pengetahuan farmasii: pesawat atwood

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 :

F_aksi= - F_reaksi

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).

m₂

m₃

5. Bila penjepit P dilepas, m₂ dan m₃ akan dipercepat antara AB dan selanjutnya bergerak beraturan antara BC setelah tambahan beban tersangkut di B. dicatat waktu yang diperlukan untuk gerak antara BC.

6. Diulangi percobaan di atas dengan mengubah kedudukan meja C (ingat tinggi beban m₂).