LKM - Laporan Praktikum Pesawat Atwood (Bag. Landasan Teori)

LEMBAR KERJA MAHASISWA (LKM)

MATA PELAJARAN FISIKA SMA

DISUSUN OLEH :

MAHASISWA PENDIDIKAN FISIKA ANGKATAN 2014

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

PENDIDIKAN FISIKA

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

TAHUN AJARAN 2016

LANDASAN TEORI PESAWAT ATWOOD

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.

1.  Hukum I Newton

Galileo melakukan pengamatan mengenai benda-benda jatuh bebas. Ia menyimpulkan dari pengamatan-pengamatan yang dia lakukan bahwa bendabenda berat jatuh dengan cara yang sama dengan benda-benda ringan. Tiga puluh tahun kemudian, Robert Boyle, dalam sederetan eksperimen yang dimungkinkan oleh pompa vakum barunya, menunjukan bahwa pengamatan ini tepat benar untuk benda-benda jatuh tanpa adanya hambatan dari gesekan

udara. Galileo mengetahui bahwa ada pengaruh hambatan udara pada gerak jatuh. Tetapi pernyataannya walaupun mengabaikan hambatan udara, masih cukup sesuai dengan hasil pengukuran dan pengamatannya dibandingkan dengan yang dipercayai orangpada saat itu (tetapi tidak diuji dengan eksperimen) yaitu kesimpulan Aristoteles yang menyatakan bahwa,” Benda yang beratnya sepuluh kali benda lain akan sampai ke tanah sepersepuluh

waktu dari waktu benda yang lebih ringan”. Pada tahun 1678 Sir Isaac Newton menyatakan hukum pertamanya tentang gerak, yang sekarang kita kenal sebagai Hukum I Newton

Hukum I Newton menyatakan:

 “Sebuah benda akan berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan apabila resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol”.

Secara matematis, Hukum I Newton dinyatakan dengan persamaan:

Hukum di atas menyatakan bahwa jika suatu benda mula-mula diam maka benda selamanya akan diam. Benda hanya akan bergerak jika pada suatu benda itu diberi gaya luar. Sebaliknya, jika benda sedang bergerak maka benda selamanya akan bergerak, kecuali bila ada gaya yang menghentikannya. Konsep Gaya dan Massa yang dijelaskan oleh Hukum Newton yaitu Hukum I Newton mengungkap tentang sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaannya atau dengan kata lain sifat kemalasan benda untuk mengubah keadaannya. Sifat ini kita ini kita sebut kelembaman atau inersia. Oleh karena itu, Hukum I Newton disebut juga Hukum Kelembaman.

2.      Hukum II Newton

“Setiap benda yang dikenai gaya maka akan mengalami percepatanyang besarnya berbanding lurus dengan besarnya gaya dan berbanding tebalik dengan besarnya massa benda.”

Keterangan : a = percepatan benda (ms-2)

m = massa benda (kg)

F = Gaya (N)

Kesimpulan dari persamaan diatas yaitu arah percepatan benda sama dengan arah gaya yang bekerja pada benda tersebut. Besarnya percepatan sebanding dengan gayanya. Jadi bila gayanya konstan, maka percepatan yang timbul juga akan konstan Bila pada benda bekerja gaya, maka benda akan mengalami percepatan, sebaliknya bila kenyataan dari pengamatan benda mengalami percepatan maka tentu akan ada gaya yang menyebabkannya. Persamaan gerak untuk percepatan yang tetap

Jika sebuah benda dapat bergerak melingkar melalui porosnya, maka pada gerak melingkar ini akan berlaku persamaan gerak yang ekivalen dengan persamaan gerak linear. Dalam hal ini ada besaran fisis momen inersia (momen kelembaman) I yang ekivalen dengan besaran fisis massa (m) pada gerak linear. Momen inersia (I) suatu benda pada poros tertentu

harganya sebanding dengan massa benda terhadap porosnya.

I ~ m

I ~ r2

Dimana harga tersebut adalah harga yang tetap

3.      Hukum III Newton

Hukum III Newton menyatakan bahwa:

“Apabila benda pertama mengerjakan gaya pada benda kedua (disebut aksi) maka benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama sama besar dan berlawanan arah

dengan gaya pada benda pertama (reaksi).”

 Secara matematis dinyatakan dengan persamaan : Faksi = -Freaksi Suatu pasangan gaya disebut aksi-reaksi apabila memenuhi syarat sebagai berikut :

1. sama besar

2. berlawanan arah

3. bekerja pada satu garis kerja gaya yang sama

4. tidak saling meniadakan

5. bekerja pada benda yang berbeda

1.       Gerak translasi

Gerak lurus adalah gerak suatu obyek yang lintasannya berupa garis lurus. Dapat pula jenis gerak ini disebut sebagai suatu translasi beraturan. Pada rentang waktu yang sama terjadi perpindahan yang besarnya sama. Gerak lurus dapat dikelompokkan menjadi gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan yang dibedakan dengan ada dan tidaknya percepatan.

1. Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak lurus suatu obyek, dimana dalam gerak ini kecepatannya tetap atau tanpa percepatan, sehingga jarak yang ditempuh dalam gerak lurus beraturan adalah kelajuan kali waktu.

Keterangan: s = jarak tempuh (m)

v = kecepatan (m/s)

t = waktu (s)

2. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak lurus suatu obyek, di mana kecepatannya berubah terhadap waktu akibat adanya percepatan yang tetap. Akibat adanya percepatan rumus jarak yang ditempuh tidak lagi linier melainkan kuadratik. Dengan kata lain benda yang melakukan gerak dari keadaan diam atau mulai dengan kecepatan

awal akan berubah kecepatannya karena ada percepatan (a = +) atau perlambatan (a = −). Pada umumnya GLBB didasari oleh Hukum Newton II 

Keterangan: V₀= kecepatan awal (m⁄s)

V_t= kecepatan akhir (m⁄s)

a = percepatan (m⁄ s²)

t = waktu (s)

s₀ = jarak ditempuh awal (m)

s_t= jarak tempuh akhir (m)

GLBB dibagi menjadi 2 macam :

a.      GLBB dipercepat

GLBB dipercepat adalah GLBB yang kecepatannya makin lama makin cepat, contoh GLBB dipercepat adalah gerak buah dari pohonnya. Grafik hubungan antara v terhadap t pada GLBB dipercepat adalah:

Sedangkan Grafik hubungan antara s terhadap t pada GLBB dipercepat adalah:

b. GLBB diperlambat

GLBB diperlambat adalah GLBB yang kecepatannya makin lama makin kecil (lambat). Contoh GLBB diperlambat adalah gerak benda dilempar keatas. Grafik hubungan antara v terhadap t pada GLBB diperlambat

Grafik hubungan antara s terhadap t pada GLBB diperlambat

Persamaan yang digunakan dalam GLBB sebagai berikut :

Untuk menentukan kecepatan akhir

Untuk menentukan jarak yang ditempuh setelah t detik adalah

sebagai berikut:

Yang perlu diperhatikan dalam menggunakan persamaan diatas adalah saat GLBB dipercepat tanda yang digunakan adalah (+) . Untuk GLBB diperlambat tanda yang digunakan adalah (-) , catatan penting disini adalah nilai percepatan (a) yang dimasukkan pada GLBB diperlambat bernilai positif karena dirumusnya sudah menggunakan tanda negatif.

2.      Gerak Rotasi

Gerak melingkar atau gerak rotasi merupakan gerak melingkar suatu benda pada porosnya pada suatu lintasan melingkar. Bila sebuah benda mengalami gerak rotasi melalui porosnya, ternyata pada gerak ini akan berlaku persamaan gerak yang ekivalen dengan persamaan gerak linier. Momen inersia merupakan representasi dari tingkat kelembaman benda yang bergerak rotasi. Semakin besar momen inersia suatu benda, semakin malas dia berputar dari keadaan diam, dan semakin malas pula ia untuk mengubah kecepatan sudutnya ketika sedang berputar. Sebagai contoh, dalam ukuran yang sama sebuah silinder yang terbuat dari sebuah besi memiliki momen inersia yang lebih besar daripada silinder kayu. Hal ini bisa diperkirakan karena terasa lebih berat lagi bagi kita untuk memutar silinder besi dibandingkan dengan memutar silinder kayu. Momen inersia pada gerak rotasi bisa dianalogikan dengan massa pada gerak translasi. Sedangkan gaya pada gerak translasi dapat dianalogikan dengan momen gaya pada gerak translasi. Jika gaya menyebabkan timbulnya

percepatan pada gerak translasi maka momen gaya itulah yang menyebabkan timbulnya percepatan sudut pada gerak rotasi. Saat kita memutar sebuah roda atau membuka daun pintu, saat itu kita sedang memberikan momen gaya pada benda-benda tersebut. Dengan memanfaatkan pengertian momen gaya, kita dapat mengadaptasi Hukum II Newton untuk diterapkan pada gerak rotasi. Bentuk

persamaan Hukum II Newton adalah:

Dengan menganalogikan gaya dengan momen gaya, massa dengan momen inersia, dan percepatan dengan percepatan sudut, akan kita temukan hasil adaptasi dari Hukum II Newton dalam gerak rotasi sebagai berikut:

Keterangan:    = momen gaya (Nm)

I= momen inersia (kgm²)

  = percepatan sudut (rad⁄s²)

Untuk memudahkan pemahaman mengenai besaran-besaran pada gerak rotasi, kita bisa menganalogikannya dengan besaran-besaran pada gerak lurus. Berikut merupakan analogi antara besaran-besaran pada gerak translasi dan besaran-besaran pada gerak rotasi.

Gerak melingkar atau gerak rotasi merupakan gerak melingkar suatu benda pada porosnya pada suatu lintasan melingakar. Bila sebuah benda mengalami gerak rotasi melaui porosnya, ternyata pada gerak ini akan berlaku persamaan gerak yang ekivalen denagn persamaan gerak linier. Gerak melingkar ini ada yang disebut gerak melingkar beraturan dengan pengertian gerak suatu benda yang menempuh lintasan berbentuk lingkaran dengan laju liner (besaran kecepatan linier) tetap. Sebagai contoh, bila roda sepeda diangkat sehingga rodanya tidak bersentuhan dengan bidang datar (tanah atau lantai), kemudian pedalnya dikayuh, maka roda akan tetap berputar. Bila pedal dikayuh dengan kelajuan tetap maka laju putaran roda

juga tetap. Bila sebuah benda mengalami gerak rotasi melalui porosnya, ternyata pada gerak ini akan berlaku persamaan gerak yang ekivalen dengan persamaan gerak linier, dimana :

Kedudukan x = besar sudut tempuh θ

Kecepatan v = kecepatan sudut w

Percepatan a = percepatan sudut α

Massa m = momen inersia I

Gaya F = momen gaya τ

Momentum p = momentum sudut L

Hukum II Newton untuk gerak rotasi bisa dinyatakan dengan :

A.    Sebuah Katrol dengan Beban

Untuk sebuah katrol dengan beban-beban seperti pada gambar dibawah, maka berlaku persamaan seperti berikut,

                                                

Bila dianggap M1 = M2 = M

Pada saat M1 berada diklem S maka gerak dipercepat dengan persamaan (5). Pada saat melalui lubang A, benda m akan tertinggal dan M2 lolos melalui lubang A dan menuju titik B dengan kecepatan konstan. Karena M1 = M2, maka M2 + m berada dititik C, jika M1 dilepas dari klem maka M2 + m akan turun dari titik C ke B melewati titik A dengan gerak dipercepat.

 

Download File PDF nya di sini:

LIHAT DAFTAR KUMPULAN PRAKTIKUM FISIKA LENGKAP DAN GRATIS DOWNLOAD