Latar belakang
Pesawat sederhana penting untuk kehidupan sehari-hari dan dapat dilihat di rumah, sekolah atau di taman bermain. Mesin sederhana adalah alat yang mengubah ukuran dan/atau arah gaya untuk membuat pekerjaan lebih mudah. Dengan menggunakan mesin sederhana, orang biasa dapat mengangkat batu besar, memindahkan balok dalam jarak yang jauh, dan bahkan membangun piramida.
Dalam unit ini, siswa akan diperkenalkan pada konsep fisika gaya dan kerja, dan empat jenis mesin sederhana: bidang miring, roda dan poros, tuas, dan roda gigi. Siswa akan dapat menyelidiki bagaimana gaya dapat diterapkan untuk membuat pekerjaan lebih mudah dengan 4 bangunan yang menampilkan mesin sederhana ini: Bidang Miring, Tuas Penyeimbang, Mobil Pegas, dan Jam. Siswa juga akan memperoleh wawasan tentang peralatan yang telah digunakan sejak zaman kuno dan masih digunakan hingga saat ini.
Apa itu Mesin Sederhana?
Pesawat sederhana adalah alat yang mengubah ukuran dan arah gaya untuk memindahkan suatu benda. Mesin sederhana adalah perangkat dengan sedikit atau tanpa bagian yang bergerak yang membuat pekerjaan lebih mudah. Mesin sederhana telah ada selama ribuan tahun dan terus berguna. Pada unit ini, siswa akan diperkenalkan pada empat jenis pesawat sederhana: bidang miring, roda dan poros, tuas, dan roda gigi.
| Bidang miring | Tuas | Roda & Poros | Gigi |
|---|---|---|---|
| Bidang miring adalah permukaan miring yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan suatu benda. | Batang yang dapat digerakkan dan melekat atau diposisikan pada suatu titik poros yang disebut titik tumpu. | Memudahkan pemindahan barang dengan cara menggulingkannya, sehingga mengurangi gesekan. | Roda dengan gigi di sekeliling tepinya, dan digunakan untuk mentransfer, menambah atau mengurangi gaya. |
 |
 |
 |
 |
Apa itu Force?
Gaya adalah dorongan atau tarikan pada suatu benda. Bila gaya diberikan pada suatu benda, dan gaya tersebut juga tidak ada perlawanan, maka kecepatan atau arah benda tersebut akan berubah. Gaya digunakan untuk menggerakkan benda-benda di sekitar kita. Kita akan bekerja dengan beberapa bentuk gaya dalam unit ini, termasuk gaya terapan, gaya seimbang, dan gaya tidak seimbang.
Gaya Terapan
Gaya yang diterapkan mengacu pada gaya yang diterapkan pada suatu objek. Jika Anda mendorong kursi Anda melintasi ruangan, maka Anda akan memberikan gaya pada kursi tersebut.
Ada gaya yang seimbang dan ada yang tidak seimbang. Gaya-gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah disebut gaya seimbang. Gaya seimbang tidak menyebabkan suatu benda bergerak.
Gaya Seimbang dan Tidak Seimbang
Gaya-gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah disebut gaya seimbang. Gaya seimbang tidak menyebabkan suatu benda bergerak. Contoh gaya seimbang adalah dua kelompok orang yang bermain tarik tambang dengan jumlah gaya yang sama. Hal ini akan menyebabkan tali tetap pada tempatnya karena gaya berlawanan yang diberikan pada kedua sisi adalah sama besar.
Namun, gaya yang tidak seimbang akan menyebabkan suatu benda atau beberapa benda bergerak. Misalkan salah satu tim dalam tarik tambang kita menarik lebih keras daripada tim lainnya, gayanya tidak akan sama lagi. Satu tim akan mampu menarik tim lain ke arah kekuatan yang lebih besar.
Gaya yang tidak seimbang menyebabkan perubahan gerak pada objek yang dikenai gaya tersebut. Mesin sederhana seperti bidang miring, menggunakan gaya yang tidak seimbang untuk mempermudah pekerjaan. Misalnya, benda diketahui bergerak semakin cepat pada bidang miring, akibat ketidakseimbangan gaya gravitasi.
Gaya Gravitasi
Gaya gravitasi adalah gaya yang dimiliki bumi, bulan, atau objek besar lainnya untuk menarik objek lain ke arahnya. Menurut definisi, ini adalah berat benda. Semua benda di bumi mengalami gaya gravitasi yang diarahkan "ke bawah" menuju pusat bumi.
Apa itu Pekerjaan?
Dalam sains, usaha adalah penggunaan gaya untuk memindahkan suatu benda dari titik awal yang tetap. Mesin sederhana membuat pekerjaan (memindahkan benda) lebih mudah.
Definisi ilmiah mengenai kerja adalah jumlah gaya yang diberikan pada suatu benda dikalikan dengan jarak perpindahan benda tersebut. Jadi, kerja terdiri dari gaya dan jarak. Setiap pekerjaan memerlukan jumlah kerja tertentu untuk diselesaikan, dan jumlah ini tidak berubah. Jadi, gaya dikali jarak selalu sama dengan jumlah kerja yang sama. Artinya, jika Anda memindahkan sesuatu pada jarak yang lebih pendek, Anda perlu mengerahkan gaya yang lebih besar. Sebaliknya, jika Anda ingin mengerahkan tenaga lebih kecil, Anda perlu menggerakkannya pada jarak lebih besar. Inilah keseimbangan antara gaya dan jarak.
Apa itu Keuntungan Mekanis?
Keuntungan Mekanik adalah ketika Anda membutuhkan gaya yang lebih kecil untuk melakukan jumlah kerja yang sama karena mesin sederhana digunakan untuk menambah dan mengubah arah gaya yang diberikan. Keuntungan mekanis dapat disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan tertentu. Dua jenis keuntungan mekanis adalah kecepatan dan torsi.
Apa itu Torsi?
Torsi merupakan keuntungan mekanis yang membuat output roda gigi atau mesin yang digerakkan lebih bertenaga. Torsi dihasilkan jika suatu gaya digunakan untuk memulai atau menghentikan putaran suatu objek, seperti pada putaran roda gigi, dan putaran sebagian tuas. Tonton animasi di bawah untuk melihat roda gigi yang lebih kecil menggerakkan roda gigi yang lebih besar untuk menghasilkan torsi yang lebih besar.
Apa itu Kecepatan?
Kecepatan adalah jarak yang ditempuh suatu benda dalam satuan waktu dan merupakan keuntungan mekanis yang membuat keluaran roda gigi atau mesin yang digerakkan menjadi lebih cepat. Terkait dengan roda gigi, kecepatan berbanding terbalik dengan torsi. Jika kecepatan diinginkan dalam output, maka torsi harus dikurangi. Kebalikannya juga benar, jika torsi atau daya yang diinginkan lebih besar sebagai output, maka kecepatan akan berkurang. Tonton animasi di bawah untuk melihat roda gigi yang lebih besar menggerakkan roda gigi yang lebih kecil agar beroperasi dengan kecepatan lebih tinggi.