Eneng Sumiati Jurnal PSL Gerak Melingkar [PDF]

Citation preview

IOP Publishing Journal XX (XXXX) XXXXXX



Journal Title https://doi.org/XXXX/XXXX



Menganalisi Pengaruh Jari-Jari Dan Kecepatan Sudut Pada Praktikum Gerak Melingkar Eneng Sumiati 1 program Studi Pendidikan Fisika , Jurusan Pendidikan MIPA, Fakultas Tarbiyah dan Keguruan Uin Sunan Gunung Djati Bandung Jl. A. H. Nasution 105 Bandung, Indonesia, 40614 E-mail: [email protected]



Abstract Kami melakukan praktikum tentang gerakan melingkar menggunakan model praktikum problem solving laboratory (psl). Gerak melingkar adalah gerakan yang memiliki pusat kelengkungan dengan radius kelengkungan tetap. suatu kegiatan untuk mengukur kecepatan bola berputar dalam gerakan melingkar dengan mengukur sudut miring bola bekel yang diputar dengan benang. Dalam praktikum ini kami melakukan dua jenis eksperimen dengan menetapkan periode yang sama dan pengaturan radius yang sama, dalam satu percobaan melakukan sepuluh pengamatan Keywords: gerak melingkar tidak teratur pada bola bekel



I.



dengan kecepatan maksimal sehingga dia berada di ambang tergelincir. Asumsi ini memungkinkan kita untuk mengekspresikan gaya gesekan statis antara roda sepeda dan jalan dengan fs = μs N dan menurut hukum kedua Newton, kita dapat menuliskan persamaan berikut: Gerakan melingkar adalah gerakan di mana kurva memiliki pusat kelengkungan dengan radius kelengkungan tetap. Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat dan melakukan gerakan melingkar, antara lain: Revolusi bumi, revolusi bulan, memutar jarum jam, memutar roda kendaraan, memutar bilah kipas, dll (Supriadi, Bambang, 2018) Gerakan melingkar adalah gerakan yang biasanya berbentuk lingkaran. Sedangkan gerakan melingkar adalah gerakan suatu benda yang menempuh jalur melingkar dengan kecepatan tetap. Benda bergerak melingkar biasa dipengaruhi oleh besarnya, yaitu gaya pusat. Gaya sentral ini disebut gaya sentripetalgerak melingkar adalah gerak suatu benda yang membentuk lintasan berupa lingkaran mengelilingi suatu titik tetap. Agar suatu benda dapat bergerak melingkar ia membutuhkan adanya gaya yang selalu membelokkannya menuju pusat lintasan lingkaran. Gaya ini dinamakan gaya sentripetal. Suatu gerak melingkar beraturan dapat dikatakan sebagai suatu gerak dipercepat beraturan, mengingat perlu adanya suatu percepatan yang besarnya tetap dengan arah yang berubah, yang selalu mengubah arah gerak benda agar menempuh lintasan berbentuk lingkaran (Giancoli, 2001). gerak melingkar merupakan contoh sederhana lain dari suatu tempat di mana peletakan suatu kerangka acuan



pendahuluan



Dalam kurikulum standar, bab studi tentang gerakan melingkar tidak termasuk kegiatan di mana siswa itu sendiri berpartisipasi dalam gerakan melingkar dan pengalaman pribadi kekuatan bertindak Sepeda adalah sarana yang sederhana dan tersedia untuk sebagian besar siswa; oleh karena itu, mereka dapat digunakan untuk mendemonstrasikan prinsip-prinsip fisik dan terutama mekanika. Saat mengendarai lingkaran, pengendara harus memiringkan tubuh mereka ke dalam ke arah lingkaran. Seperti yang akan kita lihat nanti, sudut ramping ini tergantung pada kecepatan sepeda dan jari-jari rotasi. Ide utama dari kegiatan yang disarankan adalah memotret pengendara menggunakan kamera digital dan dengan bantuan foto, hitung kecepatan sepeda menggunakan hukum fisika ( Ismail,Nik , 2014). Mengenai gerakan melingkar dari sepeda dan pengendara adalah mungkin untuk menentukan dua situasi kehilangan kontrol pengendara. Yang pertama adalah hilangnya kontrol yang disebabkan oleh tergelincir di luar kurva, dan itu ditentukan oleh gaya gesekan. Kerugian kedua merupakan hilangnya kontrol dengan memutar lebih dari itu disebabkan oleh fakta bahwa sistem sepeda + pengendara bukanlah tubuh inti. Terutama kita akan berurusan dengan hilangnya kontrol yang disebabkan oleh tergelincir (Abyn, H.,Maimun, A., Jaswar, Islam, M. R., Magee,, 2012). Untuk menganalisa gerakan, seseorang harus membuat sketsa gaya-gaya akting pada sepeda. Demikian pula, kita akan mengasumsikan bahwa pengendara bergerak xxxx-xxxx/xx/xxxxxx



1



© xxxx IOP Publishing Ltd



Journal XX (XXXX) XXXXXX



Author et al



padanya akan menyebabkan kerangka acuan menjadi noninersia, walapun gerak melingkar yang dimaksud memiliki kecepatan putar tetap (gerak melingkar beraturan). Ada banyak contoh tentang gerak melingkar, misalnya gerak rotasi. Kecepatan putaran tetap adalah kecepatan linier yang diubah selalu arahnya setiap saat (dipercepat) dengan teratur, jadi pada dasarnya adalah suatu gerak berubah beraturan. Dalam gerak melingkar baik yang vertikal, horisontal maupun di antaranya, terdapat perbedaan pengamatan antara pengamat yang diam di atas tanah p2 dengan pengamat yang bergerak bersama obyek o yang diamati p1, pengamat p2 dengan jelas melihat adanya gaya tarik menuju pusat yang selalu merubah arah gerak obyek sehingga bergerak melingkar (tanpa adanya gaya ini obyek akan terlempar keluar, hukum inersia newton), akan tetapi p1 tidak menyadari hal ini. P1 tidak mengerti mengapa ia tidak jatuh (meluncur) padahal ia membuat sudut a dengan arah vertikal. Dalam kasus ini timbul gaya fiktif yang seakan-akan menahan pengamat p1 sehingga tidak jatuh (Hibbeler, 1998). gerak melingkar dapat dibedakan menjadi dua jenis, atas keseragaman kecepatan sudutnya,yaitu: gerak melingkar Beraturan, dan gerak melingkar berubah beraturan. Tetapi disini saya hanya membahas gerak melingkar beraturan saja. Gerak melingkar beraturan (gmb) adalah gerak melingkar dengan besar kecepatan sudut tetap. Besar kecepatan sudut diperolah dengan membagi kecepatan tangensial dengan jari-jari lintasan.



Rangkumannya, benda yang bergerak membentuk suatu lingkaran dengan radius r danlaju konstan v mempunyai percepatan yang arahnya menuju pusat lingkaran ( gaya sentripetal )dan besarnya



Sehingga percepatan ini bergantung pada v dan r. Untuk laju v yang lebih besar, semakin cepat pula kecepatan berubah arah, dan semakin besar radius, makin lambat kecepatan berubah arah. Vektor menuju kearah pusat lingkaran Tetapi vektor kecepatan selalu menuju kearah gerak, yang tangensial terhadap lingkaran. Dengan demikian vektor kecepatan dan percepatan tegak lurus satu sama lain pada setiap titik dijalurnya untuk gerak melingkar beraturan. Gerak melingkar sering dideskripsikan dalam frekuensif sebagai jumlah putaran per sekon.periode t dari sebuah benda yang berputar membentuk lingkaran adalah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu putaran. dihubungkan dengan



II. Landasan Teori gerak melingkar Teori gaya sentripetal adalah gaya sentripetal adalah gaya yang dapat membuat benda untuk bergerak melingkar. Gaya ini bukan merupakan gaya fisis, atau gaya dalam arti sebenarnya, melainkan hanya suatu penamaan atau penggolongan jenis-jenis gaya yang berfungsi membuat benda bergerak melingkar bermacammacam gaya fisis dapat digunakan sebagai gaya sentripetal, antara lain gaya gravitasi, elektrostatik, tegangan tali, gesekan dan lainnya. istilah sentripetal berasal dari kata bahasa latin, yaitu centrum ("pusat") dan petere ("menuju arah"), yang berarti menuju arah pusat lingkaran. Sebuah benda yang bergerak membentuk suatu lingkaran dengan laju konstan v dikatakan mengalami gerak melingkar beraturan. Besar kecapatan dalam hal ini tetap konstan, tetapi arahkecepatan terus berubah sementara benda bergerak dalam lingkaran (Inglis, R., and Price, W.G, 2015)



Sebagai contoh, jika sebuah benda berputar dengan frekuensi 3 putaran / sekon, satuputaran memerlukan waktu 1/3 sekon. Untuk benda yang berputar membentuk lingkaran denganlaju konstan v, dapat kita tuliskan



Karena dalam satu putaran, benda itu menempuh satu keliling (=2πr) menurut hukum newton kedua, sebuah benda yang mengalami percepatan harus memiliki gaya total yang bekerja padanya. Benda yang membentuk lingkaran, harus mempunyai gaya yang diberikan padanya untuk mempertahankan geraknya dalam lingkaran itu. Dengan demikian dibutuhkan gaya total untuk memberinya percepatan sentripetal. Besar gaya yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan hukum newton kedua untuk komponen radial, σfr=ma r, dimana ar adalah percepatan



2



Journal XX (XXXX) XXXXXX



Author et al



sentripetal, ar= v²/r, dan σ fr adalah gaya total atau netto dalam arah radial



6.



Catat data hasil yang di dapatkan dari percobaan tersebut (setiap percobaan dilakukan pengulangan sampai 10 kali) 7. Ulangi langkah dari nomor 3 sampai 3 kali tetapi beban m berbeda-beda. (misalnya 30 gram, 50 gram, dan 70 gram) 8. Catatlah data pada tabel a. 9. Untuk tabel b, ulangi dari langkah nomor 3 sampai 8 dengan panjang benang yang bervariasi untuk variabel jari-jari yang berbeda. (misalnya 30 cm, 40 cm, dan 50 cm). 10. Catatlah semua data yang di diapatkan pada tabel percobaan



Karena ar diarahkan menuju pusat lingkaran pada setiap waktu, gaya total juga harus diarahkan kepusat lingkaran. Gaya total diperlukan, karena jika tidak ada yang diberikan, benda tersebut tidak akan bergerak membentuk lingkaran melainkan bergerak pada garis lurus. Arah gaya total dengan demikian terus berubah, sehingga selalu diarahkan kepusat lingkaran. Gaya ini sering disebut“gaya sentripetal“ yaitu gaya yang menuju kepusat. Gaya sentripetal adalah gaya yang tidak mengindikasikan suatu jenis gaya yang baru ada kesalah pahaman bahwa benda yang bergerak melingkar mempunyai gaya keluar yang bekerja padanya, yang disebut “gaya sentrifugal” (Syafi’i, Muhammad, 2016).



IV. Hasil dan pembahasan Pada praktikum kali ini adalah gerak melingkar beraturan. Dalam percobaan ini kita menggunakan model praktikum problem solving laboratory (psl), adapun tujuan dari praktikum ini adalah dapat memahami gerak melingkar pada kehidupan sehari-hari. Pada praktikum gerak melingkar ini kami menggunakan bola bekel dengan massa yang berbeda-beda dan dengan menggunakan benang yang panjangnya berbeda juga. Pada praktikum percobaan pertama kami menggunakan massa yang sama dan jari-jari / panjang benang yang berbeda-beda. Pertama kami melakukan percobaan dengan massa bekel 32,7 gram dan jari-jari 25 × 10−2, yang kedua dengan massa 32,7 dan jari-jari 35 × 10−2, dan yang ketiga dengan massa 32,7 gram dan jari-jari 45 × 10−2 . Pada masing-masing massa dan jari-jari dilakukan sepuluh kali pengamatan. Pada praktikum percobaan kedua kami menggunakan jari-jari yang sama dan massa yang berbeda beda . percobaan pertama menggunakan massa 4,94 dan jari-jari 30 × 10−2 , percobaan kedua menggunakan massa 22,94 dan jari-jari 30 × 10−2 , percobaan ketiga menggunakan massa 33,7 g jari-jari 30 × 10−2 . Ketika sebuah benda bergerak membentuk suatu lingkaran dengan laju tetap maka benda tersebut dikatakan melakukan gerak melingkar beraturan. Seperti yang tampak pada gambar dibawah ini



III. Metode Eksperiment Pada pelaksanaan praktikum gerak melingkar beraturan ini kami menggunakan model praktikum problem solving laboratory (psl) . Adapun alat bahan dan prosedur kerja pada percobaan ini diantaranya Alat dan bahan No



Alat dan bahan



Jumlah



1



Penggaris



1 Buah



2



Stopwatch



1 Buah



3



Necara



1 Buah



4



pipa/batang



1 Buah



5



Beban karet



3 Buah



6



Benang



secukupnya



Adapun Langkah-langkah percobaan 1. Persiapkan alat dan bahan yang akan di gunakan. 2. Timbang beban menggunakan neraca sebelum melakukan praktikum 3. Ikat beban pada tali dengan panjang jari-jari sama (misalnya 30 cm) yaitu dengan mengukur panjang benang dari beban menuju pipa bagian atas. 4. Putar beban m (pipa di pegang) hingga beban mencapai laju tetap (GMB). 5. Hitunglah waktu t yang dibutuhkan untuk 10 putaran.



3



Journal XX (XXXX) XXXXXX



Author et al



Karena pada data hasil percobaan kami hanya mendapatkan data jumlah perputaran (n) jari-jari ( r ) dan waktu (t) Sedangkan yang akan kita cari yaitu besar 𝜔. Tentu saja sebelum cari 𝜔, maka terlebih dahulu kita cari nilai T terlebih dahulu, rumus T antara lain : (Purwanti, 2017) T=



𝑡 𝑛



Dibawah ini adalah table dari hasil perhitungan data Table 1. Perhitungan Pengaruh jari-jari ( massa sama= 3.3 7 g )



Gambar 1 gerak melingkar (m3= 33,7 g)



R



𝝎



R



9.4 10.9 10.3 11.6 10.6 0.25 Gambar 2 gerak melingkar (m2= 22,44 g)



11.6 10.6 10.6 10.3 11.6



R



𝝎



10.2



7.7



7.3



7.2



8.5



7.4



8.8



5.7



8.9 0.35



8.4 0.45



9.1



9.5



7.6



6.9



9.2



8.2



9.4



8.7



9.3



7.8



Pada table diatas dapat dilihat bahwa hasil perhitungan dari gerak melingkar pengaruh dari jariterhadap kecepatan sudut bias dilihat pada table bahwa hasilnya berbanding terbalik. Hasil pengamatan/percobaan sama dengan kenyataan teorinya menyatakan bahwa jari-jari dengan sudut putarnya adalah berbanding terbalik (Zappi, P., Farella, E., and Benini, L, 2010) Ketika pada saat kita praktikum menggunakan jarijari 25× 10−2 maka kecepatan sudut yang dihasilkan lebih besar dibandingkan pada saat praktikum kita menggunakan jari-jarinya lebih besar yaitu dengan menggunakan jari-jari 35× 10−2 maka kecepatan sudut yang dihasilkannyapun lebih kecil dan lebih kecil lagi jika dibandingkan dengan jari-jari yang dipakai lebih besar lagi yaitu 45 × 10−2 . Jadi dapat disimpulkan bahwa dari tabekl hasil perhitungan diatas hasilnya bahwa 𝜔1 > 𝜔2 dan 𝜔2 > 𝜔3 .



Gambar 3 gerak melingkar (m1 = 4,94 g) Seperti pada gambar diatas dapat dilihat bahwa arah putaran benda searah dengan putaran jarum jam. Pada gerak melingkar beraturan besar kecepatan linear tetap, karena besar kecepatan pada sudut tetap. Oleh karena itu pada gerak melingkar beraturan kecepatan sudutnya tetap, maka perubahan kecepatan sudut atau percepatan sudut nol. Pada tabel perhitungan dibawah ini kita menggunakan rumus 𝜔=



𝝎



2𝜋 𝑇



4



Journal XX (XXXX) XXXXXX



Author et al



Dapat dilihat pada grafik dibawah ini bahwa hubungan jari-jari dengan kecepatan sudut



Pada table ke-2 diatas dapat dilihat pada pelaksanaan praktikum ini kita memakai jari-jari yang sama dan massa yang berbeda pada pertama kita menggunakan jari-jari 30 × 10−2 dan massa 4,94 g percobaan kedua menggunakan jari-jari 30× 10−2 dan massa 22,44 g dan percobaan ketiga menggunakan jari-jari 30× 10−2 dan massa 33,7 g. Dari data tabel perhitungan diatas dapat dilihat bahwa pada percobaan pertama semakin besar massa maka nila kecepatan sudut yang didapatkan nilainya menjadi besar dan sedangkan pada percobaan kedua dan ketiga kita menggunakan massa yang lebih kecil dari pada percobaan pertama, maka kecepatan sudut yang dihasilkan pada percobaan ke dua dank ke tiga kecepatan sudutnya semakin kecil.



pengaruh jari jari terhadap kecepatan sudut r



kecepatan sudut



10.75 8.83



7.7



0.45



0.35



0.45



0.35



0.25



Sedangkan teori menyatakan bahwa Apabila massa semakin besar maka kecepatan sudut semakin besar dan gaya sentripetalnyapun semakin besar ,jadi dapat disimpulkan dari data praktikum hubungan masa dengan jari-jari bahwa hasilnya praktikum tidak sesuai dengan teori (Cho, SK, (2012).



0.25



Grafik 1 pengaruh jari jari terhadap kecepatan sudut Data yang dipakai pada grafik ini yaitu hasil ratarata dari hasil perhitung table 1 yang tertulis diatas. Pada Perhitungan Pengaruh jari-jari dengan menggunakan ( massa yang sama= 3.3 7 g ).Dari pengaruhjari-jari terhadap kecepatan



Faktor ini dapat disebabkan oleh beberapa factor diantaranya. Faktor yang mempengaruhi hasil pengukuran tersebut berupa kesalahan acak, kesalahan titik nol, kesalahan pengukuran panjang benang pada jari-jari dan juga kesalahan ini dapat disebabkan karena pada saat memutarkanbenda dengan benang dengan gerak melingkar dapat disebabkan darigaya yang diberikan oleh manusia tidak selalu tetap.



sudut pada gerafik diatas dapat disimpulkan bahwa berbanding terbalik. Ketika jari jari 0,45 maka kecepatan sudut yang dihasilkan sebesar 7,7 , Ketika jari jari 0,35 maka kecepatan sudut yang dihasilkan sebesar 8,83, Ketika jari jari 0,25 maka kecepatan sudut yang dihasilkan sebesar 10,7. Dapat disimpulkan bahwa semakin besar nilai jari-jari maka kecepatan sudut yang dihasilkan akan semakin kecil dan sebaliknya jika nilai jari-jari semakin kecil maka akan dihasilkan nilai kecepatan sudut yang besar



Dapat dilihat pada grafik dibawah ini bahwa hubungan jari-jari dengan kecepatan sudut



Table 2. Perhitungan Pengaruh masa yang berbeda r



𝝎 11.6



r



11.9 10.9 10.9 10.6 10.6 10.0 10.8 10.3



r



9.4



12.6



0.30



𝝎



r



𝝎



kecepatan sudut



10.8



9.3



7.3



7.9



8.4



7.9



10.1



9.3 0.30



pengaruh massa terhadap kecepatan sudut



11.02 9.4



9.4



0.3



0.30 9.1



10.2



9.9



9.1



9.8



10.1



9.7



9.5



9.7



9.1



9.2



0.3



0.3 0.3



0.3 0.3



Grafik 2 pengaruh massa terhadap kecepatan sudut



Pada grafik diatas adalah hasil perhitungan rata-rata yang diperoleh dari table 2 diatas. Pada pembuatan grafik ini bertujuan untuk dapat menjelaskan dari pengaruh massa terhadap kecepatan sudut. Massa yang digunakan pada



5



Journal XX (XXXX) XXXXXX



Author et al Inglis, R., and Price, W.G. (2015). A Three Dimensional Ship Motion Theory-Comparison between Theoretical. physics, 24-30.



praktikum ini yakni: massa 4,94 massa 22,44 g dan percobaan ketiga menggunakan massa 33,7 g sedangkan jari-jari yang kita gunakannya sama sebesar 0,30. semakin besar massa maka nilai kecepatan sudut yang didapatkan nilainya menjadi besar dan sedangkan pada percobaan kedua dan ketiga kita menggunakan massa yang lebih kecil dari pada percobaan pertama, maka kecepatan sudut yang dihasilkan pada percobaan ke dua dank ke tiga kecepatan sudutnya semakin kecil.



V.



Purwanti, A. (2017, April). methods study aiming at discovering kinematics. Jurnal Pendidikan, Volume 2(4), 5-8. Supriadi, Bambang. ( 2018, December,). Study Of Kynematics And Dynamics In The Traffic Of Rembangan Tourism In The Jember Regency As Learning Resources For Physics Learning In The Senior High School. Pancaran Pendidikan FKIP, Vol. 07(01), 1-10.



Kesimpulan



Adapun kesimpulan dari data hasil praktikum gerak melingkar beraturan yang kami dapatkan sebagai berikut



Syafi’i, Muhammad. (2016, oktober 2). Multimedia interactive, learning physics, Circular Motion Regular. Education , 38.



1. Hasil pengamatan/percobaan sama dengan kenyataan



Zappi, P., Farella, E., and Benini, L. (2010). Tracking Motion Detection and Distance. EEE Sensors Journal, 295-300.



teorinya menyatakan bahwa jari-jari dengan sudut putarnya adalah berbanding terbalik . 2.



Apabila massa semakin besar maka kecepatan sudut semakin besar dan gaya sentripetalnyapun semakin besar



3.



Dari hasil percobaan diatas, hubungan antara kecepatan dengan jari-jari adalah semakin panjang jari-jari maka akan semakin besar kecepatannya karena dipengaruhi oleh panjag lintasan yang semakin panjang.



Ucapan terimakasih Terimakasih kami ucapkan kepada dosen yang telah mengarahkan kami dalam melakukan praktikum gerak melingkar beraturan dengan metode praktikum problem solving laboratory (psl) . sehingga kami lebih mudah memahami materi gerak melingkar beraturan dan mempermudah kami dalam berlangsungnya praktikum ini. Dan tidak lupa juga kami ucapkan terimakasih kepada asleb yang senantiasa membantu dan membimbing kami dalam melakukan pratikum ini. . Daftar Pustaka



Ismail,Nik . ( 2014, December 20). Review On Dynamic Behaviour of Moored Twin Hulls FPSO. Journal Mechanical and Aerospace. Abyn, H.,Maimun, A., Jaswar, Islam, M. R., Magee,. (2012, September.). Effect of Mesh Number on Accuracy of Semi-Submersible Motion Prediction, Proc. of the 6th Asia-Pacific Workshop on Marine Hydrodynamics,. 3-5. Cho, SK. ((2012). A Study on the Motion Behaviour of SidebySide. 1-8. Giancoli, D. C. ( 2001). Physics Fifth Edition. Jakarta: Erlangga. Hibbeler. ( 1998.). Mechanics of Tecnics . Jakarta: Prehalindo.



6