SISTEM KESETIMBANGAN GAYA
Al Irsyad, Irmawati Amir, Muhammad Rizal Fahlepy*), Novelita Tabita
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Makassar
Abstrak. Telah dilakukan praktikum kesetimbangan gaya, dimana tujuan dari praktikum ini adalah menyelidiki kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada sistem tuas dua lengan dan menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan prinsip kesetimbangan. Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam melakukan praktikum antara lain kaki statif 2 buah, batang statif pendek 2 buah, batang statif panjang 1 buah, balok pendukung 1 buah, neraca pegas 1,5 N 1 buah, beban 50 gr 3 buah, steker poros 1 buah dan tuas 1 buah. Didalam praktikum,langkah awal yang kami lakukan adalah merakit atau menyusun alat dan bahan yang telah disediakan menjadi satu komponen dan memulai memasang beban m_1 dan m_2 pada tuas dengan berbagai posisi sebelah kanan terhadap titik pusat tuas serta memasang neraca pegas 1,5 N dengan berbagai posisi sebelah kiri terhadap titik pusat tuas. Pada saat melakukan praktikum, kami memperoleh berbagai data yang berbeda, hal ini disebabkan karena posisi beban dan neraca pegas yang berbeda-beda tentunya dan sangat dipengaruhi oleh gaya tarikan yang kami berikan terhadap neraca pegas 1,5 N. Dari semua data yang telah diperoleh, dapat kami simpulkan bahwa komponen gaya atau torsi yang bekerja pada benda adalah sama dengan nol.
RUMUSAN MASALAH
- Bagaimana cara menyelidiki kondisi-kondisi kesetimbangan pada sistem tuas dua lengan?
- Bagaimana cara menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan prinsip kesetimbangan?
TUJUAN
- Menyelidiki kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada sistem tuas dua lengan.
- Menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan prinsip kesetimbangan.
TEORI SINGKAT
Menurut Herman & Asisten LFD (2015), ada dua kondisi yang harus dipenuhi oleh sebuah benda untuk dapat mencapai keadaan kesetimbangan statis. Pertama benda tersebut harus berada dalam kesetimbangan translasi yang berarti bahwa vektor resultan dari semua gaya yang bekerja pada benda harus sama dengan nol. kondisi yang lain adalah harus dalam keadaan kesetimbangan rotasinya. Jarak tegak lurus dari pusat putaran terhadap garis gaya aksi disebut dengan lengan gaya. Torka τ merupakan besaran vektor yang didefinisikan:
τ = R × F
Efek rotasi dari sebuah benda terkadang dikaitkan dengan pusat gravitasi yang didefinisikan sebagai gaya tunggal keatas yang dapat menyeimbangkan atraksi gravitasi pada semua bagian benda untuk berbagai pisisi. Gambar 5.1. menunjukkan sebuah batang yang disetim pada titik B dengan w1 dan w2 adalah beban gantung. Berat batang wB adalah tarikan gravitasi yang bekerja pada pusat gravitasi C. Kondisi untuk kesetimbangan rotasi untuk sistem diatas adalah:
w1 (L1 ) = w2 (L2 ) + wB (LB )
METODE EKSPERIMEN
Alat dan Bahan
- Kaki statif 2 buah
- Batang statif pendek 2 buah
- Batang statif panjang 1 buah
- Neraca pegas 1,5 N 1 buah
- Beban 50 gram 3 buah
- Steker poros 1 buah
- Tuas 1 buah
- Mistar 1 buah
Identifikasi Variabel
Variabel manipulasi : lengan beban (m) dan lengan gaya (m).
Variabel respon : gaya pegas (N).
Variabel kontrol : gaya berat (N).
Definisi Operasional Variabel
- Lengan beban adalah jarak tegak lurus dari beban yang digantung sampai kepusat tuas yang diukur menggunakan mistar dan bersatuan cm.
- Lengan gaya adalah jarak tegak lurus dari pusat putaran terhadap gaya aksi yang diukur menggunakan mistar dan bersatuan cm.
- Gaya pegas adalah gaya yang bekerja pada saat benda mengalami kesetimbangan yang diukur menggukan neraca pegas 1,5 N dan bersatuan Newton (N).
- Gaya berat adalah gaya yang dimiliki oleh benda m_1 dan m_2 yang akan digantungkan pada tuas dan bersatuan (N).
Prosedur Kerja
Langkah pertama yang perlu dilakukan adakah menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.Setelah semua peralatan yang dibutuhkan telah tersedia, maka dirakit seperti pada gambar di buku penuntun praktikum fisika dasar 1 jurusanfisika UNM. selanjutnya memasang steker poros pada balok pendukung kemudian pasang balok pendukung pada ujung atas batang statif .setelah itu memasang tuas pada steker poros dan mengtur kesetimbangannya agar anak panah tepat menunjuk vertikal kebawah. Langkah berikutnya adalah memasang beban m1 pada posisi 4 (6 cm dari pusat tuas) dan beban m2 pada posisi 10 (15 cm dari pusat tuas) masing-masing disebelah kanan titik pusat tuas kemudian mencatat masing-masinng panjang lengan beban sebagi L1dan L2. (berat m1 adalah 50 gram dan m2 adalah 100 gram). Setelah itu, memasang neraca pegas pada posisi 10 (15 cm dari pusat tuas) disebelah kiri tirik pusat tuas dan mencatatnya sebagai panjang lengan gaya Lf. Berikutnya adalah Menarik neraca pegas sehingga terjadi kesetimbangan dan membaca besarnya gaya (F) pada neraca pegas tersebut. Setelah itu, Mengulangi langkah 1 sampai 3 dengan posisi m1, m2, dan neraca pegas yang berbeda hingga 5 kali.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
HASIL EKSPERIMEN
M1 = 50 gram = 0,05 kg W1 = |0,50±0,05|N
M2 = 100 gram = 0,10 kg W2 = |1,00±0,05|N
Tabel. 1 Hasil Pengukuran Sistem Kesetimbangan Gaya
ANALISIS DATA
Untuk analisis data pengukuran dan ketidakpastian praktikum sistem kesetimbangan gaya silahkan mendownloadnya disini PDF WORD
PEMBAHASAN
Pada praktikum yang telah dilakukan yakni sistem kesetimbangan gaya, terdapat dua kegiatan yang telah kami laksanakan yakni menyelidiki kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada sistem tuas dua lengan dan menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan prinsip kesetimbangan, dimana alat dan bahan yang digunakan yakni kaki statif 2 buah. Batang statif pendek 2 buah, batang statif panjang 1 buah, balok pendukung 1 buah, neraca pegas 1,5 N 1 buah, beban 50 gram 3 buah, steker poros 1 buah dan tuas 1 buah. Didalam praktikum yang telah kami laksanakan, langkah awal yang kami lakukan adalah menyusun atau merangkai alat-alat yang telah disediakan oleh laboratorium menjadi satu komponen atau sistem dan kemudian memulai memasang beban m_1 dan m_2 pada tuas dengan berbagai posisi sebelah kanan terhadap titik pusat tuas serta memasang neraca pegas 1,5 N dengan berbagai posisi sebelah kiri terhadap titik pusat tuas.
Pada saat praktikum, kami memperoleh berbagai data. Data-data tersebut antara lain, pada aktivitas pertama diperoleh τ1 = |0,030 ± 0,003|Nm dengan KR = 10,7 DK = 89,3%, τ2 = |0,150 ± 0,008|Nm dengan KR = 5,33% DK = 94,67% dan τf = |0,030 ± 0,003|Nm dengan KR = 5,33% DK = 94,67% dan secara teori diperoleh Στ = 0,03 Nm. Pada aktivitas kedua diperoleh τ1=|0,037 ± 0,003|Nm dengan KR = 10,7% DK = 89,3, τ2 = |0,165 ± 0,008|Nm dengan KR = 5,27% DK = 94,73% dan τf = |0,181 ± 0,008|Nm dengan KR = 4,79% DK = 95,21%, dan secara teori diperoleh Στ = 0,021 Nm. Pada aktivitas ketiga diperoleh τ1=|0,0015 ± 0,0002|Nm dengan KR = 11,33% DK = 88,67%, τ2 = |0,105 ± 0,005|Nm dengan KR = 5,43% DK = 94,57%, τf = |0,092 ± 0,009|Nm dengan KR = 10,27% DK = 89,27%, dan secara teori diperoleh Στ = 0,0145 Nm. Pada aktivitas keempat diperoleh τ1 = |0,022±0,003|Nm dengan KR = 12% DK = 88%, τ2 = |0,120 ± 0,006|Nm dengan KR = 5,42% DK = 94,58%, τf = |0,126 ± 0,005|Nm dengan KR = 4,13% DK = 95,87%, dan secara teori diperoleh Στ = 0,016 Nm. Pada aktivitas kelima diperoleh τ1=|0,037 ± 0,004|Nm dengan KR = 10,7% DK = 89,3%, τ_2 = |0,135 ± 0,007|Nm dengan KR = 5,33% DK = 94,67%, τf = |0,157 ± 0,006|Nm dengan KR = 3,81% DK = 96,19% , dan secara teori diperoleh Στ = 0,015 Nm.
Dari semua data yang telah diperoleh, terdapat berbagai kesalahan relatif yang terkandung didalamnya, hal ini disebabkan karena adanya kesalahan paralaks yang dilakukan sehingga mempengaruhi dalam proses pengambilan data yang akan diambil. Dari hasil praktikum ataupun data-data yang diperoleh, dapat dibuktikan hukum kesetimbangan gaya karena setelah semua data yang diperoleh kami menghitung semuanya. Dan dari semua data yang telah dihitung, torsi yang bekerja pada sistem tuas dua lengan yang paling tinggi kami dapatkan adalah Στ = 0,021, hasil ini telah membuktikan bahwa hukum kesetimbangan gaya memiliki syarat Στ = 0, meskipun memiliki selisih yang sangat kecil.
KESIMPULAN
Dari praktikum yang kami lakukan yakni sistem kesetimbangan gaya dapat kami tarik kesimpulan bahwa torsi yang bekerja pada sistem tuas dua lengan itu sangat dipengaruhi oleh gaya berat beban, lengan beban,lengan gaya dan gaya tarik oleh pegas yang diberikan. Semakin besar beban dan lengan gaya ataupun lengan beban maka semakin besar pula gaya pegas yang akan diberikan terhadap benda tersebut artinya torsi yang dihasilkan adalah hasil kali antara gaya pegas atau gaya berat benda dengan lengan gaya atau lengan beban benda tersebut.
Dalam menetukan berapa nilai torsi atau momen gaya yang bekerja pada sistem tuas dua lengan, dapat diperoleh dengan cara praktikum yang telah dilakukan dan juga bisa dengan menggunakan teori kesetimbangan gaya. Teori tersebut mengatakan bahwa syarat kesetimbangan yaitu semua komponen gaya yang bekerja pada suatu benda tegar harus sama dengan nol. Dan hasil perhitungan momen gaya baik itu secara praktikum maupun teori hampir sama, sehingga dapat kami katakan bahwa hasil praktikum yang telah kami lakukan sudah sesuai dengan teori yang ada.
REFERENSI
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. 2011. Fundamental of Physics. 9th Edition. Penerbit: John Wiley & Sons
Herman. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar . Makassar: Universitas Negeri Makassar.
Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar 1. Penerbit: Institut Teknologi Bandung