Bab 2 Kelas 8 Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari hari (Katrol)

               Katrol

Tahukah Anda, alat apa yang digunakan untuk menarik bendera ke atas tiang dengan ketinggian mencapai puluhan meter? Orang akan menggunakan katrol untuk membantu memindahkan bendera ke atas tiang. Katrol merupakan pesawat sederhana yang dapat memudahkan melakukan usaha katrol memiliki roda yang berputar pada porosnya, biasanya pada katrol terdapat tali atau rantai sebagai penghubungnya. Berdasarkan cara kerjanya, katrol merupakan jenis pengungkit karena memiliki titik tumpu, titik kuasa, dan titik beban. Katrol dibedakan menjadi katrol tetap, katrol bergerak, katrol kombinasi (takal), dan katrol (roda) bergandar.

1.             Katrol tetap

Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berpindah pada saat digunakan. Perhatikan gambar di atas!

Titik A adalah titik tumpu, titik B adalah titik beban, dan titik C adalah titik kuasa. Jarak AC adalah lengan kuasa (l_f) dan jarak AB adalah lengan beban (l_w). Jarak lengan beban (AB) sama dengan jarak lengan kuasa (AC) atau l_w = l_f atau AB = AC, oleh karena itu keuntungan mekanis katrol tetap adalah 1, artinya besar gaya kuasa sama dengan gaya beban.

     

Meskipun keuntungan mekanis menggunakan katrol tetap sama dengan satu, namun beban akan terasa lebih ringan daripada tanpa katrol (langsung dengan tali). Hal ini disebabkan oleh gaya yang dilakukan searah dengan berat badan Anda. Akan tetapi dampak dari keuntungan mekanis sama dengan 1 (satu) adalah gaya yang dikeluarkan akan sama dengan berat benda, seingga katrol tetap tidak bisa digunakan untuk mengangkat benda yang massanya besar. Keuntungan mekanik yang didapatkan dengan menggunakan katrol tetap adalah gaya tarik benda sama besar dengan gaya berat benda, dapat mengubah arah gaya ke bawah atau samping untuk mengangkat benda, dan arah kuasa (gaya) searah dengan gaya berat benda.

Contoh pemanfaatan katrol tetap sebagai berikut.

a)      Manarik air dari dalam sumur dengan timba

b)      Menaikan bendera agar sampai di puncak tiang bendera

c)      Menaikan sangkar burung pada acara lomba burung

 

2.         Katrol bergerak

Katrol bergerak adalah katrol yang kedudukan katrol selalu berubah pada saat digunakan. Katrol bergerak bergungsi untuk melipatkangdakan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda menjadi setengah dari gaya beban. Keuntungan mekanis yang diperoleh dari katrol bergerak, yaitu gaya yang diperlukan  untuk menarik benda lebih kecil dibandingakan dengan menggunakan katrol tetap. Katrol jenis ini sering digunakan tukang bangunan untuk mengangkat barang-barang pada bangunan bertingakat tinggi. Perhatikan gambar di bawah!

Titik A dalah titik beban, titik B adalah titik kuasa, dan titik C adalah titik tumpu. Jarak AC adalah lengan beban dan jarak BC adalah lengan kuasa. Keuntungan mekanis pada katrol bergerak, yaitu panjang lengan kuasa sama dengan dua kali panjang lengan beban, sehingga keuntungan makanis pada katol bergerak adalah 2, artinya besar gaya kuasa sama dengan setengah dari gaya beban.

F x l_f = W x l_w

F x 2l_w = W x l_w

KM =  = 2

Agar anda lebih memahami persamaan di atas, perhatikanlah contoh soal di bawah ini!

Contoh:

Sebuah katrol bergerak menarik suatu beban yang memiliki berat sebesar 3.600 N ke atas. Hitunglah gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban tersebut!

Penyelesaian

Untuk katrol bergerak, gaya yang diperlukan sama dengan setengah berat benda dengan persamaan

2F = W

2F = 3.600 N

F = 3.600 N / 2 = 1.800 N

Jadi gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda tersebut ke atas dengan katrol bergerak sebesar 1.800 N.

 

3.         Katrol kombinasi (Takal)

Katrol kombinasi merupakan perpaduan dari katrol tetap dan katrol bebas, dimana kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Katrol kombinasi juga disebut takal. Takal adalah katrol majemuk yang terdiri atas katrol-katrol tetap dan katrol-katrol bergerak.

Takal dapat menggunakan dua katrol di mana satu sebagai katrol tetap dipasang di atas dan satu lagi sebagai katrol bergerak dengan salah satu ujung tali dikaitkan pada penampang katrol tetap. Jika ujung tali yang lainya ditarik, maka beban akan terangkat beserta bergeraknya katrol bebas ke atas.

Perthatikan gambar di bawah

Biasanya, sistem katrol ini digunakan untuk mengangkat beban yang massaya mencapai beberapa ton. Keuntungan mekanik menggunakan katrol kombinasi, yaitu memerlukan gaya yang lebih kecil dibandingkan dengan katrol ebas dan katrol tetap. Namun katrol kombinasi bergantung pada banyaknya tali yang diperguankan untuk mengangkat beban. Jika gaya gesekan katrol diabaikan, maka untuk sistem katrol berlaku persamaan berikut.

 

W = 2n x F

Keterangan

W   : beban (N)

F     : Gaya

n     : banyaknya katorl

keuntungan mekanis dari sistem takal dapat dirumuskan

 

KM =  = 2n

 

4.         Katrol (roda) bergandar

Katrol (roda) bergandar merupakan gabungan dari beberapa yang disatukan sumbunya. Cara kerja dari katrol bergandar ini, yaitu katrol besar untuk gaya yang bekerja, sedangkan katrol kecil untuk beban. Keuntungan mekanis katrol bergandar adalah pada perbandingan jari-jari roda besar (R) dan jari-jari roda kecil (r).

KM =

Keterangan

KM   : keuntungan mekanis

R       : jari-jari roda besar (m)

r        : jari-jari roda kecil (m)