Modul 2 Fisika.docx

MODUL 2 PESAWAT ATWOOD MODERN DAN KONVENSIONAL 1.1.

LANDASAN TEORI

Dalam percobaan pesawat atwood ini, gerak pada benda yang melibatkan gaya-gaya yang dialami oleh benda tersebut, pada dasarnya menggunakan perinsip yang dikemukakan oleh Sir Issac Newton (1942-1727) seorang ilmuan inggris, hokum ini digunakan sebagai asas hokum tentang gerak. Yang menjadi pertanyaan semula sebelum hukum Newton ini adalah mengapa benda yang mula-mula diam menjadi bergerak, atau sebaliknya, benda yang mulamula bergerak dapat menjadi diam. Apa yang menyebabkan itu semua? Jawabanya tidak lain karena gaya. Seperti kita ketahui, pengertian gaya adalah gerak dan penyebab perubahan gerak. Cabang fisika yang mempelajari gerak dan perubahan gerak suatu benda dengan memperlihatkan sebab-sebab dari gerak tersebut dinamakan dinamika. Adapun hukum Newton tersebut adalah : 1. Hukum Newton I Bunyi hokum Newton I : “Jika benda dibiarkan pada keadaan dirinya sendiri (tidak ada gaya-gaya yang bekerja atau resultan gaya-gay yang bekerja pada benda itu adalah nol) maka benda tersebut tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan.” Dengan kata lain pernyataan di atas dapat pula berbunyi : “Setiap benda yang berada dalam keadaan diam akan tetap diam, dan setiap benda yang bergerak akan tetap bergerak lurus beraturan kecuali ada gaya yang tidak seimbang bekerja pada benda tersebut.” Jika resultan yang bekerja adalah nol, vector kecepatan benda tidak akan berubah. Benda yang berada dalam keadaan diam, dan benda yang bergerak dengan kecepatan konstan. Pernyataan-pernyataan di atas atau hokum Newton I disebut juga hokum kelembaman atau hokum inersia. Dengan ketentuan makin besar massa benda makin besar kelembaman benda. Lembam atau inert artinya sifat benda dalam mempertahankan keadaannya. Misalnya pada saat kita naik mobil dan tiba-tiba mobil direm maka kita akan cenderung mempertahankan keadaan kita. F = 0 diam atau bergerak lurus beraturan Hokum Newton I dapat dirumuskan :

2.

Hukum Newton II Bunyi hukum Newton II : “Percepatan yang dihasilkan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda besarnya berbanding lurus dan searah dengan resultan gaya dan berbanding terbalik dengan masa benda.” Persamaannya : F=m.a Keterangan : F = gaya yang bekrja pada benda (N atau kgm/s2)

m = massa benda (kg) a = percepatan pada benda (m/s2) Jika resultan gaya (Σ F) yang bekerja pada suatu benda bermasa m tidak nol, benda dipercepat searah dengan gaya yang bekerja. Massa suatu benda berkaitan langsung dengan sifat benda yang disebut dengan inersia. Sifat lain dari massa ditunjukkan dengan mengukur massa dua benda, dengan m1dan m2 adalah massa masing-masing benda, maka massa kedua benda digabungkan selalu m1 + m2. hal ini menyatakan bahwa massa adalah besaran yang aditif, dan berhubungan langsung dengan materi. Dimana konsep massa adalah salah satu cara untuk mengungkapkan “kuantitas materi” dalam arti yang tepat. Hal yang perlu diperhatikan dalam pemakaian hokum Newton adalah pengertian F, dimana didefinisikan sebagai resultan gaya yang bekerja pada suatu benda atau suatu system. Dari rumus di atas dapat kita ketahui bahwa : arah dari sebuah percepatan benda adalah sama arah gaya yang bekerja pada benda tersebut. besarnya percepatan benda adalah sebanding dengan gaya yang bekerja padanya. jika gaya tersebut konstan, maka akan didapat percepatan yang konstan seperti yang terdapat pada persamaan V = V0 + a . t S = V0 . t +

. a . t2

Berdasarkan persamaan hokum Newton II, gaya yang dapat didefenisikan sebagai penyebab perubahan kecepatan suatu benda.

Dalam hal ini, satuan gaya adalah Newton, yaitu satuan gaya yang diturunkan dalam SI, didefenisikan sebagai berikut : “Gaya 1 Newton adalah gaya yang bekerja pada massa 1 kilogram, hingga menimbulkan percepatan 1 meter per sekon kuadrat.” Kadang-kadang dalam pengukuran kita masih menggunakan system satuan cgs. Jika massa benda 1 gram, percepatan ditimbulkan 1 cm/s 2 maka besarnya dinyatakan dengan 1 dyne (1 dn). 1 N = 1 kg m/s2

1 dyne = 1 gr cm/s2

Karena 1 N = 1 kg m/s2 = 103 g . 102 cm/s2 = 105 g cm/s2 maka : 1 N = 105 dyne

3.

Hukum Newton III Bunyi hukum Newton III : “Apabila sebuah benda (benda pertama) mengerjakan gaya pada benda lain (benda kedua) maka benda kedua akan mengerjakan gaya pula pada benda pertama, sama besar tetapi berlawanan arah dengan gaya pada benda yang pertama.” Hukum Newton III dengan “interaksi” dua benda. Interaksi artinya saling “tidak”. Dua benda tersebut berinteraksi jiak tindakan benda yang satu terhadap yang lain disertai tindakan benda yang lain terhadap yang satu (yang disebut pertama). Hokum Newton III ini kurang lebih sebagai berikut : “Jika dua benda berinteraksi, gaya yang diadakan oleh benda satu kepada yang lain sama besarnya dan berlawanan arah.” Sekarang kita meninjau suatu benda yang ada dalam keseimbangan statis, yaitu benda yang ada dalam keadaan tidak bergerak, misalnya buku yang terletak di meja (lihat gambar di atas). Buku di atas meja meja mempunyai berat w karena gaya tarik bumi sebesar w’. dlam hal ini, buku menekan meja dengan gaya F, sebaliknya meja memberikan gaya perlawanan sebesar N (gaya normal). N dengan F, serta w dengan w’ merupakan pasangan gaya aksi dan reaksi. Akan tetapi, N dengan w bukan merupakan pasangan aksi dan reaksi, sebab keduanya bekerja pada suatu benda yang sama yaitu buku, meskipun dalam keadaan tersebut besar w dan N sama. Hokum Newton III dapat dirumuskan sebagai berikut :

F=-N

Keterangan : F = Gaya tekan (N) (gaya aksi) N = Gaya normal (N) (gaya reaksi) Jadi, pada dasarnya untuk setiap aksi terhadap reaksi yang sama besarnya tetapi berlawanan arahnya atau : Faksi = Freaksi

Hokum Newton III ini disebut juga sebagai hokum aksi reaksi. Dua hal yang perlu diperhatikan dalam pemakaian hokum Newton III ini adalah pasangan aksi reaksi selalu melibatkan dua benda dan bekerja pada dua benda yang berlainan. Besar gaya aksi adalah sama besarnya dengan gaya reaksi. Namun yang membedakan disini adalah hanya arahnya saja yang berlawanan.

Untuk tegangan tali benda yang teretak pada bidang datar licin dan tegangan tali benda yang tergantung apabila dihubungkan dengan katrol maka nilainya adalah sama. Gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda yang tidak melalui pusat poros benda itu menyebabkan benda melakukan gerak rotasi atau gerak putar. Dalam hal ini dipengaruhi apa yang dikatakan sebagai keseimbangan benda tegar. Dimana benda tegar merupakan benda benda yang dianggap tidak mengalami perubahan bentuk. Jika pada sebuah benda tegar bekerja beberapa gaya atau sebuah gaya maka akibat yang mungkin dapat terjadi pada benda itu adalah : benda dapat mengalami perubahan bentuk atau volume bahan keduanya. Benda dapat mengalami translasi atau rotasi bahkan keduanya. Penyebab gerak translasi suatu benda adalah gaya, sedangkan gerak rotasi disebabkan oleh momen gaya. Kecenderungan suatu gaya menyebabkan putaran tergantung pada garis serta besar gaya tersebut. Dari gambar di atas, lengan momen gaya dapat didefenisikan sebagai panjang garis yang ditarik dari titik poros sampai memotong tegak lurus garis kerja gaya.

Dari pernyataan tersebut dapat dikatakan bahwa penyebab gerak gerak rotasi (berputar) adalah hasil dari cross product atau silang antara vector lengan yang disebut dengan vector momen gaya (∂). ∂=I.F

keterangan : ∂ = torsi , momen gaya (Nm) I = lengan gaya (m) F = gaya (N) Apabila garis kerja gaya melalui sumbu putar (poros) besar lengan momen gaya adalah nol, sehingga besar momen gaya juga nol. Jadi, gaya-gaya yang garis kerjanya melalui poros benda tidak menimbulkan efek rotasi (putaran). Momen gaya merupakan besaran vector dan bukan salah satu bentuk energi sehingga satuannya tidak boleh dalam joule ataupun erg. Momen gaya yang searah gerak jarum jam diberi tanda positif (+), sedangkan momen gaya yang berlawanan gerak jarum jam diberi tanda negative (-). Hasil kali antara salah satu gaya dengan jarak pisah antara gaya tersebut disebut momen kopel. Kopel adalah pasangan gaya-gaya sejajar dan sama berlawanan arah, menyebabkan benda berotasi. Persamaan : M=F.d

Keterangan : M = momen kopel (Nm atau dn.cm) F = gaya (N) d = jarak antara kedua gaya (m) Jumlah momen gaya-gaya yang bereaksi pada benda dihitung terhadap suatu sumbu, haruslah nol. Dimana pada benda tegar mencapai keseimbangan rotasi bila memenuhi persamaan F = 0. Dengan demikian, sebuah benda tegar dikatakan seimbang apabila : ∑ F = 0 dan ∑ ∂ = 0

Meskipun pemilihan terhadap sumbu adalah sembarang, tentu saja harus dipergunakan sumbu yang sama untuk semua momen. Bila gaya-gaya dinyatakan dalam komponen-komponennya, momen gaya tersebut terhadap suatu sumbu dapat diperoleh dengan menghitung momen dari komponen terpisah, masing-masing dengan lengan momen yang bersangkutan dengan menjumlahkan hasilnya. Sifatsifat momen kopel adalah : sebuah kopel dapat dipindahkan baik pada bidang asalnya ataupun pada bidang yang lain yang sejajar dengan bidang asalnya, dengan arah dan besar putaran tetap. Resultan sebuah kopel M dan sebuah gaya F yang sebidang, berupa gaya yang besar dan arahnya sama dengan F, namun garis kerjanya bejarak dari gaya semula. -

Resultan beberapa kopel yang terletak sebidang yang masing-masing momen kopelnya M1, M2, M3, …, Mn adalah sebuah kopel yang besar momen kopelnya sama dengan jumlah aljabar momen-momen kopel tersebut. MR = M1 + M2 + M3 + …+ Mn

Atau MR = Mn

Dalam percobaan ini, diterapkan adanya pemakaian perumusan momen inersia, karena dalam hal ini pesawat atwood menggunakan katrol yang dimana pada katrol tersebut terdapat silinder. Adapun perumusan momen inersia yaitu : I = M . R2

Keterangan : I = momen inersia (kg m2) M = massa partikel (kg) R = jari-jari lintasan (m) Momen inersia digunakan untuk mencari ataupun menyatakan besarnya kecenderungan mempertahankan posisi atau keadaan dimana benda dalam keadaan bergerak rotasi.

Adapun momen inersia memperhatikan media tertentu yang mempengaruhi perumusan terhadap momen inersia itu. Dalam hal ini perhitungkan percobaan menggunakan momen inersia dengan media silinder, sehingga untuk mencari momen inersia pada media silinder pejal menggunakan perumusan sebagai berikut : I = ½ M . R2