Sebuah katrol bebas menarik beban air seberat 100 N Berapakah gaya yang dibutuhkan untuk menarik beban tersebut?

Hai Quipperian, bagaimana kabarnya? Semoga selalu sehat dan tetap semangat, ya!

Siapa yang sering mengambil air sumur dengan cara menimba? Bagian penting yang harus ada saat hendak menimba air di sumur adalah katrol, tali, dan timba. Katrol yang digunakan adalah katrol tetap. Apa itu katrol tetap? Temukan jawabannya di pembahasan kali ini tentang katrol, jenis-jenis katrol, beserta contoh soalnya.

Pengertian Katrol

Katrol merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang berbentuk seperti roda atau piringan beralur. Cara menggunakan katrol, yaitu dengan diberi tali sepanjang roda atau piringannya. Jika ditinjau dari cara kerjanya, katrol merupakan pesawat sederhana yang sama dengan pengungkit. Hal itu karena di dalam katrol terdapat titik tumpu, titik kuasa, dan titik beban. Prinsip kerja katrol adalah mengubah arah kerja gaya, sehingga bisa mempermudah pekerjaan. Ternyata, katrol dibagi menjadi tiga jenis, lho. Apa sajakah itu?

1. Katrol tetap

Katrol tetap adalah katrol yang tidak mengalami perubahan posisi saat digunakan. Hal itu karena posisi katrol terikat pada tempat tertentu. Katrol tetap memiliki titik tumpu di bagian porosnya. Untuk melihat bentuk katrol tetap, perhatikan gambar berikut.

Jika diperhatikan, katrol bisa diibaratkan sebagai sebuah pengungkit yang bertumpu di titik O atau poros katrol. Titik beban dan titik kuasanya berturut-turut adalah B dan A. Oleh karena itu, panjangnya OB disebut sebagai lengan beban dan OA disebut lengan kuasa. 

Pada katrol tetap, hanya terdapat satu tali penahan, sehingga gaya (F) yang Quipperian berikan akan sama dengan beban yang terangkat (w). Artinya, keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan satu. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

w = beban (N);

F = gaya kuasa (N); dan

KM = keuntungan mekanis.

Kira-kira katrol tetap ini biasa digunakan untuk apa ya? Nah, katrol tetap ini biasa digunakan sebagai roda pengerek timba di sumur dan  tiang bendera. Jika tidak ada katrol, proses pengambilan air dari dalam sumur pasti terasa lebih sulit karena gaya kuasa seseorang harus mampu menyeimbangkan beban yang diangkat.

2. Katrol bergerak

Katrol bergerak adalah katrol yang mengalami perubahan posisi saat digunakan. Mengapa posisi katrol ini bisa berubah-ubah? Hal itu karena katrol ditempatkan pada suatu tali yang posisinya bisa berubah-ubah sesuai kehendak pengguna. Benda yang akan diangkat diletakkan di poros katrol, sehingga beban totalnya adalah berat katrol ditambah beban yang diangkat. Untuk melihat bentuk katrol bergerak, perhatikan gambar berikut.

Berdasarkan gambar di atas, poros katrol ditunjukkan oleh titik O. Sementara itu, titik tumpu katrol berada di titik B. Dengan demikian, panjang lengan beban dan kuasanya berturut-turut adalah OB dan AB. Pada katrol bergerak, beban yang ditarik ke atas akan ditopang oleh dua tali yang bergerak, sehingga terasa lebih ringan. Artinya, keuntungan mekanis katrol bergerak ini adalah 2. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

w = beban (N);

F = gaya kuasa (N);

KM = keuntungan mekanis;

lk = lengan kuasa (m); dan

lb = lengan beban (m).

Saat kamu menarik beban menggunakan katrol bergerak ini, gaya yang diperlukan hanya setengah dari beban yang ditarik. Oleh karena itu, katrol bergerak ini biasa digunakan untuk menarik peti kemas di pelabuhan dan mempermudah distribusi pengangkutan bahan bangunan dari bawah ke atas gedung.

3. Katrol majemuk

Katrol majemuk adalah perpaduan antara katrol tetap dan katrol bergerak. Bagaimana maksudnya? Beban diletakkan di poros katrol bergerak. Nah, katrol bergerak tempat melekatnya beban ini dihubungkan dengan katrol bergerak lainnya. Barulah di bagian ujung dihubungkan dengan katrol tetap. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut.

Pada prinsipnya, untuk menentukan keuntungan mekanis katrol majemuk ini Quipperian melihat jumlah tali yang digunakan untuk menyangga beban. Jika katrol yang digunakan terdiri dari sebuah katrol bergerak dan sebuah katrol tetap, maka keuntungan mekanisnya sama dengan katrol bergerak, yaitu hanya 2. Jika katrol yang digunakan terdiri dari tiga katrol bergerak dan satu katrol tetap, keuntungan mekanisnya adalah 4. Perhatikan gambar berikut.

Berdasarkan gambar di atas, terlihat bahwa untuk mengangkat beban seberat w, dibutuhkan gaya sebesar F dengan w ditopang oleh 4 tali penyangga. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

w = beban (N);

F = gaya kuasa (N); dan

KM = keuntungan mekanis.

Semakin banyak katrol bebas yang digunakan, semakin besar pula keuntungan mekanisnya. Artinya, gaya kuasa yang diberikan menjadi semakin kecil. Katrol majemuk ini biasa digunakan pada alat berat untuk konstruksi bangunan seperti crane dan ekskavator.

Untuk mengasah kemampuanmu tentang materi katrol ini, perhatikan contoh soal berikut.

Contoh Soal 1

Seorang pekerja bangunan hendak menaikkan balok kayu seperti gambar berikut.

Jika berat balok kayu tersebut 100 N, tentukan gaya kuasa yang dibutuhkan untuk mengangkat balok kayu beserta keuntungan mekanisnya!

Diketahui:

w = 100 N

Ditanya: F dan KM =…?

Pembahasan:

Katrol yang tertera pada soal adalah katrol tetap. Dengan demikian, gaya kuasa dan keuntungan mekanisnya berturut-turut adalah sebagai berikut.

Jadi, gaya kuasa yang dibutuhkan untuk menarik adonan semen adalah 100 N dengan keuntungan mekanis = 1.

Contoh Soal 2

Sebuah silinder baja diangkat menggunakan katrol seperti gambar berikut.

Jika jarak antara poros katrol dan titik tumpu 15 cm, tentukan beban silinder baja tersebut dan panjang lengan kuasanya!

Diketahui:

F = 38 N

lb = 15 cm

Ditanya: w =…?

Pembahasan:

Katrol yang digunakan untuk mengangkat silinder baja seperti pada soal adalah katrol bergerak. Keuntungan mekanis katrol bergerak adalah 2, sehingga beban silinder bajanya dirumuskan sebagai berikut.

Jarak antara poros katrol ke titik tumpu adalah 15 cm. Artinya, panjang lengan bebannya = 15 cm. Dengan demikian, lengan kuasanya dirumuskan sebagai berikut.

Jadi, beban silinder baja dan panjang lengan kuasanya berturut-turut adalah 76 N dan 30 cm.

Contoh Soal 3

Perhatikan gambar berikut.

Tentukan besarnya gaya yang dibutuhkan untuk menarik balok seberat 1.800 N!

Diketahui:

w = 1.800 N

Ditanya: F =…?

Pembahasan:

Katrol yang digunakan untuk mengangkat balok seperti pada soal adalah katrol majemuk. Katrol majemuknya terdiri dari 3 katrol dengan ketentuan, 2 katrol bergerak dan 1 katrol tetap. Dengan demikian, besarnya gaya untuk menarik balok dirumuskan sebagai berikut.

Jadi, besarnya gaya untuk menarik balok seberat 1.800 N adalah 600 N.

Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini tentang katrol. Mudah kan belajar katrol beserta contoh soalnya? Pada prinsipnya, katrol ada untuk memudahkan setiap pekerjaan manusia. Beban berat akan terasa ringan saat diangkat atau ditarik menggunakan katrol. 

Jika Quipperian ingin belajar tentang pesawat sederhana jenis lainnya, silahkan gabung bersama Quipper Video. Bersama Quipper Video, belajar jadi lebih mudah dan menyenangkan. Salam Quipper!

Penulis: Eka Viandari