60169288-Percobaan-1-Gerak-Translasi

Percobaan I : Gerak Translasi

A. Tujuan

1) Mempelajari hukum Newton 2) Menentukan momen inersia sebuah katrol

B. Alat dan Bahan

1) Kereta dinamika 1 buah2) Papan landasan [(240x30x2) cm, besi siku

pada tepinya katrol meja berdiameter 4 cm pada salah satu ujungnya] 1 buah

3) Ticker timer [6 volt ac, 50 Hz, celah pita 1,5 cm] 1 buah4) Power supply

[low voltage regulator 0,6 Ampere, 0,20 volt ac/dc] 1 buah5) Beban gantung berceah

[250 gram (variasi 5, 10, 20 dan 50gr)] 1 set6) Pita kertas [ 1,4 cm x 70 cm ], kertas karbon,

benang nilon 10 buah

C. Dasar Teori

Hukum kedua Newton menyatakan:Percepatan yang dialami oleh sebuah benda besarnya berbanding

lurus dengan besar resultan gaya yang bekerja pada benda itu, searah dengan arah gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa kelembamannya.

F = m x aKita dapat memepelajari hukum tersebut di atas, pada percobaan kereta dinamika maupun pada percobaan pesawat Atwood. Pada percobaan kereta dinamika dapat dijelaskan sebagai berikut:

Gambar 1.1 Percobaan Kereta Dinamika

Beban gantung

Katrol Tali

Landasan

Kereta Dinamika

Pita kertas

Pita kertas

Pada percobaan dalam gambar 1.1 di atas, kereta dinamika yang berada di atas papan landasan dihubungkan ke beban gantung oleh tali melalui sebuah katrol. Gaya berat beban gantung itu menyebabkan tali tegang dan setelah melampaui nilai tertentu akan menyebabkan sistem (beban dan kareta dinamika) bergerak. Pola (titik-titik) jejak ketikan yang dihasilkan oleh ticker timer pada pita kertas yang ditarik oleh kereta dinamika ini menggambarkan (secara kualitatif) gerak kereta dinamika.

Dengan demikian maka jarak antara dua titik yang berurutan pada kertas pita akan semakin besar.

D. Prosedur1) Ukur massa kereta dan semua massa beban gantung ( Jumlah

kedua massa itu selanjutnya disebut sebagai sistem ).2) Susun alat-alat seperti gambar 1.1 ( Gunakan sebagian beban

gantung untuk menggerakkan kereta dinamika dan simpan sisanya di atas kereta dinamika, sedangkan untuk menghidupkan ticker timer gunakan power supply dengan beda potensial tidak lebih dari 6 Volt AC ).

3) Gerakkan kereta dinamika bersamaan dengan menghidupkan ticker timer ( Hentikan kereta dinamika pada saat beban gantung tepat akan tiba di lantai dan segera matikan ticker timer dan power supply, teliti jejak ketikan ticker timer pada pita kertas, bila baik lakukan langkah-langkah ).

4) Lakukan langkah kedua dan ketiga di atas 10 kali dengan massa beban gantung (penggerak) yang berbeda namun dengan massa sistem tetap.

E.Tugas 1. Tugas Sebelum Percobaan

(a). Dengan mengetahui bahwa kecepatan benda adalah v = dx/dt, dan percepatan adalah a = dv / dt, turunkanlah persamaan GLB dan GLBB!

Jawab: Dari persamaan v = dx / dt dapat diturunkan rumus :

Kemudian persamaan ini diintegralkan di masing-masing ruas :

Jadi, untuk GLB persamaan posisinya akan menjadi :

Sedangkan untuk persamaan percepatan adalah a = dv / dt, dapat diturunkan:

Dengan langkah yang sama, kedua ruas diintegralkan:

Dengan mengaitkan persamaan tersebut dengan persaman

, maka akan diperoleh

Jadi persamaan posisi untuk GLBB adalah

(b). Berdasarkan jawaban dari pertanyaan no a diatas, buatlah grafik percepatan, kecepatan dan posisi sebagai fungsi waktu untuk gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan !

Jawab :

GLB (Gerak Lurus Beraturan)

1. Pada GLB, a = 0, maka tidak ada grafik percepatan terhadap fungsi waktu.

2. Grafik ( v – t )

v (m/s)

t (s)

Ctt : Jarak yang ditempuh sama dengan luas yang diarsir

3. Grafik ( x – t )

x (m)

t (s)

Ctt : v = tgn = x/t

GLBB (Gerak Lurus Berubah Beraturan)

1. Grafik ( a – t )

a (m/s2)

t (s)

2. Grafik ( v –t )

v (m/s)

t (s)

3. Grafik ( x – t )

x (m)

(c). Gambarkan gaya-gaya yang terjadi pada percobaan kereta dinamika

t(s)

N

W=mg

F

F

N

fs

W=m2g

W=mg

N

t fs

T = tegangan tali W= gaya berat N = gaya normal fs = gaya gesekan

(d).Tuliskan persamaan Hukum II Newton untuk landasan licin dan landasan kasar !Jawab:Asumsi: gaya yang menarik beban sejajar dengan landasan benda (landasan merupakan bidang datar).

Landasan Licin

Landasan Kasar Karena adanya gesekan dengan bidang landas, maka gaya gesekan (fs) juga harus diperhitungkan

F-fs = m.a W

2. Tugas setelah percobaan

(a). Dengan kertas pita yang diperoleh dari percobaan kereta dinamika, buat grafik V = f (t) untuk setiap percobaan, tentukan percepatan sistem dari masing-masing percobaan berdasarkan grafik yang anda buat itu . Jawab:Untuk membuat grafik v = f(t), diperlukan data v(m/s) dan t(s)Pada percobaan IDiketahui = f = 50 Hz

T= 1/50 S

Pada percobaan 1 diperoleh :t = jarak antar ketikan x 1/50 v = x/t

Begitu pula pada percobaan 2 sampai dengan 10, dapat dicari dengan perumusan yang sama. Data v dan t dari percobaan 1 sampai 10 dapat ditulis dalam tabel berikut:

No Masa Beban

Gantung (gr)

Jejak Pita ( ketikan )

Panjang pita(cm)

Waktu(detik)

V(m/s)

12345678910

5075,13100

125,13150

175,13200

225,13250

275,13

112704247523431242220

728468

74.5104,565,558596170

2,341,681,341,120,920,710,560,520,500,31

0,00270,00710,00900,01410,02180,02710,03340,04720,05540,1129

v0,11290,05540,04720,03340,02710,02180,01410,00900,00710,0027

0.006 0,012 0,016 0,016 0,02 0,019 0,0187 0,025 0,027 0,035 s

Percepatan sistem dari setiap percobaanPada percobaan 1 diperoleh :

a = Begitu pula pada percobaan 2 sampai dengan 10, dapat dicari dengan perumusan yang sama. Data a dari percobaan 1 sampai dengan 10 ditulis dalam tabel berikut :

Percobaan a (m/dt2)1 0,001152 0,004233 0,006724 0,012595 0,002396 0,038177 0,059648 0,090779 0,1108010 0,36419

(b).Buat grafik hubungan antara resultan gaya dengan percepatan sistem! Apakah hasilnya sesuai dengan Hukum II Newton , berikan penjelasan.Jawab Data grafik ditulis dalam tabel berikut :

= ( mb+mk) aPercobaan Massa beban

(gr)Massa kereta

(gr)Percepatan

(m/dt2) (N)1 50 730,8 0,00115 0,00092 75,13 730,8 0,00423 0,00343 100 730,8 0,00672 0,00564 125,13 730,8 0,01259 0,01085 150 730,8 0,00239 0.00216 175,13 730,8 0,03817 0,03467 200 730,8 0,05964 0,05558 225,13 730,8 0,09077 0,08689 250 730,8 0,11080 0,108810 275,13 730,8 0,36419 0,3663

gaya

0,1088

0,0034

0,0021

0,0009

0,0346

158,8

0,0056

0,0555

0,22

0,0108

0,3663

0,0868

0,0027 0,0048 0,019 0,025 0,033 0,037 0,05 0,115 0,15 0,17

1) Hubungan antara percepatan dan resultan gaya “ Percepatan berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja pada benda.”

2) Hasilnya sesuai dengan Hukum II Newton yang berbunyi : ” Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pad suatu benda berbanding lurus dengan resultan gaya, searah dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda.”

c. Tentukan besar gaya gesekan yang terjadi dalam percobaan tersebut!Jawab:Besarnya gaya gesekan yang terjadi pada percobaan.

= m . a Wb - fges = (mb+mk) a

dimana : Wb = mb x percepatan gravitasi (10m/dt2) mb = massa beban (kg) mk = massa kereta dinamik (kg) fges= gaya gesekan (N)

Data pada percobaan dimasukkan pada tabel berikut, dan fges dihitung berdasarkan rumus diatas.

Percobaan Massa Massa Percepatan Wb fges

percepatan

beban (kg) kereta (kg) (m/dt2) (N)1 0,05 0,7308 0,00115 0,5 0,49912 0,075 0,7308 0,00423 0,751 0,74763 0,10 0,7308 0,00672 1 0,99444 0,125 0,7308 0,01259 1,251 1,24025 0,15 0,7308 0,00239 1,5 1,49796 0,175 0,7308 0,03817 1,751 1,71647 0,20 0,7308 0,05964 2 1,94458 0,225 0,7308 0,09077 2,251 2,16429 0,25 0,7308 0,11080 2,5 2,391310 0,275 0,7308 0,36419 2,751 2,3847

Besarnya gaya gesekan dapat dihitung dari gaya gesekan rata-rata, yaitu junlah seluruh gaya gesekan dari 10 percobaan dibagi dengan banyaknya percobaan, sebagai berikut :

fges =

=

=

= 1,3189 N

Besarnya gaya gesekan rata-rata = gaya gesekan, pada percobaan di atas adalah 1,5578 N

F.Data Hasil Percobaan

No Massa Beban Gantung(gr)

Jejak/potongan pita(ketikan)

Panjang pita(cm)

1 50 112 722 75,13 70 843 100 42 684 125,13 47 74.55 150 52 104,56 175,13 34 65,57 200 31 588 225,13 24 599 250 22 6110 275,13 20 70

G. Pengolahan Data

a. Dari data hasil percobaan dapat dicari t dan v, untuk membuat grafik v = f(t) dan percepatan sistem masing-masing percobaan berdasarkan grafik

Percobaan 1 : Jarak (s)= 0,72/112 ketikan = 0,0064 mWaktu (t) = 112 x 1/50 = 2,24 sV = s / t= 0,0064 / 2,24 = 0,0028 m/sa = v = 0,0028 = 0,0012 m/s2

t 2,24

Percobaan 2 : S = 0,84/70 ketikan = 0,012 mt = 70 x 1/50 = 1,4 sV = s / t = 1,4 / 0,012 = 116.7 m/sa = v = 83,35 m/s2

t

Percobaan 3:s = 0,68m/ 42 ketikan= 0,016 m

t = 42 x 1/50 = 0,84 sv = s / t = 0,016 / 0,84 = 0,019 m/sa = v = 0,0226 m/s2

tPercobaan 4:s = 0,745m/47 ketikan= 0,0158 m

t = 47 x 1/50 = 0,94 sv = s / t = 0,94 / 0,0158 = 59,49 m/sa = v = 63,29 m/s2

tPercobaan 5:S = 104,5m/52 ketikan

= 2,009 mt = 52 x 1/50 = 1,04 sv = s / t = 2,009 / 1,04 = 1,93 m/sa = v = 1,855 m/s2

t

Percobaan 6 :s = 0,655 m/34 ketikan

= 0,019m

t = 34 x 1/50 = 0,68sv = s / t = 0,019 / 0,68 = 0,0275 m/sa = v =0,040 m/s2

t

Percobaan 7:s = 0,58m/31 ketikan = 0,018mt = 31 x 1/50 = 0,62 sv = s / t = 0,018 / 0,62 = 0,029 m/sa = v = 0,046 m/s2

t

Percobaan 8:s = 0,59m/24 ketikan = 0,024mt = 24 x 1/50 = 0,48 sv = s / t = 0,024 / 0,48 = 0,05 m/sa = v = 0,104 m/s2

t

Percobaan 9:s = 0,61m/22 ketikan = 0,0277 mt = 22 x 1/50 = 0,44 sv = s / t = 0,0277 / 0,44 = 0,063 ma = v = 0,143 m/s2

t

Percobaan 10:s = 0,70m/20 ketikan = 0,035 mt = 20 x 1/50 = 0,4 sv = s / t = 0,035 / 0,4 = 0,0875 ma = v = 0,219 m/s2

t

b. Grafik antara resultan gaya dengan percepatan sistem.

Percobaan 1 (mb+mk) a = (0,05+ 0,7308)x 0,00115 = 0,0009N

Percobaan 2 (mb+mk) a

= (0,075 + 0,7308)x 0,00423 = 0,0034N


= (0,10+ 0,7308)x 0,00672 = 0,0056N


= (0,125+ 0,7308)x 0,01259 = 0,0108N


= (0,15+ 0,7308)x 0,00239 = 0,0021N


= (0,175+ 0,7308)x 0,03817 = 0,0346N


= (0,20+ 0,7308)x 0,05964 = 0,0555N


= (0,225+ 0,7308)x 0,09077 = 0,0872N


= (0,25+ 0,7308)x 0,11080 = 0,1088N

Percobaan 10 (mb+mk) a = (0,275+ 0,7308)x 0,36419 = 0,3663N

Dari pengolahan data pada point b, dapat dibuat grafik antara resultan gaya dengan percepatan sistem. Grafik diperlihatkan pada halaman depan (grafik percepatan)

c. Besarnya gaya gesekan yang terjadi pada percobaan. = m . a Wb - fges = (mb+mk) a

dimana : Wb = mb x percepatan gravitasi (10m/dt2) mb = massa beban (kg) mk = massa kereta dinamik (kg) fges= gaya gesekan (N)

Percobaan 1fges = 0,5 –0,0009= 0,4991N

Percobaan 2fges = 0,751– 0,0034 = 0,7476N

Percobaan 3fges = 1 – 0,0056 = 0,9944 N

Percobaaan 4fges = 1,251 – 0,0108 = 1,2402 N

Percobaan 5fges = 1,5 – 0,0021 = 1,4979 N

Percobaan 6fges = 1,751 – 0,0346 = 1,7164 N

Percobaan 7fges = 2 – 0,0555 = 1,9445 N

Percobaan 8fges = 2,251 – 0,0868 = 2,1642 N

Percobaan 9fges = 2,5 – 0,1088 = 2,3913 N

Percobaan 10fges = 2,751 – 0,3663 = 2,3847 N

Besarnya gaya gesekan dapat dihitung dari gaya gesekan rata-rata, yaitu jumlah seluruh gaya gesekan dari 10 percobaan dibagi dengan banyaknya percobaan, sebagai berikut :

fges =

=

=

= 1,319 N

Besarnya gaya gesekan rata-rata = gaya gesekan, pada percobaan di atas adalah 1,319 N

F. Analisis Data Ketikan yang dihasilkan oleh gerak lurus berubah beraturan adalah seperti

pada gambar grafik V = f ( t ). Tampak bahwa jarak antara dua ketikan yang berdekatan selalu bertambah secara tetap. Ini menunjukkan bahwa benda yang menarik ticker timer selalu mengalami pertambahan kecepatan ( disebut percepatan ) yang tetap, disebut gerak lurus berubah beraturan ( GLBB ).Dari data hasil percobaan dapat diperoleh kecepatan, dengan perumusan:

Untuk percepatan sistem dapat dicari dengan perumusan sebagai berikut: a = .

Resultan gaya dapat dicari dari perumusan Hukum II Newton, Untuk mencari gaya gesekan, diperlukan data mengenai massa beban, massa

kereta dinamik, percepatan gravitasi, dan percepatan sistem. Sehingga gaya gesekan pada gambar kereta dinamik diatas, dapat dihitung berdasarkan Hukum II Newton

Wbeban - fk = (massa beban + massa kereta) x a

Setelah fges dicari dari masing-masing percobaan (percobaan 1-10), maka dicari rata-ratanya.Gaya gesekan didapat berdasar perumusan di atas.

I. Kesimpulan Dan Saran

Kesimpulan : Hukum II Newton membahas tentang hubungan antara percepatan dengan massa benda serta hubungan antara gaya yang bekerja pada sebuah benda dengan percepatan yang ditimbulkan oleh gaya tersebut Secara matematis Hukum II Newton dirumuskan:

Saran :

- Dalam praktikum, kami harapkan setiap kelompok diawasi dan dibimbing oleh minimal satu orang asisten, agar praktikum dapat berjalan lancar dan kesalahan bisa dikurangi.

- Dalam percobaan gerak translasi perlu diperhatikan dengan seksama roda kereta agar tidak tersangkut pada dinding papan landasan. Karena bila ini terjadi dapat berakibat fatal untuk data yang diperoleh

J. Daftar PustakaSutrisno,1979. Fisika Dasar II, Bandung: ITB Tim Penyusun PISTA, 1999, FISIKA, hal 12-13,44, Surakarta: SETI-AJIFoster, Bob,2004, Terpadu Fisika SMA, Jakarta: ErlanggaKanginan, M, 2000, FISIKA 2000, Jakarta: ErlanggaTim Fisika Dasar,2008, Petunjuk Praktikum Fisika Dasar, Jimbaran:

Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Udayana.

60169288-Percobaan-1-Gerak-Translasi

Documents

Transcript of 60169288-Percobaan-1-Gerak-Translasi