RESEARCH BY LEARNING JEMBATAN DARI STIK ES KRIMI. TUJUAN Membangun jembatan stik kayu yang mampu menahan benda paling berat 15N Memenuhi nilai RBL (Research by Learning) Fisika Dasar semester 1

II.

ALAT DAN BAHAN Stik Es Krim (9 buah) Lem Penggaris

III.

TEORI DASAR Benda tegar dapat mengalami gerak translasi (gerak lurus) dan gerak rotasi. Benda tegar akan melakukan gerak translasi apabila gaya yang diberikan pada benda tepat mengenai suatu titik yang yang disebut titik berat. Titik berat merupakan titik dimana benda akan berada dalam keseimbangan rotasi (tidak mengalami rotasi). Pada saat benda tegar mengalami gerak translasi dan rotasi sekaligus, maka pada saat itu titik berat akan bertindak sebagai sumbu rotasi dan lintasan gerak dari titik berat ini menggambarkan lintasan gerak translasinya. Setiap benda di Bumi memiliki gaya Gravitasi. Gaya Gravitasi mengakibatkan benda memiliki berat dari massanya. Gaya berat tersebut menyebabkan benda akan jatuh ke bawah jika tidak ada yang menahan. Jika ada yang menahan, benda akan memberikan gaya Berat terhadap alas yang menahan, sehingga penahan harus memberikan gaya yang melawan gaya Berat tersebut.

Gaya berat akan selalu muncul dengan benda di dalam bumi dengan rumus

W = m.g

m=massa (kg) g=percepatan gravitasi (m/s2)

Total gaya yang terjadi (gaya gravitasi dan gaya yang menolak) dapat dirumuskan dengan

=0Jika benda tidak bergerak atau memiliki kecepatan yang konstan. Untuk benda tegar yang memiliki percepatan, total gaya dapat dirumuskan dengan

= m.

m=massa (kg) = percepatan (m/s2)

Selain gaya yang bekerja secara translasi, benda tegar bekerja secara rotasi. Gerak rotasi benda tegar disebut juga dengan torsi atau torka yang disebut juga momen gaya. Gerak rotasi dipengaruhi oleh panjang lengan ke pusat putaran, arah putaran dan besar gaya.

Total momen gaya yang terjadi dapat dirumuskan dengan

= 0Jika tidak terjadi perputaran. Untuk benda tegar yang memiliki percepatan sudut, total momen gaya dapat dirumuskan dengan

= I.

I=momen inersia (kg.m2)

=percepatan sudut (rad/s)Dari persamaan-persamaan di atas, suatu benda tegar bekerja secara diam jika jumlah gaya translasi dan rotasi sama dengan 0 (nol). Hal ini akan terjadi jika

resultan gaya yang memberikan tekanan dan resultan gaya yang menahan gaya tekan sama. Jika, gaya maksimum penahan lebih kecil dibanding gaya yang menekan, maka penahan akan roboh. Namun, jika gaya yang menekan lebih kecil dibanding gaya maksimum dari penahan, maka penahan tidak akan roboh. Menurut konsep torsi, panjang lengan mempengaruhi besarnya torsi yang diberikan. Sehingga, panjang torsi mempengaruhi kuat tidaknya sebuah penahan terhadap resultan gaya yang menekan.

IV.

LANGKAH KERJA 1. Merancang jembatan atau penahan beban 2. Siapkan alat dan bahan

3. Ukur stik dengan penggaris sehingga ukuran sesuai dengan rancangan 4. Tempel stik dengan lem sehingga terbentuk jembatan atau penahan beban sesuai dengan rancangan

5. Keringkan jembatan agar lem mengering

6. Uji coba rancangan dengan meletakan beban seberat 2,5 N, 6 N, dan 15 N secara bergantian

V.

HASIL PERCOBAAN

Rancangan struktur jembatan atau penahan beban memiliki tiga kaki disetiap ujung alas berbentuk segitiga sama sisi. Alas penahan dibentuk segitiga dengan ujungnya ada yang diatas stik lain ada yang di bawah stik lain. Keliling alas penahan diberikan penyangga yang menempel pada setiap kaki. Dari rancangan yang kami buat, penahan beban dapat menahan botol berisi air dengan berat 15 N.

VI.

ANALISIS Pengertian yang paling sederhana tantnag struktur dalam hubungannya dengan bangunan, bahwa struktur merupakan sarana untuk menyalurkan beban akibat penggunaan dan/atau keadaan bangunan ke tanah.

Suatu struktur biasanya dirancang terhadap beberapa kondisi beban tertentu dan hanya berfungsi sebagai struktur terhadap kondisi-kondisi itu. Dalam percobaan ini, kondisi beban yang harus mampu ditahan oleh struktur (penahan beban) adalah 15 N. Struktur rangka kaku (rigid frame) adalah struktur yang terdiri dari elemen-elemen linier, umumnya balok dan kolom yang saling dihubungkan oleh titik hubung yang dapat mencegah rotasi relatif diantara elemen struktur yang dihubungkannya. Dengan demikian, elemen struktur ini berhubungan dengan titik hubung. Desain jembatan yang kami pilih menggunakan tiga titik sentuh. Desain ini, kami pilih karena dengan tiga titik sentuh jembatan lebih kokoh dibandingkan dengan menggunakan empat titik sentuh atau kurang dari tiga. Jenis tiga kaki lebih seimbang dibanding empat kaki atau kurang karena distribusi beban merata. Alas yang kami buat berbentuk segitiga. Hal ini disebabkan karena kami memilih menggunakan tiga kaki. Selain itu, luas dari penahan berbentuk segitiga cukup untuk menahan luas alas botol yang digunakan. Cara menempel alas penahan, dengan satu ujung di bagian atas stik sedangkan ujung lain berada di bagian bawah stik yang lain. cara menempel dengan saling tindih, membuat stik lebih kuat karena saling menumpu satu sama lain. Alas diberikan penyangga, selain untuk estetika juga menahan bagian pinggir stik yang menjadi kaki penahan beban. Sehingga lebih kokoh dan tidak mudah goyah. Berdasarkan teori kesetimbangan benda tegar, kaki yang dekat dengan alas penahan beban cenderung lebih kokoh. Berdasarkan percobaan dengan lengan yang lebih panjang, penahan beban cenderung tidak kokoh sehingga mudah roboh.

Dari gambar diatas, beban, yaitu botol berisi air dengan berat 15 N, memberikan gaya kepada kaki penahan, sehingga kaki-kaki memberikan gaya reaksi. Gaya berat tersebut didistribusikan kepada masing-masing kaki, sehingga kaki-kaki tersebut memberika gaya reaksi yang sama besar. Dari gaya-gaya tersebut, resultan gaya akan memberikan hasil 0 (nol). Dari gambar diatas, benda berada dalam keadaan setimbang apabila jumlah torsi adalah 0 (nol). Asumsikan F1=F2=F3 (karena kaki berjumlah tiga) dan F1 sebagai pusat rotasi. Berikut ini adalah perhitungan pada struktur jembatan atau penahan beban: Benda berada dalam keadaan setimbang apabila total gaya yang bekerja dan total momen gaya (torka) adalah 0 (nol).

= 0 (N1=N2=N3=N) sumbu rotasi pada N1, arah (+) searah jarum jam.W t 2Nt W t W = 3N =0 = 2NtF3=N L t F2=N Fr=2N

L F1=N

=0W N1 - N2 N3 = 0 W 3N W = 3N =0

L W

L

Berdasarkan perhitungan di atas, dapat dibuktikan bahwa gaya berat terdistribusi dengan sama besar ke besar gaya normal (N). Dengan demikian, jembatan atau penahan beban ini berada dalam posisi setimbang dan dapat disebut benda tegar. Berdasarkan percobaan, penahan beban ini dapat menahan berat beban sebesar 15 Newton (botol air mineral 1,5 liter).

VII.

KESIMPULAN Penahan beban, dapat menahan beban secara baik dikarenakan beberapa faktor, yaitu jumlah titik tumpu, panjang kaki dan bentuk dan ukuran alas penahan. Jumlah titik tumpu yang seimbang berjumlah tiga. Panjang kaki yang pendek, memungkinkan penahan beban lebih kokoh. Bentuk dan ukuran alas penahan harus memungkinkan dapat berdiri dengan baik diatasnya.