Materi Fisika, Rumus, dan Contoh Soal

Katrol: Rumus, Keuntungan Mekanis, Contoh Soal

Katrol adalah pesawat sederhana yang berupa suatu roda kecil beralur yang dapat berputar pada porosnya.

katrol rumus keuntungan mekanis contoh soal
Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang pesawat sederhana katrol.

Sebelumnya, kita telah menuntaskan materi pesawat sederhana lainnya, yaitu tuas (pengungkit) dan bidang miring. Kalian bisa membacanya di sini:
Sebagaimana  yang pernah dijelaskan, pesawat sederhana  adalah alat bantu yang dapat memudahkan usaha atau kerja. Dengan alat bantu tersebut, gaya yang digunakan bisa diminimalisir sehingga energi tidak terlalu banyak terbuang.

Dari sekian jenis pesawat sederhana, salah satu yang paling sering dimanfaatkan adalah katrol. Kakak yakin kalian pernah melihat alat yang satu ini.

Lantas, bagaimana cara katrol dalam memudahkan usaha/kerja? Apa saja keuntungan  menggunakan katrol? Nah, semuanya akan kita bahas dalam materi ini.

Yuk, kita mulai saja pembahasannya...

Pengertian Katrol

Apa yang dimaksud dengan katrol? Dalam ilmu fisika, katrol adalah roda yang berputar tetapi tidak berjalan yang berfungsi untuk menarik dan mengangkat benda. 

Katrol digunakan bersama-sama dengan tali atau rantai yang dilingkarkan di sekeliling alur katrol. Salah satu ujung diikatkan dengan beban yang akan ditarik atau diangkat, sedangkan ujung lainnya tempat gaya kuasa bekerja.

Benda akan lebih mudah terangkat dengan katrol daripada tanpa katrol. Hal ini telah banyak dibuktikan dalam kehidupan sehari-hari.

Sebagai contoh, penggunaannya pada sumur timba. Sekarang kakak tanya, lebih mudah mana menimba air di sumur tanpa katrol atau dengan katrol?

Pasti semuanya akan menjawab lebih mudah menimba dengan katrol. Mengapa bisa begitu? Alasannya bisa diketahui dengan memahami prinsip kerja katrol.

Prinsip Kerja Katrol

Sebenarnya, prinsip kerja katrol sama dengan prinsip tuas (pengungkit). Perhatikan gambar di bawah ini:
prinsip kerja katrol

Titik  A adalah titik kuasa, B adalah titik tumpu, dan C adalah titik beban.  

Selain itu, katrol juga memiliki prinsip kerja yang hampir sama dengan roda dan poros. Bedanya adalah katrol mempunyai roda dan as yang tetap dan tidak berpindah-pindah, sedangkan roda ikut bergulir dan berpindah ke tempat yang lain. 

Katrol menempatkan beban di ujung tali sedangkan ujung tali yang lain digunakan untuk menarik beban tersebut. 

Pada saat menarik benda, arah gaya akan diubah. Benda yang harusnya diangkat ke atas dapat ditarik ke bawah dengan menggunakan katrol. Arah tarikan akan searah dengan arah gravitasi.

Dengan memberikan gaya ke arah bawah, kerja kita terbantu oleh gaya berat tubuh kita yang juga berarah ke bawah. Akibatnya, kerja akan terasa lebih ringan.

Jenis-Jenis Katrol

Katrol terdiri dari 3 jenis, yaitu katrol tunggal tetap, katrol bebas bergerak, dan katrol majemuk. Berikut ini penjelasannya:

1. Katrol Tetap Tunggal

Katrol tetap tunggal adalah satu katrol yang ditambatkan pada tempat tertentu sehingga posisinya tetap. Katrol ini tidak dapat bergerak bebas.

Tujuan katrol tetap adalah untuk mempermudah melakukan usaha dengan cara mengubah arah gaya, dan tidak berfungsi melipatgandakan besar gaya. Perhatikan gambar katrol tunggal tetap berikut ini:

katrol tunggal tetap

Katrol tetap tunggal gaya kuasa yang digunakan untuk menarik beban sama dengan besar bebannya (w = F) karena lengan kuasa dan lengan beban sama panjang. Dengan kata  lain, keuntungan mekanis katrol tetap adalah 1.

Keuntungan katrol tetap adalah mengubah arah gaya yang seharusnya ke atas, menjadi ke bawah karena adanya katrol.

Rumus Katrol Tetap

Pada katrol tetap berlaku rumus tuas, yaitu:

w . lb = F . lk

Karena lengan beban sama dengan lengan kuasa (lb = lk), maka gaya kuasa sama dengan beban yang diangkat, dirumuskan:

F = w

Keterangan:
  • w = berat benda (N)
  • lb = lengan beban (m)
  • F = gaya kuasa (N)
  • lk = lengan kuasa (m)

Keuntungan Mekanis (Mekanik) Katrol Tetap

Pada  katrol tetap, panjang lengan kuasa sama dengan lengan beban sehingga keuntungan mekanis (mekanik) pada katrol tetap adalah 1, artinya besar gaya kuasa sama dengan gaya beban.

Rumus keuntungan mekanis katrol tetap adalah:

KM = w/F atau KM = lk/lb = 1

Keterangan:
  • KM = Keuntungan mekanis (mekanik)

Contoh Katrol Tetap

Peralatan sehari-hari yang menggunakan katrol tetap adalah kerekan pada tiang bendera dan sumur timba.

2. Katrol Bebas Bergerak

Katrol bebas bergerak adalah katrol yang tidak dipasang di tempat yang tetap sehingga dapat dipindah-pindahkan. Beban digantung pada bagian poros atau sumbu katrol dan dihubungkan dengan tali.
katrol bebas bergerak

Pada katrol bebas bergerak gaya yang kita perlukan untuk menarik beban lebih kecil daripada berat beban yang kita tarik.

Gaya pada katrol bebas diperkecil setengahnya. Jika beban 100 N, maka dibutuhkan kuasa sebesar 50 N.

Rumus Katrol Bebas Bergerak

Pada katrol bebas bergerak juga berlaku rumus:

w . lb = F . lk

Panjang lengan kuasa dua kali panjang lengan beban (lk = 2lb) atau lk/lb = 2.

Keuntungan Mekanis Katrol Bebas Bergerak

Pada katrol bebas, panjang lengan kuasa sama dengan dua kali panjang lengan beban sehingga keuntungan mekanik pada katrol tetap adalah 2, artinya besar gaya kuasa sama dengan setengah dari gaya beban.

Rumus keuntungan mekanis (mekanik) katrol bebas bergerak adalah:

KM = w/F = 2 atau KM = lk/lb = 2

atau:

F = 1/2 w

Contoh Katrol Bebas Bergerak

Contoh katrol bebas bergerak dalam kehidupan sehari-hari adalah alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.

3. Katrol Majemuk (Sistem Katrol)/Takal

Katrol majemuk (sistem katrol) atau takal adalah gabungan dari beberapa katrol. Katrol majemuk dapat menggabungkan dua, tiga, atau empat katrol.

katrol majemuk
Katrol majemuk digunakan untuk mengangkat benda-benda yang sangat berat. Makin berat suatu beban, makin banyak katrol yang perlu digabungkan.

Katrol majemuk banyak digunakan pada derek-derek besar. Derek-derek ini dapat mengangkat beban yang sangat berat.

Katrol majemuk terbagi menjadi dua macam, yaitu katrol majemuk berganda dan katrol blok berganda.
  • Katrol majemuk berganda tersusun atas katrol tetap dan katrol bebas. 
  • Katrol majemuk blok berganda tersusun atas beberapa roda katrol yang disusun secara berdampingan dalam satu poros. 

Rumus Keuntungan Mekanis (Mekanik) Katrol Majemuk/Takal

Keuntungan mekanis (mekanik) pada katrol majemuk adalah sejumlah tali yang digunakan untuk mengangkat beban.

Rumus keuntungan mekanis (mekanik) katrol majemuk adalah:

KM = w/F = n atau KM = lk/lb = n

n = jumlah tali atau jumlah katrol

Contoh Katrol Majemuk

Katrol majemuk dalam kehidupan sehari-hari digunakan untuk mengangkat beban-beban yang sangat berat. Semakin berat beban, semakin banyak katrol yang harus digunakan.

Contoh Soal Katrol

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang katrol:

Contoh Soal 1

Katrol tetap yang ditarik dengan gaya 40 N mampu menarik beban sebesar?

Jawaban:

Diketahui:
  • F = 40 N
Ditanyakan:
  • w...?
Penyelesaian:

Pada katrol tetap, w = F, jadi beban yang bisa diangkat sama dengan gaya yang digunakan, yaitu 40 N.

Contoh Soal 2

Sebuah katrol tetap digunakan untuk menimba air. Bila setiap timba air beratnya 100 N, berapa kuasa yang dibutuhkan?

Jawaban:

Diketahui:
  • w = 100 N
Ditanyakan:
  • F....?
Penyelesaian:

    w/F = KM
 100/F = 1
        F = 100 . 1
       F = 100 N

Jadi, kuasa yang dibutuhkan untuk menimba air tersebut adalah 100 N.

Contoh Soal 3

Sebuah katrol tetap digunakan untuk mengangkat beban sebesar 50 N. Jika lengan kuasanya 15 m. Berapakah gaya yang perlu dikeluarkan dan berapakah panjang lengan bebannya?

Jawaban:

Diketahui:
  • w = 50 N
  • lk = 15 m
Ditanyakan:
a. F...?
b. lb...?
Penyelesaian:

a. w/F = KM
   50/F = 1
        F = 50 . 1
       F = 50 N

Jadi, gaya yang dikeluarkan untuk mengangkat beban adalah 50 N.

b. lk/lb = KM
   15/lb = 1
        lb = 15 . 1
       lb = 15 m

Jadi, panjang lengan beban katrol adalah 15 meter.

Contoh Soal 4

Sebuah katrol bergerak digunakan untuk mengangkat beban. Jika gaya yang diperluan untuk mengangkat beban tersebut 196 N, berapakah massa beban jika g = 9,8 m/s2?

Jawaban:

Diketahui:
  • F = 196 N
  • g = 9,8 m/s2
Ditanyakan:
  • m....? 
Penyelesaian:

F = 1/2 w
w = 2 . F
    = 2 . 196
    = 392 N

w = m . g
392 = m . 9,8
m = 392/9,8
    = 40 kg

Jadi, massa beban tersebut adalah 40 kg.

Contoh Soal 5

Sebuah benda yang beratnya 2.000 N akan diangkat dengan katrol majemuk (takal). Jika gaya (kuasa) yang dikerjakan hanya 400 N, berapakah  banyaknya katrol yang harus digunakan?

Jawaban:

Diketahui:
  • w = 2.000 N
  • F = 400 N
Ditanyakan:
  • n....?
Penyelesaian:

n = w/F
   = 2.000/400
   = 5

Jadi, jumlah katrol yang harus digunakan adalah 5 buah.

Kesimpulan

Katrol adalah pesawat sederhana yang berupa suatu roda kecil beralur yang dapat berputar pada porosnya.

Gimana adik-adik, udah paham kan materi katrol di atas? Jangan bingung lagi yah.

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.
Katrol: Rumus, Keuntungan Mekanis, Contoh Soal Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Afdan Fisika

0 komentar:

Posting Komentar