Pesawat Sederhana

Setiap alat yang memudahkan kerja manusia disebut sebagai pesawat. Pesawat dibagi menjadi dua yaitu ada pesawat yang sederhana dan ada pesawat yang rumit. Pesawat sederhana adalah alat yang dapat memudahkan pekerjaan manusia dengan alat-alat sederhana. Sedangkan pesawat rumit adalah alat yang dapat membantu pekerjaan manusia yang tersusun dari gabungan beberapa pesawat sederhana, contohnya mesin jahit, mesin cuci, motor, dan kipas angin. Untuk postingan kali ini, saya fokuskan pada pesawat sederhana.

Adapun tujuan menggunakan pesawat sederhana adalah sebagai berikut.

1.       Memudahkan pekerjaan manusia

2.       Menghemat waktu

3.       Mengubah arah benda atau arah gaya yang kita lakukan

4.       Melipatgandakan gaya atau kemampuan kita

5.       Menghemat energi

6.       Menempuh jarak yang lebih jauh

7.       Memperbesar kecepatan

Pesawat sederhana digunakan untuk memudahkan pelaksanaan pekerjaan, meskipun membutuhkan waktu yang lebih lama karena lintasan yang lebih jauh. Pesawat sederhana dikelompokkan menjadi empat jenis, yaitu:

1.       Tuas (pengungkit)

2.       Bidang miring

3.       Katrol

4.       Roda

Jenis-jenis Pesawat Sederhana

1.       Tuas

Bahan yang biasa digunakan untuk tuas/ mengungkit adalah batang besi atau kayu. Batang tersebut bertumpu pada suatu tempat yang dinamakan titik tumpu. Sedangkan gaya yang bekerja pada tuas tersebut disebut kuasa. Tempat kuasa dilakukan disebut titik kuasa. Dan berat benda disebut beban.

 Tuas digolongkan menjadi tiga golongan. Penggolongan tersebut berdasarkan pada titik letak kuasa, beban, dan titik tumpu.

a.       Golongan pertama

Pada tuas golongan ini, posisi titik tumpu berada diantara beban dan kuasa. Contohnya jungkat-jungkit, gunting, palu pencabut paku, tang dan linggis.

Jungkat-jungkit

Gunting dan Palu

b.      Golongan kedua

Tuas golongan ini, posisi beban berada diantara titik tumpu dan kuasa. Contohnya adalah saat kita mendorong gerobak pasir, beban pasir berada di tengah antara titik tumpu dan kuasa. Kemudian contoh yang lain adalah alat pemecah buah atau biji.

Gerobak pasir

Pemecah Biji

c.       Golongan ketiga

Pada tuas golongan ketiga, posisi kuasa berada di antara titik tumpu dan beban. Contohnya adalah saat kita menggunakan sekop untuk mengambil tanah.

Sekop

Pada tuas golongan pertama dan golongan kedua, beban yang berat dapat digerakkan dengan ringan. Tetapi untuk tuas golongan ketiga , untuk menggerakkan beban akan terasa lebih berat dibandingkan tuas golongan pertama dan kedua. Tuas golongan ketiga ini mempunyai keuntungan yaitu dapat menggerakkan beban yang jaraknya lebih jauh dari titik kuasa.

      2.       Bidang miring

Bidang miring adalah permukaan datar yang salah satu ujungnya lebih tinggi daripada ujung lainnya. Contoh bidang miring adalah jalan berkelok-kelok di pegunungan dan papan luncur tempat anak bermain.

Pernahkah kita melihat orang memindahkan drum minyak ke dalam truk? Drum yang berisi minyak akan terasa berat apabila diangkat begitu saja ke truk. Agar lebih mudah dan lebih ringan dalam memindahkan, maka digunakanlah papan sebagai jalan drum untuk masuk ke dalam truk.

Bidang miring berguna untuk membantu memindahkan benda-benda yang terlalu berat. Keuntungan dalam penggunaan bidang miring ini adalah gaya yang dibutuhkan lebih kecil. Namun kelemahannya adalah harus menempuh lintasan yang lebih jauh. Bidang miring tidak mengurangi pekerjaan, tetapi mengurangi gaya yang diperlukan.

Aplikasi bidang miring  

Tahukah kalian tentang baji? Baji adalah alat yang dibuat dengan menggunakan prinsip bidang miring. Jadi, baji sesungguhnya merupakan bidang miring. Beberapa contoh alat yang menggunakan prinsip baji antara lain; kapak, pisau, linggis, obeng, paku ulir, sekrup. Baji dan bidang miring memiliki perbedaan. Pada bidang miring, yang bergerak adalah bendanya, sedangkan bidang miringnya tetap. Pada baji, yang bergerak adalah bidang miringnya, sedangkan bendanya tetap.

Contoh Baji

3.      Katrol

Katrol adalah suatu roda yang berputar pada porosnya. Katrol biasanya digunakan bersama-sama dengan rantai atau tali. Katrol dapat digunakan untuk mengangkat benda-benda yang berat. Katrol dapat mengubah arah gaya yang digunakan untuk menarik atau mengangkat benda. Katrol pada prinsipnya merupakan pengungkit karena memiliki titik tumpu, kuasa, dan beban.

Ada beberapa jenis katrol yang akan kita bahasa di sini yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk.

Katrol tetap

      a.       Katrol tetap

Katrol tetap adalah katrol yang posisinya tidak berubah. Katrol ini dipasang pada tempat tertentu. Katrol tetap yang mudah kita temui adalah katrol pada sumur timba.

Dengan menarik ujung tali yang tidak terikat pada beban, maka beban akan terangkat. Kuasa yang dibutuhkan sama dengan berat beban itu sendiri. Hanya saja, menarik beban ke atas dengan katrol lebih mudah daripada mengangkat benda secara langsung.

b.      Katrol bebas

Katrol bebas

Katrol bebas adalah katrol yang posisinya selalu berubah. Katrol bebas dapat bergerak, tidak dipasang pada tempat tertentu. Katrol ini ditempatkan di atas tali dengan beban dikaitkan pada katrol. Salah satu ujung tali diikat pada tempat yang tetap. Ujung yang lain ditarik ke atas. Akibat tarikan itu, katrol dan beban akan naik. Kuasa yang diperlukan pada katrol bebas untuk mengangkat beban lebih kecil daripada kuasa yang diperlukan pada katrol tetap.

c.       Katrol majemuk

Katrol majemuk merupakan perpaduan antara katrol tetap dan katrol bebas yang dihubungkan dengan tali. Susunannya adalah sebagai berikut. Beban dikaitkan pada katrol bebas. Salah satu ujung tali diikat pada penopang katrol tetap. Ujung tali yang lain kita tarik. Akibat tarikan itu, beban dan katrol yang bebas akan terangkat.

Katrol majemuk

4.       Roda

Roda adalah sebuah benda yang berbentuk bundar yang dapat memudahkan pekerjaan manusia dalam memindahkan barang. Bentuk yang bundar membuatnya mudah bergerak. Penggunaan roda dalam memindahkan barang sangat berguna sekali untuk mengurangi gaya gesekan. Kita  tahu bahwa gaya gesekan dapat menahan gerakan benda. Roda termasuk katrol tetap.

Roda

Penggunaan roda sangat luas. Contohnya digunakan pada gerobak, sepeda, dan mobil. Roda juga digunakan pada dasar berbagai benda agar mudah digeser-geser, misalnya pada kursi kantor atau alas lemari es.

Gaya Gesek

Arah gaya gesek yang berlawanan
dengan arah gerak benda

Pada postingan saya sebelumnya telah disinggung tentang gaya gesek. Yaitu ketika menjatuhkan 2 kertas bersama-sama. Yang satu berbentuk lembaran dan satunya lagi berbentuk gumpalan. Ternyata yang berbentuk lembaran lebih lama untuk sampai ke tanah dibanding kertas gumpalan disebabkan karena menerima gaya gesek udara lebih besar dibandingkan kertas berbentuk gumpalan.

Meskipun tidak terlihat, ternyata gaya ini sangat mempengaruhi gerak jatuh kertas tersebut. yang mana menyebabkan kertas lembaran menjadi lebih lambat dibanding kertas gumpalan. Hal ini terjadi karena gaya gesek udara menahan gaya gravitasi bumi yang bekerja pada kertas tersebut. Arah gaya gravitasi ke bawah sedangkan gaya gesek udara ke atas. Secara umum, gaya gesek bersifat menahan gerak benda. Arah gayanya berlawanan dengan arah gerak benda.

Mungkin dari kita masih kurang jelas tentang apa itu gaya gesek? Gaya gesek adalah hambatan yang terjadi ketika dua permukaan benda saling bersentuhan. Kalau kejadiannya seperti kertas di atas, berarti permukaan kertas lah yang bersentuhan dengan udara, sehingga terjadi gaya gesekan dengan udara. Lalu bagaimana jika benda padat bersentuhan dengan benda padat? Apakah terjadi gaya gesek juga? Ya, jika dua benda padat bersentuhan maka akan terjadi gaya gesek. Apakah kalian pernah menarik meja? Bagaimana rasanya? Terasa berat bukan. Berbeda jika kita menarik meja yang memiliki roda di kaki-kakinya, maka akan terasa lebih mudah dan lebih ringan.

Jika kita menarik meja tanpa roda, maka akan terasa lebih berat. Hal ini dikarenakan antara kaki-kaki meja dengan lantai terjadi gesekan, sehingga menghambat/ menahan gerakan meja dan terasa berat. Berbeda jika menarik meja yang beroda, maka akan terasa lebih ringan dan mudah disebabkan karena gaya gesek antara lantai dan meja lebih kecil sebab memiliki roda yang dapat memperkecil gaya gesek.

Gaya gesek memiliki banyak manfaat, diantaranya adalah :   

      1. Membantu benda bergerak tanpa tergelincir

Contohnya adalah ketika kita berjalan, antara kaki atau sepatu dengan lantai harus ada gesekan. Jika tidak, maka kita tidak dapat bergerak karena selalu tergelincir.

Gesekan ban dan jalan
menghentikan laju sepeda

2. Untuk menghentikan benda yang sedang bergerak

Contohnya pada saat kita mengerem sepeda. Rem karet bergesekan pada pelek sepeda sehingga roda berhenti berputar. Antara roda dengan jalan juga terjadi gesekan sehingga sepeda dapat berhenti.
3. Menahan benda-benda agar tidak bergeser

Gaya gesek mampu menahan benda agar tidak tergelincir. Termasuk juga benda-benda kita di rumah, semisal meja. Tanpa adanya gaya gesek meja mudah bergeser.

Karena manfaatnya yang begitu besar, banyak benda-benda yang direkayasa bentuknya agar memperoleh gaya gesek yang besar. Dengan maksud untuk tujuan tertentu. Untuk memperbesar gaya gesek dapat dilakukan hal-hal sebagai berikut:

Dipasang pul agar mampu 

mencengkeram kuat lapangan

    1. Memberikan lapisan karet pada sepatu. Bahan karet menghasilkan gaya gesekan yang kuat jika bersentuhan dengan permukaan jalan. Contoh lainnya adalah karet pada rem sepeda, sol sepatu, tali timba sumur, dan berbagai macam ban kendaraan.

     2. Memberikan paku-paku atau pul pada bagian bawah sepatu. Pul atau paku-paku adalah struktur seperti paku yang biasanya terdapat pada bagian bawah sepatu sepak bola. Pul ini mampu mencengkeram permukaan lapangan rumput maupun salju. Contoh lainnya adalah pada sepatu pendaki gunung bersalju.

Selain memberi manfaat, gaya gesek juga bisa merugikan. Berikut contoh-contoh kerugian yang disebabkan oleh gaya gesek.

      1. Menghambat gerakan

Sesuai dengan sifat gaya gesekan. Benda yang bergerak selalu ditahan oleh gaya gesekan. Akibatnya gerakan benda menjadi terhambat.

Roda yang aus

2. Menyebabkan aus (mengikis permukaan yang bergesekan)

Hal ini sering terjadi pada sepatu atau ban sepeda kita. Permukaan sepatu atau ban sepeda yang sudah lama akan aus (terkikis). Hal ini terjadi karena permukaannya selalu bergesekan dengan lantai atau jalan sehingga terkikis tanpa kita sadari.
3. Memboroskan energi

Agar benda bisa bergerak, maka gaya gesekan harus dilawan. Itu berarti harus ada gaya tambahan. Gaya tambahan diperoleh dari energi. Sehingga energi yang dibutuhkan juga bertambah. Contohnya kita memerlukan energi/ tenaga yang lebih kuat untuk menarik benda di atas karpet daripada benda di atas lantai yang licin.

Untuk mengurangi kerugian karena gaya gesek, maka banyak orang mencoba untuk mengecilkan gaya gesek tersebut. Beberapa hal yang dapat dilakukan untuk memperkecil gaya gesek.

      1. Memasang roda

Roda yang menggelinding memudahkan benda di atasnya untuk bergerak. Dengan menggelinding, hanya sebagian permukaan roda yang menyentuh permukaan jalan. Hal ini memperkecil gaya gesekan. Roda banyak ditemukan pada berbagai macam kendaraan. Juga pada beberapa meja atau kursi agar mudah di geser.

Laker sepeda

2. Memasang bantalan peluru

Untuk mengurangi gesekan antara roda dengan sumbu maka digunakanlah bantalan peluru. Bantalan peluru lebih sering disebut sebagai laker. Bantalan peluru atau laker adalah bola-bola dilapisi gemuk atau minyak pelumas agar bebas bergerak. Akibatnya gesekan menjadi kecil dan roda lebih bebas berputar.
3. Menghaluskan permukaan benda

Gaya gesek dapat diperkecil dengan menghaluskan permukaan benda yang bergesekan. Permukaan yang halus akan mempermudah benda bergerak.

Gaya Gravitasi Bumi

Sering kita melihat buah yang jatuh dari pohonnya. Misalkan saja mangga di musim berbuahnya. Di pagi hari kita banyak mendapatkannya sudah berada di tanah tepat di bawah pohonnya. Seringkali juga kita melihat berita di televisi, adanya pesawat yang jatuh ketika terjadi cuaca yang buruk di atmosfer. Mungkin yang lebih sering terjadi pada kita adalah sesuatu yang kita pegang ternyata lepas dan jatuh ke tanah. Kesemua contoh di atas menunjukkan bahwa semua yang jatuh pasti akan menuju ke tanah, ke permukaan bumi. Bukan malah melayang ke langit.

Jatuhnya benda-benda ke permukaan bumi dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Gaya ini sering disebut sebagai gaya tarik bumi. Hal ini dikarenakan gaya ini selalu menarik semua benda menuju permukaan bumi.

Gaya gravitasi bumi mempengaruhi semua benda di permukaan bumi atau di dekatnya. Bahkan bulan pun terpengaruh oleh gaya ini. Gaya gravitasi bumi menyebabkan benda-benda memiliki berat sehingga tidak melayang di udara dan tidak terlempar ke angkasa.

Kekuatan gaya gravitasi bumi terhadap benda dipengaruhi oleh jarak benda dari pusat bumi. Semakin jauh letak benda dari pusat bumi, maka gaya gravitasinya semakin kecil. Misalkan saja astronot. Ketika astronot telah berada di luar angkasa, maka astronot akan terasa lebih ringan dan melayang-layang. Hal ini dikarenakan tidak ada gaya gravitasi bumi yang berpengaruh padanya, karena jarak astronot terhadap pusat bumi sudah sangat jauh, sehingga mereka tidak memiliki berat dan dapat melayang-layang.

Berbeda dengan benda yang berada dekat dengan permukaan bumi. Benda yang dekat dengan permukaan bumi akan memiliki berat dan apabila jatuh, maka gerak jatuh benda tersebut semakin cepat apabila benda telah mendekati tanah. Dan setelah benda berada di tanah, maka benda tersebut akan tetap berada di tempatnya karena gaya gravitasi tetap bekerja.

Pernahkah kalian menjatuhkan kapas dan batu bersama-sama? Pernahkah kalian menjatuhkan dua kertas bersama-sama, yang satu berbentuk lembaran dan satunya diremas berbentuk gumpalan dengan berat yang sama? Jika kalian pernah melakukan pasti kalian mendapati bahwa batu lebih dulu mencapai tanah dibandingkan kapas. Dan juga gumpalan kertas lebih dulu dibandingkan selembar kertas. Mengapa bisa demikian? Ada yang bilang bahwa berat lah yang menyebabkan kedua benda tersebut berselang ketika mencapai tanah. Berat lah yang menyebabkan kecepatan jatuh kedua benda tersebut berbeda. Mungkin untuk batu dan kapas terlihat beralasan dan masuk akal karena selisih berat kedua benda tersebut jauh. Sehingga seakan-akan beratlah yang menentukan perbedaan kecepatan jatuh kedua benda tersebut. Tetapi untuk kertas yang berbentuk lembaran dan gumpalan, perbedaan berat tersebut tidak dapat diterima dan tidak bisa menjadi alasan yang menyebabkan kecepatan jatuh kedua kertas tersebut berbeda. Karena kedua kertas tersebut memiliki berat yang sama. Yang berbeda hanyalah bentuknya, yang satu berbentuk lembaran dan satunya berbentuk gumpalan. Nah, dapat disimpulkan bahwa berat suatu benda tidak mempengaruhi kecepatan jatuh suatu benda, tidak mempengaruhi gaya gravitasi bumi sebagai pemicu benda jatuh dan memiliki kecepatan jatuh. Akan tetapi bentuklah yang berpengaruh pada kecepatan jatuh benda. Mengapa bentuk? Bukannya berat benda?

Jika kita melihat dua kertas yang sama beratnya, yang satu berbentuk lembaran dan satunya berbentuk gumpalan jatuh bersama-sama. Maka didapatkan gumpalan kertas lah yang jatuh duluan ke tanah. Hal ini dikarenakan luas permukaan gumpalan kertas lebih kecil dibandingkan kertas lembaran. Sehingga, gesekan udara terhadap gumpalan kertas lebih kecil dibandingkan terhadap kertas lembaran. Kertas yang berbentuk lembaran akan mendapatkan gaya gesek udara yang lebih besar, karena luasan yang lebih besar dan lebar, gaya gesek ini bersifat menahan dan berlawanan dengan arah gaya gravitasi, sehingga gerak jatuh kertas lembaran akan lebih lambat dibandingkan kertas gumpalan.

Bagaimana jika bumi tidak memiliki gaya gravitasi? Sudah tentu kita akan melayang-layang dan terlempar ke ruang angkasa, karena kita tidak memiliki berat. Tidak hanya kita manusia, benda hidup maupun benda mati lainnya juga akan seperti itu. Sungai, danau, dan lautan akan mengering karena air dengan mudah menghilang ke angkasa. Lapisan atmosfer bumi yang terdiri dari berbagai macam gas akan habis terbang ke angkasa. Batu-batu akan beterbangan seperti halnya balon gas yang terus menuju angkasa.