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