Pesawat Sederhana

Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah alat sederhana yang dipergunakan untuk mempermudah manusia melakukan usaha.
Pesawat sederhana berdasarkan prinsip kerjanya dibedakan menjadi : tuas/pengungkit, bidang miring, katrol dan roda berporos/roda bergandar. Pesawat sederhana mempunyai keuntungan mekanik yang didapatkan dari perbandingan antara gaya beban dengan gaya kuasa sehingga memperingan kerja manusia. Untuk lebih jelasnya mari kita bahas satu per satu.

a. Tuas/Pengungkit
Tuas/pengungkit berfungsi untuk mengungkit, mencabut atau mengangkat benda yang berat.
Bagian-bagian pengungkit:

A = titik kuasa
T = titik tumpu
B = titik beban
F = gaya kuasa (N)
w = gaya beban (N)
lk = lengan kuasa (m)
lb = lengan beban (m)

Jenis-jenis tuas:
1) Tuas Jenis pertama
Yaitu tuas dengan titik tumpu berada diantara titik beban dan titik kuasa.

Contoh : pemotong kuku, gunting, penjepit jemuran, tang

2) Tuas Jenis kedua
Yaitu tuas dengan titik beban berada diantara titik tumpu dan titik kuasa.

Contoh : gerobak beroda satu, alat pemotong kertas, dan alat pemecah kemiri, pembuka tutup botol. i

3) Tuas Jenis ketiga

Yaitu tuas dengan titik kuasa berada diantara titik tumpu dan titik beban.

Contoh :sekop yang biasa digunakan untuk memindahkan pasir.

Keuntungan Mekanik Tuas
Keuntungan mekanik pada tuas adalah perbandingan antara gaya beban (w) dengan gaya kuasa (F), dapat dituliskan sebagai :
KM = w/F atau KM = lk/lb
Keuntungan mekanik pada tuas bergantung pada masing-masing lengan. Semakin panjang lengan kuasanya, maka keuntungan mekaniknya akan semakin besar.

b. Bidang Miring
Bidang miring merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang digunakan untuk memindahkan benda dengan lintasan yang miring.

Bagian-bagian bidang miring:

Keuntungan mekanik bidang miring

Keuntungan mekanik bidang miring bergantung pada panjang landasan bidang miring dan tingginya. Semakin kecil sudut kemiringan bidang, semakin besar keuntungan mekanisnya atau semakin kecil gaya kuasa yang harus dilakukan.
Keuntungan mekanik bidang miring dirumuskan dengan perbandingan antara panjang (l) dan tinggi bidang miring (h).
KM = l/h

Pemanfaatan bidang miring dalam kehidupan sehari-hari terdapat pada tangga dan jalan di daerah pegunungan.

c. Katrol
Katrol merupakan roda yang berputar pada porosnya. Biasanya pada katrol juga terdapat tali atau rantai sebagai penghubungnya. Berdasarkan cara kerjanya, katrol merupakan jenis pengungkit karena memiliki titik tumpu, kuasa, dan beban. Katrol digolongkan menjadi tiga, yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk.

2) Katrol bebas

Berbeda dengan katrol tetap, pada katrol bebas kedudukan atau posisi katrol berubah dan tidak dipasang pada tempat tertentu. Katrol jenis ini biasanya ditempatkan di atas tali yang kedudukannya dapat berubah. Salah satu ujung tali diikat pada tempat tertentu. Jika ujung yang lainnya ditarik maka katrol akan bergerak. Katrol jenis ini bisa kita temukan pada alat-alat pengangkat peti kemas di pelabuhan.

Keuntungan mekanik
Pada katrol bebas, panjang lengan kuasa sama dengan dua kali panjang lengan beban sehingga keuntungan mekanik pada katrol tetap adalah 2, artinya besar gaya kuasa sama dengan setengah dari gaya beban.

3) Katrol majemuk /takal

Katrol majemuk merupakan perpaduan dari katrol tetap dan katrol bebas. Kedua katrol ini dihubungkan dengan tali. Pada katrol majemuk, beban dikaitkan pada katrol bebas. Salah satu ujung tali dikaitkan pada penampang katrol tetap. Jika ujung tali yang lainnya ditarik maka beban akan terangkat beserta bergeraknya katrol bebas ke atas.

Keuntungan mekanik
Keuntungan mekanik pada katrol majemuk adalah sejumlah tali yang digunakan untuk mengangkat beban.

Roda Berporos/roda bergandar

Roda berporos merupakan roda yang di dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar bersama-sama. Roda berporos merupakan salah satu jenis pesawat sederhana yang banyak ditemukan pada alat-alat seperti setir mobil, setir kapal, roda sepeda, roda kendaraan bermotor, dan gerinda.

Saponifikasi

Kata saponifikasi atau saponify berarti membuat sabun (Latin sapon, = sabun dan –fy adalah akhiran yang berarti membuat). Bangsa Romawi kuno mulai membuat sabun sejak 2300 tahun yang lalu dengan memanaskan campuran lemak hewan dengan abu kayu. Pada abad 16 dan 17 di Eropa sabun hanya digunakan dalam bidang pengobatan. Barulah menjelang abad 19 penggunaan sabun meluas.

Sabun dibuat dari proses saponifikasi lemak hewan (tallow) dan dari minyak. Gugus induk lemak disebut fatty acids yang terdiri dari rantai hidrokarbon panjang (C-12 sampai C18) yang berikatan membentuk gugus karboksil. Asam lemak rantai pendek jarang digunakan karena menghasilkan sedikit busa. Reaksi saponifikasi tidak lain adalah hidrolisis basa suatu ester dengan alkali (NaOH, KOH), reaksi umumnya adalah:

O O

∕∕ ∕∕

R – C Na+OH– R – C + R`OH

\ \

OR` O– Na+

ester alkali garam dari asam alkohol

Mekanisme ini melibatkan serangan nukleofil ion hidroksida pada karbon karbonil

: ::

║ │

H:– + R – C – OR` R – C – OR`

│

OH

O O

║ ║

R – C – OH + –:R` R – C – O– + R`OH

Basa kuat basa lemah

Misalnya reaksi saponifikasi dari Gliseril Tripalmitat dengan alkali NaOH:

O

║

CH2OC(CH2)14CH3

CH2OH

│

CHOH

│

CH2OH

O

║

–OC(CH2)14CH3

O

║

C

Sodium palmitate

H2OC(CH2)14CH3 + 3Na+ OH– + 3Na+

Glycerol

O

║

CH2OC(CH2)14CH3

Glyceryl tripalmitate

Contoh lainnya adalah reaksi saponifikasi dari Gliseril Tripalmitat dengan alkali KOH:

O

║

CH2OC(CH2)14CH3

CH2OH

│

CHOH

│

CH2OH

O

║

–OC(CH2)14CH3

O

║

C

H2OC(CH2)14CH3 + 3K+ OH– + 3K+

Glycerol

O

║

CH2OC(CH2)14CH3

Glyceryl tripalmitate

Sabun dapat dibuat melalui proses batch atau kontinu Pada proses batch, lemak atau minyak dipanaskan dengan alkali (NaOH atau KOH) berlebih dalam sebuah ketel. Jika penyabunan telah selesai, garam garam ditambahkan untuk mengendapkan sabun. Lapisan air yang mengaundung garam, gliserol dan kelebihan alkali dikeluarkan dan gliserol diperoleh lagi dari proses penyulingan. Endapan sabun gubal yang bercampur dengan garam, alkali dan gliserol kemudian dimurnikan dengan air dan diendapkan dengan garam berkali-kali. Akhirnya endapan direbus dengan air secukupnya untuk mendapatkan campuran halus yang lama-kelamaan membentuk lapisan yang homogen dan mengapung. Sabun ini dapat dijual langsung tanpa pengolahan lebih lanjut, yaitu sebagai sabun industri yang murah. Beberapa bahan pengisi ditambahkan, seperti pasir atau batu apung dalam pembuatan sabun gosok. Beberapa perlakuan diperlukan untuk mengubah sabun gubal menjadi sabun mandi, sabun bubuk, sabun obat, sabun wangi, sabun cuci, sabun cair dan sabun apung (dengan melarutkan udara di dalamnya).

Pada proses kontinu, yaitu yang biasa dilakukan sekarang, lemak atau minyak hidrolisis dengan air pada suhu dan tekanan tinggi, dibantu dengan katalis seperti sabun seng. Lemak atau minyak dimasukkan secara kontinu dari salah satu ujung reaktor besar. Asam lemak dan gliserol yang terbentuk dikeluarkan dari ujung yang berlawanan dengan cara penyulingan. Asam-asam ini kemudian dinetralkan dengan alkali untuk menjadi sabun.

Pada umumnya, alkali yang digunakan dalam pembuatan sabun pada umumnya hanya NaOH dan KOH, namun kadang juga menggunakan NH4OH. Sabun yang dibuat dengan NaOH lebih lambat larut dalam air dibandingkan dengan sabun yang dibuat dengan KOH. Sabun yang terbuat dari alkali kuat (NaOH, KOH) mempunyai nilai pH antara 9,0 sampai 10,8 sedangkan sabun yang terbuat dari alkali lemah (NH4OH) akan mempunyai nilai pH yang lebih rendah yaitu 8,0 sampai 9,5.

Sabun merupakan garam dari asam lemah, larutannya agak basa karena adanya hidrolisis parsial.

O O

║ ║

R – C – O–Na+ + H – OH R – C – OH + Na+OH–

sabun alkali

Alkali dapat mambahayakan beberapa jenis tekstil, sabun juga tidak dapat berfungsi jika pH larutan terlalu rendah. Karena rantai karbon yang panjang akan mengendap seperti buih. Misalnya sabun dari natrium stearat, akan berubah menjadi asam stearat dalam suasana asam.

O O

∕∕ ∕∕

C17H35C + H+Cl– C17H35C + Na+Cl–

\ \

O– Na+ OH

Natrium stearat asam stearat

Selain itu sabun biasanya membentuk garam dengan ion-ion kalsium, magnesium, atau besi dalam air sadah (hard water). Garam-garam tesebut tidak larut dalam air.

O

∕∕

2C17H35C + Ca++ (C17H35COO)2–Ca++ + 2Na+

\

O– Na+

Natrium stearat kalsium stearat

(larut) (mengendap)

Garam yang tidak larut dalam air itu membuat warna coklat pada dinding kamar mandi, kerah baju, atau warna kusam pada pakaian dan rambut.

Masalah tersebut dipecahkan dengan beberapa cara. Misalnya dengan mengurangi ion-ion kalsium dan magnesium dan menggantinya dengan ion-ion natrium, atau yang dikenal dengan air lunak. (soft water). Selain itu bisa juga dengan menambahkan fosfat pada sabun, karena fosfat membentuk komplek dengan ion-ion logam, larut dalam air, sehingga mencegah ion-ion tersebut membentuk garam taklarut dengan sabun. Namun penggunaan fosfet harus dibatasi, karena jika ikut mengalir dalam danau atau sungai fosfat yang juga berfungsi sebagai pupuk akan merangsang tumbuhnya tanaman sedemikian besar sehingga tanaman menghabiskan oksigen terlarut dalam air dan menyebabkan ikan-ikan mati. Cara lain misalnya dengan mengganti gugus ionik karboksilat pada sabun dengan gugus sulfat atau sulfonat. Cara inilah yang mendasari terbentuknya detergen.

Pada perkembangan selanjutnya bentuk sabun menjadi bermacam-macam, yaitu:

Sabun cair

Dibuat dari minyak kelapa

Alkali yang digunakan KOH

Bentuk cair dan tidak mengental dalam suhu kamar

Sabun lunak

Dibuat dari minyak kelapa, minyak kelapa sawit atau minyak tumbuhan yang tidak jernih

Alkali yang dipakai KOH

Bentuk pasta dan mudah larut dalam air

Sabun keras

Dibuat dari lemak netral yang padat atau dari minyak yang dikeraskan dengan proses hidrogenasi

Alkali yang dipakai NaOH

Sukar larut dalam air

Wanita sangat menginginkan menggunakan sabun dalam bentuk cair, sebab bentuk cair memberikan busa yang cukup banyak. Sabun yang banyak mengandung busa, terutama pada sabun cair yang terbuat dari minyak kelapa atau kopra ini biasanya menyebabkan rangsangan dan memungkinkan penyebab dermatitis bila dipakai. Oleh karena itulah penggunaanya diganti dengan minyak zaitun dan minyak kacang kedele atau minyak yang lain yang dapat menghasilkan sabun lebih lembut dan baik. Tetapi para pemakai kurang menyukainya sebab sabun ini kelarutannya rendah dan tidak memberikan busa yang banyak.

Dengan perkembangan yang cukup pesat dalam dunia industri dimungkinkan adanya penambahan bahan-bahan lain kedalam sabun sehingga menghasilkan sabun dengan sifat dan kegunaan baru. Bahan-bahan yang ditambahkan misalnya:

Sabun kesehatan

TCC (Trichorlo Carbanilide)

Hypo allergenic blend, untuk membersihkan lemak dan jerawat

Asam salisilat sebagai fungisida

Sulfur, untuk mencegah dan mengobati penyakit kulit

Sabun kecantikan

Parfum, sebagai pewangi dan aroma terapi

Vitamin E untuk mencegah penuaan dini

Pelembab

Hidroquinon untuk memutihkan dan mencerahkan kulit

Shampoo

Diethanolamine (HOCH2CH2NHCH2CH2OH) untuk mempertahankan pH

Lanolin sebagai conditioner

Protein untuk memberi nutrisi pada rambut

Selain jenis sabun diatas masih banyak jenis-jenis sabun yang lain, misalnya sabun toilet yang mengandung disinfektan dan pewangi. Textile soaps yang digunakan dalam industi textile sebagai pengangkat kotoran pada wool dan cotton. Dry-cleaning soaps yang tidak memerlukan air untuk larut dan tidak berbusa, biasanya digunakan sebagai sabun pencuci tangan yang dikemas dalam kemasan sekali pakai. Metallic soaps yang merupakan garam dari asam lemak yang direaksikan dengan alkali tanah dan logam berat, biasanya digunakan untuk pendispersi warna pada cat, varnishes, dan lacquer. Dan salt-water soaps yang dibuat dari minyak palem Afrika (Elaise guineensis) yang dapat digunakan untuk mencuci dalam air asin.

Meskipun meupakan bahan utama pembentuk sabun, namun ternyata alkali mempunyai dampak negatif bagi kulit. Beberapa penyelidik mengetahui bahwa alkali lebih banyak merusak kulit dibandingkan dengan kemampuannya menghilangkan bahan berminyak dari kulit . Meskipun demikian dalam penggunaannya dengan air, sabun akan mengalami proses hidrolis. Untuk mendapatkan sabun yang baik maka harus diukur sifat alkalisnya, yakni pH antara 5,8 sampai 10,5. Pada kulit yang normal kemungkinan pengaruh alkali lebih banyak. Beberapa penyakit kulit sensitif terhadap reaksi alkalis, dalam hal ini pemakaian sabun merupakan kontra indikasi. pH kulit normal antara 3-6, tetapi bila dicuci dengan sabun, pH kulit akan naik menjadi 9, meskipun kulit cepat menjadi normal kembali, tapi mungkin saja perubahan ini tidak diinginkan pada penyakit kulit tertentu.