Tekanan dan Pesawat Sederhana ( 2 )

 

Pesawat Sederhana

     udah baca yang ini ? 

    Tujuan dari memahami ilmu mekanika nantinya adalah mampu merancang sistem yang memiliki keuntungan mekanik (mechanical advantage). Besarnya tenaga atau perpindahan yang dihasilkan dari sistem itu (kita sebut tenaga output) harus lebih besar dari tenaga atau perpindahan yang diberikan kepada sistem tersebut (kita sebut tenaga intput yang pada umumnya berupa tenaga manusia).

Sistem pesawat yang paling sederhana adalah sistem tuas/pengungkit. Ciri sistem tuas/pengungkit ditandai dengan adanya sisi lengan pendek yang akan kontak dengan obyek (sisi output), dan sisi lengan panjang yang berhubungan langsung dengan tangan manusia (sisi input).

Berikut diperlihatkan empat contoh sistem yang memiliki prinsip kerja serupa dengan tuas/pengungkit: gunting kawat, palu untuk menarik paku, linggis dengan tugas yang hampir sama dengan palu dan gunting kuku. Lihat kesamaan satu dengan yang lain yaitu adanya lengan pendek (L1) dan lengan panjang (L2).

A. Pengungkit

Pengungkit atau disebut juga tuas merupakan pesawat sederhana yang paling sederhana. Pengungkit ini terdiri dari sebuah batang kaku (misalnya logam, kayu, atau batang bambu) yang berotasi di sekitar titik tetap yang dinamakan titik tumpu. Selain titik tumpu yang menjadi tumpuan bagi pengungkit, ada dua titik lain pada pengungkit, yaitu titik beban dan titik kuasa. Titik beban merupakan titik dimana kita meletakkan atau menempatkan beban yang hendak diangkat atau dipindahkan, sedangkan titik kuasa merupakan titik dimana gaya kuasa diberikan untuk mengangkat atau memindahkan beban. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar di samping.

 

Berdasarkan posisi ketiga titik (titik tumpu, titik beban, dan titik kuasa) tersebut, pengungkit dapat dibedakan jenisnya menjadi tiga tipe atau tiga kelas, yaitu pengungkit jenis pertama, pengungkit jenis kedua, dan pengungkit jenis ketiga.

1. Pengungkit Jenis Pertama

Pengungkit jenis pertama (disebut juga pengungkit kelas 1) memiliki letak titik tumpu (T) yang berada diantara titik beban (B) dan titik kuasa (K). Bentuk ini adalah bentuk dasar atau bentuk paling umum dari sebuah pengungkit. Contohnya adalah jungkat-jungkit, gunting, tang, palu, linggis, dan sejenisnya. Contoh-contoh dari pengungkit jenis pertama diperlihatkan pada berikut ini.

 

 

 

 

 

3. Pengungkit Jenis Ketiga

            Pengungkit jenis ketiga (disebut juga pengungkit kelas 3) memiliki letak titik kuasa (K) yang berada diantara titik beban (B) dan titik tumpu (T). Contoh pemanfaatan pengungkit jenis ketiga diantaranya pinset, stapler, alat pancing, termasuk lengan Anda, dan sejenisnya. Contoh-contoh dari dari pengungkit jenis ketiga diperlihatkan pada berikut.

 

Pengungkit dapat meringankan usaha kita dalam memindahkan benda. Adapun yang menjadi pertanyaan adalah, seberapa besar keuntungan mekanis yang akan kita peroleh dari penggunaan pengungkit? Sebelum melangkah lebih jauh, mari kita pahami bersama, apa yang dimaksud dengan keuntungan mekanis? Secara definisi, keuntungan mekanis merupakan suatu bilangan yang menyatakan pelipatgandaan hasil dari suatu pesawat sederhana terhadap gaya atau jarak perpindahannya. Artinya, suatu pesawat sederhana memiliki nilai keuntungan mekanis sama dengan 2 (dua) apabila gaya yang diperlukan untuk memindahkan sebuah beban adalah setengah dari beban tersebut. Contohnya, untuk memindahkan sebuah batu seberat 200 newton dengan menggunakan sebuah pengungkit diperlukan gaya sebesar 100 newton, maka keuntungan mekanis yang diberikan oleh pengungkit itu adalah 2 (dua).

Dalam pengungkit, besar keuntungan mekanis yang dihasilkan sangat bergantung dari posisi titik tumpu, titik kuasa, dan titik bebannya. Untuk memahami lebih lanjut, marilah kita perhatikan komponen-komponen sebuah pengungkit, pada di bawah ini.

 

 

 

 

Gambar di atas menunjukkan sebuah batang (pengungkit) yang dipergunakan untuk memindahkan sebuah batu. Komponen-komponen yang terdapat dalam sebuah pengungkit diantaranya:

• Titik kuasa (K) yaitu bagian ujung pengungkit yang diberi gaya kuasa untuk mengangkat beban.
• Titik beban (B), yaitu bagian ujung pengungkit yang digunakan untuk mengangkat atau memindahkan benda yang hendak diangkat atau dipindahkan.
• Titik tumpu (T), yaitu bagian pengungkit yang menjadi posisi tumpuan atau penyangga. Letak titik tumpu ini beragam, ada yang ditengah-tengah bagian pengungkit, ada pula yang di bagian ujungnya, bergantung jenis pengungkit.
• Lengan kuasa (Lk), yaitu jarak antara titik kuasa dengan titik tumpu.
• Lengan beban (Lb), yaitu jarak antara titik beban dengan titik tumpu
• Gaya berat beban (Fb),yaitu gaya berat yang ditimbulkan beban pada pengungkit.
• Gaya kuasa (Fk), yaitu gaya yang diperlukan untuk mengangkat atau memindahkan beban.

        Semakin jauh jarak kuasa dari titik tumpu, maka semakin kecil gaya kuasa yang diperlukan untuk memindahkan/mengangkat sebuah beban. Demikian pula semakin dekat beban dari titik tumpu, maka semakin kecil gaya kuasa yang diperlukan. Secara matematis, hubungan gaya kuasa, gaya berat beban, lengan kuasa, dan lengan beban dinyatakan oleh persamaan:

Besar keuntungan mekanis (KM) pada pengungkit merupakan perbandingan antara berat beban (B) dan gaya kuasa (F) atau perbandingan antara lengan kuasa (Lk) dan lengan beban (Lb).

 

Contoh Soal:

            Sebuah benda akan diangkat dengan menggunakan pengungkit seperti tanpak pada gambar berikut. Benda tersebut memiliki berat sebesar 1200 newton. Bila pengungkit tersebut panjangnya adalah 3 meter, dan jarak antara beban ke titik tumpu adalah 1 meter, berapakah gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban tersebut? Berapa keuntungan mekanis yang diberikan oleh pengungkit?

 

 

Penyelesaian:

Diketahui:  Fb = 1200 N

  Lb = 1 m

  Lk = L – Lb = 3 m – 1 m = 2 m

Ditanya:          Fk = ?

Jawab:           

Jadi, gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban seberat 1200 N tersebut adalah sebesar 600 N. Keuntungan mekanis yang diberikan atau dihasilkan oleh pengungkit adalah 2.

 

 

EVALUASI

   I.            Pilihlah jawaban yang tepat!

      1.Apakah yang dimaksud dengan tekanan.

            a. Gaya tiap satuan luas          c. Gaya tiap satuan volume

            b. Massa tiap satuan luas         d. Massa tiap satuan volume

      2. Tekanan di dalam fluida bekerja ke ....

    a. atas              b. bawah          c. samping        d. segala arah

3. Mesin-mesin hidrolik berdasarkan pada....

    a. gaya apung         b. hukum Charles       

    c. hukum Boyle       d.prinsip Pascal

4. Gaya apung terhadap sebuah benda sama dengan berat ....

    a. benda itu                                         c. wadah fluida

    b. fluida yang dipindahkan                 d. seluruh fluida

5.Satuan tekanan adalah ....

    a. N/m²                        c. kg/m²

    b. N.m                         d. kg.m

   6. Batang korek api yang dijepit, tekanan pada ujung satu terasa  lebih besar daripada ujung yang ada gumpalannya. Hal ini dikarenakan ....

a. bidang sentuh lebih kecil

b. gaya yang bekerja lebih besar

c. massa lebih kecil

d. massa lebih besar

7. Bejana di bawah ini diisi dengan air yang volumenya sama, bejana manakah yang akan memberikan tekanan terbesar pada sisi bawahnya !

a. Semua bejana memberikan tekanan yang sama besar. Karena volume air dalam bejana sama maka tekanan yang diberikan pada sisi bawahnya juga akan sama.

b. Semua bejana memberikan tekanan yang sama besar. Karena kedua zat cair memiliki massa jenis yang sama.

c.Tekanan pada dasar bejana A lebih besar dari yang lain karena memiliki luas penampang yang lebih kecil.

d.Tekanan pada dasar bejana B lebih besar dari yang lain karena dengan luas penampang yang besar menyebabkan tekanan yang besar juga

8.      Perhatikan gambar berikut!

            

  

 

 

Keempat balok di atas diletakkan di atas meja dan diberi gaya yang sama. Tekanan yang paling besar diberikan oleh balok nomor ....

a. 1                 b 2                      c. 3                        d. 4

9.      Tekanan udara diukur dengan alat yang disebut...

            a. Hidrometer.                  c. Pompa udara

            b. Barometer                     d. Altimeter

10      

Bejana berhubungan di bawah ini diisi air. Bagaimanakah tekanan zat cair yang dialami oleh titik A, B, C dan D.

a. Tekanan di A paling besar, karena menopang air yang paling banyak pada bagian atasnya

b.Tekanan di D paling besar, karena luas penampang bejana ke bawah semakin kecil, semakin kecil luas penampang maka tekanannya semakin besar.

c. Tekanan pada semua titik adalah sama, karena kedalamannya sama.

d.Tekanan pada B dan C lebih besar dari yang lain, karena selain mendapat tekanan total dari atas juga mendapatkannya dari arah samping.

11. Sebuah balok berukuran 10 cm × 5 cm ×4 cm terletak di lantai. Tekanan yang dihasilkan besar, bila bagian yang menyentuh lantai adalah ....

a. 10 cm × 5 cm                       c. 5 cm × 4 cm

b. 10 cm × 4 cm                      d. paling luas

12.Tempat manakah yang lebih baik digunakan untuk belajar berenang agar badan kita lebih mudah terapung, di pantai atau di sungai ?

a. Sama saja, karena kemampuan kita untuk terapung tidak tergantung dari tempat dan jenis cairan dimana kita belajar berenang.

b. Sungai, karena di sungai tidak ada arus air yang kencang sedangkan laut memiliki arus yang kencang dan kita akan mudah terseret arus.

c.  Pantai, karena massa jenis airnya lebih besar,. kita akan lebih mudah terapung dan baik digunakan untuk belajar berenang.

d   Pantai, arus pantai akan membantu kita untuk mendapatkan tenaga tambahan yang membantu kita tetap dalam keadaan terapung.

13.Semakin kebawah dari permukaan zat cair , tekanan hidrostatis akan semakin....

      a. Kecil                                 c. Sedang

      b. Besar                                d. tetap

14. Kapal laut dapat mengapung di permukaan air karena ....

a. volume air yang dipindahkannya kecil

b. volume air yang dipindahkannya besar

c. terbuat dari besi

d. mempunyai mesin

15.Perhatikan gambar manometer raksa terbuka di bawah ini!

 

 

 

 

Besarnya tekanan gas adalah ....

a. 69 cmHg                  c. 78 cmHg

b. 72 cmHg                 d. 81 cmHg

16.Sebuah balok alumunium yang tidak berongga digantungkan pada kait neraca pegas.  Neraca pegas menunjukkan angka yang …… bila kedua benda digantungkan di udara, setengahnya tercelup dalam air dan tenggelam.

a. tidak sama            b. lebih kecil        

 c. lebih besar           d. sama

17.Alat berikut merupakan penerapan dari hukum Archimedes, kecuali ....

A. balon udara

B. jembatan ponton

C. hidrometer

        D. dongkrak hidrolik

18.Balok kayu dengan volume 800 cm3 saat dicelupkan dalam air ( g = 9,8 m/s², ρair = 1 g /cm³), akan mengalami daya angkat sebesar ....

A. 7,84 N

B. 78,4 N

C. 784 N

D. 7840 N

E. 78400 N

19. Gaya ke atas oleh suatu fluida pada suatu benda yang berada di dalam fluida tersebut disebut

a. hidrolik                                c. gaya apung

b. gravitasi                               d. berat

20.Berikut ini peralatan yang merupakan tuas jenis pertama adalah ....

21. Pesawat sederhana merupakan suatu alat yang digunakan untuk ....

A. mempermudah usaha

B. memperbesar usaha

C. mengurangi usaha

D. menghilangkan usaha

22.Pernyataan manakah yang benar?

        a. Naik turunnya kapal selam diakibatkan oleh perbedaan berat.

        b. Naik turunnya kapal selam diakibatkan oleh perbedaan

             massa  jenis.

        c. Naik turunnya kapal selam karena  perbedaan   volume

       d. Naik turunnya kapal selam diakibatkan oleh perbedaan massa.

23. Bidang miring merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang bekerja dengan cara ...

A. memperbesar gaya kuasa

B. mengurangi ketinggian

C. menambah panjang lintasan

D. menambah berat benda

24.Perhatikan gambar berikut!

           

 

Untuk mengangkat beban 1.000 N digunakan tuas yang panjangnya 300 cm dan lengan beban 50 cm. Maka gaya yang diperlukan adalah ....

a. 150 N              b. 167 N              c. 200 N          d. 250 N

25.Pengungkit yang titik beban terletak di antara titik tumpu dan titik kuasa misalnya terdapat pada pada ....

a. jungkitan       b. sekop       c. pintu berengsel        d. pengumpil

26.Sebuah batu beratnya 20 N diangkat dengan menggunakan sebuah tuas. Jika gaya yang diberikan sebesar 10 N, keuntungan mekanisnya adalah . . . .

      a. 2              b. 1                c. 0,5               d. 0

27.Dua orang anak yang mempunyai berat sama sedang bermain jungkat-jungkit.Jika jungkat-jungkit dalam keadaan setimbang maka posisi dua anak tersebut adalah . . .

a. jarak kedua anak dari poros sama

b. kedua anak duduk di salah satu ujung papan

c. jarak kedua anak dari poros tidak sama

d. salah satu anak duduk pada poros

28.Sebuah tongkat panjangnya 1,5 m digunakan sebagai pengungkit. Jika benda seberat 50 N berada pada jarak 0,5 m dari titik tumpu, besar gaya yang digunakan untuk mengangkat benda adalah . . . .

      a. 5 N           b. 10 N              c. 20 N                d. 25 N

29.Alat yang menggunakan prinsip tuas jenis kedua adalah . . . .

      a. pisau           b. gunting     c. roda        d. pemecah kemiri

30.Untuk mengendurkan mur diperlukan . . . .

       a. obeng       b. paku         c. palu              d. bidang miring

 

  I.  Isilah dengan jawaban yang tepat!

1.Tekanan adalah ...............

2.Rumus Tekanan : P = ........

3.Satuan SI dalam tekanan adalah .............. atau .......

4.Untuk Tekanan : makin kecil bidang sentuh gaya, makin ...... tekanannya.

5.Tekanan berbanding ........... dengan luas bidang sentuh. Makin besar gaya tekan pada luas bidang sentuh yang sama, makin ............ tekanannnya.

6.Satu pascal ialah ...........

7.Gaya sebesar 800N mampu menghasilkan tekanan 32000N/m2 pada lantai. Luas permukaan lantai yang dikenai gaya adalah……m².

8.Hukum bejana berhubungan yang menyatakan bahwa jika bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair sejenis………………

9.Pengungkit ini terdiri dari sebuah batang kaku (misalnya logam, kayu, atau batang bambu) yang berrotasi di sekitar titik tetap yang dinamakan ………

10.Dalam pengungkit, besar keuntungan mekanis yang dihasilkan sangat bergantung dari 3 hal yaitu: ………….., ……………, dan …………………

 IIJawablah secara singkat dan benar!

 

1.Seekor gajah beratnya 40000 N berdiri dengan satu kaki yang luas tapaknya 1000 cm2. Berapa tekanan gajah pada tanah ?

2.Massa sebuah balok beton berukuran 0,5 m x 1 m x 2 m adalah 2600 kg. Berapa tekanan maksimum yang dapat dikerjakan beton pada tanah ?Berapa tekanan minimum yang dapat dikerjakan beton pada tanah ? g = 10 N/kg

3.Berapa besar gaya yang bekerja pada daerah yang luasnya 200 dm2 agar menghasilkan tekanan 30 Pa ?

4.Bagaimanakah prinsip kerja tuas?

5.Samakah prinsip kerja tuas dengan katrol? Jelaskan!

6. Kapal selam dilengkapi dengan tangki pengapung. Apabila tangki ini kosong, kapal terapung di atas permukaan air. Agar kapal dapat menyelam, kapal mengisi tangki pengapung dengan air. Semakin banyak tangki terisi air, semakin dalam kapal menyelam. Untuk kembali ke permukaan, kapal mengosongkan kembali tangki dengan memompakan udara supaya masuk ke dalamnya. Dengan demikian air keluar dari tangki itu. (lihat gambar). Jelaskan mengapa hal tersebut (naik turunnya kapal selam dapat terjadi) !

7.Jelaskan perbedaan bunyi Hukum Pascal dan Hukum Archimedes!

8.Perahu bermuatan pasir mendekati jembatan di atas sungai. Perahu itu tidak dapat menerobos lewat bawah jembatan itu. Haruskah pasir ditambahkan pada perahu itu atau dikurangi? Jelaskan.

9.Sebutkan alat-alat sederhana yang termasuk jenis bidang miring, katrol, tuas, dan gigi roda! Jelaskan pula cara kerjanya!

10.Sebuah tuas memiliki lengan beban 2 cm dan lengan kuasa 10 cm. Jika kita ingin mengangkat beban yang memiliki berat 5 N, berapa gaya yang harus kita gunakan? Tentukan pula keuntungan mekanis alat tersebut !