Tugas Pendahuluan Pesawat Atwood [PDF]

Citation preview

TUGAS PENDAHULUAN POLIGON GAYA



NAMA : AFDALIA NADYA FADILAH NIM



: 09120200138



KELAS : B2



LABORATORIUM FISIKA DASAR FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA MAKASSAR 2020



PRAKTIKUM FISIKA DASAR I LABORATORIUM FISIKA DASAR FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Pada modul berikut ini, kita akan mencoba menjawab pertanyaan “Apa yang menyebabkan benda bergerak?”. Bangsa Yunani, sejak zaman dahulu telah yakin bahwa tarikan atau dorongan, yang disebut gaya,



adalah



yang



menyebabkan sebuah benda bergerak dan tanpa adanya gaya, sebuah benda yang sedang bergerak akan segera berhenti. Sebuah benda yang sedang diam, yang berarti bahwa bila tidak ada gaya yang bekerja, sebuah benda akan terus diam. Tampaknya, pandangan bangsa Yunani ini beralasan, tetapi akan kita ketahui nanti bahwa ternyata pandangan tersebut tidak tepat. Orang yang pertama menyangkal pandangan kuno bangsa Yunani tersebut adalah Galileo. Menurut “prinsip inersia” yang diusulkan Galileo, sebuah benda yang



sedang bergerak pada permukaan horizontal



yang licin



sempurna (tanpa gesekan) akan tetap terus bergerak dengan kelajuan sempurna. Berdasarkan pada pendapat Galileo tersebut, pada tahun 1678 Isaac Newton menyatakan hukum pertamanya tentang gerak, yang sekarang kita kenal sebagai Hukum I Newton, kemudian ia pun mengemukakan Hukum II



dan



Hukum III Newton. Sebuah benda yang mula-mula diam, akan dapat bergerak jika mendapat pengaruh atau penyebab yang bekerja pada benda tersebut. Penyebabnya dapat berupa pukulan, tendangan, sundulan, atau lemparan. Dalam Fisika, penyebab gerak tersebut dinamakan gaya. Ilmu yang mempelajari tentang gerak dengan memperhitungkan gaya penyebab dari gerak tersebut dinamakan dinamika gerak. Seperti yang telah disebutkan tadi bahwa orang yang sangat berjasa dalam kajian Fisika tentang dinamika dalah Sir Isaac Newton. Newton menyadari bahwa pengalaman sehari-hari membuat kita sukar memahami hubungan antara gaya dan gerak. Kita terbiasa melihat benda yang bergerak menjadi lambat dan kemudian berhenti tanpa terlihat adanya gaya PESAWAT ATWOOD



PRAKTIKUM FISIKA DASAR I LABORATORIUM FISIKA DASAR FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA



yang bekerja pada benda tersebut. Oleh karena itu kita perlu mengetahui bagaimana gaya dapat menghasilkan gerak. Dalam percobaan kali ini kita akan menyelidiki apakah hukum Newton tersebut dapat diaplikasikan terhadap alat peraga berupa pesawat atwood dengan menghubungkan gejala-gejala yang terjadi dengan hukum- hukum Newton.



1.2



Tujuan Percobaan



1.2.1



Tujuan Instruksi Umum 1. Mahasiswa dapat memahami konsep penyusunan gaya. Mahasiswa dapat menerapkan konsep metode poligon gaya pada sistem yang bekerja lebih dari dua gaya



1.2.2



Tujuan Instruksi Khusus 1. Menjelaskan peristiwa Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) dan Gerak Lurus Beraturan (GLB) 2. Menentukan percepatan 3. Menetukan nilai gravitasi.



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1 Gaya



Galileo melakukan pengamatan mengenai benda-benda jatuh bebas. Ia menyimpulkan dari pengamatan-pengamatan yang dia lakukan bahwa bendabenda berat jatuh dengan cara yang sama dengan benda-benda ringan. Tiga puluh tahun kemudian, Robert Boyle, dalam sederetan eksperimen yang dimungkinkan oleh pompa vakum barunya, menunjukan bahwa pengamatan ini tepat benar untuk benda-benda jatuh tanpa adanya hambatan dari gesekan udara. Galileo mengetahui bahwa ada pengaruh hambatan udara pada gerak jatuh. Tetapi pernyataannya walaupun mengabaikan hambatan udara, masih cukup sesuai dengan hasil pengukuran dan pengamatannya dibandingkan dengan yang dipercayai orangpada saat itu (tetapi tidak diuji dengan eksperimen) yaitu kesimpulan Aristoteles yang menyatakan bahwa,” Benda yang beratnya sepuluh kali benda lain akan sampai ke tanah sepersepuluh waktu dari waktu benda yang lebih ringan”. Pada tahun 1678 Sir Isaac Newton menyatakan hukum pertamanya tentang gerak, yang sekarang kita kenal sebagai Hukum I Newton. Hukum I Newton menyatakan “Sebuah benda akan berada



dalam



keadaan diam atau bergerak lurus beraturan apabila resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol”. Secara matematis, Hukum I Newton dinyatakan dengan persamaan: ZF = 0



Hukum di atas menyatakan bahwa jika suatu benda mula-mula diam maka benda selamanya akan diam. Benda hanya akan bergerak jika pada suatu benda itu diberi gaya luar. Sebaliknya, jika benda sedang bergerak maka benda selamanya akan bergerak, kecuali bila ada gaya yang menghentikannya. 2.2 Hukum II Newton



“Setiap benda yang dikenai gaya maka akan mengalami percepatanyang besarnya berbanding



lurus dengan besarnya gaya dan berbanding



tebalik



dengan besarnya massa benda.” 𝑎=



∑Ϝ N



;



∑ Ϝ = Να



Keterangan : 𝛼 = percepatan benda (ms-2) m = massa benda (kg) F = Gaya (N) Kesimpulan dari persamaan diatas yaitu arah percepatan benda sama dengan arah gaya yang bekerja pada benda tersebut. Besarnya percepatan sebanding dengan gayanya. Jadi bila gayanya konstan, maka percepatan yang timbul juga akan konstan Bila pada benda bekerja gaya, maka benda akan mengalami percepatan, sebaliknya bila kenyataan dari pengamatan benda mengalami percepatan maka tentu akan ada gaya yang menyebabkannya. Persamaan gerak untuk percepatan yang tetap. 2.3 Hukum III Newton



Hukum III Newton menyatakan bahwa “Apabila benda pertama mengerjakan gaya pada benda kedua (disebut aksi) maka benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama sama besar dan



berlawanan



arah



dengan gaya pada benda pertama (reaksi).” Secara matematis dinyatakan dengan persamaan : Faksi = -Freaksi



Suatu pasangan gaya



disebut aksi-reaksi apabila memenuhi syarat



sebagai



berikut : 1. sama besar 2. berlawanan arah 3. bekerja pada satu garis kerja gaya yang sama 4. tidak saling meniadakan 5. bekerja pada benda yang berbeda 2.4 Gerak Translasi



Gerak lurus adalah gerak suatu obyek yang lintasannya berupa garis lurus. Dapat pula jenis gerak ini disebut sebagai suatu translasi beraturan. Pada rentang waktu yang sama terjadi perpindahan yang besarnya sama. Gerak lurus dapat dikelompokkan menjadi gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan yang dibedakan dengan ada dan tidaknya percepatan. 1. Gerak Lurus Beraturan (GLB) Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak lurus suatu obyek, dimana dalam gerak ini kecepatannya tetap atau tanpa percepatan, sehingga jarak yang ditempuh dalam gerak lurus beraturan adalah kelajuan kali waktu. s = vt Keterangan:



s = jarak tempuh (N) v = kecepatan (N/s) t = waktu (s)



2. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak lurus suatu obyek, di mana kecepatannya berubah terhadap waktu akibat adanya percepatan yang tetap. Akibat adanya percepatan rumus jarak yang ditempuh tidak lagi linier melainkan kuadratik. Dengan kata lain benda yang melakukan gerak dari keadaan diam atau mulai dengan kecepatan awal akan berubah kecepatannya karena ada percepatan (𝛼 = +) atau perlambatan (𝛼 = −). pada umumnya



GLBB didasarkan oleh Hukum II Newton (∑ Ϝ = Ν𝛼).



vt = v0 + at vt 2 = v 02 + 2 a S 1 2 S = v to + a t 2



Keterangan: vO= kecepatan awal (N⁄s) vt= kecepatan akhir (N⁄s) a = percepatan (N⁄ D2) t = waktu (s) S = jarak yang ditempuh (N) 2.5 Gerak Rotasi



Gerak melingkar atau gerak rotasi merupakan gerak melingkar suatu benda pada porosnya pada suatu lintasan melingkar. Bila sebuah benda mengalami gerak rotasi melalui porosnya, ternyata pada gerak ini akan berlaku persamaan gerak yang ekivalen dengan persamaan gerak linier. Momen inersia merupakan representasi dari tingkat kelembaman benda yang bergerak rotasi. Semakin besar momen inersia suatu benda, semakin malas dia berputar dari keadaan diam, dan semakin malas pula ia untuk mengubah kecepatan sudutnya ketika sedang berputar. Sebagai contoh, dalam ukuran yang sama sebuah silinder yang terbuat dari sebuah besi memiliki momen inersia yang lebih besar daripada silinder kayu. Hal ini bisa diperkirakan karena terasa lebih berat lagi bagi kita untuk memutar silinder besi dibandingkan



dengan



memutar silinder kayu. Momen inersia pada gerak rotasi bisa dianalogikan dengan massa pada gerak translasi. Sedangkan gaya pada gerak translasi dapat dianalogikan dengan momen gaya pada gerak translasi.



Jika



gaya



menyebabkan



timbulnya



percepatan pada gerak translasi maka momen gaya itulah yang menyebabkan



timbulnya percepatan sudut pada gerak rotasi. Saat kita memutar sebuah roda atau membuka daun pintu, saat itu kita sedang memberikan momen gaya pada benda-benda tersebut. Dengan



memanfaatkan



pengertian



momen



gaya,



kita



dapat



mengadaptasi Hukum II Newton untuk diterapkan pada gerak rotasi. Bentuk persamaan Hukum II Newton adalah: F = ma Dengan menganalogikan gaya dengan momen gaya, massa



dengan



momen inersia, dan percepatan dengan percepatan sudut, akan kita



temukan



hasil adaptasi dari Hukum II Newton dalam gerak rotasi sebagai berikut: v = Ia Keterangan:



v = momen gaya



(Nm) 2



I = momen inersia (kgN ) α = percepatan sudut (rad⁄s2)



Untuk memudahkan pemahaman mengenai besaran-besaran pada gerak rotasi, kita bisa menganalogikannya dengan besaran-besaran pada gerak lurus. Berikut merupakan analogi antara besaran-besaran pada gerak translasi dan besaran-besaran pada gerak rotasi.



Tabel 1. Analogi Besaran-Besaran pada Gerak Lurus dan Gerak Rotasi



Gerak Lurus



Gerak Rotasi



R



8



V



m



A



α



N



I



F



v



P



L



Ekt



Ekr



dr v = dt



d8 m = dt



dv a = dt



dm α = dt



r = rO + ƒ v dt



8 = 8O + ƒ m dt



v = vO + ƒ a dt



m = mO + ƒ α dt



F = Na



v = Iα



P = Nv 1 Ek = Nv2 t 2 Hk. Kekekalan momentum linier Σ PO = Σ P′



L = Im 1 Ek = mI2 r 2 Hk. Kekekalan momentum sudut Σ LO = Σ L′



Gerak melingkar atau gerak rotasi merupakan gerak melingkar suatu benda pada porosnya pada suatu lintasan melingakar. Bila sebuah benda mengalami gerak rotasi melaui porosnya, ternyata pada gerak ini akan berlaku persamaan gerak yang ekivalen denagn persamaan gerak linier. Gerak melingkar ini ada yang disebut gerak melingkar beraturan dengan pengertian gerak suatu benda yang menempuh lintasan berbentuk lingkaran dengan laju liner (besaran kecepatan linier) tetap. Sebagai contoh, bila roda sepeda diangkat sehingga rodanya tidak bersentuhan dengan bidang datar (tanah atau lantai), kemudian pedalnya dikayuh, maka roda akan tetap berputar. Bila pedal dikayuh dengan kelajuan tetap maka laju putaran roda juga tetap. Bila sebuah benda mengalami gerak rotasi melalui porosnya, ternyata pada gerak ini akan berlaku persamaan gerak yang ekivalen dengan persamaan gerak linier, dimana : Kedudukan x = besar sudut tempuh 𝜃 Kecepatan



v



= kecepatan sudut  Percepatan



a = percepatan



sudut  Massa



m=



momen inersia I Gaya



F = momen gaya







Momentum p = momentum sudut L Hukum II Newton untuk gerak rotasi bisa dinyatakan dengan :  = I . 



1.5 Pesawat Atwood Pesawat atwood adalah alat yang digunakan untuk yang menjelaskan hubungan antara tegangan, energi pontensial dan energi kinetik



dengan



menggunakan



2



pemberat



(massa



berbeda)



dihubungkan dengan tali pada sebuah katrol. Benda yang yang lebih berat diletakan lebih tinggi posisinya dibanding yang lebih ringan. Jadi benda yang berat akan turun karena gravitasi dan menarik benda yang lebih ringan karena ada tali dan katrol.



BAB III PROSEDUR PERCOBAAN 3.1



Alat dan Bahan 1. Peraga Pesawat Atwoot 2. Roll meter 3. Stopwatch 2 buah 4. Beban / pemberat 2 buah 5. Neraca analitik digital.



3.2



Prosedur Percobaan 1. Timbang M1, M2, dan mb 2. Atur posisi A, B dan C lalu catat jaraknya 3. Pasanglah M1 dan M2melalui katrol pada pesawat atwood lalu biarkan bergerak melintasi C - B – A 4. Letakkan silinder M2 pada titik C kemudian letakkan



benda



diatas



silinder tersebut, sementara di sisi yang lain (M 1) tetap dipertahankan pada posisinya 5. Lepaskan silinder M1 agar silinder M2 bergerak kebawah, dan bersamaan dengan itu, nyalakan stopwatch pertama 6. Ketika silinder M2 menyentuh titik B, matikan stopwatch pertama, sementara stopwatch kedua mulai dinyalakan 7. Ketika silinder M2mencapai titik A, matikan stopwatch kedua. Catat waktu tempuh BC dan AB 8. Ulangi prosedur (4) s/d (7) beberapa kali sesuai petunjuk asisten 9. Lakukan prosedur (4) s/d (8) untuk jarak AB dan BC yang lain 10. Lakukan prosedur (4) s/d (8) untuk beban yang lain.



BAB IV TUGAS PENDAHULUAN



4.1 SOAL 1. Jelaskan Apa yang dimaksud dengan Pesawat Atwood! 2. Bersepeda dijalan yang menanjak atau menurun, pasti ada kalanya kamu mengayuh dalam kecepatan tinggi dan terkadang juga mengayuh dengan kecepatan yang melambat. Saat berada ditanjakan kamu akan menaikkan laju



sepeda,



memperlambat



sementara laju



itu



untuk



saat



turunan



menghindari



kamu



mencoba



terjadinya



untuk



kemungkinan



kecelakaan karena tergelincir. Termasuk dalam gerak apakah kasus diatas? jelaskan! 3. Ketika kita menginjakkan kaki ketanah, berarti kita memberikan sebuah gaya dorong terhadap tanah tersebut. Gaya yang kaki kita berikan kepada tanah ini merupakan gaya aksi. Kemudian sebagai respon dari gaya aksi yang kita berikan, maka tanah memberikan gaya dorong ke kaki kita yang membuat kaki bias terangkat. Gaya



dorong yang diberikan oleh tanah



dinamakan reaksi. Dan pada proses kejadian Ini berlangsung secara terus menerus sehingga membuat kita dapat berjalan diatas tanah. Dari kasus diatas hokum apa yang berpengaruh didalamnya? jelaskan! 4. Pada katrol digantungkan sebuah beban yang massanya sama atau M1=M2, akan tetapi pada M1 ditambahkan beban silinder seperti pada gambar dibawah. Pada saat M2 ditarik kebawah kemudian dilepas Maka M1 akan bergerak dari titik C ke B dan pada saat yang bersamaan beban silinder akan tinggal pada titikB. Kemudian M1 Akan tetap sampai pada titik A tanpa ada beban silinder diatasnya.



bergerak



Perhatikan Gambar dibawah Ini!



Gerak apakah yang terjadi pada: a .Titik C ke B b.Titik B ke A 5. Pesawat Atwood tegangan, energy



dapat digunakan untuk menjelaskan hubungan antara potensial dan energy kinetik dengan menggunakan



2pemberat (massa yang berbeda) yang dihubungkan dengan tali pada sebuah katrol. Buatkan sebuah contoh peneraannya dalam kehidupan beserta gambarnya berdasarkan pernyataan diatas.



sehari-hari



4.2 JAWABAN 1. Pesawat atwood adalah alat yang digunakan untuk yang menjelaskan hubungan antara tegangan, energi pontensial dan energi kinetik dengan menggunakan 2 pemberat (massa berbeda) dihubungkan dengan tali pada sebuah katrol. 2. Termasuk dalam Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) karena suatu benda pada lintasa lurus yang percepatannya konstan. 3. Termasuk kedalam Hukum Newton III karena gaya aksi dan reaksi dari dua benda memiliki besar yang sama, dengan arah terbalik, dan segaris. Artinya jika ada benda A yang memberi gaya sebesar F pada benda B akan memberi gaya sebesar –F kepada benda A. F dan –F memiliki besar yang sama namun arahnya berbeda. Hukum ini juga terkenal sebagai Hukum Aksi-Reaksi, dengan F disebut sebagai aksi dan –f adalah reaksinya. 4. a. Titik C ke B. Gerak yang terjadi pada titik C ke B adalah Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Hal ini terjadi



karena



adanya



beben



silinder yang ditambahkan pada M1. b. Titik B ke A. Gerak yang terjadi pada titik B ke A adalah Gerak Lurusn Beraturan (GLB). Hal ini terjadi karena beben silinder pada M1 tersebut tertinggal pada titik B maka kecepatannya menjadi konstan dan tidak terjadi lagi percepatan. 5. Contoh penerapan pesawat Atwood dalam kehidupan sehari hari yaitu pada sumur. Pada saat mengambil air pada sumur yang dalam digunakan katrol dan tali untuk memudahkan pengambilan.



DAFTAR PUSTAKA Dr. Ir. Bob Foster, M.M. 2004 Terpadu FISIKA SMA. Jakarta : Erlangga Kanginan, Martehen. 1995. Fisika Jilid IA. Jakarta: Erlengga Zaidah. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. UNPAD: Jatinagor.