Pesawat Sederhana 1c51e

PESAWAT SEDERHANA TINJAUAN UMUM: Banyak kehidupan sehari-hari yang tampak biasa-biasa saja, tetapi tidak seperti itu bagi seorang fisikawan. Kejadian-kejadian tersebut selalu saja menimbulkan pertanyaan-pertanyaan. Sebagai contoh, ketika kamu ingin mencabut paku yang tertancap di dinding, kamu akan sulit bahkan tidak mampu melakukannya tanpa bantuan alat. Jika kamu menggunakan catut, pekerjaan itu akan mudah dilakukan. Mengapa mencabut paku dengan catut terasa lebih mudah? Mengapa dayung dapat menggerakkan perahu dengan tenaga yang tidak Gambar 1. Bidang miring terlalu besar? Jawaban dari pertanyaan-pertanyaan ini digunakan untuk mempermudah akan kamu temukan dalam pembelajaran berikut ini. menaikkan kotak Gilang dan Garin sedang membantu ayah dan ibu mereka yang sedang berkemas karena keluarga mereka akan pindah ke luar kota. Sebagian barang dimasukkan ke dalam kotak kayu besar. Tentu saja kotak ini sangat berat. Ketika kotak ini akan dipindahkan ke bak mobil, permasalahan baru timbul. Mereka hanya mampu mendorong atau menarik kotak, tetapi tidak mampu mengangkat kotak secara vertikal ke atas. Bagaimana mereka menyelesaikan masalah ini? Ayah mereka menggunakan papan kayu untuk membuat sebuah bidang miring antara tanah dan bak mobil. Dengan cara demikian, mereka dapat mendorong kotak tersebut melewati bidang miring. Ternyata, dengan bantuan bidang miring ini mereka mampu menaikkan kotak berat ke dalam bak mobil.

STANDART KOMPETENSI: 5. Memahami peranan usaha, gaya, dan energy dalam kehidupan sehari-hari.

KOMPETENSI DASAR: 5.4 Melakukan percobaan tentang pesawat sederhana dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

INDIKATOR: A. Kognitif 1. Proses 

Menganalisis data dan membuat kesimpulan untuk menyelidiki hubungan antara titik tumpu, lengan beban, dan lengan kuasa pada tuas.

2. Produk  Mengemukakankan pengertian pesawat sederhana dan menemukan contohcontoh pesawat sederhana yang sering dijumpai dalam kehidupan seharihari.  Mengemukakan macam-macam dan prinsip kerja tuas serta keuntungan mekanik tuas.  Mengemukakan prinsip kerja bidang miring dan keuntungan mekanik bidang miring.  Mengemukakan macam-macam katrol dan prinsip kerja katrol serta keuntungan mekanik katrol.  Mengemukakan prinsip kerja roda gigi dan keuntungan mekanik roda gigi .

B. Psikomotor Melakukan percobaan untuk menentukan keuntungan mekanis tuas.

C. Afektif 1. Karakter  Melatihkan sikap ingin tahu  Melatihkan sikap jujur  Menghormati perbedaan pendapat

2. Keterampilan sosial  Melatihkan kerjasama  Melatihkan sikap bertanya  Menanggapi pendapat orang lain  Mendengarkan dengan aktif

MATERI: A. FENOMENA

Gambar 2. Pembuka tutup botol merupakan salah satu contoh pesawat sederhana.

Perhatikan gambar di atas! Pada gambar tampak seseorang yang sedang membuka tutup botol. Untuk membuka tutup botol tersebut, ia menggunakan sebuah alat pembuka tutup botol. Pembuka tutup botol termasuk pesawat sederhana yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Mengapa orang tersebut menggunakan alat untuk membuka tutup botol? Dapatkah dia dengan mudah membuka tutup botol dengan jarinya? Apakah yang dimaksud dengan pesawat sederhana? Pelajari materi berikut dengan seksama!

B. URAIAN MATERI PESAWAT SEDERHANA Dalam kehidupan kita sehari-hari, banyak hasil teknologi yang kita manfaatkan, misalnya mobil, sepeda motor, pesawat terbang dan sebagainya. Alat-alat tersebut sangat rumit cara bekerjanya. Dan kita tidak menduga bahwa alat-alat tersebut merupakan pengembangan dari pesawat sederhana. Alat untuk mempermudah dan mempercepat melakukan kerja disebut pesawat. Pesawat yang dirancang sangat sederhana dan dibuat dengan bahan yang sederhana disebut pesawat sederhana. Dalam kehidupan sehari-hari, pesawat sederhana digunakan dengan tujuan untuk : Memperbesar gaya atau kemampuan, Mengubah arah yang dilakukan, dan Memperbesar kecepatan atau untuk melakukan perpindahan yang besar.

JENIS-JENIS PESAWAT SEDERHANA

A. TUAS (PENNGUKIT) Paku yang menancap di dinding dapat dicabut dengan mudah menggunakan catut. Catut termasuk pesawat sederhana yang digolongkan sebagai tuas. Sistem kerja tuas terdiri atas tiga komponen, yaitu beban, titik tumpu, dan kuasa. Beban adalah benda yang akan dipindahkan atau dicabut. Pada contoh mencabut F

paku, yang menjadi bebannya adalah paku yang lK

menancap di dinding. Titik tumpunya adalah bagian catut yang berada di antara beban dan tangan. Kuasa

B

lB

K

T

adalah gaya yang diberikan oleh tangan untuk mendorong tuas. Dari penjelasan di atas diperoleh kesimpulan bahwa tuas adalah pesawat sederhana yang

W GambarB 3. Diagram dari bagian-bagian tuas

memiliki lengan yang berputar pada sebuah titik tumpu. Perbandingan antara beban dan kuasa adalah sama dengan perbandingan antara lengan kuasa dan lengan beban.

K

Titik tempat tuas bertumpu disebut titik tumpu (T), ujung batang (tuas) tempat beban diangkat disebut titik beban (B) dan pangkal batang yang ditekan atau diangkat untuk mengimbangi gaya berat beban disebut titik kuasa (K). Jarak titik beban ke titik tumpu disebut lengan beban (lB) dan jarak titik kuasa ke titik tumpu disebut lengan kuasa (lk). Jika gaya berat beban WB diimbangi gaya kuasa Fk, dalam keseimbangan tuas berlaku hubungan : Beban x lengan beban = kuasa x lengan kuasa

Keterangan: FK = gaya (N) WB = berat beban (N) lB = lengan beban (m) lK = lengan kuasa (m)

WB . lB = FK . IK

Keuntungan mekanik (KM) sebuah tuas adalah perbandingan antara gaya berat beban dan gaya kuasa atau perbandingan antara lengan kuasa dengan lengan beban, dirumuskan sebagai berikut :

KM 

WB l atau KM  K FK lB

Tuas dapat dibedakan menjadi 3 jenis. Pembagian ini berdasarkan pada letak titik gaya, titik beban, titik tumpu.

a. Tuas Jenis Pertama Jenis tuas ini mempunyai ciri titik tumpunya terletak di antara titik gaya (kuasa) dan titik beban. Perhatikan sebuah catut yang digunakan untuk mencabut paku. Letak titik tumpu berada di antara beban dan tangan kamu. Dengan demikian catut termasuk tuas jenis pertama. Contoh lain adalah gunting, tang, linggis, palu pencabut paku,neraca lengan.

T

B lB

K lK

Gambar 4. Skema prinsip kerja tuas jenis pertama

b. Tuas Jenis Kedua Jenis tuas ini mempunyai ciri titik beban terletak di antara titik gaya (kuasa) dan titik tumpunya. Perhatikan sebuah pembuka botol yang digunakan untuk membuka botol! Letak titik bebannya terletak di antara titik tumpu dan titik kuasa. Dengan demikian, pembuka tutup botol termasuk tuas jenis kedua. Contoh lain adalah gerobak dorong, pembuka kelereng, pemotong kertas, pemotong kertas dan pemecah biji.

B

T

K lB

lK

Gambar 5 Skema prinsip kerja tuas jenis kedua

c. Tuas Jenis Ketiga Jenis tuas ini mempunyai ciri titik gaya terletak di antara titik tumpu dan titik beban. Contoh tuas ini adalah pinset, sekop, jepitan, alat pancing dan lengan bawah saat mengangkat beban T

K lK

B lB

Gambar 6 Skema prinsip kerja tuas jenis ketiga

B. BIDANG MIRING Sesuai dengan namanya, bidang miring merupakan sebuah bidang miring yang digunakan untuk memindahkan sebuah benda ke ketinggian tertentu. Di bagian lalu telah diberikan contoh bagaimana Garin dan Gilang dapat dengan mudah memindahkan kotak ke atas bak mobil. Mengapa memindahkan kotak melalui bidang miring lebih mudah daripada mengangkat secara langsung? Untuk menjawabnya, mari kita melakukan perhitungan! Misalnya, berat kotak adalah

Gambar 7. Skema prinsip kerja bidang miring

8.000 N berarti untuk memindahkan kotak diperlukan gaya paling sedikit 8.000 N, dengan jarak 1,5 m. Usaha yang dilakukan untuk mengangkat kotak tersebut adalah sebagai berikut: W=F×s = 8.000 N × 1,5 m = 12.000 Nm Bagaimana jika menggunakan bidang miring sepanjang 5 m? Usaha untuk memindahkan kotak ini dalah sama yaitu 12.000 Nm. Akan tetapi, karena jaraknya (s) lebih besar, gaya yang diperlukan untuk memindahkan kotak melalui bidang miring lebih sedikit. Perhatikan Gambar 7! F= Perhatikan bahwa gaya yang diperlukan untuk memindahkan kotak melalui bidang miring lebih kecil daripada memindahkan kotak dengan cara mengangkat secara langsung, meskipun panjang bidang miring lebih besar daripada jarak antara bak mobil dan tanah. Dengan demikian, penggunaan bidang miring mempunyai keuntungan

yang disebut dengan

keuntungan mekanis yang dirumuskan sebagai berikut :

Keuntungan mekanis =

C. KATROL

Katrol adalah Sebuah roda yang sekelilingnya diberi tali dan dipakai untuk mempermudah pekerjaan manusia. Katrol sangat baik digunakan untuk memindahkan beban ke atas. Katrol dapat dibedakan menjadi katrol tunggal tetap, katrol tunggal bergerak, dan takal.

a. Katrol Tetap Sesuai dengan namanya, sistem katrol ini dibuat sedemikian rupa sehingga katrol tersebut tetap pada posisinya. Contoh yang sering kamu lihat sehari-hari, seperti katrol yang digunakan untuk menimba air. Perhatikan Gambar 8!

Gambar 8 Skema prinsip kerja katrol tetap

Titik tumpu yang merupakan pusat lingkaran katrol diberi nama A, kemudian AB dan AC masing-masing disebut lengan beban dan lengan gaya.

Keuntungan katrol jenis tunggal ini sama dengan 1. Hal ini dikarenakan perbandingan antara lengan beban dan lengan gaya sama dengan 1. Dapat dirumuskan sebagai berikut:

b. Katrol Bebas Katrol tunggal jenis ini dirancang sedemikian rupa sehingga katrol ini bergerak. Perhatikan Gambar 9 Titik C merupakan titik tumpu katrol, AC adalah lengan beban dan BC adalah lengan gaya. Katrol jenis ini mempunyai

keuntungan

mekanis

2,

artinya

perbandingan antara berat beban dan gaya sama dengan

dua.

Jika

kamu

mengangkat

Gambar 9 Skema prinsip kerja katrol bebas

beban

menggunakan katrol jenis ini, kamu hanya perlu memberikan gaya sebesar setengah kali berat beban. Dapat dirumuskan sebagai berikut:

Katrol jenis ini bisa kita temukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan

Gambar 10. Contoh katrol bebas

c. Katrol majemuk Katrol majemuk adalah susunan katrol yang terdiri lebih dari satu katrol. katrol majemuk biasa digunakan untuk mengangkat beban yang berat. katrol majemuk dapat menggunakan dua katrol di mana satu sebagai katrol tetap dipasang di atas dan satu lagi sebagai katrol bergerak. Takal juga dapat menggunakan tiga atau empat katrol. Perhatikan Gambar 11! Keuntungan mekanik tergantung jumlah katrol dan tali yang menanggung beban. Contohnya: Pada mobil derek dan peralatan pemanjat tebing. .

Gambar 11.skema prinsip kerja katrol majemuk

D. RODA Roda digunakan untuk memindahkan benda agar lebih ringan, roda memiliki sebuah poros dan bisa berputar pada porosnya. Salah satu contoh roda adalah roda sepeda yang biasa kamu naiki JENIS-JENIS RODA 1. Roda Setali Roda setali, yaitu dua buah roda atau lebih yang dihubungkan dengan tali. Contohnya : Roda sepeda yang dihubungkan dengan rantai, dan roda sepeda motor yang dihubungkan dengan rantai.

Gambar 12. Gambar sepeda

2. Roda Sepusat Roda sepusat, yaitu dua buah roda atau lebih yang memiliki pusat yang sama. Contohnya : Roda pada mobil truk.

3.

Roda bersinggungan

Gambar 13. Gambar kontainer

Gigi roda merupakan contoh pesawat sederhana. Gigi roda banyak digunakan pada mesin-mesin mobil, sepeda motor, dan sepeda. Pernahkah kamu memperhatikan ketika kamu naik sepeda? Ketika kamu melewati tanjakan, sepeda kamu akan terasa berat. Hal ini dikarenakan tarikan gaya gravitasi yang bekerja pada badan dan sepedamu. Sepeda masa kini telah dilengkapi dengan gigi roda yang lebih dari satu. Gigi roda ini berfungsi meningkatkan atau menurunkan putaran. Ketika sepeda akan melewati tanjakan, kamu pasti

Gambar 14. Skema roda gigi

memindahkan gigi roda belakang sedemikian rupa sehingga rantai akan terhubung dengan gigi roda yang paling besar. Gigi roda depan yang berhubungan langsung dengan pedal tempat mengayuh pun diubah sedemikian rupa sehingga rantai akan terhubung pada gigi roda yang paling kecil. Hal ini mengakibatkan laju sepeda akan melambat, tetapi kamu akan merasakan kayuhan kakimu menjadi ringan. Sehingga dengan gaya sama seperti digunakan untuk mengayuh sepeda pada jalan datar, kamu dapat melewati tanjakan. C. LABORATURIUM MINI

TUAS A. Tujuan Menentukan keuntungan mekanis tuas

B. Alat dan Bahan 1. Batang kayu yang panjangnya ± 0.1 m

1 buah

2. Beban 1 N

2 buah

3. Balok kayu

1 buah

C. Langkah Kerja 1. Susun alat dan bahan seperti gambar berikut !

2. Letakkan beban pertama dan kedua masing – masing pada jarak 0.25 cm dari balok! Amati apa yang terjadi! 3. Ubah jarak beban pertama, sedangkan beban kedua tetap di tempat semula! Amati apa yang terjadi! 4. Lakukan langkah 3 sebanyak empat kali! Amati apa yang terjadi dan catat hasilnya dalam tabel berikut!

No.

⃗⃗⃗⃗⃗

⃗⃗⃗⃗⃗

⃗⃗⃗⃗⃗

⃗⃗⃗⃗⃗

1.

1N

0.25 m

1N

0.25 m

0.25 Nm

0.25 Nm

2.

……

……

1N

……

……

……

3.

……

……

1N

……

……

……

4.

……

……

1N

……

……

……

5.

……

……

1N

……

……

……

- Berdasarkan data pada tabel di atas, bagaimana bila lengan kuasa lebih panjang daripada lengan beban?

- Bagaimana keuntungan mekanis suatu pengungkit jika panjang lengan kuasa 3 kali lengan beban? - Bagaimana pengaruh lengan kuasa dan lengan beban terhadap keuntungan mekanis suatu pengungkit?

KESIMPULAN:_________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ____________ D. RANGKUMAN a. Untuk mempermudah manusia melakukan usaha digunakan pesawat sederhana. b. Pesawat sederhana adalah segala sesuatu yang dapat meringankan pekerjaan manusia. c. Pesawat rumit adalah gabungan berbagai pesawat sederhana dan instrumeninstrumen pendukung lainnya. d. Keuntungan mekanis adalah perbandingan antara gaya beban dengan gaya kuasa atau antara lengan beban dengan lengan kuasa. e. Contoh pesawat sederhana antara lain tuas, katrol, bidang miring, roda gigi. f. Tuas adalah pesawat sederhana yang berbentuk batang keras sempit yang dapat berputar di sekitar satu titik. g. Tuas dikelompokkan menjadi tiga kelas, yaitu tuas kelas pertama, tuas kelas kedua, dan tuas kelas ketiga. h. Katrol adalah mesin sederhana yang terdiri dari sebuah roda beralur dimana seutas tali atau rantai dapat bergerak ulang-alik. i. Katrol dibedakan menjadi tiga, yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk. j. Bidang miring merupakan sebuah bidang miring yang digunakan untuk memindahkan sebuah benda ke ketinggian tertentu. k. Roda gigi adalah sepasang roda bergigi saling bersambungan yang dapat digunakan untuk menambah atau mengurangi gaya, di samping utuk mengubah besar dan arah kecepatan putaran.

E. PENILAIAN SOAL PILIHAN GANDA 1. Bila kita akan mencabut paku dari dinding, supaya lebih gampang kita menggunakan ... a. Obeng

b. Palu

c. penarik gabus

d. catut

2. Gaya ungkit pada tuas dapat diperkecil dengan cara ... a. memperpanjang lengan kuasa

c. menggeser titik tumpu ke arah beban

b. memperpendek lengan beban

d.memperpanjang lengan beban

3. Untuk mengangkat beban seperti terlihat pada gambar, diperlukan gaya F sebesar ... a. 500 N

c. 1500 N

b. 1000 N

d. 2000 N

4. Sebuah beban dapat diangkat dengan melakukan gaya 10 N pada suatu katrol yang mempunyai keuntungan mekanis 4. Berat beban yang diangkat sebesar ... a. 0,4 newton

b. 2,5 newton

c. 114 newton

d. 40 newton

5. Pada tuas gaya sebesar 50 N mampu mengangkat beban 150 N. Keuntungan mekanis tuas ini adalah ... a. 1/3

b. 3

c. 30

d. 300

6. Kuasa sebesar 75 N diperlukan untuk mengangkat sebuah peti dengan katrol bergerak. Keuntungan mekanis katrol = 3. Maka berat peti adalah ... a. 25 N

b. 37,5 N

c. 125 N

d. 225 N

7. Pesawat sederhana pada dasarnya adalah alat yang digunakan untuk … a. mengurangi usaha

c. menghilangkan usaha

b. memperkuat usaha

d. memudahkan usaha

8. Pesawat sederhana yang dapat mengubah gaya tarik menjadi gaya angkat adalah .. a. tuas

b. gunting

c. tangga

9. Berapa kuasa untuk mengankat beban w pada gambar disamping ? a. 400 N

c. 150 N

b. 300 N

d. 100 N

d. Katrol

10. Usaha yang diperlukan untuk mengangkat sebuah peti pada bidang miring yang panjangnya 2 meter dan tinggi bidang miring 80 cm, bila berat peti 500 N adalah ... a. 400 joule

c. 1000 joule

b. 800 joule

d. 2000 joule

SOAL URAIAN

Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan tepat dan jelas! 1. Definisikan pengertian pengungkit! 2. Bagaimana perbedaan pengungkit jenis pertama, kedua, dan ketiga? 3. Suatu pengungkit panjangnya 3 meter, lengan bebannya 0,5 meter. Pengungkit ini digunakan untuk mengangkat beban seberat 50 N. Berapa keuntungan mekanisnya? 4 .Bagaimana pengaruh panjang pendeknya lengan kuasa terhadap keuntungan mekanis pengungkit jenis pertama? 5. Jelaskan hubungan antara besar gaya dan keuntungan mekanis suatu pengungkit!

LEMBAR PENILAIAN KINERJA SISWA

No 1

Aspek yang Diamati Aspek Afektif  Kehadiran siswa  Partisipasi dalam kegiatan  Presentasi Hasil Diskusi

2

Aspek Psikomotorik  Persiapan alat  Kegiatan Percobaan

3

Aspek Kognitif Penulisan laporan:  Hasil Pengamatan  Analisis  Kesimpulan

Skor 1

2

3

4

Total Skor

RUBRIK PENILAIAN KINERJA  Afektif 1. Kehadiran Siswa (1) Datang terlambat lebih dari 20 menit (2) Datang terlambat 10 - 20 menit (3) Datang terlambat kurang dari 10 menit (4) Datang tepat waktu 2. Partisipasi kerja dalam kelompok (1) Tidak dapat bekerja sama dalam kelompok, Keduanya pasif (2) Berada dalam kelompok namun kurang berinteraksi, salah satu Aktif-Pasif (3) Berada dala kelompok keduanya aktif-aktif namun belum mencapai tujuan (4) Berada dalam kelompok keduanya aktif-aktif dan dapat mencapai tujuan. 3. Presentasi Hasil Diskusi (1) Tidak dapat mempresentasikan hasil kerja kelompoknya. (Pasif) (2) Mempresentasikan hasil kerja kelompok namun salah (3) Mempresentasikan hasil kerja kelompok dengan benar namun langkah kurang jelas. (4) Mempresentasikan hasil kerja kelompok dengan benar & langkah secara tepat.  Psikomotor 1. Persiapan alat (1) Tidak membawa alat dan bahan percobaan sama sekali (2) Membawa beberapa alat dan bahan percobaan (3) Membawa bahan percobaan (4) Membawa alat dan bahan percobaan secara lengkap 2. Kegiatan Percobaan (1) Tidak melakukan percobaan (2) Melakukan tidak sesuai prosedur (3) Melakukan sesuai prosedur tapi tidak secara sistematis (4) Melakukan sesuai prosedur dan sistematis

 Kognitif 1. Hasil Pengamatan (1) Tidak menulis data pengamatan (2) Data pengamatan ditulis tidak sesuai pengamatan pada percobaan yang telah dilakukan (3) Data pengamatan ditulis sesuai pengamatan pada percobaan yang telah dilakukan tetapi tidak jelas (4) Data pengamatan ditulis jelas dan sesuai pengamatan pada percobaan yang telah dilakukan 2.

Analisis (1) Tidak menganalisis data percobaan. (2) Analisis data dilakukan dengan cermat tetapi tidak menggunakan

semua data

dalam melengkapi analisisnya sehingga kesimpulannya belum tepat (3) Analisis data dilakukan dengan cermat dan menggunakan semua data dalam melengkapi analisis tetapi kurang tepat menyimpulkan masalah. (4) Analisis data dilakukan dengan cermat dan menggunakan semua data melengkapi analisis hubungan antara muatan pada balon dan kertas 3.

Kesimpulan (1) Panjang dan tidak sesuai dengan analisis (2) Panjang dan tidak jelas (3) Singkat tapi tidak sesuai dengan analisis (4) Singkat, jelas dan sesuai dengan analisis

dalam

DAFTAR PUSTAKA

Mulyadi. 2004. Panduan Lembar Kerja Siswa Cakrawala Pengetahuan Alam Fisika Kelas VII Semester 2. Solo: CV. Graha Kurnia Binuka. Widodo, Wahono, Wasis, M.Si. dan Elok Sudibyo, S.Pd., M.Pd. 2003. Fisika Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Kelas 1 Edisi Kesatu. Jakarta: Depdikbud Kanginan, Marthen.2006. IPA FISIKA untuk SMP kelas VIII. Jakarta: Erlangga