Praktikum Energi Mekanik [PDF]

Citation preview

ENERGI MEKANIK



KP : D Disusun Oleh : 1. Argi Wulan Sari (6132097) 2. Annisa Rizky Aulia Dewi (160214101) FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SURABAYA 2015



Tujuan Percobaan :



1. Memahami konsep gerakan benda dan hukum kekekalan energi 2. Menentukan besar energi yang hilang sepanjang lintasan



Dasar Teori : Energi adalah sebuah kuantitas yang secara tidak langsung diamati. Hal ini sering dipahami sebagai kemampuan suatu energi fisik untuk melakukan pekerjaan pada energi fisik lainnya. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari 1 bentuk energi ke bentuk energi yang lain. Energi alam semesta adalah tetap, sehingga energi yang terlibat dalam suatu proses kimia dan fisika hanya merupakan perpindahan atau perubahan bentuk energi. Berikut adalah contoh perubahan energi :  Energi listrik menjadi energi kalor  Energi potensial dirubah menjadi energi listrik  Energi kimia menjadi energi listrik Pada energi terdapat hukum kekekalan energi. Dimana hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa jika pada sebuah peristiwa hanya melibatkan gaya berat (dalam hal ini tidak ada gaya lain yang bekerja), maka jumlah energi potensial dan energi kinetik sebelum dan sesudah peristiwa adalah tetap (sama). Penjelasan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:  EM = Ep + Ek, atau  EM = m.g.h + 1/2 m.v2 Hukum tersebut biasa digunakan untuk menjelaskan perubahan energi sebuah benda yang bergerak dari ketinggian tertentu menuju permukaan bumi. Sebagai contoh adalah gerak pemain ski yang meluncur di salju dari ketinggian tertentu atau gerak jatuh buah kelapa dari pohonnya. Energi mekanik adalah energi yang dimiliki benda karena sifat geraknya. Energi mekanik terdiri dari energi potensial dan energi kinetik. Pada hukum kekekalan energi mekanik dapat disimpulkan lewat pernyataan “Dalam suatu sistem dinamis yang konservatif, besarnya energi mekanik suatu benda selalu tetap”. Hukum kekekalan energi mekanik dapat dirumuskan sebagai berikut: Emp = Em1 = Em2 Ep0 + Ek0 = Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2 (mgh0 + ½ mv02 = mgh1 + ½ mv12 = mgh2 + ½ mv22)



Rumus hukum kekekalan energi mekanik: EM = EP + EK EM1 = EM2 EP1 + EK1 = EP2 + EK2 (mgh)1 + (½ mv2)1 = (mgh)2 + (½ mv2)2 Keterangan:  EM : Energi Mekanik  EP : Energi Potensial  M : Massa  G : gravitasi  H : Jarak Vertikal (tinggi)  V : Kecepatan Hukum kekekalan energi mekanik pada gerak jatuh bebas suatu contoh sederhananya yaitu ketika sebuah benda melakukan gerak jatuh bebas seperti sebuah batu yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu. Pada analisis mengenai gerak jatuh bebas, hambatan udara diabaikan, sehingga pada batu hanya bekerja gaya berat (gaya berat merupakan gaya gravitasi yang bekerja pada benda, di mana arahnya selalu tegak lurus menuju permukaan bumi). Hukum kekekalan energi mekanik juga berlaku ketika benda melakukan gerakan parabola.Ketika benda hendak bergerak (benda masih diam), Energi Mekanik yang dimiliki benda sama dengan nol. Ketika diberikan kecepatan awal sehingga benda melakukan gerakan parabola, EK bernilai maksimum (kecepatan benda besar) sedangakn EP bernilai minimum (jarak vertikal alias h kecil). Semakin ke atas, kecepatan benda makin berkurang sehingga EK makin kecil, tetapi EP makin besar karena kedudukan benda makin tinggi dari permukaan tanah. Ketika mencapai titik tertinggi, EP bernilai maksimum (h maksimum), sedangkan EK bernilai minimum (hanya ada komponen kecepatan pada arah vertikal).Ketika kembali ke permukaan tanah, EP makin berkurang sedangkan EK makin besar dan EK bernilai maksimum ketika benda menyentuh tanah. Jumlah energi mekanik selama benda bergerak bernilai tetap, hanya selama gerakan terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi potensial (ketika benda bergerak ke atas) dan sebaliknya ketika benda bergerak ke bawah terjadi perubahan energi potensial menjadi energi kinetik. Hukum Kekekalan Energi Mekanik (HKEM) pada bidang lingkaran. Salah satu contoh aplikasi hukum kekekalan energi mekanik pada gerak melingkar adalah gerakan Roller Coaster pada lintasan lingkaran vertical.



Kita menganggap bahwa Roler coaster bergerak hanya dengan bantuan gaya gravitasi, sehingga agar bisa bergerak pada lintasan lingkaran vertikal, roler coaster harus digiring sampai ketinggian h1. Kita mengunakan model ideal, di mana gaya gesekan, baik gesekan udara maupun gesekan pada permukaan lintasan diabaikan. Pada ketinggian titik A, Roller coaster memiliki EP maksimum sedangkan EK-nya nol, karena roller coaster belum bergerak. Ketika tiba di titik B, Roller coaster memiliki laju maksimum, sehingga pada posisi ini EK-nya bernilai maksimum. Karena pada titik B laju Roller coaster maksimum maka ia terus bergerak ke titik C. Benda tidak berhenti pada titik C tetapi sedang bergerak dengan laju tertentu, sehingga pada titik ini Roller coaster masih memiliki sebagian EK. Sebagian Energi Kinetik telah berubah menjadi Energi Potensial karena roller coaster berada pada ketinggian maksimum dari lintasan lingkaran. Roller coaster terus bergerak kembali ke titik C. Pada titik C, semua Energi Kinetik Roller coaster kembali bernilai maksimum, sedangkan EP-nya bernilai nol. Energi Mekanik bernilai tetap sepanjang lintasan karena kita menganggap bahwa tidak ada gaya gesekan, maka Roller coaster akan terus bergerak lagi ke titik C dan seterusnya. Cara kerja dan Alat:  Alat : 



3 buah kelereng yg berbeda massanya Kertas karbon Kertas buram Neraca massa Penggaris Roll meter Media untuk percobaan dengan dua medan yang berbeda yaitu seng dan gabus



Cara kerja : - Menimbang 3 kelereng dengan massa yang berbeda - Mengukur besar sudut pada media yang akan digunakan. Derajat yang digunakan sebesar 45O - Mengubah tinggi patokan untuk melempar ketiga kelereng tersebut dengan ukuran masing-masing yang telah ditentukan - Meletakkan kertas buram pada alas media kemudian ditutup dengan kertas karbon - Melempar masing-masing kelereng dengan ketinggian yang sudah ditentukan - Mengukur bekas pijakan tiap-tiap kelereng pada kertas buram dengan menggunakan penggaris



Analisa data dan pembahasan. a. Analisa data kuantitaf Data hasil penghitungan Ketinggian papan datar terhadap nilai hb = 31 cm Sudut elevasi α = 45° Table hasil pengukuran Lintasan 1 : Besi Bola 1 Massa bola 1 = 18,41 gram No hA Jarak tembak (cm) X1 X2 X3 . (cm) 1. 60 22,5 22,7 23,2 2 65 27,1 27,5 27,5 3 70 34,5 35,8 37 4 75 39 39,1 39,3 5 80 42,5 42,5 44,1 Bola 2 Massa bola 2 = 5,20 gram No hA Jarak tembak (cm) X1 X2 X3 . (cm) 1. 60 24,3 24,6 24.6 2 65 27,2 27,3 28,4 3 70 35,2 35,2 35,4 4 75 40 40,1 40,3 5 80 43 43,5 45,2



Bola 3 Massa bola 3 = 2, 06 gram No hA Jarak tembak (cm) X1 X2 X3 . (cm) 1. 60 24,5 25 25,1 2 65 28,2 28,4 28,5 3 70 34,4 34,5 34,6 4 75 42,1 42,6 42,8 5 80 46,1 46,9 46,9 Lintasan 2 : Gabus Bola 1 Massa bola 1 = 18,41 gram No hA Jarak tembak (cm) X1 X2 X3 . (cm) 1. 60 24 25 25,1 2 65 32 32,9 33,4 3 70 37,8 38,6 39,1 4 75 40,8 42,2 43,1 5 80 49,9 50 50 Bola 2 Massa bola 2 = 5,20 gram No hA Jarak tembak (cm) X1 X2 X3 . (cm) 1. 60 28,1 28,2 28,7 2 65 36,7 37 37,2 3 70 40,8 41,4 42 4 75 46,6 47,3 47,3 5 80 51 51,2 51,7



Bola 3



Massa bola 3 = 2,06 gram No hA Jarak tembak (cm) X X2 X3 . (cm) 1 1. 60 29 29,3 29,5 2 65 34,9 34,9 35,5 3 70 38,4 39,1 40,2 4 75 45,9 46,3 47,1 5 80 49,1 49,4 49,8 Hasil perhitungan : Sudut harus 45° ; anggap nilai g adalah = 9,8 m/s2 Menghitung ∆H= hA-hB Menghitung vB = √Χg Lintasan 1 : Besi Bola 1 ; Massa bola 1 =18,41 gram No. hA Jarak tembak Χ VB X X X (cm) (sb.yn 1 2 3 ) 1 60 22,5 22,7 23,2 22,8 46,79 2 65 27,1 27,5 27,5 27,3 51,2 3 70 34,5 35,8 37 35,7 58,55



∆H( (sb. xn) 29 34 39



Xn2



XnYn



841 1156 1521



661,2 928,2 1392, 3 1720, 4 2108, 4 6810, 5



4



75



39



39,1



39,3



39,1



61,27 44



1936



5



80



42,5



42,5



44,1



43,03



64,28 49



2401



167,9



-



7855



∑



∑ Xn2 ∑Yn -∑Xn ∑XnYn A= N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 = (7855)(167,9) – (195)(6810,5) (5)(7855) – (195)2 = - 7,35 Y = A + Bx = -7,35 + 1,04x



195



B= = =



N ∑XnYn - -∑Xn ∑Yn N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 (5)(6810,5) – (195)(167,9) (5)(7855) – (195)2 1,049



y 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 25



f(x) = 1.05x - 7.18 R² = 0.98



30



35



40



45



Bola 2 ; Massa bola 2 = 5,20 gram No hA Jarak tembak Χ . (cm X1 (sb.yn X2 X3 ) ) 1 60 24,3 24,6 24.6 24,5 2 65 27,2 27,3 28,4 27,6 3 70 35,2 35,2 35,4 35.26 4 75 40 40,1 40,3 40,1 5 80 43 43,5 45,2 43,9 ∑ 171,3 ∑ Xn2 ∑Yn -∑Xn ∑XnYn A= N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 = (7855)(171,3) – (195)(6679) (5)(7855) – (195)2 = -5,74 Y = A + Bx = -5,74 + 1,02x



VB



48,5 51,48 58,19 62,05 64,93 -



B= = =



1,02



∆H( (sb. xn) 29 34 39 44 49 195



50



55



Xn2



XnYn



841 1156 1521 1936 2401 7855



713,4 938,4 1375,1 1764,4 1887,7 6679



N ∑XnYn -∑Xn ∑Yn N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 (5)(6679) – (195)(171,3) (5)(7855) – (195)2



y 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 25



f(x) = 1.03x - 5.74 R² = 0.98



30



35



40



Bola 3 ; Massa bola 3 = 2,06 gram No hA Jarak tembak Χ . (cm X1 (sb.yn X2 X3 ) ) 1 60 24,5 25 25,1 24,8 2 65 28,2 28,4 28,5 28,3 3 70 34,4 34,5 34,6 34,5 4 75 42,1 42,6 42,8 42,5 5



80



46,1 ∑



46,9



46,9



46,6 176,7



∑ Xn2 ∑Yn -∑Xn ∑XnYn A= N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 = (7855)(176,7) – (195)(7180,7) (5)(7855) – (195)2 = -9,74 Y = A + Bx = -9,74 + 1,15x



45



50



55



VB



∆H (sb. xn)



Xn2



XnYn



48,8 52,13 57,5 63,8



29 34 39 44



841 1156 1521 1936



719,2 962,2 1345,5 1870



66,8 -



49 195



2401 7855



2283,4 7180,7



B= = =



N ∑XnYn -∑Xn ∑Yn N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 (5)(7180,7) – (195)(176,7) (5)(7855) – (195)2 1,15



y 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 25



f(x) = 1.16x - 9.74 R² = 0.98



30



35



40



Lintasan 2 : Gabus Bola 1 ; Massa Bola 1 = 18,41 gram No hA Jarak tembak Χ . (cm X1 (sb.yn X2 X3 ) ) 1 60 24 25 25,1 24,8 2 65 32 32,9 33,4 32,7 3 70 37,8 38,6 39,1 38,5 4 75 40,8 42,2 43,1 42,03 5 80 49,9 50 50 49,96 ∑ 187,9



A=



=



∑ Xn2 ∑Yn -∑Xn ∑XnYn N ∑ Xn2 – (∑Xn)2



(7855)(187,9) – (195)(7629,8) (5)(7855) – (195)2 = -8,92 Y = A + Bx = -8,92 + 1,19x



45



50



55



VB



∆H Xn2 (sb. xn)



XnYn



48,8 56,04 60,80 63,53 69,26 -



29 34 39 44 49 195



719,2 1111,8 1501,5 1849,3 2448,04 7629,8



B=



=



841 1156 1521 1936 2401 7855



N ∑XnYn -∑Xn ∑Yn N ∑ Xn2 – (∑Xn)2



(5)(7629,8) – (195)(187,9) (5)(7855) – (195)2 = 1,19



y 60 50



f(x) = 1.19x - 8.93 R² = 0.99



40 30 20 10 0 25



30



35



40



Bola 2 ; Masaa bola 2 = 5,20 gram No hA Jarak tembak Χ . (cm (sb.yn ) ) X1 X2 X3



45



50



55



VB



∆H (sb. xn)



Xn2



XnYn



1 2 3 4



60 65 70 75



28,1 36,7 40,8 46,6



28,2 37 41,4 47,3



28,7 37,2 42 47,3



28,33 37 41,4 47,06



52,16 59,61 63,05 67,22



29 34 39 44



841 1156 1521 1936



820,7 1258 1602,9 2070,6



5



80



51 ∑



51,2



51,7



51,3 205,0 6



70,19 -



49 195



2401 7855



2513,7 8265,9



∑ Xn2 ∑Yn -∑Xn ∑XnYn A= N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 = (7855)(205,06) – (195)(8265,9) (205,06) (5)(7855) – (195)2 = -2,71 Y = A + Bx = -2,71 + 1,12x



B= =



N ∑XnYn -∑Xn ∑Yn N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 (5)(8265,9) – (195) (5)(7855) – (195)2



= 1,12



y 60 50 40



f(x) = 1.12x - 2.71 R² = 0.98



30 20 10 0 25



30



35



40



Bola 3 ; Massa bola 3 = 2,06 gram No hA Jarak tembak Χ . (cm X1 (sb.yn X2 X3 ) ) 1 60 29 29,3 29,5 29,2 2 65 34,9 34,9 35,5 35,1 3 70 38,4 39,1 40,2 39,23 4 75 45,9 46,3 47,1 46,43 5 80 49,1 49,4 49,8 49,43 ∑ 199,3 9



∑ Xn2 ∑Yn -∑Xn ∑XnYn A= N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 = (7855)(199,39) – (195)(8035,07) (5)(7855) – (195)2 =-0,51 Y = A + Bx = -0,51 + 1,035x



45



50



55



VB



∆H (sb. xn)



Xn2



XnYn



52,95 58,06 61,38 66,77 68,9 -



29 34 39 44 49 195



841 1156 1521 1936 2401 7855



846,8 1193,4 1529,9 2042,9 2422,07 8035,07



N ∑XnYn -∑Xn ∑Yn B= N ∑ Xn2 – (∑Xn)2 = (5)(8035,07) (195)(199,39) (5)(7855) – (195)2 = 1,035



y 60 50 40



f(x) = 1.04x - 0.52 R² = 0.99



30 20 10 0 25



30



35



40



45



50



55



b. Analisa data kualitatif Gerak parabola adalah suatu benda yang akan bergerak melengkung bila kecepatan benda tidak berada pada suatu garis lurus. Di dalam percobaan berikut ini di percobaan energy mekanik kami mengamati tentang konsep gerakan benda dan hokum kekekalan energy serta menentukan besaran yang hilang sepanjang lintasan. Dan kami memilih sudut 45° di karenakan sudut tersebut memiliki ketinggian yang maksimal dan benda akan jatuh lebih maksimal. Kami mengamati gerk parabola dengan menggunakan lintasan 1 dan lintasan 2 yakni besi dan gabus. Dengan menggunakan kelereng yang massa tiap kelereng berbeda satu sama lain. kelereng satu bermassa 18,41 gram , kelereng kedua yakni bermassa 5,20 gram , dan kelereng yang ketiga bermassa 2,06 gram. Ketinggian papan datar terhadap lintasan hB adalah 31 cm. ketinggian saat akan melakukan percobaan itu pun juga bervariasi yakni hA (60,65,70,75,80). Pada lintasan pertama yakni lintasan besi dengan menggunakan kelereng yang bermassa 18,41 gram diketahui bahwa semakin naik ketinggian maka jarak saat posisi jatuh di papan datar semakin jauh. Begitu pula dengan massa kelereng yang bermassa 5,20 gram dan 2,06 gram. Tetapi jika mengukur perbandingan antara kelereng yang bermassa 18,41 gram dengan kelereng yang bermassa 5,20 gram serta kelereng yang bermassa 2,06 maka kelereng yang bermassa lebih kecil



lah yang akan terpantul lebih jauh dan memiliki jarak pantul lebih jauh dipapan datar. Pada lintasan ke dua yakni lintasan gabus dengan menggunakan kelereng yang bermssa sama dengan sebelumnya yakni 18,41 gram , 5,20 gram , 2,06 gram diketahui semakin naik ketinggian maka jarak saat posisi jatuh di papan datar akan semakin jauh. Dengan menggunakan perhitungan dengan menggunakan grafik untuk mengetahui keakurasian dalam percobaan. Bahwa pada sumbu x adalah nilai dari ∆H= hA-hB dan pada sumbu y adalah nilai dari rata rata nilai x .



Kesimpulan : Kesimpulan dari percobaan kami yaitu semakin tinggi nilai h A maka jarak pantul benda terhadap papan datar akan semakin jauh. Dan semakin kecil massa benda yang dilempar maka semakin jauh jarak tempuh yang dicapai. Semakin licin bedan suatu lintasan maka jarak tembak benda akan semakin jauh pula.



Daftar Pustaka: Astawan, I Gede. 2012. Konsep Dasar IPA 2. Singaraja: Universitas Pendidikan Ganesha. Sebastian, Egank. 2013. Usaha dan Energi.