PESAWAT ATWOOD
Al-Irsyad, Irmawati Amir, Muhammad Rizal Fahlepy*), Novelita Tabita
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Makassar
Abstrak. Telah dilakukan praktikum pesawat atwood , dimana pesawat atwood merupak suatu alat yang dapat mempermudah kita untuk mengetahui penerapan gerak transalisi dan gerak rotasi seuatu benda. Praktikum ini bertujuan untuk memahami konsep kinematika untuk memperlihatkan berlakunya hokum Newton dan untuk menghitung momen kelembaman (inersia) katrol. Momen inersia merupakan kecenderungan suatu partikel untuk mempertahankan posisinya agar tidak berotasi. Pada praktikum kali ini terdapat 2 kegiatan yaitu kegiatan 1menentukan percepatan dan momen inersia, dimana analisis yang digunakan untuk menenukan percepatan adalah analisis garfik dan perhitungan sedangkan untuk momen inersia dengan menggunakan perhitungan dan dengan menggunakan analisis perhitungan I =1/2 Mkatrol.R^2 untuk kegiatan 2 menentukan kecepatan dengan menggunakan analisis grafik dan analisis perhitungan.
Kata kunci: Beban, Katrol, Momen Inersia, Waktu.
RUMUSAN MASALAH
- Hukum apa saja yang berlaku pada system pesawat atwood ?
- Pada titik apa hokum Newton berlaku ?
- Berapa momen kelembaman (inersia) katrol ?
TUJUAN
- Mahasiswa mampu memahami konsep kinematika untuk memperlihatkan berlakunya Hukum Newton.
- Menghitung momen kelembaman (inersia) katrol
TEORI SINGKAT
Pesawat Atwood merupakan alat eksperimen yang digunakan untuk mengamati hukum mekanika gerak yang berubah beraturan. Alat ini mulai dikembangkan sekitar abad ke delapan belas untuk mengukur percepatan gravitasi g. Dalam kehiduapan sehari-hari kita bias menemui penerapan pesawat Atwood pada cara kerja lift. Sederhananya alat ini tersusun atas seutas tali yang dihubungkan dengan sebuah katrol, dimana pada ujung tali dikaitkan massa beban m1 dan m2. Jika massa benda m1 dan m2 sama (m1 = m2), maka keduanya akan diam. Akan tetapi jika massa benda m2 lebih besar dari pada massa benda m1 (m2 > m1), maka massa m1 akan tertarik oleh massa benda m2.
Jika sebuah katrol hanya dapat berotasi murni pada porosnya yang diam, maka gerakannya dapat dianalisis dengan menggunakan gambar 1 berikut:
dengan a merupakan percepatan tangensial tepi katrol, percepatan ini sama dengan percepatan tali penggantung yang dililitkan pada katrol tanpa slip. Bila suatu benda digantungkan pada tali seperti gambar berikut, maka percepatan benda adalah
Perhatikan gambar 3.3, jika massa beban tidak sama maka sistem akan bergerak lurus dipercepat beraturan. Dengan mengukur jarak yang ditempuh serta mengukur waktu yang diperlukan kita dapat menetukan percepatan dari percobaan.
Pada Pesawat Atwood terdapat dua gerakan yaitu:
1. Gerak Lurus Beraturan
Merupakan gerak lurus yang kelajuannya konstan, artinya benda bergerak lurus tanpa ada percepatan atau a = 0 m/s2. Secara matematis gerak lurus beraturan dapat dirumuskan sebagai berikut:
s = v / t
Keterangan: s = jarak tempuh benda
v = kelajuan
t = waktu tempuh
2. Gerak lurus Berubah Beraturan
Merupakan gerak lurus dengan kelajuan berubah beraturan, dengan percepatan a adalah konstan.
S = So + vo.t + 1/2 a.t^2
Keterangan : S = jarak yang ditempuh
So = jarak awal
vo = kecepatan awal
t = waktu
Hukum-hukum yang berlaku pada pesawat atwood :
1. Hukum 1 Newton
“Setiap benda akan cenderung mempertahankan keadaan awal benda. Bila awalnyabergerak maka akan cenderung bergerak dan bila awalnya diam maka akan cenderung diam sampai ada gaya yang mempengaruhinya.”Hukum Newton I sering disebut dengan hukum Inersia, Hukum Newton I ini berlaku jika keadaan benda memenuhi syarat jumlah gaya yang bekerja pada benda adalah sama dengan nol
∑F = 0
2 Hukum Newton II
Sebuah benda dengan ∑F konstan dan memiliki arah horizontal yang sama dengan v, maka selama gaya tersebut sedang bekerja, kecepatan pun berubah dengan tingkat perubahan yang konstan, yang berarti benda ini bergerak dengan percepatan konstan. Sehingga jumlah gaya total pada sebuah benda menyebabkan benda mengalami percepatan. Yang arah gaya totalnya sama dengan arah percepatan, walaupun lintasan benda lurus maupun melingkar. Sehingga Newton membuat suatu pernyataan singkat yang dikenal dengan Hukum Newton II tentang gerak:
“Jika suatu gaya luar total bekerja pada sebuah benda, maka benda akan mengalami percepatan. Arah percepatan tersebut sama dengan arah gaya total. Vektor gaya total sama dengan massa benda dikalikan dengan percepatan benda.”
Dengan percepatan suatu benda berbandng lurus dengan gaya yang bekerja padanya. Dan besar percepatan benda berbanding terbalik dengan massanya. Sehingga dapat dituliskan:
∑F = ma
3. Hukum 3 Newton
Gaya yang bekerja pada benda selalu merupakan hasil interaksi dengan benda lain, sehingga selalu berpasangan. Gaya yang diberikan pada benda berlawanan arah dengan gaya yang diberikan oleh benda.. ketika dua benda bersentuhan, dua buah benda yang mereka berikan satu sama lain selalu memiliki besar yang sama dan arah yang berlawanan. Pernyataan matematis hukum ketiga Newton adalah:
F12 = - F21 (Aksi-reaksi)
“Jika dua benda berinteraksi, gaya F12 yang dikerjakan oleh benda 1 pada benda 2 besarnya sama dan berlawanan arah dengan arah gaya F21 yang dikerjakan oleh benda 2 pada benda 1.”
Gaya yang diberikan oleh benda 1 pada benda 2 disebut gaya aksi, sedangkan gaya dari benda 2 pada benda 1 disebut gaya reaksi. Sehingga gaya aksi sama besarnya dengan haya reaksi dan berlawanan arah. Pada semua kasus, gaya aksi dan reaksi bekerja pada dua benda yang berbeda, dan jenis gayanya harus sama.
METODE EKSPERIMEN
Alat dan Bahan
a. Pesawat Atwood yang terdiri dari :
- Tiang berskala R yang pada ujung atasnya terdapat katrolp 1 buah
- Tali penggantung yang massanya dapat diabaikan 1 buah
- Dua beban yang berbentuk silinder dengan massa sama masing – masing M yang diikatkan pada ujung – ujung tali penggantung
- Dua beban tambahan dengan masing – masing M
- Genggaman G dengan pegas, penahan beban B, penahan beban tambahan A yang berlubang 1 buah
b. Neraca 310 gram 1 buah
c. Sensor Waktu 1 buah
d. Tali 1 buah
Identifikasi Variabel
Kegiatan 1
Variabel kontrol : massa benda, massa katrol, dan diameter katrol.
Variabel manipulasi : jarak tempuh
Variabel respon : waktu tempuh
Kegiatan 2
Variabel kontrol : massa benda, massa katrol, dan diameter katrol
Variabel manipulasi : jarak tempuh
Variabel respon : waktu tempuh
Definisi Operasional Variabel
Kegiatan I
Variabel kontrol:
- Massa benda adalah berat beban M1 dan M2 yang diukur menggunakan Neraca Ohauss 310 gram dengan satuan gram.
- Massa katrol adalah berat katrol yang diukur menggunakan Neraca Ohauss 310 gram dengan satuan gram.
- Jari-jari katrol adalah panjang jari jari katrol yang diukur dengan mengukur diameter katrol terlebih dahulu menggunakan tali, dan panjang tali yang meliputi katrol tersebut diukur menggunakan mistar. Kemudian dengan rumus keliling lingkaran, jari-jari dapat dihitung dengan satuan cm.
Variabel manipulasi:
- Jarak tempuh adalah panjang lintasan yang dilalui oleh beban M2 dari titik C ke titik A diukur menggunakan mistar 100 cm dengan satuan cm.
Variabel respon:
- Waktu tempuh adalah waktu yang diperlukan oleh beban M2 untuk melintasi lintasan dari titik C ke A, diukur menggunakan sensor waktu dengan satuan sekon.
Kegiatan II
Variabel kontrol
- Massa benda adalah berat beban M1 dan M2 yang diukur menggunakan Neraca Ohauss 310 gram dengan satuan gram.
- Massa katrol adalah berat katrol yang diukur menggunakan Neraca Ohauss 310 gram dengan satuan gram.
- Jari-jari katrol adalah panjang jari jari katrol yang diukur dengan mengukur diameter katrol terlebih dahulu menggunakan tali, dan panjang tali yang meliputi katrol tersebut diukur menggunakan mistar. Kemudian dengan rumus keliling lingkaran, jari-jari dapat dihitung dengan satuan cm.
Variabel manipulasi
- Jarak tempuh adalah panjang lintasan yang dilalui oleh beban M2 dari titik A ke titik B diukur menggunakan mistar 100 cm dengan satuan cm. Jarak tempuh merupakan variabel manipulasi karena jarak tempuh dari A ke B diubah-ubah sebanyak 10 kali.
Variabel respon
- Waktu tempuh adalah waktu yang diperlukan oleh beban M2 untuk melintasi lintasan dari titik A ke B, diukur menggunakan sensor waktu dengan satuan sekon.
ProsedurKerja
Persiapan
Menimbang semua beban M1, M2, m1 dan m2dengan neraca 310 gram. Memasang genggaman G, penahan beban tambahan A dan penahan beban B pada tiang berskala. Untuk menyelidiki apakah pesawat Atwood bekerja dengan baik, melakukan percobaan sebagai berikut: Menggantungkan M1 dan M2 pada ujung – ujung tali kemudian memasangnya pada katrol. Selanjutnya memasangM1 pada genggaman G, dengan menggunakan pegas, menyelidiki apakah tiang berskala sejajar dengan tali. Jika tidak, mengaturnya sampai sejajar. Lalu enambahkan beban tambahan m1 pada M2. Kemudian menekan G, maka M1akan terlepas dari genggaman G, dan bergerak ke atas, sedang M2 + m1 akan bergerak ke bawah. Jika pesawat bekerja dengan baik maka kedua beban akan bergerak dipercepat, dan ketika M2 + m1 melalui A, m1 akan tersangkut di A, dan kemudian sistem akan bergerak lurus beraturan. Jika hal ini tidak terjadi betulkan letak penahan beban tambahan A. Selanjutnya, memasang lagi beban M1 pada genggaman dan menambah salah satu beban tambahan pada M2.
Kegiatan 1. Gerak dari C ke A
Mencatat kedudukan C dan A. Lepas M1 dan mencatat waktu yang diperlukan oleh benda bergerak dari titik C ke A. Melakukan 3 kali pengukuran berulang dengan jarak yang sama. Lalu mengulangi langkah a dengan memindah-mindahkankan posisi A minimal 10 kali. Mencatat hasilnya dalam tabel hasil pengamatan.
Kegiatan2. Gerak dari A ke B
Menentukan satu posisi C dan A dan catat posisinya. Mengatur posisi B (di bawah posisi A) pada jarak tertentu. Setelah itu melepas M1 dan mencatat waktu yang diperlukan oleh benda bergerak dari titik A ke B. Melakukan 3 kali pengukuran berulang dengan jarak dari A ke B yang sama. Selajutnya mengulangi langkah b sebanyak minimal 10 kali dengan jarak tempuh dari A ke B yang berbeda. Kemudian Mencatat hasil pengamatan anda pada tabel hasil pengamatan.
HASIL PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA
HasilPengamatan
Massa M1 = | 64,30 ± 0,01| gram
Massa M2 = | 64,30 ± 0,01| gram
Massa m = | 5,00 ± 0,01 | gram
Massa katrol (M) = | 60,43 ± 0,01| gram
Diameter katrol = |12,00 ± 0,05| mm
Kegiatan 1. Gerak dari C ke A
Kegiatan 2. Gerak dari A ke B
XCA= | 20,00 ± 0,05|cm
ANALISIS DATA
Pada bagian analisis hasil pengukuran beserta ketidakpastian praktikum pesawat atwood dapat di download melalui link berikut PDF WORD
PEMBAHASAN
Pada praktikum pesawat atwood ini telah dilakukan kegiatan sebanyak 2 kali. Pada kegiatan pertama yaitu mencari hubungan antara jarak dan waktu untuk lintasan atau jarak C ke A dimana pada lintasan tersebut dilakukan perubahan jarak lintasan sebanyak 10 kali dengan menghitung waktu tempuh yang dialami oleh massa m + M2 masing-masing jarak sebanyak 3 kali dengan menggunakan sensor waktu. Pada saat massa m + M2 bergerak dari C ke A, benda tersebut mengalami percepatan secara beraturan. Dan pada kegiatan ke 2 yaitu mencari hubungan jarak dan waktu tempuh dari lintasan A ke B dimana jarak lintasan A ke B diubah-ubah sebanyak 10 kali dengan menghitung waktu tempuh yang dialami oleh benda M2 setelah massa tambahan yaitu m tersangkut pada penahan beban A. Pada saat massa tambahan m tersangkut pada penahan beban A, benda M2 mengalami kecepatan konstan dari lintasan A ke B.
Hasil pengukuran yang telah diperoleh pada praktikum yang telah kami lakukan yakni pada kegiatan pertama telah kami peroleh percepatan balok M2+m dari grafik hubungan antara jarak tempuh (2Xca) dengan waktu tempuh (t^2) sebesar |0,02±0,95|cm/s^2 dengan KR = 0,984% dan DK = 99,016%. Dan momen inersia yang telah kami peroleh pada praktikum ini yaitu sebesar |4350±4,307|gr/cm^2 dengan KR = 0,01 dan DK = 99,99%. Dan pada kegiatan ke dua, nilai kecepatan benda M2 + m dari titik A ke B yang diperoleh dari grafik hubungan antara jarak XAB dn waktu tAB adalah sebesar |1,05±1,02|cm/s dengan KR = 0,977% dan DK = 99,023.
SIMPULAN
Dari hasil praktikum yaitu pesawat atwood yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pada praktikum tersebut menunjukkan berlakunya hukum-hukum Newton dan aplikasi Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Pada saat benda yakni m + M2 bergerak melewati lintasan C ke A benda tersebut menunjukkan berlakunya hukum 2 newton dan mengalami percepatan atau tidak mengalami kecepatan konstan serta berlakunya aplikasi GLBB. Dan pada saat benda bergerak dari lintasan A ke B, benda M2 mengalami kecepatan konstan dikarenakan massa tambahan m tersangkut di penahan beban A serta pada prosesnya menunjukkan berlakunya hukum 1 newton dan GLB. Sementara gerakan pada katrol atau rotasi katrol menunjukkan berlakunya hukum 2 newton tentang gerak rotasi ∑F=Iα dan pada tali menunjukkan terjadi aksi-reaksi pada dua tali yang dihubungkan pada katrol sehinnga menunjukkan hukum 3 newton
REFERENSI
HasilPengamatan
Massa M1 = | 64,30 ± 0,01| gram
Massa M2 = | 64,30 ± 0,01| gram
Massa m = | 5,00 ± 0,01 | gram
Massa katrol (M) = | 60,43 ± 0,01| gram
Diameter katrol = |12,00 ± 0,05| mm
Kegiatan 1. Gerak dari C ke A
Tabel 1. Hubungan antara jarak dan waktu tempuh untuk lintasan C ke A
Kegiatan 2. Gerak dari A ke B
XCA= | 20,00 ± 0,05|cm
Tabel 2. Hubungan antara jarak dan waktu tempuh untuk lintasan A ke B
ANALISIS DATA
Pada bagian analisis hasil pengukuran beserta ketidakpastian praktikum pesawat atwood dapat di download melalui link berikut PDF WORD
PEMBAHASAN
Pada praktikum pesawat atwood ini telah dilakukan kegiatan sebanyak 2 kali. Pada kegiatan pertama yaitu mencari hubungan antara jarak dan waktu untuk lintasan atau jarak C ke A dimana pada lintasan tersebut dilakukan perubahan jarak lintasan sebanyak 10 kali dengan menghitung waktu tempuh yang dialami oleh massa m + M2 masing-masing jarak sebanyak 3 kali dengan menggunakan sensor waktu. Pada saat massa m + M2 bergerak dari C ke A, benda tersebut mengalami percepatan secara beraturan. Dan pada kegiatan ke 2 yaitu mencari hubungan jarak dan waktu tempuh dari lintasan A ke B dimana jarak lintasan A ke B diubah-ubah sebanyak 10 kali dengan menghitung waktu tempuh yang dialami oleh benda M2 setelah massa tambahan yaitu m tersangkut pada penahan beban A. Pada saat massa tambahan m tersangkut pada penahan beban A, benda M2 mengalami kecepatan konstan dari lintasan A ke B.
Hasil pengukuran yang telah diperoleh pada praktikum yang telah kami lakukan yakni pada kegiatan pertama telah kami peroleh percepatan balok M2+m dari grafik hubungan antara jarak tempuh (2Xca) dengan waktu tempuh (t^2) sebesar |0,02±0,95|cm/s^2 dengan KR = 0,984% dan DK = 99,016%. Dan momen inersia yang telah kami peroleh pada praktikum ini yaitu sebesar |4350±4,307|gr/cm^2 dengan KR = 0,01 dan DK = 99,99%. Dan pada kegiatan ke dua, nilai kecepatan benda M2 + m dari titik A ke B yang diperoleh dari grafik hubungan antara jarak XAB dn waktu tAB adalah sebesar |1,05±1,02|cm/s dengan KR = 0,977% dan DK = 99,023.
SIMPULAN
Dari hasil praktikum yaitu pesawat atwood yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pada praktikum tersebut menunjukkan berlakunya hukum-hukum Newton dan aplikasi Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Pada saat benda yakni m + M2 bergerak melewati lintasan C ke A benda tersebut menunjukkan berlakunya hukum 2 newton dan mengalami percepatan atau tidak mengalami kecepatan konstan serta berlakunya aplikasi GLBB. Dan pada saat benda bergerak dari lintasan A ke B, benda M2 mengalami kecepatan konstan dikarenakan massa tambahan m tersangkut di penahan beban A serta pada prosesnya menunjukkan berlakunya hukum 1 newton dan GLB. Sementara gerakan pada katrol atau rotasi katrol menunjukkan berlakunya hukum 2 newton tentang gerak rotasi ∑F=Iα dan pada tali menunjukkan terjadi aksi-reaksi pada dua tali yang dihubungkan pada katrol sehinnga menunjukkan hukum 3 newton
REFERENSI
Buku Penuntun Praktikum Fisika Dasar 1 Unit Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar
Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar 1. Penerbit: Institut Teknologi Bandung
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. 2011. Fundamental of Physics. 9th Edition. Penerbit: John Wiley & Sons
Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar 1. Penerbit: Institut Teknologi Bandung
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. 2011. Fundamental of Physics. 9th Edition. Penerbit: John Wiley & Sons