BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Tujuan
percobaan
Dengan dilakukannya
percobaan pada praktikum ini diharapkan bahwa mahasiswa dapat
:
1.
Mempelajari penggunaan
Hukum-hukum Newton
2. Mempelajari gerak beraturan dan berubah beraturan
3.
Menentukan momen
inersia roda/katrol
1.2. Dasar
Teori
Pada
mulanya orang berpendapat bahwa sifat alamiah benda adalah diam. Supaya benda
itu bergerak maka harus terus menerima diberi gaya luar baik berupa tarikan
ataupun dorongan. Namun setelah Galileo mengadakan percobaan, pendapat ini
berubah dan terkenalah dengan prinsip Galileo atau lebih baku terkenal dengan
sebutan Hukum Newton pertama.
Hukum
Newton ini menunjukan sifat benda yaitu sifat inersia namun tidak terdefinisi
secara kuantitatif. Berdasarkan eksperimen serta dorongan intuitif dari hukum
newton pertama, Newton telah merumuskan Hukum II Newton yang terdefinisikan
massa secara kuantitatif, serta memperlihatkan hubungan gaya dengan gerak benda
secara kuantitatif pula. Salah satu kesimpulan Hukum II Newton ini adalah jika
gayanya tetap, maka benda akan mengalami percepatan yang tetap pula. Dua massa
yang digantungkan pada katrol dengan kabel, kadang-kadang disebut secara umum
sebagai mesin Atwood. Bayangkan penerapannya pada kehidupan nyata dalam bentuk
lift (m1) dan beban imbangnya (m2). Untuk memperkecil
kerja yang dilakukan oleh motor untuk menaikkan dan menurunkan lift dengan
aman, m1 dan m2 dibuat sama massanya. Pada dasarnya,
pesawat Atwood ini tidak lepas sari prinsip. Prinsip hukum Newton.
1.2.1. Gerak Lurus Beraturan (GLB)
Gerak lurus
beraturan adalah gerak lurus pada arah mendatar dengan kecepatan v tetap
(percepatan a = 0), sehingga jarak yang ditempuh S hanya ditentukan oleh
kecepatan yang tetap dalam waktu tertentu. Contoh gerak GLB adalah mobil yang
bergerak pada jalan lurus dan berkecepatan tetap. Persamaan yang digunakan pada
GLB adalah sebagai berikut :
s = v.t
Keterangan :
s =jarak atau perpindahan
(m)
v = kelajuan atau
kecepatan (m/s)
t = waktu yang dibutuhkan
(s)
1.2.2. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Gerak lurus
berubah beraturan adalah gerak lurus pada arah mendatar dengan kecepatan v yang
berubah setiap saat karena adanya percepatan yang tetap. Dengan kata lain benda
yang melakukan gerak dari keadaan diam atau mulai dengan kecepatan awal akan
berubah kecepatannya karena ada percepatan (a = +) atau perlambatan (a = -). Contoh
GLBB adalah gerak buah jatuh dari pohonnya, gerak benda dilempar ke atas.
Persamaan yang
digunakan dalam GLBB sebagai berikut:
1. Untuk menentukan kecepatan akhir
2. Untuk menentukan jarak yang
ditempuh setelah t detik adalah sebagai berikut:
Yang perlu
diperhatikan dalam menggunakan persamaan di atas adalah saat GLBB dipercepat
tanda yang digunakan adalah (+). Untuk GLBB diperlambat tanda yang digunakan
adalah (-), catatan penting disini adalah nilai percepatan (a) yang dimasukkan
pada GLBB diperlambat bernilai positif karena dirumusnya sudah menggunakan
tanda negatif.
1.2.3. Hukum
Newton
Hukum Newton I
“Setiap benda akan cenderung mempertahankan
keadaan awal benda. Bila awalnya bergerak maka akan cenderung bergerak dan bila
awalnya diam maka akan cenderung diam sampai ada gaya yang mempengaruhinya.”
Hukum Newton I
sering disebut dengan hukum Inersia, Hukum Newton I ini berlaku jika keadaan
benda memenuhi syarat jumlah gaya yang bekerja pada benda adalah sama dengan
nol
Hukum Newton II
“Setiap benda yang dikenai gaya maka akan
mengalami percepatan yang besarnya berbanding lurus dengan besarnya gaya dan
berbanding tebalik dengan besarnya massa benda.”
Keterangan :
a = percepatan
benda (ms-2)
m = massa benda
(kg)
F = Gaya (N)
Kesimpulan dari
persamaan diatas
- 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
1.2.4. Gerak
Melingkar
Jika sebuah
benda dapat bergerak melingkar melalui porosnya, maka pada gerak melingkar ini
akan berlaku persamaan gerak yang ekivalen dengan persamaan gerak linear. Dalam
hal ini ada besaran fisis momen inersia (momen kelembaman) I yang ekivalen
dengan besaran fisis massa (m) pada gerak linear. Momen inersia (I) suatu benda
pada poros tertentu harganya sebanding dengan massa benda terhadap porosnya.
I ~ m
I ~ r
Dimana harga
tersebut adalah harga yang tetap
Hukum Newton III
“Apabila
kita memberikan gaya (gaya aksi) kepada suatu benda maka benda itu akan memberikan
gaya balik yang besarnya sama dan arahnya berlawanan (gaya reaksi)”
Secara matematis
dirumuskan :
Faksi=
- Freaksi
1.2.5. Momen
Inersia
Momen inersia
adalah ukuran resistansi/kelembaman sebuah benda terhadap perubahan dalam gerak
rotasi. Momen inersia ini tergantung pada distribusi massa benda relatif
terhadap sumbu rotasi benda. Momen inersia adalah sifat benda (dan sumbu
rotasi), seperti m yang merupakan sifat benda yang mengukur kelembamannya
terhadap perubahan dalam gerak translasi.
I = momen
inersia
m = massa
r = jari-jari
Dengan demikian
selalu ada kesetaraan antara besaran-besaran fisis dalam gerak melingkar dengan
besaran-besaran dalam gerak lurus, yaitu di antaranya yang ditabelkan di bawah
ini:
Kesetaraan
|
|
Besaran-besaran fisis dalam gerak melingkar
|
Besaran-besaran fisis dalam gerak lurus
|
1.
Momen gaya ()
|
1.
Gaya (F)
|
2.
Momen inersia (I)
|
2.
Massa (m)
|
3.
Percepatan sudut ()
|
3.
Percepatan (a)
|
4.
Kecepatan sudut (W)
|
4.
Kecepatan (v)
|
5.
Sudut ()
|
5.
Lintasan (s)
|
Untuk gerak lurus gerak melingkar, setara dengan gerak lurus akan
dituliskan sebagai:
F = m.a …………………….(1)
Maka untuk gerak melingkar, setara dengan gerak lurus akan dituliskan
sebagai:
T = I. …………………….(2)
Demikian juga persamaan-persamaan yang lain akan mempunyai bentuk yang sama
hanya dengan besaran-besaran fisis yang berbeda. Pada pesawat atwood dapat
dipelajari dua macam gerak sekaligus yaitu gerak melingkar yang dilakukan oleh
katrol, dan gerak lurus yang dilakukan oleh masing-masing beban pemberat.
(lihat pada gambar)
= T.R ……………………(3) atau
= (T2 - T1) R ………………(3)
Momen gaya yang di dapatkan katrol berasal
dari tegangan tali T1 dan T2
= T.R……………………………..(4)
Untuk susunan seperti gambar T2 > T1, sehingga dari
keadaan diam katrol akan bergerak melingkar beraturan searah dengan jarum jam
dengan percepatan sudut . Untuk massa-massa beban M dan m akan bergerak
lurus beraturan dengan percepatan a. Hubungan antara a dan adalah :
a = .R………………………..(5)
Jika I adalah momen
inersia katrol, maka dari persamaan (1), (2), (3) dan (4) akan didapatkan :
dan
M dan m dapat
diketahui harganya dengan menimbang, a dapat dihitung melalui percobaan. R
dapat diukur. Dengan demikian jika g diketahui, maka momen inersia katrol dapat
dihitung.
Gambar
BAB
II
ALAT
DAN BAHAN
2.1. Alat :
-
Tiang berskala
-
Katrol
-
Penjepit beban
-
Penyangkut beban
-
Jangka sorong
-
Stopwatch
2.2. Bahan :
-
Dua beban dengan
tali
-
Beban
tambahan (dua buah; 2 gram, dan 4 gram)
BAB III
METODE PERCOBAAN
3.1.
Gerak
Lurus Beraturan
1. Ditimbang beban m1,
m2, dan m3 (diusahakan m1 = m2).
2. Diletakkan beban m1
pada penjepit P.
3. Beban m2
dan m3 terletak pada kedudukan A.
4. Dicatat kedudukan
penyangkut beban B dan meja C
(secara tabel).
|
|
|
|
6.
Diulangi percobaan di atas dengan mengubah kedudukan meja C (ingat tinggi beban
m2).
|
|
|
Catatan :
Selama serangkaian pengamatan berlangsung jangan mengubah
jarak anatar A dan B
3.2.
Gerak
Lurus Berubah Beraturan
1. Diatur kembali
seperti percobaan gerak lurus beraturan.
2. Dicatat kedudukan A
dan B (secara tabel).
3. Bila beban m1
dilepas maka m2 dan m3 akan melakukan gerak lurus berubah
beraturan antara A dan B, dicatat waktu yang diperlukan untuk gerak ini.
4. Diulangi percobaan
di atas dengan mengubah-ubah kedudukan B. dicatat selalu jarak AB dan waktu
yang diperlukan.
5.
Diulangi percobaan di atas dengan mengubah beban m3.