GERAK PADA BIDANG PART4
2.4 Hubungan roda-roda GERAK PADA BIDANG PART4
Prinsip gerak melingkar banyak diterapkan dalam mesin pengolah gerak baik yang berfungsi sebagai alat untuk memanen energi seperti turbin pembangkit listrik maupun yang berfungsi sebagai alat transportasi seperti mesin mobil, sepeda motor, kapal laut, pesawat terbang, sepeda ontel dll. GERAK PADA BIDANG PART4
Contoh penerapan prinsip gerak melingkar yang mudah dijumpai adalah mekanisme pemindah rantai dengan gir susun pada sepeda gunung. Sepeda gunung pada umumnya dapat memiliki kombinasi roda gigi (gir) hingga 9 3 macam sebagaimana tampak dalam Gambar 17. Kombinasi roda gigi bermanfaat untuk mengubah kelajuan sudut roda sehingga sepeda tetap nyaman dikayuh pada lintasan yang naik turun. Baca artikel sebelumnya!
Hubungan antara banyak roda gigi dapat disederhanakan menjadi hubungan antara dua roda gigi. Pada dasarnya ada tiga macam hubungan antara dua roda gigi. Hubungan tersebut adalah: roda gigi bersinggungan, roda gigi seporos dan roda gigi terhubung oleh tali atau rantai.
2.4.1 Roda gigi bersinggungan
Embusan angin dapat dimanfaatkan untuk memutar baling-baling atau kincir. Poros kincir yang berputar dapat dimanfaatkan untuk memutar kumparan atau magnet sehingga membangkitkan arus listrik. Karena kelajuan angin pada umumnya tidak tinggi maka laju putar poros kincir juga tidak tinggi. Bagaimana caranya agar laju putar poros kincir yang lambat dapat ditingkatkan?
Untuk meningkatkan laju putar poros kincir maka diperlukan alat pendongkrak kelajuan. Prinsip dari alat pendongkrak kelajuan adalah dua buah roda gigi yang berbeda jari-jari dan bersinggungan sebagaimana tampak dalam Gambar 18. Ketika dua roda gigi bersinggungan maka kelajuan linear (kelajuan singgung v) keduanya adalah sama besar. Baca artikel sebelumnya!
Karena besar jari-jari roda gigi berbeda maka kelajuan sudut kedua roda gigi juga berbeda. Apabila roda gigi R2 terhubung dengan poros kincir dan roda gigi R1 terhubung dengan poros magnet maka kelajuan sudut poros magnet dapat ditentukan sebagai berikut
v1 = v2
(46)
ω1R1 = ω2R2
(47)
(48)
Misalnya jari-jari R2 = 5R1, maka dapat diperoleh
Tampak bahwa dengan mengatur jari-jari roda gigi R1 (poros magnet) lebih kecil daripada jari-jari roda gigi R2 (poros kincir) maka akan dapat diperoleh kelajuan sudut poros magnet yang lebih tinggi dari poros kincir.
2.4.2 Roda gigi seporos
Seringkali terjadi peningkatan laju putar yang diharapkan tidak hanya 5 kali tapi sampai puluhan hingga ratusan kali. Oleh karena itu setrategi pertama jari-jari roda gigi poros magnet (R1) dibuat sekecil mungkin. Akan tetapi semakin kecil jari-jari roda gigi akan membuat gigi-gigi nya semakin cepat rusak (mudah patah dan cepat aus). Sehingga perlu dibuat batasan terkecil ukuran jari-jari roda gigi yang masih
dapat diterima.
Setrategi kedua adalah dengan memperbesar jari-jari roda gigi pada poros kincir. Akan tetapi semakin besar jari-jari roda gigi akan semakin tidak praktis karena membutuhkan banyak tempat dan tentu semakin berat bobot nya. Sehingga perlu dibuat batasan ukuran maksimum jari-jari roda gigi yang masih dapat diterima. Baca artikel sebelumnya!
Setrategi ketiga adalah setrategi kompromi yakni membuat roda gigi poros magnet dan poros kincir dengan ukuran yang dapat diterima dan selanjutnya menerapkan prinsip roda gigi seporos. Prinsip roda gigi seporos adalah dua buah roda gigi yang memiliki jari-jari berbeda kemudian disatukan dalam satu poros, tampak dalam Gambar 19.
Dua roda gigi yang seporos akan memberikan dua kelajuan linear yang berbeda pada satu kelajuan sudut yang sama,
ω1 = ω2
(50)
Selanjutnya, apabila roda gigi R2 terhubung dengan poros kincir, roda gigi R1 terhubung dengan poros magnet dan diantara dua poros itu diberi dua roda gigi seporos R3 dan R4 sebagaimana tampak dalam Gambar 20,
maka kelajuan sudut poros magnet (ω1) dapat ditentukan sebagai berikut:
Hubungan R2 dan R4:
v2 = v4, atau ω2R2 = ω4R4
(51)
sehingga
(52)
Hubungan R3 dan R4:
ω3 = ω4
(53)
Hubungan R3 dan R1:
v3 = v1, atau ω3R3 = ω1R1
(54)
sehingga diperoleh
(55)
Misalnya diketahui R2 = 5R1, R3 4, 7R1, R4 R1, maka dapat diperoleh kelajuan sudut ω1 sebesar
(56)
Hasil yang didapatkan pada Persamaan (56) jauh lebih besar dari hasil pada Persamaan (49) yang hanya menerapkan prinsip dua roda bersinggungan. Baca artikel sebelumnya!
2.4.3 Roda gigi terhubung oleh tali atau rantai GERAK PADA BIDANG PART4
Cara lain untuk mengubah laju putaran (kelajuan sudut) tanpa menyentuhkan dua roda gigi secara langsung adalah dengan menggunakan tali atau rantai seperti tampak dalam Gambar 21.
Penggunaan rantai umum dijumpai pada sepeda atau sepeda motor. Penggunaan tali (sabuk) banyak dijumpai di mesin penggiling kopi, selep padi, dll. GERAK PADA BIDANG PART4
Dua roda gigi yang dihubungkan dengan sabuk akan memiliki kelajuan linear dan arah putaran yang sama, yakni
v1 = v2
(57)
atau GERAK PADA BIDANG PART4
ω1R1 = ω2R2
(58)
Sesuai Gambar 21, misalkan R2 = 4R1, maka apabila yang menjadi sumber gerak (poros kincir, motor listrik, dll) adalah roda gigi R1, maka dapat diperoleh kelajuan sudut pada roda gigi R2 sebesar
(59)
Hasil dari pengaturan ini adalah diperoleh penurunan kelajuan sudut pada roda gigi R2. Pengaturan jari-jari roda gigi agar diperoleh penurunan kelajuan sudut dikenal sebagai prinsip pereduksi laju. Prinsip pereduksi laju telah diterapkan dalam banyak bidang teknik. Salah satunya adalah teknik robotik. Baca artikel sebelumnya!
2.5 Hubungan antara besaran gerak lurus dengan besaran gerak melingkar
Hubungan antara besaran-besaran gerak lurus, s, v dan aT dengan besaran-besaran gerak melingkar, θ, ω dan α dinyatakan oleh persamaan sbb: GERAK PADA BIDANG PART4
s = θR
(60)
v = ωR
(61)
aT = αR
(62)
dengan,
s = panjang busur lingkaran (m)
v = kelajuan linear (tangensial) (m/s)
aT = percepatan linear (tangensial) (m/s²)
R = jari-jari lingkaran (m)
θ = sudut tempuh (rad) GERAK PADA BIDANG PART4
ω = kelajuan sudut (angular) (rad/s)
α = percepatan sudut (angular) (rad/s²)
2.6 Tabel hubungan antara dua roda gigi GERAK PADA BIDANG PART4
Referensi GERAK PADA BIDANG PART4
Disarikan dari berbagai sumber. Baca artikel sebelumnya!
GERAK PADA BIDANG PART4, FISIKA DASAR 1. Ditulis oleh Andri Sofyan Husein, S.Si, M.Si. Merupakan salah satu guru di BIMBELQ.