Mekanika di Balik Gunting Kuku

Siapa yang waktu di sekolah dulu pernah dicepret tangannya sama guru, gara-gara kupan alias kukunya panjang? haha. Begitu malesnya kita dulu buat potong kuku ya, padahal udah ditemukan alat bernama gunting kuku. Bayangin dulu sebelum ada gunting kuku, gimana coba kita kalo mau potong kuku?

Gunting kuku itu ternyata baru ditemuin di akhir tahun 1800an, sobat-sobat. Ngga terlalu jelas siapa yang pertama kali mencetuskan idenya, tapi paten-paten tentang gunting kuku modern dengan bentuk seperti yang kita pake saat ini mulai bermunculan di akhir tahun 1800an oleh nama-nama seperti David Gestetner, Valentine Fogerty, dan lain-lain.

Terus sebelum itu, pake apa dong nenek moyang kita kalo mau motong kuku? Ya pake pisau. Itu kenapa di Barat dulu sebelum ada gunting kuku, belum dikenal istilah nail clipping (memotong kuku). Yang ada adalah istilah “paring” yang artinya pengupasan. Dan bahkan karena ngga semua ahli dalam hal ini, jadi ada semacam salonnya, macam kita pergi ke tukang cukur.

Bayangin motong kuku pake piso sobat-sobat. Harus banyak bersyukur kita sekarang udah punya gunting kuku modern dan serba guna, plus murah lagi.

Anyway, kenapa bahas gunting kuku segala sih? Well, karena alat simpel ini udah merevolusi proses memotong kuku jadi jauh lebih mudah dan tanpa perlu susah payah, hanya dengan menggunakan prinsip mekanika simpel yang pada dasarnya sama dengan yang ada di permainan jungkat-jungkit. Atau kata orang Sunda mah cungkelik cungkedang. Coba perhatikan animasi gunting kuku berikut ini:

Terus sekarang bandingkan dengan ini:

Bisa menemukan kesamaannya? haha… Kalo belum, dicukupkan aja jangan sampe terhipnotis. Segera scroll ke bawah supaya animasinya lenyap dari pandangan, haha.

Kenapa kita bilang sama? Soalnya dua-duanya menggunakan prinsip pengungkit atau tuas (lever). Apa sih prinsip pengungkit itu?

Okeh, bayangkan sebuah jungkat-jungkit yang tumpuannya ngga di tengah. Tapi terus kita geser ke salah satu sisi. Macam gini:

Nah, kalo diatur macam gitu, beban yang beratnya 100 kg di satu sisi bisa diangkat hanya dengan beban 5 kg di sisi yang lain. Itu soalnya si beban 5 kg ini jaraknya lebih jauh dari tumpuan. Beban 100 kg di sebelah kiri ditaro di jarak 1 m dari tumpuan. Sedangkan beban 5 kg di sebelah kanan ditaro di jarak 20 m dari tumpuan.

Prinsip ini berguna banget supaya kita bisa ngangkat beban yang berat atau menghasilkan gaya output yang besar, hanya dengan gaya input yang kecil. Btw, ketika kita bilang “gaya” itu maksudnya “force” yak, bukan gaya-gayaan, gaya hidup, atau gaya fashion, hahaha. Nah karena itulah ada istilah keuntungan mekanis. Dalam contoh di atas, keuntungan mekanisnya adalah 20, didapat dari 100 kg dibagi 5 kg atau 20 m dibagi 1 m. Artinya hanya dengan memberi gaya sekian, hasilnya 20 kali lipatnya.

Secara umum, dengan mengaplikasikan keseimbangan momen, didapatkanlah persamaan berikut:

By Jjw – Own work, CC BY-SA 3.0, Wikimedia

Dimana M adalah massa masing-masing benda, sedangkan a dan b adalah jarak masing-masing ke tumpuan. Dan keuntungan mekanisnya yaitu: M1/M2 = b/a. Dalam aplikasinya, gaya berat dari suatu massa M1 atau M2 ini bisa diganti dengan gaya input atau output.

Biasanya, gaya input itu dikasih nama “kuasa”, sedangkan gaya output dikasih nama “beban”. Jarak gaya “kuasa” ke tumpuan disebut “lengan kuasa”, dan jarak gaya “beban” ke tumpuan disebut “lengan beban”. Kaya gini:

Susunan kaya gini, dimana tumpuan posisinya berada di tengah, disebut Tuas Kelas 1, contoh benerannya misalnya jungkat-jungkit. Terus gimana kalo “Beban” yang di tengah?

Kalo “Beban” yang ada di tengah, disebutnya Tuas Kelas 2. Contoh benerannya misalnya gerobak tangan.

Kalo “Kuasa” yang di tengah, disebutnya Tuas Kelas 3.

Contoh Tuas Kelas 3 ini misalnya rahang:

Terus gunting kuku itu termasuknya Tuas Kelas berapa? Nah, pertama-tama kita amati dulu bahwa sebenernya gunting kuku itu terdiri dari 2 komponen utama, yaitu yang di-highlight warna ijo di gambar ini:

Mari kita perhatikan posisi “kuasa”, “beban” dan tumpuan pada komponen yang atas:

Jadi, karena “beban” yang ada di tengah, komponen gunting kuku bagian atas ini adalah Tuas Kelas 2. Gimana dengan yang bagian bawah?

Karena “Kuasa” yang ada di tengah, maka komponen gunting kuku bagian bawah ini adalah Tuas Kelas 3.

Nah kalo kita iseng-iseng ukur gunting kuku kita, kita bisa perkirakan berapa kira-kira keuntungan mekanis dari sebuah gunting kuku. Untuk bagian atas (Tuas Kelas 2):

Lengan kuasa sekitar 4 – 6 cm (tergantung ukuran gunting kuku)
Lengan beban sekitar 0,3 – 0,7 cm
Keuntungan Mekanis bag. atas = 8 – 13

Untuk bagian bawah (Tuas Kelas 3):

Lengan kuasa sekitar 3 – 4,5 cm
Lengan beban sekitar 4 – 5,5 cm
Keuntungan Mekanis bag. bawah = 0,7 – 0,8
Keuntungan mekanis Tuas Kelas 3 selalu lebih kecil dari 1. Itu kenapa Tuas Kelas 3 disebut juga Tuas Pengali Kecepatan (speed multiplier lever).

Keuntungan Mekanis Keseluruhan adalah perkalian antara keduanya (bag. atas dan bawah), yaitu sekitar 6 sampai 10, tergantung ukuran gunting kuku.

Jadi ketika kita memotong kuku, gunting kuku akan melipat gandakan gaya tekan jari kita 6 sampai 10 kali lipat sehingga kuku dengan begitu mudah terpotong 🙂

Mekanisme yang keren sekali kan sobat-sobat. Kecil tapi gokil!

Read in English

Baca dina Basa Sunda

Referensi:

Selamat Datang di Little Mechanic

Kami adalah para mekanik kecil yang suka membongkar, membangun, bermain dan belajar dengan bricks dan mainan edukasi. Yang ingin menularkan kecintaan science, engineering dan profesi-nya kepada para orang tua dan generasi masa depan kita.

Kreasi LEGO Kami

Galeri