Pesawat sederhana dan efisiensinya

pesawat sederhana dan efisiensinya

Ketika kita menggunakan pembuka tutup botol, kita mengangkat pegangan sambil melakukan kerja pada pembuka. Pembuka botol lalu membuka tutup botol, mengerjakan gaya pada tutup botol. Kerja yang kita lakukan disebut dengan kerja masukan, Wm, sedangkan kerja yang dilakukan pesawat disebut dengan kerja keluaran, Wk.

Kerja adalah transfer energi menggunakan cara-cara mekanis. kita melakukan kerja pada pesawat. Pada kasus ini, kita mentransfer energi pada pembuka botol. Pesawat lalu melakukan kerja pada benda lain. Selanjutnya, giliran pembuka mentransfer energi pada pentup botol. Pembuka tutup botol bukanlah sumber energi, sehingga penutup tidak dapat menerima energi lebih banyak dari energi yang kita berikan pada pembuka tutup. Dengan demikian, kerja keluaran tidak dapat lebih besar daripada kerja masukan. Pesawat hanyalah alat bantu untuk mentransfer energi kita ke tutup botol.

Also Read:

pesawat4.png

Kekekalan Energi dan Keuntungan Mekanis

Gaya yang kita kerjakan pada pesawat disebut gaya kuasa, Fk (istilah populer: kuasa). Gaya yang dihasilkan oleh pesawat disebut dengan gaya beban, Fb (istilah populer: beban). Perbandingan gaya beban terhadap gaya upaya, Fb/Fk, disebut dengan keuntungan mekanis (KM) atau mechanical advantage (MA) pesawat. Secara matematis dapat dituliskan,

MA=\frac{F_{b}}{F_{k}}

Beberapa pesawat, seperti pembuka botol, memiliki keuntungan mekanis lebih besar dari satu. Ketika keuntungan mekanis nilainya lebih dari satu, maka mesin meningkatkan gaya yang Anda kerjakan.

Kita dapat menghitung keuntungan mekanis ini menggunakan definisi kerja. Kerja masukan adalah perkalian gaya kuasa yang kita kerjakan, Fk, dan perpindahan tangan kita, dk. Dengan cara yang sama, kerja luaran adalah hasil kali antara gaya beban, Fb, dengan perpindahan yang diakibatkan oleh pesawat, db. Sebuah pesawat meningkatkan gaya, tetapi tidak dapat meningkatkan energi. Sebuah mesin yang ideal mentransfer seluruh energi, sehingga kerja luaran sama dengan kerja masukan,

Wl = Wm, atau

Fbdb = Fkdk

Persamaan tersebut dapat ditulis ulang dalam bentuk:

\frac{F_{b}}{F_{k}}=\frac{d_{k}}{d_{b}}

Kita tahu bahwa keuntungan mekanis diberikan oleh MA=\frac{F_{b}}{F_{k}}. Untuk sebuah pesawat ideal, kita juga akan mempunyai MA=\frac{d_{k}}{d_{b}}. Karena persamaan ini merupakan karakeristik sebuah pesawat yang ideal, maka keuntungan mekanisnya disebut dengan keuntungan mekanis ideal atau ideal mechanical advantage, IMA,

IMA=\frac{d_{k}}{d_{b}}

Perhatikan bahwa jika Anda menghitung jarak maka berarti Anda akan menghitung keuntungan mekanis ideal, IMA, sedangkan jika Anda menghitung gayanya maka berarti Anda menghitung keuntungan mekanis, MA.

Pada pesawat yang sesungguhnya, tidak seluruh kerja masukan sama ditransfer menjadi kerja luaran. Efisiensi dari sebuah mesin didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja luaran (Wl) terhadap kerja masukan(Wm). Dengan demikian,

\textrm{efisiensi}=\frac{W_{1}}{W_{m}}\times100\%

Sebuah pesawat ideal memiliki perbandingan Wl/Wm = 1, sehingga efisiensinya 100%. Seluruh pesawat yang ada dalam kehidupan kita sehari-hari mempunyai efisiensi kurang dari 100%. Kita dapat mengungkapkan efisiensi dalam bentuk keuntungan mekanis dan keuntungan mekanis ideal,

pesawat1.png

 

Keuntungan mekanis ideal pada sebagian besar pesawat ditentukan oleh disain mesin. Sebuah mesin yang efisien memiliki harga MA dan IMA yang hampir sama, sedangkan mesin yang kurang efisien memiliki MA yang lebih kecil. Semakin rendah efisiensi pesawat berarti gaya upaya yang diperlukan untuk mengimbangi gaya beban lebih besar.

pesawat2.png

pesawat3.png

Seluruh pesawat, bagaimanapun kompleksnya, merupakan kombinasi maksimal dari enam buah jenis pesawat yang ditunjukkan pada gambar 2. Keenamnya adalah pengungkit (lever), katrol (pulley), roda-dan-as (wheel-and-axle), bidang miring (inclined plane), baji (wedge), dan sekrup (scew). Gir, salah satu pesawat sederhana yang digunakan pada sepeda merupakan contoh roda-dan-as. Keuntungan mekanis ideal adalah perbandingan jarak gerakan. Gambar 1 menunjukkan bahwa untuk pengungkit dan roda-dan-as, perbandingan ini dapat dinyatakan dengan perbandingan antara tempat di mana gaya dikerjakan dan porosnya.

Komentar Pembaca

Pesawat sederhana dan efisiensinya | Made Astawan | 4.5
>