MOMEN INERSIA PADA KATROL DALAM PESAWAT ATWOOD

PRAKTIKUM MEKANIKA KLASIK

MOMEN INERSIA PADA KATROL DALAM

PESAWAT ATWOOD

Disusun Oleh :

Nelpi Dahlia Sihombing

1414150008

LABORATORIUM FISIKA

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS KRISTEN INDONESIA

JAKARTA

MOMEN INERSIA PADA KATROL DALAM

PESAWAT ATWOOD

 

1.      Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah agar menambah wawasan mengenai penggunaan pesawat atwood, serta menyelidiki berlakunya hukum newton satu,dua dan tiga, dan menghitung momen inersia pada katrol saat pesawat atwood digerakkan.

2.      Dasar teori

Fisika merupakan ilmu alam atau studi tentang materi, gejala benda alam yang tidak hidup dan pergerakannya melalui ruang dan waktu. misalnya energi dan daya. Bila dilihat secara lebih luas lagi bahwa fisika adalah ilmu yang menganalisis alam, dilakukan untuk memahami bagaimana alam semesta berperilaku. Ilmu fisika juga terjadi pada diri kita, dimana kita dapat berdiri tegak tanpa melayang di bumi ini. Tak hanya pada kita, fisika juga terjadi pada setiap benda termasuk benda tegar, serta benda – benda yang memiliki dinamika gerak translasi.

Dalam percobaan pesawat atwood ini terdapat gerak lurus beraturan (GLB) dan geral lurus berubah beraturan (GLBB), yang mana GLB adalah gerak lurus pada arah mendatar dengan kecepatan tetap dengan percepatan nol, sehingga jarak yang ditempuh hanya ditentukan oleh kecepatan yang tetap dalam waktu tertentu. Sedangkan GLBB adalah gerak lurus pada arah mendatar dengan kecapatan yang berubah setiap saat karena danya percepatan yang tetap.

Tidak hanya gerak lurus beraturan maupun gerak lurus berubah beraturan, tapi prinsip kerja katrol juga diterapkan. Katrol merupakan Katrol juga merupakan sebuah roda yang sekelilingnya diberi tali dan dipakai untuk mempermudah pekerjaan manusia. Jika kamu mengangkat barang dengan menggunakan katrol, maka kamu akan merasa lebih ringan jika jumlah katrol yang kamu gunakan semakin banyak.

Dalam gerak translasi murni, sifat benda tegar mempertahankan keadaan geraknya disebut sebagai sifat kelembaman atau inersial. Sifat kelembaman atau inersial itu dinyatakan oleh massa kelembaman atau massa inersial yang biasa disebut secara singkat sebagai massa. Dalam gerak rotasi murni, peran massa kelembaman benda tegar digantikan oleh momen kelembaman benda tegar atau momen inersia benda tegar. Momen inersia benda tegar adalah sifat benda tegar mempertahankan keadaan geraknya atau berarti sama dengan kemalasan benda tegar untuk mengubah keadaan geraknya. Momen inersia sebuah benda tegar bergantung kepada bentuk geometris, distribusi massa dan letak sumbu rotasinya. Dalam kegiatan belajar ini anda dapat mempelajari momen inersia dari sebuah katrol. Momen inersia sebuah katrol merupakan ukuran kelembaman sebuah katrol untuk berotasi atau berubah keadaan gerak rotasinya bila ada resultan momen gaya yang bekerja padanya.

Momen inersia katrol ini dapat ditentukan pertama dengan menggunakan pendekatan konsep dan matematis melalui penjabaran dengan menggunakan teknik differensial dan integral, dan kedua adalah dengan pendekatan empiris melalui percobaan. Dalam makalah ini, momen inersia sebuah katrol akan ditentukan dengan menggunakan pendekatan empiris melalui percobaan dan perhitungan fisika

3.      Metode Percobaan

A.    Alat

·         Gunting                           

·         Gergaji

·         Pisau

·         Martil

B.     Bahan

·         CD Bekas

·         Tali pancing

·         Lem

·         Paku

·         Kayu dan papan

·         Keramik

C.     Langkah-langkah untuk melakukan praktikum.

 

Mengamati katrol dan mencatat hasil laporan yg di dapat pada laporan

Menghubungkan beban dengan seutas tali pancing yg sudah digantung melalui katrol kemudian melepaskan beban tersebut

menyiapkan pecahan keramik sebagai beban yang di gantung pada tali pancing

Menyiapkan tali pancing sebagai tali katrol

Menyiapkan potongan kayu yang sudah di sesuaikan dengan lingkaran pada lubang CD sebagai klep dan papan kecil  Yang sudah di kikis sebagai penyangga

Menyiapkan tiga buah CD bekas dan salah satu di kecilkan ukurannya lalu menyatukan ketiga CD tersebut dan ukuran paling kecil berada di tengah

 

4.      Hasil Dan Pembahasan

a.       Hasil.

Beban 1

                                                /s

                                                /s

                                                /s

Beban 2

                                                /s

                                                /s

·         Grafik x dan x

·         Teori ketidakpastian

60	3600
40	1600
100	5200

·         Kesalahan mutlak

·         Kesalahan relatif

·         Ketelitian

·         Tabel

60	80	3600	4800
40	50	1600	2000
100	130	5200	6800

·         Grafik x dan y

b.      Pembahasan

Ø  Pesawat Atwood

Pesawat Atwood merupakan alat eksperimen yang sering digunakan untuk mengamati hukum mekanika pada gerak yang dipercepat secara beraturan. Sederhananya pesawat atwood tersusun atas 2 benda yang terhubung dengan seutas kawat/tali. Bila kedua benda massanya sama, keduanya akan diam. Tapi bila salah satu lebih besar (misal m₁>m₂). Maka kedua benda akan bergerak ke arah m₁ dengan dipercepat.  Gaya penariknya sesungguhnya adalah berat benda 1. Namun karena banda 2 juga ditarik ke bawah (oleh gravitasi), maka gaya penarik resultannya adalah berat benda 1 dikurangi berat benda 2. Berat benda 1 adalah m₁.g dan berat benda 2 adalah m₂.g. Gaya resultannya adalah (m₂-m₁).g dan Gaya ini menggerakkan kedua benda. Sehingga, percepatan kedua benda adalah resultan gaya tersebut dibagi jumlah massa kedua benda.

Udara akan memberikan hambatan udara atau gesekan udara terhadap benda yang jatuh. Besarnya gaya gesekan udara yang akan gerak jatuh benda berbanding lurus dengan luas permukaan benda. Makin besar luas permukaan benda, makin besar gayagesekan udara yang bekerja pada benda tersebut. Gaya ini tentu saja akan memperlambat gerak jatuh benda. Untuk lebih memahami secara kualitatif tentang hambatan udara pada gerak jatuh, kita dapat mengamati gerak penerjun payung.Penerjun mula-mula terjun dari pesawat tanpa membuka parasutnya. Gaya hambatan udara yang bekerja pada penerjun tidak begitu besar, dan jika parasutnya terus tidak tidak terbuka, penerjun akan mencapai kecepatan akhir kira-kira 50 m/s ketika sampai di tanah. Kecepatan itu kira-kira sama dengan kecepatan mobil balap yang melajusangat cepat. Sebagai akibatnya, penerjun akan tewas ketika sampai di tanah. Dengan mengembangkan parasutnya, luas permukaan menjadi cukup besar, sehingga gaya hambatan udara yang bekerja papa penerjun cukup basar untuk memperlambatkelajuan terjun

Pesawat Atwood juga merupakan seperangkat alat yang memungkinkan kita untuk mengamati bagaimana sebuah benda bergerak lurus beraturan (GLB) dan gerak lurus yang dipercepat (GLBB)

Ø  Hukum Newton

Hukum I Newton : Setiap benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan jika tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda itu. Jika kita simpulkan, maka menurut hukum I Newton ini setiap benda bersifat lembam yang berarti bersifat mempertahankan keadaan geraknya. Kemudian yang dimaksud dengan resultan gaya pada benda adalah jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada benda itu.

Hukum II Newton : Percepatan yang dialami sebuah benda besarnya sebanding dengan besar resultan gaya yang bekerja pada benda itu, searah resultan gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa kelembaman benda itu. Hukum II Newton ini biasa dinyatakan secara matematik dengan persamaan:

∑F = m . a

Pada persamaan di atas, m disebut massa kelembaman benda. Massa kelembaman benda diperoleh dengan cara membandingkan resultan gaya yang bekerja pada benda itu dengan percepatan yang dialaminya akibat resultan gaya tersebut.

Hukum III Newton : Untuk setiap gaya (aksi) terdapat sebuah pasangan gaya (reaksi) yang besarnya sama dan arahnya berlawanan. Hukum III Newton ini biasa dikenal sebagai hukum aksi-reaksi dan biasa dinyatakan secara singkat sebagai F Aksi = - F reaksi

Ø  Momen Inersia pada Katrol

            Pada gambar katrol di atas dilukiskan sebuah sistem yang terdiri dari dua buah silinder yang massanya dibuat sama M₁ dan M₂ dihubungan dengan tali melalui sebuah katrol. Pada sistem ini gesekan katrol dan massa tali diabaikan, tali dianggap tidak mulur dan tidak pernah slip terhadap katrol. Sistem yang demikian ini kemudian disebut sebagai pesawat Atwood. Pada M₁ diberikan massa tambahan m agar sistem bergerak lurus berubah beraturan. Karena (M₁+m) > M₂ maka (M₁+m) dan M₂ kedua-duanya akan bergerak dipercepat beraturan sesuai dengan hukum II Newton. (M₁+m) bergerak turun, M₂ bergerak naik dan katrol berotasi. Karena tali dianggap tidak mulur, maka percepatan (M₁+m) akan sama besarnya dengan percepatan M₂. Dengan menerapkan hukum II Newton, dapat diperoleh besar resultan gaya pada masing-masing silinder sesuai dengan persamaan berikut ini. Pada (M₁+m) bekerja resultan gaya sebesar :

W₁ – T₁ = (M₁ + m) a

sedangkan pada benda M2 bekerja resultan gaya sebesar :

W₂ – T₂ = M₂ a

 Jika kedua persamaan di atas dijumlahkan maka dapat diperoleh :

( W₁ – W₂ ) – ( T₁ – T₂ ) = ( M₁ + M₂ + m ) a

 yang dapat diubah menjadi

( T₁ – T₂ ) = ( W₁ – W₂ ) – ( M₁ + M₂ + m ) a

Pada katrol, selisih tegangan tali (T1-T2) akan menyebabkan momen gaya terhadap sumbu katrol sehingga katrol berotasi dengan percepatan sudut α yang besarnya memenuhi persamaan :

( T₁ – T₂ ) R = I.α

( T₁ – T₂ ) = I.α / R

Dengan I adalah momen inersia katrol

            Bila kita hubungkan gerak translasi dengan (M₁+m) dan M₂ dengan gerak rotasi katrol, maka terdapat hubungan a = α . artinya percepatan tali atau percepatan kedua silinder sama dengan percepatan tangensial pinggirak katrol. Dengan demikian, maka persamaan di atas dapat diubah menjadi :

Dari persamaan diatas diubah menjadi :

Karena gaya berat = m . g, maka persamaannya menjadi

Dengan demikian, momen inersia dalam pesawat atwood adalah

5.      Kesimpulan.

Pesawat Atwood merupakan alat eksperimen yang sering digunakan untuk mengamati hukum mekanika pada gerak yang dipercepat secara beraturan. Sederhananya pesawat atwood tersusun atas 2 benda yang terhubung dengan seutas kawat/tali.Bila kedua benda massanya sama, keduanya akan diam. Tapi bila salah satu lebih besar (misal m1>m2). Maka kedua benda akan bergerak ke arah m1 dengan dipercepat

Dalam percobaan ini, berlaku seluruh hukum newton serta terjadinya gerak translasi, yaitu gerak lurus beraturan (glb) dan gerak lurus berubah beraturan atau (glbb). Tak hanya itu, percobaan ini juga menghasilkan momen inersia / kelembamam yang terjadi saat sedang dilakukan. Jika percepatan gravitasi diketahui, dan besaran-besaran M1, m, M2, R, dan a dapat diukur atau ditentukan dari percobaan, maka momen inersia I dapat dihitung. Di dalam percobaan, a dapat ditentukan dengan mengukur selang waktu dan jarak yang ditempuh oleh (M1+ m) selama selang waktu itu. Jarak yang ditempuh (M1+ m) selama bergerak lurus berubah beraturan itu memenuhi persamaan gerak lurus berubah beraturan.

Berlakunya hukum newton satu, dua, dan tiga. Tidak adanya gesekan antara alat dengan udara pada saat percobaan / eksperimen dilakukan. Gerakan beban saat melewati klem pembatas berlubang akan berubah karena beban menyentuh klem tersebut dan waktu yang didapat semakin besar.

6.      Daftar pustaka

·         http://id.wikipedia.org/wiki/Katrol

·         http://mediabelajaronline.blogspot.com/2010/03/gerak-lurus-berubah-beraturan-glbb.html

·         Resnick, Halliday. 1991. Fisika Jilid 1 Terjemahan. Jakarta: Penerbit Erlangga.

·         Sutrisno. 2001. Seri Fisika Dasar. Bandung: Penerbit ITB.

·         Tipler,Paul A. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Penerbit Erlangga.

·         Young and Freedman. 1999. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga.

7.      Lampiran