USAHA DAN PESAWAT SEDERHANA-IPA 8

PEKAN Ke-7

Usaha adalah hasil kali gaya dengan perpindahan yang searah dengan gaya

Usaha dirumuskan :

W = usaha  satuan joule (J)

W = F x s              F = gaya satuan newton (N)

                                S = perpindahan satuan meter (m)

W = m x g xs       g = percepatan gravitasi m/s2

Contoh:

  1. Beni mendorong meja dengan gaya 10 N, sehingga meja tersebut berpindah sejauh 20 cm. Berapakah besar usaha yang dilakukan
  2. Mangga bermassa 500 gram jatuh dari pohonnya yang memiliki ketinggian 2 meter di atas permukaan tanah. Berapakan besar usahanya.

Penyelesaian :

  • Diketahui :            F = 10 N

                          S  = 20 cm = 0,2 m

      Ditanya  :                 W = …..?

      Jawab     :                 W = F x s

                                          W = 10 N x 0,2 m

                                          W = 2 joule

  • Diketahui            

m = 500 gr = 0,5 kg

g  = 10 m/s2

s = 2 m

             Ditantanya : W = ……?

             Jawab                      W = m x g x s

                                                W = 0,5 kg x 10 m/s2 x 2 m

                                                W = 10 j

Laju energi atau Daya

Daya adalah besar energi yang dipergunakan dalam setiap detik,

Rumus:

P = W/t                               

P = daya satuannya waat (W) W = usaha satuannya joule (J)

W = P x t             

t = waktu satuannya sekon (s)

Contoh soal :

Edi mendorong meja yang beratnya 10 kg, dengan gaya 200N sehingga meja tersebut mengalami perpindahan sejauh 3m.

a. HitunglahBesar usaha yang dikerjakan pada meja

b. Besar daya bila gaya bekerja selama 10 menit.

Diketahui :  s = 3m

                       F = 200N

                       t = 10 menit = 600s

Ditanya :   

a. W = …..?

b .P  = ……?

Jawab :      a. W = F x s = 200N x 3m = 600N

                     b.P   = W/t  = 600N/600s = 1 waat

PESAWAT SEDERHANA

Jenis – jenis pesawat sederhana

a. Katrol, adalah alat yang dapat mengubah gaya tarrik menjadi gaya angkat 

Katrol tetap

Keuntungan mekanis = 1, artinya beban yang diangkat sama dengan gaya kuasa

F = W .            F = gaya kuasa (N), W = gaya beban (N)

Keuntungan mekanis yang diperoleh adalah gaya angkat yang menjadi gaya tarik

Katrol bebas / bergerak

Keuntungan mekanis = 2, artinya besar gaya angkat sama dengan setengah dari beban

F = ½ W

Contoh soal :

Perhatikan gambar berikut

Berapakah gaya kuasa yang dibutuhkan untuk mengangkat papan tersebut.

Diketahui     : W = 20 N

Ditanya         :  F  = ……..?

Jawab            :  katrol diatas merupakan katrol bergerak. Keuntungan mekanis katrol bergerak ada 2

                         KM = W/F

                         F     = W/KM

                         F     = 20N/2                                  

F     = 10N

3. Katrol majemuk/ ganda

Adalah gabungan dari beberapa katrol tetap dan katrol bergerak untuk menghasilkan keuntungan mekanis yang besar. Keuntungan mekanis sistem katrol sama dengan banyaknya tali atau rantai yang menghubungkan.

Contoh soal

  1. Perhatikan gambar berikut!

Berapakah besar beban dan keuntungan mekanik pada

katrol majemuk tersebut apabila gaya sebesar  8N     

Diketahui

F = 8N

Ditanya: a. KM?

                  b. W?

Jawab

a. KM = 4` sebab jumlah tali yang menahan beban ada 4

b. KM = W/F

       W = KM x F

       W = 4 x 8N        

W = 32 N

b. Roda berporos

Adalah pesawat sederhana yang memakai roda dan mempunyai poros sebagai tempat berputarnya roda.  Penerpan roda berporos adalah : pada kursi, sepeda, sepeda motor dan mobil

c. Bidang miring

Adalah salah satu pesawat sederhana yang memanfaatkan sudut kemiringan dalam melakukan usaha

Keuntungan mekanis bidang miring adalah = anjang bidang miring/tinggi bidang miring

                                                S = panjang bidang miring (m)

KM = s/h                              h = tinggi bidang miring (m)

F x s = W x h                       W = beban (N)

                                                F =  gaya kuasa (N)

Makin landai bidang miring makin besar keuntungan mekanisnya

CONTOH SOAL

Perhatikan gambar di bawah ini!

Seseorang mendorong benda seperti pada gambar di atas. Jika benda tersebut massanya 20 kg dan percepatan gravitasi ditempat tersebut 10 m/s2, berapa keuntungan mekanis bidang miring tersebut? Berapa gaya yang diperlukan untuk mendorong benda tersebut? Berapa usaha yang dikeluarkan untuk mendorong benda tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui            

s = 15 m

h = 2,25 m

m = 20 kg

g = 10 m/s

Ditanyakan        

a. KM =….?

b. F =…..?

c. W =….?

Jawab                  

a. KM = s/h

     KM = 15 m/2,25 m

     KM = 20/3

b.  w/F = s/h

      m.g/F = s/h

      20 kg.(10 m/s2)/F = 15 m/2,25 m

      200 N/F = 20/3

      F = 200 N/(20/3)

      F = 30 N

c. W = F.s

    W = 30 N . 15 m    

W = 450

d. Tuas atau pengungkit

Tuas merupakan usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya.

W x Lb = F x Lf

W            = berat beban (N)

Lb           = panjang lengan beban (m)

F              = besar gaya kuasa (N)

Lk            = panjang lengan kuasa (m)

Keuntungan mekanis (KM) adalah : perbandingan antara beban dengan kuasa atau perbandingan antara lengan kuasa dengan lengan beban.

KM = W/ F          atau          KM = Lf/ Lw.

Macam-macam jenis tuas

  1. Tuas pertama,adalah tuas titik tumpunya terletak diantara beban dan kuasanya. Contoh  : mainan jungkat jungkit, linggis, gunting, tang (catut), prinsip katrol tetap

2. Tuas jenis kedua, yaitu tuas yang bebannya terletak diantara titiktumpu dan kuasanya. Contoh : gerobak dorong roda satu, pembuka tutup botol, catut, prinsip katrol bergera.

3. Tuas jenis ketiga, adalah tuas yang kuasanya terletak diantara beban dan titik tumpunya. Contohy : pinset, penjepit makanan, penjepit5 arang, lengan siku lengan tangan, alat apncing, sekop dll

Prinsip kerja pesawat sederhana pada sistem gerak manusia. Misalnya : pada saat lengan bawah mengangkat beban, mendongakkan kepala, atau berjinjit.

Jika titik tumpu kemudian digeser 10 cm mendekati beban, agar tuas tetap seimbang yang

harus dilakukan adalah…
A. Mengurangi kuasa sebesar 10 N
B. Menambah kuasa agar menjadi 200 N
C. Menggeser kuasa mendekati titik tumpu sejauh 50 cm
D. Menggeser kuasa mendekati titik tumpu sejauh 40 cm            

Jawaban: C. Menggeser kuasa mendekati titik tumpu sejauh 50 cm

Pembuktian:

Diketahui:

  • w = 800 N
  • lb = 40 cm = 0,4 m
  • lk = 160 cm = 1,6 m

Ditanyakan:

  • Apa yang harus dilakukan agar tuas tetap seimbang jika titik tumpu digeser 10 cm mendekati beban? 

Penyelesaian:
Syarat agar terjadi kesetimbangan pada tuas adalah jika bagian beban sama dengan bagian kuasa:

w . lb = F . lk

Langkah pertama, kita cari terlebih dahulu besar gaya kuasa (F) pada gambar:
F = lb/lk w
   = 0,4/1,6 800
   = 200 N
Jadi, besar gaya kuasa pada gambar adalah 200 N.
Langkah kedua, menggeser titik tumpu 10 cm atau 0,1 m ke titik beban. Setelah digeser, maka kondisi yang terjadi:

  • lengan beban berkurang 0,1 m
  • lengan kuasa bertambah 0,1 m

w . (lb – 0,1) = F . (lk + 0,1)

800 . (0,4 – 0,1) = 200 . (1,6 + 0,1) 800 . 0,3 = 200 . 1,7
240 = 340 (Belum seimbang)
Untuk membuatnya seimbang, maka kita geser kuasa mendekati titik tumpu sejauh 50 cm atau 0,5 m, artinya panjang lengan kuasa akan berkurang 0,5 m.

w . lb = F . (lk – 0,5)
800 . 0,3 = 200 . (1,7 – 0,5)
240 = 20 . 1,2
240 = 240 (Seimbang)
Jadi, terbukti bahwa tuas menjadi seimbang dengan menggeser kuasa mendekati titik tumpu sejauh 50 cm (Pilihan C).

    Leave Your Comment Here