PESAWAT ATWOOD
I. KONDISI LABORATORIUM
Kondisi
|
Awal Praktikum
|
Akhir Praktikum
|
Temperatur
|
(24,3 ± 0,5)⁰C
|
(23,8 ± 0,5)⁰C
|
Kelembapan
|
(71,9 ± 0,5) %
|
(55,6 ± 0,5) %
|
II. TUJUAN
1. Mampu memahami hukum Newton dalam konsep kinematika dengan penerapannya.
2. Memperlihatkan berlakunya hukum Newton dan menghitung memen inersia katrol.
III. ALAT DAN BAHAN
1. Pesawat atwood
2. Stopwatch
3. Neraca Ohauss
4. Satu set massa beban tambahan m1, m2, m3 yang masing-masing beratnya ±5 gram
5. Satu set beban gantung bertali M1 dan M2
IV. TEORI DASAR
a. Katrol
Katrol merupakan salah satu bentuk dari pesawat sederhana yang berfungsi untuk memudahkan pemindahan benda. Prinsip kerja dari pesawat sederhana adalah melipatgandakan gaya atau mengubah arah gaya. Benda atau beban yang berat dapat dipindahkan dengan memberikan sedikit gaya saja. Bilangan yang menyatakanpelipatgandaan hasil dari suatu pesawat sederhana terhadap gaya atau jarak perpindahan disebut keuntungan mekanis.
Dalam pemakaian katrol, biasanya katrol dilengkapi dengan tali. Terdapat dua jenis katrol yaitu katrol tetap (gambar a) dan katrol bergerak (gambar b). Dalam pemakaiannya kita sering menggabungkan beberapa katrol yang disebut dengan sistem katrol (gambar c dan d).
Katrol tetap, katrol bergerak, dan sistem katrol
Pada gambar di atas, beban FB ditahan oleh jumlah utas atau penggal tali yang menahan berat benda, sehingga gaya yang diberikan beban FB akan direspon oleh gaya FK bersama-sama melalui jumlah penggal tali yang terlibat dalam menahan beban tersebut. Keuntungan mekanis menggunakan sistem adalah sama dengan perbandingan antara besar gaya beban dengan gaya kuasa.
Untuk sistem katrol yang terdiri dari 2 buah katrol, maka ada dua penggal tali yang menahan gaya yang diberikan oleh beban FB seperti terlihat pada gambar 1, sehingga satu penggal tali akan memberikan gaya kuasa sebesar setengahnya dari gaya yang diberikanbeban. Dengan demikian mengangkat benda dengan menggunakan sistem dua katrol dapat dilakukan dengan memberikan gaya yang besarnya setengah dari gaya yang diberikan benda/beban, atau FB = 2 x FK.
Keuntungan mekanis sistem dua katrol adalah FB/ FK = 2. Seringkali beban yang harus kita pindahkan berat sekali. Untuk mengangkatnya kita dapat menggunakan katrol majemuk yang merupakan gabungan dari beberapa katrol diam dan katrol bergerak seperti pada gambar 1d. Terlihat bahwa gaya beban FB ditahan oleh 4 utas/penggal tali. Masing-masing penggal tali memberikan gaya seperempat dari gaya beban FB. Disini FB = 4 x FK. Keuntungan mekaniknya adalah adalah FB/ FK = 4.
Disamping keuntungan tersebut di atas, penggunaan sistem katrol atau katrol ganda juga memiliki kelemahan. Kelemahan penggunaan katrol ganda dalam memindahkan beban adalah pergeseran yang harus kita lakukan menjadi sekian kali lipat dari jumlah penggal tali yang terlibat.
b. Persamaan Gerak Katrol tanpa Massa
Jika suatu katrol hanya dapat berputar pada porosnya, yang diam, maka geraknya dapat dianalisa sebagai berikut :
ΣF = 0
-T - M.g - T2 + N = 0 .......................( 1 )
Στ = I.α
-T1 . R + T2 . R = Iα .......................( 2 )
α = a / R .......................( 3 )
Itulah gaya-gaya yang terdapat pada suatu katrol tanpa massa
c. Persamaan Gerak Katrol dengan Massa Menggantung
Jika suatu katrol diberikan suatu beban tambahan pada masing-masing ujung talinya, maka akan ditemukan persamaan:
Pada saat M1 berada diklem S maka gerak dipercepat dengan persamaan tertulis di atas. Pada saat melalui lubang A, benda m akan tertinggal dan M2 lolos melalui lubang A dan menuju titik B dengan kecepatan konstan. Karena M1 = M2, maka M2 + m berada dititik C, jika M1 dilepas dari klem maka M2 + m akan turun dari titik C ke B melewati titik A dengan gerakdipercepat.
V. PERCOBAAN
5.1. Soal Sebelum Percobaan
1. Andaikanlah, dalam tangan anda tergenggam sebuah batu. Bila batu tersebut dilepaskan, anda saksikan batu segera jatuh ke permukaan bumi. Mengapa batu tersebut selalu jatuh ke bawah menuju permukaan bumi dan tidak dalam arah sebaliknya atau tetap diam di tempatnya?
Jawab: Karena terdapat gaya gravitasi yang mempengaruhi. Gravitasi adalah gejala adanya interaksi antara dua benda bermassa, yaitu berupa gaya tarik-menarik. Ilmuwan pertama kali yang memahami gaya gravitasi adalah Sir Isaac Newton. Gaya yang menarik kita selalu menuju ke bawah itu disebut gaya gravitasi. Gaya gravitasi terdapat pada semua benda. Semakin besar massa/berat benda tersebut, semakin besar pula gaya gravitasi yang ditimbulkannya. Bumi kita merupakan bola yang sangat besar, sehingga bumi memiliki gaya gravitasi yang besar pula yang dapat menarik segala benda yang berada di dekatnya (rumah, manusia, batu, binatang, bahkan juga bulan dan satelit yang mengelilingi bumi kita). Oleh karena itulah, walaupun kita berada di bagian bawah bola bumi, kita tidak akan jatuh karena ada gaya gravitasi bumi yang arahnya menuju pusat bola bumi.
2. Jelaskan apa yang anda ketahui mengenai Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)!
Jawab: 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.
a. 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 (m)
v = kecepatan (m/s)
t = waktu (s)
a = 0
(a) Grafik v terhadap t pada GLB (b) Grafik x terhadap t pada GLB
b. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak lurus suatuobyek, 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 (a = +) atau perlambatan (a = −). Pada umumnya GLBB didasari oleh Hukum Newton II ( Σ F = m a ).
vt = vo + at
vt2 = vo2 +2 as
s = vo t + ½ a t2
GLBB dibagi menjadi 2 macam :
i. GLBB dipercepat
GLBB dipercepat adalah GLBB yang kecepatannya makin lama makin cepat, contoh GLBB dipercepat adalah gerak buah dari pohonnya.
Grafik hubungan antara v terhadap t pada GLBB dipercepat Grafik hubungan antara s terhadap t pada GLBB dipercepat
iii. GLBB diperlambat
GLBB diperlambat adalah GLBB yang kecepatannya makin lama makin kecil (lambat). Contoh GLBB diperlambat adalah gerak benda dilempar keatas.
Grafik hubungan antara v terhadap t pada GLBB diperlambat Grafik hubungan antara s terhadap t pada GLBB diperlambat
3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan momen inersia?
Jawab: Momen inersia (Satuan SI : kg m2) adalah ukuran kelembaman suatu benda untukberotasi terhadap porosnya. Besaran ini adalah analog rotasi daripada massa. Momen inersia berperan dalam dinamika rotasi seperti massa dalam dinamika dasar, dan menentukan hubungan antara momentum sudut dan kecepatan sudut, momen gaya dan percepatan sudut, dan beberapa besaran lain. Meskipun pembahasan skalar terhadap momen inersia, pembahasan menggunakan pendekatan tensor memungkinkan analisis sistem yang lebih rumit seperti gerakan giroskopik.
4. Sebutkan dan jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi momen inersia suatu benda!
Jawab:
Selain bergantung pada sumbu rotasi, Momen Inersia (I) setiap partikel juga bergantung pada massa (m) partikel itu dan kuadrat jarak (r2) partikel dari sumbu rotasi. Total massa semua partikel yang menyusun benda = massa benda itu. Persoalannya, jarak setiap partikel yang menyusun benda tegar berbeda-beda jika diukur dari sumbu rotasi. Ada partikel yang berada di bagian tepi benda, ada partikel yang berada dekat sumbu rotasi, ada partikel yang sembunyi di pojok bawah, ada yang terjepit di tengah.
5.2. Langkah Percobaan
A. Persiapan Percobaan
1. Mengukur massa beban tambahan dan massa beban bertali agar lebih presisi dalam perhitungan data.
2. Menulis data mengenai massa dan jari-jari katrol pada pesawat Atwood.
3. Menggantungkan M1 dan M2 pada ujung-ujung tali dan pasang tali pada katrol.
4. Memasang M1 pada genggaman G dan menambahkan beban m1 pada M2. Melepaskan M1 dengan menekan pegas S.
5. Memastikan bahwa beban M2 dapat melalui A tanpa terganggu dan hanya beban M1 saja yang tertahan di A.
B. Prosedur Percobaan
1. Gerak Lurus Beraturan (GLB)
a. Mengukur jarak dari pusat katrol ke ujung atas beban bertali (M2) dan membuat jarak tersebut tetap (tidak diubah).
b. Memvariasikan jarak A ke B (XAB) dan menghitung waktu yang diperlukan beban M1 dari A ke B setelah beban tambahan tertahan pada titik A (tAB), menggunakan stopwatch untuk mengukur waktunya.
c. Mengoreksi jarak AB dengan menambah tinggi beban M2 untuk dimasukkan dalam perhitungan.
d. Melakukan percobaan ini sebanyak 5 kali dengan nilai massa beban tambahan yang berbeda. Kemudia membuat table untuk percobaan berdasarkan prosedur percobaan.
e. Membuat table untuk percobaan berdasarkan prosedur percobaan.
2. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
a. Memvariasikan jarak C ke A (titik ujung atas beban M2 terhadap titik A atau XCA) dan menghitung waktu yang diperlukan beban M2 + m dari C ke A setelah benda mulai bergerak (tCA). Menggunakan stopwatch untuk mengitung waktunya.
b. Melakukan percobaan ini sebanyak 5 kali dengan nilai massa beban tambahan yang berbeda.
c. Membuat table untuk percobaan berdasarkan prosedur prcobaan.
5.3. Laporan Tugas Sesudah Percobaan
Diketahui:
Massa katrol (mk) = ( 30 ± 0,05 ) gram
Diameter katrol (d) = ( 12 ± 0,05 ) cm
Massa beban (M1) = (100 ± 0,05 ) gram
Massa beban (M2) = (100 ± 0,05 ) gram
1. Percobaan GLB
Jarak tempuh (cm)
|
Percobaan Ke
|
Waktu yang di tempuh XAB (tAB)
| |||||
m1
5 gr
|
Koreksi
<tab>
|
m2
10 gr
|
Koreksi
<tab>
|
m3
15,15 gr
|
Koreksi
<tab>
| ||
Xab =
(10 ± 0,5) cm
|
1
|
1
|
1,12
|
1
|
0,92
|
0,6
|
0,58
|
2
|
1,2
|
0,8
|
0,6
| ||||
3
|
1,2
|
0,8
|
0,5
| ||||
4
|
1
|
1
|
0,6
| ||||
5
|
1,2
|
1
|
0,6
| ||||
Xab =
(45 ± 0,5) cm
|
1
|
2,6
|
2,32
|
1,7
|
1,78
|
1,3
|
1,26
|
2
|
2,3
|
1,7
|
1,3
| ||||
3
|
2,2
|
1,8
|
1,2
| ||||
4
|
2,3
|
1,8
|
1,2
| ||||
5
|
2,2
|
1,9
|
1,3
| ||||
Xab =
(50 ± 0,5) cm
A = 0
B = 50
|
1
|
2,5
|
2,54
|
2
|
1,94
|
1,4
|
1,38
|
2
|
2,6
|
2
|
1,5
| ||||
3
|
2,5
|
1,8
|
1,4
| ||||
4
|
2,5
|
1,9
|
1,3
| ||||
5
|
2,6
|
2
|
1,3
| ||||
Grafik XAB terhadap tAB
Persamaan
a. Persamaan untuk m1
y = 28,504x - 21,818
b. Persamaan untuk m2
y = 39,71x - 26,418
c. Persamaan untuk m3
y = 50,501x - 19,205
Besar kecepatan masing-masing massa dengan grafik
28,2 cm/s = 0,282 m/s (massa 1)
39,2 cm/s = 0,392 m/s (massa 2)
50 cm/s = 0,5 m/s (massa 3)
Perbandingan kecepatan pada tiap-tiap massa
Nilai perbandingan m1 : m2 : m3
0,282 : 0,392 : 0,5 = 3 : 4 : 5
Pada massa 1, massa 2, dan massa 3 yang digunakan dalam percobaan, massa 3 adalah yang paling cepat mencapai titik B dari A sebab massanya paling besar, dan massa 1 yang paling lambat dalam mencapai titik B dari A sebab massanya paling kecil.
Kecepatan di daerah AB konstan dan jarak AB harus dikoreksi terhadap tinggi beban M2
Hal tersebut dikarenakan massa benda yang berbeda mempengaruhi kecepatan benda. Namun, kecepatan benda tersebut tetap sama dalam jarak berapapun dalam suatu massa beban yang sama,yang menyebabkan kecepatan di daerah AB konstan dan disebut sebagai Gerak Lurus Beraturan. Jarak AB harus dikoreksi terhadap tinggi beban M2 sebab dibutuhkan pengukuran dan data yang tepat untuk mengetahui kecepatan di daerah AB, kemudian untuk membuktikan bahwa terjadi gerak lurus beraturan dengan kecepatan di daerah AB konstan.
2. Percobaan GLBB
Tabel Hasil Pengamatan
Jarak tempuh (cm)
|
Percobaan Ke
|
Waktu yang di tempuh XAB (tAB)
| |||||
m= 5,05 gr
|
Koreksi
<tab>
|
2m= 10,10 gr
|
Koreksi
<tab>
|
3m= 15,15 gr
|
Koreksi
<tab>
| ||
Xbc =
(45 ± 0,5) cm
|
1
|
3,0
|
2,96
|
1,8
|
1,84
|
1,2
|
1,36
|
2
|
2,8
|
1,8
|
1,4
| ||||
3
|
3,0
|
1,8
|
1,2
| ||||
4
|
3,0
|
2,0
|
1,3
| ||||
5
|
3,0
|
1,8
|
1,4
| ||||
Xbc =
(50 ± 0,5) cm
|
1
|
3
|
3,04
|
1,9
|
1,92
|
1,5
|
1,42
|
2
|
3
|
1,8
|
1,5
| ||||
3
|
3,1
|
2
|
1,4
| ||||
4
|
3
|
1,9
|
1,3
| ||||
5
|
3,1
|
2
|
1,4
| ||||
Xbc =
(55 ± 0,5) cm
|
1
|
3,1
|
3,10
|
2
|
2,00
|
1,5
|
1,52
|
2
|
3,2
|
1,9
|
1,4
| ||||
3
|
3,1
|
2,1
|
1,6
| ||||
4
|
3
|
2
|
1,5
| ||||
5
|
3,1
|
2
|
1,6
| ||||
Grafik XBC terhadap tBC
Besar percepatan
Massa 1
v1 = x/t = 45/2,96 = 15,2 cm/s
v2 = x/t = 50/3,04 = 16,4 cm/s
v3 = x/t = 55/3,10 = 17,7 cm/s
cm/s2
Massa 2
v1 = x/t = 45/1,84 = 24,5 cm/s
v2 = x/t = 50/1,92 = 26,0cm/s
v3 = x/t = 55/2,00 = 27,5 cm/s
cm/s2
Massa 3
v1 = x/t = 45/1,36 = 33,1cm/s
v2 = x/t = 50/1,42 = 35,3 cm/s
v3 = x/t = 55/1,52 = 36,2 cm/s
cm/s2
Perbandingan Percepatan tiap Massa
Setiap massa memiliki percepatan yang berbeda. Yakni:
17,9 : 18,5 : 19,4
Percepatan di daerah AC konstan, sebab setiap detik kecepatannya bertambah dengan ukuran tertentu dengan nilai yang tetap dan sama.
Faktor yang mempengaruhi percepatan di daerah AC yakni adalah massa benda.
3. Penentuan Momen Inersia Katrol
I =
Massa 1
I =
I = kgcm2
Massa 2
I =
I = kgcm2
Massa 3
I =
I = kgcm2
VI. ANALISIS HASIL PENGOLAHAN
Berdasarkan hasil praktikum, pada gerak lurus beratuan untuk massa 1 diperoleh kecepatan senilai 0,282 m/s sedangkan untuk massa ke 2 diperoleh kecepatan senilai 0,392 m/s, sedangkan untuk massa ke 3 diperoleh kecepatan 0,5 m/s. Dari sini dapat kita simpulkan bahwa semakin besar massa suatu benda, maka kecepatannya pun semakin besar pula.
Untuk Gerak Lurus Berubah Beraturan diperoleh nilai percepatan sebesar 0,179 m/s2 untuk massa 1 dan nilai 0,185m/s2 untuk massa 2, dan untuk massa ke 3 diperoleh percepatan 0,194 m/s2. Hal ini juga dipengaruhi oleh massa benda yang berbeda sesuai dengan hokum Newton II.
Dari semua data yang ada maka diperoleh, dapat diperoleh juga nilai momen inersia yang tidak jauh berbeda untuk massa 1, massa 2, dan massa 3 yaitu sebesar 4,09 kgm2, 4,034 kgm2, 3,918 kgm2. Momen inersia katrol tersebut sekitar 4 kgm2.
Keakuratan hasil perhitungan dapat dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu faktor eksternal dan faktor internal. Misalnya untuk faktor eksternal, pada waktu percobaan tersebut adanya kurang ketelitian dalam menempatkan letak dari masing-masing benda, ada pula kesalahan yang disebabkan oleh kurang telitinya dalam menghitung waktu tempuh dari masing-masing benda dalam melakukan pergerakan.
Adapun factor-faktor internal yang dapat menyebabkan perbedaan mengapa bias berbeda hasilnya, diantaranya massa benda bila ditambahkan akan sangat berpengaruh terhadap kecepatan ataupun terhadap waktu tempuh yang dialami oleh masing-masing benda dalam melintasi pesawat Atwood tersebut.
VII. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
1. Melalui pesawat atwood kita dapat mengetahui dan menerapkan Hukum Newton, khususnya hukum Newton yang ke-2 tentang pergerakan suatu benda.
2. Melalui pesawat atwood kita dapat menentukan nilai kecepatan, percepatan dan momen inersia dari suatu benda. Nilai kecepatan diperoleh dari percobaan mengenai gerak lurus beraturan sedangkan niali percepatan diperoleh dari nilai gerak lurus berubah beraturan.
B. SARAN
1. Pada saat melakukan praktikum ini, diupayakan untuk lebih teliti dan cermat dalam pengukuran waktu menggunakan stopwatch sehingga pengukuran yang didapat lebih tepat.
DAFTAR PUSTAKA
1. Umar, Efrizon. 2008. Buku Pintar Fisika. Jakarta: Media Pusindo.
2. Bueche, Frederic J. 2000. College Physics. United States of America: The McGraw-Hill Companies, Inc.
3. pjjpgsd.dikti.go.id/file.php/1/repository/dikti/
5. sisfo.itp.ac.id/bahanajar/.../Asnal/.../BAB%2013%20Momen%20Inersia.p...
6. elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/.../bab8-regresi_dan_korelasi.pdf
Komentar
Posting Komentar