Latar belakang
Mesin sederhana sangat penting untuk kehidupan sehari-hari dan dapat dilihat di rumah, sekolah, atau di taman bermain. Mesin sederhana adalah alat yang mengubah besar dan/atau arah gaya untuk mempermudah pekerjaan. Dengan menggunakan mesin sederhana, orang awam dapat mengangkat batu besar, memindahkan balok dalam jarak jauh, dan bahkan membangun piramida.
Pada unit ini, siswa akan diperkenalkan dengan konsep fisika tentang gaya dan kerja, serta empat jenis mesin sederhana: bidang miring, roda dan poros, tuas, dan roda gigi. Siswa akan dapat menyelidiki bagaimana gaya dapat diterapkan untuk mempermudah pekerjaan dengan 4 model yang menampilkan mesin-mesin sederhana ini: sebuah bidang miring, sebuah tuas penyeimbang, sebuah mobil pegas, dan sebuah jam. Para siswa juga akan memperoleh wawasan tentang alat-alat yang telah digunakan sejak zaman kuno dan masih digunakan hingga saat ini.
Apa itu Mesin Sederhana?
Mesin alat yang mengubah ukuran dan arah gaya untuk menggerakkan suatu objek. Mesin sederhana adalah perangkat dengan sedikit atau tanpa bagian yang bergerak yang mempermudah pekerjaan. Mesin sederhana telah ada selama ribuan tahun dan terus bermanfaat hingga saat ini. Pada unit ini, siswa akan diperkenalkan dengan empat jenis mesin sederhana: bidang miring, roda dan poros, tuas, dan roda gigi.
| Bidang miring | Tuas | Roda & As roda | Gigi |
|---|---|---|---|
| Bidang miring adalah permukaan yang dimiringkan yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan suatu objek. | Batang yang dapat digerakkan yang terpasang pada atau diposisikan pada titik tumpu yang disebut titik tumpu. | Mempermudah memindahkan barang dengan cara menggulirkannya, sehingga mengurangi gesekan. | Roda dengan gigi di sekeliling tepinya, dan digunakan untuk mentransfer, menambah, atau mengurangi gaya. |
 |
 |
 |
 |
Apakah itu Gaya?
Gaya adalah dorongan atau tarikan pada suatu objek. Ketika gaya diterapkan pada suatu objek, dan gaya tersebut juga tidak diimbangi, maka kecepatan atau arah objek tersebut akan berubah. Gaya digunakan untuk menggerakkan benda-benda di sekitar kita. Dalam unit ini, kita akan mempelajari beberapa bentuk gaya, termasuk gaya terapan, gaya seimbang, dan gaya tidak seimbang.
Gaya yang Diterapkan
Gaya terapan merujuk pada gaya yang diterapkan pada suatu objek. Jika Anda mendorong kursi Anda melintasi ruangan, maka Anda akan memberikan gaya pada kursi tersebut.
Ada kekuatan yang seimbang dan juga kekuatan yang tidak seimbang. Gaya yang besarnya sama tetapi berlawanan arah disebut gaya seimbang. Gaya seimbang tidak menyebabkan suatu objek bergerak.
Gaya Seimbang dan Tidak Seimbang
Gaya yang besarnya sama tetapi berlawanan arah disebut gaya seimbang. Gaya seimbang tidak menyebabkan suatu objek bergerak. Contoh gaya yang seimbang adalah dua kelompok orang yang bermain tarik tambang dengan jumlah gaya yang sama. Hal ini akan menyebabkan tali tetap berada di tempatnya karena gaya berlawanan yang diberikan pada kedua sisi adalah sama.
Namun, gaya yang tidak seimbang akan menyebabkan suatu objek atau beberapa objek bergerak. Misalkan salah satu tim dalam tarik tambang menarik lebih kuat daripada tim lainnya, maka gaya yang dihasilkan tidak akan lagi sama. Satu tim akan mampu menarik tim lainnya ke arah kekuatan yang lebih besar.
Gaya tak seimbang menyebabkan perubahan gerak pada objek yang dikenai gaya tersebut. Mesin sederhana seperti bidang miring, menggunakan gaya tak seimbang untuk mempermudah pekerjaan. Sebagai contoh, benda diketahui mengalami percepatan saat menuruni bidang miring, karena adanya ketidakseimbangan gaya gravitasi.
Gaya Gravitasi
Gaya gravitasi adalah gaya yang digunakan bumi, bulan, atau objek besar lainnya untuk menarik objek lain ke arahnya. Berdasarkan definisinya, ini adalah berat objek tersebut. Semua benda di bumi mengalami gaya gravitasi yang arahnya "ke bawah" menuju pusat bumi.
Apa itu Pekerjaan?
Dalam sains, kerja adalah penggunaan gaya untuk memindahkan suatu objek dari titik awal yang tetap. Mesin sederhana mempermudah pekerjaan (memindahkan benda).
Definisi ilmiah dari kerja adalah jumlah gaya yang diterapkan pada suatu objek dikalikan dengan jarak yang ditempuh objek tersebut. Dengan demikian, kerja terdiri dari gaya dan jarak. Setiap pekerjaan membutuhkan sejumlah waktu tertentu untuk diselesaikan, dan jumlah ini tidak berubah. Dengan demikian, gaya dikalikan jarak selalu sama dengan jumlah usaha yang dilakukan. Ini berarti bahwa jika Anda memindahkan sesuatu dalam jarak yang lebih kecil, Anda perlu mengerahkan gaya yang lebih besar. Sebaliknya, jika Anda ingin mengerahkan gaya yang lebih kecil, Anda perlu memindahkannya dalam jarak yang lebih jauh. Ini adalah pertukaran antara gaya dan jarak.
Apa itu Keuntungan Mekanis?
Keuntungan Mekanis terjadi ketika Anda membutuhkan gaya lebih kecil untuk melakukan jumlah pekerjaan yang sama karena mesin sederhana digunakan untuk meningkatkan dan mengubah arah gaya yang diterapkan. Keuntungan mekanis dapat disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan spesifik. Ada dua jenis keuntungan mekanis, yaitu kecepatan dan torsi.
Apa itu Torsi?
adalah keuntungan mekanis yang membuat keluaran roda gigi atau mesin yang digerakkan menjadi lebih kuat. Torsi terjadi jika suatu gaya digunakan untuk memulai atau menghentikan suatu objek dari berputar, seperti pada putaran roda gigi, dan pada putaran sebagian tuas. Saksikan animasi di bawah ini untuk melihat roda gigi yang lebih kecil menggerakkan roda gigi yang lebih besar untuk menghasilkan torsi yang lebih besar.
Apa itu Kecepatan?
adalah jarak yang ditempuh suatu objek per satuan waktu dan merupakan keuntungan mekanis yang membuat keluaran roda gigi atau mesin yang digerakkan menjadi lebih cepat. Dalam hal roda gigi, kecepatan berbanding terbalik dengan torsi. Jika kecepatan yang diinginkan adalah kecepatan keluaran, maka torsi harus dikurangi. Sebaliknya juga benar, jika torsi atau daya yang lebih besar diinginkan sebagai output, maka kecepatan akan berkurang. Saksikan animasi di bawah ini untuk melihat roda gigi yang lebih besar menggerakkan roda gigi yang lebih kecil untuk menghasilkan kecepatan yang lebih tinggi.