Hidup Lebih Efisien dengan 6 Pesawat Sederhana

sekrup

Pada prinsipnya pengertian pesawat adalah alat untuk memudahkan melakukan usaha, di mana besarnya usaha yang dilakukan tetap. Saat mendengar kata pesawat, orang sering berpikiran tentang pesawat terbang, pesawat televisi, dan pesawat telepon. Memang benar bahwa apa yang baru saja disebutkan adalah termasuk pesawat, akan tetapi pesawat tersebut merupakan pesawat yang rumit. Dalam bagian ini kita akan mempelajari pesawat sederhana. Dalam kehidupan sehari- hari, kita sering menggunakan pesawat sederhana. Semua pesawat baik pesawat rumit maupun pesawat sederhana pada prinsipnya merupakan alat untuk mempermudah melakukan usaha.

Pesawat sederhana adalah alat mekanik yang dapat mengubah arah atau besaran dari suatu gaya. Secara umum, alat-alat ini bisa disebut sebagai mekanisme paling sederhana yang memanfaatkan keuntungan mekanik (atau leverage) untuk menggandakan gaya atau memperbanyak kekuatan. Sebuah pesawat sederhana menggunakan satu gaya kerja untuk bekerja melawan satu gaya beban. Dengan mengabaikan gaya gesek yang timbul, maka kerja yang dilakukan oleh beban besarnya akan sama dengan kerja yang dilakukan pada beban.

Biasanya istilah pesawat sederhana mengacu pada beberapa mesin sederhana klasik yang didefinisikan oleh para ilmuwan Renaissance:

  • Bidang miring                                                 = inclined plane/ramp
  • Baji [bidang miring yg bergerak]       =       wedge
  • Sekrup [bidang miring yg melingkar]             = screw
  • Tuas atau pengungkit                         = lever
  • Roda dan poros                                   = wheel and axle
  • Katrol atau kerekan                            = pulley/windlass

 

Pengelompokan di atas bisa fleksibel, artinya baji dan sekrup masih bisa dikelompokkan ke dalam kategori bidang miring, karena prinsip yang dipakai sama dengan prinsip bidang miring. Hanya saja, baji dan sekrup merupakan bidang miring yang telah mengalami modifikasi.

Kerja yang timbul adalah hasil gaya dan jarak. Jumlah kerja yang dibutuhkan untuk mencapai sesuatu bersifat konstan, walaupun demikian jumlah gaya yang dibutuhkan untuk mencapai hal ini dapat dikurangi dengan menerapkan gaya yang lebih sedikit terhadap jarak yang lebih jauh. Dengan kata lain, peningkatan jarak akan mengurangi gaya yang dibutuhkan. Rasio antara gaya yang diberikan dengan gaya yang dihasilkan disebut keuntungan mekanik.

 

PENGERTIAN PESAWAT SEDERHANA

Semua jenis alat yang digunakan untuk memudahkan pekerjaan manusia disebut pesawat. Kesederhanaan dalam penggunaannya menyebabkan alat-alat tersebut dikenal dengan sebutan pesawat sederhana. Gabungan beberapa pesawat sederhana dapat membentuk pesawat rumit, contohnya mesin cuci, sepeda, mesin, mobil, dan lain-lain. Selain bertujuan untuk memudahkan pekerjaan, pesawat sederhana juga dapat membuat pekerjaan menjadi lebih cepat diselesaikan.

Pesawat sederhana merupakan dasar dari semua mesin-mesin lain yang lebih kompleks. Sebagai contoh, pada mekanisme sebuah sepeda terdapat roda, pengungkit, serta katrol. Keuntungan mekanik yang didapat oleh pengendaranya merupakan gabungan dari semua pesawat sederhana yang ada dalam sepeda tersebut.

Sebuah pesawat sederhana menggunakan gaya tunggal untuk melakukan pekerjaan melawan kekuatan beban tunggal. Mengabaikan kerugian gesekan, kerja yang dilakukan pada beban adalah sama dengan gaya yang dilakukan. Mesin ini dapat meningkatkan jumlah tenaga output, pada biaya penurunan proporsional dalam jarak yang ditempuh oleh beban. Rasio output ke gaya yang diterapkan disebut keuntungan mekanis.

Semua pesawat sederhana (tuas, katrol, bidang miring, dan gear) berfungsi untuk mengubah satu bentuk energi menjadi energi dalam bentuk lain. Menurut hukum kekekalan energi, energi yang masuk sama dengan energi yang keluar. Walaupun demikian, tidak seluruh energi yang keluar bisa dimanfaatkan. Perbandingan antara energi keluaran (output) yang bermanfaat dengan energi masukan (input) disebut sebagai efisiensi. Jadi, efisiensi = energi keluaran bermanfaat /energi masukan total.

 

SEJARAH PESAWAT SEDERHANA

Ide pertama sebuah mesin sederhana berasal dari filsuf Yunani Archimedes sekitar abad ke-3 SM, yang mempelajari mesin sederhana Archimedean: tuas, katrol, dan sekrup. Ia menemukan rumus prinsip untuk mencari keuntungan mekanis pada tuas atau pengungkit. Pernyataan terkenal Archimedes sehubungan dengan tuas: “Give me a place to stand on, and I will move the Earth” atau ” Beri aku tempat untuk berdiri, dan aku akan menggerakkan bumi” yang mengekspresikan realisasi bahwa tidak ada batasan untuk jumlah gaya amplifikasi yang dapat dicapai dengan menggunakan keuntungan mekanis.

Kemudian filsuf-filsuf Yunani mengidentifikasi lima pesawat sederhana klasik (tidak termasuk bidang miring) dan mampu menghitung kira-kira keuntungan mekanisnya (meskipun perhitungan untuk baji dan sekrup tidak terlalu akurat dikarenakan gaya geseknya yang besar). Sebagai contoh, Heron dari Alexandria (sekitar 10-75 M) dalam karyanya Mechanics mendaftar lima mekanisme yang bisa “mengatur beban dalam gerakan”, yaitu: tuas, mesin kerek, katrol, baji, dan sekrup, dan menggambarkan cara pembuatan (fabrikasi) dan penggunaannya. Namun pemahaman orang-orang Yunani terbatas pada statika mesin sederhana, yaitu keseimbangan kekuatan, tapi tidak termasuk dinamika, yaitu kompromi antara gaya dan jarak, atau konsep kerja.

 

JENIS PESAWAT SEDERHANA

Pesawat sederhana dikelompokkan menjadi empat jenis, yaitu bidang miring, tuas, katrol, dan roda berporos.

BIDANG MIRING

bidang miring

Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut, yang bukan sudut tegak lurus, terhadap permukaan horizontal. Penerapan bidang miring dapat mengatasi hambatan besar dengan menerapkan gaya yang relatif lebih kecil melalui jarak yang lebih jauh, dari pada jika beban itu diangkat vertikal. Dalam istilah teknik sipil, kemiringan (rasio tinggi dan jarak) sering disebut dengan gradien. Bidang miring adalah salah satu pesawat sederhana yang umum dikenal. Bidang miring tidak menciptakan usaha.

Bidang Miring yang Tidak Bergerak

Bidang miring adalah permukaan rata yang menghubungkan dua tempat yang berbeda ketinggiannya. Bidang miring memiliki keuntungan yaitu kita dapat memindahkan benda ke tempat yang lebih tinggi dengan gaya yang lebih kecil. Namun demikian, bidang miring juga memiliki kelemahan, yaitu jarak yang ditempuh untuk memindahkan benda menjadi lebih jauh.

Bidang Miring yang Bergerak

Prinsip kerja bidang miring juga dapat ditemukan pada beberapa perkakas, contohnya: kampak, pisau, pahat, obeng, dan sekrup.

Dalam bidang miring berlaku beberapa hal berikut: a. makin landai bidang miring, maka makin kecil gaya yang dibutuhkan, akan tetapi jalan yang dilalui lebih panjang. b. makin curam suatu bidang miring, maka makin besar gaya yang dibutuhkan, akan tetapi jalan yang dilalui lebih pendek.

Dalam keseharian bidang miring ini dapat dijumpai dalam hal berikut: a. tangga naik suatu bangunan bertingkat-tingkat dan berkelok-kelok untuk memperkecil gaya b. jalan di pegunungan berkelok-kelok supaya mudah dilalui c. ulir sekrup yang bentuknya menyerupai tangga melingkar d. baji (pisau, cutter, kampak, dll) e. dongkrak juga merupakan suatu contoh bidang miring karena menggunakan prinsip sekrup f. untuk menaikkan drum ke atas truk menggunakan papan kayu yang dimiringkan.

 

TUAS/PENGUNGKIT

tuas

Tuas (lever, dalam Bahasa Inggris) atau pengungkit adalah salah satu pesawat sederhana yang digunakan untuk mengubah efek atau hasil dari suatu gaya. Hal ini dimungkinkan terjadi dengan adanya sebuah batang ungkit dengan titik tumpu (fulcrum), titik gaya (force), dan titik beban (load) yang divariasikan letaknya. Contoh penggunaan prinsip pengungkit adalah gunting, linggis, dan gunting kuku.

Terdapat tiga titik yang menggunakan gaya ketika kita mengungkit suatu benda, yaitu beban (B), titik tumpu (TT), dan kuasa (K). Beban merupakan berat benda, sedangkan titik tumpu merupakan tempat bertumpunya suatu gaya. Gaya yang bekerja pada tuas disebut kuasa.

Berdasarkan posisi atau kedudukan beban, titik tumpu, dan kuasa, tuas digolongkan menjadi tiga, yaitu tuas golongan pertama, tuas golongan kedua, dan tuas golongan ketiga.

1 Tuas Golongan Pertama

Pada tuas golongan pertama, kedudukan titik tumpu terletak di antara beban dan kuasa.

Contoh tuas golongan pertama ini di antaranya adalah palu, gunting, tang, linggis, jungkat-jungkit, timbangan, gunting kuku, dan alat pencabut paku.

2 Tuas Golongan Kedua

Pada tuas golongan kedua, kedudukan beban terletak di antara titik tumpu dan kuasa.

Contoh tuas golongan kedua ini di antaranya adalah gerobak beroda satu, alat pemotong kertas, dan alat pemecah kemiri, pembuka tutup botol.

3 Tuas Golongan Ketiga

Pada tuas golongan ketiga, kedudukan kuasa terletak di antara titik tumpu dan beban.

Contoh tuas golongan ketiga ini adalah sekop yang biasa digunakan untuk memindahkan pasir, penjepit roti, pisau, pemotong kertas, dan pinset.

 

KATROL

katrol

Katrol adalah suatu roda dengan bagian berongga di sepanjang sisinya untuk tempat tali atau kabel. Katrol biasanya digunakan dalam suatu rangkaian yang dirancang untuk mengurangi jumlah gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat suatu beban. Walaupun demikian, jumlah usaha yang dilakukan untuk membuat beban tersebut mencapai tinggi yang sama adalah sama dengan yang diperlukan tanpa menggunakan katrol. Besarnya gaya memang dikurangi, tapi gaya tersebut harus bekerja atas jarak yang lebih jauh. Usaha yang diperlukan untuk mengangkat suatu beban secara kasar sama dengan berat beban dibagi jumlah roda. Semakin banyak roda yang ada, sistem semakin tidak efisien, karena akan timbul lebih banyak gesekan antara tali dan roda. Katrol adalah salah satu dari enam jenis pesawat sederhana.

Tidak ditemukan catatan mengenai kapan dan oleh siapa katrol pertama kali dikembangkan, tapi kemungkinan besar berasal dari Eurasia. Bagian dasar pembentuk sistem katrol, roda, ditemukan beberapa waktu setelah penemuan di Eurasia pada masyarakat di belahan barat, Afrika sub-Sahara, dan Australia. Dipercayai juga bahwa Archimedes mengembangkan rangkaian sistem katrol pertama, sebagaimana dicatat oleh Plutarch.

Katrol merupakan roda yang berputar pada porosnya. Biasanya pada katrol juga terdapat tali atau rantai sebagai penghubungnya. Berdasarkan cara kerjanya, katrol merupakan jenis pengungkit karena memiliki titik tumpu, kuasa, dan beban. Katrol digolongkan menjadi tiga, yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk.

1 Katrol Tetap

Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berpindah pada saat digunakan. Katrol jenis ini biasanya dipasang pada tempat tertentu. Katrol yang digunakan pada tiang bendera dan sumur timba adalah contoh katrol tetap.

2 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.

3 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

 

RODA BERPOROS

roda

Roda adalah obyek berbentuk lingkaran, yang bersama dengan sumbu, dapat menghasilkan suatu gerakan dengan gesekan kecil dengan cara bergulir. Contoh umum ditemukan dalam penerapan dalam transportasi. Istilah roda juga sering digunakan untuk obyek-obyek berbentuk lingkaran lainnya yang berputar seperti kincir air.

Kapan dan di mana roda ditemukan masih merupakan sebuah pertanyaan. Tetapi, secara umum diyakini roda dimulai dari batang kayu yang digelindingkan. Dari sana, roda menjadi penampang lintang batang kayu, roda yang cukup berat dan mudah pecah namun setidaknya dapat menggelinding. Piktograf yang berasal dari Sumaria, sekitar tahun 3500 SM menggambarkan roda pertama adalah tiga papan yang disatukan dan dipahat membentuk lingkaran. Ini jelas cara yang lebih mudah untuk membuat roda dibandingkan dengan lempengan utuh, mengingat roda lebih dulu ada dibandingkan jalan.

Roda berporos merupakan roda yang dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar bersama-sama. Roda berporos merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang banyak ditemukan pada alat-alat seperti setir mobil, setir kapal, roda sepeda, roda kendaraan bermotor, dan gerinda.

As atau poros adalah pusat atau sumbu dari suatu lingkaran atau roda kendaraan bermotor ataupun tidak bermotor. Pada roda mobil, as dilengkapi dengan bantalan agar putarannya menjadi licin serta perangkat untuk meredam kejutan yang dikenal sebagai shock absorber atau suspensi.

 

GIR atau GEAR

Gir adalah sepasang atau lebih roda bergigi yang saling berhubungan yang berfungsi meneruskan gaya dan gerakan pada sebuah mesin. Perhatikan rangkaian gir pada sebuah sepeda. Sepeda tersusun atas gir depan dan gir belakang. Gir depan lebih besar sehingga jari-jarinya lebih panjang dan tentu memiliki putaran lebih lambat. Gir belakang terdiri dari beberapa gir yang dapat dipindahkan, dengan jari-jari lebih pendek sehingga putarannya lebih cepat. Perbedaan kecepatan gir kecil dan gir besar menghasilkan perbedaan gaya yang lebih besar melalui roda. Itulah sebabnya gir depan dan gir belakang pada sepeda dibuat tidak sama.

Dengan gaya yang kecil yang Anda berikan pada sepeda melalui pengayuh, akan didapatkan gaya yang lebih besar pada roda sepeda bagian belakang. Jadi, untuk memperoleh gaya yang lebih besar, maka gir depan harus lebih besar daripada gir belakang. Apabila gir depan sama dengan gir belakang, maka tidak terjadi pelipat gandaan gaya yang dihasilkan oleh roda sepeda.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *