Gaya Sentrifugal

Bab I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Apabila kita mengamati peredaran benda-benda langit pada orbitnya maka yang ada pada benak kita adalah adanya gaya sentrifugal. Begitu pula dengan fenomena tikungan yang dilalui oleh para pembalap sepeda motor, dan masih banyak lagi fenomena-fenomena yang melibatkan gaya sentrifugal. Karena begitu menarik dan penting artinya dalam kehidupan sehari-hari maka secara otomatis kita memerlukan pemahaman yang benar tentang gaya sentrifugal.

Untuk

kepentingan tersebut maka perlu kiranya kita meneliti lebih lanjut tentang gaya sentrifugal melalui percobaan ini. I.2 Tujuan Percobaan Percobaan ini bertujuan untuk mengukur besarnya gaya sentrifugal Fr sebagai fungsi massa m, kecepatan anguler ω , dan jari-jari putaran R. I.3 Permasalahan Dari percobaan yang dilakukan maka akan muncul berbagai permasalahan, yaitu antara lain tentang berapa besarnya gaya sentrifugal Fr berdasarkan percobaan, bagaimana hubungan persamaan antara Fr dan ω l, grafik antara Fr dan ∆ , serta kesimpulan apa yang dapat diperoleh dari percobaan ini. I.4 Sistematika Laporan Laporan ini terdiri dari lima bab secara garis besar dan berisi tentang gaya sentrifugal lebih jelasnya maka susunan laporan adalah sebagai berikut. Bab I Pendahuluan yang di dalamnya berisi tentang latar belakang, tujuan percobaan, permasalahan, sistematika laporan praktikum. Bab II Dasar Teori merupakan penjelasan dan ulasan singkat tentang teori dasar yang mendasari kegiatan percobaan yang dilakukan. Bab III Cara Kerja dan Peralatan, dalam bab ini

1

menerangkan tentang tata urutan kerja yang dilakukan dalam melaksanakan kegiatan praktikum serta pengenalan peralatan yang diperlukan dalam melakukan praktikum. Bab IV Analisa Data dan Pembahasan, dalam praktikum tentunya kita akan memperoleh data-data sehingga perlu adanya penganalisaan lebih lanjut karena tidak sempurnanya alat ukur, ketidaktepatan cara mengukur, tidak sempurnanya alat indera dan lain-lain. Dengan memperhitungkan ralat-ralat dari data yang diperoleh dalam melakukan praktikum agar mendapatkan data yang mempunyai ketelitian yang sesuai. Bab V Kesimpulan, memberikan kesimpulan dari kegiatan praktikum yang dilakukan.

2

Bab II DASAR TEORI

Suatu benda yang bergerak dengan kecepatan yang teratur baik dengan kecepatan yang berubah-rubah maupun dengan kecepatan yang konstan, maka benda tersebut akan mempunyai suatu bentuk lintasan tertentu, baik lintasan yang teratur bentuknya maupun lintasan yang acak atau random.

Salah satu dari

lintasan yang teratur bentuknya adalah lintasan dengan bentuk lengkung. Suatu benda yang bergerak dengan lintasan lengkung maka vektor kecepatannya akan mengalami perubahan kecepatan yang dipengaruhi oleh beberapa faktor-faktor tertentu. Perubahan dari vektor kecepatan ini disebut dengan percepatan (a) yang besarnya dapat dirumuskan sebagai berikut : a = ∆ V ∆ t

dimana : a = percepatan tangensial ≠

0

∆ V = perubahan kecepatan tangensial ∆ t = perubahan waktu

Sedangkan besarnya perubahan kecepatan (∆ V) dari suatu benda yang bergerak melingkar dari titik A ke titik B adalah : ∆ V = VB – VA ∆ V = ∆ Vt + ∆ Vn VB – VA = ∆ Vt + ∆ Vn

dimana : ∆ V = perubahan kecepatan VB = kecepatan di titik B VA = kecepatan di titik A Vt = komponen kecepatan tangensial Vn = komponen kecepatan normal atau radial

Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwasanya besarnya perubahan kecepatan (∆ V) dipengaruhi oleh dua komponen yaitu komponen kecepatan tangensial (Vt) dan komponen kecepatan normal atau radial (Vn). Sistem yang ada tersebut di atas dapat dijelaskan dengan gambar II.1 di bawah ini.

3

Gambar II.1

Gambar di atas melukiskan sebuah benda kecil yang diikatkan pada sebuah tali yang panjangnya (R) dan berputar di dalam lingkaran vertikal terhadap sebuah titik tertentu, misalkan O, dimana ujung yang lain dari tali tersebut diikatkan. Geraknya berputar tidak uniform, karena lajunya bertambah besar ketika gerakannya menurun dan lajunya berkurang jika gerakannya menuju ke atas. Gaya –gaya yang bekerja pada benda tersebut di setiap posisi adalah gaya berat w dan tegangan tali T. Besarnya gaya berat adalah : w = m.g Gaya berat yang berpengaruh pada benda dapat diuraikan menjadi komponen normal dan komponen singgung yaitu : Komponen normal = w cos θ Komponen singgung = w sin θ

= m . g cos θ = m . g sin θ

Resultan gaya singgungnya adalah : Ft = w sin θ dan resultan gaya normalnya adalah : Fr = T – w cos θ sehingga percepatan singgungnya menurut hukum Newton II adalah : Fr = T – w cos θ m . ar = T + m .g cos θ ar = T + m . g cos θ m = T + g cos θ m Besarnya Fr dapat juga ditentukan dari besarnya frekwensi (f) dan periode (T) dengan persamaan sebagai berikut : Fr = m . ar

4

ar = V2 R

⇒ Fr = m . V2 R

V = ω . R ⇒ Fr = m . ω 2. R2 R = m . ω 2. R ω = 2π . f ⇒ Fr = m . (2π . f) 2. R

f = 1 T

= 4π

2

. m . f2 . R

⇒ Fr = 4π

2

. m . (1)2 . R T

= 4π

2

.m.R T2

dimana : Fr = gaya sentrifugal (newton) m = massa (kilogram) ar = percepatan tangensial (meter/detik2) V = kecepatan tangensial (meter/detik) R = jari-jari (meter) ω = kecepatan sudut (radian/detik) f = frekuensi (hertz) T = periode (detik) Jika massa (m) digerakkan dengan kelajuan konstan (V) sehingga lintasannya melingkar maka massa akan mengalami gaya sentrifugal sebesar : Fr = m. V2 R Bila antara massa dengan bidang tidak terdapat gesekan maka tegangan tali akibat pengaruh gaya berat benda adalah : T = Fr + w cos θ = m . ar + m . g cos θ = m . V2 + m . g cos θ R T = m . (V2 + g cos θ ) R

5

Dalam percobaan, kecepatan sudut (ω ) dapat diperoleh dengan jalan mengamati perputaran dari benda untuk selang waktu tertentu. Defleksi (∆ ) diamati pada skala yang berjarak 0,95 meter (mistar dengan cermin). Harga defleksi (∆ ) akan berubah jika harga jari-jari (R) , massa (m) dan kecepatan sudut (ω ) berubah.

6

Bab III METODOLOGI PERCOBAAN III.1 Peralatan 1.

Peralatan gaya sentrifugal 1 set.

2.

Lampu 1 buah. 3. Lensa kondensor 1 buah.

4.

Stop Clock 1 buah.

5.

Beban dan kawat 2 buah. III.2 Cara Kerja 1.

Menyusun alat percobaan (telah disusun).

2.

Dalam percobaan, mulailah dari kecepatan rendah

dan harganya dicari

dengan mencatat waktu untuk 5 kali putaran.

3.

Timbang kawat dan beban yang digunakan.

4.

Ukur jari-jari putar R dan jarak cermin dan mistar r.

5.

Amati posisi sinar pada mistar tanpa menggunakan

beban dan tentukan harga ω 1. 6.

Gunakan m1, jari-jari putar r1 dan ω

1

lalu catat

simpangan ∆ pada mistar (lakukan 5 kali). Dengan cara yang sama lakukan untuk beban m2. 7.

Lakukan langkah 5 – 6 dengan jari-jari putar R2.

8.

Lakukan langkah 5 – 7 dengan harga yang lain.

7

Bab IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN IV.1 Analisa Data Pada bagian ini akan dihitung ralat dari data yang diperoleh pada percobaan gaya sentrifugal. Percobaan I M = 26,2 gram ; R = 18 cm ; r = 95 cm ∆

T (DET) T 22

(t - t) 0,04

(t - t) ² 0,0016

∆ 2,3

(∆ -∆ ) 0,164

(∆ - ∆ ) ² 0,0270

22

0,04

0,0016

2,1

-0,036

0,0013

21

-0,06

0,0036

1,98

-0,156

0,0240

21

-0,06

0,0036

2,2

0,004

0,0040

22

0,04

0,0016

2,1

-0,036

0,0013

T = 2,16

Σ (T– T) = 0,012

∆ = 2,136

Σ (∆ –∆ ) = 0,0576

Tabel 4.1 Untuk T : Ralat mutlak : ∆

=

0,012

½

= 0,024

5 (5-1) Ralat nisbi

:

I

=

0,024 x 100%

= 1,11 %

2,16 Keseksamaan :

K

=

100 % - 1,11 %

= 98,89 %

Untuk ∆ : Ralat mutlak :

∆

=

0,0576

½

= 0,054

5 (5-1)

8

Ralat nisbi

:

I =

0,054

x 100%

=

2,53 %

2,136 Keseksamaan :

K = 100 % - 2,53 %

= 97,47 %

Percobaan II M = 13,5 gram ; R = 20 cm ; r = 95 cm

T 13

(t - t) -0,01

(t - t) ² 0,0001

∆ 6,9

∆ (∆ -∆ ) 0,04

13

-0,01

0,0001

6,7

-0,16

0,0256

13,5

0,04

0,0016

6,9

0,04

0,0016

12,7

-0,04

0,0016

7

0,14

0,0196

13,2

0,01

0,0001

6,8

-0,06

0,0036

T = 13,1

Σ (T– T) = 0,0035

T (DET)

∆ = 6,86

(∆ - ∆ ) ² 0,0016

Σ (∆ – ∆ ) = 0,052

Tabel 4.2 Untuk T : Ralat mutlak : ∆

=

0,0035

½ = 0,013

5 (5-1) Ralat nisbi

:

I

=

0,013 x 100%

= 0,1 %

13,1 Keseksamaan :

K

=

100 % - 0,1 %

= 99,9 %

Untuk ∆ : Ralat mutlak :

∆

=

0,052

½

= 0,05

5 (5-1) Ralat nisbi

:

I =

0,05

x 100%

=

0,73 %

6,86 Keseksamaan :

K = 100 % - 0,73 %

= 99,27 %

9

4.1 PEMBAHASAN Menggunakan rumus-rumus di bawah ini :



ar = V²/R = V² = ω R



ar = ω ² R



Fr = m ar = m V² /R = mω ²R Maka didapatkan : 

Percobaan I : ω

=

2π / T

= 6,28 / 2,16 = 2,91 rad/m Fr = m ω ² R = 0,0262 .(2,91)². 0,18 = 0,04



Percobaan II : ω

=

2π / T

= 6,28 / 1,31 = 4,8 rad/m Fr = m ω ² R = 0,0135 .(4,8)². 0,2 = 0,0622 Membuat grafik Fr dengan ∆ (disertai dengan regresi linier) Y = AX + B ; variabel Y adalah Fr dan variabel X adalah ∆ . X 0,0400

Y 2,136

X2 0,0016

XY 0,085

0.0622

6,860

0,0038

0,427

∑X=0,1022

∑ Y= 8,996

A

∑ X2=0,0054 Tabel 4.3

∑ XY = 0,512

= (n . ∑XY - ∑X . ∑Y) / ( n . ∑X2 - ( ∑X )2 ) = ( 2 . 0,512 - 0,92) / ( 2 . 0,0054 – 0,01 ) = 130

B

= ( ∑Y - A ∑X ) / n = ( 8,996 - 130 . 0.1022 ) / 2 = - 2,15

Jadi :

Y = 130 X – 2,15

10

11

Bab V KESIMPULAN 1.

Besarnya gaya sentrifugal (Fr) dapat dirumuskan sebagai berikut : Fr = m . V2 R

2.

3.

Dari percobaan diperoleh besarnya gaya sentrifugal (Fr) sebagai berikut : 

Percobaan I :

Fr = 0,04 N



Percobaan II :

Fr = 0,0622 N

Hubungan antara Fr dan ∆ dapat dibuat dalam persamaan garis yaitu : Y = 130X – 2,15 dimana : Y = fungsi dari Fr X = fungsi dari ∆

4.

Besarnya gaya sentrifugal (Fr) dipengaruhi oleh massa (m), kecepatan anguler (V), dan jari-jari putaran (R). Besar dari Fr ini diperoleh dengan cara menggerakkan m dengan kelajuan konstan V. Besarnya kecepatan anguler (V) dapat juga diperoleh dengan jalan mengamati putaran untuk selang waktu tertentu lalu mengalikannya dengan banyaknya putaran tiap detik (frekuensi) dengan 2π .

5.

Defleksi sinar (∆ ) dapat diamati pada skala dan harganya berubah jika harga dari jari-jari putaran (R), massa (m), dan kecepatannya (V) berubah.

12

Daftar Pustaka

1. Sears & Zemansky, “ FISIKA UNTUK UNIVERSITAS I”, edisi ke-2 Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994 2. Sutrisno, “SERI FISIKA DASAR”, edisi ke-5, penerbit ITB 1986 3. Dosen-dosen FMIPA ITS, “FISIKA DASAR I”, edisi 1997, penerbit Yayasan Pembina Jurusan Fisika

13