Bagaimana pengaruh lengan kuasa dan lengan beban terhadap keuntungan mekanis suatu pengungkit/tuas?

Pengungkit memudahkan usaha dengan menggandakan gaya kuasamu dan mengubah arah gayamu. Kamu telah mempelajari bahwa keuntungan mekanik pesawat dapat dihitung dengan membagi gaya beban dengan gaya kuasa. 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.

Perhatikan gambar di atas, jika benda yang akan diungkit memiliki berat wB, diletakkan pada ujung tuas, yang diletakkan pada titik tumpu sejauh lB, maka kita akan memerlukan gaya sebesar FK pada jarak lk untuk mengungkitnya. lB adalah lengan beban yang merupakan jarak beban terhadap titik tumpu, sedangkan lk adalah lengan kuasa yang merupakan jarak gaya terhadap titik tumpu. Saat benda dapat diungkit maka akan berlaku:

wB . lB = FK . lk

Perbandingan antara berat beban dan gaya kuasa atau perbandingan antara lengan kuasa dan lengan beban disebut keuntungan mekanis. Keuntungan mekanik (KM) pengungkit dapat dicari dengan persamaan:

KM = wB/FK

Atau

KM= lK/lB

Contoh Soal

Sebuah tuas memiliki lengan beban 10 cm dan lengan kuasa 1 m. Jika kita ingin mengangkat beban yang memiliki berat 50 N, berapa gaya yang harus kita gunakan? tentukan pula keuntungan mekanis alat tersebut !

Penyelesaian :

lB = 10 cm

lK = 1 m = 100 cm

wB = 50 N

wB . lB = FK . lK

FK = wB . lB/lK

FK = 50 N . 10 cm/100 cm

FK = 5 N

Jadi gaya yang harus dikeluarkan untuk mengangkat beban tersebut adalah 5 N

Keuntungan mekanis alat,

KM = wB/FK

KM = 50 N/5 N
KM = 10
Jadi, keuntungan mekanis sistem pengungkit atau tuas tersebut adalah 10.

Untuk contoh soal-soal yang lebih menantang tentang tuas atau pengungkit silahkan baca postingan Mafia Online yang berjudul "Contoh Soal dan Pembahasan Tentang Pengungkit atau Tuas"

Pesawat sederhana adalah alat sederhana untuk memudahkan pekerjaan manusia. dalam melakukan usaha Yang termasuk pesawat sederhana : tuas/ pengungkit, katrol, bidang miring.

Keterangan : W = Titik Beban ( Beban ) F = Titik Kuasa ( Kuasa ) T = Titik Tumpu Lb = Lengan Beban Lk = Lengan Kuasa
Prinsip kerja tuas/pengungkit adalah keseimbangan, sedemikian rupa pada tuas berlaku perasamaan rumus:

beban x lengan beban = kuasa x lengan kuasa

atau dapat dirumuskan :

W x Lb = F x Lk

Keterangan :

W = Berat benda (Newton),

Lb = Lengan beban (meter),
F = Gaya kuasa (Newton),
Lk = Lengan kuasa (meter).

Keuntungan mekanis tuas dinyatakan dengan rumus :

Ini menunjukkan keuntungan mekanis tuas bergantung pada panjang lengan beban dan lengan kuasa yang mempunyai perbandingan yang bersifat tetap, artinya tidak bergantung pada berat beban dan gaya kuasa.

Alat-alat yang menggunakan prinsip tuas antara lain jungkat-jungkit, timbangan/neraca, pembuka tutup botol, staples dan tang.

2. Katrol

Alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip katrol antara lain, kerek untuk menimba, kapstan atau alat untuk menggulung tali pada kapal, derek untuk menarik mobil atau pengankat bahan-bahan bangunan.

a. Katrol tetap

Katrol tetap hanya memiliki keuntungan arah tarikan/arah gaya (berat beban orang yang menarik ikut membantu memberikan kuasa sehingga berat beban yang ditarik terasa lebih ringan).

Keterangan :

A = Titik kuasa

B = Titik beban

T = Titik tumpu

AT = Lengan kuasa

BT = Lengan beban

F = Gaya/ kuasa

W = Berat beban

Pada katrol tetap berlaku

1) Berat beban yang diangkat = gaya (kuasa)

2) Keuntungan mekanis = 1

3) Hanya memiliki keuntungan arah, karena dibantu oleh berat orang yang menarik

4) Mempunyai titik tumpu di tengah, sehingga lengan beban = lengan kuasa

b. Katrol Bergerak

Dinamakan katrol bergerak karena saat digunakan katrol ini turut bergerak. Pada katrol bergerak masing-masing kuasa hanya memikul setengah dari berat benda.

A = Titik kuasa

T = Titik beban

B = Titik tumpu

AB = Lengan kuasa

BT = Lengan beban

W = Berat beban

F = Gaya kuasa untuk menarik beban

Prinsip kerja katrol bergerak

1. Panjang lengan beban = ½ dari panjang lengan kuasa

2. Keuntungan mekanisnya = 2

3. Besar gaya kuasa yang diperlukan untuk menarik = ½ dari berat beban yang ditarik

c. Katrol Ganda (Takal)

Terdiri lebih dari satu katrol atau terdiri dari katrol tetap dan katrol bergerak

Keuntungan mekanis katrol ganda dapat ditentukan dengan jumlah tali yang mengangkat beban. Pada katrol ganda di atas besar keuntungan mekanis = 2 , artinya besar beban (W) 2 kali gaya kuasa (F) atau F = 1/2 W

Perhatikan katrol ganda di bawah ini !

Keuntungan mekanis katrol ganda di atas adalah 4 , artinya besar beban (W) 4 kali besar gaya kuasa (F) atau F = 1/4 W

(Catatan : Pada pembahasan ini massa katrol diabaikan, untuk percobaan diharap meninjau kembali pengaruh massa katrol)

a. Gear

Gear biasa digunakan pada sepeda, mekanik jam, mesin, dan kendaraan. Prinsip kerja gear adalah mempercepat putaran dengan cara menghubungkan lingkaran dengan jari-jari yang berbeda.

3. Bidang Miring

Bidang miring adalah bidang yang membuat sudut terhadap bidng datar. Karena dengan bidang miring dapat mempermudah (mengurangi gaya kerja) maka bidang miring merupakan pesawat sederhana. Seperti pada tuas dan katrol keuntungan mekanis bidang miring adalah perbandingan panjang lintasan miring dibagi ketinggiannya. Ini menjelaskan semakin landai/kemiringannya kecil/ketinggiannya kecil keuntungan mekanisnya besar.

Karena di dalam medan konservatif maka usaha untuk memindahkan benda dari bawah ke atas dengan gaya gesek diabaikan melalui lintasan s atau h adalah sama. Dengan persamaan usaha sama dengan gaya x perpindahan diperoleh :

F x S = W x h atau F = h/S x W

dengan F = Kuasa / gaya (N), h = Tinggi kemiringan (m), S = Panjang lintasan kemiringan (m) dan W = Berat beban (newton).

Keuntungan mekanis bidang miring :

Alat-alat yang bekerja menggunakan prinsip bidang miring antara lain tangga, sekrup, jalan di pengunungan, dan ujung mata linggis/paku.