USAHA DAN PESAWAT SEDERHANA

Usaha

Pengertian Usaha dan Energi (Fisika SMP/ MTs Kelas VIII)

Pengertian Usaha dan Energi (Fisika SMP/ MTs Kelas VIII)

1. Pengertian Usaha

Usaha adalah suatu kegiatan untuk mencapai kegiatan tertentu. Untuk mengetahui berapa besarnya usaha, maka perlu adanya bantuan rumus. Besarnya rumus usaha yaitu:

W = F x s

dimana:

W = usaha (J)

F = gaya (N)

s = perpindahan (m)

Sebagai contoh soal tentang usaha adalah sebagai berikut:

Seseorang mendorong benda dengan gaya sebesar 450 N. Apabila benda tersebut bergeser sejauh 20 meter, maka berapa besarnya usaha yang dilakukan?

W = ?

F = 450 N

s = 20 m

Jawab:

W = F x s

W = 450 x 20

W = 9.000 J

Jenis- jenis Usaha

A. Usaha Positif

Pengertian usaha positif adalah usaha yang dilakukan gaya pada suatu benda dan benda tersebut bergerak searah dengan gaya.

W = F x s

Untuk contoh gambar usaha positif adalah sebagai berikut:

Contoh Usaha Positif

B. Usaha Negatif

Pengertian Usaha Negatif adalah usaha yang dilakukan gaya pada suatu benda dan benda tersebut bergerak berlawanan dengan arah gaya tersebut.

W = -F x s

Untuk contoh gambar usaha negatif adalah sebagai berikut:

Keterangan = fg adalah gaya gesekan

Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek (fg) pada suatu benda disebut sebagai usaha negatif.

C. Usaha Nol

Pengertian usaha nol adalah usaha yang terjadi apabila arah gaya tegak lurus dengan arah perpindahan. Besarnya usaha yang dilakukan adalah nol.

W = 0

Sebagai contoh adalah seseorang membawa benda dengan menggunakan tangan, ini berarti bahwa arah gaya untuk menahan benda adalah ke atas, kemudian orang tersebut berjalan ke depan  berarti arah gaya adalah tegak lurus arah gerak.

D. Usaha oleh Beberapa Gaya

Pengertian dari usaha ini adalah suatu usaha yang dilakukan beberapa gaya sehingga benda akan berpindah sejauh s sama dengan jumlah usaha oleh tiap-tiap gaya.

Rumus :

W = (F-fg).s

2. Pengertian Energi

Energi adalah keampuan untuk melakukan suatu usaha. Kapan suatu nebda mempunyai energi? Suatu benda dikatakan memiliki energi apabila benda tersebut dapat menghasilkan gaya yang bisa melakukan kerja, sebagai contoh adalah air yang mengalir mempunyai energi, hal ini karena air yang mengalir tersebut bisa menghanyutkan apa saja yang dilewatinya.

Bentuk Energi dalam Mekanika

a. Energi Kinetik (EK)
Pengertian energi kinetik adalah energi yang timbul karena suatu benda bergerak. Kita dapat menghitung besarnya energi kinetik denga rumus sebagai berikut:

Sumber : https://www.aanwijzing.com/2016/06/pengertian-usaha-dan-energi-fisika-smp-mts-kelas-viii.html

Bidang Miring

Contoh penggunaan bidang miring

Seperti terlihat pada gambar diatas dua orang menaikkan peti yang berat sekali ke dalam truk, digunakan bidang miring yang merupakan titian dari lantai ke atas truk. Kemudian didorong peti itu melewati titian. Berapa besarnya gaya dorong yang dibutuhkan dan berapakah usaha yang dilakukan?

Untuk menaikkan peti ke dalam truk dibutuhkan gaya dorong minimal F₁ berlawanan arah dengan F. Dari gambar di atas maka diperoleh perbandingan sebagai berikut.

Apabila  , maka gaya  mg atau seperlima gaya berat peti yang dinaikkan ke dalam truk, maka peti seberat 1000 newton, dapat didorong ke dalam truk dengan gaya 200 newton. Besarnya usaha yang dilakukan :

Usaha ini sama dengan usaha untuk menaikkan peti tersebut setinggi h secara langsung (naik vertikal) tanpa melalui bidang miring. Jadi jelas bidang miring digunakan untuk mempermudah usaha, bukan mengurangi besarnya usaha yang harus kita lakukan.

Keuntungan mekanis bidang miring adalah sebesar  jika  = 5, maka keuntungan mekanisnya 5.

Dalam praktik tidak ada bidang miring yang licin, tetapi gaya gesekan pasti ada sebab itu F₁ harus lebih besar dari . Sebagian usaha berubah menjadi kalor karena adanya gesekan.

Keuntungan Mekanik Bidang Miring

Gaya yang digunakan untuk menaikkan barang-barang ke atas truk dengan bidang miring jauh lebih kecil dibandingkan jika mengangkatnya dengan tangan secara langsung. Bagaimana hubungan antara gaya kuasa dengan panjang bidang miring?

Jika tinggi bidang miring h, panjang bidang miring s, berat benda yang dinaikkan melalui bidang miring w, dan gaya yang digunakan untuk memindahkan benda itu sebesar Fmaka keuntungan mekanik bidang miring dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.

Keuntungan Mekanik 

Benda-Benda Dengan Konsep Bidang Miring

Contoh Soal Bidang Miring

Seseorang menaikkan peti yangberat ke atas truk dengan menggunakan bidang miring yang panjangnya 3 meter. Jika tinggi bak truk 120 cm, berapa keuntungan mekanik bidang miring yang digunakan? Jika berat peti tersebut 2.400 N, berapa besar gaya untuk menaikkan drum itu?

Diketahui :

s = 3 m
h = 150 cm = 1,5 m

Ditanya :

KM = …?
F = …?

Jawab :

Jadi, keuntungan mekanik bidang miring yang digunakan untuk menaikkan peti ke atas bak truk adalah 21 2 dengan gaya 960 N.

Sumber : https://fisikazone.com/bidang-miring/

TUAS

Pesawat sederhana adalah alat sederhana yang dipergunakan untuk mempermudah manusia melakukan usaha. Pesawat sederhana berdasarkan prinsip kerjanya dibedakan menjadi tuas/pengungkit, bidang miring, katrol dan roda berporos/roda bergandar. Pesawat sederhana mempunyai keuntungan mekanik yang didapatkan dari perbandingan antara gaya beban dengan gaya kuasa sehingga memperingan kerja manusia.

Tuas/pengungkit berfungsi untuk mengungkit, mencabut atau mengangkat benda yang berat. Bagian-bagian pengungkit:

A = titik kuasa
T = titik tumpu
B = titik beban
F = gaya kuasa (N)
w = gaya beban (N)
lk = lengan kuasa (m)
lb = lengan beban (m)

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. i

3. Tuas Jenis ketiga
Yaitu tuas dengan titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban.

Contoh :sekop yang biasa digunakan untuk memindahkan pasir.

Keuntungan Mekanik Tuas

Keuntungan mekanik pada tuas adalah perbandingan antara gaya beban (w) dengan gaya kuasa (F), dapat dituliskan sebagai :

KM = w/F atau KM = lk/lb

Keuntungan mekanik pada tuas bergantung pada masing-masing lengan. Semakin panjang lengan kuasanya, maka keuntungan mekaniknya akan semakin besar.

Sumber :https://modulfisika.blogspot.com/2013/01/kelas-viii-tuas-dan-pengungkit.html

Katrol

Pengertian Katrol

Pengertian katrol adalah roda ataupun cakram pejal yang berputar pada porosnya, dan dilewati sebuah rantai ataupun tali. salah satu Ujung untuk menarik dan ujung satu lainya adalah letak beban. Roda yang tepi kanan dan kirinya dibuat lebih tinggi dari bagian tengah agar tali bisa dipasang dan bergerak sepanjang badan roda tersebut.

Benda ini sangat banyak kegunaannya bagi kehidupan sehari-hari misalnya untuk menimba air. Katrol dapat mempermudah pengambilan air di dalam sumur. Bukan hanya itu katrol dapat di gunakan untuk mengangkat benda yang berat dalam proses pembangunan gedung.

Katrol hampir sama dengan kuas atau penguntit yaitu fungsnya membantu untuk mengangkat beban berat. Kebanyakan fungsi dari aktrol adalah mengangkat beban. Katrol juga ada banyak macamnya yaitu katrol tetap, majemuk dan bergerak, simak penjelasan berikut ini.

Jenis Katrol

Berikut ini adalah jenis katrol yaitu katrol tetap, mejemuk dan tetap, beriku pembahasannya:

1. Katrol Tetap

Prinsip kerja katrol tetap adalah besar gaya kuasa sama dengan berat beban, sedangkan lengan kuasa sama dengan lengan beban. Dengan demikian, keuntungan mekanis katrol tetap adalah untuk mengubah arah gaya, yakni gaya angkat searah gaya berat orang yang mengangkat.

Katrol tetap adalah katrol yang bergerak tetap pada tempatnya dan tidak berpindah. Penggunaan katrol ini sering kita jumpai pada kerekan sumur untuk mengambil air di dalam sumur. Katrol ini masih tergolong mengangkat beban tidak telalu berat. Perhatikan gambar di bawah ini.

Tumpuan katrol atau tuas ada di tumpu O yaitu pusat katrol, tumpu B adalah titik beban sedangkan titik A adalah titik kuasa. OB bisa di katakana sebagai lengan beban dan O sebagai titik tumpu sedangkan OA sebagai lengan kuasa. Sebelum berbicara menganai katrol tetap lebih jauh lagi anda harus memahami titik-titiknya terlebih dahulu.

Keuntungan mekanis sama dengan perbandingan lengan kuas dengan beban. Sehingga besar keuntungan mekanisme pada katrol tetap )A/OB = 1 dengan OA dan OB msing-masing adalah jari katrol. Jika keuntungan mekanisme 1 sama dengan tidak ada keuntungan. Karena katrol tetap tidak mengecilkan gaya untuk mengangkat beban berat. Semua gaya akan tetap sama dan tetap.

Berikut ini adalah penting perlu di ingat bahwa katrol tetap dapat meubah arah gaya. Walaupun tetap dan tidak berpindah tetapi katrol tetap dapat mengubah gaya yang di lakukan. Jika kita menarik air di dalam sumur menggunakan katrol menarik kebawah lebih mudah dari pada menarik keatas, sehingga katrol mengubah gayanya menarik air ke bawah.

Rumus katrol tetap

F=W

Keterangan:

F = Gaya kuasa

W = Berat Beban

Keuntungan menggunakan katrol tetap dapat di rumuskan sebagai berikut:

KM = W/F = Ik/Ib = 1

Keterangan

KM = Keuntungan mekanik katrol

W = Berat Benda (N)

F = Gaya kuasa (N)

Ik = Lengan kuasa (m)

Ib = Lengan Beban (m)

2. Katrol Bergerak

Katrol bergerak adalah katrol dengan salah ujung tali terikat pada tempat yang tetap dan ujung yang lain ditarik ke atas pada sebuah gaya. Benda yang akan diangkat digantungkan pada poros katrol hingga besar beban total ialah berat katrol ditambah dengan berat beban benda.

Pada katrol bergerak, benda yang diangkat digantungkan pada poros katrol. Dengan demikian, gaya kuasanya adalah setengah kali berat beban. Keuntungan mekanik katrol bergerak jika gaya gesekannya diabaikan adalah beban/kuasa = W/F=2.

Katrol ini di gunakan untuk mengangkat beban yang berat misalnya peti-peti yang ada di pabrik dan bahan bangunan. Dalam pembangunan Gedung pasti ada yang namanya Crane yaitu alat untuk menangkat bahan bangunan untuk ke atas. Alat ini menggunakan katrol untuk mengangkat bebannya.

Rumus Katrol Bergerak

LK / LB = 2 / 1 = 2

Lk (diameter) = 2 LB (jari-jari)

Atau

KM = lk/lb

W/F = 2 atau F=1/2 W

Keterangan:

F = Gaya kuasa

W = Berat Beban

KM = Keuntungan mekanik katrol

W = Berat Benda (N)

F = Gaya kuasa (N)

Ik = Lengan kuasa (m)

Ib = Lengan Beban (m)

3. Katrol Majemuk

Katrol ini adalah katrol yang memiliki tumpuan titik lebih dari satu bisa dua, tiga dan seterusnya. mengapa memiliki titik tumpuan yang banyak? Karena katrol ini di gunakan untuk mengangkat beban yang sangat berat hingga ber ton ton.

Alat yang menggunakan katrol ini adalah alat untu mengangkat kerangka jembatan, dan peti kemas. Berat yang di tanggung sangat berat sehingga katrol ini memiliki jumlah tumpuan yang lebih banyak.

Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol bergerak dan katrol tetap. Dalam prinsip katrol majemuk adalah bebean diletakkan pada titik poros katrol bergerak. Katrol ini di hubungkan dengan beberapa katrol bergerak lainnya dan saling terkait.

Rumus Katrol Bergerak

W = 2 F n

Keterangan:

w = beban ( N )

F = kuasa ( N )

n = banyaknya katrol tiap blok

Contoh Soal

1. Benda dengan massa 200 kg ditarik ke atas dengan menggunakan katrol (anggap percepatan gravitasi ditempat tersebut 10 m/s). Hitunglah gaya tarik dan keuntungan mekanisnya jika yang digunakan :

(a) sebuah katrol tetap

(b) sebuah katrol bergerak

Diketahui:

w = m.g

w = 200 kg. 10 m/s

w = 2.000 N

Penyelesaian:

(a) sebuah katrol tetap

F = w

F = 2.000 N

Jadi gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda tersebut dengan katrol tetap adalah 2.000 N

Keuntungan mekanis untuk katrol tetap adalah

KM = w/F

KM = 2.000 N/2.000 N

KM = 1

Jadi keuntungan mekanis untuk katrol tetap adalah 1

(b) sebuah katrol bergerak

2F = w

2F = 2.000 N

F = 2.000 N/2

F = 1.000 N

Jadi gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda tersebut dengan katrol bergerak adalah 1.000 N

Keuntungan mekanis untuk katrol tetap adalah

KM = w/F

KM = 2.000 N/1.000 N

KM = 2

Jadi keuntungan mekanis untuk katrol bergerak adalah 2

2. Perhatikan gambar di bawah ini. Jika massa benda 50 kg, hitunglah gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda tersebut (anggap percepatan gravitasi ditempat tersebut 10 m/s? Hitunglah keuntungan mekanisnya?

Penyelesaian:

Untuk menjawab soal tersebut Anda harus mencari berat beban tersebut, yaitu:

w = m.g

w = 200 kg. 10 m/s

w = 2.000 N

untuk katrol bergerak, gaya yang diperlukan sama dengan setengah berat benda, dengan persamaan:

2F = w

2F = 500 N

F = 500 N/2

F = 250 N

Jadi gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda tersebut dengan katrol bergerak adalah 250 N

Sumber : https://rumus.co.id/katrol/

Roda Bergigi

Pengertian Roda gigi atau gir

Gir merupakan salah satu pesawat sederhana. Pengertian keuntungan mekanik pada gir sering disebut sebagai kecepatan rotasi. Besar kecepatan rotasi relatif sepasang gir dapat diketahui dengan menghitung jumlah gigi pada masing-masing gir. Semakin banyak jumlah gigi pada gir penggerak, semakin kecil kecepatan rotasinya, demikian juga sebaliknya.

Rumus Roda Gigi

Kecepatan keluaran atau kecepatan sesungguhnya sepasang gir dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.

Rumus Roda Gigi

atau

ω1G1 = ω2 G2

Keuntungan mekanik roda gigi (gir) adalah perbandingan roda keluaran dengan roda masukan.

KM = R/r = G2/G1

Keterangan:
ω1 = kecepatan masukan
ω2 = kecepatan keluaran
G1 = jumlah gigi pada roda pertama
G2 = jumlah gigi pada roda kedua
R = jari-jari gir besar
r = jari-jari gir kecil

Contoh Soal Roda Gigi

Roda bergigi 18 buah menggerakkan roda lain yang jumlah giginya 54 buah. Jika kecepatan rotasinya 6 putaran/sekon, berapakah kecepatan rotasi roda gigi yang kedua? Berapa keuntungan mekaniknya?

Pembahasan
Diketahui:
G1 = 18
G2 = 54
ω1 = 6 putaran/sekon

Ditanya:
ω2 = …?
KM = …?

Jawab:

ω2 = (6 put/s 18)/54 = 2 put/s

KM = G2/G1
       = 54/18
       = 3

Jadi, kecepatan putaran roda yang kedua adalah 2 putaran per sekon dan keuntungan mekanik roda bergigi tersebut adalah 3.

Contoh Penerapan Pesawat Sederhana Roda Gigi (Gir) dalam Kehidupan Sehari-hari

Peralatan hasil teknologi yang memanfaatkan gir, contohnya sepeda. Dapatkah kamu menyebutkan peralatan lainnya yang menggunakan gir? Gir-gir itu ada yang dihubungkan dengan rantai, misalnya, gir pada sepeda.

Akan tetapi, ada juga gir yang langsung bertautan satu sama lain, misalnya gir pada sepeda motor. Gir-gir yang saling bertautan dikelompokkan menjadi empat macam, yaitu gir siku-siku, gir para-para, gir pendorong, dan gir cacing.

Sumber : https://www.berpendidikan.com/2015/12/pengertian-pesawat-sederhana-roda-berporos-roda-gigi-dan-contoh-rumusnya.html