Seperti
yang dijelaskan pada postingan sebelumnya bahwa pengertian mesin atau pesawat
menurut fisika adalah setiap peralatan yang memudahkan manusia melakukan usaha
atau kerja. Misalkan kamu ingin membuka kotak kayu berpaku dengan pengumpil.
Kamu menyelipkan ujung pengumpil itu di bawah papan kayu dan menekan ke bawah pegangannya.
Kamu melakukan usaha terhadap pengumpil dan pengumpil melakukan usaha terhadap
papan kayu. Adapun keuntungan pesawat sederhana adalah mengatasi gravitasi dan
gesekan, mengerahkan gaya dan melakukan usaha, dan memiliki keuntungan mekanik.
Mengatasi Gravitasi dan Gesekan
Ketika
kamu menggunakan pesawat sederhana, kamu mencoba menggerakkan sesuatu yang
sulit digerakkan. Sebagai contoh, ketika kamu menggunakan sepotong kayu untuk
menggerakkan sebongkah batu, kamu bekerja melawan gravitasi, yakni berat batu.
Ketika kamu menggunakan pengumpil untuk membuka tutup kotak, kamu bekerja
melawan gaya gesek, yaitu gesekan antara paku-paku di tutup kotak dan kotaknya.
Mengerahkan
Gaya dan Melakukan Usaha
Dua
gaya dilibatkan saat sebuah pesawat digunakan untuk melakukan usaha. Gaya yang
dikenakan kepada pesawat disebut gaya kuasa (Fk). Gaya yang
dikerahkan oleh pesawat untuk mengatasi hambatan disebut gaya beban (Fb).
Dalam contoh tutup kotak tadi, kamu mengerahkan gaya kuasa pada pegangan
pengumpil. Gaya beban berupa gaya pengumpil terhadap tutup kotak.
Terdapat
dua jenis usaha saat pesawat digunakan: usaha kepada pesawat dan usaha oleh
pesawat. Usaha kepada pesawat disebut usaha masukan (Win) dan usaha
oleh pesawat disebut usaha keluaran (Wout). Ingatlah kembali bahwa usaha
adalah perkalian antara gaya dengan jarak saat gaya bekerja (W = F
× d) (Silahkan baca pengertian usaha dan bagaimana menghitung usaha). Usaha
masukan adalah perkalian antara gaya kuasa dengan jarak saat gaya bekerja (Win
= Fk × dk). Usaha keluaran adalah hasil kali gaya
beban dengan jarak gerak beban (W out= Fb × db).
Ingatlah
bahwa usaha merupakan pemindahan energi melalui
gerak, sedangkan energi selalu kekal.
Jadi, kamu tidak akan pernah mendapatkan usaha keluaran dari pesawat lebih
besar dari usaha yang kamu berikan. Dengankata lain Wout tidak
pernah lebih besar daripada Win. Kenyataannya, jika pesawat
digunakan, sebagian energi diubah menjadi panas karena gesekan. Jadi Wout
selalu lebih kecil daripada Win.
Walaupun
pesawat yang sempurna tidak pernah dapat dibuat, kita dapat membayangkan
pesawat tanpa gesekan. Tidak ada energi yang diubah menjadi panas oleh pesawat ini.
Pada pesawat ideal, usaha masukan sama dengan usaha keluaran. Untuk pesawat
ideal:
Win = Wout
Fk × dk = Fb
× db
Dalam
banyak kejadian, pesawat sederhana melipat gandakan gaya beban (Fb
lebih besar daripada Fk). Jadi, agar Win
sama dengan Wout, gaya kuasa harus bergerak lebih jauh daripada gaya
beban (dk harus lebih besar daripada db).
Keuntungan
Mekanik
Pikirkan
lagi kegiatan membuka tutup kotak tadi. Perpindahan pegangan pengumpil (dk)
lebih besar daripada perpindahan ujung pengumpil (db). Jadi,
ujung pengumpil mengerjakan gaya beban (Fb) lebih besar daripada
gaya kuasa (Fk) yang kamu kerahkan. Bilangan yang menunjukkan berapa kali
lipat pesawat menggandakan gaya disebut keuntungan mekanik (KM) pesawat itu.
Untuk menghitung keuntungan mekanik, kamu bagi gaya beban dengan gaya kuasa.
KM = gaya beban / gaya kuasa
KM= Fb/ Fk
Beberapa
pesawat tidak menggandakan gaya. Pesawat itu hanya mengubah arah gaya kuasa.
Sebagai contoh, bila kamu menarik ke bawah tali kerekan sumur, maka timba akan
naik. Hanya arah gaya yang berubah sedangkan gaya kuasa dan gaya beban sama.
