Soal IPA Tentang Pesawat Sederhana

1.     Cermati gambar bidang miring berikut ini.

Jika besar gaya F dalah 60 Newton, tentukan:
a) keuntungan mekanik bidang miring
b) berat beban

Pembahasan

Diketahui :

Panjang (s)       =

Tinggi (h)          =

a)    keuntungan mekanik bidang miring

KM = ^S/_h

S belum diketahui, temukan dengan pythagoras
S =√(4² + 3²) = √25 =

5 meter

sehingga

KM = ⁵/₃ = 1,67

b)    berat beban
W = KM x F = 60 x ⁵/₃ = 100 Newton

2.     Seorang pekerja hendak menaikkan sebuah almari besi ke bak belakang truk dengan menggunakan bidang miring seperti gambar.

Jika massa almari 120 kg, dan percepatan gravitasi 10 m/s², tentukan:
a) gaya minimal yang diperlukan pekerja untuk menaikkan almari
b) keuntungan mekanik bidang miring

Pembahasan

a)    gaya minimal yang diperlukan pekerja untuk menaikkan almari
F = ^h/_S x W
dimana
h = tinggi bidang miring
S = panjang sisi miring
W = berat beban (Newton)

Temukan berat almari lebih dulu W = m x g = 120 x 10 = 1200 N
Sehingga
F = ^h/_S x W
F = ¹/₂ x 1200 = 600 Newton

b)    keuntungan mekanik bidang miring
KM = ^W/_F = ¹²⁰⁰/₆₀₀ = 2
atau bisa juga
KM = ^S/_h = ²/₁ = 2

3.     Seorang anak memodifikasi sebuah katrol dan bidang miring untuk menaikkan sebuah balok seperti terlihat pada gambar berikut.

Tentukan:
a) gaya yang diperlukan anak untuk menaikkan balok
b) keuntungan mekanik sistem katrol dan bidang miring

Pembahasan

a)    gaya yang diperlukan anak untuk menaikkan balok
F = ^h/_S x W
F = ³/₅ x 1200 = 720 Newton

Gaya F kemudian dibagi ke dua buah tali, satu dipegang anak dan satu lagi terikat pada tonggak, sehingga F untuk anak saja adalah:
F_anak = F : 2 =720 : 2 = 360 Newton

b)    keuntungan mekanik sistem katrol dan bidang miring
KM = W : F_anak = 1200 : 360 = 3,33

4.     Seorang pekerja pada bangunan menaikkan pasir dengan cara seperti terlihat pada gambar berikut:

Tentukan gaya yang dikeluarkan oleh pekerja untuk beban seberat 50 N, dan keuntungan mekanik dari katrol!

Pembahasan
Katrol tetap seperti gambar diatas mempunyai KM = 1, sehingga
F = W
F = 50 N
Keterangan : Kalo gaya yang diperlukan sama saja dengan berat benda yang diangkat, lantas dimana untungnya menggunakan katrol tetap? Katrol tetap seperti gambar diatas berfungsi untuk mengubah arah gaya, sehingga beban bisa naik ke atas dengan tarikan ke arah bawah. Di lapangan, menarik beban ke arah bawah melalui katrol terasa lebih mudah dari menarik beban langsung ke arah atas.

5.     Sistem katrol digunakan pada suatu proyek bangunan seperti gambar berikut

Tentukan gaya yang diperlukan untuk menaikkan beban seberat 120 Newton!

Pembahasan

Perhatikan beban (katrol warna merah), 2 tali yang menariknya, sehingga

F = W : 2 = 120 : 2 = 60 Newton

6.     Seorang anak sedang mengungkit sebuah batu.

 

 

Tentukan gaya yang diperlukan anak!

Pembahasan
Rumus untuk pengungkit atau tuas:

F x L_k = W x L_b

Dimana:
L_k = panjang lengan kuasa atau lengan gaya, dihitung dari titik kerja gaya ke tumpu
L_b = panjang lengan beban, dihitung dari titik beban hingga tumpu

sehingga:

F x L_k = W x L_b

F x 180 = 360 x 20
F = 40 Newton

7.     Perhatikan tuas di bawah ini.

Untuk menahan beban 600 Newton agar berada pada posisi seimbang, tentukan besar gaya F yang harus diberikan!

Pembahasan
Data dari soal:
L_b = ¹/₂ meter
L
L_k = 2 meter, perhatikan bukan 1 ¹/₂ meter

F x L
F x L_k = W x L_b
F x (2) = 600 x (¹/₂)
F = 150 Newton
F = 150 Newton

8.     Lihat gambar di bawah!

 

Berapakah gaya yang diperlukan untuk menarik beban?

A. 10 

B. 20 N 

C. 30 N 

D. 40 N

(Sumber soal: EBTANAS SMP Tahun 1995)

Pembahasan
Perhatikan katrol warna merah tepat di atas beban, ada 3 tali yang menarik beban, sehingga
F = W : 3
F = 60 : 3
F = 20 Newton

9.     Perhatikan gambar di samping!

Besar kuasa (F) adalah....

A. 200 N

B. 250 N

C. 500 N

D. 2000 N

(Sumber soal: EBTANAS SMP Tahun 1994-Modificated)

Pembahasan
F x L_k = W x L_b
F x (2) = 1000 x (0,5)
F = 500 : 2 = 250 Newton

10.  Perhatikan gambar!

Keuntungan mekanis dari tuas tersebut adalah....
A. 1
B. 1,5
C. 2,5
D. 10
(Dari Soal Ebtanas IPA Tahun 2002)

Pembahasan
Keuntungan mekanik dari sebuah tuas atau pengungkit bisa dicari dari dua cara sebagai berikut:

KM = ^W/_F

atau dari rumus lainnya

KM = ^L_k/_Lb

Jadi
KM = ^W/_F = ⁷⁵/_7,5 = 10 atau KM = ^L_k/_Lb = ⁵⁰/₅ = 10 juga hasilnya,....

Sumber : Fisika Study Center