Materi dalam tema pesawat sederhana .

Sedangkan peta kompetensi untuk tema hujan asam adalah sebagai berikut :

Peta Kompetensi Keterpaduan IPA

Jenis-jenis Pesawat sederhana :

Sebelum mempelajari pesawat sederhana tentang tuas silahkan mendownload Lembar Kerja Siswa 1 “Tuas dalam Tubuh” lebih dahulu sebagai acuan kalian dalam belajar .

Perhatikan gambar 4 berikut ini.

Gambar 4. Menggeser Batu Menggunakan Tongkat

Pada  Gambar 4 tampak seseorang  sedang  berusaha  menggeser sebongkah  batu  besar dengan menggunakan tongkat kayu dan sebuah batu kecil. Orang tersebut meletakkan salah satu ujung tongkat kayu di bawah batu kemudian meletakkan batu kecil di bawah tongkat kayu. Tongkat kayu tersebut berfungsi sebagai pengungkit dan balok kayu berfungsi sebagai titik tumpu. Orang  tersebut  kemudian  menekan  ujung  tongkat  kayu  yang paling jauh dari batu. Tekanan yang diberikan akan menyebabkan tongkat kayu bergerak. Pergerakan ujung tongkat kayu yang ditekan menyebabkan pergerakan kecil pada ujung tongkat kayu yang dekat dengan batu. Meskipun pergerakan yang terjadi sangat kecil, namun pergerakan ini membuat gaya tekan menjadi lebih besar. Pertambahan gaya yang terjadi akan mampu mengangkat batu. Batu pada contoh di atas disebut beban, sedangkan gaya tekan yang diberikan orang tersebut disebut dengan usaha atau kuasa. Untuk mempermudah, perhatikan Gambar 5.

Gambar 5. Diagram Prinsip Kerja Tuas

Titik A pada Gambar 5 disebut titik kuasa dimana tempat melakukan usaha, titik B disebut titik tumpu dimana tempat pesawat bertumpu dan dan titik C disebut titik beban dimana beban ditempatkan. Jarak kuasa ke titik tumpu (jarak AB) disebut lengan kuasa (l_k). Jarak titik beban ke titik tumpu (jarak BC) disebut lengan beban (l_b). Massa kuasa adalah m_A dan massa beban adalah m_B. Massa beban dan massa kuasa berbanding terbalik dengan panjang lengan masing-masing.

Berdasarkan titik tumpunya, tuas dikelompokkan menjadi 3 jenis, yaitu:

1. tuas jenis pertama

Letak titik tumpu tuas jenis ini berada di antara titik beban dan titik kuasa, seperti diilustrasikan pada Gambar 6.

Gambar 6. Diagram Prinsip Kerja Tuas Jenis Pertama

Contoh tuas jenis pertama, yaitu menggeser batu dengan pengungkit, tang dan gunting.

2. tuas jenis kedua

Pada tuas jenis kedua, titik beban berada di antara titik tumpu dan titik kuasa, seperti diilustrasikan Gambar 7.

Gambar 7. Diagram Prinsip Kerja Tuas Jenis Kedua

Contohnya, pembuka tutup botol dan gerobak dorong.

3. tuas jenis ketiga

Pada tuas jenis ketiga, titik kuasa berada di antara titik tumpu dan titik beban, seperti diilustrasikan pada Gambar 8.

Gambar 8. Diagram prinsip kerja tuas jenis ketiga

Tuas jenis ketiga dijumpai pada mengambil tanah dengan sekop, staples, penjepit kue dan pinset.

Tuas dalam Tubuh

Perlu kalian ketahui, bahwa ternyata setiap rangka kita dalam aktivitas tubuh kita mengandalkan prinsip kerja tuas. Untuk lebih jelasnya, perhatikan Gambar 9.

Gambar 9. Tuas dalam tubuh

Mari dibahas satu-satu ya. Pertama ada di kepala antara tengkorak dan tulang leher, dari gambar 9 (a) kira-kira kalian bisa menebak jenis tuas keberapakah itu? Ya benar sekali, pada tengkorak dan tulang leher merupakan jenis tuas pertama. Karena, kalau dirasakan leher sebagi kuasa yang membuat beban dalam hal ini tulang didaerah muka terangkat dan porosnya (titik tumpu) ada ditengah hal itu juga yang menyebabkan leher sering pegal-pegal.

Kedua adalah telapak kaki, tanpa sadar ternyata bagian telapak kaki juga memiliki keunikan. Pada saat berjinjit seperti pada gambar 9 (b) menyebabkan ujung telapak kaki manjadi titik tumpu bagi anggota badan, kemudian pangkal telapak kaki menjadi sedikit tegang karena disitulah kuasa yang diberikan, dan beban berada ditengah-tengah telapak kaki. Telapak kaki pada saat berjinjit merupakan jenis tuas kedua.

Ketiga adalah lengan mengangkat beban, seperti pada gambar 9 (c) jenis tuas ini paling banyak ditemui di anggota tubuh, yaitu jenis tuas ketiga. Contohnya saat mengangkat suatu benda dengan menggunakan tangan, maka tangan yang memegang beban menjadi titik beban, lengan menjadi kuasa, dan siku menjadi titik tumpu.

Gambar 10. Kaki menggunakan sandal berhak tinggi

Wanita yang menggunakan sepatu atau sandal berhak tinggi seperti pada Gambar 12 dalam waktu yang lama akan memaksa otot betis berkontraksi dan menyesuaikan sudut dari sepatu atau sandal berhak tinggi secara terus menerus. Sehingga otot akan menjadi lebih pendek dan tegang. Pemakaian sepatu atau sandal berhak tinggi memiliki pengaruh terhadap kesehatan manusia. Carilah artikel tentang bahaya menggunakan sepatu atau sandal berhak tinggi dalam waktu yang lama melalui internet dengan alamat   http://www.tinggibadan.com/highheels.php.

Keuntungan Mekanis Tuas

Perhatikan Gambar 11 berikut.

Gambar 11. Prinsip Kerja Tuas

 w menyatakan  beban  yang  akan  diangkat  atau  dipindahkan.  F merupakan  gaya  yang  diberikan  (kuasa). Titik  O  adalah  titik  tumpu  tuas. Panjang OA merupakan panjang lengan beban (l_b), sedangkan panjang OB merupakan panjang lengan kuasa (l_k). Agar kamu dapat mengetahui bagaimana cara menghitung keuntungan mekanis tuas, silahkan download dan lakukan kegiatan Lembar Kerja Siswa 2 “Keuntungan Mekanis Tuas”

diperoleh bahwa tuas berada dalam keadaan setimbang jika perkalian antara beban (w) dengan lengan beban (l_b) sama dengan perkalian antara kuasa (F) dengan lengan kuasa (l_k). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

atau

Keuntungan  mekanis  adalah  perbandingan  antara  beban  yang  diangkat dengan kuasa. Keuntungan mekanis tuas merupakan perbandingan antara lengan kuasa dengan lengan beban. Secara matematis dapat dirumuskan:

Gambar  12.  Pengibaran Bendera

Pada Gambar 12 terlihat pasukan pengibar bendera sedang  menaikkan bendera pada tiang bendera. Sebuah katrol digunakan untuk menempatkan bendera di puncak tiang. Katrol adalah  roda  beralur  dengan  sebuah  tali  atau  rantai yang  lewat  pada  alur  itu.  Katrol  memudahkan  kita melakukan  kerja.

Untuk memudahkan kalian dalam mempelajari katrol, silahkan download LKs 3 “Katrol”  disini.

Pada  dasarnya  katrol  sama  dengan  tuas,  oleh  sebab  itu  dapat  dimungkinkan mengangkat benda-benda yang lebih berat dari kemampuan. Berdasarkan penempatannya, katrol dibedakan menjadi tiga yaitu: katrol tetap, katrol bergerak, katrol ganda.

Katrol Tetap

Katrol tetap adalah katrol yang kedudukannya selalu tetap di suatu tempat seperti pada Gambar 13 dibawah ini.

Gambar 13.  Katrol Tetap

Bagian-bagian katrol adalah

F_b = gaya beban

F_k =  gaya kuasa

l_b  =  AO = lengan beban

l_k  =  OB = lengan kuasa

Katrol berfungsi untuk membelokkan gaya sehingga berat beban tetap sama dengan gaya kuasanya tetapi dapat dilakukan  dengan mudah. Keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan satu. Katrol tetap digunakan untuk menimba air.

Keuntungan mekanis katrol tetap dapat dirumuskan:

Katrol bergerak

Katrol  bergerak  adalah  katrol  yang  bila  sedang  bekerja  kedudukan  selalu berpindah tempat mengikuti gerak beban seperti pada Gambar 14.

Gambar 14.  Katrol Bergerak

Titik  tumpu  katrol  tunggal bergerak  berada  di  titik  A.  Lengan  beban  l_b  adalah  jarak AO  dan  lengan  kuasa  l_k adalah  jarak  AB. Berat beban (w) adalah F_b dan gaya kuasa (F) adalah F_k Dengan  demikian,  berlaku persamaan sebagai berikut.

l_k = 2 l_b

Jadi, keuntungan mekanis katrol tunggal bergerak adalah:

Adapun  besar  gaya  kuasa  yang  harus  dilakukan  untuk mengangkat beban adalah

Katrol Ganda

Katrol  ganda  adalah  beberapa  katrol  yang  dirangkai  seperti pada Gambar 15 dan  pada  umumnya digunakan untuk mengangkat benda-benda yang berat. Katrol gabungan dapat memiliki keuntungan mekanik yang besar. Keuntungan mekanik katrol gabungan sama dengan jumlah tali  yang  menyokong  berat  beban.

Gambar 15. Rangkaian Katrol Ganda

Perhatikan gambar berikut.

Gambar diatas memperlihatkan Ali dan Roma sedang memindahkan drum yang berat sekali keatas truk. Roma membantu Ali memindahkan drum ke atas truk menggunakan papan bidang miring sebagai titian drum. Sehingga gaya yang digunakan untuk memindahkan drum ke atas truk menjadi lebih ringan.

Besarnya usaha yang diperlukan Ali untuk memindahkan drum keatas truk secara langsung (diangkat langsung) sama dengan usaha yang digunakan dengan menggunakan bidang miring. Sehingga, bidang miring digunakan untuk mempermudah usaha, bukan mengurangi besarnya usaha yang harus Ali lakukan untuk memindahkan drum.

Keuntungan mekanis bidang miring, yaitu:

Keterangan:

F     =  gaya

w    =  berat  benda

s     =  panjangnya  bidang  miring

h    =  Tinggi  bidang  miring

Dalam keseharian, prinsip bidang miring dapat kalian temukan pada uliran sekrup dan jalan di pegunungan. Sekrup  adalah bidang  miring  yang  diputarkan  pada  tabung secara  spiral.  Jika  kalian  mengamati  sebuah sekrup pada gambar 16,  kalian  akan  melihat  uliran  berupa  bidang miring yang bergerak dari ujung sekrup hingga dekat  puncaknya.  Saat  kalian  memutar  sekrup, uliran  seolah-olah    menarik  sekrup  ke  dalam kayu. Sebenarnya, bidang miring pada sekrup itu bergeser melalui kayu.

Gambar 16. sekrup dengan berbagai bentuk

Jalan yang berkelok-kelok menuju pegunungan seperti pada Gambar 17 memanfaatkan cara kerja bidang miring. Bidang miring adalah permukaan rata yang menghubungkan dua tempat yang berbeda ketinggiannya. Dengan dibuat berkelok-kelok pengendara kendaraan bermotor lebih mudah melewati jalan yang menanjak.

Roda dan poros merupakan pesawat sederhana yang terdiri atas sebuah roda berputar yang dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar bersama-sama.  Roda  dan  poros  merupakan  pesawat  sederhana  yang berfungsi memperbesar kecepatan dan gaya.

Sepeda merupakan contoh alat yang bekerja menggunakan prinsip roda dan poros. Fungsi roda dan poros adalah untuk memungkinkan manusia bergerak lebih cepat. Contoh benda yang bergerak dengan menggunakan prinsip roda dan poros antara lain motor, mobil, kursi roda, dan sepatu roda.

Keuntungan mekanis yang diperoleh dari roda dan poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.

Kecepatan  yang  dihasilkan  oleh  sepeda  diperoleh  dari perbandingan antara jari-jari roda dan jari-jari poros (gir). Misalnya, pada sepeda balap. Jika gir belakang disetel pada jari-jari terkecil maka sepeda akan melaju dengan kencang. Jika gir roda belakang disetel  pada  jari-jari  yang  besar  maka  laju  sepeda  balap  akan melambat.