Katrol 58-75 [PDF]

Citation preview

DINAMIKA SISTEM KATROL



A. Pendahuluan 1. Latar Belakang Seiring dengan perkembangan zaman, berkembang pula ilmu pengetahuan manusia. Dengan segala kemampuan daya akalnya, manusia berusaha



mencari



dan



menciptakan



teknologi



untuk



menunjang



kehidupannya di muka bumi. Salah satunya adalah menemukan dan menciptakan alat untuk meringankan dan memudahkan pekerjaan manusia yang disebut pesawat sederhana. Pesawat sederhana adalah segala jenis perangkat yang hanya membutuhkan satu gaya untuk bekerja. Tujuan menggunakan pesawat sederhana adalah untuk melipat gandakan gaya atau kemampuan manusia dalam melakukan pekerjaan. Pesawat sederhana banyak sekali contohnya dan semuanya dibuat untuk memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu contoh dari pesawat sederhana adalah katrol. Katrol merupakan suatu roda dengan bagian berongga disepanjang sisinya untuk tempat tali atau kabel. Penggunaan katrol ini banyak dijumpai dalam kehidupan seharihari, salah satu contohnya adalah menimba air di sumur dengan menggunakan alat bantu katrol akan membuat pekerjaan menimba air lebih mudah. Ketika mengangkat ember berisi air, dari sumur menggunakan katrol terasa lebih ringan di bandingkan tanpa menggunakan katrol. Hal itu di sebabkan karena ketika kita mengangkat air dengan



57



katrol, maka sebenarnya memberikan gaya tarik yang arahnya sama dengan gaya gravitasi, seolah-olah gaya gravitasi membantu pekerjaan. Menurut Nikodemus Steven Widjaya (2017) dalam jurnal penelitiannya menyatakan bahwa proses pengangkutan milkcan dengan cara manual (memindahkan dengan tangan) tanpa menggunakan alat bantu mengakibatkan keluhan rasa sakit pada 3 bagian tubuh yaitu kaki, lengan dan punggung. Keluhan rasa sakit tersebut dapat disebabkan karena beban milkcan yang diangkut melebihi kemampuan pekerja yang berumur 49 tahun dan 52 tahun. Untuk mengurangi keluhan tersebut maka diperlukan alat bantu yang mampu memindahkan milkcan dari cooler sampai ke bak mobil pickup. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan menggunakan katrol. Permasalahan yang muncul adalah banyaknya pekerja yang belum mengetahui bagaimana sistem kerja katrol dan keuntungan dari penggunaan katrol, serta penggunaannya yang praktis untuk memindahkan milkcan. Dari penelitian dan permasalahan tersebut, maka penting dilakukan pecobaan dinamika sistem katrol untuk dapat mengetahui prinsip kerja katrol, keuntungan mekanik serta percepatan gerak benda pada rangkaian katrol.



58



2. Tujuan Praktikum Tujuan



dari



percobaan



dinamika



sistem



katrol



praktikan



diharapkan dapat : a. Menentukan keuntungan mekanika dengan menggunakan sistem 1 sampai 4 katrol. b. Menyelidiki percepatan dua benda yang bergerak pada sistem 2 atau 3 katrol. c. Mendapat hubungan antara keuntungan mekanik dengan jumlah katrol dan hubungan antara percepatan dengan panjang lintasan benda.



B. Kajian teori Pesawat sederhana merupakan bagian dari konsep mekanik klasik yang berkaitan dengan gaya yang digunakan dan keuntungan mekanik yag diperoleh dari peralatan tersebut. Pembahasan mengenai pesawat sederhana merupakan awal dari lahirnya kajian – kajian mekanik klasik lainnya. Konsep pesawat sederhana pertama kali dikemukakan oleh Archimedes (287 SM) dengan tiga bentuk pesawat sederhana yaitu katrol, pengungkit, dan sekrup. Pernyataan Archimedes mengenai pesawat sederhana kemudian yang terdiri pengungkit (pengangkat), besi (kapak), dan katrol (Zahwandi, 2017). Katrol adalah suatu roda dengan bagian berongga disepanjang sisinya untuk tempat tali atau kabel. Katrol biasanya digunakan dalam suatu rangkaian atau dirancang untuk mengurangi jumlah gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat suatu beban. Walaupun demikian, jumlah usaha yang dilakukan



59



untuk membut beban tersebut mencapai tinggi yang sama adalah sama dengan tanpa menggunakan katrol. Besarnya gaya memang dikurangi tetapi gaya tersebut harus bekerja atas jarak yang lebih jauh. Usaha yang diperlukan untuk mengangkat suatu beban secara kasar sama dengan berat beban dibagi dengan jumlah roda. Semakin banyak roda yang ada, sistem tidak efisien karena timbul banyak gesekan antara tali dan nol (Junaidi,2015). Berdasarkan susunannya katrol dibedakan menjadi 3 yaitu katrol tetap atau katrol tunggal, katrol bergerak, dan katrol ganda. Keuntungan mekanik katrol tetap adalah sama dengan 1 artinya katrol tetap hanya mempermudah usaha atau pekerjaan dengan mengubah arah. Sementara keuntungan mekanik katrol bergerak sama dengan 2, artinya untuk mengangkat beban seberat Newton hanya diperlukan gaya 1/2



W⃗



W⃗



Newton saja. Serta keuntungan



mekanik katrol ganda sama dengan 3, artinya untuk mengangkat beban seberat



W⃗



Newton diperluka gaya 1/3



W⃗



newton saja.



Gambar 5.1 Katrol Tetap, Katrol Bergerak, dan Sistem Katrol.



60



(Sartika , 2011). Katrol tetap dapat dipandang sebagai tuas, pada katrol tetap titik O dianggap sebagai titik pusat katrol dan titik tumpu, panjang AO sebagai lengan beban dan BO sebagai lengan kuasa. Panjang lengan beban AO sama dengan lengan kuasa BO. Berarti, penggunaan katrol tetap tidak memberikan keuntungan gaya atau kecepatan. Keuntungan katrol tetap hanya akan mengubah arah gaya. Beban-beban bergerak naik karena tarikan tali kebawah yang dibantu oleh berat badan orang yang menariknya.



K=



Ik Wb = Ib Fk ……………………………………………………....



(5.1) (Aidil, 2017). Kita dapat mengangkap katrol sebagai partikel karena bagian yang berbeda. Ketika kita berbicara tentang rotasi, kita berhadapan dengan katrol secara mendalam. Sementara ini, kita mengeliminasi dahulu katrol dari perhitungan,



dengan



menganggap



massanya



dapat



diabaikan



jika



dibandingkan dengan massa kedua balok. Fungsi katrol disini hanya mengubah arah tali. Gaya, massa, dan percepatan terlibat akan menganjurkan penggunaan hukum kedua Newton untuk gerak,



⃗Fnet = m.⃗a



……………………………………………………….



(5.2) (Halliday, 2010).



61



FT



Dalam menentukan kedua Newton



∑ F = ma



dan juga percepatan a, diterapkan hukum



, pada setiap benda. Kita menetapkan arah keatas



sebagai arah y positif untuk kedua benda. Dengan demikian sumbu seperti ini, a1 = a karena m1 bergerak dipercepat keatas dan aF = -a karena mg bergerak dipercepat ke bawah. Sehigga



FT − m E g = m E a E = −m E a



FT − mC g = mC aC = +mC a ……………………………………… (5.3) Kita dapat mengurangi persamaan kedua dengan persamaan pertama untuk mendapatkan



(mE − mC )= (mE + mC ) a ………..……………….…………… (5.4) Dimana a adalah satu-satunya besaran yang tidak diketahui. Kita memecahkan persamaan ini untuk mendapatkan a :



a=



mE − mC mE + mC



g …………………………………………………..



(5.5) (Giancoli, 2014).



62



C. Metode Praktikum 1. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan dinamika sistem katrol dapat dilihat pada Tabel 5.1 berikut. Tabel 5.1 Alat dan Bahan Percobaan Dinamika Sistem Katrol No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.



Alat dan Bahan Katrol beban 1 set statif Tali Stopwatch Mistar Dinamometer



Fungsi Sebagai objek pengamatan Sebagai objek pengamatan Sebagai alat untuk menggantungkan katrol Untuk menghubungkan rangkaian katrol Untuk menghitung waktu percepatan benda Untuk mengukur panjang tali Untuk mengukur berat beban



2. Prosedur Kerja Prosedur kerja pada percobaan dinamika sistem katrol adalah sebagai berikut. a. Keuntungan Mekanik 1) Mengukur berat beban yang telah disediakan menggunakan neraca pegas (dinamometer). Mencatat hasil pengamatan.



63



2) Mengukur gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda menggunakan sistem 1 katrol, sistem 2 katrol, sistem 3 katrol, dan sistem 4 katrol. Seperti pada gambar berikut.



Gambar 5.2 Sistem 1 Katrol



Gambar 5.3 Sistem 2 Katrol



Gambar 5.4 Sistem 3 Katrol



Gambar 5.5 Sistem 4 Katrol



64



3) Menentukan keuntungan mekanik dari semua rangkaian yang telah dilakukan.



b. Menentukan Percepatan Gerak Benda pada Rangkaian Katrol 1) Merangkai sistem katrol seperti pada gambar 5.2, kemudian meletakkan benda 1 pada katrol bagian bawah dan benda 2 pada bagian atas, seperti pada gambar di bawah ini.



Gambar 5.6 rangkaian sistem 2 katrol 2) Menetapkan panjang lintasan benda 1 (memilih titik acuan sampai titik terendah) dan benda 2 yang akan diukur dan titik acuannya sampai titik tertinggi.



65



3) Mengukur waktu yang dibutuhkan benda 1 untuk bergerak dan titik acuannya sampai titik tertinggi dan mengukur pula waktu yang dibutuhkan benda untuk bergerak ke bawah sampai titik terendahnya. 4) Mengulangi langkah (2) dan (3) dengan memvariasikan panjang lintasan benda 1 dan benda 2. Mencatat hasil pengamatan.



5) Mengulangi (1) sampai (4) dengan menggunakan sistem 3 katrol. Seperti pada gambar di bawah.



Gambar 5.7 Rangkaian Sistem 3 Katrol



66



D. Hasil dan Pembahasan 1. Hasil a. Data Pengamatan 1) Keuntungan Mekanik Adapun data pengamatan keuntungan mekanik pada percobaan sistem katrol dapat dilihat pada Tabel 5.2 berikut. Tabel 5.2 Data Pengamatan Keuntungan Mekanik No. 1. 2. 3. 4.



Sistem Katrol 1 2 3 4



W0 (N) 0,5



W (N) 0,5 0,4 0,3 0,2



2) Percepatan Gerak Benda pada Rangkaian Katrol Adapun data pengamatan percepatan gerak benda pada rangkaian katrol dapat dilihat pada Tabel 5.3 berikut. Tabel 5.3 Data Pengamatan Percepatan Gerak Benda pada Rangkaian Katrol No.



Sistem



Panjang Lintasan



67



Waktu



¯t



(s)



Katrol 1.



2



2.



3



S1 (m) 0,35 0,43 0,48 0,22 0,36 0,35



Keterangan: m1 m2



S2 (m) 0,32 0,35 0,38 0,34 0,37 0,4



t1 (s) 0,78 0,72 0,64 0,67 0,84 1,07



t2 (s) 0,60 0,67 0,47 0,60 0,54 0,47



t3 (s) 0,54 0,47 0,41 0,55 0,60 0,54



0,64 0,62 0,51 0,61 0,66 0,69



: 0,1 kg : 0,05 kg



b. Analisis data 1) Menentukan Keuntungan Mekanik



KM =



W0



W 0,5 = 0,5 = 1 Kali Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat



pada Tabel 5.4 berikut. Tabel 5.4 Analisis Data Keuntungan Mekanik No. 1. 2. 3. 4.



Sistem Katrol 1 2 3 4



W0 (N) 0,5



2) Menentukan Percepatan a) Secara Teori



68



W (N) 0,5 0,4 0,3 0,2



KM (Kali) 1 1,25 1,67 2,5



m1 − m 2 g m1 + m2 0,1 − 0,05 = 9,8 0,1 + 0 ,05 0,05 = 9,8 0,15 = 0,32667 m/s2



a=



b)



Secara Praktek (1) Untuk Sistem 2 Katrol



a1 =



2 S1



¯t 2 2 (0 ,35 ) = (0 , 64 )2 0,7 = 0 , 4096 = 1 , 709 m/s 2



a2 =



2 S2



¯t 2 2 (0 ,32 ) = (0 , 64 )2 0 ,64 = 0 , 4096 = 1 , 5625 m/s 2 Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada



Tabel 5.5 berikut. 69



Tabel 5.5 Analisis Data Penentuan Percepatan Secara Praktek No.



Sistem Katrol



1.



2



2.



3



Panjang lintasan S1 (m) S2 (m) 0,35 0,32 0,43 0,35 0,48 0,38 0,22 0,34 0,36 0,37 0,35 0,4



¯t (s) 0,64 0,62 0,51 0,61 0,66 0,69



a1 (m/s2)



a2 (m/s2)



1,709 2,237 3,690 1,182 1,653 1470



1,5625 1,821 2,921 1,827 1,699 1,680



3) Grafik a) Grafik Hubungan antara Jumlah Katrol dan Keuntungan Mekanik Grafik hubungan antara jumlah katrol dan keuntungan mekanik yaitu sebagai berikut.



Gambar 5.6 Grafik Hubungan antara Jumlah Katrol dan Keuntungan Mekanik b) Grafik Hubungan antara Percepatan dan Panjang Lintasan Benda 1



70



Grafik hubungan antara percepatan dan panjang lintasan Benda 1 yaitu sebagai berikut.



Gambar 5.7 Grafik Hubungan antara Percepatan dan Panjang Lintasan Benda 1



c) Grafik Hubungan antara Percepatan dan Panjang Lintasan Benda 2 Grafik hubungan antara percepatan dan panjang lintasan Benda 2 yaitu sebagai berikut.



Gambar 5.8 Grafik Hubungan antara Percepatan dan Panjang Lintasan Benda 2



71



2. Pembahasan Pesawat sederhana adalah alat sederhana yang dirancang untuk mempermudah pekerjaan manusia. Ada empat macam jenis pesawat sederhana, salah satunya adalah katrol. Katrol adalah roda berporos yang memiliki rongga disepanjang sisi sebagai tempat tali atau kabel. Terdapat tiga jenis katrol yaitu katrol tetap, katrol bebas, dan katrol majemuk. Percobaan dinamika sistem katrol yang telah dilakukan yaitu dengan menggunakan 4 sistem katrol, yaitu sistem 1,2,3, dan 4 katrol. Berdasarkan data yang diperoleh untuk berat awal sebelum diberikan beban adalah 0,5 N, setelah diberikan beban 0,1 kg untuk sistem 1 katrol diperoleh berat beban sebesar 0,5 N, untuk sistem 2 katrol, 3 katrol, dan 4 katrol diperoleh berat beban secara berturut-turut sebesar 0,4 N, 0,3 N, dan 0,2 N. Dari data tersebut dapat dinyatakan bahwa semakin banyak jumlah sistem



72



katrol yang digunakan maka semakin kecil berat beban yang diperoleh. Hasil analisis keuntungan mekanik pada sistem 1 katrol adalah 1. Hal ini sesuai dengan teori, dimana besarnya keuntungan mekanik sama dengan jumlah sistem katrol yang digunakan. Sementara pada sistem 2 katrol, 3 katrol, dan 4 katrol diperoleh keuntungan mekanik secara beturut-turut sebesar 1,25, 1,67, dan 2,5. Hal ini dipengaruhi oleh massa katrol yang digantungkan sehingga pada sistem 2,3, dan 4 katrol terjadi perbedaan nilai keuntungan mekanik secara teori.



Pengamatan percepatan gerak benda pada rangkaian katrol digunakan 2 jenis katrol, yaitu sistem 2 katrol dan sistem 3 katrol dan menggunakan 2 jenis benda yang memiliki massa 0,1 kg dan 0,05 kg. Untuk sistem 2 katrol, yaitu dengan memvariasikan panjang lintasan tali sebanyak 3 kali diperoleh jarak tempuh untuk benda 1 adalah 0,35 m, 0,43 m, dan 0,48 m, sedangkan untuk benda 2 diperoleh panjang lintasan sebesar 0,32 m, 0,35 m, dan 0,38 m. Sementara pada sistem 3 katrol untuk benda 1 diperoleh panjang lintasan 0,22 m, 0,36 m, dan 0,35 m, sedangkan pada benda 2 diperoleh sebesar 0,34 m, 0,37 m, dan 0,4 m. Hasil analisis yang diperoleh percepatan gerak secara teori diperoleh sebesar 0,32667 m/s2. Sementara percepatan gerak secara praktek untuk sistem 2 katrol pada benda 1 yaitu secara berturut-turut 1,709 m/s2, 2,237 m/s2, dan 3,690 m/s2, sedangkan pada benda 2 diperoleh 1,5625 m/s2, 1,821 m/s2, dan 2,921 m/s2. Sementara untuk sistem 3 katrol pada benda 1 diperoleh percepatan sebesar 1,182 m/s 2, 1,653



73



m/s2, dan 1,470 m/s2, sedangkan pada benda 2 diperoleh percepatan sebesar 1,827 m/s2, 1,699 m/s2, dan 1,680 m/s2. Dari data tersebut dapat dinyatakan bahwa percepatan gerak secara teori berbeda dengan percepatan gerak secara praktek baik pada benda 1 maupun benda 2, hal ini terjadi karena pada percepatan secara teori hanya meninjau massa kedua benda tersebut, sedangkan percepatan gerak secara paktek meninjau panjang lintasan dan waktu tempuh dari kedua benda tersebut sehingga percepatan secara teori dan praktek mengalami perbedaan. Sementara percepatan pada benda 1 memiliki perbedaan pada benda 2, hal ini dipengaruhi oleh resultan gaya pada benda 1 yang bergerak keatas, maka percepatan yang diperoleh pada benda 1 lebih besar dari pada benda 2. Berdasarkan grafik yang diperoleh dapat dinyatakan bahwa hubungan antara jumlah katrol dengan keuntungan mekanik yaitu berbanding lurus, dimana semakin banyak jumlah katrol yang digunakan maka semakin besar pula keuntungan mekanik yang diperoleh. Sedangkan hubungan antara percepatan dengan panjang lintasan pada benda 1 dan benda 2 yaitu berbanding lurus, dimana semakin panjang lintasan benda tersebut maka percepatan yang diperoleh juga akan semakin meningkat.



74



E. Kesimpulan dan Saran 1. Kesimpulan Kesimpulan pada percobaan dinamika sistem katrol yaitu sebagai berikut. a. Keuntungan mekanik yang diperoleh dengan menggunakan sistem 1 sampai 4 katrol yaitu 1, 1,25, 1,67, dan 2,5. b. Perbedaaan percepatan dua buah benda yang bergerak pada sistem 2 dan 3 katrol yaitu percepatan yang bergerak pada rangkaian 2 katrol lebih besar daripada pecepatan benda pada rangkaian 3 katrol. c. Hubungan antara keuntungan mekanik dengan jumlah katrol yaitu semakin banyak jumlah katrol yang digunakan maka keuntungan mekanik yang diperoleh juga semakin besar. Sedangkan hubungan antara percepatan dengan panjang lintasan benda yaitu semakin besar



75



panjang lintasan suatu benda maka percepatan yang diperoleh akan semakin besar. 2. Saran Saran yang dapat diajukan untuk percobaan dinamika sistem katrol yaitu sebagai berikut. a. Untuk laboratorium agar menjaga kebersihan laboratorium dan menambah alat-alat praktikum. b. Untuk asisten agar menjelaskan secara jelas mengenai materi percobaan yang dilakukan. c. Untuk praktikan agar lebih serius dalam melakukan praktikum. DAFTAR PUSTAKA



Halliday, D Resick, dkk.. 2010. Fisika Dasar Edisi 7 Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Juanaidi, Ahmad dan Mardiana. 2015. Rancangan Bangun Miniatur Mekanisme Mengangkat Jaring pada Bagan Apung. Jurnal Austenik. 1(7). ISSN 20851286. Sartika, Septi Budi. 2011. Pengembagan Perangkat Pembelajaran Fisika Berorientasi Model Pembelajaran Pemaknaan untuk Meningkatkan Hasil Pembelajaran Belajar Siswa. Pedagogia. 1(1). Yulianawati, Dewi, dkk.. 2015. Metode Sederhana Menentukan Percepatan Gravitasi Bumi Menggunakan Aplikasi Tracker pada Kerak Parabola Sebagai Media dalam Pembelajaran Fisika SMA. Prosiding Simposium Nasional Inovasi dan Pembelajaran Sains. ISBN 978-602-1955-8-0.



76