GERAK TRANSLASI DAN ROTASI

I.          TUJUAN

1. Mempelajari hukum Newton

2. Menentukan momen inersia katrol pesawat Atwood

II.        DASAR TEORI

            Hukum II Newton menyatakan: “Jika resultan gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol maka akan timbul percepatan pada benda yang besarnya sebanding dengan besar resultan gaya yang bekerja pada benda, dan berbanding terbalik dengan massa kelembamannya” Secara matematis dapat dituliskan sebagai:

 .....(2.1)

Anda dapat mempelajari hukum tersebut di atas pada percobaan kereta dinamika maupun pada percobaan pesawat Atwood. Percobaan kereta dinamika dapat dijelaskan sebagai berikut:

Gambar 2.1. Percobaan kereta dinamika

Pada percobaan dalam gambar di atas, kereta dinamika berada di atas landasan (rel) yang diberi kemiringan dan dilepaskan tanpa kecepatn awal. Gaya berat kereta dinamika tersebut menyebabkan system kereta dinamika bergerak. Pada saat keret dilepaskan, power supply ang dihidupkan akan menyalakan ticker timer. Pola berupa titik-titik jejak ketikan yang dihasilkan oleh ticker timer pada pita kertas yang ditarik oleh kereta dinamika ini menggambarkan gerak kereta dinamika secara kualitatif.

Dalam percobaan ini kereta dinamika bergerak lurus dengan kecepatan yang bertambah, karena itu gerak kereta dinamika adalah gerak berubah beraturan yang dipercepat. Dengan demikian, jarak antara dua titik yang berturutan pada kertas pita akan semakin besar. Dalam percobaan kereta dinamika ini anda dapat memvariasikan sudut kemiringan dan massa kereta dinamika.

Percobaan dengan pesawat Atwood ditunjukkan seperti pada gambar 2.2. Bila massa silinder M₁ dan beban tambahan (yaitu, M₁ + m) lebih besar daripada massa silinder M₂,  maka silinder M₁ dan beban tambahan m akan bergerak dipercepat ke bawah sedangkan silinder M₂, akan bergerak ke atas dengan percepatan yang sama besarnya. Hal itu akan membuat katrol bersumbu tetap yang menghubungkan keduanya berotasi pada sumbu tetapnya. Pada tiap silinder berlaku hukum II Newton:

.....(2.2)

Sedangkan untuk katrol berlaku:

 .....(2.3)

Gambar 2.2. pesawat Atwood

Dengan menjabarkan persamaan (2.2) dan (2.3) di atas, kita dapat menurunkan persamaan untuk menghitung percepatan silinder, 

 .....(2.4)

III.       METODE PERCOBAAN

Alat dan bahan

Kereta dinamika

1. Kereta dinamika                                                                      1 buah
2. Beban tambahan @ 200 gram                                                 4 buah
3. Landasan Rel Kereta dengan variable kemiringan                 1 buah
4. Ticker timer ( 6 volt ac, 50-60 Hz, celah pita 1 cm )              1 buah
5. Power supply                                                                          1 buah
6. Pita kertas (1x80 cm)                                                              20 lembar
7. Kertas karbon                                                                          secukupnya

Pesawat Atwood

1.   Katrol ( tebal 5 mm, diameter 12 cm)                                    1 buah

2.   Batang tegak (batang berskala cm, skala terkecil 1 cm)        1 buah

3.   Klem pemegang ( 1 klem memiliki pengatur panjang)          1 buah

4.   Silinder materi                                                                        2 buah

5.   Klem pembatas berlubang                                                      1 buah

6.   Klem pembatas tak berlubang                                                1 buah

7.   Pemegang/ pelepas silinder                                                    1 buah

8.   Beban tambahan                                                                     2 buah

      (plat metal, m₁ = 2 gram dan m₂= 4 gram      

9.   Stop watch ( interupsi type )                                                   1 buah

Prosedur Percobaan

Kereta dinamika

1.   Susun alat-alat seperti pada gambar 2.1. anda dapat memulai dengan empat beban di atas kereta dinamika. Untuk menghidupkan ticker timer gunakan power supply dengan beda potensial 3 volt AC (Maksimum 6 Volt AC)

2.  Atur kemiringan landasan rel mulai dari 12⁰. pasang pita kertas pada penjepit pita di posisi belakang kereta dinamika. Pegang kereta dinamika pada posisi teratas. Lepaskan kereta dinamika bersamaan dengan menghidupkan ticker timer. Tangkap kereta dinamika pada saat pendorong-pegas kereta tepat menyentuh pembatas rel, jaga dengan hati-hati (jangan sampai kereta terjatuh) dan segara matikan ticker timer dengan memutus saklar penghubung. Amati jejak ketikan ticker timer pada pita kertas, bila baik tandailah pita dengan mencatat kemiringan dan massa beban pada pita lalu lakukan langkah berikutnya.

3.  Ulangi langkah 2 (untuk kemiringan yang sama) dengan beban yang berbeda-beda (ambil lima data untuk beban yang berbeda).

4.  Lakukan langkah 2 sampai 3 dengan pengurangan kemirigan hingga 5⁰ (untuk beban yang tetap)

5.  Ukur dan catatlah massa kereta dinamika dan massa beban tambahan dari setiap data yang diambil.

Pesawat Atwood

Pertama: Menentukan momen inersia katrol

1.   Ukur dan catat massa silinder M₁, M₂, beban tambahan m₁ dan m₂, serta massa katrol m_k, dan jari-jari katrol (R).

2.   Atur system seperti gambar 2.2. tetapkan skala nol pesawat sebagai titik A dan tentukan letak pembatas berlubang sebagai titik B, dan catat jarak AB itu.

3.   Tambahkan m₁ pada M₁ dan atur agar posisi awal m1 tepat di A.

4.   Lepaskan pemegang M₂ bersamaan dengan menghidupkan stopwatch.

      Catat waktu yang diperlukan untuk bergerak dari A ke B (t _AB).

5.   Gantilah beban tambahan dengan m₂ lalu lakukan langkah ke-3 dan ke-4.

6.   Lakukan langkah 1- 5 sebanyak lima kali dengan jarak AB yang berbeda-beda.

7.   Berdasarkan data yang anda temkan, buatlah grafik S_AB = f(t_AB²).

Kedua: Mempelajari perilaku hukum II Newton

8.   Letakkan pembatas C di bawah titik B. Atur jarak AB 80 cm dan jarak BC_min 20 cm. (ket: angka-angka ini hanya untuk memudahkan).

9.   Tambahkan m₁ dan m₂ pada M₁ lalu atur agar posisi awal tepat di A, lepaskan pemegang M₂ sehingga dapat bergerak naik, M₁ turun melewati B hingga ke C, sedangkan m₁ tertahan di B. Ukur dan catat waktu yang diperlukan untuk bergerak dari A ke B (t_AB) dan dari B ke C (t_BC).

10. Lakukan langkah 8 dan 9 hingga lima kali dengan jarak AC tetap sedangkan jarak AB dan jarak BC berbeda-beda melalui perubahan posisi B.

11. Berdasarkan data yang diperoleh buatlah grafik S_AB = f(t_AB²), dan grafik S BC = f(t BC) 

TUGAS PENDAHULUAN

Eksperimen Kereta Dinamika

a.   Berdasarkan gambar 2.1, gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada kereta dinamika!

b.  Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja, tuliskan persamaan gerak kereta dinamika jika terdapat gaya gesekan dan tanpa gaya gesekan!      

c. Berdasarkan prosedur eksperimen kereta dinamika, bagaimanakah anda dapat mengetahui kesebandingan antara F~m, dan F~a?

d.  Bagaimanakah prediksi anda tentang grafik F = f(m) untuk a konstan, dan grafik  untuk m konstan?

e. Berdasarkan pemahaman prosedur eksperimen kereta dinamika, buatlah rancangan tabel data pengamatan!

f. Dalam eksperimen ini dapatkah anda mengetahui besar gaya gesekan antara kereta dinamika dan papan landasan? Berikan argumentasi anda!

g. Jelaskan bagaimana cara mengolah data hasil percobaan kereta dinamika dalam menjelaskan keberlakuan hukum II Newton dalam percobaan ini!

Eksperimen Pesawat Atwood

a.      Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada silinder M₁, M₂, dan katrol dalam percobaan Atwood !

b.  Turunkan persamaan percepatan silinder M₁ dan M₂ pada percobaan Atwood bila momen inersia katrol diabaikan !

c.    Turunkan persamaan percepatan silinder M₁, M₂, pada percobaan Atwood bila momen inersia katrol tidak diabaikan !

d.   Berdasarkan pemahaman anda tentang prosedur pesawat Atwood, bagaimanakah cara anda mengalisis hasil momen inersia yang anda dapatkan ?

e.  Dengan memahami prosedur, ramlkan perilaku gerak benda pada percobaan kedua pesawat atwood pada jarak AB dan BC, dan dan bagaimana anda mengkaitkan hukum Newton II dengan fenomena ini !

V.        TUGAS AKHIR

Eksperimen Kereta Dinamika

a.   Dengan menganggap frekuensi PLN 50 Hz (konstan), ubahlah data pita ticker timer dalam tabel yang mengandung variable, S, waktu untuk lima ketukan, dan kecepatan rata-rata untuk lima ketukan.

b.    Melalui tabel pada langkah (a), buat grafik v = f(t) untuk setiap percobaan. Tentukan percepatan system dari masing-masing percobaan berdasarkan grafik yang anda buat itu!

c.   Berdasarkan grafik pada langkah (b), buatlah grafik

 untuk kemiringan yang konstan, dan grafik

untuk massa yang konstan!

d.      Bagaimanakah kecenderungan hasil langkah (c)? apakah sesuai dengan konsep hokum II Newton? Berikan penjelasan!

e.   Dari data yang anda peroleh untuk kasus m konstan ( berubah), buatlah grafik gaya gesekan terhadap gaya normal! Berdasarkan grafik ini tentukanlah nilai koefisien gesekan kinetis antara kereta dinamika dan landasan!

Eksperimen Pesawat Atwood

f.    Dari tabel data percobaan Atwood, buatlah grafik S_AB terhadap t_AB² ketika M₁ bergerak dari A ke B dengan beban tambahan m₁ + m₂, lalu hitung percepatannya brdasarkan grafik itu!

g.      Melalui percepatan yang diperoleh pada langkah (f), tentukan harga momen inersia katrol dan apakah hasilnya sama bila anda menggunakan I = 1/2MR²? Berikan argumentasi anda!

h.      Buatlah grafik S_AB terhadap t_AB, dan grafik S_BC terhadap t_BC (untuk beban tambahan m₁ + m₂)!

i.        Berdasarkan grafik yang anda buat, perkirakanlah gerak pada lintasan AB dan BC!

VI.       DAFTAR PUSTAKA

1.   Serway, R. “Physics for scientist & Engineers With Modern Physics”, James Madison University Harrison burg, Virginia, 1989.

2.   Resnick & Haliday, “ Fisika Jilid 1 ”  Bab 20 Erlangga (Terjemahan).

3.   Tipler, P. ”Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 1” Erlangga (Terjemahan). 

BACA JUGA :

= Super Admob Pro Mastery White Hat Version =

= Bikin Landing Page Pake Blogspot =

= Cara Mempermudah Berbisnis Dropship =


= Membuat Video Profesional dengan Power Point =

= Cara Optimasi Menaikan Profit di Akun Instagram Bisnis =