Laporan Praktikum Pesawat Atwood

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Setiap partikel yang melakukan pergerakan. Pergerakan memiliki kecepatan dan

percepatan. Benda yang bergerak pasti membrerikan gaya seperti bola. Ketika kita

menendangnya bola akan berguling dengan kata lain melakukan perpindahan. Nah jika

kita tidak menendang akan tidak melakukan apa-apa terhadap bola tersebut maka bola

tetap dalam posisi demikian. Mengapa hal tersebut terjadi ? Nah , bagaiman dengan

benda yang jatuh dari suatu ketinggian s elalu mengarah kebawah walaupun kita

melemparnya keatas maka pada ketinggian tertentu pasti akan jatuh juga. Dan ketika

benda yang jatuh dan tiba disebuah permukaan seperti lantai atau tanah mengapa benda

tidak menerobos permukaan tersebut.

Fenomena lain, ketika kita menimbah air dari sebuah sumur hanya dengan

menariknya dengan tali akan terasa berat. Sedangkan jika kita menimbahnya dengan

bantuan ktrol, ketika ditarik maka terasa lebih ringan dibandingkan yang tanpa katrol.

Pada hal massa beban sama dan kedalaman sama. Selain itu benda juga semakin cepat di

tarik dari pada benda yang tidak pakai katro.

B. Tujuan Percobaan.

1. Membuktikan keberlakuan hukum-hukum Newton untuk gerak translasi dan gerak

rotasi.

2. Menghitung momen kelembaman (nersia) katrol.

C. Manfaat Percobaan

1. Mahasiswa dapat membuktikan keberlakuan hukum-hukum Newton untuk gerak

translasi dan gerak rotasi.

2. Mahasiswa dapat menghitung momen kelembaman (nersia) katrol.

TINJAUN PUSTAKA

Hukum Pertama Newton menyatakan bahwa sebuah benda dalam keadaan diam atatu

bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap atau terus bergerak dengan kecepatan konstan

kecuali ada gaya eksternal yang bekerja pada benda . Sebuah kerangka acuan dimana hukum

pertama newton berlaku dikarenakan karena kerangka acuan inersial. Tiap kerangka acuan

yang bergerak dengan kecepatan konstan relatif terghadap kerangka acuan inersial adalah juga

kerangka acuan inersial. Suatu kerangka acuan yang terikat pada permukaan bumi sebenarnya

bukan kerangka acuan inersial karena percepatan kecil permukaan bumi (relatif terhadap pusat

bumi) yang disebabkan oleh rotasi bumi., dan karen apercepatan sentripetal tyang kecil dari

bumi itu sendiri sehubungan dngan peredarannya mengelilingi matahari. (Tipler: 88-90)

Hukum kedua Newton menyatakan percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan

gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan

sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya. Bentuk persamaanya dapat dituliskan:

a=∑ F

m

Dimana a adalah percepatan m adalah massa dan ∑ F merupakan gaya total berarti ‘Jumah

dari’, F adalh gaya sehingga ∑ F berarti jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada

benda tersebut, yang kita definisikan sebagai gaya total.Kita susun kembali persamaan ini

untuk mendapatkan pernyataan yang lebih dikenal untuk Hukum newton kedua:

∑ F=m.a

Hukum Newton kedua menghubngkan antara deskripsi gerak dengan penyebab gaya. Hukum

ini merupakan hubungan yang paling dasar pada Fisika. Dari Hukum Newton kedua kita bisa

membuat definisi yang lebih tepat mengenai gaya sebagai sebuah aksi yang bisa mempercepat

sebuah benda.(Giancoli: 94-95)

Hukum ketiga Newton tentang geraa diungkpkandalam kalimat: F⃗ A pada B=−Fb pada A

“Jika benda A memberika gaya ada benda (aksi). Maka benda B akan memberiakan gaya pada

benda A (reaksi). Kedua gaya ini memiliki besar yang sama tetapi gayahnya yang berlawanan.

Kedua gaya ini bekerja pada benda yang berbeda”

Pada pernyataan ini “aksi” dan “reaksi’. Merupakan aya yang berlawanan, kadang-kadang kita

menghubungkannya sebagai pasangan aksi reaksi . Ini bukan berarti menerapkan semua

hubungan sebab akibaaya yang berlawanan, kadang-kadang kita menghubungkannya sebagai

pasangan aksi reaksi . Ini bukan berarti menerapkan semua hubungan sebab akibat. Kita

menganggap sebuah gaya sebagai “aksi” dan gaya lain sebagai ‘reaksi’. Dalam istilah

sederhana, gay-gaya tersebut dapat kita katakan ‘”sama dan berlawanan” yang berarti memiliki

besar yang sama dengan arah berlawanan.( Young dan Freedman :107)

Hukum Newton kedua untuk komponen tangensial adalah

F1 tan=m1 a1 tan θ

Kita dapat menyatakan percepatan tangensial dari partikel pertama sebagai percepatan sudut α ,

menggunakan percepatan a1 tan=r1 α dengan menggunakan hubungan ini dan mengalikan kedua

sisi persamaan dengan r, kita dapatkan:

F l tan rl=m1 r12 α

Dari persamaan tersebut hanyalah besar torsi τ1 dari gaya total terhadap sumbu rotasi .

Komponen F1rad maupun F1 y tidak berperan dalam menghasilkan torsi terhadap sumbu y.

karena keduanya cenderung tidak mengubah rotasi partikel terhadap sumbu y. Jadi τ1=F1 tan r1

adalah torsi total ayng bekerja pada partikel ditinjau dari sumbu rotasi. Maka kita dapat menulis

persamaaan:

τ1=I 1=m1 r12 α

Kita tuliskan sebuah persamaan seperti ini untuk setiap partikel pada benda dan dan kemudian

menjumlahkan.

τ1+τ2+…=I 1 α+ I 2 α=m1 r12 α+m1 r1

2+…

Atau

∑ τ1=(∑ mi ri2 )α

Maka keseluruhan benda tegar kita memiliki analogi dari hukum kedua Newton untuk benda

berotasi:

(Young dan Freedman: 294)

∑ τ=I α (analogi hukum kedua newton untuk rotasi benda tegar) tegar)

Bila sebuah katrol hanya dapat berputar pada porosnya yang diam , maka geraknya

dapat dianalisis sebagai berikut:

∑ F=0

−T 1−m g−T 2+N=0 ……………. (1 )

∑ τ=I α

−T 1 R+T 2 R=I α ……… (2 )

α= aR

…… …(3)

Dengan a merupakan percepatan tangensial tepi katrol, percepatan ini sama dengan percepatan

kali penggantung yang di iilitkan pada katrol pada slip.

Bila sebuah benda digantungkan pada tali, maka percepatan benda adalah:

α=(m+m1 )−m1

m+m1+m2+11R2

. g…… (4 )

(Tim Penyusun :20)

METODE PERCOBAAN

A. Identifikasi dan Definisi Operasional Variabel

1. Identifikasi Variabelsi

Variabel manipulasi : Massa benda 2 atau m2 (g)

Variabel Respon: Waktu (s)

Variabel Kontrol: Massa benda 1 / m1 (g0

Jari-jari katrol (cm)

2. Definisi Operasional Variabel

a. Massa benda 2 / m2 (g)

Yaitu massa benda ditambahkan pada benda 2 sehingga massanya besar dari benda

1.

b. Jarak (m)

Yaitu ketinggian tiang yang telah ditentukan ketika benda 2 yang ditambah beban

bergerak turun sepanjang ketinggian tersebut.

c. Waktu (s)

Yaitu waktu yang dibutuhkan ole benda-benda yang ditambah beban bergerak

turun sepanjang ketinggian tiang /jarak yang ditentukan.

d. Massa benda 1 /m2 (g)

Yang besarnya massa benda menjadi massa katrol yang relatif sama dengan massa

benda 2 ketika tanpa tambahan beban.

B. Alat dan bahan

1. Pesawat atwood yang terdiri dari:

a. Tiang bersklaa R pada ujung atasnnya erdapat katrol P.

b. Tiang penggantung yang yang massanya dapat diabaikan.

c. Dua beban M 1 dan M 2 yang berbentuk silinder dengan massa sama masing-masing

m yang di ikatkan pada ujung-ujung tali penggantung.

d. Dua beban tambahan dengan massa masing-masing m1 dan m2.

e. Genggaman G dengan pegas, perlahan beban tambahan A yang berlubang.

C. Prosedur Kerja

1. Semua beban M 1, M 2 , m1 dan m2 ditimbang dengan neraca 310 g.

2. Pasanglah gengggaman G1 penahan beban tambahan A penahan beban B pada tiang

berskala.

3. Untuk menyelidiki apakah pesawat atwood bekerja dengan baik. Lakukan percobaan

sebagai berikut:

a. Gambarkan M 1 dan M 2 pada ujung-ujung tali kemudian pasang pada katrol.

b. Pasanglah M 1 pada genggaman G, dengan menggunakan pegas, selidiki apakah

tiang berskala sejajar dengan tali. Jika tidak, ukurlah sampai sejajar.

c. Tambahkan beban tambahan m, pada M 2.

d. Tekan G1 maka M 1 akan terlepas dari genggaman G dan bergerak ke atas, M 1+m2

akan bergerak ke bawah. Jika pesawat bekerja dengan baik maka kedua beban

akan bergerak di percepat, dan ketika M 1+m2, melalui A, m1 akan tersangkut di A,

dan kemudian system akan bergerak lurus beraturan. Jika hal ini tidak terjadi

betulkan letak penahan beban tambahan A.

e. Selanjutnya, pasang lagi beban M 1 pada genggaman dan M 2 ditambah salah satu

beban tambahan.

f. Catat kedudukan A dan B. M 1 dilepas dan catat waktu yang diperlukan oleh M 2

untuk menempuh jarak X AB itu. Ulangi pengukuran ini sebanyak 3 kali.

g. Lakukan kegiatan (F) untuk beberapa jarak X AB.

h. Sekarang lakukan untuk percobaan seperti diatas tetapi yang harus dicatat adalah

kedudukan C (kedudukan (m1+m2¿¿ dan A serta waktu yang diperlukan oleh

M 1+m2 dan A serta waktu yang diperlukan oleh M 1+m2 untuk menempuh jarak XCA .

i. Percobaan ini pun dilakukan masing-masing 5 kali untuk setiap jarak XCA, dan

juga perhatikan apa ynag dimaksud dengan jarak XCA itu.

D. Teknik Analisis Data

1. Metode Tabel

Dalam metode ini menunjukkkan hubungan antara besarnya jarak /ketinggian bidang

waktu tempuh ketika jarak telah diatur dengan ketinggian tertentu, kemudian pegas G

dilepas sehingga benda M 2 dengan tambahan beban akan bergerak turun dan ketika

benda mencapai ujung ke bawah dari jarak yang ditentukan maka saat itu juga catat

waktu yang di butuhkan untuk menempuhnya.

Tabel hubungan antara besar jarak

/ketinggian tiang dengan waktu tempuhnya ketika beban M 2 ditambah m1 pada

ketinggian X=AB.

No. X AB t 1 (s) t 2(s) t 3(s)

Tabel hubungan antara besar jarak/ketinggian yang dengan waktu tempuhnya ketika

beban M 2 ditambah m1 pada ketinggian X=BC.

No. X AB t 1 (s) t 2(s) t 3(s)

Tabel hubungan antara besar jarak /ketinggian tiang dengan waktu tempuhnya, ketika

benda M 2 ditambah beban m1 dan m2 pada X=AB.

No. X AB t 1 (s) t 2(s) t 3(s)

Tabel hubungan antara besar jarak/ketinggian tiang dengan waktu tempuhnya ketika

benda M 2 di tambah beban m1 dan m2 pada X=BC.

No. X AB t 1 (s) t 2(s) t 3(s)

2. Metode Perhitungan

Dalam metode ini teknik perhitungan. Data-data yang diperoleh berupa besaran jarak

dan besaran waktu serta massa benda dan beban tambahan. Dari data tersebut maka

akan mencari nilai kecepatan, percepatan, dan momen inersia katrol maka kita akan

menggunakan rumus:

I=¿

Percepatan M 2 setelah melalui X AB

a=2 x t−2

Kecepatan M 2 setelaah melalui titik b.

v= xt

HASIL, ANALISIS DAN PEMBAHASAN

A, Hasil Pengamatan

Nst Neraca Ohaus : 310 g

Nst lengan II : 200

2=100 g

Nst Skala nonius : 0,1 g10

=0,01 g

Nst Jangka Sorong : 10 mm

20=0,5 mm=0,5 cm

Nst stop Watch: 5 s25

=0,2 s

Nst mistar tiang = 1

10=0,1 cm

Massa Beban

Massa Beban =M 1=64,08 g

M 2=64,08 g

Massa beban tambahan = m1=0,43 g

m2=0,52 g

m3=0,9 g

Massa katrol : 90,72 g

Diameter katrol = 11,31 cm

Jari-jari katrol (r) = 5,66 cm

Percepatan gravitasi = 10 m

s2

Tabel 1 = Hubungan antara jarak pada AB dengan waktu tempuh dengan massa

M 2=M 2+m1

No. X AB (cm) t 1 (s) t 2(s) t 3(s)

1.

2.

3.

60

75

90

3,0

3,2

3,4

2,8

3,4

3,2

3,0

3,6

3,0

Tabel II Hubungan antara jarak BC dengan waktu tempuh dengan massa

M 2=M 2+m1

No. X AB (cm) t 1 (s) t 2(s) t 3(s)

1.

2,

3,

60

75

90

2,0

1,4

2,4

2,2

1,6

2,4

2,0

1,6

2,4

Tabel III Tabel hubungan antara jarak pada AB dengan waktu tempuh dengan massa

M 2=M 2+m1+m2

No. X AB(cm) t 1 (s) t 2(s) t 3(s)

1.

2.

3.

60

75

90

2,2

2,4

2,0

2,0

2,2

3,2

2,0

2,2

2,2

2,2

Tabel IV Hubungan antara jarak pada Bcdengan Waktu tempuh dengan massa

M 2=M 2+m1+m2

No. X AB(cm) t 1 (s) t 2(s) t 3(s)

1.

2.

3.

60

75

90

2,2

2,4

2,0

2,0

2,2

3,2

2,0

2,2

2,2

B. Analisis data

1. Analisis Perhitungan

Analisis perhitungan pada XAB dengan M 2=M 2+m1

a. Pada X AB=60 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s

¿ 3,0+2,8+3,03

¿8,83

=2,93 s

a=2 x

t2=

2 (60 )2,932 s

=120 cm

8,58 s2=2,93 s

I=(M 1 g+mg−M 1 g−m1a−m2 a−ma¿R2 )

a

¿(0,43.100

cm

s2 −0,43 g .13,99cm

s2 )5,662

13,99cms2

¿13,78 g cm2

b. Pada X AB=75 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 3,2+3,4+3,6

3

¿ 10,2 s3

=3,4 s

a=2 x

t2=

2 (75 cm )(3,4 s)2

=150 cm3

=3,4 s

I=(M 1 g+mg−M 1 g−m1a−m2 a−ma¿R2 )

a

¿(0,43.100

cm

s2 −0,43 g .12,98cm

s2 )5,662

12,98cms2

¿92,37 g cm2

c. Pada X AB=90 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 3,4+3,2+3 , o

3

¿ 9,6 s3

=3,2 s

a=2 x

t2=

2 (90 )3,22

=120 cm

8,58 s2=17,58

cm

s2

I=(M 1 g+mg−M 1 g−m1a−m2 a−ma¿R2 )

a

¿(0,43.100

cm

s2 −0,43 g .17,5cm

s2 )5,662

17,58cms2

¿64,59 g cm2

Analisis perhitungan pada XBC dengan M 2=M 2+m1

a. Pada XBC= 60 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 2,0+2,2+2,0

3

¿6,23

=28,98 s

v= xt=75 cm

2,07 s=28,98

cms

b. Pada XBC=75 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 1,4+1,6+1,6

3

¿4,63

=1,53 s

v= xt=75 cm

1,53 s=49,02

cms

c. Pada XBC=90 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 2,4+2,4+2,4

3

¿2,4s

v= xt=90 cm

2,4 s=37,5

cms

Analisis perhitungan ketika benda M 2 ditambah beban m1 dan m2 pada X=AB.

a. Pada XAB=60 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 2,2+2,0+2,0

3

¿0,07s

a=2 x

t2=

2 (60 )2,072 s

=28,04cm

s2

I=(m. g−m1 . a−m2 . a−m.a ) R2

a

¿(959.100−0,439.29,13−0,529.28,04−8,954.28,04 ) 5,662

28,04=43,33 g cm2

b. Pada XAB=75 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 2,4+2,2+2,2

3

¿2,27s

a=2 x

t2=

2 (75 )2,272 s

=29,13cm

s2

I=(m. g−m1 . a−m2 . a−m. a ) R2

a

¿(959.100−0,439.29,13−0,529.29,13−8,954.29513 ) 5,662

29,13

¿43,33 g cm2

c. Pada XAB=90 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 2,0+2,2+2,2

3

¿2,13s

a=2 x

t2=

2 (90 )2,132 s

=39,65cm

s2

I=(m. g−m1 . a−m2 . a−m. a ) R2

a

¿(959.100−0,439.29,13−0,529.39,65−8,954.39,65 ) 5,662

29,13=15,89 g cm2

Analisis Perhitungan pada XBC dengan M 2=M 2+m1+m2

a. Pada XBC=60 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 0,8+0,5+0,8

3

¿0,73s

v= xt=60 cm

0,73 s=92,19

cms

b. Pada XBC=75 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 0,6+0,6+0,8

3

¿0,67s

v= xt=75 cm

0,67 s=111,94

cms

c. Pada XBC=90 cm

t=|t 1+t 2+t3

3 |s¿ 1,6+1,4+1,4

3

¿1,47s

v= xt=90 cm

1,47 s=61,22

cms

C, Pembahasan

Percepatan suatu benda yang bergerak ke bawah di tentukan oleh besarnya jarak dan

massa. Dimana massa menentukan besar waktu tempuhnya. Benda yang yang berada pada

jarak X AB memiliki massaa beban tambahan sehingga percepatan benda ≠ 0 ketika meluncur

karena kecepatannya berubah tiap saat. Sedangkan pada jarak X BC tidak membawa massa

tambahan karena massa tambahan pada mulanya hanya untuk jarak X AB sehingga percepatan

benda =0 dimana ketika meluncur kecepatannya tetap. Momen Inersial katrol bergantung pada

jari-jari, percepatan dan massa benda yang menggantung yaitu jumlah massa yang bergerak

secara translasi

Hubungan antara jarak dan waktu berbeda, Metode perhitungannya juga berbeda

dimana untuk jarak XAB memiliki percepatan (≠ 0¿sehingga rumus yang kita gunakan

tujuannya mencari percepatan benda, sedangkan untuk jarak VBC tidak memiliki percepatan

(a ≠ 0¿ hanya memiliki kecepatan perubahan.

Hal ini terjadi karena awalnya benda diberi massa tambahan sebagai gaya untuk

menggerakkan benda dan pada XBC benda memiliki kecepatan tetap dimana benda terus

bergerak sesuai gerak awalnya.

PENUTUP

A. Kesimpulan

1. Hukum 1 Newton berlaku ketika benda belum diberi gaya pada pegas, benda pada mesin

atwood tetap diam.

2. Hukum II Newton berlaku ketika benda diberi tambahan beban dengan tujuan agar benda

bergerak kebawah.

3. Hukum III Newton berlaku ketika benda yang bergerak kebawah menyentuh lantai dasar

dan akan terpantul.

4. Momen inersia katrol bergantung pada jari-jari, percepatan dan massa benda yang

menggantung yaitu jumlah massa yang bergerak secara translasi.

B. Saran

Sebaiknya praktikan lebih teliti dalam melakukan perconbaan agar dapat menghasilkan data

yang lebih akurat.

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli.2001.Fisika Jilid 1. Jakarta:Erlangga

Tippler.1998.Fisika untuk Sains dan Teknik.Jakarta: Erlangga

Young dan Freedman.2001.Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga