Pesawat sederhana adalah alat yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan manusia (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 81). Apa yang dipermudah adalah gaya dan usaha yang harus dilakukan dalam mengupayakan sesuatu. Oleh karena itu, pembahasan pesawat sederhana harus dimulai dari usah dan gaya itu sendiri. Berikut adalah pemaparan singkat dari usaha.
Usaha
Usaha adalah besarnya energi yang digunakan gaya untuk memindahkan suatu benda (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 96). Misalnya saat kita mendorong tembok, apakah tembok itu bergerak? Tidak, meskipun kita telah menggunakan energi hingga berkeringat untuk memberikan pada gaya tembok tersebut usaha kita sia-sia dan tidak mampu menggerakkan tembok. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa usahanya bernilai nol.
Semakin besar gaya yang digunakan untuk memindahkan benda, semakin besar pula usaha yang dilakukan. Selain itu, semakin besar perpindahan benda, maka semakin besar pula usaha yang dilakukan. Berdasarkan pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa besarnya usaha (W) ditentukan oleh besar gaya yang diberikan pada benda (F) dan besar perpindahannya (Δs).
Secara matematis, rumus atau persamaan usaha dapat dijabarkan sebagai berikut.
W = F ∙ Δs
dengan:
W = usaha (joule)
F = gaya (newton)
Δs = perpindahan (meter)
Sementara itu, laju energi atau daya (P) adalah besar energi yang dipergunakan dalam setiap detik, sehingga dapat ditentukan dengan cara membagi besar usaha (W) dengan selang waktunya (t), atau secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
P = W / t
dengan:
P = daya (watt)
W = usaha (joule)
t = waktu (sekon)
Pesawat Sederhana
Idealnya, saat kita melakukan aktivitas, kita harus selalu berupaya agar dapat melakukan usaha dengan lebih mudah. Pesawat sederhana adalah alat bantu yang dapat membantu melakukan berbagai aktivitas sehari-hari bahkan pekerjaan manusia sekali pun.
Mengapa? Karena terdapat keuntungan mekanis dari penggunaan pesawat sederhana. Saat menggunakan pesawat, suatu upaya dapat dilakukan dengan lebih ringan karena terdapat keuntungan mekanis yang melipatgandakan gaya.
Keuntungan mekanis (KM) adalah bilangan yang menunjukkan berapa kali pesawat sederhana menggandakan gaya (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 82). Kita dapat menghitung keuntungan mekanis yang didapatkan dari suatu pesawat sederhana. Caranya adalah dengan menghitung besar perbandingan gaya beban dengan gaya kuasa yang diberikan pada benda. Secara matematis, persamaan atau rumus keuntungan mekanis adalah sebagai berikut:
Jenis-Jenis Pesawat Sederhana
Berikut adalah berbagai jenis-jenis pesawat sederhana yang telah biasa digunakan oleh manusia.
Katrol
Katrol adalah pesawat sederhana yang bekerja dengan cara mengubah arah gaya. Jika tali yang terhubung pada katrol ditarik ke bawah, maka secara otomatis timba yang berisi air akan terkerek ke atas. Katrol terdiri atas katrol tetap dan katrol bebas.
Pada katrol tetap tunggal, gaya kuasa yang digunakan untuk menarik beban sama dengan gaya beban. Keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan 1. Katrol bebas berfungsi untuk melipatkan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda menjadi lebih kecil daripada gaya beban.
Agar gaya kuasa yang diberikan pada benda semakin kecil, maka diperlukan katrol majemuk. Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem yang terpadu.
Katrol majemuk biasa digunakan dalam bidang industri untuk mengangkat benda-benda yang berat. Keuntungan mekanis dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban. Misalnya, gaya kuasa pada katrol majemuk yang berjumlah 4, maka keuntungan mekanis katrol tersebut adalah 4, karena jumlah tali yang mengangkat beban ada 4 (tali kuasa tidak diperhitungkan).
Roda Berporos
Roda gigi atau gear dan ban pada sepeda adalah salah satu contoh pesawat sederhana yang tergolong menjadi roda berporos. Fungsi roda gigi adalah sebagai pusat pengatur gerak roda sepeda yang terhubung langsung dengan roda sepeda, sedangkan roda sepeda menerapkan prinsip roda berporos untuk mempercepat gaya saat melakukan perjalanan. Selain roda sepeda, contoh penerapan pesawat sederhana jenis roda berporos adalah pada kursi roda, sepeda motor, mobil, dan sepatu roda.
Bidang Miring
Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga dapat memperkecil gaya kuasa. Contoh penerapan bidang miring adalah tangga, sekrup, dan pisau.
Kita dapat menghitung keuntungan mekanis dengan persamaan matematis di bawah ini.
Pengungkit
Pengungkit adalah salah satu jenis pesawat sederhana yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Contoh alat-alat yang menerapkan pesawat sederhana pengungkit antara lain: linggis, pembuka botol, pemecah biji kenari, gunting, jungkat-jungkit, sekop, koper, pinset, dsb.
Pengungkit terdiri atas tiga jenis, yaitu:
- jenis pengungkit yang titik tumpunya terletak di antara beban dan kuasa,
- pengungkit yang titik bebannya ada di antara kuasa dan tumpu, serta
- jenis ketiga, yakni pengungkit yang titik kuasanya ada di antara beban dan tumpu.
Pengungkit dapat memudahkan usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya. Agar kita dapat mengetahui besar gaya yang dilipatgandakan oleh pengungkit maka kita harus menghitung keuntungan mekanisnya.
Cara menghitung keuntungan mekanisnya adalah dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban. Panjang lengan kuasa adalah jarak dari tumpuan sampai titik bekerjanya gaya kuasa. Panjang lengan beban adalah jarak dari tumpuan sampai dengan titik bekerjanya gaya beban. Untuk lebih jelasnya, berikut adalah persamaan matematis dari keuntungan mekanis pengungkit.
Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak Manusia
Selain pada berbagai peralatan yang membantu pekerjaan kita sehari-hari, pesawat sederhana juga dapat ditemukan pada sistem gerak manusia. Utamanya, prinsip kerja pesawat sederhana terlihat pada otot dan rangka manusia. Tepatnya, koordinasi otot dan tulang memiliki kesesuaian dengan prinsip pesawat sederhana.
Contohnya, pada saat kita mengangkat dumbbell (barbel kecil) 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.
Pada saat manusia berjinjit, berdiri, dan menunduk prinsip pesawat sederhana pengungkit juga ditemukan pada sistem gerak manusia. Lengan manusia merupakan salah satu organ yang menerapkan prinsip pesawat sederhana yaitu merupakan pengungkit jenis ketiga. Selain itu, prinsip pengungkit juga dapat digunakan untuk menganalisis pola gerak tubuh pada saat bermain bulutangkis.
Referensi
- Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. (2017). Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTs Kelas VIII. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.