8.2 Modul Ipa Usaha Dan Pesawat Sederhana [PDF]

Citation preview

USAHA DAN PESAWAT SEDERHANA



A. Usaha Kata Usaha memiliki berbagai arti dalam bahasa sehari-hari, namun dalam fisika kata usaha diberi arti yang spesifik untuk mendeskripsikan apa yang dihasilkan gaya ketika gaya itu bekerja pada suatu benda. Usaha didefinisikan sebagai hasil kali besar perpindahan dengan komponen gaya yang sejajar dengan perpindahan. Jika suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh s, maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu W = F .∆s W F s



= = =



usaha (joule) gaya yang sejajar dengan perpindahan (N) perpindahan (m)



B. Daya Daya adalah kemampuan untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi suatu bentuk energi lain. Sebagai contoh, jika terdapat sebuah lampu 100 watt yang efisiensinya 100 %, maka tiap detik lampu tersebut akan mengubah 100 joule energi listrik yang memasuki lampu menjadi 100 joule energi cahaya. Semakin besar daya suatu alat, maka semakin besar kemampuan alat itu mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lain. Jika seluruh energi yang masuk diubah menjadi energi dalam bentuk lain, maka dikatakan efisiensi alat tersebut adalah 100 % dan besar daya dirumuskan:



W P = t P W t



= = =



daya (watt) usaha (joule) waktu (s)



C. Pesawat Sederhana 1. Tuas (Pengungkit) Tuas/pengungkit berfungsi untuk mengungkit, mencabut atau mengangkat benda yang berat. Bagian-bagian pengungkit:



A = titik kuasa T = titik tumpu B = titik beban



Ciri – ciri tuas, diantaranya memiliki: a. Kuasa (F atau K), yaitu gaya yang diperlukan untuk mengangkat atau memindahkan beban (benda). b. Lengan kuasa (Lk), yaitu jarak antara titik tumpu dengan kuasa pada alat itu. c. Beban (B atau W), yaitu berat benda yang akan dipindahkan atau diangkat. d. Lengan beban (LB), yaitu jarak antara beban dengan titik tumpu. e. Tumpu atau titik tumpu, yaitu titik di mana ganjal atau bantalan untuk mengangkat beban Semakin jauh jarak kuasa dari titik tumpu, maka semakin kecil gaya kuasa yang diperlukan untuk memindahkan/mengangkat sebuah beban. Demikian pula semakin dekat beban dari titik tumpu, maka semakin kecil gaya kuasa yang diperlukan. Secara matematis, hubungan gaya kuasa, gaya berat beban, lengan kuasa, dan lengan beban dinyatakan oleh persamaan: F b . l b=F k .l k Fb = gaya berat beban yang akan diangkat (N) Fk = gaya kuasa yang diberikan (N) Lk = panjang lengan kuasa/jarak antara titik kuasa dan titik tumpu (m) Lb = panjang lengan beban/jarak antara titik beban dan titik tumpu (m) Besar keuntungan mekanis (KM) pada pengungkit merupakan perbandingan antara berat beban (B) dan gaya kuasa (F) atau perbandingan antara lengan kuasa (Lk) dan lengan beban (Lb). KM =



F b lk = F k lb



Jenis-jenis tuas: 1) Tuas Jenis pertama



  Yaitu tuas dengan titik tumpu berada diantara titik beban dan titik kuasa. Contoh : pemotong kuku, gunting, penjepit jemuran, tang 2) Tuas Jenis kedua



Yaitu tuas dengan titik beban berada diantara titik tumpu dan titik kuasa. Contoh : gerobak beroda satu, alat pemotong kertas, dan alat pemecah kemiri, pembuka tutup botol.



3) Tuas Jenis ketiga



Yaitu tuas dengan titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban. Contoh :sekop yang biasa digunakan untuk memindahkan pasir. 2. Bidang Miring Bidang miring merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang digunakan untuk memindahkan benda dengan lintasan yang miring. Keuntungan mekanik 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 mekanik bidang miring dirumuskan dengan perbandingan antara panjang (l) dan tinggi bidang miring (h).



bidang miring sering diguanakan dalam kehidupan sehari – hari. Penggunaan bidang miring dalam kehidupan sehari –hari seperti berikut :  membantu memindahkan benda ke dalam truk  tangga selalu di pasang miring  jalan di daerah pegunungan dibuaat berkelok kelok 3. Katrol katrol adalah salah satu pesawat sederhana untuk memudahkan pekerjaan manusia mengangkat benda ke atas atau vertikal. Katrol juga berfungsi mengubah gaya angkat ke atas menjadi gaya tarik ke bawah sehingga penarikan benda lebih mudah. Ada tiga jenis pemasangan katrol dalam kehidupan, antara lain:



a. Katrol Tetap Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berpindah pada saat digunakan. Katrol jenis ini biasanya dipasang pada tempat tertentu. Katrol tetap digunakan untuk menimba air, diketahui bahwa: Fklk = Fblb  Oleh karena  lk = lb Fk = Fb sehingga keuntungan mekanisnya adalah 



b. Katrol Bebas Berbeda dengan katrol tetap, pada katrol bebas kedudukan atau posisi katrol berubah dan tidak dipasang pada tempat tertentu. Katrol jenis ini biasanya ditempatkan di atas tali yang kedudukannya dapat berubah. Salah satu ujung tali diikat pada tempat tertentu. Jika ujung yang lainnya ditarik maka katrol akan bergerak. Katrol jenis ini bisa kita temukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan. 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 untuk mengangkat



kuasa yang harus dilakukan beban adalah



c. Katrol Majemuk Katrol majemuk merupakan perpaduan dari katrol tetap dan katrol bebas. Kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Pada katrol majemuk, beban dikaitkan pada katrol bebas. Salah satu ujung tali dikaitkan pada penampang



katrol tetap. Jika ujung tali yang lainnya ditarik maka beban akan terangkat beserta bergeraknya katrol bebas ke atas.



SOAL LATIHAN 1. Perhatikan gambar berikut! 



Sebuah trolly yang beratnya 10 N ditarik dari dasar bidang miring hingga mencapai puncak bidang miring. Besarnya gaya F yang diperlukan adalah… A. 15,0 N B. 12,5 N C. 5,0 N D. 2,5 N 2. Perhatikan tuas seperti gambar berikut! 



Penumpu P dapat digeser-geser sepanjang papan AC. Kuasa mempunyai nilai terbesar jika penumpu P diletakkan… A. tepat di titik B B. antara A dan B C. mendekati titik A D. mendekati titik C 3. Sebuah balok dengan berat 300 N diletakkan pada bidang miring licin seperti gambar. Berapa besar gaya yang diperlukan untuk menarik balok tersebut dari P ke Q?  A. 120 N  B. 180 N  C. 300 N  D. 480 N



4. Perhatikan gambar katrol tetap di samping ini! Untuk mengangkat diperlukan gaya F sebesar … A. 50 N B. 100 N C. 200 N D. 1000 N 5. Perhatikan gambar! Keuntungan mekanis dari tuas tersebut adalah … A. 1 B. 1,5 C. 2,5 D. 10 6. Perhatikan gambar tuas berikut ini! Besarnya gaya untuk mengungkit batu itu adalah … A. 2.250 Newton B. 1.500 Newton C. 750 Newton D. 500 Newton 7. Perhatikan permainan jungkat-jungkit seperti gambar berikut! Massa anak A lebih besar dari anak B. Agar terjadi keseimbangan pada jungkat jungkit, maka posisi yang benar adalah….. A. titik tumpu T digeser ke titik P B. anak B bergeser ke ke titik R C. anak A bergeser ke titik P D. anak B bergeser ke titik Q 8. Seorang siswa ingin memindahkan benda dari lantai A ke lantai B tampak pada gambar. Jika percepatan gravitasi bumi di tempat tersebut 10 m/s2, maka usaha yang dilakukan oleh siswa tersebut sebesar …. A.  600 Joule B.  800 Joule C.  1.200 Joule D.  2.400 joule 9. Berdasarkan gambar tersebut, besar usaha yang dilakukannya adalah ….



A.  416 kJ B.  176 kJ C.  160 kJ



D.  136 Kj 10. Kegiatan berikut ini yang tidak melakukan usaha adalah …. A.  kuda menarik delman B.  penumpang kereta bergerak dari gerbong ke gerbong lain C.  seorang anak menggendong tas sambil berdiri tegak D.  seorang pemancing ikan menarik kail sambil dudu