KESETIMBANGAN BENDA TEGAR NURARIZKAH

17  63  Download (1)

Teks penuh

(1)

SISTEM KESETIMBANGAN GAYA

Nur’arizkah, Rika Mansyur, Rezky amalia, Muhammad Fathur rahmat

PENDIDIKAN FISIKA 2014

Abstrak

Telah dilakukan praktikum dengan judul sistem kesetimbangan gaya, yang bertujuan untuk menyelidiki kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada sistem tuas dua lengan dan untuk menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan prinsip kesetimbangan. Pada praktikum ini diketahui bahwa suatu sistem diakatakan mecapai kesetimbangan statis jika

Fnet= 0 dan ⃗τnet= 0 atau dengan kata lain sistem tersebut harus dalam kesetimbangan translasi dan rotasinya. Momen gaya didapat dengan persamaan τ=w ×l , dimana R adalah panjang lengan gaya, dan F adalah gaya yang bekerja pada masing-masing beban. hasil pengukuran pada kegiatan 1 oleh beban w1, w2, dan Neraca pegas 1,5 N untuk

τ secara

berurutan dari kegiatan pertama hingga lima yakni

2,25 ×10-2 Nm , 2,4 ×10- 2 Nm , 1,2 × 10-2 Nm , 1,75 × 10-2 Nm , dan

1,8 × 10-2 Nm . Namun, hasil pengukuran ini menyebabkan hukum kesetimbangan yang menyatakan bahwa

τ= 0 tidak terbukti.

RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana kondisi-kondisi keseimbangan statis pada sistem tuas dua lengan?

2. Bagaimana cara menentukan momen gaya sistem dua tuas dua lengan berdasarkan prinsip kesetimbangan?

TUJUAN

1. Menyelidiki kondisi-kondisi keseimbangan statis pada sistem tuas dua lengan.

2. Menentukan momen gaya sistem dua tuas dua lengan berdasarkan prinsip kesetimbangan.

METODOLOGI EKSPERIMEN

(2)

Ada dua kondisi yang harus dipenuhi oleh sebuah benda untuk dapat mencapai keseimbangan statis.

Pertama benda tersebut harus dalam keadaan kesetimbangan translasi yang berarti bahwa vektor resultan dari semua gaya yang bekerja pada benda harus sama dengan nol. Gerak translasi suatu benda diatur oleh hukum kedua Newton dalam bentuk momentum linear, ditentukan oleh persamaan :

Fnet=⃗dP dt

Jika dalam keadaan kesetimbangan translasi yakni jika ⃗P suatu konstanta maka ⃗dP /dt = 0 dan kita akan mendapatkan : Fnet= 0

(kesetimbangan gaya)

Kondisi yang lain adalah harus dalam keadaan kesetimbangan rotasinya. Gerakan rotasi benda diatur oleh hukum kedua Newton dalam bentuk momentum angular, ditentukan oleh persamaan:

τnet=⃗d L dt

Jika benda dalam kesetimbangan rotasi yakni, jika ⃗L suatu konstanta,

maka ⃗dL /dt = 0 dan kita akan mendapatkan : τnet= 0 (kesetimbangan Torque)

Jarak tegak lurus dari pusat putaran terhadap garis gaya aksi disebut

lengan gaya. Torka τ merupakan besaran vektor yang didefinisikan :

τ=R× F

(3)

w2 adalah berat beban gantung. Berat batang wB adalah tarikan gravitasi yang bekerja pada pusat gravitasi C.

C B

w2 L3 w1

wB

L2 L1

Kondisi untuk kesetimbangan rotasi untuk sistem di atas adalah :

w1(L1) = w2(L2) + wB(L3)

Alat dan Bahan

1. Alat

a. Dasar statif 1 buah

b. Kaki statif 1 buah

c. Batang statif panjang 1 buah

d. Batang statif pendek 1 buah

e. Neraca pegas 1,5 N 1 buah

f. Steker poros 1 buah

g. Tuas 1 buah

h. Mistar 1 buah

2. Bahan

a. Beban 50 gram 3 buah

Identifikasi Variabel

Kegiatan 1

(4)

2. Berat beban 3. Torka

Definisi Operasional Variabel

Kegiatan 1

1. Panjang lengan gaya adalah ukuran panjang yang diukur dari titik pusat kesetimbangan menuju ke titik beban berada pada steker poros, yang dikur dengan mistar dengan satuan sentimeter (cm).

2. Berat beban adalah ukuran gaya pada massa/beban yang digunakan, yang diukur dengan menggunakan neraca pegas dengan satuan Newton (N). 3. Torka adalah besar gaya yang menyebabkan sistem mengalami

kesetimbangan, diperoleh dengan mengalikan panjang lengan gaya dengan gaya yang bekerja dimasing-masing bagian ujung titik pusat dan memiliki satuan Newton sentimeter (Ncm).

Prosedur Kerja

Menyusun alat-alat yang sudah diambil seperti pada gambar dibawah

Keterangan:

1. Menyatukan dasar statif, kaki statif, batang statif panjang, dan batang statif pendek seperti pada gambar di atas.

2. Memasang tuas pada steker poros dan mengatur keseimbangannya agar anak panah tepat menunjuk vertikal ke bawah.

(5)

Kegiatan Laboratorium

1. Mengukur beban m1(50 gram) dan beban m2 (dua beban 50 gram) dengan menggunakan neraca pegas 1,5 N. mencatat hasilnya pada laporan sementara.

2. Memasang beban m1 pada posisi 4 (6 cm dari pusat tuas) dan beban m2 pada posisi 10 (15 cm dari pusat tuas) disebelah kiri titik pusat tuas (seperti gambar berikut). Mencatat panjang m2 sebagai panjang Lf.

L2

Lf

L1

Fpegas w1 w2

3. Menarik neraca pegas hingga terjadi kesetimbangan dan membaca besarnya gaya (F) pada neraca pegas tersebut.

(6)

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA

Hasi pengamatan

w1 = 50 gram = 0,5 N

w2 = 100 gram = 1 N

NST Neraca Pegas 1,5 N = 0,1 N

NST Mistar = 0,1 cm

Tabel Hasil Pengamatan

No. Urut

Kegiatan 1 2 3 4 5

Lengan Beban 1 (L1 x10-2) m

6 ,00 7 ,50 9,00 16,50 12,00

Lengan Beban 2 (L2x10-2) m

15 ,00 13 ,50 3,00 6,00 9,00

Lengan Gaya (Lf x10-2) m

15 ,00 13 ,50 9,00 16,50 12,00

Gaya Pegas

(7)

ANALISIS DATA

A. Momen gaya (torka) oleh beban w1 = 0,5 N

1. τ1.1= w1 × l1 = 0,5 N × 6,0 × 102 m = 3 × 10-2 Nm

2. τ1.2= w1 × l1 = 0,5 N × 7,5 × 10 2

m = 3,75 × 10-2 Nm

3. τ1.3= w1 × l1 = 0,5 N × 9,0 × 102 m = 4,5 × 10- 2 Nm

4. τ1.4= w1 × l1 = 0,5 N × 16,5 × 10 2

m = 8,25 × 10-2 Nm

5. τ1.5= w1 × l1 = 0,5 N × 12,0 × 102 m = 6,0 × 10- 2 Nm

Momen gaya (torka) oleh beban w2 = 1 N

1. τ2.1= w2 × l2 = 1 N × 15 × 10 - 2

m = 15 × 10-2 Nm

2. τ2.2= w2 × l2 = 1 N × 13,5 × 10- 2 m = 13,5 × 10-2 Nm

3. τ2.3= w2 × l2 = 1 N × 3 × 10 -2

m = 3 × 10-2 Nm

4. τ2.4= w2 × l2 = 1 N × 6 × 10-2 m = 6 × 10- 2 Nm

5. τ2.5= w2 × l2 = 1 N × 9 × 10-2 m = 9 × 10-2 Nm Momen gaya (torka) oleh Fpegas

1. τf.1= Ff × lf = 1,05 N × 15,00 × 10-2 m = 15,75 × 10- 2 Nm

2. τf.2= Ff × lf = 1,1 N × 13,5 × 10- 2 m = 14,85 × 10-2 Nm 3. τf.3= Ff × lf = 0,7 N × 9,0 × 10

- 2

m = 6,3 × 10-2 Nm

(8)

5. τf.5= Ff × lf = 1,1 N × 12,0 × 102 m = 13,2 × 10-2 Nm

B. Torka total masing-masing kegiatan

1.

τ1= τ1.1 + τ2.1 - τf.1 = (3,00 + 15,00 - 15,75)10 - 2

Nm = 2,25 × 10-2 Nm

2.

τ2= τ1.2 + τ2.2 - τf.2 = (3,75 + 13,50 - 14,85)10- 2 Nm = 2,4 × 10-2 Nm

3.

τ3= τ1.3 + τ2.3 - τf.3 = (4,5 + 3,0 - 6,3)10- 2 Nm = 1,2 × 10-2 Nm 4.

τ4= τ1.4 + τ2. 4 - τf.4 = (8,25 + 6,00 - 11,50)10 -2

Nm = 2,4 × 10-2 Nm

5.

τ5= τ1.5 + τ2.5 - τf.5 = (6,0 + 9,0 - 13,2)10-2 Nm = 1,8 × 10-2 Nm

C. Kesalahan Relatif (KR) dan Pelaporan Fisika Hasil Pengukuran

τ = w × l

dτ =

|

∂τ

∂w

|

dw+

|

∂τ ∂l

|

dl

dτ =

|

∂(w × l) ∂w

|

dw+

|

∂(w × l)

∂l

|

dl

dτ =| ldw + wdl|

dτ =| l∆w + w∆l|

∆τ τ =

|

l × ∆w w × l

|

+

|

w × ∆l w × l

|

∆τ =

|

∆w w +

∆l l

|

τ

(9)

∆w = 1

(10)

∆τ1.2=

|

0,1 + 0,0067

|

Nm × τ1.2 Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah :

PF =

|

τ1.2 ± ∆τ1.2

|

Nm =|3,8 ± 0,4|10-2 Nm Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah :

PF =

|

τ1.3 ± ∆τ1.3

|

Nm =|4,5 ± 0, 5|10 Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah :

PF =

|

τ1.4 ± ∆τ1.4

|

Nm =|8,3 ± 0,8|10 - 2

Nm

(11)

∆τ1.5=

|

∆w

Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah : PF =

|

τ1.5 ± ∆τ1.5

|

Nm =|6,0 ± 0,6|10-2 Nm Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah :

PF =

|

τ2.1 ± ∆τ2.1

|

Nm =|15,0 ± 0,8|10 Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah :

(12)

∆τ2.3=

|

0,05

Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah : PF =

|

τ2.3 ± ∆τ2.3

|

Nm =|3,0 ± 0,2|10- 2 Nm Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah :

PF =

|

τ2.4 ± ∆τ2.4

|

Nm =|6,0 ± 0,4|10-2 Nm Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah :

(13)

∆τf.1=

|

0,05

Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah : PF =

|

τf.1 ± ∆τf.1

|

Nm =|15,8 ± 0,8|10- 2 Nm

Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah : PF =

|

τf.2 ± ∆τf.2

|

Nm =|14,9 ± 0,7|10- 2 Nm

(14)

∆τf.4=

|

0,071 + 0,0030

|

Nm × τf.4 ∆τf.4=

(

0,074 × 11,5 × 10

-2

)

Nm = 0,851 × 10-2 Nm Sehingga:

KR =∆τf.4 τf.4

×100 %=0,851 × 10 - 2

11,5 × 10-2 ×100 % = 7,4% = 2 angka berarti Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah :

PF =

|

τf.4 ± ∆τf.4

|

Nm =|12 ± 1|10-2 Nm e. Untuk ∆τf.5

∆τf.5=

|

∆Ff Ff.5 +

∆lf lf.5

|

τf.5 ∆τf.5=

|

0,05

1,1 +

0,05 × 10-2

12 × 10- 2

|

Nm × τf.5 ∆τf.5=

|

0,0455 + 0,0042

|

Nm × τf.5 ∆τf.5=

(

0,0497 × 13,2 × 10

-2

)

Nm = 0,656 × 10-2 Nm Sehingga:

KR =∆τf.5 τf.5

×100 %=0,656 × 10 -2

13,2 × 10-2 ×100 % = 5% = 3 angka berarti Maka pelaporan fisika hasil pengukuran adalah :

(15)

PEMBAHASAN

Praktikum ini bertujuan agar kita bisa memahami dan menjelaskan tentang kondisi-kondisi kesetimbangan gaya dan momen gaya sistem tuas dua lengan

berdasarkan prinsip kesetimbangan. Pada praktikum ini digunakan dua beban w1

dan w2 yang masing-masing beratnya 0,5 N dan 1 N, dan diseimbangkan oleh

neraca pegas 1,5 N pada sisi lain dari titik pusat. Pada kegiatan pertama oleh

beban w1, masing-masing beban dimasukkan 6 cm, dan 15 cm di sebelah kiri dari

titik pusat. Sehingga hasil pembacaan dari neraca pegas yang ditarik sebagai penyeimbang di sebelah kanan titik pusat adalah 1,05 N dengan jarak yang sama

dengan beban w2, urutan jarak peletakan beban dan neraca pegas pada kegiatan

selanjutnya telah dicantumkan pada tabel hasil pengamatan dengan metode praktikum yang sama dengan kegiatan pertama diatas. Adapun hasil perhitungan

torsi oleh beban w1 , dan penulisan fisika hasil pengukuran berdasarkan kesalahan

relativenya yakni 3 ×10-2 Nm dan

PF =

|

τ1.1 ± ∆τ1.1

|

Nm =|3 ± 0, 33|10 -2

Nm , yang menggunakan 2 angka

berarti. Untuk kegiatan pertama hingga kelima oleh beban w1 mengikuti cara

perhitungan yang sama dengan kegiatan pertama oleh beban w1 yang telah

disebutkan diatas.

Pada kegiatan pertama oleh beban w2, beban dimasukkan ke steker poros

dengan jaraknya 15 cm dari titik pusat, hasil perhitungan torsi yang di dapat

yaknni 15 ×10-2 Nm dengan kesalahan relative 5,3 % yang berarti

menggunakan 3 angka berarti, sehingga penulisan fisika pada tahap kegiatan ini

adalah PF =

|

τ2.1 ± ∆τ2.1

|

Nm =|15,0 ± 0,8|10 - 2

Nm . Adapun hasil perhitungan torsi untuk neraca pegas 1,5 N pada kegiatan pertama yakni

15,75 ×10-2 Nm sehingga hasil penulisan fisika untuk kegiatan ini: PF =

|

τf.1 ± ∆τf.1

|

Nm =|15,8 ± 0,8|10

- 2

Nm , atau dengan kesalahan relative 5,1 % yakni dengan 3 angka berarti.

(16)

τ=R× F , dimana F adalah nilai gaya yang bekerja pada beban w1, w2, dan hasil pembacaan neraca pegas 1,5 N pada praktikum ini, dan R adalah jarak atau panjang lengan beban dimana beban diletakkan pada praktikum ini. Pada perhitungan kesalahan relative untuk mendapatkan nilai ∆τ , menggunakan rambat ralat sehingga akan diperoleh persamaan dibawah ini.

τ =

|

∆w w +

∆l

l

|

τ , maka : KR = ∆τ

τ ×100 %= Jumlah angka berarti

Untuk ∆w digunakan kesalahan mutlak alat ukur yang digunakan yakni neraca pegas 1,5 N dengan NST = 0,1 N dan ∆l adalah kesalahan mutlak alat ukur mistar dengan NST 0,1 cm. Selanjutnya persamaan

PF =|τ ± ∆τ|Nm digunakan dalam penulisan fisika dari hasil pengukuran pada masing-masing kegiatan. Dalam pembuktian hukum kesetimbangan diperoleh

τ dari kegiatan pertama hingga lima yakni

2,25 ×10-2 Nm , 2,4 ×10- 2 Nm , 1,2 × 10-2 Nm , 1,75 × 10-2 Nm , dan 1,8 × 10-2 Nm .

KESIMPULAN DAN DISKUSI

(17)

DAFTAR RUJUKAN

Halliday, David dan Robert Resnick. 1999. Fisika Dasar Edisi 7 Jilid 1 (terjemahan). Jakarta: Erlangga.

Jewet dan Serway. 2009. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi 6 (Terjemahan).

Jakarta: Salemba Teknik.

Figur

Tabel Hasil Pengamatan

Tabel Hasil

Pengamatan p.6

Referensi

Memperbarui...