Home / Fisika / katrol

Katrol

  • 8 min read

Penulis : Jehnsen Hirena Kane, Mahasiswa FMIPA UI Jurusan Fisika

Pengertian Katrol

Katrol merupakan perangkat sederhana yang berbentuk roda yang berputar pada porosnya. Pernah tidak kamu bantu – bantu pindahan rumah atau sekedar bantu teman kamu memindahkan meja atau properti kepanitiaan OSIS di sekolah kamu? Kalau iya, kamu pasti pernah merasakan yang namanya lelah karena mengangkat barang kan?

Apakah kamu pernah bertanya ke diri sendiri, “ada ga sih alat yang bisa mempermudah gue ngangkat – ngangkat ginian?”, kalau iya kamu tidak sendiri. Ribuan tahun lalu, manusia melakukan segala sesuatu hampir secara manual, dengan tangan tanpa bantuan perangkat apa pun, namun selayaknya makhluk yang berakal kita terus berpikir untuk mengakali kodrat kita sebagai makhluk yang bisa dibilang lemah.

Konsep memudahkan atau meringankan usaha kita dalam mengangkat barang ini dikenal dengan konsep Keuntungan Mekanis yang dapat didefinisikan sebagai kemampuan alat atau sistem untuk menggandakan gaya kuasa yang diberikan oleh operator. Kemampuan mekanis dapat dirumuskan sebagai berikut:

rumus katrol

Dengan

keterangan rumus katrol

Semakin besar nilai yang dapat dihasilkan oleh KM semakin kecil pula energi yang perlu kita keluarkan untuk mengangkat atau memindahkah benda – benda berat.

Baca juga :

Solusi dari mengangkat barang dengan lebih mudah pun sudah terjawab melalui katrol. Kurang lebih 3500 tahun lalu, para arkeolog menduga orang – orang Mesopotamia telah menggunakan katrol untuk menimba air, tapi tidak ada catatan resmi ataupun bukti konkret yang mendukung hal itu.

Tiga sistem utama katrol

archimedes
archimedes, source britannica

Archimedes, seorang matematikawan dan penemu dari Yunani, pada akhirnya berhasil mencatatkan namanya dalam sejarah karena telah berhasil menemukan katrol dan mempublikasikan penemuannya kurang lebih 2000 tahun lalu. Sejak penemuan Archimedes sampai sekarang, katrol tetap terbagi menjadi tiga sistem utama, yaitu:

1) Sistem Katrol Tetap

Sesuai namanya, ciri utama dari katrol ini adalah posisinya yang tidak bisa berubah karena poros katrol tersebut terikat atau terpasang ke suatu alas yang tetap. Katrol tipe ini memiliki KM yang hanya bernilai satu atau dengan kata lain tidak memberikan KM apa pun, dirumuskan sebagai berikut:

rumus katrol tetap
rumus katrol tetap

Kelebihan dari katrol ini adalah fleksibilitas dalam memberikan gaya kuasa untuk mengangkat benda.

katrol tetap
katrol tetap

2) Sistem Katrol Bebas

Ciri utama dari katrol ini adalah posisinya yang dapat berpindah – pindah karena poros katrol tidak terikat ke alas yang tetap. KM dari katrol ini bernilai dua, artinya kita hanya perlu mengeluarkan setengah tenaga dari yang seharusnya untuk mengangkat suatu bahan, dirumuskan sebagai berikut:

rumus katrol bebas
katrol bebas
katrol bebas

3) Sistem Katrol Campuran

Sistem katrol ini merupakan sistem gabungan dari sistem katrol tetap dan bebas sehingga pada sistem ini terdapat katrol yang porosnya terikat ke alas tetap dan ada juga yang tidak. Salah satu kelebihan utama dari katrol yang mungkin terlihat kompleks ini adalah KM-nya yang bisa disesuaikan dengan kebutuhan.

Jumlah keuntungan mekanis pada katrol campuran besarnya dua kali jumlah katrol bebas, dirumuskan sebagai berikut:

rumus katrol campuran

Dengan n adalah jumlah katrol bebas. Desain yang umum pada sistem katrol campuran dibagi menjadi dua, yaitu sistem konvensional dan sistem block and tackle.

Desain konvensional digunakan ketika memang banyak ruang yang dapat dimanfaatkan dan apabila katrol tidak di maksudkan untuk berpindah – pindah. Sebaliknya sistem block and tackle digunakan ketika katrol memiliki keterbatasan ruang atau harus berpindah – pindah seperti pada kendaraan besar crane.

katrol campuran konvensional dan block and tackle
katrol campuran konvensional dan block and tackle

Pada permodelan yang digunakan pada artikel ini kita akan menggunakan katrol jenis khusus, yaitu katrol imajiner, karena asumsi yang digunakan pada model ini adalah:

  • Katrol haruslah tidak bermassa : Asumsi ini diambil karena apabila katrol bermassa maka perhitungan KM pada katrol campuran akan menjadi lebih kompleks dan malah mempersulit perhitungan.
  • Katrol tidak boleh mengalami gesekan : Katrol yang mengalami gesekan pada poros putarnya akan memberikan faktor kesalahan pada perhitungan KM dan seakan – akan menambah nilai gaya beban.
  • Tali pada katrol tidak boleh mengalami perubahan kerapatan : Tali pada katrol diasumsikan tidak mengalami perubahan kerapatan karena dapat mengganggu nilai tegangan tali dan nilai perpindahan yang dimiliki tali, hal ini dapat menambahkan faktor kesalahan pada perhitungan usaha dan KM.

Contoh Soal Latihan

  1. Suatu katrol tetap ingin kamu gunakan untuk mengangkat sebuah benda dengan massa 30 kg, berapakah gaya kuasa yang harus kamu keluarkan untuk dapat mengangkat katrol tersebut apabila percepatan gravitasi di sekitar kamu 10 m/s2? Berapa usaha yang diperlukan untuk mengangkat benda sampai ke ketinggian 2 meter?

Diketahui

gambar katrol 1

Ditanya

  • Berapa gaya kuasa yang harus dikeluarkan untuk mengangkat benda tersebut?
  • Berapa usaha yang diperlukan untuk mengangkat benda sampai ke ketinggian 2 meter?

Jawab

  • Pada kasus sistem katrol tetap yang harus diingat adalah KM-nya bernilai satu, sehingga besar gaya kuasa yang harus dikeluarkan sama dengan gaya beban, atau:
gambar katrol 2

Karena pada kasus ini bebannya tidak terikat ataupun mendapat gaya eksternal lainnya, maka gaya kuasa harus melawan gravitasi yang menarik beban, sehingga:

gambar katrol 3

Usaha di dalam dunia fisika dirumuskan:

gambar katrol 5

Dengan:

  • W adalah usaha
  • F adalah gaya yang dikeluarkan
  • d adalah perpindahan yang terjadi

Karenanya, pada kasus katrol ini usaha yang kamu lakukan untuk mengangkat benda sampai ke ketinggian 2 meter adalah:

gambar katrol 6

2) Andi dapat mengeluarkan gaya kuasa maksimum sebesar 1000 N, berapa massa benda maksimum yang dapat diangkat Andi apabila menggunakan sistem katrol bebas dan percepatan gravitasinya sebesar 10 m/s2? Apabila berat motor kurang lebih 150 kg, apakah Andi dapat mengangkat motor tersebut?

Diketahui

gambar katrol 9

Ditanya

  • Berapa gaya beban maksimum yang dapat diangkat Andi?
  • Dapatkah Andi mengangkat motor dengan berat 150 kg?

Jawab

  • Pada sistem katrol bebas, kamu perlu ingat bahwa KM yang dihasilkan bernilai 2, artinya kita dapat mengangkat gaya beban yang besarnya dua kali gaya kuasa maksimum, atau:
gambar katrol 10
  • Diketahui dari hasil perhitungan sebelumnya bahwa massa maksimum yang dapat diangkat Andi adalah 200 kg, sehingga motor dengan beratnya yang 150 kg pasti dapat Andi angkat.

3) Tentukan berapa nilai KM yang dapat dihasilkan dari sistem katrol campuran di bawah ini!

ilustrasi soal nomor 3

Diketahui

  • Jumlah katrol bebas pada gambar 3
  • Jumlah katrol tetap pada gambar 1

Ditanya

  • Berapa KM yang dihasilkan dari sistem katrol di atas?

Jawab

  • Pada sistem katrol campuran, nilai KM besarnya dua kali jumlah katrol bebas, karena jumlah katrol bebas pada gambar adalah tiga, maka besar nilai KM yang dihasilkan sistem adalah 6.

Pertanyaan Umum

Apa saja sistem utama katrol?

Katrol memiliki 3 sistem utama yaitu sistem katrol tetap, sistem katrol bebas, sistem katrol campuran.

Contoh penerapan katrol?

Katrol tetap : menimba air di sumur, melakukan pengibaran bendera.
Katrol bebas : mengangkat peti emas.
Katrol campuran : dengan menarik salah satu ujung tali lalu dikaitkan kepada penampang katrol tetap.

Daftar Pustaka

[1] Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2016). Principles of Physics Extended, International Student Version. India: Wiley India Pvt. Ltd

[2] Serway, R. A., & Jewett, J. W. (1996). Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics 9th. International Edition (Brooks/Cole Publishing Co., Pacific Grove, CA, USA, 2011)

Baca juga materi lain dari bacaboy: