20. Siswa kelas VIII bersama guru fisika bekerja sama membuat peralatan roda bergandar untuk memudahkan mengangkat benda. Panjang jari- jari roda sebesar 35 cm dan panjang diameter gandar sebesar 24 cm. Jika beban yang diangkat bermassa 5 kg, gaya yang dibutuhkan sebesar (g = 9,8 m/s2) 12 N b. 21 N C. 32 N d. 4 N 1. a. 

Soal ini bercerita tentang pesawat sederhana. Jenis pesawat sederhana yang digunakan adalah roda berporos. Dengan demikian, konsep yang tepat untuk mengerjakan soal ini adalah roda berporos

Identifikasi konsep

Pada pesawat sederhana secara umum, keuntungan mekanis adalah perbandingan antara beban dengan gaya kuasa, yaitu
\[KM=\frac{w}{F}\]
Artinya, semakin besar keuntungan mekanis, semakin kecil gaya yang diperlukan.

Pada roda berporos, keuntungan mekanis setara dengan membandingkan jari-jari titik tangkap kuasa dengan jari-jari titik tangkap beban, yaitu
\[KM=\frac{w}{F}=\frac{R}{r}\]
sehingga sehingga gaya yang harus dikeluarkan adalah
\[\begin{array}{rl} \dfrac{w}{F} &= \dfrac{R}{r} \\ F&= \dfrac{r}{R}\cdot w \end{array}\]
Dari yang diketahui di soal,<ul>
<li>jari-jari roda $ R=35 \, \text{cm} $,</li><li>diameter poros $ d=24 \, \text{cm} $, sehingga jari-jari poros $ r=d/2=24/2=12 \, \text{cm} $, dan</li><li>massa beban $ m=5 \, \text{kg} $, sehingga beratnya adalah $ w=mg=5\cdot 9,8 =49 \, \text{N} $.</li></ul> Dengan demikian, besar gaya angkat adalah
\[\begin{array}{rl}F&= \dfrac{12}{35}\cdot 49 \\ F&= 16,8 \, \text{N} \end{array}\]

Pembahasan