1

MENENTUKAN PERCEPATAN BENDA

PADA SUDUT YANG BERBEDA

Arif Rahman

E-mail : ar_rachmman@yahoo.co.id

Program S-1 Pendidikan Fisika

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta

INTISARI

Eksperimen alat untuk mengetahui pengaruh sudut terhadap percepatan

benda pada bidang miring telah dilakukan dengan meluncurkan benda (mobil-

mobilan) dengan massa 25 gram pada lintasan berupa bidang miring dengan

panjang 81,5 cm. Lintasan terbuat dari bahan acrylic yang koefisien geseknya

sangat kecil sehingga gaya geseknya diabaikan. Percobaan ini dirancang agar

kemiringan lintasan terhadap bidang datar dapat diatur.

Dengan mengatur sudut kemiringan bidang sebesar, 5˚, 10˚, 15˚, 20˚ dan

25˚, secara eksperimen diperoleh percepatan benda s, untuk sudut 5˚ didapatkan

sebesar 0,840011770 m/s2, sudut 10˚ diperoleh 1,985780351 m/s2, sudut 15˚

diperoleh 2,272065168 m/s2, untuk sudut 20˚ diperoleh 3,251779501 m/s2, dan

untuk sudut 25˚ diperoleh 4,004481082 m/s2. Sedangkan percepatan yang

dihitung secara teoritis diperoleh 0,871557427 m/s2 untuk sudut 5˚, 1,736481777

2

m/s2 untuk sudut 10˚, 2,588190451 m/s2 untuk sudut 15˚, 3,420201433 m/s2 untuk

sudut 20˚, dan 4,226182617 m/s2 untuk sudut 25˚.

Berdasarkan hasil pengujian alat untuk mengetahui pengaruh sudut

terhadap percepatan benda pada bidang miring yang dilakukan, nilai

eksperimental memiliki tingkat kesesuaian yang baik dengan nilai prediksi

teoritisnya, dengan ralat relatif sebesar 3,619458206 % pada pengukuran dengan

sudut elevasi 5˚, 14,35653271 % pada pengukuran dengan sudut elevasi 10˚,

12,21414301 % pada pengukuran dengan sudut elevasi 15˚, 6,386230059 % pada

pengukuran dengan sudut elevasi 20˚, dan 5,245900678 % pada pengukuran

dengan sudut elevasi 25˚.

Berdasarkan percobaan bisa diketahui bahwa percepatan benda pada

bidang miring dipengaruhi sudut kemiringan bidang. Semakin besar sudut elevasi

bidang miring terhadap bidang datar, maka waktu yang dibutuhkan benda untuk

mencapai titik akhir semakin singkat, sehingga bisa dikatakan percepatan benda

semakin besar.

Kata Kunci : Bidang Miring, Pengaruh Sudut Bidang terhadap Percepatan Benda.

3

ABSTRACT

Experimental tool to determine the effect of acceleration of the object at an

angle to the inclined plane has been done with the launching of objects (cars) with

a mass of 25 grams on the track in the form of an inclined plane with a length of

81.5 cm. Tracks made of acrylic material that is so small that friction coefficient

friction force is negligible. This experiment is designed so that the slope of the

trajectory of the plane can be arranged.

By adjusting the tilt angle of the field, 5˚, 10˚, 15˚, 20˚ and 25˚,

experimentally derived object's acceleration, for a 5˚ angle obtained by

0.840011770 m/s2, 10˚ angle obtained 1.985780351 m/s2, angle of 15˚ obtained

2.272065168 m/s2, obtained for an angle of 20˚ 3.251779501 m/s2, and for an

angle of 25˚ obtained 4.004481082 m/s2. While acceleration is calculated

theoretically obtained 0.871557427 m/s2 for 5˚ angle, 1.736481777 m/s2 for 10˚

angle, 2.588190451 m/s2 for 15˚ angle, 3.420201433 m/s2 for 20˚ angle , and

4.226182617 m/s2 for 25˚ angle.

Based on the results of the testing tool to determine the effect of

acceleration of the object at an angle to the inclined plane is done, the

experimental values have a good level of compliance with the theoretical

prediction value, with a relative error of 3.619458206 % in the measurement of

the elevation angle of 5˚, 14.35653271 % on measurement of the elevation angle

10˚, 12.21414301 % in the measurement of elevation angle 15˚, 6.386230059 %

in the measurement of elevation angle 20˚, and 5.245900678 % on measuring the

elevation angle of 25˚.

4

Based on the experiments can be known that the acceleration of the object

on an inclined plane tilt angle affected areas. The greater the elevation angle of the

incline to the plane, then the time required to reach the endpoint object is getting

shorter, so that it can be said the acceleration of the larger object.

Key words: Inclined plane, Effect of Angle on the Acceleration of Objects.

5

1. Pendahuluan

Prinsip bidang miring banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari hari.

Hal yang menarik untuk diamati berkaitan dengan bidang miring adalah gerak

luncuran benda, misalnya luncuran pada perosotan. Kemiringan perosotan

harus disesuaikan agar aman untuk digunakan, karena jika kemiringannya tidak

disesuaikan dan tidak ada hambatan dalam hal ini adalah koefisien gesek antara

benda dengan permukaan bidang, maka kecepatan luncur tidak akan terkendali

dan dapat membahayakan(Giancoli, D).

Beberapa percobaan mengenai pengaruh sudut terhadap percepatan telah

dilakukan, seperti percobaan yang dilakukan oleh M Raza Primadi bertujuan

utnuk menentukan percepatan benda pada bidang miring. Percobaan ini

dilakukan dengan meluncurkan benda (mobil-mobilan) pada bidang miring

yang lintasannya sudah diketahui jaraknya.

Kemudian waktu yang diperlukan benda untuk menempuh bagian

lintasan tersebut diukur dengan menggunakan stop watch dengan luncuran

dimulai dari ujung bidang yang paling tinggi. Dengan mengatur sudut

kemiringan bidang sebesar 5˚,10˚, 15˚, 20˚ dan 25˚ diperoleh percepatan benda

secara eksperimen, yaitu sebesar 0.88999644 m/s2 untuk sudut 5˚, 1.64365549

m/s2 untuk sudut 10˚, 2.100399076 m/s2 untuk sudut 15˚, 2.872737719 m/s2

untuk sudut 20˚, dan 3.698224852 m/s2 untuk sudut 25˚. Sedangkan percepatan

yang dihitung secara teoritis diperoleh 0.854126279 untuk sudut 5˚,

1.701752141 untuk sudut 10˚, 2.536426642 untuk sudut 15˚, 3.351797405

untuk sudut 20˚, dan 4.141658965 untuk sudut 25˚.

6

Besar sudut kemiringan bidang berpengaruh terhadap percepatan benda.

Sehingga alat ini dibuat untuk menentukan percepatan benda pada sudut yang

berbeda.

2. Dasar Teori

Benda yang diletakkan pada bidang miring akan bergerak dengan

percepatan tertentu, karena adanya interaksi gaya yang bekerja pada benda.

Percepatan gerak benda pada bidang miring dapat dianalisa dengan

memanfaatkan hukum Newton tentang gerak, seperti pada Gambar 1

Gambar 1. Interaksi gaya-gaya yang bekerja pada benda yang

bergerak pada bidang miring

Gambar 1 merupakan gambar interaksi gaya yang bekerja pada benda

yang bergerak pada bidang miring, diantaranya gaya berat dan gaya

normal(Young,dkk). Dari interaksi gaya-gaya tersebut, persamaan dapat

diperoleh dengan menggunakan analisis vektor dengan acuan koordinat sumbu

x merupakan permukaan bidang dan sumbu y pada tegak lurus bidang.

7

Sehingga gaya berat dapat diuraikan menjadi komponen arah sumbu x dengan

persamaan

𝑤𝑤𝑥𝑥 = 𝒘𝒘 sin𝛼𝛼 (1)

dan komponen berat arah sumbu y

𝑤𝑤𝑦𝑦 = 𝒘𝒘 cos𝛼𝛼 (2)

dengan w merupakan berat benda (N) dan α merupakan sudut permukaan

bidang miring terhadap bidang datar (˚).

Pada arah sumbu y terdapat gaya normal (N) yang berlawanan arah

dengan komponen gaya berat pada arah sumbu y (wy). Resultan gaya pada arah

sumbu y adalah nol karena tidak ada gerak pada arah sumbu y, sehingga

berlaku hukum I Newton dengan persamaan

Ʃ𝑭𝑭= 0 (3)

sehingga diperoleh persamaan

𝑵𝑵 – 𝒘𝒘 cos𝛼𝛼 = 0 (4)

𝑵𝑵 = 𝒘𝒘 cos𝛼𝛼 (5)

dengan N merupkan gaya normal (N) dan w merupakan berat benda (N). Dari

persamaan (3) terlihat bahwa gaya normal pada kotak yang diberikan oleh meja

mempunyai besar yang sama dengan kompon berat kotak arah sumbu y.

Namun, karena dalam percobaan ini gaya gesek antara benda dengan

permukaan bidang diabaikan, maka gaya normal tidak akan berpengaruh

terhadap percepatan benda (Giancoli, D).

Benda bergerak pada arah sumbu x dengan percepatan tertentu dan

berlaku hukum II Newton dengan persamaan

8

Ʃ𝑭𝑭 = 𝑚𝑚 𝒂𝒂 (6)

gaya-gaya yang bekerja pada arah sumbu x adalah komponen berat arah sumbu

x dan gaya gesek kinetik yang arahnya saling berlawanan, sehingga diperoleh

persamaan :

𝒘𝒘 sin𝛼𝛼 = 𝑚𝑚 𝒂𝒂 (7)

sehingga, diperoleh persamaan untuk menentukan percepatan benda secara

teoritik yaitu

𝒂𝒂 = 𝒘𝒘 sin 𝑎𝑎m

(8)

dengan a merupakan percepatan benda (m/s2), w merupakan gaya berat benda

(N), α merupakan sudut permukaan bidang miring terhadap bidang datar

(˚),dan m merupakan massa benda (kg).

Untuk mengulur percepatan benda secara eksperimen, digunakan

persamaan

𝒂𝒂 = 2𝑠𝑠/𝑡𝑡2 (9)

dengan s merupakan panjang lintasan (m), dan t adalah waktu tempuh dari titik

awal samapai titk akhir (s).

Pengukuran keberhasilan sistem dilakukan dengan perhitungan ralat

relatif antara nilai percepatan yang diperoleh berdasar eksperimen dengan nilai

percepatan yang dihitung secara teori dengan persamaan..

𝒂𝒂 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑠𝑠𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑚𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒 −𝒂𝒂 𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡𝑒𝑒𝑒𝑒𝒂𝒂 𝑡𝑡𝑒𝑒𝑡𝑡𝑒𝑒𝑒𝑒

𝑥𝑥 100% (10)

dengan xeksperimen adalah jarak maksimum yang diperoleh dari hasil

ekperimen dan xteori adalah jarak maksimum hasil dari prediksi teoritik.

9

3. Tata Kerja

3.1. Bahan dan Alat

Permukaan lintasan yang digunakan dalam percobaan ini menggunakan

bahan acrylic dengan koefisien gesek sangat kecil, sehingga gaya geseknya

diabaikan. Lintasan berupa bidang miring dengan panjang 81,5 cm yang

dirancang agar kemiringan lintasan terhadap bidang datar dapat diatur.

Untuk mengukur waktu yang dibutuhkan benda dari titik awal hingga

titik akhir digunakan sensor LED dan LDR yang dirangkai diposisi awal dan

posisi akhir lintasan, kemudian sensor tersebut disambungke software

audacity yang membaca waktu lintas benda. Benda yang digunakan dalam

percobaan ini adalah mobil-mobilan dengan massa 25 gram. Desain alat pada

Gambar 2 :

Gambar 2. Rancangan Alat untuk Mengetahui Pengaruh sudut terhadap

Percepatan Benda.

10

3.2. Pengujian pengaruh sudut terhadap percepatan gerak benda pada

bidang miring.

Pecobaan ini dilakukan dengan memvariasi sudut antara permukaan

lintasan dengan bidang datar, sehingga diperoleh waktu tempuh yang berbeda

pada setiap sudut. Waktu yang diperoleh dari pecobaan akan dikonfersi ke

persamaan (9) sebagai nilai percepatan secara ekperimen. Percepatan akan

dianalisis pada sudut elevasi sebesar 5˚,10˚, 15˚, 20˚ dan 25˚. Sebagai

perbandingan, pecepatan juga akan dihitung secara teoritis menggunakan

persamaan (8). Ralat relatif antara percepatan yang diukur secara eksperimen

dengan perhitungan secara teori akan dihitung dengan persamaan (10).

4. Hasil dan Pembahasan

Metode analisis akan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan analisis

data hasil ekperimen dan perhitungan secara teoritik. Hasil analisis dari kedua

metode akan korelasi sebagai ralat relatif untuk gambaran dari keberhasilan

sistem.

11

4.1.1. Pengaruh Sudut terhadap Percepatan Benda pada Bidang Miring

secara Eksperimen

Berdasarkan percobaan pengaruh sudut terhadap percepatan benda

pada bidang miring, diperoleh data sebagai berikut :

Tabel 1. Data Pengaruh Sudut terhadap percepatan benda pada

bidang miring Hasil Eksperimen

No α (˚) t (s) a (m/s2)

1 5 1,393 0,840011770

2 10 0,906 1,985780351

3 15 0,847 2,272065168

4 20 0,708 3,251779501

5 25 0,638 4,004481082

Berdasarkan data dari tabel 1 dapat diketahui bahwa semakin besar

sudut elevasi antara bidang miring terhadap bidang datar, maka waktu yang

dibutuhkan benda dari titik awal hingga titik akhir semakin singkat,

sehingga bisa diketahui bahwa percepatannya juga semakin besar.

4.1.2. Pengaruh Sudut terhadap Percepatan Benda pada Bidang Miring

secara Teori

Besar percepatan untuk setiap sudut pada bidang miring dihitung

dengan persamaan (10), sehingga diperoleh :

12

Tabel 2. Data Pengaruh Sudut terhadap Percepatan Benda pada

Bidang Miring Hasil Perhitungan Teoritik

No α (˚) a (m/s2)

1 5 0,871557427

2 10 1,736481777

3 15 2,588190451

4 20 3,420201433

5 25 4,226182617

Perbandingan antara jarak maksimum yang diperoleh secara

ekperimen dengan jarak maksimum hasil perhitungan teoritik adalah :

Tabel 3. Jarak Maksimum dari Hasil Eksperimen dan Perhitungan Teoritik

No α (˚) Percepatan (m/s2) ralat relatif

(%) Eksperimen Teori

1 5 0,840011770 0,871557427 3,619458206

2 10 1,985780351 1,736481777 14,35653271

3 15 2,272065168 2,588190451 12,21414301

4 20 3,251779501 3,420201433 6,386230059

5 25 4,004481082 4,226182617 5,245900678

Berdasarkan tabel 3 dapat diketahui bahwa nilai eksperimental

memiliki tingkat kesesuaian yang baik dengan nilai prediksi teoritisnya,

13

dengan ralat relatif sebesar 3,619458206 % untuk sudut 5˚, 14,35653271 %

untuk sudut 10˚, 12,21414301% untuk sudut 15˚, 6,386230059 % untuk

sudut 20˚ dan 5,245900678 % untuk sudut 25˚.

4. Pengembangan Lebih Lanjut

Seiring kemajuan teknologi, alat ini masih perlu pengembangan untuk

mendapatkan hasil eksperimen yang sangat valid. Sebelumnya alat ini

dirancang hanya dengan dua lokasi sensor LDR dan LED yang disambungkan

ke komputer yakni pada awal benda bergerak dan di akhir benda bergerak.

Sensor tersebut sejatinya tidak hanya pada awal ataupun diakhir lintasan,

melainkan disetiap lintasan diberi sensor 3 atau lebih sesuai dengan kebutuhan

praktikan.

5. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan pengaruh sudut terhadap percepatan benda pada

bidang miring dapat disimpulkan bahwa percepatan benda pada bidang miring

dipengaruhi sudut elevasi antara bidang miring terhadap bidang datar. Semakin

besar sudut elevasi bidang miring terhadap bidang datar, maka waktu yang

dibutuhkan benda untuk mecapai titik akhir semakin singkat, sehingga bisa

dikatakan percepatan benda semakin besar . Hasil eksperimental memiliki

tingkat kesesuaian yang baik dengan nilai prediksi teoritisnya, dengan ralat

relatif sebesar 3,619458206 % untuk sudut 5˚, 14,35653271 % untuk sudut 10˚,

12,21414301 % untuk sudut 15˚, 6,386230059 % untuk sudut 20˚ dan

5,245900678 % untuk sudut 25˚.

14

DAFTAR PUSTAKA

Foster B,2004. Fisika SMA Untuk Kelas X, Jakarta: Erlangga.

Giancoli, Douglas C..2001. Fisika Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Vernier Software & Technology, 13979 S.W. Millikan Way, Beaverton, OR

97005-2886; http://www.vernier.com.

Young, H. D. dan Freedman, R. A. 2000. Fisika Universitas. Addison Wesley

Longman : New York