Pesawat Atwood

BAB I

PENDAHULUAN

 1. Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari kita menyaksikan dan mengalami pergerakan. Kendaraan, hewan, manusia dan benda-benda di sekitar kita selalu bergerak. Gerak itu sendiri dapat terjadi karena adanya tarikan atau dorongan, yang disebut gaya.

Bangsa Yunani, sejak zaman dahulu telah yakin bahwa tarikan atau dorongan, yang disebut gaya adalah yang menyebabkan sebuah benda bergerak dan tanpa adanya gaya, sebuah benda yang sedang bergerak akan segera berhenti. Sebuah benda yang sedang diam, yang berarti bahwa bila tidak ada gaya yang bekerja, sebuah benda akan terus diam. Tampaknya, pandaangan bangssa Yunani ini beralasan, tetapi akan kita ketahui nanti bahwa ternyata pandangan tersebut tidak tepat.

Menurut ‘Prinsip Inersia’ yang diusulkan Galileo, sebuah benda yang sedang bergerak pada permukaan horizontal yang licin sempurna (tanpa gesekan) akan tatap terus bergerak dengan kelajuan sempurna. Berdasarkan pada pendapat Galileo tersebut, pada tahun 1678 Isaac Newton menyatakan Hukum pertamanya tentang gerak, yang sekarang kita kenal sebagai Hukum I Newton . Kemudian ia pun mengemukakan Hukum II Newton dan Hukum III Newton.

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. Tetapi bila salah satu lebih besar (misal M1 > M2), maka benda akan bergerak ke arah M1 dengan dipercepat. 

Dari penjelasan di atas, maka mahasiswa dalam laporan praktikum fisika dasar ini akan membahas secara khusus tentang pesawat atwood dengan melakukan percobaan secara langsung untuk membuktikan Hukum I Newton dan Hukum II Newton.

2. Tujuan

    -Tujuan Instruksi Umum ( TIU )

      Kami dapat memahami penggunaan Pesawat Atwood dalam penentuan tetapan grafitasi.

    -Tujuan Instruksi Khusus ( TIK )

1.    Kami dapat menjelaskan peristiwa Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) dan Gerak Lurus Beraturan.

2.    Kami dapat menentukan percepatan.

3.    Kami dapat menentukan nilai grafitasi.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

1. Konsep Dasar 

Pengertian Berat dan Massa

Pengertian atau definisi dari massa adalah salah satu besaran yang ditujukan untuk mengukur kelembaman yang dimiliki oleh sebuah benda atau untuk mengukur jumlah partikel yang dikandung oleh suatu zat. Kelembaman atau inersia ini merupakan sebuah kecenderungan yang ada pada benda fisik untuk menolak perubahan yang ada pada keadaan geraknya. Dengan begitu, sebuah massa suatu benda akan selalu bersifat tetap, tidak akan berubah sedikitpun walau dimanapun benda tersebut berada.

Sedangkan pengertian atau definisi dari berat adalah sebuah besaran yang ditujukan untuk mengukur percepatan gravitasi di sebuah tempat yang mempengaruhi massa suatu benda. Dengan demikian, berat benda dapat berubah tergantung percepatan gravitasi yang ada di bumi, akan berbeda hasil beratnya jika benda tersebut di bawah ke bulan. Hal tersebut dikarenakan percepatan gravitasi di bumi dan di bulan tidak sama.

Pengertian Gerak

Apa yang menyebakan sebuah benda dapat bergerak? Benda dikatakan bergerak ketika ada gaya yang diberikan sehingga gaya dapat dikatakan sesuatu yang menyebabkan sebuah benda bergerak lebih cepat. Gerak dibagi atas 2 yaitu gerak linear dan gerak rotasi, dimana gerak linear adalah gerak yang dilakukan secara lurus atau perpindahan lurus, sedangkan gerak rotasi adalah gerak yang bergerak secara menggelinding. Galiileo melakukan pengamatan mengenai benda-benda jatuh bebas. Ia menyimpulkan dari pengamatan-pengamatan yang dia lakukan bahwa benda berat jatuh dengan cara yang sama dengan benda-benda ringan. Tiga puluh tahun kemudian, Robert Boyle, dalan sederetan eksperimen yang dimungkinkan oleh pompa vakum barunya, menunjukkan bahwa pengamatan ini tepat untuk benda-benda jatuh tanpa adanya hambatan dari gesekan udara. Galileo mengetahui ada pengaruh hambatan udara pada gerak jauh. Tetapi nyatanya walaupun mengabaikan hambatan udara, masih cukup sesuai dengan hasil pengukuran dan pengamatannya dibandingkan dengan yang dipercayai orang pada saat itu (tetapi tidak diuji dengan eksperimen) yaitu kesimpulan Aristoteles yang menyatakan bahwa,”Benda yang beratnya sepuluh kali benda lain akan sampai ke tanaah sepersepuluh waktu dari benda yang lebih ringan” (Karami,2008).

Hukum Newton

Dalam mempelajari konsep dinamika gerak, teori yang paling penting dan yang banyak dipakai adalah Hukum Newton. Hukum Newton dibagi atas Hukum I Newton, Hukum II Newton dan Hukum III Newton.

-Hukum Newton 1

Hukum I Newton mendefinsikan adanya sifat kelembaman benda, yaitu keberadaan besaran yang dinamai massa. Karena sifat kelembaman ini maka benda cenderung mempertahankan keadaan geraknya. Keadaan gerak direpresentasikan oleh kecepatan. Jadi, sifat kelembaman mengukur kecenderungan benda mempertahankan kecepatannya. Makin besar kelembaman yang dimiliki benda maka makin kuat benda mempertahankan sifat kelembamannya. Atau diperlukan pengganggu yang lebih besar untuk mengubah kecepatan benda. Makin besar massa maka benda makin lembam. Itulah penyebabnya bahwa kita sangat sulit mendorong benda yang memiliki massa lebih besar darimapa benda yang memiliki massa lebih kecil.

Dimana:
F = jumlah gaya yang bekerja

Hukum II Newton

Menyatakan bahwa, “Bila gaya resultan F yang bekerja pada suatu benda dengan massa ‘m’ tidak sama dengan nol, maka benda tersebut mengalami percepatan ke arah yang sama dengan gaya”. Percepatan a berbanding lurus dengan gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda.

F = m.a 

Dimana:
F = Gaya
m = Massa
a = Percepatan
Hukum Newton memberikan pengertian bahwa:

a. Arah percepatan benda sama dengan arah gaya yang bekerja pada benda.

b. Besarnya percepatan berbanding lurus dengan gayanya.

c. Bila gaya bekerja pada benda maka benda mengalami percepatan dan sebaliknya bila benda                mengalami percepatan tentu ada gaya yang menjadi penyebabnya

-Hukum III Newton

Suatu gaya tentang tidak lain hanyalah salah satu aspek suatu dari interaksi bersamaan antara dua benda. Sudah ada bukti bahwa kalau suatu benda melakukan gaya kepada benda benda lain maka benda yang kedua itu, selain akan melakukan gaya pula pada benda pertama yang bersamanya sama berlawanan arahnya dan mempunyai garis kerja yang sama. Jika, gaya tunggal tersendiri saja adalah satu kemustahilan.

Hukum ini mengungkapkan keberadaan gaya reaksi yang sama besar dengan gaya aksi, tetapi berlawanan arah. Jika benda pertama melakukan gaya pada benda kedua (gaya aksi), maka benda kedua melakukan gaya yang sama besar pada benda pertama tetapi arahnya berlawanan (gaya reaksi)

Jika kamu mendorong dinding dengan tangan, maka pada saat bersamaan dinding mendorong tanganmu dengan gaya yang sama tetapi berlawanan arah. Bumi menarik tubuh kamu dengan gaya yang sama dengan berat tubuhmu, maka pada saat bersamaan tubuh kamu juga menarik bumi dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah. Hukum ini dirumuskan sebagai berikut:

Faksi = -Freaksi

 Dimana:

Faksi = gaya yang diberikan pada suatu benda

Freaksi = gaya yang diberikan benda

Tetapi harus diingat bahwa gaya aksi dan reaksi bekerja pada benda yang berbeda sehingga tidak saling meniadakan! Tangan melakukan gaya pada dinding dan dinding melakukan gaya pada tangan. Jadi dua gaya tersebut tidak dapat dijumlahkan. Berbeda kasusnya jika kamu mendorong benda dan teman kamu juga mendorong benda yang sama. Dalam kasus ini gaya yang kamu lakukan dan yang dilakukan teman kamu dapat dijumlahkan karena bekerja pada benda yang sama.

Gerak Lurus

Gerak lurus atau gerak translasi adalah gerak suatu objek 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.

Dinamika Gerak mempelajari tentang berbagai jenis gerak. Konsep yang harus dipelajari adalah konsep Gerak Lurus. Gerak lurus adalah gerak suatu objek yang lintasannya berupa garis lurus. Gerak lurus dapat dikelompokkan menjadi gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan, yang dibedakan dengan ada dan tidaknya percepatan.

-Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Benda disebut melakukan gerak lurus beraturan (GLB) bila benda bergerak pada lintasan lurus (arah gerak tetap) dan berkelajuan tetap. Ini berarti benda melakukan GLB bila kecepatannya tetap. Jika kecepatannya tetap, berarti percepatannya adalah nol.

S = v.t

Dimana:

S= jarak tempuh (m)

v = kecepatan (m/s)

t = waktu (s)

-Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

Benda dikatakan melakukan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) bila benda itu bergerak pada lintasan lurus dengan percepatan tetap. Benda disebut dipercepat bila percepatannya positif dan mengalami perlambatan bila percepatannya negatif.

Dimana:

Vo = kecepatan awal (m/s)      

Vt = kecepatan akhir (m/s)      

s = jarak yang ditempuh (m)

t = waktu (s)

a = percepatan (m/s²)

Pengertian Percepatan

Dalam fisika, percepatan atau akselerasi adalah perubahan kecepatan dalam satuan waktu tertentu. Akselerasi sebuah objek disebabkan karena gaya yang bekerja pada objek tersebut .Dalam kehidupan sehari-hari, sulit menemukan benda atau materi yang bergerak dengan kecepatan yang konstan. Misalnya saat kalian berangkat ke sekolah, tentunya kalian berjalan dengan kecepatan tertentu. Kalian bisa saja berjalan lambat, cepat atau terkadang lambat terkadang cepat. Jika kalian berjalan semakin lama semakin cepat berarti kalian melakukan percepatan. Namun, jika kalian berjalan semakin lama semakin lambat, berarti kalian melakukan perlambatan. Dari fenomena percepatan dan perlambatan tersebut, ada satu hal yang menghubungkan keduanya, yaitu adanya perubahan kecepatan.

Jadi, perlambatan dan percepatan pada intinya adalah sama, yaitu menunjukkan perubahan kecepatan setiap waktu, sehingga dapat disimpulkan bahwa percepatan adalah perubahan kecepatan dalam selang waktu tertentu. Percepatan merupakan besaran vektor, sehingga nilainya dapat berharga positif atau negatif. Percepatan yang berharga negatif disebut perlambatan. Sedangkan percepatan yang berharga positif disebut percepatan saja. Arah perlambatan berlawanan dengan arah percepatan. Alat untuk mengukur besar percepatan suatu benda yang bergerak disebut accelerometer.

Kita telah tahu bahwa dalam kehidupan sehari-hari sangat sulit sekali menemukan benda yang bergerak dengan percepatan yang konstan. Suatu benda yang bergerak mempunyai percepatan yang berubah-ubah. Dengan demikian, kita tidak dapat menghitung percepatan secara tepat. Yang bisa kita hitung adalah percepatan rata-rata dan percepatan sesaat benda tersebut.

-Percepatan rata-rata

Percepatan rata-rata adalah hasil bagi antara perubahan kecepatan (∆v) dengan selang waktu (∆t) yang digunakan selama perubahan kecepatan tersebut. Berdasarkan definisi percepatan rata-rata tersebut, maka secara matematis percepatan rata-rata dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut:

Jika suatu benda yang bergerak mengalami perubahan kecepatan dalam selang waktu t₁, t₂, dan t₃ maka rumus percepatan rata-rata dapat ditulis sebagai berikut:

-Percepatan sesaat

Percepatan sesaat adalah limit dari percepatan rata-rata per interval waktu yang sangat kecil atau perubahan kecepatan dalam selang waktu yang sangat singkat (mendekati nol). Untuk menghitung percepatan sesaat (a) gerak suatu benda diperlukan waktu yang sangat singkat, yaitu nilai ∆t mendekati nol. Secara matematis, persamaan percepatan sesaat dapat ditulis:

Pada besaran percepatan, terdapat beberapa jenis grafik gerak suatu benda, yaitu sebagai berikut:

Hubungan Jarak Terhadap Waktu (Grafik s-t)

Hubungan Kecepatan Terhadap Waktu (Grafik v-t)

Hubungan Percepatan Terhadap Waktu (Grafik a-t)

Momen Inersia

Pada Hukum Newton 1 dikatakan “Benda yang bergerak akan cenderung bergerak dan benda yang diam akan cenderung diam”. Nah, Inersia adalah kecenderungan benda untuk mempertahankan keadaanya (tetap diam atau bergerak). Inersia disebut juga dengan kelembaman suatu benda. Oleh karena itu hukum Newton 1 disebut juga dengan hukum Inersia atau hukum kelembaman. Contoh, Benda yang susah bergerak disebut memiliki inersia yang besar. Bumi yang selalu dalam keadaan rotasi disebut memiliki insersia rotasi.

Momen atau momen gaya adalah hasil kali antara gaya dengan momen lengannya. Jadi momen inersia adalah ukuran kecenderungan atau kelembaman suatu benda untuk berotasi pada porosnya. Besarnya momen inersia suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti Massa benda, Bentuk benda (geometri), Letak sumbu putar, Jarak ke sumbu putar benda (lengan momen), Momen Inersia Partikel

Ketika sebuah benda melakukan gerak rotasi, kecepatan linear setiap bagian benda berbeda-beda. Bagian benda yang ada di dekat sumbu rotasi bergerak lebih pelan (kecepatan linearnya kecil), sedangkan bagian benda yang ada di tepi bergerak lebih cepat (kecepatan linear lebih besar). Jadi , kita tidak bisa menganggap benda sebagai partikel karena kecepatan linear setiap bagian benda berbeda-beda ketika ia berotasi. kecepatan sudut semua bagian benda itu sama. Mengenai hal ini sudah dijelaskan dalam Kinematika Rotasi. Jadi pada kesempatan ini, terlebih dahulu di tinjau Momen Inersia sebuah partikel yang melakukan gerak rotasi. Hal ini dimaksudkan untuk membantu kita memahami konsep momen inersia. Setelah membahas Momen Inersia Partikel, maka akan berkenalan dengan momen inersia benda tegar. Benda tegar itu memiliki bentuk dan ukuran yang beraneka ragam. Jadi untuk membantu kita memahami momen Inersia benda-benda yang memiliki bentuk dan ukuran yang berbeda-beda itu, terlebih dahulu kita pahami momen inersia partikel. Bagaimanapun, setiap benda itu bisa dianggap terdiri dari partikel-partikel. Misalnya sebuah partikel bermassa m diberikan gaya F sehingga ia melakukan gerak rotasi terhadap sumbu O. Partikel itu berjarak r dari sumbu rotasi. mula-mula partikel itu diam (kecepatan = 0). Setelah diberikan gaya F, partikel itu bergerak dengan kecepatan linear tertentu. Mula-mula partikel diam, lalu bergerak (mengalami perubahan kecepatan linear) setelah diberikan gaya. Dalam hal ini benda mengalami percepatan tangensial. Percepatan tagensial = percepatan linear partikel ketika berotasi. Bila sebuah benda berputar melalui porosnya, maka gerak melingkar ini berlaku persamaan-persamaan gerak yang ekivalen dengan persamaan-persamaan gerak linier. Dalam hal ini besaran fisis momen inersia (I) yang ekivalen dengan besaran fisis massa (m) pada gerak linier. Untuk katrol dengan beban maka persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut:

Dimana:
a = percepatan gerak
m = massa beban
I = momen inersia katrol
r = jari-jari katrol
g = percepatan gravitasi

Teori Gravitasi

Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa di alam semesta. Gravitasi matahari mengakibatkan benda-benda langit berada pada orbit masing-masing dalam mengitari matahari. Fisika modern mendeskripsikan gravitasi menggunakan teori relativitas umum dari Einstein, namun hukum gravitasi universal Newton yang lebih sederhana merupakan hampiran yang cukup akurat dalam kebanyakan kasus. Berdasarkan Hukum Newton gravitasi adalah aksi suatu jarak massa suatu titik bereasksi sama langsung dalam seketika pada massa walaupun massa tersebut tidak bersentuhan.Pandangan modern bahwa grfitasi bereaksi secara cepat mulai medan suatu meradap pada suatu titik menghasilkan suatu medan dan medan ini bereaksi pada massa apapun yang berhubungan langsung dengan cara bersentuhan.

Menurut Newton bahwa gaya gravitasi itu akan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya. Newton menyimpulkan bahwa gaya gravitasi merupakan gaya tarik-menarik antara kedua benda yang bermassa, dalam hal ini, apel tersebut jatuh dikarenakan massa bumi yang lebih besar dari massa apel sehingga apel tertatik ke bumi

Planet-planet bergerak mengitari Matahari dalam lintasan mendekati lingkaran. Bulan dan satelit buatan mengitari bumi dalam lintasan yang menyerupai lingkaran pula. Galaksi-galaksi bergerak mengelilingi pusat galaksi pada orbit yang menyerupai lingkaran. Kenapa benda-benda tersebut tetap berada pada lintasannya? Kenapa benda-benda tersebut tidak terlempar ke luar? Tentulah ada gaya yang menahan benda-benda tersebut ke arah pusat lintasannya. Lalu gaya apakah itu? Bukankan antara bumi dan matahari hanya ada ruang kosong? Bukankan antara bumi dan bulan hanya ada ruang kosong?

Untuk menjelaskan fenomena ini Newton mengusulkan teori gravitasi universal. Universal artinya berlaku untuk semua benda di alam semesta. Tiap-tiap benda di alam semesta melakukan gaya tarik-menarik. Besarnya gaya berbanding lurus dengan perkalian massa kedua benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke dua benda tersebut. Secara matematik, besarnya gaya gravitasi adalah:

Gaya adalah vektor, demikian pula dengan gaya gravitasi. Bagaimana perumusan gaya gravitasi dalam bentuk vektor? Misalkan benda berada pada posisi  dan benda  berada pada posisi . Gaya gravitasi pada benda  oleh benda dapat ditulis sebagai:

Pesawat atwood terdiri dari dua kata, pesawat dan atwood. Pesawat berarti alat bantu manusia dalam kegiatan atau melaksanakan pekerjaan, sedangkan atwood berarti bagus atau sesuai dengan keinginan. Jadi, secara terminologi pesawat atwood berarti alat bantu yang dibuat berdasarkan keinginan atau kebutuhan kita sehingga dapat memudahkan pekerjaan manusia. Sedangkan pengertian pesawat atwood secara etimologi adalah alat eksperimen yang digunakan untuk mengamati hukum mekaninak gerak yang berubah beraturan

Sejak jaman dulu peralatan ini sering digunkan untuk mendemonstrasikan gerak lurus dengan kecepatan konstan, gerak lurus dengan percepatan konstan, dan gerak lurus dengan kecepatan dan percepatan yang dapat diatur. Alat ini digunakan ketika teknik pengukuran belum terlalu canggih sehingga ketika ingin mengukur gerak benda kita harapkan benda bergerak lambat. Namun, dengan peralatan yang modern saat ini, benda yang bergerak cepat pun dapat diukur dengan teliti baik posisi, kecepatan, maupun percepatannya. Walaupun demikian, kita akan tetap membahas alat ini untuk lebih memahami konsep gaya.

Besarnya percepatan dan kecepatan yang dihasilkan bergantung pada massa beban yang digantung pada dua sisi tali. Jika ingin mendapatkan gerakan yang lambat maka massa beban harus memiliki selisih yang sangat kecil. Jadi, dengan mengatur selisih massa beban maka kita dapat mengantur cepat atau lambatnya gerakan beban. Pada alat ini biasanya disediakan sejumlah beban sehingga kita dapat mengatur massa beban yang digantung pada masing-masing sisi.

Benda m1 dan m2 dihubungkan dengan tali melalui sebuah katrol. Massa tali biasanya sangat kecil dibandingkan dengan massa dua benda sehingga massa tali dapat diabaikan atau tali dianggap tidak bermassa. Jika massa katrol juga sangat kecil dibandingkan dengan massa dua benda maka katrol juga dapat dianggap tak bermassa. Untuk menganalisis gerakan dua benda, mari kita misalkan tegangan tali T. Kita juga asumsikan bahwa m1 > m2. Dengan asumsi ini maka benda m1 bergerak ke bawah dan benda m2 bergerak ke atas.

Peralatan Pesawat Atwood

BAB III

PROSEDUR KERJA

3.1         Alat dan Bahan

3.1.1   Alat

1.      Peraga Pesawat Atwood

2.      Roll meter

3.      Stopwatch 2 buah

4.      Beban / pemberat 2 buah

5.      Neraca analitik digitaal

3.2         Prosedur Kerja

1.      Timbangan M1, M2 dan mb

2.      Atur posisi A, B dan C lalu catat jaraknya

3.      Pasanglah M1 dan M2 melalui katrol pada pesawat atwood lalu biarkan bergerak melintasi C - B – A

4.      Letakkan silinder M2 pada titik C kemudian letakkan benda diatas silinder tersebut, sementara di sisi yang lain (M1) tetap dipertahankan pada posisinya

5.      Lepaskan silinder M1 agar silinder M2 bergerak ke bawah, dan bersamaan dengan itu, nyalakan stopwatch pertama

6.      Ketika silinder M2 menyentuh titik B, matikan stopwatch pertama, sementara stopwatch kedua mulai dinyalakan

7.      Ketika silinder M2 mencapai titik A, matikan stopwatch kedua. Catat waktu tempuh BC dan AB

8.      Ulangi prosedur (4) s/d (7) beberapa kali sesuai petunjuk asisten

9.      Lakukan prosedur (4) s/d (8) untuk jarak AB dan BC yang lain

10.  Lakukan prosedur (4) s/d (8) untuk beban yang lain

BAB IV

TUGAS PENDAHULUAN

4.1  Pertanyaan

1. Menurut anda apa yang dimaksud dengan ;

a.       Pesawat

b.      Pesawat atwood

c.       Massa

d.      Berat

       2. Apa yang dimaksud dengan pesawat atwood menurut terminologi dan juga etimologi!

       3. Jelaskan apa yang disebut gerak translasi beserta jenis dan juga contohnya !

4     4.Sebuah kendaraan bergerak dengan kecepatan 45 km/s, kemudian kendaraan tersebut mengurangi      kecepatannya secara berlahan hingga berhenti sepenuhnya dalam waktu 34,99 sekon. Tentukan            berapakah perlambatan, simpangan waktu serta percepatan mobil tersebut!

5     5. Jelaskan perbedaan percepatan gravitasi dan percepatan benda beserta dengan turunan persamaan       ( rumus ) serta contohnya !

6     6. Sebuah peluru ditembakkan dan bergerak dengan kecepatan 12 m/s. Tentukan massa peluru (g)           jika diketahui energi kinetik yang bekerja pada peluru sebesar 11.52 Joule.

7     7. Jelaskan keterkaitan antara percobaan pesawat atwood dengan jurusan anda!