Pesawat Sederhana & Mesin Pengangkat

  

Kegiatan Belajar 8

MATERI POKOK : PESAWAT SEDERHANA DAN

MESIN PENGANGKAT

A. URAIAN MATERI:

  Pesawat sederhana adalah alat-alat yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan. Mesin pengangkat adalah sebuah mekanisme yang didesain untuk mengangkat beban berat dengan gaya yang relatif kecil. Gaya yang diberikan biasanya disebut kuasa dan diberi simbol F, sedangkan beban yang diangkat diberi simbol W.

1. Rasio Kecepatan dan Keuntungan Mekanis

  Adalah jelas bahwa tidak ada mesin yang sempurna, ada sejumlah usaha yang hilang karena gesekan antara komponen-komponen yang bergerak, sehingga

  

Usaha yang diberikan kepada mesin = Usaha yang hilang pada gesekan +

Usaha berguna yang dilakukan

  Usaha yang diberikan ke mesin adalah perkalian antara gaya kuasa yang diberikan dan jarak tempuh gerak mesin. Usaha berguna yang dilakukan adalah perkalian antara beban dan jarak beban terangkat. Jika besarnya kuasa menjadi kecil dibandingkan dengan jumlah beban yang diangkat maka jarak tempuh perpindahan kuasa harus lebih besar dibandingkan dengan jarak perpindahan beban. Rasio antara jarak pindah oleh kuasa terhadap jarak pindah oleh beban dalam waktu yang sama disebut rasio kecepatan (velocity ratio), yang nilainya tetap untuk setiap mesin tertentu tergantung desainnya.

  Jarak pindaholeh kuasa Rasio Kecepatan (V . R )= Jarak pindaholeh beban

  Keuntungan menggunakan mesin pengangkat adalah mengangkat beban yang besar dengan kuasa yang kecil, kemudian istilah keuntungan mekanis (mechanical

  advantage) digunakan untuk mengekspresikan rasio ini, Beban diangkat Keuntungan Mekanis= Kuasa Dilakukan

  Atau, dengan simbol

  W M . A= F

  Efisiensi suatu mesin adalah perbandingan antara usaha berguna dilakukan terhadap usaha diberikan ke mesin.

  Usaha berguna dilakukan η ( Efisiensi)= Usaha diberikan ke mesin

  W × Jarak pindaholeh W ¿

  F × Jarak pindaholeh F W

  Dimana adalah keuntungan mekanis = M.A,

  F

  dan

  Jarak pindaholehW

  1

  1 = =

  

Jarak pindaholeh F Rasio kecepatan V . R

  sehingga diperoleh, M . A .

  η= V . R .

  Kuasa ideal adalah kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban W jika tidak ada gesekan. Jika ada secara teori mesin sempurna tanpa gesekan dimana efisiensinya satu atau 100%, keuntungan mekanis akan sama dengan rasio kecepatan, sehingga

  W Kuasa Ideal= V . R .

  Sehingga kuasa yang diperlukan untuk mengatasi gesekan = kuasa aktual - kuasa ideal

  W Kuasa untuk mengatasi gesekan=F− V . R .

  Beban ideal adalah beban yang akan diangkat oleh kuasa dilakukan jika tidak ada gesekan,

  Ideal Load=F ×V . R

  Dan, beban yang hilang karena gesekan = beban ideal - beban aktual

  ¿ F ×V . R .−W

2. Bidang Miring

  Bidang miring merupakan sebuah bidang miring yang digunakan untuk memindahkan sebuah benda ke ketinggian tertentu.

Gambar 8.1 Bidang miring

  Penggunaan bidang miring mempunyai keuntungan yang disebut dengan keuntungan mekanis yang dirumuskan sebagai berikut

  Beban Jarak Perpindahan Keuntungan Mekanis= = Kuasa Ketinggian W S

  M . A .= = F h

  3. Tuas/Pengungkit Sistem kerja tuas terdiri atas tiga komponen, yaitu beban, titik tumpu, dan kuasa. l

  Beban adalah benda yang akan dipindahkan. Hubungan antara lengan kuasa ,

  k

  lengan beban l , bebanW , dan kuasaF secara matematis dapat dituliskan sebagai

  b berikut.

  F × l W ×l = k b

Gambar 8.2 Tuas/pengungkit

  4. Katrol

  Katrol sangat baik digunakan untuk memindahkan beban ke atas. Katrol dapat dibedakan menjadi katrol tunggal tetap, katrol tunggal bergerak, dan takal.

  Katrol Tunggal 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.

Gambar 8.3 Katrol Tunggal 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:

  W AB M . A= = =

  1 F AC

  Katrol Tunggal Bergerak Katrol tunggal jenis ini dirancang sedemikian rupa sehingga katrol ini bergerak.

Gambar 8.4 Katrol Tunggal Bergerak

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

  W AB M . A= = =

  1 F AC

  Katrol Takal

  Takal adalah katrol majemuk yang terdiri atas katrol-katrol tetap dan katrol-katrol bergerak. Takal biasa digunakan untuk mengangkat beban yang berat. Takal 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 8.5! Keuntungan mekanik tergantung jumlah katrol dan tali yang menanggung beban.

Gambar 8.5 Katrol takal

  Blok Katrol Tali ( Rope Pulley Block )

  Blok Katrol Tali terdiri dari dua blok katrol, satu di atas dan satu di bawah, masing- masing terdiri dari sejumlah katrol yang masing-masing bebas berputar pada sumbunya. Tali diulir pada setiap katrol membelit dari atas ke bawah seperti ditunjukkan oleh gambar 8.6 ujung tali diikatkan kuat ke blok berlawanan dengan katrol terakhir.

Gambar 8.6 Blok Katrol Tali

  

Rasio Kecepatan (V.R) = Jumlah tali penahan blok muatan

Contoh:

Satu set blok katrol tali memiliki dua katrol pada masing-masing blok. Hitunglah efisiensi

ketika mengangkat beban 448 N jika kuasa yang diperlukan adalah 120 N. Jumlah total katrol = 4

  Beban 448 Keuntungan Mekanis= = = 3,73 Kuasa 120

  Efisiensi M . A η= ×100 %

  V . R

  3,73

  ¿ ×100 %

  4

  ¿ 93,3 %

  5. Roda dan Poros

  Terdiri dari sebuah roda katrol dipasang erat dengan poros yang mana dipasang pada bearing horisontal. Tali pembawa muatan diulir dan dipasang kuat pada poros, sedangkan tali untuk kuasa diulir dan dipasang kuat pada katrol, sebagaimana gambar 8.7. Jika D = diameter Rodaa (R = jari-jari roda) dan d = diameter poros (r = jari-jari poros) Rasio Kecepatan,

  Jarak Perpindahanoleh Kuasa Keliling Roda πD V . R .=

  = =

  Jarak Perpindahanoleh Beban Keliling Poros πd D R V . R .= = d r

  Roda Poros Kuasa F Beban W

Gambar 8.7 Roda dan Poros

  6. Dongkrak Sekrup (Screw Jack)

  Pitch

Gambar 8.8 Dongkrak Sekrup (Screw Jack)

  Dapat dilihat pada gambar 8.8 bahwa ketika batang diputar pada jarak efektif R sebanyak satu putaran, jarak Perpindahan oleh kuasa adalah keliling lingkaran yang dibentuk oleh kuasa, yaitu 2 πR , dan jarak beban terangkat adalah jarak vertikal sekrup naik, yang mana untuk satu putaran batang sama dengan satu pitch. Sehingga Rasio Kecepatan diperoleh,

  Jarak PerpindahanOleh Kuasa 2 πR V . R=

  =

  Jarak Pindah olehBeban Pitch

7. Roda Gigi

  Gigi roda merupakan contoh pesawat sederhana. Gigi roda banyak digunakan pada mesin-mesin. 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.

Gambar 8.9 Roda gigi

  Gigi roda ini berfungsi meningkatkan atau menurunkan putaran. Ketika sepeda akan 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.

B. RANGKUMAN

  1. Pesawat sederhana adalah alat-alat yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan.

  2. Rasio antara jarak pindah oleh kuasa terhadap jarak pindah oleh beban

  dalam waktu yang sama disebut rasio kecepatan (velocity ratio), yang nilainya tetap untuk setiap mesin tertentu tergantung desainnya.

  Jarak pindaholeh kuasa Rasio Kecepatan (V . R )= Jarak pindaholeh beban

  3. Keuntungan menggunakan mesin pengangkat adalah mengangkat beban

  yang besar dengan kuasa yang kecil, kemudian istilah keuntungan mekanis (mechanical advantage) digunakan untuk mengekspresikan rasio ini,

  W M . A= F

  4. Efisiensi suatu mesin adalah perbandingan antara usaha berguna dilakukan terhadap usaha diberikan ke mesin.

  Usaha berguna dilakukan η ( Efisiensi)= Usaha diberikan ke mesin M . A .

  η= V . R .

  5. Kuasa ideal adalah kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban W jika

  tidak ada gesekan. Jika ada secara teori mesin sempurna tanpa gesekan dimana efisiensinya satu atau 100%, keuntungan mekanis akan sama dengan rasio kecepatan, sehingga

  W Kuasa Ideal= V . R .

  6. Bidang miring merupakan sebuah bidang miring yang digunakan untuk memindahkan sebuah benda ke ketinggian tertentu.

  W S M . A .=

  =

  F h

  7. Sistem kerja tuas terdiri atas tiga komponen, yaitu beban, titik tumpu, dan

  kuasa. Beban adalah benda yang akan dipindahkan. Hubungan antara lengan kuasa l , lengan beban l , bebanW , dan kuasaF secara matematis

  k b dapat dituliskan sebagai berikut.

  8. Katrol sangat baik digunakan untuk memindahkan beban ke atas. Katrol

  dapat dibedakan menjadi katrol tunggal tetap, katrol tunggal bergerak, dan takal.

  9. Roda dan Poros terdiri dari sebuah roda katrol dipasang erat dengan poros

  yang mana dipasang pada bearing horisontal. Rasio Kecepatan roda dan poros dirumuskan

  D R V . R .=

  =

  d r

  10.Rasio Kecepatan dongkrak sekrup (screw jack), Jarak PerpindahanOleh Kuasa 2 πR V . R= =

  Jarak Pindah olehBeban Pitch 11.Gigi roda ini berfungsi meningkatkan atau menurunkan putaran.

  C. TUGAS

  1. In a wheel and differential axle type of lifting machine, a crank handle of 240 mm radius takes the place of the wheel and the diameters of the differential axle are 110 mm dan 80 mm respectively. If an effort of 80 N is required at the handle to lift a load of 1,12 kN, find the velocity ratio, mechanical advantege and efficiency at this load!

  2. Two toggle bars are used in a screw jack to raise a casting of 3 ton mass. The screw thread has a pitch of 12 mm. One toggle is 500 mm long and the effort applied to its ind is 220 N. the other toggle is 450 mm long, find the effort required at the end of this toggle if the efficiency when lifting this load is 35%.

  D. TES FORMATIF Soal Tes Formatif:

  1. Seorang mendorong sebuah peti seberat 600 N. Pria ini menggunakan sebuah papan dengan panjang 4 m yang digunakan sebagai bidang miring.

  Jika jarak permukaan tanah dan bak truk 2 m, hitunglah keuntungan mekanis penggunaan bidang miring ini! Berapa gaya yang diperlukan untuk mendorong peti itu?

  2. Sebuah batu seberat 700 N akan dipindahkan dengan tuas yang panjangnya 2 m. Untuk membuat sistem pengungkit, digunakan sebuah batu sebagai tumpuan. Jika jarak titik tumpu terhadap beban 0,5 m, hitunglah gaya yang diperlukan untuk menggerakkan batu!

  3. Satu set blok katrol tali memiliki tiga katrol pada masing-masing blok.

  Hitunglah efisiensi ketika mengangkat beban 500 N jika kuasa yang diperlukan adalah 100 N.

  Jawaban Tes Formatif: 1. Diketahui: Bidang miring s = 4 m; h = 2 m; w = 600 N.

  Ditanya: M.A....? Jawab:

  S 4 m

  = =

  2 M.A. =

  W

  M.A. =

  F W 600 N

  = = 300 N F= M . A .

  2 2. Diketahui: Tuas panjang 2 m; l = 0,5 m; w = 700 N.

  b

  Ditanya: F....? Jawab: Terlebih dahulu kita hitung lengan kuasa:

  l = 2 - 0,5 m = 1,5 m k

  Persamaan tuas:

  F × l = w × l k b w ×l b 700 N × 0,5 m

  F= = = 233,3 N l 1,5 m k

3. Diketahui:

  Jumlah total katrol = 2 × 3 = 6

  Kecepatan (V.R.) = jumlah katrol = 6

  Rasio

  Beban 500 Keuntungan Mekanis M . A .=

  5 = =

  Kuasa 100 Efisiensi

  M . A η= ×100 % V . R .

  5

  × 100 % ¿

  6

  ¿ 83,3 %