Ibumu ingin membuka botol yang yang baru dibeli. Dapatkah kamu membantu ibu membuka tutup botol itu langsung dengan tanganmu? Jika tutup botol rapat maka akan sangat sukar bagimu untuk membukanya. Sekarang ambil sebuah garpu tempatgan gigi garpu di celah tutup botol dan cungkilah tutup botol tersebut (gambar 1). Ternyata dengan bantuan garpu kamu dapat membuka tutup botol dengan mudah. Begitu pula saat kamu ingin memotong kertas warna untuk membungkus hadiah dengan gunting, mengangkut batu dengan gerobak dorong, memotong kuku dengan gunting kuku, bahkan makan menggunakan sendok adalah suatu kemudahan dari alat yuang digunakan.

Nah, setiap alat yang memepermudah kita melakukan usaha disebut pesawat (atau mesin). 

Ketika mendengar kata pesawat mungkin kamu akan segera membayangkan pesawat moden di sekitarmu, seperti komputer, mobil, pesawat terbang dan robot. Pesawat modern seperti ini tergolong sebagai pesawat rumit. Pesawat rumit merupakan gabungan dari beberapa pesawat sederhana. Jadi apakah yang dimaksud dengan pesawat sederhana?

Usaha? Gaya? Energi? Daya? Bagaimana hubungan antara gaya dengan usaha? Ingat gaya pada Bab 1 pada pembelajaran sebelumnya!
Bagaimana mengukur gaya kita sendiri ketika menaiki tangga atau ketika mengangkat balok? Apa saja yang tergolong sebagai pesawat sederhana? Bagaimana pemanfaatan pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari? Adakah konsep pesawat sederhana dalam sistem gerak tubuh manusia?  Setelah menggunakan pesawat sederhana, apakah gaya yang dikeluarkan semakin besar atau semakin kecil? Lalu bagaimana energi yang kita keluarkan? Bagaimana dengan laju enrgi atau daya yang dikeluarkan?
Jawaban semua pertanyaan tersebut dapat kamu temukan dengan mempelajari bab ini. Mari kita pelajari bab ini dengan penuh semangat!

USAHA DAN DAYA

Usaha

Kata usaha dalam kehidupan sehari-hari adalah berbagai aktivitas yang dilakukan manusia. Contohnya, Valentino Rossi berusaha meningkatkan kelajuan motornya untuk menjadi juara dunia Moto GP yang ke delapan kalinya, Ronaldinho berusaha mengecoh penjaga gawang agar dapat mencetak gol, dan Firdaus berusaha mempelajari Fisika untuk persiapan ulangan harian.

Seorang tukang bakso pun dapat dikatakan melakukan usaha saat mendorong sebuah gerobak (Gambar 1.1). Besar usaha yang dilakukan bergantung pada besar gaya dberikan untuk mendorong gerobak dan besar perpindahan gerobak.

Dalam IPA, usaha memiliki definisi yang lebih khusus. Jika Kalian memberikan gaya konstan F pada suatu benda sehingga menyebabkan benda berpindah sejauh s (Gambar 1.2), maka usaha W yang dilakukan gaya tersebut dinyatakan dengan :

  W = F x s

Keterangan :
 = usaha (J)
 = gaya yang diberikan (N)
s = perpindahan (m)

Semakin besar gaya yang diberikan pada benda, semakin besar pula usaha yang dihasilkan. Semakin besar perpindahan benda, semakin besar pula gaya yang dihasilkan.

Terdapat dua persyaratan khusus mengenai definisi usaha dalam Fisika ini. Pertama, gaya yang diberikan pada benda haruslah menyebabkan benda tersebut berpindah sejauh jarak tertentu.

Walaupun orang tersebut mendorong dinding tembok hingga tenaganya habis, dinding tembok tersebut tidak berpindah. Dalam IPA, usaha yang dilakukan orang tersebut terhadap dinding tembok sama dengan nol atau ia dikatakan tidak melakukan usaha pada dinding tembok karena tidak terjadi perpindahan pada objek kerja/usaha yaitu dinding tembok.

Kedua, agar suatu gaya dapat melakukan usaha pada benda, gaya tersebut haruslah searah dengan perpindahan. Seperti yang terlihat pada gambar  seorang anak yang membawa tas ke arah depan namun dengan gaya ke atas, maka tidak akan terjadi usaha karena besar gaya yang searah dengan perpindahan sebesar nol.

Pada gambar barikut juga terlihat seorang pramusaji yang sedang berjalan mengantarkan makanan ke meja pelanggannya, dikatakan tidak melakukan usaha meskipun tangannya memberikan gaya untuk menahan makanan yang dibawanya. Hal ini dikarenakan gaya yang diberikan pramusaji tersebut tegak lurus dengan arah berjalannya. Gaya tangannya ke atas dan arah berjalannya mendatar.

Usaha didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berpindah

Daya

Besaran usaha menyatakan gaya yang menyebabkan perpindahan benda. Namun, besaran ini tidak memperhitungkan lama waktu gaya itu bekerja pada benda sehingga menyebabkan benda berpindah. Kadang-kadang usaha dilakukan sangat cepat dan di saat lain usaha dilakukan sangat lambat. Misalnya, Ani mendorong lemari untuk memindahkannya dari pojok kamar ke sisi lain kamar yang berjarak 3 m. Dalam melakukan usahanya itu, Ani membutuhkan waktu 5 menit. Apabila lemari yang sama dipindahkan oleh Arif, ia membutuhkan waktu 3 menit. Ani dan Arif melakukan usaha yang sama, namun keduanya membutuhkan waktu yang berbeda. Besaran yang menyatakan besar usaha yang dilakukan per satuan waktu dinamakan daya.

Dengan demikian, Kalian dapat mengatakan bahwa Arif memiliki daya yang lebih besar daripada Ani. Daya didefinisikan sebagai kelajuan usaha atau usaha per satuan waktu. Daya dituliskan secara matematis sebagai berikut.

Keterangan :
P = daya (watt)
W = usaha (J)
t = waktu (s)

Mobil, motor, atau mesin-mesin lainnya sering dinyatakan memiliki daya sekian hp (horse power) yang diterjemahkan dalam Bahasa Indonesia sebagai daya kuda dengan 1 hp = 746 watt. Dalam perhitungan teknik, besarnya 1 hp kadang-kadang dibulatkan, yaitu 1 hp = 750 watt. Hubungan antara daya dan kecepatan diturunkan sebagai berikut.

Daya didefinisikan sebagai laju perubahan energi atau usaha per satuan waktu

Contoh Soal

Seorang penjual makanan mendorong gerobak makanannya sejauh
3,6km selama 30 menit. Gaya dorong yang digunakan adalah sebesar 500 N. Berapakah usaha dan daya dari penjual makanan tersebut?
Jawab:
Diketahui :
s = 3,6 km = 3600 m
F = 500 N
t = 30 menit = 1800 s
Ditanyakan :
a. Usaha = W = ?
b. Daya = p = ?
Dijawab :
a. W = Fx s
= 500 x 3600
= 1 800 000 joule

b. P = ?/? = 1000 watt

Besar usaha seorang penjual bakso adalah 300 joule dengan menempuh jarak 75 m. Berapakah  besar gaya yang diberikan untukmendorog gerobak?
Diketahui :
s = 75 m
W = 3000 N
Ditanyakan :
Daya = p = ?
Dijawab :
F = ?/? = 300/75
= 40 N

PESAWAT SEDERHANA

A. Prinsip Kerja Pesawat Sederhana

Manusia selalu berusaha memperoleh kemudahan dalam melakukan pekerjaan. Oleh karena itulah manusia membuat alat-alat yang dapat memudahkan pekerjaannya. Alat-alat yang dapat mempermudah pekerjaan disebut pesawat sederhana. Contoh dalam kehidupan sehari-hari, misalnya ketika kita akan menancapkan paku pada kayu, tentu akan sulit tanpa palu. Begitu pula ketika kita akan membuka baut, akan kesulitan apabila tanpa bantuan kunci pembukanya. Jadi, pesawat sederhana adalah alat sederhana yang digunakan untuk mempermudah manusia melakukan usaha. Pesawat sederhana banyak sekali jenisnya dan semuanya dibuat untuk memudahkan manusia untuk melakukan pekerjaaan.

Pesawat sederhana berdasarkan prinsip kerjanya dibedakan menjadi 4 jenis yaitu: tuas/pengungkit, bidang miring, katrol dan roda berporos. Pesawat sederhana mempunyai keuntungan mekanik yang didapatkan dari perbandingan antara gaya beban dengan gaya kuasa sehingga mempermudah kerja manusia. Semakin besar keuntungan mekanis yang dimiliki peswat sederhana, semakin mudah pula usaha yang dilakukan manusia. Jadi penggunaan peswat sederhana berfungsi untuk mempermudah usaha yang dilakukan oleh manusia tetapi tidak merubah besar usaha yang dilakukan.

Adapun tujuan menggunakan pesawat sederhana antara lain:

• Melipat kaliankan gaya/kemampuan kita
• Mengubah arah gaya yang kita lakukan
• Menempuh jarak yang lebih jauh atau memperbesar kecepatan

Amati video berikut untuk menambah pemahaman kalian…

B. Jenis Pesawat Sederhana