USAHA DAN PESAWAT SEDERHANA MATERI KELAS 8

 A. USAHA

Pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari berbeda dengan pengertian usaha dalam fisika. Dalam kamus Bahasa Indonesia usaha adalah pekerjaan (perbuatan, prakarsa, ikhtiar, daya upaya) untuk menca pai sesuatu. Dalam fisika, usaha merupakan proses perubahan energi dan usaha ini selalu dihubungkan dengan gaya (F) yang menyebabkan perpin dahan (s) suatu benda. Dengan kata lain, bila ada gaya yang menyebab kan perpindahan suatu benda, maka dikatakan gaya tersebut melakukan usaha terhadap benda.
Besarnya usaha sama dengan hasil kali gaya dengan perpindahan.
Rumus,
W = F . s

W = usaha, joule (J)
F   = gaya, newton (N)
s   = jarak atau perpindahan, meter (m)

Ada 3 jenis usaha:
1. Usaha bernilai positif, bila gaya F searah dengan perpindahan (s). Contoh buah kelapa yang jatuh dari sebuah pohon, Buah tersebut jatuh karena gaya gravitasi Bumi menarik buah tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi ini bernilai positif karena arah gaya dan perpindahan sama-sama ke bawah.
2. Usaha bernilai negatif, bila gaya (F) berlawanan arah dengan per pindahan (s).
3. Usaha nol, bila gaya yang bekerja (F) tegak lurus perpindahan (s). Usaha yang dilakukan tidak memberikan dampak perubahan / perpindahan. Misalnya, usaha yang dilakukan seorang anak mendo rong almari yang sangat berat dan almari tidak bergeser. Contoh lain, seseorang mendorong tembok, disebut usaha nol (sia-sia).

Contoh soal :

Dua buah gaya masing-masing F1 = 40 N dan F2 = 50N yang searah bekerja pada sebuah benda sehingga benda berpindah sejauh 2 m.  Berapakah usaha yang dilakukan kedua gaya tersebut?

Penyelesaian :

Diketahui :

F1 = 40N

F2 = 50N

s = 2m

Ditanya : W=........?

Jawab :

W = (F1 + F2) x s

     = (40 + 50) x 2

     = 180 joule

Jadi usaha yang dilakukan kedua gaya tersebut adalah 180 joule.

     Kemampuan seseorang dalam melakukan usaha berbeda-beda.  Sebagai contoh, Hiulmi mampu memindahkan sebuah meja sejauh 5m dalam waktu 2 menit, tetapi Iqbal hanya menghabiskan wakti 1 menit saja.  Dalam fisika, kecepatan seseorang melakukan usaha disebut daya (P).  Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan :  P : Daya (Watt)

                        W : usaha (joule)

                         t : waktu (sekon)

B.  PESAWAT SEDERHANA

Pesawat sederhana adalah alat yang digunakan untuk mempermudah manusia melakukan usaha.

Macam-macam pesawat sederhana :

Pesawat sederhana adalah alat yang digunakan untuk membantu mempermudah pekerjaan manusia. Pesawat sederhana ada 4 yaitu : katrol, roda berporos, bidang miring dan pengungkit. 

Keuntungan mekanis (KM) adalah bilangan yang menunjukkan berapa kali pesawat menggandakan gaya. Keuntungan mekanis dapat dirumuskan sebagai : 

Katrol ada 2 yaitu katrol tetap dan katrol bebas. Katrol tetap berfungsi mengubah arah gaya. Pada katrol tetap tunggal, gaya kuasa yang digunakan untuk menarik beban sama dengan gaya beban. Keuntungan mekanis katrol tetap = 1 

Contoh penggunaan katrol tetap yaitu katrol timba air yang digunakan untuk mengambil air dari sumur. 

Katrol bebas berfungsi untuk melipatkan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda lebih kecil dari gaya beban. Contohnya katrol di pelabuhan yang digunakan untuk mengangkat peti kemas. 

Katrol bebas kedudukannya berubah dan tidak dipasang di tempat tertentu. Seperti pada gambar berikut. 

FK = gaya kuasa
FB = gaya beban 

Katrol majemuk adalah gabungan katrol tunggal dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem. Keuntungan mekanis katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban. Contohnya katrol dalam bidang industri digunakan untuk mengangkat benda berat. 

Contoh benda yang menerapkan prinsip roda berporos yaitu mobil, sepatu roda, roda sepeda, kursi roda, dan sebagainya. Roda gigi (gear) juga merupakan contoh roda berporos. Roda gigi berfungsi sebagai pusat pengatur gerak sepeda yang terhubung dengan sepeda.

Sedangkan roda sepeda menerapkan prinsip roda berporos untuk mempercepat gaya saat melakukan perjalanan. Berikut gambar roda roda gigi pada motor yang merupakan roda berporos : 

Bidang miring adalah bidang datar yang diletakkan miring (membentuk sudut tertentu) sehingga dapat memperkecil gaya kuasa. Contohnya, tangga, sekrup, dan pisau. 

Benda pada bidang miring : 

Keuntungan mekanis bidang miring dapat dihitung menggunakan rumus : 

Karena       Sehingga,  

Keterangan :
KM = keuntungan mekanis
FB = Gaya beban 
FK = Gaya kuasa 
l = panjang bidang miring
h = tinggi bidang miring 

Pengungkit terdiri atas 3 jenis yaitu :

1). Jenis pertama : titik tumpu terletak diantara beban dan kuasa. Contohnya gunting. 

2). Jenis kedua : titik beban terletak diantara tumpu dan kuasa. Contohnya Penutup botol 

3). Jenis ketiga : titik kuasa terletak diantara beban dan tumpu. Contohnya pinset 

Untuk lebih jelasnya, lihat gambar berikut. 

Pengungkit dapat mempermudah usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya benda. Agar dapat mengetahui besar gaya yang digandakan oleh pengungkit, maka harus mengetahui keuntungan mekanis nya. 

Menghitung keuntungan mekanis pada pengungkit adalah dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban. Panjang lengan kuasa adalah jarak antara titik tumpu sampai titik kuasa. Panjang lengan beban adalah jarak antara titik tumpu sampai titik beban. 

Karena syarat kesetimbangan tuas (pengungkit) adalah
FB × LB = FK × LK  dan  maka   

Keterangan :
KM = keuntungan mekanis
FB = gaya beban 
FK = gaya kuasa
LK = lengan kuasa
LB = lengan beban 

Putar video diatas ya , ada contoh soal dan jawaban 

3. Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak Manusia

Prinsip pesawat sederhana juga ada yang berlaku pada struktur otot dan rangka manusia. Contohnya, pada saat mengangkat barbel. Telapak tangan membawa barbel berperan sebagai gaya beban, titik tumpu berada pada siku (sendi antara lengan atas dan lengan bawah), titik kuasanya adalah lengan bawah. 

Titik tumpu berada diantara beban dan kuasa, sehingga lengan termasuk pengungkit jenis ketiga. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut. 

https://www.guruspensaka.com/2020/08/usaha-a.html

https://wirahadie.com/usaha-dan-pesawat-sederhana/amp/