< PreviousIlmu Pengetahuan Alam631. Alat tulis 2. Kertas Apa yang harus kamu lakukan?Lakukan pengamatan terhadap berbagai macam aktivitas yang sering dilakukan oleh orang-orang di sekitarmu.NoJenis KegiatanAlat Bantu yang digunakanJenis Pesawat Sederhana1Memotong KertasAlat Pemotong KertasTuas Jenis Kedua2Menggunting RumputGuntingTuas Jenis Pertama3Memotong Daging4Mencabut PakuCatut5Mengerek Benderadan seterusnya hingga 15 aktivitasBerdasarkan percobaan yang telah kamu lakukan, dapat diketahui bahwa manfaat dari pesawat sederhana adalah untuk mempermudah pekerjaan manusia. Berikut ini akan disebutkan beberapa jenis pesawat sederhana yang ada di sekitarmu. Selain itu, akan dijelaskan pula keuntungan mekanik dari penggunaan pesawat sederhana.a. Katrol Tahukah kamu bagaimana seseorang dapat mengambil air dari sumur yang dalam dengan menggunakan timba (lihat Gambar 2.18). Hal ini karena orang tersebut memanfaatkan katrol tetap yang berfungsi untuk mengubah arah gaya. Jika tali yang terhubung pada katrol ditarik ke bawah, maka secara otomatis timba berisi air akan terkerek ke atas. Keuntungan mekanik katrol tetap sama dengan 1. Jadi, katrol tetap tunggal tidak menggandakan gaya kuasa atau dengan kata lain gaya kuasa sama dengan gaya beban. Penerapan katrol dalam kehidupan sehari-hari biasa divariasi sehingga membentuk katrol bebas maupun katrol majemuk. Variasi tersebut dimaksudkan untuk mempermudah pekerjaan yang dilakukan. Agar lebih memahami variasi katrol secara lebih lanjut, perhatikan Gambar 2.19!Sumber: Kemdikbud. 2014Gambar 2.18 Contoh katrol tetapKelas VIII SMP/MTsSemester 164Berbeda dengan katrol tetap, kedudukan katrol bebas berubah dan tidak dipasang di tempat tertentu. Biasanya katrol bebas diletakkan di atas tali Sumber: Dokumen KemdikbudGambar 2.19 Beberapa jenis katrolKatrol Tetap TunggalKatrol Bebas TunggalKatrol Gabunganbeban. Katrol bebas berfungsi untuk melipatkan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda menjadi setengah dari gaya beban. Katrol jenis ini biasanya ditemukan di pelabuhan yang digunakan untuk mengangkat peti kemas. Keuntungan mekanik dari katrol bebas lebih besar dari 1. Pada kenyataannya nilai keuntungan mekanik dari katrol bebas tunggal adalah 2. Hal ini berarti bahwa gaya kuasa 1 N akan mengangkat beban 2 N.Agar gaya kuasa yang diberikan pada benda semakin kecil, maka diperlukan katrol majemuk. Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem yang terpadu. Katrol majemuk biasa digunakan dalam bidang industri untuk mengangkat benda-benda yang berat. Keuntungan mekanik dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban.Sumber: Dokumen KemdikbudGambar 2.20 Katrol majemukIlmu Pengetahuan Alam65b. Roda BerporosKamu tentunya sudah tidak asing lagi dengan sepeda, bahkan sebagian besar di antara kamu pasti pernah menggunakannya. Gear pada sepeda adalah salah satu contoh pesawat sederhana yang tergolong roda berporos.Roda berporos adalah pesawat sederhana yang memiliki dua roda dengan ukuran berbeda yang berputar bersamaan. Gaya kuasa biasanya bekerja pada roda yang besar, gaya beban bekerja pada roda yang lebih kecil.Roda berporos memiliki fungsi untuk mempercepat gaya. Selain gear sepeda, contoh penerapan pesawat sederhana jenis roda berporos adalah kursi roda, mobil, dan sepatu roda.c. Bidang MiringContoh dari bidang miring selain tangga adalah sekrup dan pisau. Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga dapat memudahkan gerak benda. Keuntungan mekanik bidang miring dapat dihitung dengan membagi jarak kuasa dengan jarak beban. KM (Keuntungan Mekanik)Sumber: Dokumen KemdikbudGambar 2.21 Gear sepeda adalah contoh roda berporosKM =Gaya BebanGaya KuasaKM = =Panjang Bidang MiringlKetinggianhSumber: Eyesee10. 2010 Gambar 2.22 Sekrup adalah contoh bidang miring. lKelas VIII SMP/MTsSemester 166d. PengungkitPengungkit merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Contoh alat-alat yang merupakan pengungkit antara lain gunting, linggis, jungkat-jungkit, pembuka botol, pemecah biji kenari, sekop, koper, pinset, dan sebagainya. Tabel 2.3 menjelaskan berbagai macam jenis pengungkit yang dikelompokkan berdasarkan variasi letak titik tumpu, lengan kuasa, dan lengan beban.Pengungkit dapat memudahkan usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan mengubah arah gaya. Agar kita dapat mengetahui besar gaya yang dilipatgandakan oleh pengungkit maka kita harus menghitung keuntungan mekaniknya. Cara menghitung keuntungan mekaniknya dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban. Panjang lengan kuasa adalah jarak dari tumpuan sampai titik bekerjanya gaya kuasa. Panjang lengan beban adalah jarak dari tumpuan sampai dengan titik bekerjanya gaya beban. Beni dan ayahnya sedang bermain jungkat-jungkit di taman kota. Ketika tumpuan berada di tengah-tengah jungkat-jungkit, Beni tidak dapat mengangkat ayahnya. Bagaimanakah caranya agar Beni dan ayahnya dapat berjungkat-jungkit?Gambar 2.23 Posisi lengan kuasa dan lengan bebanLengan KuasaLengan BebanGaya KuasaTumpuanGaya BebanFKLKLBFBIlmu Pengetahuan Alam67Tabel 2.2 Jenis Pengungkit yang Dikelompokkan Berdasarkan Letak Titik Tumpu, Lengan Kuasa, dan Lengan Beban Jenis pengungkitPenerapan dalam kehidupanKonsep fisika pengungkitJenis PertamaJenis KeduaJenis KetigaApabila Fb x Lb = Fk x Lk, makaKM = =Fb LkFk LbKeterangan :KM : keuntungan mekanikFb : gaya bebanFk : gaya kuasaLk : lengan kuasaLb : lengan bebanKelas VIII SMP/MTsSemester 168Mengidentifikasi Keuntungan Mekanik PengungkitJika terdapat dua orang yang memiliki berat badan berbeda, yaitu gemuk dan kurus ingin bermain jungkat-jungkit, di manakah posisi yang dapat diduduki orang yang gemuk jika orang yang kurus duduk di ujung kiri? Coba jawab pertanyaan ini dengan bantuan kegiatan berikut.Apa yang harus kamu persiapkan?Set percobaan pengungkit seperti pada gambar.Apa yang harus kamu lakukan?1. Susunlah set percobaan seperti pada gambar 2. Tentukan sisi yang bertindak sebagai kuasa dan bertindak sebagai beban 3. Gantungkan beban gantung pada sisi beban dan beban gantung lain pada sisi kuasa. 4. Aturlah jaraknya antara beban dan kuasa hingga posisinya seimbang.5. Lakukan langkah 2-4 sebanyak 5 kali dengan menambah berat beban (Fb), tetapi letak beban (Lb) dan berat kuasa (Fk) tetap. Amati dan catat datanya pada tabel pengamatan. Tabel Data Hasil PengamatanNoFb (N)Lb (m)Fk (N)Lk ((m)Fb x Lb (J)Fk x Lk (J)12345Keuntungan mekanik tuas adalah perbandingan besarnya gaya beban dengan gaya kuasa. Tuliskan pada buku IPA mu persamaannya dari data yang telah dicatat di tabel!Ilmu Pengetahuan Alam69Keuntungan mekanik adalah bilangan yang menunjukkan berapa kali pesawat menggandakan gaya. Dapatkah kamu menghitungnya?Caranya dengan menghitung besar perbandingan gaya beban dengan gaya kuasa yang diberikan pada benda. Berikut adalah persamaan matematisnya: Akan tetapi, tidak semua pesawat sederhana dapat menggandakan gaya. Contohnya adalah katrol tetap tunggal. Katrol ini berfungsi mengubah arah gaya. Oleh karena itu, pada katrol tersebut hanya memiliki keuntungan mekanik sebesar 1. Hal ini disebabkan karena gaya kuasa besarnya sama seperti gaya beban.Mengidentifikasi Pesawat Sederhana yang Ada di RumahApa yang harus kamu persiapkan?Buku IPA dan alat tulis.Apa yang harus kamu lakukan?1. Identifikasilah minimal 10 macam alat-alat yang termasuk pesawat sederhana yang ada di rumahmu. 2. Catatlah hasilnya di buku IPA mu.KM = =FB Gaya BebanGaya KuasaFK Kelas VIII SMP/MTsSemester 170Membuat Sekrup Sederhana (Membuktikan Bahwa Sekrup adalah Salah Satu Contoh Bidang Miring)Apa yang harus kamu persiapkan?1. Paku besar.2. Kertas berbentuk segitiga siku-siku.Apa yang harus kamu lakukan?1. Meletakkan paku besar di atas kertas segitiga (perhatikan Gambar 2.23) 2. Gulunglah paku tersebut hingga mencapai ujung kertas! Amati bentuk kertas pada bagian sisi gulungan.3. Berdasarkan pengamatanmu, buatlah kesimpulan yang berkaitan dengan bidang miring!2. Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Otot dan Rangka ManusiaPerhatikan Gambar 2.24. Gambar tersebut menunjukkan seorang atlet yang sedang berlari. Cermati otot dan rangka yang bekerja pada atlet tersebut pada saat berlari. Apa kaitannya dengan pesawat sederhana? Otot dan rangka bekerja bersama-sama pada saat seseorang melakukan gerakan. Hal ini seperti setiap bagian yang terdapat pada sepeda akan bekerja bersama-sama ketika sepeda tersebut bergerak. Sumber: Dokumen KemdikbudGambar 2.24 Seorang atlet sedang berlari Gambar 2.23 Kiri: Kertas berbentuk segitiga; Kanan: Posisi kertas dan paku Ilmu Pengetahuan Alam71Pada saat kamu melakukan suatu aktivitas, otot, tulang, dan sendi akan bekerja bersama-sama. Prinsip kerja ketiganya seperti sebuah pengungkit, di mana tulang sebagai lengan, sendi sebagai titik tumpu, dan kontraksi atau relaksasi otot memberikan gaya untuk menggerakkan bagian tubuh.Kegiatan A: mengangkat beban dengan tangan terlentang (tidak memanfaatkan kerja sendi yang ada di antara lengan atas dan lengan bawah).Kegiatan B: mengangkat beban dengan kondisi tangan terlipat (memanfaatkan kerja sendi yang ada di antara lengan atas dan lengan bawah). Mengapa kegiatan B lebih ringan dilakukan bila dibandingkan dengan kegiatan A? Prinsip apakah yang sebenarnya berlaku pada aktivitas B?Sumber: Dokumen KemdikbudGambar 2.25 Visualisasi pengungkit pada tubuh manusiaKetika kelas pengungkit dapat ditemukan pada tubuh manusia. Pada gambar di bawah ini tampak seorang pemain bulutangkis bersiap untuk memukul kok.Pengungkit Jenis I Titik tumpu berada diantara kuasa beban. Hal ini terjadi ketika pemain tenis menggunakan otot leher untuk menengadahkankepalanyaPengungkit Jenis III Kuasa terletak di antara titik tumpu dan beban. Kondisi ini terjadi ketika pemain tenis menegangkanotot lengan dan bahuPengungkit Jenis II Beban berada di antara titik tumpu dan kuasa. Kondisi ini terjadi ketika otot betis pemain tenis mengangkat beban tubuhnya dengan bertumpu pada jarikakinyaKelas VIII SMP/MTsSemester 172Info Ilmuwan Kamu pernah melihat orang yang kaki atau tangannya digips karena mengalami patah tulang? Tahukah kamu siapa penemu gips? Penemunya adalah Al-Zahrawi atau Albucasis (936-1013 M). Al -Zahrawi merupakan seorang dokter dan ahli bedah dari Andalusia. Menurut Al-Zahrawi, jika terdapat tulang yang bergeser maka tulang tersebut harus ditarik supaya kembali tempatnya semula, sedangkan untuk masalah tulang yang lebih gawat seperti patah, maka tulang tersebut harus digips. Pada topik yang terkait pesawat sederhana, tahukah kamu, ide pertama dari pesawat sederhana berawal dari seorang filsuf Yunani sekitar abad ke-3 sebelum masehi, yaitu Archimedes (sekitar 287 SM-212 SM). Archimedes mempelajari tiga macam pesawat sederhana: katrol, pengungkit, dan sekrup. Archimedes menemukan rumusan untuk mencari keuntungan mekanik pada pengungkit. Para ilmuwan Yunani sendiri akhirnya mendefinisikan lima macam pesawat sederhana (tidak termasuk bidang miring) dan mereka dapat menghitung keuntungan mekanik semua alat-alat tersebut (meski perhitungan untuk baji dan sekrup tidak terlalu akurat dikarenakan gaya gesek yang besar). Ilmuwan berikutnya adalah Al Jazari (1136-1206 M), seorang tokoh besar di bidang mekanik dan industri yang menemukan konsep robotika modern. Al Jazari mengembangkan prinsip hidrolik untuk menggerakkan mesin yang kemudian hari dikenal sebagai mesin robot. Dalam bukunya, Al Jazari begitu detail memaparkan instruksi untuk mendesain, merakit, dan membuat sebuah mesin. AlJazari mendapat julukan sebagai Bapak Modern Engineering berkat temuan-temuannya yang banyak mempengaruhi rancangan mesin-mesin modern saat ini.Refleksi Rangka manusia merupakan salah satu karya Tuhan yang menciptakan tubuh kita. Fungsi rangka pada manusia dapat kamu lihat seperti halnya rangka baja yang membangun suatu bangunan, sehingga bangunan tersebut dapat berdiri tegak. Keistimewaan rangka yang kita miliki adalah kemampuannya untuk memperbaiki diri saat tulang mengalami keretakan atau patah tulang, hal ini yang tidak bisa terjadi pada rangka baja secanggih apapun di dunia. Rangka tulang yang bekerja sama dengan sistem otot tidak hanya membuat tubuh kita dapat berdiri tegak, tetapi juga memungkinkan kita untuk bergerak, berjalan, berlari, bahkan mengangkat beban yang melebihi berat tubuhmu sendiri. Bayangkan betapa kuat dan sempurnanya ciptaan Tuhan pada tulangmu. Manusia kemudian meniru prinsip kerja rangka dan otot manusia dalam membuat pesawat sederhana. Masihkah kamu memungkiri keajaiban ciptaan Tuhan pada tulang dan ototmu? Bagaimana caranya agar tulang dan ototmu tetap tetap sehat dan terjaga? Next >