prinsip pesawat sederhana dalam gerak manusia

Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak Manusia

Selain pada peralatan yang biasa kamu gunakan pada kehidupan sehari-hari tersebut, prinsip pesawat sederhana juga ada yang berlaku pada struktur otot dan rangka manusia. Pada saat mengangkat barbel telapak tangan yang menggenggam barbel berperan sebagai gaya beban, titik tumpu berada pada siku (sendi di antara lengan atas dan lengan bawah), dan kuasanya adalah lengan bawah. Titik tumpu berada di antara lengan beban dan kuasa, oleh karena itu lengan disebut sebagai pesawat sederhana pengungkit jenis ketiga.

Dengan menggunakan prinsip kerja pesawat sederhana, coba kamu tuliskan penjelasan untuk contoh kasus 1 dan kasus 2 penerapan prinsip pesawat sederhana pada struktur otot dan rangka manusia saat melakukan suatu aktivitas!

Selain pada kegiatan mengangkat barbel, jinjit, berdiri, dan menunduk, prinsip pengungkit juga dapat digunakan untuk menganalisis pola gerak tubuh pada saat bermain bulutangkis seperti pada Gambar 2.12!

Konsep usaha, daya, dan pesawat sederhana hanyalah sebagian kecil ilmu Tuhan yang dapat digunakan untuk menjelaskan bagaimana sistem kerja benda-benda yang ada. 

sumber: https://www.bukusekolah.net/2019/04/prinsip-kerja-pesawat-sederhana-pada.html

roda bergigi

Roda gigi

Loncat ke navigasiLoncat ke pencarian

Dua roda gigi yang bersinggungan mentransmisikan gerakan rotasi. Roda gigi yang lebih kecil bergerak lebih cepat, namun memiliki torsi yang lebih rendah. Roda gigi yang besar berputar lebih rendah, namun memiliki torsi yang lebih tinggi. Besar kecepatan putar dan torsi keduanya proporsional

Roda gigi adalah bagian dari mesin yang berputar yang berguna untuk mentransmisikan daya. Roda gigi memiliki gigi-gigi yang saling bersinggungan dengan gigi dari roda gigi yang lain. Dua atau lebih roda gigi yang bersinggungan dan bekerja bersama-sama disebut sebagai transmisi roda gigi, dan bisa menghasilkan keuntungan mekanis melalui rasio jumlah gigi. Roda gigi mampu mengubah kecepatan putar, torsi, dan arah daya terhadap sumber daya. Tidak semua roda gigi berhubungan dengan roda gigi yang lain; salah satu kasusnya adalah pasangan roda gigi dan pinion yang bersumber dari atau menghasilkan gaya translasi, bukan gaya rotasi.

Transmisi roda gigi analog dengan transmisi sabuk dan puli. Keuntungan transmisi roda gigi terhadap sabuk dan puli adalah keberadaan gigi yang mampu mencegah slip, dan daya yang ditransmisikan lebih besar. Namun, roda gigi tidak bisa mentransmisikan daya sejauh yang bisa dilakukan sistem transmisi roda dan puli kecuali ada banyak roda gigi yang terlibat di dalamnya.

Ketika dua roda gigi dengan jumlah gigi yang tidak sama dikombinasikan, keuntungan mekanis bisa didapatkan, baik itu kecepatan putar maupun torsi, yang bisa dihitung dengan persamaan yang sederhana. Roda gigi dengan jumlah gigi yang lebih besar berperan dalam mengurangi kecepatan putar namun meningkatkan torsi.

Rasio kecepatan yang teliti berdasarkan jumlah giginya merupakan keistimewaan dari roda gigi yang mengalahan mekanisme transmisi yang lain (misal sabuk dan puli). Mesin yang presisi seperti jam tangan mengambil banyak manfaat dari rasio kecepatan putar yang tepat ini. Dalam kasus di mana sumber daya dan beban berdekatan, roda gigi memiliki kelebihan karena mampu didesain dalam ukuran kecil. Kekurangan dari roda gigi adalah biaya pembuatannya yang lebih mahal dan dibutuhkan pelumasan yang menjadikan biaya operasi lebih tinggi.

Ilmuwan Yunani Kuno Archimedes pertama kali mengembangkan roda gigi dalam ilmu mekanika di sekolah Aleksandria pada abad ketiga sebelum masehi. Mekanisme Antikytheraadalah contoh aplikasi roda gigi yang rumit yang pertama, yang didesain untuk menghitung posisi astronomi. Waktu pengerjaan mekanisme ini diperkirakan antara 150 dan 100 SM ^[1].

Daftar isi

• 1Jenis-jenis roda gigi
  • 1.1Spur
  • 1.2Roda gigi dalam
  • 1.3Roda gigi heliks
  • 1.4Roda gigi heliks ganda
  • 1.5Roda gigi bevel
  • 1.6Roda gigi hypoid
  • 1.7Roda gigi mahkota
  • 1.8Roda gigi cacing
  • 1.9Roda gigi non-sirkuler
  • 1.10Roda gigi pinion
  • 1.11Roda gigi episiklik
• 2Berbagai istilah dalam roda gigi
• 3Referensi

Jenis-jenis roda gigi[sunting | sunting sumber]

Spur[sunting | sunting sumber]

Roda gigi spur

Spur adalah roda gigi yang paling sederhana, yang terdiri dari silinder atau piringan dengan gigi-gigi yang terbentuk secara radial. Ujung dari gigi-giginya lurus dan tersusun paralel terhadap aksis rotasi. Roda gigi ini hanya bisa dihubungkan secara paralel.

Roda gigi dalam[sunting | sunting sumber]

roda gigi dalam

Roda gigi dalam (atau roda gigi internal, internal gear) adalah roda gigi yang gigi-giginya terletak di bagian dalam dari silinder roda gigi. Berbeda dengan roda gigi eksternal yang memiliki gigi-gigi di luar silindernya. Roda gigi internal tidak mengubah arah putaran.

Roda gigi heliks[sunting | sunting sumber]

adalah penyempurnaan dari spur. Ujung-ujung dari gigi-giginya tidak paralel terhadap aksis rotasi, melainkan tersusun miring pada derajat tertentu. Karena giginya bersudut, maka menyebabkan roda gigi terlihat seperti heliks.

Gigi-gigi yang bersudut menyebabkan pertemuan antara gigi-gigi menjadi perlahan sehingga pergerakan dari roda gigi menjadi halus dan minim getaran. Berbeda dengan spur di mana pertemuan gigi-giginya dilakukan secara langsung memenuhi ruang antara gigi sehingga menyebabkn tegangan dan getaran. Roda gigi heliks mampu dioperasikan pada kecepatan tinggi dibandingkan spur karena kecepatan putar yang tinggi dapat menyebabkan spur mengalami getaran yang tinggi. Spur lebih baik digunakan pada putaran yang rendah. Kecepatan putar dikatakan tinggi jika kecepatan linear dari pitch melebihi 25 m/detik

Roda gigi heliks bisa disatukan secara paralel maupun melintang. Susunan secara paralel umum dilakukan, dan susunan secara melintang biasanya disebut dengan skew.

Roda gigi heliks ganda[sunting | sunting sumber]

Roda gigi heliks ganda

Roda gigi heliks ganda (double helical gear) atau roda gigi herringbone muncul karena masalah dorongan aksial (axial thrust) dari roda gigi heliks tunggal. Double helical gearmemuliki dua pasang gigi yang berbentuk V sehingga seolah-olah ada dua roda gigi heliks yang disatukan. Hal ini akan menyebabkan dorongan aksial saling meniadakan. Roda gigi heliks ganda lebih sulit untuk dibuat karena kerumitan bentuknya.

Roda gigi bevel[sunting | sunting sumber]

Roda gigi bevel

Roda gigi bevel (bevel gear) berbentuk seperti kerucut terpotong dengan gigi-gigi yang terbentuk di permukaannya. Ketika dua roda gigi bevel mersinggungan, titik ujung kerucut yang imajiner akan berada pada satu titik, dan aksis poros akan saling berpotongan. Sudut antara kedua roda gigi bevel bisa berapa saja kecuali 0 dan 180.

Roda gigi bevel dapat berbentuk lurus seperti spur atau spiral seperti roda gigi heliks. Keuntungan dan kerugiannya sama seperti perbandingan antara spur dan roda gigi heliks.

Roda gigi hypoid[sunting | sunting sumber]

Roda gigi hypoid

Roda gigi hypoid mirip dengan roda gigi bevel, tetapi kedua aksisnya tidak berpotongan ^[2].

Roda gigi mahkota[sunting | sunting sumber]

Roda gigi mahkota

Roda gigi mahkota (crown gear) adalah salah satu bentuk roda gigi bevel yang gigi-giginya sejajar dan tidak bersudut terhadap aksis. Bentuk gigi-giginya menyerupai mahkota. Roda gigi mahkota hanya bisa dipasangkan secara akurat dengan roda gigi bevel atau spur.

Roda gigi cacing[sunting | sunting sumber]

Roda gigi cacing dengan 4 thread

Roda gigi cacing (worm gear) menyerupai screw berbentuk batang yang dipasangkan dengan roda gigi biasa atau spur. Roda gigi cacing merupakan salah satu cara termudah untuk mendapatkan rasio torsi yang tinggi dan kecepatan putar yang rendah. Biasanya, pasangan roda gigi spur atau heliks memiliki rasio maksimum 10:1, sedangkan rasio roda gigi cacing mampu mencapai 500:1 ^[3]. Kerugian dari roda gigi cacing adalah adanya gesekan yang menjadikan roda gigi cacing memiliki efisiensi yang rendah sehingga membutuhkan pelumasan ^[3].

Roda gigi cacing mirip dengan roda gigi heliks, kecuali pada sudut gigi-giginya yang mendekati 90 derajat, dan bentuk badannya biasanya memanjang mengikuti arah aksial. Jika ada setidaknya satu gigi yang mencapai satu putaran mengelilingi badan roda gigi, maka itu adalah roda gigi cacing. Jika tidak, maka itu adalah roda gigi heliks. Roda gigi cacing memiliki setidaknya satu gigi yang mampu mengelilingi badannya beberapa kali. Jumlah gigi pada roda gigi cacing biasanya disebut dengan thread.

Dalam pasangan roda gigi cacing, batangnya selalu bisa menggerakkan roda gigi spur. Jarang sekali ada spur yang mampu menggerakkan roda gigi cacing. Sehingga bisa dikatakan bahwa pasangan roda gigi cacing merupakan transmisi satu arah.

Roda gigi non-sirkuler[sunting | sunting sumber]

Roda gigi non-sirkuler

Roda gigi non-sirkuler dirancang untuk tujuan tertentu. Roda gigi biasa dirancang untuk mengoptimisasi transmisi daya dengan minim getaran dan keausan, roda gigi non sirkuler dirancang untuk variasi rasio, osilasi, dan sebagainya.

Roda gigi pinion[sunting | sunting sumber]

Pasangan roda gigi pinion

Pasangan roda gigi pinion terdiri dari roda gigi, yang disebut pinion, dan batang bergerigi yang disebut sebagai rack. Perpaduan rack dan pinion menghasilkan mekanisme transmisi torsi yang berbeda; torsi ditransmisikan dari gaya putar ke gaya translasi atau sebaliknya. Ketika pinion berputar, rack akan bergerak lurus. Mekanisme ini digunakan pada beberapa jenis kendaraan untuk mengubah rotasi dari setir kendaraan menjadi pergerakan ke kanan dan ke kiri dari rack sehingga roda berubah arah.

Roda gigi episiklik[sunting | sunting sumber]

Ilustrasi putaran roda gigi episiklik. Perhatikan perbedaan kecepatan putar yang ditandai dengan tanda merah pada poros roda gigi matahari dan planet

Roda gigi episiklik (planetary gear atau epicyclic gear) adalah kombinasi roda gigi yang menyerupai pergerakan planet dan matahari. Roda gigi jenis ini digunakan untuk mengubah rasio putaran poros secara aksial, bukan paralel. Kombinasi dari beberapa roda gigi episiklik dengan mekanisme penghentian pergerakan roda gigi internal menghasilkan rasio yang dapat berubah-ubah. Mekanisme ini digunakan dalam kendaraan dengan transmisi otomatis.

Roda gigi planet yang sederhana dapat ditemukan pada zaman revolusi industri di Inggris; ketika itu mekanisme roda gigi planet yang berupa roda gigi pusat sebagai matahari dan roda gigi yang berputar mengelilinginya sebagai planet, menjdi bagian utama dari mesin uap. Bagian ini mengubah gaya translasi menjadi rotasi, yang kemudian dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan.

Berbagai istilah dalam roda gigi[sunting | sunting sumber]

Frekuensi putaran

Merupakan ukuran seberapa banyak putaran terjadi dalam satu satuan waktu. Misal, RPM, adalah seberapa banyak putaran terjadi dalam satu menit.

Frekuensi angular

Diukur dalam radian per detik, di mana 1 RPM = pi/30 rad/detik. Satu putaran bernilai 2 pi rad.

Jumlah gigi

Yaitu jumlah gigi yang dimiliki oleh roda gigi. Dalam kasus roda gigi cacing, jumah gigi adalah nomor thread dari roda gigi cacing.

Aksis

Sumbu yang melalui pusat perputaran roda gigi.

Pitch

Ruang di antara gigi.

Sudut heliks

Sudut antara tangen ke heliks dan aksis roda gigi. Sudut heliks roda gigi spur bernilai nol, dan sudut heliks roda gigi cacing mendekati 90 derajat.

sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Roda_gigi

Bidang miring

Loncat ke navigasiLoncat ke pencarian

Gaya-gaya yang bekerja pada bidang miring

Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut, yang bukan sudut tegak lurus, terhadap permukaan horizontal. Penerapan bidang miring dapat mengatasi hambatan besar dengan menerapkan gaya yang relatif lebih kecil melalui jarak yang lebih jauh, daripada jika beban itu diangkat vertikal. Dalam istilah teknik sipil, kemiringan (rasio tinggi dan jarak) sering disebut dengan gradien. Bidang miring adalah salah satu pesawat sederhana yang umum dikenal. Bidang miring tidak menciptakan usaha. Oleh sebab itu, usaha untuk mengangkat benda tanpa bidang miring sama saja dengan bidang miring, maka: W x h = H x l atau W x h = F x l Jika panjang L = 4m, h=4m maka dari persamaan W x h = F x l Diperoleh F = W x h = 2000 N x 1m = 500 N L 4m Dari hasil yang didapat, maka dapat diambil kesimpulan bahwa benda yang pada mulanya tanpa alat harus diangkat dengan empat orang, setelah dipergunakan bidang 9miring yang panjangnya empat meter hanya memerlukan 1 orang. Keuntungan Mekanik untuk bidang miring: KM = l/h l = anjang bidang miring h = tinggi ujung bidang miring dari tanah.

Dalam bidang miring berlaku sebagai berikut: a. makin landai bidang miring, maka makin kecil gaya yang dibutuhkan, akan tetapi jalan yang dilalui lebih panjang. b. makin curam suatu bidang miring, maka makin besar gaya yang dibutuhkan, akan tetapi jalan yang dilalui lebih pendek. Dalam keseharian bidang miring ini dapat dijumpai dalam hal berikut: a. tangga naik suatu bangunan bertingkat-tingkat dan berkelok-kelok untuk memperkecil gaya b. jalan di pegunungan berkelok-kelok supaya mudah dilalui c. ulir sekrup yang bentuknya menyerupai tangga melingkar d. baji (pisau, kater, kampak, dll) e. dongkrak juga merupakan suatu contoh bidang miring karena menggunakan prinsip sekrup f. untuk menaikkan drum keatas truk menggunakan papan kayu yang dimiringkan.

sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Bidang_miring

katrol

Selain tuas dan bidang miring, katrol juga termasuk salah satu jenis pesawat sederhana, lho. Berdasarkan definisinya, katrol adalah pesawat sederhana yang berbentuk roda dan bergerak berputar pada porosnya. Katrol ini biasanya digunakan untuk menarik atau mengangkat benda yang berukuran berat.

Katrol (sumber: giphy.com)

Pada katrol, kita juga bisa menghitung keuntungan mekanisnya nih, yaitu dengan cara berikut ini! 

 

Ternyata, katrol dibagi menjadi beberapa jenis, Squad. Pembagian ini didasarkan pada prinsip kerja katrol tersebut. Hmm, kira-kira apa saja ya jenis-jenis katrol itu? Daripada kamu penasaran, langsung saja yuk kita simak!

 

1. Katrol Tetap

 

Katrol tetap adalah katrol yang porosnya dipasang di suatu tempat yang tetap, sehingga katrol tidak dapat berpindah tempat saat digunakan. Pada katrol tetap, gaya kuasa yang dikeluarkan akan bernilai sama dengan berat bebannya. Hal ini yang menyebabkan keuntungan mekanis katrol tetap bernilai satu. Katrol tetap biasanya sering kamu temukan pada tiang bendera dan sumur timba.

 

Sumur timba (Sumber: Ruangguru)

 2. Katrol Bebas

Berlawanan dengan katrol tetap, kalau katrol bebas adalah katrol yang porosnya tidak dipasang di suatu tempat yang tetap, sehingga katrol dapat berpindah tempat atau bergerak bebas saat digunakan. Pada katrol jenis ini, gaya kuasa yang dikeluarkan untuk menarik bebannya bernilai setengah dari berat bebannya. Oleh karena itu, keuntungan mekanis katrol bebas bernilai 2. Katrol bebas biasanya ditemukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.

Contoh katrol bebas pada alat konstruksi (sumber: freepik.com)

 3. Katrol Majemuk

Kalau katrol yang satu ini, merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas, Squad. Jadi model katrolnya ada dua jenis, katrol yang paling atas adalah katrol tetap dan katrol di bawahnya adalah katrol bebas, keduanya dihubungkan dengan tali seperti pada ilustrasi gambar di atas. Keuntungan mekanis katrol majemuk sama dengan jumlah tali atau jumlah katrol yang digunakan untuk mengangkat benda tersebut. Katrol majemuk sering digunakan dalam bidang industri, yaitu membantu untuk mengangkat alat-alat yang berat.

 Contoh katrol majemuk pada alat konstruksi (sumber: freepik.com)

Wah, ternyata jenis katrol itu banyak, ya! Tidak hanya seperti yang kamu lihat pada tiang bendera atau sumur timba saja. Kamu tahu nggak, kalau pada dasarnya, tujuan dari pesawat sederhana itu termasuk katrol adalah untuk membantu pekerjaan manusia agar menjadi lebih mudah, lho! 

sumber: https://blog.ruangguru.com/ipa-kelas-8-mengetahui-3-jenis-katrol