Menguji Keuntungan Mekanik Sistem Katrol

(Bagian dua dari dua tulisan)

Jenis katrol selain katrol tetap dan katrol bebas adalah sistem katrol atau dikenal juga dengan istilah takal. Sistem katrol merupakan gabungan dari dua atau lebih katrol. Berikut beberapa bentuk dari sistem katrol :

Gambar 1: Sistem Katrol (sumber :e-dukasi.net)

Berdasarkan teori, besar keuntungan mekanik pada sistem katrol dihitung dari jumlah katrol atau jumlah tali. Untuk menguji teori ini, dilakukan dua praktikum sistem katrol, yaitu :

1. Praktikum Katrol Tetap dan Bebas

Pada praktikum ini, dirangkai alat yang merupakan gabungan katrol tetap dan katrol bebas seperti gambar berikut :

Gambar 2: Katrol tetap dan Bebas

Praktikum menghasilkan data pengamatan sebagai berikut :

Beban	Gaya (N)	Gaya Berat (N)
Katrol + pengait	0,25	0,5
Katrol + pengait + satu beban	0,5	1,0
Katrol + pengait + dua beban	0,75	1,5
Katrol + pengait + tiga beban	1,0	2,0
Katrol + pengait + empat beban	1,25	2,5

Pada sistem katrol di atas, terdapat dua ruas tali yang berkaitan dengan beban yang tergantung pada katrol bebas. Pada data pertama, beban belum digantungkan, namun dinamometer sudah menunjukkan gaya sebesar 0,25N. Gaya ini digunakan untuk menarik katrol bebas dan pengait saja. Dengan demikian, berat katrol dan pengait turut mempengaruhi besarnya gaya tarik. Untuk data selanjutnya, data yang diperoleh konsisten menunjukkan perbandingan :

Dengan demikian, keuntungan mekanik sistem katrol menurut hasil praktikum sesuai dengan jumlah katrol/ruas tali yang menarik beban sebesar 2. Besarnya keuntungan mekanik ini sesuai dengan teori.

2. Praktikum Sistem Katrol (dengan Empat Katrol)

Pada praktikum ini dilakukan praktikum dengan set alat sebagaimana gambar berikut :

Gambar 3: Sistem Katrol (sumber: dokumen pribadi)

Pada praktikum ini, dirangkai dua katrol besar dan dua katrol kecil dalam satu sistem katrol sehingga jumlah total empat katrol. Dari gambar juga diketahui terdapat empat ruas tali pada sistem katrol (ruas tali yang terikat dinamometer tidak dihitung). Berikut data yang dihasilkan pada proses pengamatan :

Beban	Gaya Beban (N)	Gaya pada Newtonmeter (N)
Katrol + pengait	1,9N	0,5N
Katrol + pengait + satu beban	2,4N	0,65N
Katrol + pengait + dua beban	2,9N	0,8N
Katrol + pengait + tiga beban	3,4N	0,9N
Katrol + pengait + empat beban	3,9N	1,0N
Katrol + pengait + lima beban	4,4N	1,2N
Katrol + pengait + enam beban	4,9N	1,3N
Katrol + pengait + tujuh beban	5,4N	1,4N

Percobaan dilakukan pertama kali dengan menarik sistem katrol tanpa beban. Tabel pengamatan menunjukkan gaya yang dikeluarkan sebesar 0,5N untuk sistem katrol dengan berat 1,9N. Jika dimasukkan dalam perhitungan :

Keuntungan mekanik = 4

Atau dibulatkan menjadi 0,5N.(Nilai ketelitian dinamometer 0,1N)

Pada langkah percobaan selanjutnya data yang ditunjukkan sesuai teori. Yang perlu menjadi catatan, pada praktikum ini berat sistem katrol dimasukkan sebagai berat beban. Sementara pada banyak soal buku, berat sistem katrol sering diabaikan. Pengabaian berat sistem katrol diperbolehkan jika berat beban yang tergantung sangat besar atau berat sistem katrol sangat kecil.

Hal yang perlu diperhatikan lagi, keuntungan mekanik pada sistem katrol hanya dipengaruhi jumlah katrol atau jumlah ruas tali  yang berkaitan dengan terangkatnya beban. Hal ini perlu digarisbawahi, mengingat pada penerapannya, katrol pada sistem katrol tidak semuanya berkaitan dengan terangkatnya beban, melainkan hanya untuk memudahkan penarik beban.

Nah, sekarang bagaimana penyelesaian soal ini?

Gambar 4. Soal tentang Katrol

Silahkan yang berminat menjawab, bisa corat coret di kolom komentar.
Demikian, semoga bermanfaat.

LKS Katrol Tunggal dan Bebas dapat diunduh disini(KLIK DISINI)

LKS Sistem Katrol dapat diunduh disini(KLIK DISINI)

Bahan Bacaan :

Mikrajuddin Abdullah. Modul Fisika Dasar I

Panduan Percobaan Mekanika Untuk SLTP Depdikbud 1994

Saeful Karim.1994.Belajar IPA Kelas VIII SMP. Jakarta: Puskurbuk

Baca : Menguji Keuntungan Mekanik Katrol Tetap dan Katrol Bebas

Read More

Menguji Keuntungan Mekanik Katrol Tetap dan Katrol Bebas

(Bagian satu dari dua tulisan)

“Tahukah kamu, penerapan katrol pada alat-alat di sekitar kita?”

Jika kita menanyakan hal ini pada anak didik kita, survei membuktikan jawaban terbanyak adalah kerekan sumur disusul jawaban terbanyak kedua yaitu kerekan bendera. Lalu apa lagi? Sudah itu saja. Padahal, masih ada alat lain yang menggunakan katrol seperti lift, kerekan alat berat, kerekan sound sistem atau juga pada alat kebugaran (fitness). Setelah mempelajari katrol, tentu saja kita juga berharap siswa kita mampu menerapkan prinsip katrol pada alat-alat lainnnya.

Berawal dari diskusi panjang di grup WhatsApp MGMP IPA Kabupaten Pemalang tentang soal materi katrol, saya tertarik untuk kembali mempelajari materi ini. Diskusi berawal dari sebuah soal berikut :

Gambar 1: Soal Katrol

Dari soal tersebut kemudian didiskusikan, bagaimana menghitung keuntungan mekanik pada sistem katrol? Sebagian menjawab keuntungan mekanik katrol diperoleh dari jumlah tali pada sistem katrol. Sebagian lagi menjawab keuntungan mekanik tidak serta merta ditentukan dari jumlah tali. Pada akhir diskusi disimpulkan bahwa materi katrol perlu dikaji kembali.

Pada kajian materi ini, terdapat beberapa pertanyaan yang ingin saya cari jawabannya :

1. Bagaimana prinsip kerja dan keuntungan mekanik dari katrol tetap?
2. Bagaimana prinsip kerja dan keuntungan mekanik dari katrol bebas?
3. Bagaimana prinsip kerja dan keuntungan mekanik dari sistem katrol?
4. Apakah katrol yang dipakai bersama dapat dinamakan sebagai sistem katrol?

Guna menjawab pertanyaan tersebut, saya mengkaji materi dari buku dan internet serta melakukan eksperimen. Setelah ditunda sekian lama, baru pada akhir bulan April 2017 ini saya melakukan eksperimen sederhana tentang katrol yang bersumber dari buku Panduan Percobaan Mekanika untuk SLTP

1. Prinsip kerja dan keuntungan mekanik katrol tetap

Percobaan katrol tetap menggunakan set alat berikut : 

Gambar 2 : Katrol tetap

Prinsip kerja :

Pada katrol tetap, beban sebesar w akan ditarik oleh gaya minimal sebesar F. Jika gaya tarik bergeser ke bawah sejauh Δh, maka beban akan naik ke atas sejauh Δh pula.

Dengan demikian :

Keuntungan Mekanik

Berdasarkan persamaan, diketahui bahwa keuntungan mekanik pada katrol tetap adalah 1. Katrol tetap tidak memperkecil besar gaya, namun mengubah arah gaya yang awalnya ke atas menjadi ke bawah sehingga mempermudah pekerjaan.

Untuk menguji teori ini, dilakukan praktikum yang hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut :

Beban (B Newton)	0,5	0,5	1,0	1,0	1,5	1,5
Jarak pergeseran beban (Sb cm)	5 cm	10 cm	5 cm	10 cm	5 cm	10 cm
Posisi awal (S0 cm)	30 cm	30 cm	30 cm	30 cm	30 cm	30 cm
Posisi akhir (S1 cm)	35 cm	40 cm	35 cm	40 cm	35 cm	40 cm
Panjang tarikan (cm)	5 cm	10 cm	5 cm	10 cm	5 cm	10 cm
Gaya (F Newton)	0,5	0,5	1,0	1,0	1,5	1,5
B x Sb (N.cm)	2,5	5	5	10	7,5	15
F x Sf (N.cm)	2,5	5	5	10	7,5	15
Keuntungan mekanik	1	1	1	1	1	1

Berdasarkan tabel pengamatan, dapat diketahui bahwa keuntungan mekanik pada katrol tetap bernilai 1. Nilai ini tidak dipengaruhi besarnya gaya beban maupun jarak pergeseran beban.

2.  Prinsip kerja dan Keuntungan Mekanik Katrol Bebas

Pada sumber lain, katrol bebas sering disebut katrol bergerak.

Percobaan katrol bebas menggunakan set alat berikut :

Gambar 3: Katrol Bebas

Prinsip kerja 

Pada katrol bebas, salah satu tali diikatkan pada ujung tetap dan tali yang lain digunakan sebagai lengan gaya. Beban dikaitkan pada katrol. Pada katrol bebas, beban dengan berat w diangkat dengan gaya sebesar F. Jika beban ditarik sejauh Δx, gaya akan bergeser sejauh Δy, dimana Δy = 2 Δx

Dengan demikian,

Keuntungan Mekanik

Dengan demikian, untuk beban sebesar w diangkat dengan gaya yang besarnya  1/2 F. Keuntungan mekanik pada katrol bebas adalah 2.

Untuk menguji keuntungan mekanik katrol bebas, dilakukan praktikum dengan hasil berikut :

Percobaan ke	1	2	3	4
Beban (B Newton)	0,5	1,0	1,5	2,0
Jarak pergeseran beban (Sb cm)	2 cm	2 cm	2 cm	2 cm
Posisi awal (S0 cm)	36 cm	30 cm	30 cm	30 cm
Posisi akhir (S1 cm)	40 cm	40 cm	40 cm	40 cm
Panjang tarikan (cm)	4 cm	4 cm	4 cm	4 cm
Gaya (F Newton)	0,5	0,75	1,0	1,25
B x Sb (N.cm)	1	2	3	4
F x Sf (N.cm)	2	3	4	5
Keuntungan mekanik	1	1,33	1,5	1,6

Pada tabel pengamatan di atas terdapat data yang rancu yaitu data keuntungan mekanik yang tidak konsisten. Berdasarkan teori, seharusnya keuntungan mekanik dari katrol bebas adalah 2. Namun, tabel pengamatan menunjukkan hasil yang berbeda pada tiap pertambahan beban. Setelah dilakukan percobaan dan penghitungan ulang, hasil percobaan baru sesuai dengan teori jika beban katrol dan pengait sebesar 0,5N dimasukkan dalam massa beban, sehingga dihasilkan tabel pengamatan sebagai berikut :

Percobaan ke	1	2	3	4
Beban + katrol (B Newton)	1,0	1,5	2,0	2,5
Jarak pergeseran beban (Sb cm)	2 cm	2 cm	2 cm	2 cm
Posisi awal (S0 cm)	36 cm	30 cm	30 cm	30 cm
Posisi akhir (S1 cm)	40 cm	40 cm	40 cm	40 cm
Panjang tarikan (cm)	4 cm	4 cm	4 cm	4 cm
Gaya (F Newton)	0,5	0,75	1,0	1,25
B x Sb (N.cm)	2	3	4	5
F x Sf (N.cm)	2	3	4	5
Keuntungan mekanik	2	2	2	2

  

Dengan demikian, hasil percobaan sesuai dengan teori. Pada pada katrol bebas, massa katrol dan pengait harus diperhitungkan sebagai massa beban. Massa katrol dapat diabaikan jika massa beban jauh lebih besar dari katrol dan pengait.

Demikian, semoga bermanfaat.

Lampiran LKS Katrol Tetap (KLIK DISINI)
Lampiran LKS Katrol Bebas (KLIK DISINI)

Bahan Bacaan :
Mikrajuddin Abdullah. Modul Fisika Dasar I
Panduan Percobaan Mekanika Untuk SLTP Depdikbud 1994

Saeful Karim.1994.Belajar IPA Kelas VIII SMP. Jakarta: Puskurbuk

Baca : Menguji Keuntungan Mekanik Sistem Katrol

Read More