Otot dan Tulang Burung yang Berperan untuk Terbang

 

Terbang merupakan suatu kemampuan yang penting bagi burung. Untuk terbang dibutuhkan otot yang kuat yang mampu mengimbangi berat tubuh burung. Untuk memahami mekanisme burung terbang, sayap dapat dianalogikan sebagai lengan pada manusia. Manusia memiliki otot dada yang kuat yang disebut dengan pectoralis major. Otot ini dimulai dari tulang dada (sternum) hingga tulang lengan atas (humerus). Ketika otot tersebut berkontraksi akan membuat lengan mendekati tubuh.  Pergerakan ini seperti  saat sayap burung mengepakkan sayap ke bawah. Untuk menaikkan lengan, manusia memiliki otot yang lebih kecil yang disebut dengan deltoid, yang berada di atas bahu. Karena otot pectoralis major  lebih besar daripada otot deltoid, gaya yang dihasilkan saat mendekatkan lengan ke dada lebih besar daripada saat menaikkan lengan.

Pada burung, gerakan sayap ke atas diakibatkan oleh berkontraksinya otot supracoracoideus. Otot ini tidak terletak di bagian atas sayap, namun terletak di bagian bawah. Otot ini memiliki tendon yang melekat pada humerus pada sayap burung dengan melalui bahu terlebih dahulu dan memiliki prinsip kerja seperti katrol. Artinya, ketika otot supracoracoiedus berkontraksi otot akan menarik ke arah bawah, namun karena memiliki tendon yang memiliki prinsip seperti katrol, adanya tarikan ke bawah akan membuat sayap bergerak ke atas.

Sumber:

Ilmu Pengetahuan Alam. SMP/MTs Kelas VIII Semester 1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Edisi Revisi Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017

Baca juga:

Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari-hari
01	Usaha dan Pesawat Sederhana
02	Usaha
03	Pesawat Sederhana
04	Membuktikan Sekrup adalah Bidang Miring
05	Mengidentifikasi Syarat Keseimbangan Pengungkit
06	Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak  Manusia
07	Otot  dan Tulang Burung yang Berperan untuk Terbang

 

Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak Manusia

 

Selain pada peralatan yang biasa kamu gunakan pada kehidupan sehari-hari tersebut, prinsip pesawat sederhana juga ada yang berlaku pada struktur otot dan rangka manusia. Pada saat mengangkat barbel telapak tangan yang menggenggam barbel berperan sebagai gaya beban, titik tumpu berada pada siku (sendi di antara lengan atas dan lengan bawah), dan kuasanya adalah lengan bawah. Titik tumpu berada di antara lengan beban dan kuasa, oleh karena itu lengan disebut sebagai pesawat sederhana pengungkit jenis ketiga.

Gambar (a) Seseorang Mengangkat Barbel, (b) Posisi Lengan Kuasa, Lengan Beban, dan Penumpu pada Tangan Saat Mengangkat Barbel

Ayo, Kita Diskusikan

Dengan menggunakan prinsip kerja pesawat sederhana, coba kamu tuliskan penjelasan untuk contoh kasus 1 dan kasus 2 penerapan prinsip pesawat sederhana pada struktur otot dan rangka manusia saat melakukan suatu aktivitas!

Jawab: Pada saat kepala mendongak ke atas, otot leher berperan sebagai kuasa, tulang leher berperan sebagai penumpu, dan tengkorak kepala bagian rahang berperan sebagai beban. Sedangkan pada saat kaki jinjit, otot betis berperan sebagai kuasa, betis berperan sebagai beban, dan telapak kaki yang menyentuh tanah berperan sebagai penumpu.

 

Selain pada kegiatan mengangkat barbel, jinjit, berdiri, dan menunduk, prinsip pengungkit juga dapat digunakan untuk menganalisis pola gerak tubuh pada saat bermain bulutangkis seperti pada Gambar berikut!

Gambar Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Saat Bermain Bulutangkis

Referensi:

Ilmu Pengetahuan Alam. SMP/MTs Kelas VIII Semester 1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Edisi Revisi Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017 

Baca juga:

Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari-hari
01	Usaha dan Pesawat Sederhana
02	Usaha
03	Pesawat Sederhana
04	Membuktikan Sekrup adalah Bidang Miring
05	Mengidentifikasi Syarat Keseimbangan Pengungkit
06	Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak  Manusia
07	Otot  dan Tulang Burung yang Berperan untuk Terbang

Mengidentifikasi Syarat Keseimbangan Pengungkit

 

A. Pengantar

Jika terdapat dua orang yang memiliki berat badan berbeda, yaitu gemuk dan kurus ingin bermain jungkat-jungkit, di manakah posisi yang dapat diduduki orang yang gemuk jika orang yang kurus duduk di ujung kiri? Coba jawab pertanyaan ini dengan bantuan kegiatan berikut.

B. Apa yang  kamu perlukan? 

Set percobaan pengungkit seperti pada Gambar berikut.

Gambar Set Percobaan Kesetimbangan Pengungkit

C. Apa yang harus kamu lakukan?

1. Susunlah set percobaan seperti pada Gambar di atas.

2. Tentukan sisi yang bertindak sebagai kuasa dan bertindak sebagai beban.

3. Gantungkan beban gantung pada sisi beban dan beban gantung lain pada sisi kuasa.

4. Aturlah jaraknya antara beban dan kuasa hingga posisinya seimbang.

5. Lakukan langkah 2-4 sebanyak 5 kali dengan menambah berat beban (FB), tetapi letak beban (LB) dan berat kuasa (FK) tetap. Amati dan catat datanya pada Tabel!

D. Apa yang dapat kamu simpulkan?

Berdasarkan percobaan yang kamu lakukan, apa yang dapat kamu simpulkan

Kesimpulan: Keseimbangan pengungkit sangat dipengaruhi oleh besar gaya kuasa dan gaya beban, serta panjang lengan kuasa dan lengan beban.

 

Referensi:

Ilmu Pengetahuan Alam. SMP/MTs Kelas VIII Semester 1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Edisi Revisi Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017

Baca juga:

Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari-hari
01	Usaha dan Pesawat Sederhana
02	Usaha
03	Pesawat Sederhana
04	Membuktikan Sekrup adalah Bidang Miring
05	Mengidentifikasi Syarat Keseimbangan Pengungkit
06	Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak  Manusia
07	Otot  dan Tulang Burung yang Berperan untuk Terbang

 

Membuktikan Sekrup adalah Bidang Miring

 

Gambar Sekrup

A. Pengantar

Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga dapat memperkecil gaya kuasa.

B. Apa yang kamu perlukan?

1. Paku besar

2. Kertas berbentuk segitiga siku-siku

C. Apa yang harus kamu lakukan?

1. Meletakkan paku besar di atas kertas segitiga seperti Gambar di bawah.

2. Gulunglah paku tersebut hingga mencapai ujung kertas! Amati bentuk kertas pada bagian sisi gulungan!

3. Berdasarkan hasil pengamatanmu, buatlah kesimpulan yang berkaitan dengan penerapan bidang miring!

Kesimpulan:

a. Bidang miring yang dililitkan pada sebuah paku akan membentuk pola ulir seperti pada sekrup.

b. Pentingnya sekrup, mengingat manfaat sekrup yang besar dalam kehidupan sehari-hari karena ulir yang melingkar pada sekrup memudahkan untuk mengaitkan benda secara kuat. Ulir pada sekrup tersebut merupakan penggambaran dari bidang miring yang digulung mengelilingi besi.

Referensi:

Ilmu Pengetahuan Alam. SMP/MTs Kelas VIII Semester 1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Edisi Revisi Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017

Baca juga:

Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari-hari
01	Usaha dan Pesawat Sederhana
02	Usaha
03	Pesawat Sederhana
04	Membuktikan Sekrup adalah Bidang Miring
05	Mengidentifikasi Syarat Keseimbangan Pengungkit
06	Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak  Manusia
07	Otot  dan Tulang Burung yang Berperan untuk Terbang

 

Pesawat Sederhana

 

Pada saat kita melakukan aktivitas, kita selalu berupaya agar dapat melakukan usaha dengan mudah. Oleh karena itu, kita menggunakan alat bantu (pesawat sederhana) untuk membantu melakukan aktivitas. Agar kamu dapat memahami pentingnya pesawat sederhana bagi kehidupan sehari-hari, ayo diskusikan beberapa aktivitas berikut.

Ayo, Kita Diskusikan

Lakukan  pengamatan  terhadap  berbagai  macam  aktivitas  yang  sering dilakukan oleh orang-orang di sekitarmu! Menurut pendapatmu, aktivitas-aktivitas tersebut lebih mudah dilakukan dengan menggunakan alat bantu atau dengan tangan saja?

Berdasarkan hasil diskusi yang telah kamu lakukan, dapat diketahui bahwa manfaat dari pesawat sederhana adalah untuk mempermudah pekerjaan manusia. Berikut ini akan dibahas beberapa jenis pesawat sederhana yang ada di sekitarmu. Selain itu, akan dijelaskan pula keuntungan mekanis dari penggunaan pesawat sederhana.

Jenis-Jenis Pesawat Sederhana

A. Katrol 

Tahukah kamu bagaimana seseorang dapat mengambil air dari sumur yang dalam dengan menggunakan timba (Gambar atas). Ini karena orang tersebut memanfaatkan katrol tetap yang berfungsi untuk mengubah arah gaya. Jika tali yang terhubung pada katrol ditarik ke bawah, maka secara otomatis timba yang berisi air akan terkerek ke atas. Keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan satu. Karena pada  katrol tetap tunggal, gaya kuasa yang digunakan untuk menarik beban sama dengan gaya beban.

Berbeda dengan katrol tetap, kedudukan katrol bebas berubah dan tidak dipasang di tempat tertentu. Perhatikan Gambar berikut!

Katrol bebas berfungsi untuk melipatkan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda menjadi lebih kecil daripada gaya beban. Katrol jenis ini biasanya ditemukan di pelabuhan yang digunakan untuk mengangkat peti kemas. Keuntungan mekanis dari katrol bebas lebih besar dari 1. Pada kenyataannya nilai keuntungan mekanis dari katrol bebas tunggal adalah 2. Hal ini berarti bahwa gaya kuasa 1 N akan mengangkat beban 2 N.

Agar gaya kuasa yang diberikan pada benda semakin kecil, maka diperlukan katrol majemuk. Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap  dan  katrol  bebas  yang  dirangkai  menjadi satu sistem yang terpadu. Katrol majemuk biasa digunakan dalam bidang industri untuk mengangkat benda-benda  yang  berat.  Keuntungan  mekanis dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban. Misalnya seperti pada Gambar di bawah, gaya kuasa pada katrol majemuk tersebut adalah 4, karena jumlah tali yang mengangkat beban ada 4 (tali kuasa tidak diperhitungkan). Tahukah kamu, kerugian apakah yang terjadi pada penggunaan katrol majemuk? Coba diskusikan dengan teman-temanmu!

Gambar Katrol Majemuk

Ayo, Kita Pahami

Keuntungan mekanis (KM) adalah bilangan yang menunjukkan berapa kali pesawat sederhana menggandakan gaya. Dapatkah kamu menghitungnya? Caranya dengan menghitung besar perbandingan gaya beban dengan gaya kuasa yang diberikan pada benda. Berikut adalah persamaan matematisnya:

Tidak semua pesawat sederhana dapat menggandakan gaya. Contohnya adalah katrol tetap tunggal. Katrol ini hanya berfungsi  untuk mengubah arah gaya. Oleh karena itu, pada katrol tetap tunggal hanya memiliki keuntungan mekanis sebesar satu. Hal ini disebabkan besarnya gaya kuasa sama dengan gaya beban.

B. Roda Berporos

Gambar Contoh Roda Berporos Roda Gigi pada Sepeda Motor

Kamu tentunya sudah tidak asing lagi dengan sepeda, bahkan sebagian besar di antara kamu pasti pernah menggunakannya. Roda gigi (gear) dan ban pada sepeda adalah salah satu contoh pesawat sederhana yang tergolong roda berporos. Roda gigi berfungsi sebagai pusat pengatur gerak roda sepeda yang terhubung langsung dengan roda sepeda, sedangkan roda sepeda menerapkan prinsip roda berporos untuk mempercepat gaya saat melakukan perjalanan. Gambar di atas menunjukkan roda gigi pada sepeda motor sebagai contoh roda berporos. Selain roda sepeda, contoh penerapan pesawat sederhana jenis roda berporos adalah pada kursi roda, mobil, dan sepatu roda.

C. Bidang Miring

Gambar Contoh Bidang Miring Sekrup

Bidang miring merupakan bidang datar yang diletakkan miring atau membentuk sudut tertentu sehingga dapat memperkecil gaya kuasa. Contoh penerapan bidang miring adalah tangga, sekrup, dan pisau.

Perhatikan Gambar di bawah! Keuntungan mekanis bidang miring dapat dihitung sebagai berikut.

d. Pengungkit

Gambar Posisi Lengan Kuasa dan Lengan Beban

Pengungkit  merupakan  salah  satu  jenis  pesawat  sederhana  yang paling  banyak  digunakan  dalam  kehidupan  sehari-hari.  Contoh  alat-alat yang merupakan pengungkit antara lain gunting, linggis, jungkat-jungkit, pembuka botol, pemecah biji kenari, sekop, koper, pinset, dan sebagainya. Tabel di bawah ini menunjukkan berbagai jenis pengungkit yang dikelompokkan berdasarkan variasi letak titik tumpu, lengan kuasa, dan lengan beban.

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 mekanisnya. Cara menghitung keuntungan mekanisnya adalah 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. Agar kamu mudah memahaminya, perhatikan Gambar pengungkit di atas!

Tabel Jenis Pengungkit yang Dikelompokkan Berdasarkan Letak Titik Tumpu, Lengan Kuasa, dan Lengan Beban

Ayo, Kita Diskusikan

Menurut kamu, apakah pengungkit jenis ketiga dapat membuat gaya kuasa yang digunakan untuk mengangkat beban menjadi lebih kecil dari gaya bebannya? Jelaskan!

Jawab: Ya, dapat. Terutama jika gaya kuasa yang diberikan letaknya lebih dekat kepada beban daripada tumpuan.

Ayo, Kita Pikirkan!

Beni dan ayahnya sedang bermain jungkat-jungkit di taman kota. Ketika tumpuan berada di tengah-tengah jungkat-jungkit, Beni tidak dapat mengangkat ayahnya. Bagaimanakah caranya agar Beni dan ayahnya dapat berjungkat-jungkit?

Jawab: Jika berat Beni lebih besar daripada ayahnya, maka Beni harus duduk lebih dekat ke titik tumpu daripada ayahnya ke titik tumpu. Sebaliknya, jika berat ayah Beni lebih besar daripada Beni, maka ayah Beni harus duduk lebih dekat ke titik tumpu daripada Beni ke titik tumpu.

Mengidentifikasi Pesawat Sederhana yang Ada di Rumah

Identifikasilah minimal 10 macam alat-alat yang termasuk pesawat sederhana yang ada di rumahmu.

Jawaban: (1). Gunting, (2). Staples, (3). Pembuka botol,  (4). Katrol di sumur,  (5). Sekop,  (6). Pinset,  (7). Penjepit untuk mengambil jajan,  (8). Roda sepeda,  (9). Sekrup, (10). Tangga

 

Referensi:

Ilmu Pengetahuan Alam. SMP/MTs Kelas VIII Semester 1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Edisi Revisi Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017

Baca juga:

Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari-hari
01	Usaha dan Pesawat Sederhana
02	Usaha
03	Pesawat Sederhana
04	Membuktikan Sekrup adalah Bidang Miring
05	Mengidentifikasi Syarat Keseimbangan Pengungkit
06	Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak  Manusia
07	Otot  dan Tulang Burung yang Berperan untuk Terbang

 

Usaha

 

Gambar Anak Mendorong Tembok

Pernahkah kamu berusaha mendorong tembok? Apakah tembok tersebut bergerak? Meskipun kamu merasa lelah dan berkeringat, namun saat kamu mendorong tembok tersebut, dikatakan bahwa kamu tidak melakukan usaha sama sekali atau usahanya bernilai nol. Mengapa demikian?

Ayo, Kita Pikirkan!

Perhatikan pernyataan-pernyataan yang terdapat pada Tabel di bawah! Analisislah manakah yang termasuk kegiatan melakukan usaha! Berapa besar usaha yang dilakukan?

Menghitung besar usaha yang dilakuhkan

Semakin besar gaya yang digunakan untuk memindahkan benda,  semakin besar pula usaha yang dilakukan. Semakin besar perpindahan benda, semakin besar pula usaha yang dilakukan.

Berdasarkan pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa besarnya usaha (W) ditentukan oleh besar gaya yang diberikan pada benda (F) dan besar perpindahannya (Δs). Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

dengan: W = usaha (joule), F = gaya (newton), Δs = perpindahan (meter).

Ayo, Kita Pahami

Apakah kamu sudah mulai mengetahui tentang konsep dan penerapan rumus usaha? Agar kamu lebih memahami konsep dan penerapan rumus usaha, ayo pahami pertanyaan berikut!

Lani mendorong rak dengan gaya sebesar 100 N sehingga rak tersebut berpindah sejauh 10 m, sedangkan Siti mendorong rak lainnya yang sama massa dan ukurannya dengan gaya sebesar 400 N sehingga rak tersebut berpindah sejauh 40 m. Berapakah besar usaha yang dilakukan oleh Lani dan Siti?

Jadi, besar usaha yang dilakukan oleh gaya dorong Lani adalah 1.000 J dan besar usaha yang dilakukan oleh gaya dorong Siti adalah 16.000 J.

Berdasarkan fitur “Ayo, Kita Pahami”, bagaimana dengan laju energi yang dikeluarkan oleh Lani dan Siti, siapakah di antara Lani dan Siti yang mengeluarkan energi paling banyak untuk memindahkan rak?

Laju energi atau daya (P) adalah besar energi yang dipergunakan dalam setiap detik, sehingga dapat ditentukan dengan cara membagi besar usaha (W) dengan selang waktunya (t), atau secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

dengan: P = daya (watt), W = usaha (joule), t = waktu (sekon).

Ayo, Kita Pahami

Agar kamu dapat lebih memahami tentang energi yang diperlukan oleh Lani dan Siti untuk memindahkan rak, ayo simak contoh soal berikut!

Lani memindahkan rak dengan usaha sebesar 1.000 J dalam waktu 10 sekon, sedangkan Siti memindahkan rak tersebut dengan usaha sebesar 16.000 J dalam waktu 40 sekon. Berapakah daya yang dikeluarkan Lani dan Siti untuk memindahkan rak?

Jadi, daya yang dikeluarkan Lani adalah sebesar 100 watt dan Siti adalah sebesar 400 watt.

Ayo, Kita Selesaikan

Beny mendorong kereta belanja dengan gaya sebesar 250 N sehingga kereta belanjanya maju ke depan sejauh 50 m. Waktu yang diperlukan oleh Beny untuk mendorong kereta belanja tersebut adalah 50 sekon. Tentukan:

a. besar usaha yang dilakukan oleh Beny untuk mendorong kereta belanja,

b. daya yang dilakukan Beny untuk mendorong kereta belanja.

Referensi:

Ilmu Pengetahuan Alam. SMP/MTs Kelas VIII Semester 1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Edisi Revisi Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017

Belajar IPA: membuka cakrawala alam sekitar 2 untuk kelas VIII/ SMP/MTs. Saeful Karim – Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

 Baca juga:

Usaha dan Pesawat Sederhana dalam Kehidupan Sehari-hari
01	Usaha dan Pesawat Sederhana
02	Usaha
03	Pesawat Sederhana
04	Membuktikan Sekrup adalah Bidang Miring
05	Mengidentifikasi Syarat Keseimbangan Pengungkit
06	Prinsip Kerja Pesawat Sederhana pada Sistem Gerak  Manusia
07	Otot  dan Tulang Burung yang Berperan untuk Terbang