PETA KONSEP

Gambar Peta Konsep Materi Pesawat Sederhana

 

Pengetahuan

Gambar Pembuatan Piramida

Sumber : Nusacaraka.com

Bagaimana bisa orang-orang mesir dapat membangun piramida ribuan tahun yang lalu? Coba bayangkan bagaimana bisa manusia dapat memindahkan 9000 kg blok batu dengan tagan kosong. Bahkan pada zaman sekarang ini, untuk membangun piramid serupa masih menjadi sebuah tantangan besar meskipun menggunakan alat alat modern saat ini. Orang mesir zaman dulu dapat membangun Piramida hanya dengan menggunakan pesawat sederhana saja.

 

Pengertian Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah alat sederhana untuk memudahkan pekerjaan manusia. Dengan pesawat sederhana akan lebih mudah melakukan sebuah usaha tanpa susah payah. Dilihat dari prinsip kerjanya, pesawat sederhana terbagi menjadi empat jenis yakni katrol, roda berporos, bidang miring, dan pengungkit (Fatonah & Assingkily, 2020).

Manfaat Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari-hari

  • Pesawat sederhana mampu meningkatkan besar gaya angkat atau dorong pada suatu objek. Contohnya: pengungkit atau tuas
  • Pesawat sederhana mampu meningkatkan jarak untuk gaya dapat bekerja. Contohnya: bidang miring 
  • Pesawat sederhana mampu mengubah arah gaya yang bekerja. Contohnya: kapak kayu, dan menimba air dari dalam sumur menggunakan katrol

Keuntungan Mekanis

Keuntungan mekanis sdalah ukuran penguatan gaya yang dicapai dengan menggunakan alat, perangkat mekanis, atau sistem mesin (Fadli dkk., 2022). Keuntungan mekanis juga dapat diartikan sebagai bilangan yang menunjukkan berapa kali lipat menggandakan gaya.

Gambar Jenis-Jenis Pesawat Sederhana

Sumber: Medcom.id

 

1.     Katrol

Katrol merupakan salah satu pesawat sederhana yang bentuknya berupa roda beralur dan sekelilingnya diberi tali. Katrol biasanya dipakai untuk membantu mempermudah pekerjaan manusia misalnya menarik beban. Katrol terbagi menjadi 3 macam yaitu :

  • Katrol Tetap adalah katrol yang porosnya telah dipasang pada suatu tempat sehingga posisinya tidak dapat berpindah. Pada katrol tetap keuntungan mekanisnya bernilai satu, sebab gaya kuasa yang dikeluarkan oleh katrol tetap bernilai sama dengan berat bebannya. Contoh pemanfaatan katrol tetap dalam kehidupan sehari-hari yakni sumur timba dan tiang bendera.
  • Katrol Bebas adalah katrol yang porosnya tidak dipasang pada tempat yang tetap, sehingga katrol dapat bergerak secara bebas ketika sedang bekerja. Selain itu, keuntungan mekanisnya bernilai 2 karena gaya kuasa yang dikeluarkan untuk menarik bebannya memiliki nilai setengah dari berat bebannya. Contoh penggunaan katrol bebas dalam kehidupan sehari-hari yaitu pada alat pengangkat peti kemas yang ada di pelabuhan.
  • Katrol Majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas. Katrol majemuk memiliki keuntungan mekanis yang nilainya sama dengan jumlah katrol yang digunakan untuk mengangkat bebannya. Dalam kehidupan sehari-hari, katrol majemuk biasa digunakan untuk mengangkat benda atau alat berat dalam bidang perindustrian.

 

Pengetahuan

Desain pemanfaatan katrol bergantung dengan bagaimana katrol dan tali dipasangkan. Terdapat 3 macam sistem katrol yaitu katrol tetap, katrol bergerak, sistem katrol gabungan (takal).

·       Katrol tetap

Gambar Desain Katrol Tetap

Sumber: elschooltoday.com

 

Katrol ini hanya tali yang dapat digerakan, tidak dapat bergerak bebas dan pergerakannya hanya sekadar berputar pada porosnya saja. Fungsi dari katrol ini yaitu mengubah arah gaya, namun gaya yang dikeluarkan tetap sama. Beban diletakan pada salah satu ujung tali, kemudian di ujung tali lainnya ditarik gaya ke bawah sehingga beban bisa naik ke atas. Berdasarkan gambar tersebut terlihat bahwa salah satu manfaat katrol adalah dapat mengubah arah gaya.

 

·       Katrol bebas atau bergerak

Katrol bebas adalah jenis katrol yang bisa berputar pada porosnya sekaligus bisa bergerak naik turun. Jenis katrol ini mempunyai prinsip kerja yang sama dengan tuas golongan dua, yakni beban berada di antara titik tumpu dan kuasa. Pada katrol bebas, gaya yang dikeluarkan hanya setengah dari beban yang diangkat.

 

Gambar Katrol Bebas

Sumber: elschooltoday.com

Berdasarkan analisis gambar, pada desain katrol tetap seluruh beban diteruskan seluruhnya pada tali pegangan, sehingga seandainya beban tersebut adalah 60 Newton maka diperlukan gaya yang sama yaitu sebesar 60 Newton juga untuk menarik beban tersebut. Berdasarkan pemisalan tersebut dapat kita ketahui bahwa besarnya keuntungan mekanis pada katrol tetap adalah KM = 1. Sedangkan pada katrol bergerak, beban terdistribusi menjadi dua bagian, sehingga jika seandainya beban tersebut adalah 60 Newton, maka untuk menarik beban tersebut, Anda cukup menarik dengan gaya sebesar 30 Newton. Berdasakan pemisalan tersebut besarnya keuntungan mekanis pada katrol bergerak adalah KM = 2. Dengan sedikit perubahan desain saja kita dapat melihat perbedaan yang cukup besar.

 

·       Katrol Majemuk (Gabungan)

Katrol majemuk adalah jenis katrol yang mempunyai lebih dari satu katrol sehingga keuntungan mekanisnya dihitung dari jumlah tali yang mengangkat beban.

Gambar Katrol Majemuk (Takal) (Sumber: elschooltoday.com)

  

 Gambar Keuntungan Mekanis Katrol Majemuk (Sumber: elschooltoday.com)

 

Ø   Keuntungan mekanis katrol adalah besar nilai gaya yang digandakan karena menggunakan katrol. Dengan menggunakan katrol, usaha yang diperlukan menjadi lebih kecil sehingga katrol dinilai memiliki keuntungan mekanis. Nilai keuntungan mekanis katrol antara satu jenis katrol dengan jenis lainnya tidak memiliki nilai yang sama dikarenakan perbedaan letak titik tumpu.

Ø  Untuk mengangkut beban yang sangat berat biasanya memerlukan keuntungan mekanis yang besar. Semakin banyak katrolnya, maka keuntungan mekanisnya semakin besar dan harus menghitung tali-tali yang melawan beban (W) dan bebannya harus dilawan gaya ke atas (Firmansyah dkk., 2021).

 

 

Gambar Keuntungan Mekanis Katrol Majemuk (Sumber: elschooltoday.com)

 

2.   Roda Berporos

    Roda berporos merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang menggunakan roda dan mempunyai poros sebagai tempat berputarnya roda tersebut. Roda adalah objek berbentuk lingkaran dan biasanya berjeruji, sedangkan poros adalah bagian yang melekat tetap di tengah roda dan biasanya berpenampang bulat. Apabila roda berputar maka poros akan ikut berputar. Biasanya, putaran roda lebih besar daripada putaran poros.

Gambar Roda Berporos (Sumber: fisika.co.id)

·        Penggunaan roda dapat membantu memperkecil gaya yang dibutuhkan untuk menggeser suatu benda dengan meminimalkan gaya gesek.  

·        Penggunaan roda dapat membantu memperkecil gaya yang dibutuhkan untuk menggeser suatu benda dengan meminimalkan gaya gesek. Fungsi atau manfaat roda berporos yaitu memudahkan gerak, meningkatkan kecepatan, dan memperbesar gaya

·        Prinsip kerja roda berporos adalah (1) semakin besar roda, maka semakin kecil gaya yang diperlukan dan (2) semakin kecil roda, maka semakin besar gaya yang diperlukanKecepatan dihasilkan dari perbandingan jari-jari roda terhadap jari-jari poro

·        Contoh pemanfaatan roda berporos dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat pada saat memindahkan lemari dengan troli serta penggunaan roda berporos di berbagai alat seperti gerobak, stir mobil, roda atau ban dan gerinda

·        Keuntungan mekanis dari penggunaan roda juga dapat mempengaruhi kecepatan yang dihasilkan. Persamaan keuntungan mekanis pada roda berporos yakni sebagai berikut :

  

 

 

3.   Bidang Miring

Pengetahuan
Mengenal Bidang Miring dan Pemanfaatannya dalam Kehidupan Sehari-hari

Gambar Jalanan Berkelok

Sumber: umma.id

Bidang miring secara sekilas hanya sebuah dataran miring dan tidak lebih. Padahal, penerapan bidang miring ini sangat bermanfaat. Pada daerah pegunungan kondisi jalan selalu berkelok-kelok. Jalan yang berkelok dibangun bukan tanpa alasan. Untuk memindahkan benda dari tempat rendah ke tempat tinggi memerlukan sebuah usaha. Dimana besarnya usaha salah satunya adalah dipengaruhi oleh besarnya gaya (dorongan). Pastinya kendaraan bermotor seperti mobil memiliki batas kemampuan dalam mendorong kendaraan tersebut agar bisa sampai di tempat yang lebih tinggi. Jika dipaksakan untuk memaksimalkan dorongan pada mobil, sangat berdampak buruk bagi mesin mobil tersebut. Oleh karena itu diperlukan cara agar mobil dapat naik dari bawah ke atas pegunungan tanpa harus memberikan dorongan yang terlalu kuat sehingga mobil dan penumpang tersebut bisa tiba di puncak pegunungan

  • Bidang miring adalah pesawat sederhana yang berbentuk papan atau bidang yang dibuat miring dengan tujuan untuk memperkecil usaha ketika akan memindahkan beban yang berat.
  • Semakin landai bidang miring, gaya yang diberikan juga akan semakin kecil begitupun sebaliknya.
  • Pemanfaatan bidang miring yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari yaitu pembuatan baji. Baji merupakan beda yang bahan dasarnya logam atau batu, lantas satu bagian ujung baji dibuat tebal, sedangkan bagian ujung lainnya dibuat tipis sehingga menjadi tajam. Peralatan yang dibuat dalam bentuk baji diantaranya pisau, paku, pahat, kapak, tangga berputar, serta jalan pegunungan yang dibuat berkelok.

  • Keuntungan mekanik dari bidang miring sangat bergantung dengan ketinggian dan panjang bidang miring tersebut.
  • Besaran gaya berbanding lurus dengan tinggi bidang miring
  • Keuntungan mekanis berbanding terbalik dengan gaya
  • Semakin landai (sedikit miring) bidang, maka semakin kecil tenaga atau gaya yang dikeluarkan dan keuntungan mekanisnya semakin besar
  • Semakin tinggi bidang miring, maka semakin kecil keuntungan mekaniknya
  • Semakin panjang bidang miring, maka semakin besar keuntungan mekaniknya

 

Pengetahuan

1. Cermatilah gambar dan pernyataan berikut ini!

Sumber: Freepik.com 

Jawaban → Kunci Jawaban 

 

2. Bacalah parafragraf berikut ini!

Seorang petugas akan mengangkut sebuah barang yang bermassa 80 kg ke atas truk. Petugas perlu mengangkat barang tersebut ke atas truk yang memiliki ketinggian 2 m dari lantai jalan. Ia memiliki 2 buah bidang miring dengan panjang 6 m dan 8 m. Apa yang harus dilakukan petugas Agar petugas dapat memindahkan barang tersebut cukup dengan sedikit dorongan? Berikan kemungkinan yang dapat dilakukan oleh petugas dengan menghitung gaya yang disertai alasannya! (g = 10 m/s^2)   

Jawaban → Kunci Jawaban 2

 

 

 

Pengetahuan

  • Penggunaan bidang miring digunakan agar kerja yang dilakukan otot mendorong benda menjadi lebih sedikit dibandingkan dengan kerja tanpa menggunakan bidang miring. Pada contoh lainnya, untuk mengangkat 10 Newton benda maka kita memerlukan 10 Newton juga tanpa menggunakan bidang miring. Sedangkan dengan menggunakan bidang miring, Anda bisa memindahkan barang tersebut lebih sedikit lagi.

Semakin landai bidang miring terebut maka semakin mudah kita untuk memindahkan benda. Besar keuntungan mekanis secara umum dapat ditentukan sebagai berikut:  

 

 

Keterangan :

KM  = Keuntungan Mekanis
W     = Berat benda (Newton)
F      = Gaya (Newton)
s       = Panjang bidang miring (meter)

h      = tinggi (meter)


 

4.   Pengungkit

  • Pengungkit adalah pesawat sederhana yang terbuat dari sebatang benda yang keras untuk mengubah hasil dari suatu gaya, misalnya balok kayu, batang bambu, atau batang logam yang biasa digunakan untuk mencongkel benda.
  • Cara kerja pengungkit yaitu dengan menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya. Pengungkit terbagi menjadi tiga jenis yaitu pengungkit yang titik tumpunya berada di antara beban dan kuasa, pengungkit yang titik bebannya berada di antara kuasa dan tumpu, dan pengungkit yang titik kuasanya berada di antara beban dan tumpu. 
  • Pada sebuah pengungkit, jika titik kuasa diberikan sebuah gaya masuk, maka sebagai akibatnya akan muncul gaya keluar yang arahnya berlawanan pada titik beban.
  • Prinsip pengungkit yaitu besarnya gaya keluar akan berlipat ganda dibandingkan gaya masuknya, sehingga dapat memudahkan dalam melakukan pekerjaan, hanya dengan sedikit dorongan (gaya), dapat mendorong batu yang sangat berat. Menentukan panjang lengan beban dan lengan kuasa mempengaruhi besarnya keuntungan mekanis tersebut
  • Semakin jauh jarak kuasa ke titik tumpu maka semakin kecil gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat beban suatu benda
  • Keuntungan mekanis berbanding lurus dengan lengan kuasa. Semakin panjang atau besar nilai lengan kuasa, maka keuntungan mekanisnya juga akan semakin besar.
  • Contoh pengungkit dalam kehidupan sehari-hari yaitu gunting, pembuka botol, dan pinset

  


Gambar Prinsip Kerja Pengungkit  (Sumber: elschooltoday.com)

Gambar Keuntungan Mekanis Pengungkit (Sumber: prasacademy.com)

 

Pengungkit atau Tuas berdasarkan susunan bagian-bagiannya dibagi menjadi 3 jenis yakni pengungkit jenis pertama, pengungkit jenis kedua dan pengungkit jenis ketiga yang dijelaskan sebagai berikut:

Gambar Contoh Macam-Macam Pengungkit 

Sumber: amongguru.com 

Keterangan:

a) Titik tumpu merupakan tempat alat tersebut bertumpu yang merupakan sumbu putar pergerakan utama pengungkit,

b)     Titik kuasa merupakan tempat gaya diberikan, dan

c)     Titik beban merupakan lokasi beban tersebut diletakan

 

Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak

  • Pada saat melakukan suatu aktivitas, otot, tulang, dan sendi akan bekerjasama-sama, prinsip kerja ketiganya seperti pengungkit, di mana tulang sebagai lengan, sendi sebagai titik tumpu, dan kontraksi atau relaksasi otot memberikan gaya untuk menggerakkan bagian tubuh. Sifat kerja otot manusia terbagi menjadi 2 yaitu antagonis dan sinergis. Antagonis merupakan kerja otot yang kontraksinya menimbulkan efek gerak berlawanan seperti ekstensor-fleksor, abduktor-adduktor, depressor-elavator, supinator-pronator. Sedangkan sinergis yaitu kerja otot yang kontraksinya menimbulkan gerak searah seperti pronator teres dan pronator kuadratus (Waluyo dkk., 2016).
  • Pada gerak otot bisep dan trisep untuk memindahkan atau mengangkat beban adalah menggunakan prinsip kerja pengungkit golongan pertama 1 yaitu pengungkit yang memiliki susunan letak titik tumpunya berada diantara titik tanggap gaya (titik kuasa) dan titik beban. Titik tumpu (tempat bertumpunya pengungkit pada penyangga) berada pada sendi engsel, titik kuasa berada di bahu, dan untuk titik beban adalah terletak di tangan.
  • Contoh lainnya ketika posisi kaki berjinjit. Ketika posisi kaki berjinjit titik tumpunya adalah ujung jari kaki, bebannya adalah tubuh dan kuasa atua gayanya adalah gaya otot betis. Prinsip kerja pengungkit ada titik tumpuh, beban da kuasa atau gaya. Pengungkit atau tuas termasuk jenis pesawat sederhana.
  • Pada saat manusia melakukan aktivitas, manusia selalu berupaya untuk melakukannya dengan usaha dan daya yang sekecil-kecilnya. Oleh karena itu, manusia menggunakan pesawat sederhana untuk membantu melakukan aktivitasnya, nah jenis pesawat sederhana yang sesuai sistem gerak manusia adalah tuas. Kerja dipermudah, artinya energi yang dikeluarkan lebih sedikit (Chaniago, 2022).

 

Gambar Keterkaitan Sistem Gerak dengan Prinsip Tuas

Gambar Keterkaitan Sistem Gerak dengan Prinsip Tuas

·       Tuas jenis pertama

Seperti yang diketahui, tuas pertama memiliki titik tumpu yang terletak antara titik kuasa dan titik beban. Lalu hubungannya dengan sistem gerak manusia adalah ketika kepala mengadah ke atas, ketika kepala menengadah, otot-otot leher berperan sebagai kuasa (memberikan gaya), tulang-tulang pada wajah berperan sebagai beban, dan persendian antara tengkorak dan tulang belakang berperan sebagai titik tumpu.

·       Tuas jenis kedua
Tuas jenis kedua, tuas ini memiliki titik beban yang terletak di antara titik tumpu dan titik kuasa, lalu untuk hubungannya dengan sistem gerak manusia adalah seperti yang Minco sebut di atas, ketika seseorang berjinjit.

·       Tuas jenis ketiga
Terkahir tuas jenis ketiga, tuas ini titiknya terletak di antara titik tumpu dan titik beban. Lalu berikut hubungannya dengan sistem gerak manusia adalah ketika gerakan mengangkat beban dengan tangan, ketika tangan mengangkat beban, otot bisep berperan sebagai kuasa yang memberikan gaya kepada tulang lengan bawah, benda di tangan berperan sebagai beban, dan persendian pada siku berperan sebagai titik tumpu.

 


GLOSARIUM

·       Pesawat sederhana adalah alat sederhana untuk memudahkan pekerjaan manusia

·       Keuntungan mekanis adalah ukuran penguatan gaya yang dicapai dengan menggunakan alat, perangkat mekanis, atau sistem mesin.

·       Titik kuasa adalah tempat gaya kuasa diberikan

·       Titik beban adalah tempat meletakkan benda

·       Titik tumpu atau titik fulkrum adalah titik yang menjadi tumpuan untuk beban yang bersifat tetap

·       Lengan beban adalah jarak antara titik tumpu dengan titik beban

·       Lengan kuasa adalah jarak antara titik tumpu dengan titik kuasa

·       Beban adalah berat benda

 

Daftar Pustaka yang Digunakan

Chaniago, I. M. (2022). Penerapan Model Pembelajaran Jigsaw untuk Meningkatkan Pemahaman Siswa Tentang Konsep Gerak pada Makhluk Hidup di SMP Negeri 3 Panga Kecamatan Panga Kabupaten Aceh Jaya, Provinsi Aceh. Jurnal Pemikiran dan Pengembangan Pembelajaran, 4(3), 45-52.

Fadli, M., Insani, A. K., Delima, K., & Mahfud, T. A. R. (2022). Kajian Mekanika pada Materi Pesawat Sederhana: Review Publikasi Ilmiah. Mitra Pilar: Jurnal Pendidikan, Inovasi, dan Terapan Teknologi, 1(2), 171-190.

Fajar Tri M, Okky. dkk. 2021. Ilmu Pengetahuan Alam Untuk SMP Kelas VIII. Jakarta: Pusat Perbukuan Badan Standar, Kurikulum, dan Asesmen Pendidikan Kemendikbudristek. Halaman 84 – 87

Fatonah, S., & Assingkily, M. S. (2020). Quo vadis materi pesawat sederhana dalam pembelajaran IPA sekolah dasar di era disrupsi. Edu Sains: Jurnal Pendidikan Sains dan Matematika, 8(1), 46-60.

Firmansyah, F. H., Nabila, T., Soffa, F. M. U., & El Fahmi, Y. (2021). Analisis Perhitungan Gaya Berat pada Tongkat Gayung Lipat untuk Mengetahui Efektifitas Pengungkit Jenis Tiga. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika, 9(1), 87-96.

Waluyo, P. S., Sudjito, D. N., & Pattiserlihun, A. (2016). Desain Pembelajaran IPA Terpadu dengan Topik Tuas Pada Tubuh Manusia. Unnes Science Education Journal, 5(1).

Zubaidah, Siti . dkk. 2017. Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTs Kelas VIII Semester 1 Buku Siswa. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Halaman 75 – 79.