Pesawat Sederhana: Jenis, Rumus, Gambar & Soal

Dalam menjalankan aktivitasnya, manusia tentu ingin agar setiap usaha dapat dilakukan dengan mudah. Untuk memudahkan setiap usaha yang dilakukan maka manusia menciptakan alat bantu berupa pesawat sederhana. Ada banyak contoh aplikasi alat bantu ini dalam kehidupan sehari-hari.

Pengertian Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana merupakan alat yang digunakan oleh manusia untuk membantu memudahkan pekerjaan dalam kehidupan sehari-hari. Penggunaan pesawat sederhana dapat memberikan keuntungan mekanik karena beban yang berat dapat diatasi dengan gaya kuasa yang lebih sedikit.

Secara umum, pesawat sederhana dibedakan ke dalam 4 jenis yakni katrol, roda gigi, bidang miring dan juga tuas. Keempat jenis pesawat sederhana ini bisa ditemukan dalam kehidupan sehari-hari baik di rumah hingga pada pekerjaan khusus yang membutuhkan peralatan pesawat sederhana.

Di dalam pesawat sederhana terdapat konsep yang disebut sebagai keuntungan mekanis (KM). Keuntungan mekanis (KM) merupakan bilangan yang digunakan untuk menunjukkan berapa kali pesawat sederhana mampu menggandakan gaya kuasa yang diberikan untuk mengangkat gaya beban.

Jenis Pesawat Sederhana

1. Katrol

Ketika berbicara mengenai katrol, hal pertama yang terlintas tentu saja aplikasi katrol pada timba sumur. Padahal, selain untuk mengangkut air dari sumur, aplikasi katrol juga banyak ditemukan pada pekerjaan pembangunan gedung tinggi oleh tukang bangunan.

Tukang bangunan memanfaatkan sebuah katrol untuk mengangkut bahan yang dibutuhkan untuk menembok seperti campuran pasir dan semen. Dengan adanya katrol, tukang tidak perlu mengangkut bahan secara manual dengan menaiki tangga.

Ada 3 jenis katrol yang biasa digunakan yakni katrol tetap tunggal, katrol tunggal bebas dan katrol majemuk.

• Katrol Tetap

Katrol tetap adalah jenis katrol yang paling sering ditemukan terutama untuk penggunaan skala rumahan seperti pada sumur timba. Katrol tetap memiliki keuntungan mekanis sebesar 1. Sehingga pada katrol tetap tunggal, gaya kuasa yang diberikan akan senilai dengan kemampuan dalam menarik gaya beban.

Katrol tetap berfungsi untuk merubah arah gaya. Ketika tali yang terhubung ke katrol ditarik ke arah bawah maka timba berisi air dari dalam sumur dapat naik ke atas.

Keterangan dari Gambar 1. Katrol Tetap:

W = Gaya beban (N)
F = Gaya kuasa (N)
A = Lengan kuasa
B = Lengan beban
Titik di tengah adalah titik tumpu

• Katrol Bebas

Katrol bebas merupakan jenis katrol yang berfungsi melipatkan gaya agar gaya pada kuasa yang diberikan bisa lebih kecil dibandingkan gaya beban. Katrol bebas dapat ditemukan pada pelabuhan yang dimanfaatkan untuk mengangkut peti kemas.

Katrol bebas memiliki keuntungan mekanis sebanyak 2. Dengan keuntungan mekanis sebesar 2, maka dengan gaya kuasa sebanyak 1 N dapat mengangkat beban sebesar 2 N.

Keterangan dari Gambar 2. Katrol Bebas:

W = Beban (N)
F = Gaya kuasa (N)
A = Lengan kuasa
B = Lengan beban
O = Titik tumpu

• Katrol Majemuk

Katrol majemuk digunakan untuk membantu meringankan gaya kuasa yang harus diberikan untuk mengangkut beban. Katrol majemuk dibuat dengan menggabungkan katrol tetap dan juga katrol bebas yang kemudian dirangkai ke dalam satu sistem terpadu.

Keuntungan mekanis menggunakan katrol mejamuk sama dengan jumlah tali yang digunakan untuk menyokong gaya beban. Berdasarkan Gambar 3. di atas, keuntungan mekanis dari katrol majemuk sebesar 4 (tali kuasa tidak ikut dihitung).

Katrol majemuk umum dimanfaatkan di bidang industri untuk mengangkut benda yang berat.

2. Roda Berporos

Prinsip roda berporos dapat ditemukan pada gigi-gigi roda sepeda. Gigi roda pada sepeda digunakan untuk memutar roda belakang sepeda. Kayuhan kaki akan memberikan gaya untuk memutar roda berporos.

Roda berporos juga banyak ditemukan pada kendaraan roda dua lainnya seperti sepeda motor. Roda gigi (gear) berfungsi sebagai pusat pengatur gerakan roda kendaraan yang terhubung langsung dengan roda.

Sementara roda kendaraan seperti sepeda menerapkan konsep roda berporos untuk mempercepat gaya ketika berjalan. Roda berporos juga bisa ditemukan di sepatu roda, mobil dan kursi roda.

3. Bidang Miring

Pengaplikasian bidang miring dalam kehidupan sehari-hari sangat mudah ditemukan terutama saat memindahkan barang berat ke tempat yang lebih tinggi.

Sebagai contoh, ketika seorang pengantar barang ingin menurunkan atau menaikkan barang ke truk yang tinggi, biasa akan digunakan papan kayu yang diletakkan dari atas bak mobil ke tanah. Papan yang berperan sebagai bidang miring ini akan memudahkan pekerjaan memindahkan kotak.

Penggunaan papan miring tersebut adalah salah satu contoh aplikasi bidang miring dalam pesawat sederhana. Contoh barang yang menerapkan prinsip bidang miring seperti pisau, tangga dan sekrup.

4. Pengungkit

Salah satu pesawat sederhana yang paling banyak dimanfaatkan di kehidupan sehari-hari adalah pengungkit. Pengungkit dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan variasi letak titik tumpu, lengan beban dan lengan kuasa.

• Pengungkit Jenis Pertama

Terdiri dari Gaya kuasa (Fk) – Tumpuan – Gaya beban (Fb). Contoh pengungkit jenis pertama adalah gunting.

• Pengungkit Jenis Kedua

Terdiri dari Gaya kuasa (Fk) – Gaya beban (Fb – Tumpuan). Contoh pengungkit jenis kedua adalah pembuka tutup botol.

• Pengungkit Jenis Ketiga

Terdiri dari Gaya beban (Fb)- Gaya kuasa (Fk) – Tumpuan. Contoh pengungkit jenis ketiga adalah pinset.

Rumus Pesawat Sederhana

1. Bidang Miring

Keuntungan mekanis pada bidang miring menggunakan rumus berikut:

KM = Gaya Beban (Fb)/Gaya Kuasa (Fk)

Pada gambar di atas terlihat bahwa segitiga besar sebangun dengan segitiga kecil maka:

2. Pengungkit

Agar tercapai kesetimbangan tuas: Fb x Lb = Fk x Lk

Contoh Soal Pesawat Sederhana

• Contoh 1

Seorang tukang bangunan ingin mengangkat beban seberat 200 N menggunakan katrol bebas. Hitung berapa gaya angkat yang dibutuhkan untuk dapat mengangkat beban berat tersebut!

• Contoh 2

Seorang ibu memanfaatkan katrol tetap di rumahnya untuk mengangkut air dari dalam sumur timba. Beban air yang harus diangkut seberat 75 N. Hitung besar gaya angkat yang harus dikeluarkan oleh ibu agar beban dapat terangkat ke atas.

Melakukan pekerjaan secara manual tanpa adanya bantuan alat tentu sangat menyulitkan. Sebagai contoh, memaku atau mencabut paku yang menancap di dinding tentu dibutuhkan alat bantu khusus agar pekerjaan menjadi lebih mudah. Berbagai alat bantu yang digunakan disebut sebagai pesawat sederhana.