Rangka, Otot, dan Pesawat Sederhana
A. Rangka dan Otot pada Manusia
1. Struktur dan Fungsi Rangka pada Manusia
a. Pentingnya Rangka bagi Tubuh Manusia
Temanmu dapat duduk dengan tegak seperti, karena memiliki sistem rangka. Bagi
tubuh, fungsi rangka itu seperti kerangka pada sebuah bangunan. Kerangka bangunan dapat
membuat sebuah bangunan berdiri dengan kokoh
b. Fungsi Sistem Rangka bagi Tubuh Manusia
Ada empat fungsi utama sistem rangka bagi tubuh kita, yaitu
1) Menegakkan atau menopang berdirinya tubuh;
2) memberikan bentuk dan mendukung tubuh kita;
3) melindungi organ internal atau organ dalam, misal tulang rusuk melindungi jantung dan
paru-paru, tulang tengkorak melindungi otak;
4) tempat menempelnya otot yang merupakan alat gerak aktif yang dapat menggerakkan
tulang;
5) tempat dibentuknya sel darah, yaitu pada bagian sumsum tulang (jaringan lunak yang
terdapat di bagian tengah tulang).
c. Struktur Tulang
Tulang pipa bekerja sebagai pengungkit pada tubuh. Tulang tersebut ternyata tidak
lurus seperti pipa, melainkan membesar pada bagian ujungujungnya. Bagian yang
membesar tersebut dinamakan epifisis. Bagian tulang yang berada di antara epifisis
dinamakan diafisis. Pada bagian epifisis berbentuk bulat serta terdapat titik-titik kasar pada
bagian ujung, terdapat lekukan, tonjolan, dan lubang. Masing-masing bagian ini mempunyai
fungsi yang berbeda-beda. Lekukan dan tonjolan berfungsi sebagai tempat menempelnya
otot. Lubang berfungsi sebagai tempat keluar masuknya pembuluh-pembuluh darah dan
saraf. Antara diafisis dan epifisis terdapat cakra epifisis, yang terdiri atas tulang rawan
dan mengandung osteoblas
(calon osteosit). Cakra epifisis inilah yang berperan dalam proses bertambah panjangnya
tulang pipa.
Permukaan tulang yang panjang ditutup membran yang menempel dengan kuat, yang
disebut periosteum. Pembuluhpembuluh darah kecil pada periosteum membawa zat-zat
makanan ke dalam tulang. Membran ini penting dalam pertumbuhan dan perbaikan tulang.
Pada bagian bawah periosteum terdapat tulang kompakatau disebut juga tulang keras, yaitu
suatu lapisan tulang yang keras dan kuat. Tulang kompak mengandung sel-sel tulang,
pembuluh-pembuluh darah, zat kapur dan fosfor, serta serabut elastis. Kerasnya tulang
disebabkan karena tulang mengandung zat kapur dan fosfor. Sedangkan serabut-serabut
elastis
mempertahankan tulang agar tetap kuat, tidak mudah rapuh atau patah.
Tulang spons dalam tulang pipa terdapat di daerah ujung tulang. Tulang spons kurang
kompak dan mempunyai banyak ruang-ruang kecil terbuka yang membuat tulang menjadi
ringan. Tulang panjang mempunyai lubang atau saluran yang besar. Saluran-saluran itu
terdapat di tengah tulang panjang dan diisi oleh jaringan berlemak yang disebut sumsum.
Sumsum merah berada di daerah tulang panjang bagian ujung di antara tulang spons,
sedangkan sumsum kuning berada di tulang panjang bagian tengah yang sebagian besar berisi
lemak. Pada orang sehat, sumsum tulang merah menghasilkan sel-sel darah merah dengan
kecepatan sampai tiga juta sel per detik. Sumsum merah juga menghasilkan sel-sel darah
putih dengan jumlah yang lebih sedikit.
Ujung tulang panjang ditutup dengan suatu lapisan jaringan tebal, lunak dan lentur,
yang disebut dengan tulang rawan (kartilago). Tulang rawan tersusun atas sel-sel yang
dikelilingi oleh matriks protein yang dihasilkan oleh sel-sel tersebut. Selain di ujung-ujung
tulang panjang, tulang rawan juga dapat ditemukan di ujung-ujung tulang rusuk, dinding
saluran pernapasan, hidung, dan telinga.
d. Macam-macam Tulang pada Sistem Rangka Manusia
Tulang Tengkorak
Tulang tengkorak bagian kepala (cranium) mengelilingi dan melindungi organ yang sangat
vital, yaitu otak. Ketika kita lahir, bagian – bagian tulang tengkorak kepala belum menyatu
sempurna. Tetapi selama pertumbuhan, tulang – tulang tersebut menyatu membentuk
tempurung kepala. Hubungan antartulang tengkorak bagian kepala merupakan hubungan
tulang yang tidak dapat digerakkan.
Tulang Badan
Tulang badan merupakan kelompok tulang yang membentuk badan (tubuh). Tulang badan
berfungsi menopang tubuh secara keseluruhan. Tulang badan terdiri dari lima kelompok,
yaitu :
Tulang dada. Tulang dada merupakan tempat melekatnya tulang rusuk bagian depan. Tulang
dada terdiri atas tiga bagian, yaitu bagian hulu (tangkai), bagian badan, dan bagian taju
pedang.
Tulang rusuk (iga). Tulang rusuk terdiri dari tiga jenis tulang, yaitu tujuh pasang tulang rusuk
sejati, tiga pasang tulang rusuk palsu, dan dua pasang tulang rusuk melayang. Bagian depan
tulang rusuk sejati melekat pada tulang dada, dan bagian belakangnya melekat pada tulang
belakang. Bagian depan tulag rusuk palsu melekat pada tulang rusuk di atasnya, sedangkan
bagian belakangnya melekat pada tulang belakang. Bagian depan tulang rusuk melayang
tidak melekat pada suatu tulang, sedangkan bagian belakangnya melekat pada tulang
belakang.
Tulang gelang bahu. Tulang gelang bahu terdiri dari dua tulang belikat dan dua tulang
selangka. Tulang belikat berbentuk segitiga pipih dan memiliki tonjolan yang disebut paruh
gagak. Sedangkan tulang selangka melekat pada tulang dada.
Tulang gelang panggul. Tulang gelang panggul terdiri dari dua tulang pinggul, dua tulang
duduk, dan tulang kemaluan, Ketiga tulang tersebut berkaitan erat sehingga membentuk suatu
lingkaran yang berlubang.
Tulang Anggota Gerak
Bentuk tulang manusia dibedakan menjadi empat, yaitu tulang panjang(pipa), tulang
pipih, tulang pendek, dan tulang tak beraturan. Tulang pendek berbentuk seperti silinder kecil
(bulat pendek). Contoh tulang pendek adalah ruas –ruas tulang belakang, tulang pergelangan
kaki, dan tulang pergelangan tangan. Tulang pipih berbentuk pipih dan lebar. Contoh tulang
pipih adalah tulang dada, tulang tempurung kepala, tulang rusuk, dan tulang belikat. Tulang
panjang/pipa berbentuk panjang seperti pipa. Contoh tulang panjang adalah tulang paha,
tulang betis, dan tulang lengan atas. Tulang tak beraturan berbentuk tak beraturan. Contohnya
adalah tulang wajah, tulang pada ruas –ruas tulang belakang, dan tulang rahang.
Tulang penyusun sistem rangka manusia terdiri atas 206 tulang dengan ukuran dan
bentuk yang berbeda-beda. Agar kamu mengetahui tulang-tulang penyusun sistem rangka
manusia.
e. Perkembangan Tulang
Meskipun tulang yang ada di tubuh kita merupakan suatu benda yang keras, tetapi
tulang itu bukan suatu benda yang memiliki ukuran tetap. Beberapa bulan sebelum kamu
dilahirkan, tulang kamu tersusun dari kartilago (tulang rawan). Secara bertahap, tulang rawan
akan rusak dan digantikan oleh tulang yang keras. Akan tetapi, pada perkembangannya tidak
semua tulang rawan pada tubuh manusia akan digantikan oleh tulang keras. Contohnya tulang
telinga, tulang hidung ataupun tulang rawan penyusun persendian. Tulang-tulang tersebut
akan tetap menjadi tulang rawan sampai manusia menjadi tua. Pada saat janin (calon bayi
yang masih ada di dalam kandungan), hampirsemua tulang yang terdapat pada tubuh
merupakan tulang rawan. Seiring dengan perkembangan janin dan setelah kelahiran, tulang
rawan tersebut berkembang menjadi tulang keras.
Proses perubahan tulang rawan menjadi tulang keras disebut dengan penulangan atau
osifikasi. Proses osifikasi berawal dari tulang rawan. Tulang rawan bentuknya mirip
dengan tulang dewasa.Tulang rawan memiliki rongga yang terisi oleh osteoblas (sel-sel
pembentuk tulang). Selanjutnya, osteoblas akan membentuk osteosit (sel-sel tulang).
Proses osifikasi dimulai dari bagian tengah tulang rawan dan kemudian meluas ke seluruh
arah sesuai denganpertumbuhan tulang rawan. Diantara jaringan tulang yang terbentuk
terdapat pembuluh darah. Pembuluh darah ini akan membawa mineral seperti kalsium
sehingga tulang yang terbentuk menjadi keras. Selain mengalami osifikasi, tulang juga
mengalami fusiatau penggabungan. Pada saat kamu baru lahir, jumlah seluruh tulang yang
ada pada sistem rangkamu adalah lebih dari 300 tulang. Seiring bertambahnya usia, beberapa
tulang akan mengalami fusi atau mengalami pertumbuhan bersama-sama. Oleh karena itu,
ketika kamu sudah dewasa, jumlah tulang pada sistem rangka sebanyak 206 tulang.
f. Hubungan Antartulang
Berbagai macam gerak yang kamu lakukan dapat terjadi karena ada hubungan antartulang
atau artikulasi. Tidak semua hubungan antartulang dapat digerakkan. Kalau kamu perhatikan
hubungan antartulang pada manusia dibedakan menjadi tiga, yaitu sebagai berikut.
1) Hubungan antartulang yang tidak memungkinkan adanya gerakan yang disebut
sinartrosis. Contohnya, hubungan antartulang pada tengkorak yang dihubungkan oleh
jaringan ikat atau sutura. Pada saat kamu baru lahir terdapat jarak atau ruang antara
tulang-tulang tengkorak, fungsinya memungkinkan otak kita bertambah ukurannya.
Dalam waktu yang tidak terlalu lama jaringan ikat akan menggabungkan tulang satu
dengan tulang yang lainnya sehingga tidak memungkinkan adanya gerakan satusatunya
tulang pada tengkorak yang dapat digerakkan adalah rahang bawah. Contoh lain dari tipe
persendian ini adalah sendi yang terdapat pada tulang pinggul.
2) Hubungan antartulang yang menimbulkan sedikit gerakan. yang disebut amfiartrosis.
Contohnya, hubungan antartulang pada tulang belakang (vertebra) oleh tulang rawan.
3) Hubungan antartulang yang memungkinkan gerakan yang disebut diartrosis atau
persendian. Persendian inilah yang memungkinkan kamu dapat menggerakkan pangkal
lengan atas, lutut, bahkan ibu jari tanganmu.
g. Tipe Persendian
Kamu telah mempelajari hubungan antartulang. Salah satu jenis hubungan tulang yaitu
diartrosis atau persendian. Pada sistem gerak kita terdapat beberapa tipe persendian.
1) Sendi peluru/sendi lesung
Sendi ini menghubungkan antara satu tulang yang mempunyai satu ujung bulat yang
masuk ke ujung tulang lain yang berongga seperti mangkok. Sendi ini dapat membentuk
gerakan paling bebas di antara sendi-sendi lain. Contoh sendi peluru adalah sendi antara
tulang pinggul dengan tulang paha, antara tulang lengan atas dengan tulang belikat. Dengan
adanya sendi ini memungkinkan tulang-tulang tersebut dapat diayunkan ke arah mana pun.
2) Sendi engsel
Tipe sendi ini mempunyai gerakan satu arah, ada yang ke depan dan ada yang ke
belakang seperti engsel pintu. Contoh sendi engsel yaitu sendisendi pada siku, lutut, dan jari.
Sendi ini memiliki ruang gerak yang lebih sempit dibandingkan sendi peluru.
3) Sendi putar
Tipe persendian ini memiliki prinsip kerja ujung tulang satu yang berfungsi sebagai poros
dan ujung tulang yang lain berbentukcincin yang dapat berputar pada poros tersebut.
Contohnya adalah persendian yang terdapat di antara tulang tengkorak dengan tulang leher.
Sendi tersebut memungkinkan kepala kita dapat memutar, mengangguk serta menggeleng.
4) Sendi pelana
Sendi ini merupakan pertemuan antara dua tulang yang berbentuk seperti pelana. Sendi
ini dapat menggerakkan tulang ke dua arah, yaitu mukabelakang dan ke samping. Contoh
sendi ini adalah pada pangkal ibu jarimu.
5) Sendi geser
Sendi ini menghubungkan antara dua tulang yang memiliki permukaan yang datar.
Prinsip kerja sendi ini adalah satu bagian tulang bergerak menggeser di atas tulang lain. Sendi
geser juga memungkinkan tulang bergerak ke depan dan ke belakang. Contoh sendi geser
berada pada tulang-tulang pergelangan tangan dan pergelangan kaki dan di antara tulang
belakang. Sendi ini merupakan sendi yang paling sering digunakan dalam melakukan
aktivitas sehari-hari, misalnya mengambil buku, naik tangga, makan serta beberapa aktivitas
lainnya.
2. Struktur dan Fungsi Otot pada Manusia
Dalam kehidupan sehari –hari otot disebut daging. Otot merupakan kumpulan dari
serabut otot. Serabut otot terbentuk dari sel – sel otot.
a. Fungsi Otot
Tanpa otot, tulang, dan sendi tubuhmu tidak memiliki kekuatan untuk bergerak. Otot
adalah penggerak bagian-bagian tubuh, sehingga otot disebut alat gerak aktif. Hampir 35
hingga 40 persen massa tubuh adalah jaringan otot. Otot adalah jaringan yang dapat
berkontraksi (mengkerut) dan relaksasi (mengendur). Pada saat berkontraksi otot menjadi
lebih pendek, dan pada saat berelaksasi otot menjadi lebih panjang. Proses kontraksi ini
mengakibatkan bagianbagian tubuhmu bergerak. Pada kontraksi ini diperlukan energi. dapat
diketahui bahwa diameter otot lengan kamu dapat membesar dan mengecil ketika digerakkan.
Diameter lengan kamu membesar terjadi karena otot lengan dalam keadaan kontraksi. Pada
saat melakukan kontraksi, otot akan memadat dan memendek, sehingga pada saat diukur
diameter otot akan lebih besar. Sebaliknya, pada saat otot dalam keadaan relaksasi, otot akan
memanjang, sehingga pada saat diukur diameter otot akan lebih kecil.
Otot yang bekerja di bawah kesadaran adalah otot yang kerjanya dikendalikan secara
sadar, artinya kamu dapat mengendalikan apakah harus atau tidak menggerakkan otot-otot
tersebut. Contohnya, kerja otot-otot pada saat kamu makan, menulis, berlari serta aktivitas-
aktivitas lainnya yang dilakukan secara sadar. Otot yang bekerja di luar kesadaranadalah otot
yang tidak dapat kamu kendalikan secara sadar. Prinsip kerja otot ini tidak dapat
dikendalikan, artinya kamu tidak dapat mengendalikan apakah menggerakkan atau tidak
menggerakkan otot-otot tersebut. Otot-otot tersebut bekerja sepanjang hari, sepanjang hidup
di luar kesadaran. Contoh dari aktivitas otot ini antara lain aktivitas jantung untuk selalu
memompa darah ke seluruh tubuh, aktivitas otot-otot lambung untuk mencerna makanan
secara mekanik.
b. Tiga Jenis Jaringan Otot
Ada tiga jenis jaringan otot di dalam tubuhmu, yaitu otot rangka, otot polos, dan otot
jantung.
1) Otot Rangka (lurik)
Otot Rangka adalah otot yang paling banyak di dalam tubuh. Sel otot rangka berbentuk
panjang dan silindris sehingga lebih tepat disebut serabut otot. Jika diamati di bawah
mikroskop, sel-sel otot rangka terlihat bergaris-garis melintang, sehingga otot ini juga disebut
dengan otot lurik. Kenampakan lurik disebabkan oleh protein otot yang berbeda, yaitu aktin
dan myosin.
Otot rangka melekat pada tulang dengan perantaraan tendon. Tendon adalah jaringan ikat
yang kuat dan liat, bahkan ada pula yang keras, meskipun tidak sekeras tulang. Tendon yang
melekat pada tulang yang tidak dapat digerakkan disebut origo. Tendon yang melekat pada
tulang yang dapat digerakkan disebut insersi. Selain itu, ada pula otot lurik yang ujungnya
tidak melekat pada tulang tetapi pada kulit.
Kerja otot rangka tergolong otot sadar, yaitu dipengaruhi oleh kehendak (kesadaran) kita
melalui perintah oleh otak. Kamu bisa mengontrol penggunaan otot ini. Kamu bisa
menentukan kapan berjalan dan kapan tidak. Otot rangka cenderung cepat berkontraksi dan
cepat lelah.
2) Otot Polos
Otot polos terdapat pada dinding organ dalam seperti lambung usus halus, rahim,
kantung empedu, saluran pernapasan, saluran kelamin, dan pembuluh darah. Karena otot
polos terdapat pada organ dalam, maka sering pula disebut otot dalam.
Bila kita amati di bawah mikroskop, sel –sel otot polos tampak berbentuk gelendong
dengan kedua ujungnya meruncing. Sel otot polos hanya memiliki satu inti sel yang terletak
di tengah sel.
Berbeda dengan kerja otot rangka, kerja otot polos tidak dipengaruhi oleh kehendak
kita. Oleh karena itu, otot polos disebut pula otot tak sadar, karena gerakannya tidak kita
sadari. Gerak otot polos lambat, tetapi teratur, dan tidak cepat lelah.
3) Otot Jantung
Otot jantung hanya ditemukan di jantung. Bila kita amati di bawah mikroskop,
struktur otot jantung mirip dengan otot lurik tetapi bercabang – cabang dan memiliki banyak
inti sel. Inti ini terletak di tengah serabut.
Otot jantung berfungsi menggerakkan jantung untuk memompa darah ke seluruh
tubuh. Kontraksi dan relaksasi otot jantung menyebabkan serambi dan bilik jantung
menyempit serta melebar secara berirama. Kontraksi dan relaksasi menimbulkan denyut
jantung.
Kerja otot jantung tidak dipengaruhi oleh kehendak kita (di luar perintah otak), tetapi
dipengaruhi oleh saraf otonom (simpatetik dan parasimpatetik). Otot jantung bekerja terus
menerus selama seseorang masih hidup. Meskipun kita sedang tidur nyenyak, otot jantung
tetap bekerja.
3. Kelainan pada Sistem Gerak Manusia
Pernahkah kamu melihat orang yang memakai kursi roda? Salah satu penyebab orang
memakai kursi roda karena orang tersebut mengalami fraktura (patah tulang) pada bagian
kakinya, sehingga orang tersebut tidak dapat berjalan dengan normal. Fraktura adalah salah
satu jenis kelainan yang terjadi pada sistem gerak manusia. Macam-macam kelainan yang
terjadi pada sistem gerak manusia
a. Riketsia
Riketsia terjadi karena kekurangan vitamin D yang berfungsi membantu penyerapan
kalsium dan fosfor, sehingga proses pengerasan tulang terganggu. Penyakit ini terjadi pada
anak-anak. Riketsia menyebabkan tulang kaki tumbuh membengkok. Penyembuhan dan
pencegahan dari penyakit ini dengan penambahan kalsium, fosfor, dan vitamin D ke dalam
menu makan. Vitamin D dapat diperoleh dari makanan, suplemen. Seseorang yang berusia 1-
70 tahun membutuhkan vitamin D sebanyak 15Mg/hari. Seseorang yang berusia 71 tahun ke
atas membutuhkan vitamin D sebanyak 20 Mg/hari. Mengapa vitamin D dapat diaktifkan
dengan bantuan sinar matahari pagimelalui berjemur? Karena melalui paparan sinar matahari
pagi selama 10-15 menit, sinar ultraviolet dari matahari akan dapat membantu tubuh
mengaktifkan pro vitamin D menjadi vitamin D. Vitamin D aktif akan dapat meningkatkan
penyerapan kalsium dan fosfor di dalam tubuh, sehingga akan menambah jumlah kalsium dan
fosfor dalam darah. Bertambahnya kadar vitamin D dalam tubuh dapat membantu
meningkatkan penyerapan kalsium, sehingga dapat menolong perbaikan tulang penderita
riketsia.
b. Osteoporosis
Osteoporosis disebabkan karena kekurangan kalsium. Osteoporosis umumnya terjadi
pada orang dewasa. Pada orang yang sudah tua biasanya menghasilkan lebih sedikit hormon,
sehingga osteoblast sebagai pembentuk tulang kurang aktif dan massa tulangpun jadi
berkurang. Tulang yang kekurangan kalsium akan menjadi rapuh dan mudah patah.
c. Fraktura (Patah Tulang)
Meskipun kuat dan lentur, tulang-tulang dapat patah. Salah satu penyebab terjadinya
patah tulang karena tulang mengalami benturan yang keras, misalnya pada saat kecelakaan
atau jatuh dari tempat yang tinggi. Patahnya tulang disebut fraktura. Fraktura dapat dibedakan
menjadi fraktura tertutup dan fraktura terbuka. Fraktura tertutup terjadi jika tulang patah
tetapi bagian ujung yang patah tidak menembus kulit. Fraktura terbuka terjadi jika ujung
tulang yang patah keluar menembus kulit.
d. Artritis
Artritis adalah penyakit sendi. Penderita penyakit ini mempunyai tulang rawan pada
sendi yang rusak. Kerusakan ini menyebabkan sendi menjadi sakit dan bengkok.Kadang-
kadang sendi yang terkena artritis tidak dapat digerakkan. Rematik adalah salah satu bentuk
artritis. Penyebab terjadinya artritis masih belum diketahui dengan pasti. Menghindari infeksi
yang akut dan mengonsumsi makanan yang seimbang dapat mengurangi terjadinya artritis.
e. Lordosis, Kifosis, dan Skoliosis
Tulang belakang normal manusia tidak lurus benar. Dilihat dari samping, susunan
tulang belakang membentuk beberapa lengkungan. Pada bagian dada, tulang belakang
membentuk lengkungan cembung menghadap belakang. Pada bagian pinggang, susunan
tulang belakang membentuk lengkungan cembung menghadap depan. Bentuk tulang
belakang mempengaruhi bentuk tubuh kita. Cobalah amati bentuk badan teman lakilaki saat
berdiri dan dilihat dari samping! Bagaimana bentuknya? Tulang belakang dapat mengalami
kelainan. Tiga kelainan tulang belakang yang umum terjadi adalah lordosis, kifosis, dan
skoliosis.
1) Lordosis
Lordosis merupakan kelainan dengan melengkungnya tulang belakang yang
berlebihan ke arah depan di bagian pinggang.Orang yang mengalami kelainan ini
pinggangnya terlihat lebih menonjol ke depan. Lordosis dapat disebabkan karena perut
penderita yang terlalu besar (misalnya karena hamil atau kegemukan), riketsia, atau karena
kebiasaan yang salah.
2) Kifosis
Kifosis merupakan kelainan dengan melengkungnya tulang belakang yang berlebihan
di bagian dada ke arah belakang. Penderita kifosis tubuhnya terlihat bungkuk. Kifosis dapat
disebabkan karena penyakit (misalnya TBC dan riketsia) atau kebiasaan duduk yang salah.
3) Skoliosis
Skoliosis adalah melengkungnya tulang belakang ke arah samping. Skoliosis dapat
disebabkan oleh penyakit polio atau kebiasaan posisi duduk yang salah.
B. Pesawat Sederhana pada Kerja Otot dan Rangka Manusia
Pada tubuh manusia berlaku prinsip-prinsip kerja pesawat sederhana. Prinsip-prinsip
tersebut kemudian ditiru dan dimodifikasi untuk mendesain berbagai macam peralatan
yang memudahkan kerja manusia. Ketika kerja dipermudah, artinya energi yang dikeluarkan
lebih sedikit. Energi dan kerja (usaha) dinyatakan dalam satuan Joule (Newton meter). Kerja
atau usaha didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dengan jarak, sehingga dapat
dituliskan dengan rumus berikut.
W = F. s
di mana: W = Usaha (Joule)
F = Gaya (Newton)
s = Jarak (Meter)
Usaha dapat bernilai nol apabila gaya yang dikerjakan pada benda tidak
mengakibatkan perpindahan tempat. Besarnya usaha yang dilakukan per satuan waktu disebut
dengan daya atau power (P). Daya secara matematis dituliskan sebagai berikut.
P=Wt
di mana: P = Daya (Watt)
W = Usaha (Joule)
t = Waktu (Sekon)
Pada saat manusia melakukan aktivitas, manusia selalu berupaya untuk melakukannya
dengan usaha dan daya yang sekecil-kecilnya. Oleh karena itu, manusia menggunakan
pesawat sederhana untuk membantu melakukan aktivitasnya.
1. Jenis Pesawat Sederhana
Manfaat dari pesawat sederhana adalah untuk mempermudah pekerjaan manusia.
Berikut ini akan disebutkan beberapa jenis pesawat sederhana yang ada di sekitarmu.
a. Katrol
Kantrol pada prinsipnya adalah roda yang memiliki poros (sumbu). Di sekeliling roda
dibuat jalur untuk tali atau rantai. Sebenarnya, prinsip yang digunakan katrol adalah prinsip
tuas juga. A adalah titik tuas, B adalah titik tumpu, dan C adalah titik beban. Karena panjang
lengan kuasa (AB) sama dengan panjang lengan (BC), keuntungan mekanik katrol sama
dengan satu. Berarti, gaya yang kita berikan untuk mengangkat benda dengan menggunakan
katrol sama dengan berat beban itu sendiri.
Sifat katrol yang memudahkan kerja manusia adalah katrol dapat mengubah arah
gaya. Benda yang harus diangkat ke atas dapat ditarik ke bawah dengan menggunakan katrol.
Dengan memberikan gaya kea rah bawah, kerja kita terbantu oleh gaya berat tubuh kita yang
juga berarah ke bawah. Akibatnya, kerja kita terasa lebih ringan.
Katrol tunggal tetap
Sumbu katrol ini dibuat tetap pada tempat yang kuat. Karena sumbunya tetap, katrol
ini tidak dapat bergerak sehingga dinamakan katrol tetap. Katrol yang digunakan di sumur
termasuk katrol tetap. Telah dijelaskan sebelumnya bahwa jarak lengan kuasa dengan lengan
beban katrol sama, lk = lb. Keuntungan mekanik katrol tetap adalah
Km = l k
kb = 1
Beban ditarik melalui tali (rantai) yang dililitkan ke sekeliling katrol. Fungsi katrol ini
hanya mengubah arah gaya.
Katrol Tunggal Bergerak
Katrol ini menggantung pada tali penarik. Baban dililitkan pada sumbu katrol. Titik
tumpu berada pada tepi katrol di sebelah beban. Lengan kuasa berada pada tepi katrol yang
lainnya. Dengan demikian, jarak lengan kuasa menjadi dua kali jarak lengan beban
lk = 2 x lb
Keuntungan mekanik katrol tunggal bergerak adalah
Km = lk
lb =
2 x lb
lb = 2
A
B
C
Ternyata, keuntungan mekanik katrol tunggal bergerak adalah 2. Berarti, dengan
menggunakan katrol beregark, suatu beban dapat diangkat dengan gaya sebesar setengah
beratnya.
Sistem katrol
Sistem katrol terdiri dari sejumlah katrol tetap dan katrol bergerak. Katrol tetap
berada di sisi atas dan katrol bergerak berada di sisi bawah. Katrol tetap gunanya untuk
mengubah arah gaya, sedangkan katrol bergerak gunanya untuk meningkatkan keuntungan
mekanik makin besar.
Perhitungan keuntungan mekanik system katrol didasarkan pada anggapan bahwa
gaya tegang tali (rantai) sama pada seluruh bagian tali. Lilitan tali pada katrol tidak
mengubah tegangan bagian tali sebelum dan sesudah lilitan. Pada kenyataannya, tegangan ini
sebenarnya berubah. Namun, untuk memudahkan kita memahami kerja katrol tersebut kita
anggap tegangan talu tidak berubah.
Mari kita analisis beberapa contoh
1) Dua katrol (satu tetap dan satu bergerak)
Pada system ini katrol bergerak (sebelah bawah) ditarik oleh dua utas tali (A dan B).
Kedua ruas Tali memiliki tegangan yang sama. Jumlah gaya tegangan kedua ruas tali
sama dengan berat beban. Jadi, tegangan satu ruas tali (atau tegangan tali itu sendiri)
sama dengan setengah berat beban. Dengan demikian, gaya tegang tali yang dirasakan
penarik sama dengan setengah berat beban. Keuntungan mekanik katrol ini adalah 2.
Keuntungan lain yang dipeoleh menggunakan system katrol ini adalh arah kuasa ke
bawah.
2) Tiga katrol (dua tetap dan satu bergerak)
Pada system ini ada tiga tali yang menarik beban ke atas, yaitu tali A, tali B, dan tali C.
Ketiga tali ini memiliki tegangan yang sama. Jumlah ketiga tegangan tali sama dengan
berat beban. Jadi, tegangan setiap tali adalah sepertiga berat beban. Dengan demikian,
tegangan tali yang dirasakan oleh penarik sama dengan sepertiga berat beban.
Keuntungan mekanik system katrol jenis ini adalah 3.
3) Empat katrol (dua tetap dan dua bergerak)
Ada empat ruas tali yang menarik beban kea rah atas, yaitu ruas tali A, tali B, tali C, dan
tali D. masing – masing ruas menanggung beban yang sama, sehingga tegangan masing –
masing ruas (sama dengan tegangan tali) adalah seperempat berat beban. Saat ditarik oleh
pemakai, gaya yang diberikan hanya seperempat berat beban. Keuntungan mekanik
system katrol jenis ini adalah 4.
b. Roda Berporos
Gear pada sepeda adalah salah satu contoh pesawat sederhana yang tergolong roda
berporos.Roda berporos adalah pesawat sederhana yang memiliki dua roda dengan ukuran
berbeda yang berputar bersamaan. Gaya kuasa biasanya bekerja pada roda yang besar, gaya
beban bekerja pada roda yang lebih kecil. Roda berporos memiliki fungsi untuk mempercepat
gaya. Ternyata jarak perputaran roda jauh lebih besar daripada perputaran pedal. Dengan
demikian, sepeda dapat memperbesar jarak tempuh hanya dengan memberikan gaya yang
cukup kecil.Selain gear sepeda, contoh penerapan pesawat sederhana jenis roda berporos
adalah kursi roda, mobil, dan sepatu roda.
c. Bidang Miring
Contoh dari bidang miring selain tangga adalah sekrup dan pisau. Bidang miring
merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga
dapat memudahkan gerak benda. Keuntungan mekanik bidang miring dapat dihitung dengan
membagi jarak kuasa dengan jarak beban.
KM = Gaya BebanGaya Kuasa
KM = Panjang Bidang MiringKetinggian = 1
h
Keuntungan mekanik makin besar jika bidang miring makin panjang atau posisi bidang
makin datar.
Jika gaya gesekan antara lantai bidang miring dengan benda cukup besar, maka
keuntungan mekanik bidang miring lebih kecil. Daripada 1h. Namun, agar lebih mudah
memahami kita anggap tidak ada gesekan.
Prinsip bidang miring banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari – hari. Beberapa
contoh pemanfaatan bidang miring adalah sebagai berikut.
1) Jalan di sekita gunung atau pegunungan dibuat melingkar – lingkar agar kemiringannya
tidak terlalu terjal.
2) Untuk membelah kayu besar orang memanfaatkan baji.
3) Di dalam dongkrak terdapat uliran yang berbentuk bidang miring.
4) Kebanyakan tangga yang terdapat pada rumah atau bangunan yang leih tinggi dari
permukaan tanah dibuat miring.
5) Alur – alur pada sekrup.
d. Pengungkit
Pengungkit merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang paling banyak
digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Contoh alatalat yang merupakan pengungkit antara
lain gunting, linggis, jungkatjungkit, pembuka botol, pemecah biji kenari, sekop, koper,
pinset.
Pada pengungkit bagian untuk meletakkan beban disebut titik beban, bagian yang
diberi penumpu disebut titi tumpu, dan bagian tempat kita memberikan gaya disebut titik
kuasa. Jarak antara titik beban dengan titik tumpu disebut lengan beban (lb). Jarak anatara
titik kuasa dengan titik tumpu disebut lengan kuasa (lk).
Pengungkit dapat memudahkan usaha dengan cara menggandakan gaya kuasa dan
mengubah arah gaya. Agar kita dapat mengetahui besar gaya yang dilipatgandakan oleh
pengungkit maka kita harus menghitung keuntungan mekaniknya. Cara menghitung
keuntungan mekaniknya dengan membagi panjang lengan kuasa dengan panjang lengan
beban. Panjang lengan kuasa adalah jarak dari tumpuan sampai titik bekerjanya gaya kuasa.
Panjang lengan beban adalah jarak dari tumpuan sampai dengan titik bekerjanya gaya beban.
Km = Fb
F k
Jadi, pada pengungkit berlaku hasil kali kuasa dengan lengan kuasa sama dengan hasil kali
beban dengan lengan beban. Jika lk adalah lengan kuasa dan lb adalah lengan beban, maka
berlaku :
lb x Fb = lk x Fk
Keuntungan mekanik pengungkit adalah :
Km = lk
lb
Semakin dekat posisi penumpu dengan beban maka semakin kecil kuasa yang
diperlukan untuk mengangkat beban. Dengam menggeser penumpu mendekati beban, lengan
beban menjadi lebih pendek fan lengan kuasa menjadi lebih panjang. Akibatnya,
perbandingan lengan kuasa dan lengan beban menjadi semakin besar. Dengan kata lain,
keuntungan mekanik pengungkit semakin besar. Untuk memperoleh keuntungan mekanik
yang besar kita dapat memperpanjang lengan kuasa atau memperpendek lengan beban.
Penggolongan Pengungkit
1) Golongan kuasa-penumpu-beban
Pengungkit yang termasuk jenis golongan ini adalah gunting, catut, dan tang.
2) Golongan penumpu-beban-kuasa
Contoh pengungkit golongan ini adalah pembuka tutup botol dan gerobak dorong.
3) Golongan penumpu-kuasa-beban
Contohnya, tangan kita.
2. Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Otot dan Rangka Manusia
Cermati otot dan rangka yang bekerja pada atlet tersebut pada saat berlari. Apa
kaitannya dengan pesawat sederhana? Otot dan rangka bekerja bersama-sama pada saat
seseorang melakukan gerakan. Hal ini seperti setiap bagian yang terdapat pada sepeda akan
bekerja bersama-sama ketika sepeda tersebut bergerak.
Pada saat kamu melakukan suatu aktivitas, otot, tulang, dan sendi akan bekerja
bersama-sama. Prinsip kerja ketiganya seperti sebuah pengungkit, di mana tulang sebagai
lengan, sendi sebagai titik tumpu, dan kontraksi atau relaksasi otot memberikan gaya untuk
menggerakkan bagian tubuh.