PERHITUNGAN PERCEPATAN GERAK PADA TROLLY DENGAN PERSAMAAN HUKUM II NEWTON DAN GLBB
Oleh :
Hasan Nuurul H. (15030184084) Puji Rahayu (15030184081)
KELAS : PFC 2015
ABSTRAK
Percobaan hukum newton tentang gerak ini bertujuan untuk menentukan nilai percepatan trolly yang dihitung menggunakan persamaan hukum II newton dan gerak lurus berubah beraturan, untuk mengetahui pengaruh percepatan trolly terhadap penambahan massa beban, dan untuk mengetahui hubungan antara waktu tempuh trolly dengan percepatan pada trolly. Metode yang digunakan dalam percobaan ini untuk arah bidang datar dan arah bidang miring adalah menimbang massa trolly dan beban, kemudian merangkai alat, menentukan jarak lintasan pada papan luncur, menarik dan melepaskan trolly kemudian menghitung waktu tempuh dan mengulangi percobaan sebanyak 5 kali manipulasi dan 3 kali pengulangan dengan manipulasi massa beban(m2) pada arah bidang datar dan manipulasi sudut kemiringan(α) untuk arah bidang miring. Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh perbedaan nilai percepatan pada perhitungan menggunakan persamaan hukum newton dengan persamaan GLBB. Salah satu contoh percobaan trolly pada arah bidang datar. Untuk percepatan yang dihitung menggunakan rumus hukum II newton diperoleh nilai a sebesar 2,08 m/s2 sedangkan percepatan yang dihitung
menggunakan rumus GLBB diperoleh nilai a sebesar ( 0,84±0,10) m/s2 dengan taraf ketelitian
sebesar 89,00%. Hal tersebut menunjukan adanya perbedaan yang disebabkan salah satunya diabaikan gaya gesek pada trolly.
I. PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari kita pasti menggunakan berbagai macam benda yang mempunyai massa yang berbeda dan dapat bergerak. Seperti saat seseorang mendorong gerobak, gerobak tersebut memiliki massa dan
yang dimiliki oleh suatu benda mempunyai hubungan dengan prinsip hukum newton tentang gerak, khususnya hukum II newton, dan juga berhubungan dengan gerak lurus berubah beraturan. Adapun tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan nilai percepatan trolly yang dihitung menggunakan persamaan hukum II newton dan
gerak lurus berubah
beraturan(GLBB), untuk
mengetahui pengaruh percepatan trolly (a) terhadap penambahan massa beban (m2), dan untuk
mengetahui hubungan antara waktu tempuh trolly (t) dengan percepatan pada trolly (a). Adapun rumusan masalah dari percobaan ini adalah “Berapakah percepatan trolly yang dihitung dengan menggunakan persamaan hukum II newton dan gerak lurus berubah beraturan?”,
“Bagaimanakah pengaruh
percepatan trolly terhadap penambahan massa beban ?”, dan “Bagaimana hubungan antara waktu tempuh trolly dengan percepatan pada trolly?”.
II. DASAR TEORI
Issac Newton (1642 – 1727 ) menerbitkan sebuah paper yang amat monumental dan bahkan menjadi sebuah buku dasar yang melandasi seluruh teori tentang gerak benda. Dalam bukunya menyatakan tiga pokok pernyataan, yang dikenal dengan tiga hukum Newton. Tiga hukum Newton inilah yang menjadi landasan ilmu mekanika hingga saat ini (Ishaq.2007).
Hukum Newton 1
“ Jika resultan gaya (jumlah seluruh gaya) pada sebuah benda nol, maka kecepatan benda tidak berubah (tetap)” (Ishaq.2007).
Hukum Newton pada dasarnya menyatakan bahwa setelah benda secara alami cenderung memertahankan keadaannya, kecuali ada gaya yang mengganggu keadaan ini. Artinya jika benda mula-mula diam, maka ia akan tetap diam. Tapi jika semula benda bergerak dengan kecepatan tetap v , maka akan tetap bergerak dengan kecepatan (v) juga dalam bahasa matematis, dituliskan sebagai berikut :
∑F = 0
Hukum II newton
“Jika resultan gaya pada suatu benda tidak nol, maka benda akan mengalami perubahan kecepatan.” (Ishaq.2007).
berimbang terjadi pada sebuah benda, maka benda yang semula diam akan bergerak dengan kecepatan tertentu, atau jika benda semula bergerak dapat menjadi diam (kecepatan nol). Bertambah kecepatannya atau melambat karena dipengaruhi gaya luar tadi. Dalam bahasa matematika hal ini diungkapkan dalam rumus Hukum Newton yang amat terkenal yaitu :
∑F = m.a
dimana a adalah percepatan, m
adalah massa, dan ∑F merupakan gaya total. Simbol ∑ (sigma) berarti “jumlah dari”; F adalah gaya, sehingga ∑F berarti jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada benda benda tersebut, yang didefiisikan sebagai gaya total. (Giancoli.2001)
Hukum II newtonI
“ Setiap gaya (gaya aksi) yang mengenai sebuah benda kedua, maka kedua benda tersebut akan menghasilkan gaya (gaya reaksi) yang sama besar dan berlawanan arah pada benda pertama.” (Ishaq.2007).
Sifat pasangan gaya aksi reaksi adalah besar dari kedua gaya adalah sama. Arah gaya aksi dengan reaksi berlawanan dan kedua gaya
terletak dalam satu garis lurus. Dalam ungkapan matematis hukum aksi – reaksi ini adalah :
∑F aksi = - ∑F reaksi
Suatu benda dikatakan bergerak apabila terjadi perubahan posisi benda terhadap sebuah titik acuan, salah satu gerak lurus yang bekerja pada benda adalah gerak lurus berubah beraturan (GLBB) yaitu gerak dengan lintasan berupa garis lurus, dan kecepatannya selalu berubah secara beraturan setiap waktu. (Ishaq.2007)
Fenomena gerak benda yang dipengaruhi gaya sangat sesuai dengan Hukum II Newton. Yang bisa didefinisikan sebagai perubahan momentum tiap detik. Karena momentum adalah perkalian massa dengan kecepatan gerak yang dapat dituliskan :
F=dp dt
F=d(mv) dt
F=mdv dt
F=m a
Trolly mengalami pergerakan dan mempunyai percepatan tertentu saat digantungkan beban (m2). Berlaku
hokum Newton II dan gaya gesekan pada roda trolly diabaikan, yang dapat dituliskan :
∑
F=m aT1−T2+w=Δm a m2.g=(m1+m2)a
Sehingga untuk mencari percepatan yang dialami trolly dapat dirumuskan:
a= m2. g (m1+m2)
Jika trolly tersebut berada pada bidsng miring yang membentuk sudut α terhadap bidang datar seperti pada gambar di bawah ini (gambar 2).
Dengan mengabaikan gaya gesekan pada trolly untuk gerak
miring keatas, maka berlaku persamaan :
∑
F=m a−m1gsinα+m2g=Δm a m2g−m1gsinα=(m1+m2)a a=m2g−m1gsinα
(m1+m2)
Karena trolly tersebut bergerak dengan percepatan a, jika jarak yang ditempuh dan waktunya diukur akan berlaku :
s = ½ a.t2
Atau dapat dituliskan :
a = 2s/ t2
Gerak pada trolly merupakan prinsip gerak lurus berubah beraturan dimana jarak yang ditempuh benda disetiap satuan waktu tidak sama besar, tetapi arah gerak tetap. Karena nilai jarak tempuh seriap satuan waktu berbeda yang berate terdapat perubahan kecepatan. Bila perubahan tersebut maka perubahan kecepatan tersebut beraturan.
III. METODE PERCOBAAN
1. Alat dan Bahan
a) Papan luncur 1 buah
b) Katrol 1 buah
c) Trolly 1 buah
d) Beban (kayu) 1 set
e) Meteran 1 buah
f) Neraca analitik 1 buah g) Stop watch 1 buah h) Benang nilon 1 buah Gambar 2
Trolly pada arah bidang miring
m2 g
Gambar 1
α
m2 g m1
2. Gambar Rancangan Percobaan
Gambar 2. Trolly pada Arah Bidang Miring
3. Variabel-variabel Percobaan : a) Percobaan 1 (Arah
Bidang Datar)
Variabel manipulasi = Massa beban (m2)
Definisi operasional varibel manipulasi : massa beban yang digunakan semakin lama, semakin besar, yang ditimbang dahulu dengan neraca analitik yang dilakukan 5 kali manipulasi massa yaitu 115,00 g; 147,00 g; 192,70 g; 209,80; dan 235,00 g.
Variabel Respon = waktu (t)
Definisi Operasional Variabel respon :Waktu tempuh dialami trolly sampai jarak yang sudah
ditentukan, yang dapat diukur menggunakan stop wacth.
Variabel Kontrol = massa trolly (m1), jarak lintasan (s)
Definisi Operasional Variabel kontrol :
1. Massa trolly yang timbang menggunakan neraca analitik. Massa trolly ini dikontrol sebesar 654,00 gram.
2. Jarak antara titik awal sampai titik akhir. Jarak ini dikontrol sebesar 76,00cm.
b) Percobaan 2 (Arah Bidang Miring)
Variabel manipulasi = sudut kemiringan (α)
Definisi operasional variabel manipulasi: Sudut kemiringan yang digunakan semakin lama semakin besaryang dicari dengan membagi ketinggian dengan kemiringan atau dengan sin α. Dilakukan 5 kali manipulasi sudut kemiringan yaitu 0,06; 0,08; 0,09; 0,14; dan 0,17.
Variabel Respon = waktu (t)
Definisi Operasional Variabel respon : Waktu tempuh dialami trolly sampai jarak yang sudah ditentukan, yang dapat diukur menggunakan stop wacth.
Variabel Kontol = massa trolly (m1), massa beban (m2), dan jarak lintasan (s)
Definisi Operasional Variabel kontrol :
1. Massa trolly yang ditimbang menggunakan neraca analitik. Massa trolly ini dikontrol sebesar 654,00 gram.
2. Massa beban yang ditimbang menggunakan neraca analitik. Massa 3. Jarak antara titik awal
sampai titik akhir. Jarak ini dikontrol sebesar 76,00 cm. 4. Langkah-langkah Percobaan
a. Percobaan 1
Menimbang massa trolly sebagai m1 dan menimbang
massa beban sebagai m2.
Setelah itu merangkai peralatan seperti rancangan percobaan, mengukur jarak lintasan pada papan luncur, lalu memberi beban (m2) yang
digantungkan pada benang yang terhubung dengan katrol hingga trolly dapat berjalan pelan dipercepat. Langkah selanjutnya yaitu menarik ujung trolly ke ujung jarak lintasan kemudian ditahan,
trolly dilepaskan dan secara bersamaan mengukur waktu tempuh trolly saat melintasi jarak lintasan. Megulangi langkah-langkah tersebut sebanyak 5 kali percobaan 3 kali pengulangan dengan massa beban (m2) yang berbeda yaitu 115,00 g;
147,50 g; 192,70 g; 209,00 g; dan 235,00 g.
b. Percobaan 2
Langkah percobaan kedua sama seperti langkah percobaan pertama tetapi pada langkah percobaan kedua munggunakan arah bidang miring. Mengulangi langkah-langkah seperti percobaan pertama sebanyak 5 kali percobaan 3 kali pengulangan dengan sudut kemiringan (α) yang berbeda yaitu 0,06; 0,08; 0,09; 0,14; dan 0,17
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan percobaan untuk menentukan percepatan trolly pada arah bidang datar dan arah bidang miring didapatkan hasil sebagai berikut:
Percobaan 1 (arah bidang datar)
dengan m1= 654,00 g; s= 76,00 cm
Percobaan 2 (arah bidang miring)
Tabel 2. Data Hasil Percobaan 2
dengan m1= 654,00 g; m2= 295,00 g;
dan s= 76,00 cm
Untuk percobaan 1(arah pada bidang datar), dimana untuk menentukan percepatan (a) dengan melakukan manipulasi terhadap massa beban(m2). Kemudian untuk
mendapatkan percepatan (a) dapat digunakan dengan persamaan
hukum II newton sebagai berikut :
a= m2. g (m1+m2)
Sedangkan menggunakan persamaan gera lurus berubah beraturan(GLBB) sebagai berikut:
a = 2s/ t2
Dari persamaan rumus di atas maka didapatkan nilai percepatan (a) pada percobaan 1 dengan menggunakan persamaan Hukum II newton sebesar 2,08 m/s2 dan menggunakan persamaan GLBBsebesar (0,84±0,11) m/s2dengan ketidakpastian 11,00 % dan taraf ketelitian sebesar 89,00%. diperoleh grafik hubungan antara percepatan (a) dengan massa beban(m2) sebagai berikut:
0.1 0.15 0.2 0.25
grafik hubungan antara a dengan m2
Dari grafik di atas dapat kita analitis hubungan antara percepatan (a) dengan massa beban (m2) yaitu
semakin tinggi massa beban maka percepatan pada trolly juga semakin cepat. Dapat disimpulkan hubungan antara percepatan dengan massa beban berbanding lurus yang dapat dilihat dari grafik di atas.
Kemudian Untuk percobaan 2(arah pada bidang miring), dimana untuk menentukan percepatan (a) dengan melakukan manipulasi terhadap sudut kemiringan (α). Kemudian untuk mendapatkan percepatan (a) dapat digunakan dengan persamaan hukum II newton sebagai berikut :
a=m2g−m1gsinα (m1+m2)
Sedangkan menggunakan persamaan gera lurus berubah beraturan(GLBB) sebagai berikut:
a =2s/ t2
Dari persamaan rumus di atas maka didapatkan nilai percepatan (a) pada percobaan 2 dengan menggunakan persamaan Hukum II newton sebesar 2,31 m/s2 dan menggunakan persamaan GLBB sebesar (0,70±0,14) m/s2 dengan ketidakpastian 14,00 % dan taraf ketelitian sebesar 86,00%. diperoleh grafik hubungan antara percepatan (a)
Grafik hubungan antara a dengan α
Dari grafik di atas dapat kita analitis hubungan antara percepatan(a) dengan sudut kemirigan(α) yaitu semakin tinggi sudut kemiringan maka percepatan pada trolly semakin lambat. Dapat disimpulkan hubungan antara percepatan dengan sudut kemiringan berbanding terbalik yang dapat dilihat dari grafik di atas.
menggunakan persamaan Hukum II Newton mengabaikan gaya gesek pada trolly terhadap bidang, massa tali dan momen inersia pada katrol. Faktor lainnya yang menyebabkan perhitungan berbeda adalah kurang telitinya dalam mengukur dan membaca waktu tempuh. Nilai percepatan gerak trolly pada bidang datar dan bidang miring berbeda karena percepatan pada bidang miring lebih kecil sehingga waktu tempuh lebih lama. Hal ini disebabkan trolly di bidang miring bergerak ke atas yang dipengaruhi oleh gaya berat ke bawah.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan analisis data dan pembahasan di atas, dapat diambil kesimpulan bahwa :
1. Percepatan (a) pada trolly yang dihitung menggunakan persamaan hukum newton II diperoleh nilai rata – rata pada arah bidang datar sebesar 2,08 m/s2 dan menggunakan persamaan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) sebesar (0,84±0,11) m/s2 dengan taraf ketelitian 89,00%. Sedangkan pada arah bidang miring
diperoleh nilai rata – rata percepatan (a) dengan menggunakan hukum II newton sebesar 2,31 m/s2 dan menggunakan persamaan GLBB sebesar (0,70±0,14) m/s2 dengan taraf ketelitian sebesar 86,00%
2. Percepatan gerak pada trolly berpengaruh terhadap massa beban(m2) yang digantungkan.
Semakin berat massa beban(m2) maka
percepatan pada trolly semakin cepat pula, begitu juga sebaliknya. Artinya percepatan dengan massa beban(m2)
berbanding lurus.
3. Hubungan antara waktu tempuh trolly dengan percepatan pada trolly yaitu berbanding terbailk. Semakin banyak waktu yang diperlukan untuk mencapai jarak tertentu maka percepatan akan semakin lama, begitu juga sebaliknya semakin sedikit waktu yang diperlukan maka percepatan semakin cepat.
Adapun saran dari penulis yakni: 1. Cek seluruh alat yang akan
digunakan, karena alat mempengaruhi hasil praktikum. 2. Saat beban terlepas, jangan
3. Saat akan menggunakan stopwatch, tekan stopwatch bersamaan dengan saat melepas trolly agar pehitungan waktu bias akurat.
4. Saat mencatat hasil praktikum usahakan cek kembali apakah benar atau salah, karena hal itu memiiki pengaruh yang besar terhadap akhir perhitungan 5. Saat selesai melakukan
percobaan, diskusikan hasil percobaan dengan coas/ dosen pembimbing.
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli, Douglas C.2001.Fisika
Jilid I Edisi
Keilma.Jakarta:Erlangga. Ishaq, Mohamad.2007.Fisika Dasar
Edisi 2.Yogyakarta:Graha Ilmu.
Tim Fisika Dasar.2015.Panduan Praktikum Fisika Dasar I.Surabaya:UNIPRESS
