BAHAN AJAR IPA KATROL Di susun oleh Trianggono Suryowulan, S.Si

A. PENDAHULUAN 1. Deskripsi Singkat Bahan ajar tentang katrol ini diran sesuai untuk memenuhi tuntutan kompetensi yang harus dicapai oleh peserta didik dan berorientasi pada Kurikulum Pembelajaran IPA Tahun 2013. Bahan ajar ini mengembangkan mengembangkan kompetensi peserta didik dari sisi pengetahuan, keterampilan, dan sikap secara utuh dalam pembelajaran IPA. Pada bagian ini, akan dikembangkan materi yang berkaitan dengan Jenisjenis katrol, penggunaan katrol dalam kehidupan sehari-hari dan cara menentukan keuntungan mekanis pada katrol. 2. Relevansi Pada pembahasan mengenai katrol erat kaitannya dengan kehidupan kita sendiri karena merupakan salah jenis dari pesawat sederhana yang mempermudah pekerjaan manusia. Banyak peralatan dalam kehidupoan sehari-hari yang menggunakan katrol. Dengan mempelajari materi katrol diharapkan peserta didik mampu memecahkan permasalahan dalam kehidupan sehari-hari yang berkaitan penggunaan katrol. 3. Panduan Belajar Agar dapat mencapai penguasaaan yang optimal tentu diperlukan peran aktif peserta didik dalam mempelajari bahan ajar ini, diantaranya dengan membaca uraian dan contoh, mengerjakan tugas-tugas dan latihan yang diberikan pada bahan ajar ini, membaca rangkuman, mengerjakan latihan yang diberikan pada bahan ajar ini. Apabila peserta didik berhasil menjawab seluruh pertanyaan dengan benar, maka telah dianggap cukup menguasai bahan ajar ini. Apabila masih ada beberapa jawaban yang salah, maka diharapkan mempelajari kembali bahan ajar ini.

B. INTI 1. Kompetensi Dasar : 3.3 Menjelaskan konsep usaha, pesawat sederhana, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, termasuk kerja otot pada struktur rangka manusia. 4.3 Menyajikan hasil penyelidikan atau pemecahan masalah tentang manfaat penggunaan pesawat sederhana dalam kehidupan sehari-hari. 2. Indikator Pencapaian Kompetensi : 3.3.1 Menjelaskan jenis-jenis katrol. 3.3.2 Menjelaskan penggunaan katrol dalam kehidupan sehari-hari. 3.3.3 Menganalis keuntungan mekanis pada katrol. 3.3.4 Menghitung besar beban yang ditarik oleh katrol. 3.3.5 Menganalisis perbedaan keuntungan mekanis pada katrol. 4.3.1 Menyajikan hasil percobaan menggunakan katrol. 3. Tujuan Pembelajaran : Setelah mempelajari modul ini, peserta didik diharapkan dapat : 1. menjelaskan 3 jenis katrol. 2. menjelaskan penggunaan katrol dalam kehidupan sehari-hari. 3. memberikan contoh penggunaan katrol. 4. menghitung keuntungan mekanis pada katrol. 5. menganalisis perbedaan keuntungan mekanis pada katrol. 6. menghitung besarnya beban yang dapat ditarik oleh katrol. 7. menyajikan hasil percobaan

4. Uraian Materi a. Katrol Tetap Tahukah kamu bagaimana seseorang dapat mengambil air dari sumur yang dalam dengan menggunakan timba (Gambar 1). 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 1. Karena pada katrol tetap tunggal, gaya kuasa yang digunakan untuk menarik beban sama dengan gaya beban. Gambar 1. Katrol Tetap Tunggal b. Katrol Bebas Berbeda dengan katrol tetap, kedudukan katrol bebas berubah dan tidak dipasang di tempat tertentu. Perhatikan Gambar 2 Gambar 2. Beberapa Jenis Katrol 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.

c. Katrol Majemuk 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 bendabenda yang berat. Keuntungan mekanis dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban. Misalnya seperti pada Gambar 3, 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? Gambar 3. Katrol Majemuk 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: 2 1 KM = Gaya Beban = Gaya Kuasa FB K 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 1. Hal ini disebabkan besarnya gaya kuasa sama dengan gaya beban.

Ayo Kita Lakukan Aktivitas 1. Penggunaan katrol untuk mengangkat beban Ketika itu di kampung Pak Umar sedang musim kemarau. Air di sumur pun surut, sehingga Pak Umar yang waktu itu ingin mengambilkan air sangat kesulitan. Karena biasanya air sumur dalam sehingga mudah bagi Pak Umar untuk mengambilkan air hanya dengan menggunakan ember yang dikaitkan dengan bambu. Apa yang harus dilakukan Pak Umar agar lebih mudah baginya untuk mengambilkan air dari sumur? Apa yang diperlukan 1. Statif 1 Set 2. Katrol 4 buah 3. Beban 1 buah 4. Neraca pegas 1 buah 5. Tali 1 gulung Apa yang harus kamu lakukan? 1. Angkatlah balok beban dengan menggunakan neraca pegas setinggi 5 cm seperti pada gambar 1. ukurlah jarak pergeseran neraca pegas dan besar gaya dengan membaca skala neraca pegas. Catatlah pada tabel hasil pengamat! Gambar 1. 2. Pasanglah tali yang mengikat pengait melalui katrol seperti pada gambar 2. tarik tali ke ke bawah sehingga balok beban terangkat 5 cm dari kedudukan semula. Bacalah besar gaya pada neraca pegas. Catatlah hasil pengamatan kalian pada tabel dibawah. Gambar 2 3. Kemudian ganti katrol dengan katrol bergerak (katrol bebas) seperti pada gambar 3. Perhatikan skala pada neraca pegas sebelum balok beban dikaitkan. Letakkan beban pada katrol dan tarik tali ke sehingga balok beban terangkat 5 cm dari kedudukan semula. Bacalah besar gaya pada neraca pegas. Catatlah hasil pengamatan kalian pada tabel pengamatan. Gambar 3

4. Kemudian ganti katrol dengan katrol majemuk seperti pada gambar 4, Amati skala pada necara pegas sebelum balok bekan dikaitkan. Letakkan balok beban pada katrol majemuk lalu tarik tali sehingga balok beban terangkat 5 cm dari kedudukan semula. Bacalah besar gaya pada neraca pegas. Catatlah hasil pengamatan kalian pada tabel pengamatan. Gambar 4 Tabel 1.1 Hasil Percobaan No Jenis Katrol Berat Beban (w) (Newton) Besar gaya (F) (Newton) Keuntungan Mekanik (KM = w : F) 1 Katrol tetap 2 Katrol bebas (katrol bergerak) 3 Katrol majemuk (4 katrol) Apa yang dapat kamu simpulkan? Berdasarkan percobaan yang kamu lakukan, apa yang dapat kamu simpulkan Rangkuman : 1. Katrol terdiri atas katrol tetap, katrol bebas katrol ganda (katrol majemuk) 2. Katrol tetap berfungsi untuk mengubah arah gaya. 3. Pada katrol tetap tunggal, gaya kuasa yang digunakan untuk menarik beban sama dengan gaya beban. 4. Keuntungan mekanis (KM) adalah bilangan yang menunjukkan berapa kali katrol menggandakan gaya. 5. Keuntungan mekanis katrol tetap sama dengan 1. 6. Katrol bebas berfungsi untuk melipatkan gaya, sehingga gaya pada kuasa yang diberikan untuk mengangkat benda menjadi lebih kecil daripada gaya beban.

7. Katrol majemuk merupakan gabungan dari katrol tetap dan katrol bebas yang dirangkai menjadi satu sistem yang terpadu. 8. Keuntungan mekanis dari katrol majemuk sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban. Latihan Soal I. Pilihlah jawaban pang benar! 1. Jenis katrol bebas (katrol bergerak) pada kehidupan sehari-hari dapat digunakan pada kegiatan A. mengambil air di sumur B. mengangkut barang pada bangunan C. memindahkan kontainer di pelabuhan D. menaikkan bendera pada tiang bendera 2. Bila berat beban 2.000 N ditarik ke atas dengan menggunakan katrol bergerak. Berapakah gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban tersebut? A. 3.000 N B. 2.000 N C. 1.000 N D. 500 N 3. Sering kali berat beban yang harus diangkat atau dipindahkan sangat besar dan berat, misalnya menangkat mesin mobil dari bodi mobil. Jenis katrol apakah yang paling tepat digunakan untuk kegiatan tersebut? A. katrol bergerak B. katrol bebas C. katrol majemuk D. katrol tetap

4. Perhatikan gambar berikut ! Besar gaya yang diperlukan untuk menarik beban dan keuntungan mekaniknya adalah …. A. 450 N dan 2 B. 450 N dan 1 C. 900 N dan 2 D. 900 N dan 1 II. Uraian 1. Dalam proses bongkar muat di pelabuhan tentu akan diperlukan alat-alat bongkar muat yang memadahi. Seperti halnya ketika akan memindahkan kontainer atau peti kemas untuk proses distribusi. Pemindahan kontainer praktis tidak bisa dilakukan dengan tangan kosong, sehingga mau tidak mau harus ada alat bantu. Apakah jenis katrol yang digunakan pada alat bantu tersebut? Jelaskan mengapa katrol tersebut digunakan demikian? 2. Benda dengan massa 400 kg ditarik ke atas dengan menggunakan katrol (anggap percepatan gravitasi ditempat tersebut 10 m/s). Berapakah gaya kuasa dan keuntungan mekanisnya jika yang digunakan : (a) sebuah katrol tetap, (b) sebuah katrol bergerak, dan (c) sebuah katrol majemuk yang terdiri dari empat buah katrol? Daftar Pustaka Zubaidah, S. dkk. 2017. Ilmu Pengetahuan Alam Kelas VIII SMP/MTs. Semester 1. Kementrian pendidikan dan kebudayaan . Prima, E.C. 2022. Pendalaman Materi Ilmu Pengetahuan Alam. Modul 4. Kinematika dan Dinamika Gerak, serta Suhu dan Kalor. Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Riset, dan Teknologi