Artikel ini menjelaskan apa itu mesin sederhana dan kegunaannya. Anda akan mengetahui pengertian mesin sederhana, jenis-jenis mesin sederhana, dan cara menghitung keuntungan mekanik mesin sederhana.
Apa itu mesin sederhana?
Mesin sederhana adalah mekanisme yang memungkinkan Anda mengubah besaran atau arah suatu gaya. Sederhananya, mesin sederhana adalah perangkat mekanis yang digunakan untuk mengerahkan gaya dengan sedikit usaha atau lebih nyaman.
Misalnya tuas adalah mesin sederhana. Tuas merupakan mesin yang sederhana karena memungkinkan Anda mengangkat benda berat dengan menggunakan tenaga yang jauh lebih kecil dibandingkan jika Anda mengangkatnya tanpa tuas.
Singkatnya, mesin sederhana dapat didefinisikan sebagai mekanisme paling sederhana yang memberikan keuntungan mekanis.
Jenis mesin sederhana
Setelah kita melihat pengertian mesin sederhana, kami akan menjelaskan berbagai trik mesin sederhana beserta karakteristiknya.
Mengangkat
Tuas adalah jenis mesin sederhana yang mentransmisikan gaya dan gerakan. Jadi, tuas adalah suatu alat mekanis yang berfungsi untuk meningkatkan gaya yang diterapkan pada suatu benda, kecepatannya, atau jarak yang ditempuhnya.
Secara umum pengungkit terdiri dari suatu batang kaku yang dapat berputar mengelilingi titik tumpu yang disebut titik tumpu.
Tuas adalah mesin sederhana yang sangat tua, bahkan diperkirakan telah ditemukan pada zaman prasejarah. Memang benar mekanisme tuas sangat sederhana untuk diterapkan dan terlebih lagi sangat berguna karena memungkinkan gaya yang diberikan pada suatu benda ditingkatkan secara signifikan.
Katrol
Katrol adalah mesin sederhana yang digunakan untuk menyalurkan gaya. Katrol merupakan alat traksi yang digunakan untuk mengangkat beban dengan nyaman.
Ciri utama mesin sederhana jenis ini adalah beberapa katrol dapat digabungkan untuk mengurangi usaha yang diperlukan untuk mengangkat suatu benda berat. Dengan kata lain, katrol memungkinkan suatu beban dipindahkan dengan memberikan gaya yang jauh lebih rendah daripada beratnya. Dengan cara ini, benda berat dapat ditangani tanpa kesulitan.
Roda gigi katrol terdiri dari sebuah roda dengan alur kecil di mana tali, kabel atau rantai ditempatkan. Jadi cara kerja mesin sederhana jenis ini adalah dengan menggantungkan beban pada salah satu ujung tali dan menarik ujung tali yang lain, dengan cara ini benda terangkat berkat mekanisme katrol.
Dalam fisika, jenis mesin sederhana ini digunakan untuk mengajukan soal gaya, karena menyelesaikan soal jenis ini membantu seseorang memahami konsep gaya dan mempelajari cara menghitung nilai gaya.
Buaian
Baji adalah potongan berbentuk segitiga yang biasanya terbuat dari kayu atau logam dan diakhiri dengan sudut yang sangat lancip.
Sebagai mesin sederhana, bentuk baji digunakan untuk mengubah arah gaya yang diberikan padanya. Jadi, baji digunakan untuk memisahkan suatu benda menjadi dua, untuk mengangkat suatu benda, atau untuk menahan benda diam pada tempatnya.
Pengoperasian baji terdiri dari mengubah gaya yang diterapkan pada ujungnya menjadi dua gaya yang tegak lurus terhadap permukaan miringnya. Oleh karena itu, baji merupakan mesin sederhana yang dapat mengubah arah suatu gaya.
Awalnya, gaya yang diberikan pada permukaan datar irisan dipindahkan ke ujung runcingnya, sehingga memungkinkannya menembus suatu benda. Kemudian, ketika baji dimasukkan ke dalam lubang yang dibuat, gaya yang diterapkan pada permukaan datarnya diubah menjadi dua gaya yang diarahkan tegak lurus terhadap permukaan miring baji, sehingga memisahkan benda menjadi dua bagian.
Bidang miring
Bidang miring adalah bidang yang miring dengan sudut tertentu. Dalam fisika, mesin sederhana jenis ini digunakan untuk berlatih dengan soal kekuatan.
Misalnya jalan landai atau jalan miring merupakan bidang miring.
Bidang miring memungkinkan Anda mengangkut suatu benda dengan gaya yang lebih kecil. Karena mendorong suatu benda pada bidang miring memerlukan gaya yang lebih kecil dibandingkan mengangkatnya secara vertikal.
Pintu putar
Mesin bubut adalah instrumen yang pada dasarnya terdiri dari engkol yang dipasang pada silinder tempat kabel dililitkan.
Jadi, cara kerja mesin sederhana jenis ini terdiri dari silinder dengan menggunakan engkol untuk memutar atau melepas kabel. Dengan cara ini, benda yang digantung pada kabel dapat dinaikkan atau diturunkan.
Keuntungan dari mesin sederhana jenis ini adalah memungkinkan Anda mengangkat beban dengan tenaga yang lebih kecil. Sebaliknya gerakan dengan engkol harus lebih besar dari jarak yang ditempuh beban, sehingga beban bergerak lebih lambat dibandingkan dengan engkol.
Baut
Sekrup umumnya merupakan benda logam yang berbentuk silinder dan permukaannya berbentuk heliks.
Pengoperasian mesin sederhana jenis ini terdiri dari memutarnya dengan kepala atau dengan menggunakan engkol, sehingga berkat profil heliksnya, sekrup maju atau mundur searah porosnya.
Oleh karena itu, sekrup adalah mesin sederhana yang memungkinkan untuk mengubah gerakan berputar menjadi gerakan linier. Ingatlah bahwa tergantung pada arah putarannya, sekrup akan bergerak maju atau mundur.
Perkakas lain, seperti dongkrak atau pembuka botol, diperoleh dari pengoperasian mesin sederhana jenis ini.
Roda
Roda terdiri dari benda bulat yang berputar pada suatu sumbu. Mesin sederhana jenis ini memungkinkan Anda mengubah gerak melingkar menjadi gerak berjalan, karena jika poros roda diikatkan pada suatu benda, maka ia akan bergerak maju seiring dengan putaran roda.
Roda merupakan mesin sederhana tertua dan penggunaannya paling luas dari semua jenis mesin sederhana. Misalnya penerapan mesin sederhana jenis ini pada angkutan darat yang bergerak berkat pengoperasian beberapa roda.
Keuntungan mekanis suatu mesin sederhana
Keuntungan mekanik suatu mesin sederhana merupakan parameter yang menunjukkan seberapa besar gaya yang diberikan pada mesin sederhana tersebut diperkuat. Oleh karena itu, keuntungan mekanis menunjukkan hubungan antara gaya masukan dan gaya keluaran.
Secara matematis, keuntungan mekanik suatu mesin sederhana didefinisikan sebagai perbandingan gaya resultan terhadap gaya yang diterapkan.
Keuntungan mekanis suatu mesin sederhana juga dapat dihitung dengan membagi kecepatan gaya yang diterapkan dengan kecepatan pergerakan beban. Demikian pula, persamaan ini juga setara dengan perpindahan titik gaya yang diterapkan dibagi dengan perpindahan beban:
Kemudian, dari rumus keuntungan mekanik dapat disimpulkan hubungan sebagai berikut:
- VM>1 : Gaya yang dihasilkan lebih besar dari gaya yang diberikan, sehingga mesin sederhana memperbesar besar gaya. Sebaliknya, jarak yang ditempuh beban lebih kecil dari jarak yang ditempuh oleh titik di mana gaya diterapkan.
- VM<1 : Gaya yang dihasilkan lebih kecil dari gaya yang diterapkan, sehingga mesin sederhana mengurangi nilai gaya. Akan tetapi, kita memperoleh perpindahan beban yang lebih besar daripada perpindahan yang terjadi pada titik penerapan gaya.
- VM=1 : gaya yang dihasilkan mesin sederhana sama dengan gaya yang dikerjakan padanya. Perpindahan beban dan titik penerapan gaya juga identik. Meskipun mesin sederhana jenis ini tidak memberikan keuntungan mekanis, namun umumnya digunakan untuk melakukan penguatan otot dengan cara yang lebih nyaman. Misalnya, katrol sederhana memungkinkan gaya ke bawah untuk mengangkat beban, sehingga lebih mudah untuk mengangkat beban.
Mesin sederhana dan mesin majemuk
Terakhir, kita akan melihat apa perbedaan antara mesin sederhana dan mesin majemuk, karena keduanya merupakan jenis mesin dengan banyak kegunaan.
Mesin komposit adalah mesin yang terdiri dari beberapa mesin sederhana. Dengan demikian beberapa mesin sederhana digabungkan secara seri untuk memperoleh keuntungan mekanis yang lebih besar.
Oleh karena itu, perbedaan antara mesin sederhana dan mesin majemuk adalah mesin sederhana merupakan unsur mekanik tunggal, sedangkan mesin majemuk merupakan gabungan dari beberapa mesin sederhana.