Laporan Koefisien Gesek Bahan [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR PENENTUAN KOEFISIEN GESEK BAHAN



LABORATORIUM FISIKA DASAR JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2013



BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Adanya suatu gaya menyebabkan perubahan gerak pada suatu benda. perubahan gerak tersebut menyebabkan benda berpindah tempat. Untuk berpindah tempat benda melakukan suatu interaksi berupa persinggungan terhadap suatu media atau benda lain. Hal inilah yang biasa disebut dengan gaya gesek benda. besar gaya gesek tergantung pada kedua permukaan benda yang bersentuhan. Ketika sebuah benda bergerak sepanjang permukaan yang kasar, maka hal ini akan mempersulit gerak benda tersebut. Sebaliknya jika benda itu bergerakk sepanjang permukaan yang licin, maka akan sangta mudah bagi benda itu untuk meluncur. Praktikum koefisien gesek bahan ini dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah alat berupa satu set bidang miring. Yaitu dengan meletakkan suatu benda atau bahan pada ujung bidang miring yang sebelumnya sudah ditentukan kemiringan sudutnya. Kemudian benda dengan massa tertentu tersebut diluncurkan sampai pada titik yang telah ditentukan dan diukur waktu tempuhnya dengan stopwatch. Praktikum koefisien gesek bahan ini dapat digunakan untuk menentukan koefisien gesek pada suatu benda baik statis maupun kinetis. Adanya koefisien gesek pada suatu benda ini sangat berguna untuk menunjang kehidupan manusia. Terutama untuk memudahkan pekerjaan mereka. Misalnya saja untuk menurunkan barang-barang yang berat dari suatu ketinggian tertentu,



mereka



dapat



menggunakan



prinsip



bidang



miring



untuk



memudahkannya sehingga mereka tidak harus membawa beban yang berat. Selain itu pada permainan anak-anak berupa papan luncur, papan tersebut dibuat licin agar gaya gesekan anak terhadap papan dapat diperkecil dan memudahkan dalam bermain.



Sampai saat ini banyak yang telah mengabaikan gesekan. Tetapi hal ini harus diperhitungkan pada situasi-situasi tertentu. Karena dengan mempelajarinya



secara benar akan mempermudah manusia dalam kegiatan sehari-hari maupun dalam penelitian seperti penemuan pesawat sederhana dan lain sebagainya.



1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah yang digunakan dalam penentuan koefisien gesek bahan ini adalah: 1. Bagaimana menentukan gaya gesek kinetis berdasarkan percobaan? 2. Bagaimana pengaruh beban dan kemiringan sudut terhadap koefisien gesek benda? 3. Bagaimana pengaruh koefisien gesek pada benda terhadap kecepatan?



1.3 Tujuan Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam praktikum koefisien gesek bahan ini adalah sebagai berikut: 1. Dapat menentukan gaya gesek kinetis berdasarkan percobaan. 2.Mengetahui pengaruh beban dan kemiringan sudut terhadap koefisien gesek benda. 3. Mengetahui pengaruh koefisien gesek pada benda terhadap kecepatan.



1.4 Manfaat Adapun manfaat dilakukannya praktikum koefisien gesek bahan ini adalah untuk mempermudah kegiatan manusia. Misalnya saja seperti memindahkan suatu beban dari ketinggian tertentu dengan menggunakan prnsip bidang miring. Pembuatan mainan papan lncur anak-anak yang dibuat licin untuk memudahkan anak meluncur. Pengereman suatu kendaraan yang menyebabkan gesekan antara ban dan permukaan menyebabkan kendaraan berhenti dan lain sebagainya.



BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA



Ditinjau dari segi pergerakan benda terhadap permukaan, gaya gesekan dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu gesekan statis dan gesekan kinetis. Ketika suatu benda diam atau meluncur pada suatu permukaan kita dapat menyatakan gaya kontak yang diberikan oleh permukaan pada benda tersebut dalam komponenkomponen gaya yang tegak lurus dan sejajar dengan permukaan tersebut. Komponen vektor yang tegak lurus sebagai gaya normal dilambangkan oleh 𝜇̅ . Komponen tersebut yang sejajar dengan permukaan benda adalah gaya gesekan yang dilambangkan oleh (f) (Zemansky, 2002). Gaya gesek merupakan suatu akibat dari dua buah benda yang saling bersinggungan saat melakukan suatu gaya. Gaya gesekan antara dua buah benda yang dalam keadaan diam disebut dengan gaya gesek statis benda. sedangkan gaya gesekan antara dua buah benda yang saling bergerak disebut dengan gaya gesek kinetis benda (Sutrisno, 1997). Keberadaan gaya gesek (fg) bisa bermakna gaya gesekan statis (fgs) apabila benda belum bergerak dan bermakna gaya gesek kinetis(fgk) jika benda sudah bergerak. Tingkat kekasaran lantai memengaruhi nilai koefisien gesekan statis benda (𝜇s)dan koefisien gesek kinetis benda (𝜇k). Sehingga saat gaya normal (N), maka dipenuhi fgs = 𝜇s . N dan fgk = 𝜇k . N (Giancoli, 2001). Perbandingan antara besar gaya gesekan statis maksimum dengan besar gaya normal disebut koefisien gesekan statis antar kedua permukaan tersebut. Jika fs menyatakan besar gaya gesekan statis maka dapat dituliskan: fs≤ µs . N ............................................................................................................2.1 dengan µs adalah koefisien gesekan statis dan N adalah besar gaya normal. Perbandingan antara besar gaya gesekan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gesekan kinetis. Jika fk menyatakan besar gaya kinetik, maka: Fk =µk . N ...........................................................................................................2.2 dengan µk adalah koefisien gesekan kinetis dan N adalah besar gaya normal.



Baik µs maupun µk adalah konstanta tak berdimensi. Dua-duanya merupakan perbandingan (besar) dua buah gaya pasangannya. Untuk pasangan permukaan tertentu, µs > µk (Resnick, 1997). M A



3m B



C 4m



Gambar 2.1Bidang Miring (Sumber: Team Fisika Dasar, 2013) Dari gambar tersebut didapat jika t adalah 5 sekon maka percepatannya adalah: AC=√𝐴𝐵 2 + 𝐵𝐶 2



AC=√32 + 42 AC=√25 AC=5 cm 𝑠



𝑎̅ =𝑡 2 5



=25 𝑚



=0,2 𝑠2 Jadi untuk sampai ke titik C dibutuhkan percepatan sejauh 5cm. Untuk mencari koefisien gesek benda pada permukaan dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu koefisien gesek statik dan koefisien gesek kinetik, menggunakan rumus sebagai berikut: Koefisien gesek statik:



𝜇s = tan 𝜃 .............................................................2.3



Koefisien gesek kinetik:



𝜇k = (cos 𝜃((𝑚1 +1)(1-𝑔)-1))-tan 𝜃 .........................2.4



1



𝑚



2



𝑎



Keterangan:



𝜇k = koefisien gesek kinetik 𝜇s = koefisien gesek statik a = percepatan sistem g = percepatan gravitasi bumi 𝑚1 = massa bahan 𝑚2 =massa beban



Dalam kehidupan sehari-hari gaya gesek statik dan kinetik mempunyai dampak merugikan dan juga menguntungkan. Berikut contoh gaya gesek yang merugikan: a. Gesekan antara bagian-bagian mesin kendaraan, sehingga mesin tersebut panas dan cepat rusak. Untuk mengurangi gesekan tersebut maka mesin diberi oli. b. Gesekan antara udara/angin saat mobil atau pesawat saat bergerak sehingga mengurangi kecepatan. Maka bentuk mobil atau pesawat dibentuk aerodinamis. c. Gesekan antara ban kendaraan dengan permukaan jalan yang mengurangi kelajuannya sehingga permuaan jalan di aspal. Gaya gesek yang menguntungkan diantaranya adalah: a. Prinsip gesekan pada piringan rem sepeda motor dan rem karet dengan peleg roda sepeda sehingga kelajuannya dapat dikurangi. b. Ban motor/mobil dibuat bergerigi dan beralur untuk memperbesar gaya gesek terhadap jalan sehingga mobil tidak selip dan tergelincir saat berjalan. c. Gaya gesek antara tubuh kita dengan benda-benda lain sehingga kita dapat berjalan, memegang benda dan lain-lain.



BAB 3. METODOLOGI PERCOBAAN



3.1 Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum koefisien gesek bahan ini adalah sebagai berikut: 1. Benda dan bahan yang akan ditentukan koefisien geseknya 2. Satu set alat bidang miring sebagai medium peluncuran benda 3. Neraca untuk mengukur massa benda yang akan ditentukan koefisien geseknya 4. Stopwatch untuk menghitung waktu yang diperlukan benda untuk bergerak 5. Mistar untuk mengukur panjang lintasan yang dilalui benda saat meluncur.



3.2 Desain Percoban Adapun desai percobaan dari praktikum koefisien gesek bahan ini adalah sebagai berikut: 1. Desain koefisien gesek statis



M A 3cm



B



C 4cm



Gambar 3.1 koefisien gesek statis (Sumber: Team Fisika Dasar, 2013)



2. Desain koefisien gesek kinetis dengan katrol N



T



T a



fk 𝜃



W1



W2



Gambar 3.2 koefisien gesek kinetis (Sumber: Team Fisika Dasar, 2013).



3.3 Langkah Kerja Adapun langkah kerja pada praktikum koefisien gesek bahan ini adalah sebagai berikut: A. Menentukan koefisien gesek statis 1. Bahan yang akan ditentukan koefisien geseknya ditimbang, lalu dicatat massanya. 2. Bahan diletakkan diatas bidang miring berlandasan kayu dengan kemiringan awal 00. 3. Secara perlahan sudut kemiringan bidang miring diperbesar hingga bahan tepat mulai meluncur turun. 4. Sudut yang dibentuk bidang miring dengan horizontal dihitung. 5. Langkah 2 dan 4 dilakukan hingga 5 data. 6. Diatas bahan ditambahkan beban yang massanya diketahui lalu diulangi langkah 2 sampai dengan 5 untuk 3 kali penambahan beban. 7. Langkah 1 diulangi sampai 6 bahan landasan berbeda. B. Menentukan koeisien gesek kinetis 1. Beban 1 ditimbang dengan menggunakan neraca. 2. Peralatan disusun dengan kemiringan tertentu. 3. Benda 1 diletakkan pada posisi tertentu, dicatat 2 buah titik acuan pada landasan.



4. Diberi beban benda 2. 5. Waktu yang diperlukan oleh benda 1 dicatat. 6. Beban benda 2 ditimbang dan dicatat massanya. 7. Langkah 1 sampai 6 diulangi untuk beban yang berbeda. 8. Langkah 1 sampai 7 diulangi untuk sudut kemiringan yang berbeda. 9. Untuk langkah 1 sampai 8 diulangi untuk beban landasan yang berbeda.



3.3 Analisis Data Berikut merupakan analisis data gaya gesek dalam praktikum: a. Koefisien gesek statik (µs) 1



∆m = 2nst



Ralat :



1



∆𝜃 = 2nst Persamaan koefisien gesek statik: 𝜇s = tan 𝜃 𝜕𝜇s



Ralat: ∆ 𝜇s = 𝜕𝜃 |∆𝜃| = sec2𝜃 |∆𝜃| b. Koefisien gesek kinetik 𝜇k 1



Ralat untuk m: ∆𝑚 = 2 𝑛𝑠𝑡 1



Ralat untuk t: ∆𝑡 = 2 𝑛𝑠𝑡 1



Ralat untuk 𝜃 = 2 𝑛𝑠𝑡 𝛿𝛼



𝛿𝛼



Ralat untuk 𝛼: ∆𝛼 = | 𝛿𝑠 | |∆𝑠| + | 𝛿𝑡 | |∆𝑡| Persamaan koefisien 1



𝑚



𝑎



𝜇k = (cos 𝜃((𝑚2 +1)(1-𝑔)-1)-tan 𝜃 1



Persamaan ralat koefisien gesek kinetis 𝛿𝜇k



𝛿𝜇k



∆ 𝜇k=| 𝛿𝜃 | |∆𝜃|+| 𝛿𝑚 | |∆𝑚1 |+|



𝛿𝜇k 𝑎



|4 𝜃2



BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Adapun hasil yang diperoleh dari praktikum koefisien gaya gesek benda ini adalah sebagai berikut: a. Menentukan koefisien gesek statis Landasan Kayu No



M (gr)



𝜃0



𝜇s = tan 𝜃



𝜇̅ s



∆𝜇s



1



m1 = 171,5



1.47



1,07



1,056



0,0414



2.45



1



3.47



11,07



4.48



1,11



5.46



1,03



1.38



0,78



0,854



0,0635



2.39



0,80



3.42



0,90



4.43



0,93



5.41



0,86



1.33



0,64



0,71



0,109



2.37



0,75



3.36



0,72



4.38



0,78



5.42



0,90



2



3



m2 = 221,5



m3 = 271,5



Tabel 4.1 Menentukan koefisien gesek statis pada landasan kayu I (%)



K (%)



AP



3,9



96,1



2,40



7,4



92,6



2,130



15,3



84,7



1,815



Landasan Kaca No



Massa (gr)



𝜃0



𝜇s = tan 𝜃



𝜇̅ s



∆𝜇s



1



171,5



1.24



0,44



0,396



0,058



2.17



0,30



3.21



0,38



4.23



0,42



5.24



0,44



1.23



0,42



0,47



0,04



2.28



0,53



3.26



0,48



4.25



0,46



5.25



0,46



1.29



0,55



0,508



0,030



2.26



0,48



3.28



0,53



4.27



0,50



5.26



0,48



2



3



221,5



271,5



Tabel 4.2 Menentukan koefisien gesek statis pada landasan kaca



I (%)



K (%)



AP



14,6



85,4



1,83



8,5



91,5



2,070



5,9



94,1



2,2229



b. Menentukan koefisien gesek kinetis Landasan Kayu 𝑚



𝜃0



massa (gr) t (s)



a (𝑠 2 )



𝜇k



𝜇̅ k



∆𝜇k



45



m1= 10



0,88



103,3



-28,99



-21,81



10,1



m2 = 20



1,31



46,6



-14,64



60



m3 = 30



1,47



37,02



m1= 10



1,07



69,87



-18,961



m2 = 20



1,25



51,2



-17,48



m3 = 30



1,41



40,23



I (%)



K (%)



AP



-46,3



146,3



0,67



-5,7



105,7



-0,244



-18,22



1,042



Landasan Kaca 𝜃0



45



60



𝑚



massa (gr) t (s)



a (𝑠 2 )



𝜇k



𝜇̅ k



∆𝜇k



m1= 10



1,03



75,4



-20,62



-14,26



24,3



m2 = 20



0,90



98,76



-38,32



m3 = 30



0,88



103,3



m1= 10



0,89



100,99 -28,27



-30,57



19,12



m2 = 20



0,78



131,49 -49,56



m3 = 30



0,67



170,2



I (%)



K (%)



AP



-173



273



1,23



-62,5



162,5



0,8



4.2 Pembahasan Berdasarkan percobaan koefisien gesek benda pada permukaan datar telah diperoleh hasil beserta perhitungannya di tabel hasil. Hasil perhitungan diketahui bahwa sudut bidang miring mempengaruhi gaya gesek pada benda. semakin besar sudutnya maka akan semakin besar pula koefisien geseknya. Dalam percobaan ini digunakan berat bahan yang berbeda-beda. Pengaruh berat benda terhadap koefisien geseknya berdampak pada kecepatan benda pada saat tepat akan bergerak. Berdasarkan hasil diketahui bahwa benda yang memiliki beban lebih berat akan lebih cepat tepat akan bergerak dibanding benda yang beratnya lebih kecil. Sehingga sudut yang dibentuk lebih kecil ketika bidang miring dimiringkan sampai benda yang berada dipermukaan tepat akan bergerak. Hal ini terjadi pada koefisien gesek statis, koefisien gesek statis tidak memerlukan waktu dan percepatan bendanya untuk mengetahui koefisien geseknya. Percepatan gaya gesek kinetik terhadap benda berbeda dengan koefisien gaya gesek statis. Dalam percobaan ini untuk menentukan koefisien gesek kinetisnya diperlukan waktu untuk mengukur benda pada saat bergerak ke titik tertentu. Sehingga pada gaya gesek kinetik akan diketahui percepatan terhadap waktu. Sedangkan pada gaya gesek kinetis tidak. Pengaruh koefisien gesek terhadap benda mempengaruhi kecepatan benda. apabila tidak terdapat koefisien gesek atau koefisien geseknya 0, maka benda akan meluncur dengan cepat. Biasanya hal ini terjadi apabila benda meluncur pada permukaan yang licin sekali. Koefisien gesek pada penerapannya adalah ketika kita sedang berjalan di permukaan tanah. Apabila tidak terdapat gesekan antara permukaan tanah dengan kaki, maka kita akan terpeleset. Peristiwa dalam kehidupan sehari-hari seperti pada saat berjalan dapat juga terjadi pada benda yang diluncurkan pada permukaan kasar dan permukaan licin. Diketahui dari hasil pengamatan bahwa benda bergerak di atas permukaan licinlebih cepat dibandingkan pada permukaan kasar. Hal ini terjadi karena koefisien gesekan pada permukaan licin lebih kecil sehingga benda cepat bergerak dan koefisien gesek pada permukaan kasar lebih besar sebagai akibat



persinggungan benda dengan permukaan tersebut sehingga benda bergerak lambat.



BAB 5. PENUTUP



5.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari praktikum koefisien gaya gesek pada benda ini adalah: 1. Gaya gesek merupakan suatu akibat dari dua buah benda yang saling bersinggungan saat melakukan suatu gaya. 2. Gaya gesek statis adalah gaya gesekan antara dua buah benda yang dalam keadaan diam. 3. Gaya gesek kinetis adalah gaya gesekan antara dua buah benda yang saling bergerak. 4. Apabila tidak terdapat koefisien gesek atau koefisien geseknya 0, maka benda akan meluncur dengan cepat. 5. Semakin besar sudutnya maka akan semakin besar pula koefisien geseknya. 6. Benda yang memiliki beban lebih berat akan lebih cepat bergerak dibandingkan benda yang beratnya lebih kecil, sehingga sudut yang dibentuk lebih kecil ketika bidang miring dimiringkan.



5.2 Saran Saat melakukan praktikum di laboratorium, sebaiknya praktikan terlebih dahulu mengecek semua peralatan yang akan digunakan apakah masih bisa dipakai atau perlu diganti. Hal ini agar proses percobaan dapat berjalan tanpa kendala sehingga dapat diperoleh hasil yang maksimum dari praktikum yang telah dilakukan. Selain itu praktikan juga harus menguasai materi yang akan dipraktikkan agar lebih mudah dan cepat dalam melakukan percobaan.



DAFTAR PUSTAKA



Giancoli, D.C. 2001. Fisika Jilid 1 Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga. Resnick, Halliday. 1997. Fisika. Jakarta: Erlangga. Sutrisno. 1997. Fisika Dasar. Bandung: ITB. Tim Fisika Dasar. 2013. Modul Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Jember: Universitas Jember. Zemansky, Sears. 1998. Fisika Universitas. Jakarta: Bina Rupa Aksara.