yang tepat adalah 10 cm dari titik A.