plagiat merupakan tindakan tidak terpuji · 40, 60, dan 80. kaleng yang terisi air atau kelereng...

PENGARUH MASSA AIR DAN MASSA KELERENG

KALENG TERHADAP PERCEPATAN KALENG

BERGERAK

DIREKAM MENGGUNAKAN VIDEO

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

PENGARUH MASSA AIR DAN MASSA KELERENG

TERHADAP PERCEPATAN KALENG

BERGERAK MENURUNI BIDANG MIRING YANG


SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

Heribertus Didik Kurniawan

NIM: 111424004




UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016

PENGARUH MASSA AIR DAN MASSA KELERENG DALAM

TERHADAP PERCEPATAN KALENG YANG

MENURUNI BIDANG MIRING YANG




PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI


KALENG TERHADAP PERCEPATAN KALENG YANG

BERGERAK MENURUNI BIDANG MIRING






i



BERGERAK MENURUNI BIDANG MIRING


SKRIPSI


Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:


NIM: 111424004


PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM


UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2016



YANG


PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM



ii


iii


iv

HALAMAN PERSEMBAHAN

Skripsi ini kupersembahkan untuk:

Kedua Orang Tuaku

Adikku tersayang

Fransisca Zagita

Keluarga Besar Prodi Pendidikan Fisika


v

MOTTO

“Manusia hanya bisa merencanakan dan berusaha, karena Tuhan yang

memutuskan.”

“Engkau memberitahukan kepadaku jalan kehidupan;

Di hadapan-Mu ada sukacita berlimpah-limpah, di tangan kanan-Mu ada nikmat

senantiasa”

(Mazmur 16:11)


vi

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan

dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 27 Januari 2016

Penulis


NIM: 111424004


vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda-tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma

Nama : Heribertus Didik Kurniawan

NIM : 111424004

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

“PENGARUH MASSA AIR DAN MASSA KELERENG DALAM


BERGERAK MENURUNI BIDANG MIRING YANG

DIREKAM MENGGUNAKAN VIDEO”

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,

mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan

data, mendistribusikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis

tanpa perlu meminta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya

selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal: 27 Januari 2016

Yang menyatakan,



viii

ABSTRAK

PENGARUH MASSA AIR DAN MASSA KELERENG DALAM KALENG TERHADAP PERCEPATAN KALENG YANG

BERGERAK MENURUNI BIDANG MIRING YANG DIREKAM MENGGUNAKAN VIDEO

Telah dilakukan penelitian mengenai gerakan kaleng terisi air dan kelereng yang bergerak menuruni bidang miring dengan sudut kemiringan sebesar 40, 60, dan 80. Kaleng yang terisi air atau kelereng bergerak menuruni bidang miring direkam menggunakan kamera video dan dianalisis menggunakan software pengolah video LoggerPro. Hasil dari analisis video berupa grafik hubungan posisi terhadap waktu dan grafik hubungan kecepatan terhadap waktu. Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu dipaskan dengan menggunakan persamaan percepatan sehingga diperoleh nilai percepatan kaleng. Variasi massa air di dalam kaleng akan mempengaruhi kecepatan kaleng. Hal ini terjadi karena posisi air di dalam kaleng berubah-ubah selama kaleng menuruni bidang miring. Posisi air yang berubah-ubah mempengaruhi nilai momen inersia dan perubahan energi dari kaleng yang bergerak menuruni bidang miring. Percepatan kaleng yang diisi air dalam jumlah yang banyak mirip dengan nilai percepatan kaleng yang diisi kelereng. Hal ini menunjukan bahwa keadaan kaleng yang terisi air dalam jumlah yang banyak sama seperti kaleng yang berisi kelereng. Variasi sudut kemiringan bidang miring mempengaruhi percepatan kaleng. Semakin besar sudut bidang miring, maka nilai percepatan kaleng juga semakin besar.

Kata kunci: kaleng, air, kelereng, posisi, kecepatan, percepatan, energi, momen

inersia


ix

ABSTRACT

THE EFFECT OF WATER AND MARBLE MASS IN CAN ON THE ACCELERATION OF CAN ROLLING DOWN AN

INCLINE AS BEING RECORDED BY VIDEO

A research about the can filled of water and marbles that moves down an incline with 40, 60, and 80 angle of inclination has been conducted. The movements were recorded by a video camera and have been analyzed using LoggerPro, a video processing software. The result of the video analysis was graphic of position towards time and graphic of acceleration towards time. The graphic of acceleration towards time then fitted by using acceleration formula to gain the value of can’s acceleration. The variety of water mass on the can impacts its acceleration as the position of water changes during the movement of the can. The changes of the water affects the value of inertia moment and the can’s energy while it moves down the incline. The acceleration of can with water was similar to the can with marbles. This shows that the condition can filled water in large amounts as a can filled marbles. The variety of inclination angle also affects can’s acceleration. The greater of incline angle, acceleration value of can is more big.

Keywords : can, water, marble, position, speed, velocity, energy, moment inertia


x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Allah Yang Maha Kuasa atas berkat dan rahmat-Nya yang

melimpah. Berkat dan rahmat itulah yang membuat penulis dapat menyelesaikan

skripsi yang berjudul “PENGARUH MASSA AIR DAN MASSA

KELERENG DALAM KALENG TERHADAP PERCEPATAN

KALENG YANG BERGERAK MENURUNI BIDANG MIRING

YANG DIREKAM MENGGUNAKAN VIDEO” dengan baik. Penulis

mengucapkan terima kasih atas semua bantuan yang diberikan, yaitu kepada:

1. Bapak dan mama di Ketapang yang selalu mendoakan dan memberikan

semangat.

2. Dr. Ign. Edi Santosa, M.S., selaku dosen pembimbing yang telah membimbing

penulis dengan sabar, memotivasi dan memberikan arahan dari awal sampai

akhir penulisan skripsi ini.

3. Petrus Ngadiono selaku laboran Laboratorium Pendidikan Fisika yang telah

membantu menyiapkan alat-alat eksperimen.

4. Fransisca Zagita Tielman yang selalu memberikan semangat, mendengarkan

keluhan, memberikan masukan, dan menemani penulis.

5. Mbak Eliya, mbak Hari, mbak Osri, mbak Galuh, mas Agus, mbak Sherly,

mbak Dian, mbak Sandra, Felbi, Siska, Jerry dan Peni yang telah menjadi

teman seperjuangan, teman diskusi dan selalu memberikan bantuan ketika

mengalami kesulitan.

6. Bapak Asan, Bapak Pras, Mas Wahyu dan Nino yang telah membantu penulis

untuk memahami eksperimen.

7. Erlyn dan Anita yang telah membantu penulis dalam menyusun naskah

skripsi.

8. Yovita Kristianingrum yang telah meminjamkan kamera dan tripot kepada

penulis.

9. Teman-teman Pendidikan Fisika Angkatan 2011.


xi

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih belum sempurna. Untuk itu,

kritik dan saran yang membangun akan penulis terima dengan senang hati.

Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pembaca.

Yogyakarta, 27 Januari 2016

Penulis


xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iii

HALAMAN PERSEMBAHAN ....................................................................... iv

MOTTO .......................................................................................................... v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................................... vi

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................................ vii

ABSTRAK ...................................................................................................... viii

ABSTRACT ...................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR ..................................................................................... x

DAFTAR ISI ................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. ...xix

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ..................................................................................... 1

B. Rumusan Masalah ................................................................................ 6

C. Batasan Masalah .................................................................................. 7

D. Tujuan Penelitian ................................................................................. 7

E. Manfaat Penelitian ............................................................................... 8

F. Sistematika Penulisan ........................................................................... 9

BAB II Dasar Teori

A. Posisi, Kecepatam dan Percepatan ........................................................ 10

B. Gerak Translasi .................................................................................... 13

C. Gerak Rotasi ........................................................................................ 13

D. Momen Inersia ..................................................................................... 18

E. Torsi .................................................................................................... 19

F. Energi .................................................................................................. 21


xiii

G. Energi Kaleng Kosong Menuruni Bidang Miring ................................. 23

H. Kaleng Kosong Menuruni Bidang Miring ............................................. 24

I. Gerakan Kaleng Yang Diisi Air Menuruni Bidang Miring .................... 27

J. Gerakan Kaleng Yang Diisi Kelereng Menuruni Bidang Miring ........... 28

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. Mengatur Alat ...................................................................................... 30

B. Perekaman ........................................................................................... 32

C. Analisa Data ......................................................................................... 33

1. Menentukan posisi dan kecepatan kaleng........................................ 33

2. Mengukur percepatan kaleng .......................................................... 37

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian .................................................................................... 39

1. Posisi, kecepatan dan percepatan kaleng kosong yang bergerak

menuruni bidang miring ................................................................. 39

2. Pengaruh massa air terhadap posisi, kecepatan dan percepatan kaleng

yang bergerak menuruni bidang miring........................................... 42

3. Pengaruh sudut bidang miring terhadap posisi, kecepatan dan

percepatan kaleng berisi air yang bergerak menuruni bidang miring.47

4. Pengaruh massa kelereng terhadap percepatan kaleng yang menuruni

bidang miring ................................................................................. 52

B. Pembahasan ......................................................................................... 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan .......................................................................................... 67

B. Saran .................................................................................................... 67

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 69


xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1: Hubungan percepatan rata-rata (m/s2) terhadap massa air

(gram) untuk kaleng bermassa 13,5gram dan berjari-jari

33,92 ± 0,04 mm yang bergerak di atas bidang miring

dengan besar sudut 40 ............................................................... 45

Tabel 4.2: Nilai Percepatan kaleng pada susut 4, 6, dan 8 untuk

kaleng yang diisi air sebanyak 350 gram ................................... 50


xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1: Sumbu x dan y pada koordinat kartesius. .................................. 10

Gambar 2.2: Benda yang ditarik dari posisi X1 ke posisi X2 ke arah

timur. ........................................................................................ 11

Gambar 2.3: Benda yang mengalami gerak translasi ..................................... 13

Gambar 2.4: Titik-titik pada sebuah benda yang mengalami gerak rotasi

membentuk lintasan berupa lingkaran. ........................................... 14

Gambar 2.5: Sebuah pelat tipis berbentuk lingkaran berputar dari (a)

posisi awal θ1 pada saat t1 ke (b) posisi akhir θ2 pada saat

t2. Perpindahan sudut pelat tipis ini adalah Δθ = θ2 – θ1 ............. 15

Gambar 2.6: Sebuah titik P pada kaleng yang berputar memiliki

kecepatan linear v pada setiap saat ............................................ 16

Gambar 2.7: Silinder kosong yang berputar dengan sumbu putar

melalui pusat massa .................................................................. 18

Gambar 2.8: Sebuah pelat tipis (a) diberi gaya F pada bagian tepi

sehingga berotasi. (b) diberi gaya sebesar F pada bagian

titik pusat dan tidak menyebabkan pelat berotasi. ...................... 20

Gambar 2.9: Gaya-gaya yang mempengaruhi kaleng bermassa M yang

bergerak menuruni bidang miring sejauh x dengan

ketinggian y dari dasar bidang miring dengan sudut

kemiringan sebesar θ. ................................................................ 24


xvi

Gambar 3.1: Susunan alat yang digunakan pada eksperimen gerak

kaleng di atas bidang kayu ........................................................ 31

Gambar 3.2: Tampilan awal pada LoggerPro sebelum hasil rekaman

video dimasukan ....................................................................... 34

Gambar 3.3: Ikon video analysis untu menganalisa video .............................. 34

Gambar 3.4: Ikon set scale untuk menentukan ukuran sesungguhnya

dan add point untuk mengambil data ........................................ 35

Gambar 3.5: Pemberian garis set scale dan kotak isian scale ukuran

panjang sesungguhnya .............................................................. 35

Gambar 3.6: Titik-titik yang membentuk grafik pada posisi horizontal

(x) dan posisi vertikal (y) .......................................................... 36

Gambar 3.7: Grafik hubungan posisi horizontal terhadap waktu .................... 36

Gambar 3.8: Grafik hubungan kecepatan horizontal terhadap waktu ............. 37

Gambar 3.9: Ikon linear fit untuk mengepaskan grafik kecepatan

terhadap waktu ......................................................................... 38

Gambar 3.10: Nilai gradien grafik kecepatan terhadap waktu .......................... 38

Gambar 4.1: Grafik hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng yang

bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40.. .................. 40

Gambar 4.2: Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng

yang bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40. .......... 40


kosong yang bergerak menuruni bidang miring dengan


xvii

sudut 40 yang dipaskan. Hasil fitting data (hitam) dan titik-

titik data (merah) ...................................................................... 41

Gambar 4.4: Grafik hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng

kosong (kotak) dan diisi air sebanyak 5 gram (lingkaran)

bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40 .................... 43


kosong (kotak) dan diisi air sebanyak 5 gram (segitiga)

bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40 .................... 44

Gambar 4.6: Grafik hubungan antara percepatan terhadap massa air

untuk kaleng yang bergerak menuruni bidang miring

dengan sudut 40 ........................................................................ 47

Gambar 4.7: Grafik hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng

bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40

(segitiga), sudut 60 (lingkaran) dan sudut 80 (persegi) ................ 48


bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40

(segitiga), sudut 60 (lingkaran) dan sudut 80 (persegi) ................ 50

Gambar 4.9: Grafik hubungan antara percepatan terhadap massa air

untuk kaleng yang bergerak di atas bidang miring dengan

besar sudut 40 (merah) sudut 60 ( biru) dan sudut 80 (hijau) ........ 51

Gambar 4.10: Grafik hubungan antara percepatan terhadap massa

kelereng untuk kaleng bergerak di atas bidang miring


xviii

dengan besar sudut 40 (merah) sudut 60 ( biru) dan sudut 80

(hijau) ....................................................................................... 53


xix

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1: Perhitungan jari-jari kaleng dan ralat jari-jari kaleng ................. 70

Lampiran 2: Grafik Kecepatan terhadap waktu kaleng yang berisi air ........... 71

Lampiran 3: Grafik Kecepatan terhadap waktu kaleng yang berisi

kelereng .................................................................................... 81


1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kaleng soft-drink dianggap oleh banyak orang sebagai sampah.

Kaleng soft-drink akan dibuang oleh orang setelah isinya diminum. Selain

dibuang, kaleng soft-drink biasanya dijual sebagai barang rongsokan.

Namun, di dalam dunia fisika kaleng soft-drink dapat digunakan untuk

berbagai kegiatan. Salah satunya, kaleng soft-drink dapat digunakan

sebagai media demonstrasi belajar. Kaleng soft-drink dapat digunakan

sebagai media demonstrasi belajar untuk berbagai materi. Contoh

penggunaan kaleng soft-drink sebagai media demonstrasi antara lain:

untuk menunjukan gaya sentripetal, menunjukan prinsip Archimedes,

sebagai pendulum sederhana dan lain-lain [Kruglak, 1992].

Untuk menjelaskan adanya gaya sentripetal, kaleng digunakan

dengan cara diisi air sampai penuh lalu kaleng diikat dengan tali. Setelah

diikat, kaleng diputar secara vertikal sampai membentuk lintasan

berbentuk lingkaran. Selain menunjukan gaya sentripetal, kaleng juga

dapat digunakan sebagai pendulum. Kaleng yang berisi air diikat dengan

tali, kemudian kaleng diayunkan dan dihitung periodenya. Massa air di

dalam kaleng divariasi untuk melihat apakah massa benda berpengaruh

pada periode. Kaleng juga dapat digunakan untuk menjelaskan prinsip

Archimedes. Untuk menjelaskan prinsip Archimedes, dibutuhkan kaleng


2

dari dua jenis minuman soft-drink yang berbeda. Kedua jenis minuman

tersebut adalah minuman soft-drink yang tidak mengandung gula dan

minuman soft-drink yang mengandung gula. Kedua minuman soft-drink

tersebut dimasukan ke dalam aquarium yang berisi air. Setelah dimasukan

ke dalam aquarium yang berisi air, kaleng minuman soft-drink yang tidak

mengandung gula akan terapung, sementara kaleng minuman soft-drink

yang mengandung gula akan tenggelam. Kaleng minuman soft-drink yang

mengandung gula akan tenggelam karena massa jenis air gula atau air soda

di dalam kaleng lebih besar dari air [Kruglak, 1992].

Selain digunakan sebagai media demonstrasi, kaleng juga

digunakan sebagai bahan atau objek suatu ekperimen atau penelitian.

Eksperimen menggunakan kaleng dilakukan dengan berbagai cara. Salah

satunya dilakukan dengan mengukur waktu tempuh kaleng menuruni

bidang miring. Waktu tempuh kaleng menuruni bidang miring, diukur

dengan bantuan laser. Laser dipasang di bagian atas dan bagian bawah

bidang miring dengan jarak yang telah ditentukan. Waktu tempuh kaleng

diukur untuk dua keadaan yang berbeda. Pertama, kaleng dan cairan di

dalamnya langsung diluncurkan di atas bidang miring. Untuk keadaan

kedua, kaleng dikocok terlebih dahulu sehingga tekanan di dalam kaleng

semakin besar karena terdapat cairan soda di dalam kaleng. Eksperimen

tersebut juga dilakukan dengan mengganti cairan soda di dalam kaleng

dengan air dan air sabun [Kagan, 2001]. Pada eksperimen yang dilakukan

Kagan hasil yang diperoleh terbatas untuk menentukan waktu tempuh


3

pada daerah yang sudah ditentukan dan membandingkan waktu tempuh

kaleng sebelum dan sesudah dikocok.

Eksperimen lain yang menggunakan kaleng yaitu mengukur waktu

tempuh kaleng yang berisi air menuruni bidang miring. Massa air di dalam

kaleng divariasikan. Variasi massa air dimulai dari beberapa gram hingga

kaleng terisi penuh. Kaleng berisi air kemudian diluncurkan di atas bidang

miring yang telah dipasang dua photogates dengan jarak yang telah

ditentukan. Photogates tersebut digunakan untuk mengukur waktu tempuh

kaleng menuruni bidang miring. Waktu yang diperoleh dari eksperimen

dibandingkan dengan teori. Kaleng tidak hanya diisi dengan air tetapi juga

diisi dengan kelereng, timah dan permen karet [Jackson dkk, 1996]. Selain

memvariasikan isi di dalam kaleng, Jackson dkk juga memvariasikan besar

sudut bidang miring. Pada penelitian ini, besaran momen inersia menjadi

salah satu besaran yang sangat penting, karena dengan memvariasikan

massa isi kaleng, mengakibatkan besaran momen inersia berubah.

Perubahan momen inersia ini berpengaruh kepada gerakan kaleng.

Tujuan Jackson dkk menggunakan kelereng dan timah sebagai isi

kaleng adalah untuk menjelaskan gerakan air di dalam kaleng. Ketika

kaleng ditambahkan air, Jackson dkk memprediksi waktu yang dibutuhkan

kaleng untuk menuruni bidang miring semakin kecil. Tetapi hasil yang

diperoleh dari hasil percobaan berbeda dengan prediksi awal. Ketika

kaleng ditambahkan sedikit air, waktu tempuh kaleng menuruni bidang

miring menjadi lebih lama. Namun ketika jumlah air di dalam kaleng lebih


4

banyak, waktu tempuh kaleng menuruni bidang miring menjadi lebih

kecil. Kemudian Jackson dkk menggunakan timah dan kelereng untuk

menjelaskan dua keadaan ini. Kelereng menggambarkan gerakan air di

dalam kaleng ketika massanya banyak. Sementara timah menggambarkan

keadaan air di dalam kaleng ketika massa air di dalam kaleng hanya

sedikit.

Pada penelitian Jackson dkk hasil yang diperoleh sama seperti

penelitian Kagan yaitu waktu tempuh kaleng menuruni bidang miring pada

jarak yang ditentukan. Hal ini terjadi karena alat bantu yang digunakan

adalah photogate dan laser. Data yang dihasilkan oleh photogate atau laser

adalah waktu ketika kaleng melewati photogate atau laser dan kecepatan

kaleng diantara dua photogate. Penggunaan laser dan photogate juga

menjadi masalah karena tidak semua sekolah atau universitas memiliki

laser dan photogate. Selain tidak tersedianya peralatan di sekolah atau

universitas, kesalahan dalam mengukur jarak antara kedua laser atau

photogate juga akan mempengaruhi hasil yang diperoleh. Jackson dkk

menyarankan menggunakan video untuk mengatasi permasalahan dalam

menggunakan photogate. Selain mengatasi masalah dalam mengukur jarak

antara kedua photogate, video bisa digunakan untuk menentukan posisi

atau kecepatan kaleng yang menuruni bidang miring.

Video dengan harga yang murah saat ini mudah di peroleh, apalagi

beberapa telepon genggam sudah dilengkapi dengan video. Dengan

penggunaan video, seluruh peristiwa kaleng menuruni bidang miring dapat


5

direkam sehingga data yang akan diperoleh menjadi lebih banyak. Saat ini

juga banyak tersedia software pengolah video yang dapat diunduh di

internet secara gratis. Dengan menggunakan software ini pelaksanaan

eksperimen menjadi mudah, cepat, murah dan data eksperimen dapat

langsung ditampilkan dan diolah serta dikembangkan lebih lanjut

[Pasaribu, 2012; Santosa, 2015].

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan oleh Kagan dan

Jackson dkk, hasil yang ditampilkan adalah waktu tempuh kaleng pada

daerah yang sudah ditentukan, sementara percobaan untuk menentukan

posisi dan kecepatan kaleng menggelinding menuruni bidang miring masih

belum dilakukan. Sesuai dengan saran yang diberikan oleh Jackson dkk,

video dapat digunakan untuk menentukan posisi dan kecepatan kaleng.

Pada penelitian ini, video dapat digunakan untuk merekam semua proses

kaleng menuruni bidang miring, sehingga posisi dan kecepatan kaleng

yang diperoleh tidak terbatas pada daerah tertentu tetapi untuk sepanjang

lintasan bidang miring. Selain itu, nilai percepatan kaleng juga dapat

diperoleh karena data kecepatan kaleng telah didapatkan.

Penelitian ini dilakukan dengan cara menggelindingkan kaleng di

atas bidang miring dengan variasi kemiringan bidang. Kaleng yang

digelindingkan diisi air dan kelereng. Kelereng digunakan sebagai isian

kaleng dengan tujuan untuk lebih memahami gerakan kaleng ketika berisi

air dalam jumlah banyak. Massa air dan kelereng divariasi. Seluruh

gerakan kaleng menuruni bidang miring direkam dengan menggunakan


6

kamera video. Rekaman video kemudian dianalisis menggunakan software

pengolah video LoggerPro.

Video juga bisa digunakan di dalam proses belajar di sekolah.

Video dapat digunakan dalam praktikum siswa. Pada praktikum tentang

GLB dan GLBB, murid menggunakan tiker timer untuk membuat titik

jejak gerakan benda. Dengan menggunakan video, murid dapat merekam

peristiwa benda yang mengalami GLB dan GLBB. Hasil rekaman dapat

diolah menggunakan software pengolah video, sehingga murid bisa

langsung mendapatkan rekaman jejak gerakan benda. Selain itu, data yang

sudah diperoleh juga dapat langsung diolah. Dengan menggunakan video,

murid tidak terfokus untuk memperoleh data saja tetapi juga dapat

mengamati proses benda mengalami GLB dan GLBB.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dipaparkan,

maka permasalahan yang akan dikaji adalah:

1. Bagaimana menentukan posisi dan kecepatan kaleng menuruni bidang

miring?

2. Bagaimana cara mengukur percepatan kaleng menuruni bidang

miring?

3. Bagaimana pengaruh massa air terhadap percepatan kaleng menuruni

bidang miring?


7

4. Bagaimana pengaruh massa kelereng terhadap percepatan kaleng

menuruni bidang miring?

5. Bagaimana pengaruh variasi sudut bidang miring terhadap percepatan

kaleng menuruni bidang miring?

C. Batasan Masalah

Dari latar belakang penelitian ini, terdapat beberapa masalah

yang terkait dengan gerak kaleng. Pada penelitian ini, masalah

dibatasi pada:

1. Gerakan kaleng yang diamati adalah kaleng yang bergerak di atas

bidang miring yang terbuat dari bahan kayu.

2. Kaleng yang akan diteliti adalah kaleng soft-drink dengan merk Coca-

Cola.

3. Benda yang digunakan sebagai isian kaleng adalah air dan kelereng.

4. Variasi sudut bidang miring yang akan digunakan adalah 40, 60 dan

80.

5. Menggunakan kamera dengan kemampuan menampilkan 23 rekaman

gambar per detik.

6. Menggunakan teori mekanika Newton sebagai dasat teori.

7.

D. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Mengetahui cara menentukan posisi dan kecepatan kaleng menuruni


8

bidang miring.

2. Mengetahui cara mengukur percepatan kaleng menuruni bidang

miring.

3. Mengetahui pengaruh massa air terhadap percepatan kaleng menuruni

bidang miring.

4. Mengetahui pengaruh massa kelereng terhadap percepatan kaleng

menuruni bidang miring.

5. Mengetahui pengaruh variasi sudut bidang miring terhadap

percepatan kaleng menuruni bidang miring.

E. Manfaat Penelitian

1. Bagi peneliti

a. Mengetahui cara menggunakan kamera video untuk menentukan

posisi dan kecepatan kaleng.

b. Mengetahui cara mengukur percepatan kaleng.

c. Mengetahui cara mengembangkan kemampuan menganalisa

rekaman video dengan software pengolah video Logger Pro.

2. Bagi pembaca

a. Mengetahui bahwa kamera video dapat digunakan untuk

menentukan posisi dan kecepatan kaleng.

b. Mengetahui cara menggunakan video untuk menentukan posisi dan

kecepatan kaleng.


9

c. Mengetahui cara mengukur percepatan kaleng yang

menggelinding.

F. Sistematika Penulisan

1. BAB I Pendahuluan

Bab I mengarahkan latar belakang masalah, rumusan masalah,

batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika

penulisan.

2. BAB II Dasar Teori

Bab II berisi teori-teori mengenai posisi, kecepatan, percepatan, gerak

translasi, gerak rotasi, momen inersia, torsi, energi, energy kaleng

kosong menuruni bidang miring, kaleng kosong menuruni bidang

miring, gerak kaleng yang berisi air menuruni bidang miring dan

gerakan kaleng yang berisi kelereng menuruni bidang miring.

3. BAB III Metodologi Penelitian

Bab III menguraikan mengenai alat, bahan, prosedur eksperimen, dan

cara mengolah data.

4. BAB IV Hasil dan Pembahasan

Bab IV berisi hasil pengolahan data dan pembahasan dari hasil

eksperimen yang diperoleh.

5. BAB V Penutup

Bab V berisi kesimpulan dan saran.


10

BAB II

DASAR TEORI

A. Posisi, Kecepatan dan Percepatan

Sebuah benda dikatakan bergerak bila kedudukan atau posisinya

berubah terhadap suatu acuan. Di dalam fisika, untuk menjelaskan posisi

benda digunakan suatu koordinat, contohnya koordinat kartesius. Titik

acuan pada koordinat kartesius yaitu pada titik x = 0 dan y = 0. Titik

koordinat yang terletak di sebelah kanan titik acuan pada sumbu x akan

bernilai positif. Sementara pada sumbu y, titik koordinat akan bernilai

positif ketika berada di sebelah atas dari titik acuan pada sumbu y seperti

disajikan pada gambar 2.1. Koordinat kartesius dapat digunakan untuk

menentukan posisi benda dalam gerak satu dimensi hingga gerak tiga

dimensi. Dalam gerak tiga dimensi, ditambahkan sumbu z yang tegak

lurus terhadap sumbu x dan sumbu y.

Gambar 2.1 Sumbu x dan y pada koordinat kartesius.


11

Ketika gerakan benda dalam satu dimensi, digunakan sumbu x

sebagai lintasan gerakan benda. Maka, posisi benda pada waktu tertentu

ditunjukan oleh nilai koordinat pada sumbu x, sedangkan untuk benda

yang arah gerakannya vertikal digunakan sumbu y untuk menentukan

posisinya. Contohnya, ketika sebuah benda diam yang berada pada posisi

X1 ditarik ke arah timur sehingga sampai pada posisi X2. Benda tersebut

akan mengalami perubahan posisi dari posisi X1 ke posisi X2 seperti pada

gambar 2.2. Benda membutuhkan waktu tertentu untuk melakukan

perubahan dari posisi X1 ke posisi X2.

Gambar 2.2 Benda yang ditarik dari posisi X1 ke posisi X2 ke arah timur.

Benda yang berubah posisi dikatakan bergerak. Benda yang

bergerak memiliki kecepatan. Kecepatan dapat dibedakan menjadi dua,

yaitu kecepatan rata-rata dan kecepatan sesaat. Kecepatan rata-rata

didefinisikan sebagai perubahan posisi dibagi dengan waktu yang

dibutuhkan untuk membuat perubahan ini. Kecepatan sesaat didefinisikan

sebagai kecepatan rata-rata selama interval waktu sangat pendek yang

mendekati nilai 0.


12

Benda yang bergerak dengan kecepatan yang selalu berubah

memiliki percepatan. Percepatan menentukan besar perubahan kecepatan

benda dalam selang waktu tertentu. Percepatan dapat dibedakan menjadi

dua yaitu percepatan rata-rata dan percepatan sesaat. Percepatan rata-rata

didefinisikan sebagai perubahan kecepatan dibagi dengan waktu yang

digunakan untuk membuat perubahan ini. Percepatan sesaat didefinisikan

sebagai percepatan rata-rata selama interval waktu pendek yang mendekati

nilai 0. Percepatan sesaat dituliskan pada persamaan (2.1) [Giancoli,

2014]:

� = lim∆�→�∆�

∆�=

��

�� (2.1)

Persamaan (2.1) dapat ditulis kembali ke dalam persamaan (2.2)

�� = �� (2.2)

Persamaan (2.2) diintegralkan untuk kedua sisinya sehingga diperoleh

persamaan (2.3)

� = �� + � (2.3)

Dari persamaan (2.3) diperoleh persamaan kecepatan untuk benda

bergerak dengan percepatan konstan yang dituliskan pada persamaan (2.4)

[Giancoli, 2014].

� = �� + �� (2.4)

dengan v: kecepatan, a: percepatan, t: waktu


13

B. Gerak Translasi

Di dalam mekanika terdapat tiga hukum Newton tentang gerak.

Hukum kedua Newton tentang gerak menyatakan bahwa benda bermassa

m diberi gaya sebesar F akan mengalami percepatan a. Hukum kedua

Newton untuk gerak translasi dituliskan ke dalam persamaan (2.5)

∑F = ma (2.5)

Gerak translasi benda sama seperti gerak benda satu dimensi.

Gerak translasi adalah gerak setiap titik dari benda yang bergerak secara

bersamaan serta mempunyai kecepatan dan arah gerak yang sama.

Contohnya sebuah balok di atas suatu permukaan datar berubah dari posisi

X1 ke posisi X2 dengan jarak s yang disajikan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Benda yang mengalami gerak translasi

Benda yang mengalami gerak translasi memiliki kecepatan dan

percepatan. Kecepatan benda yang mengalami gerak translasi dengan

percepatan konstan dapat dihitung menggunakan persamaan (2.4).

C. Gerak Rotasi

Gerak rotasi didefinisikan sebagai gerak suatu benda dengan

bentuk dan lintasan lingkaran di setiap titiknya. Benda dikatakan


14

melakukan gerak rotasi apabila setiap titik pada benda tersebut (kecuali

titik pada sumbu putar) menempuh lintasan berbentuk lingkaran yang

disajikan pada gambar 2.4. Sumbu putar atau sumbu rotasi adalah suatu

garis lurus yang melalui pusat lingkaran dan tegak lurus terhadap bidang

lingkaran.

Gambar 2.4 Titik-titik pada sebuah benda yang mengalami gerak rotasi membentuk lintasan berupa lingkaran.

Pada gerak rotasi, benda akan memiliki besaran posisi sudut. Posisi

sudut sebuah benda yang berotasi dapat ditunjukan dengan suatu sudut θ.

Bila sebuah benda, contohnya pelat tipis berbentuk lingkaran seperti pada

gambar 2.5, berputar dari suatu posisi awal (θ1) pada saat t1 ke suatu

posisi akhir (θ2) pada saat t2 maka perpindahan sudut pelat tipis tersebut

adalah [Halliday, 2010; Giancoli, 2014]

∆� = �� − �� (2.6)


15

Gambar 2.5 Sebuah pelat tipis berbentuk lingkaran berputar dari (a)posisi awal θ1 pada saat t1 ke (b) posisi akhir θ2 pada saat t2. Perpindahan sudut pelat tipis ini

adalah Δθ = θ2 – θ1

Benda yang berotasi memiliki besaran kecepatan sudut. Kecepatan

sudut dibedakan menjadi dua, yaitu kecepatan sudut rata-rata dan

kecepatan sudut sesaat. Kecepatan sudut rata-rata didefinisikan sebagai

perpindahan sudut dibagi dengan selang waktu yang dibutuhkan untuk

melakukan perpindahan sudut tersebut. Persamaan kecepatan sudut rata-

rata dituliskan pada persamaan (2.7)

�� = ��

��=

∆�

∆� (2.7)

dengan θ: posisi sudut, t: waktu

Kecepatan sudut sesaat didefinisikan sebagai kecepatan sudut rata-rata

selama interval waktu pendek yang mendekati nilai nol dituliskan pada

persamaan (2.8).

�� = lim∆�→�∆�

∆� (2.8)

Percepatan sudut dapat dibedakan menjadi dua yaitu percepatan

sudut rata-rata dan percepatan sudut sesaat. Percepatan sudut rata-rata

didefinisikan sebagai perubahan kecepatan sudut dibagi dengan waktu


16

yang digunakan untuk membuat perubahan ini yang ditulis pada

persamaan (2.9):

�� = �2−�1�2− �1

= ∆�∆�

(2.9)

dengan ω: kecepatan sudut, t: waktu

Percepataan sudut sesaat didefinisikan sebagai percepatan rata-rata selama

interval waktu pendek yang mendekati nilai 0. Percepatan sesaat dituliskan

pada persamaan (2.10) [Giancoli, 2014]:

�� = lim∆�→�∆�

∆� (2.10)

Setiap titik pada sebuah benda yang berotasi tidak hanya memiliki

kecepatan sudut dan percepatan sudut, tetapi juga memiliki kecepatan

linear dan percepatan linear. Contohnya, pada pelat tipis berbentuk

lingkaran yang berputar terdapat sebuah titik P Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Sebuah titik P pada pelat tipis berbentuk lingkaran yang berputar memiliki kecepatan linear v pada setiap saat.

Titik P berotasi terhadap sebuah titik O (sumbu putar) dan berada pada

jarak r dari sumbu putar. Jika pelat tipis berbentuk lingkaran tersebut


17

berotasi dengan kecepatan sudut sebesar ω, maka titik P pada benda

tersebut akan memiliki kecepatan linear yang arahnya tegak lurus terhadap

lintasan lingkaran. Nilai kecepatan linear titik P adalah:

� =∆�

∆� (2.11)

Pada gambar 2.6 besar Δθ dapat dihitung dengan persamaan:

∆� = ∆�

� (2.12)

Dari persamaan (2.11) dapat ditulis menjadi persamaan (2.13)

� = ∆�

∆�=

�∆�

∆� (2.13)

Bedasarkan persamaan (2.7) persamaan (2.13) dapat ditulis kembali ke

persamaan (2.14)

v = rω (2.14)

Persamaan (2.14) merupakan hubungan antara kecepatan linear (v) dan

kecepatan sudut (ω).

Selain memiliki kecepatan sudut dan kecepatan linear, titik P pada

gambar 2.6 juga memiliki percepatan sudut dan percepatan linear.

Berdasarkan persamaan (2.14) persamaan (2.1) dapat ditulis menjadi

persamaan (2.15)

a =∆�

∆�=

�∆�

∆� (2.15)

Berdasarkan persamaan (2.9) persamaan (2.15) dapat ditulis kembali

menjadi persamaan (2.16)

a = �� (2.16)


18

Persamaan (2.16) merupakan hubungan antara percepatan linear (a) dan

percepatan sudut (α).

D. Momen Inersia

Momen inersia benda adalah ukuran kelembaman sebuah benda

dalam gerak rotasi. Momen inersia dipengaruhi oleh distribusi massa

benda terhadap sumbu rotasi. Besaran momen inersia dapat dituliskan

pada persamaan (2.17):

I = ∑ m r2 (2.17)

dengan m: massa benda, r: jarak benda ke sumbu rotasi

Nilai momen inersia untuk setiap benda berbeda-beda, tergantung dari

bentuk benda tersebut. Contohnya, momen inersia untuk kelereng adalah

� = �

�� (2.18)

Berbeda dengan kelereng, momen inersia untuk silinder kosong yang

berputar terhadap sumbu putarnya (gambar 2.8) adalah [Giancoli, 2014]:

I = M R2 (2.19)

dengan M: massa silinder kosong, R: jari-jari silinder

Gambar 2.7 Silinder kosong yang berputar dengan sumbu putar melalui pusat massa


19

Kaleng dalam keadaan kosong terdiri dari dinding silinder kosong

dan dua tutup kaleng yang berbentuk pelat lingkaran tipis. Bentuk kaleng

ini mempengaruhi momen inersianya. Nilai momen inersia untuk kaleng

yang terdiri dari silinder kosong dan dua tutup kaleng yang berbentuk

pelat adalah [Jackson dkk, 1996]

I = 0,9 M R2 (2.20)

Ketika kaleng terisi penuh dengan air, keadaan kaleng dianggap sama

seperti silinder pejal. Besar momen inersia untuk silinder pejal adalah

[Giancoli, 2014]

� = �

�� (2.21)

Dari persamaan momen inersia untuk setiap benda, dapat diketahui

nilai numerik dari I/MR2. Contohnya untuk kelereng, pada persamaan 2.18

diketahui nilai numerik dari I/MR2 adalah 0,4. Sementara untuk Silinder

kosong, kaleng kosong dan silinder pejal adalah 1; 0,9 dan 0,5. Nilai

numerik tersebut menentukan kecepatan pada gerak rotasi benda. Ketika

kelereng, silinder kosong, kaleng kosong dan silinder pejal diluncurkan

diatas bidang miring secara bersamaan, kelereng akan sampai terlebih

dahulu ke bagian bawah bidang miring, diikuti silinder pejal, kaleng

kosong, dan silinder kosong [Giancoli, 2014 ; Jackson dkk, 1996].

E. Torsi

Sebuah pelat tipis dalam keadaan diam diberi gaya sebesar F pada

bagian tepi sehingga mengalami gerak rotasi. Bila gaya yang sama


20

diberikan kepada pelat tipis pada bagian tengah/titik pusat, pelat tipis

tersebut tidak akan berotasi seperti pada gambar (2.8)

Gambar 2.8 Sebuah pelat tipis (a) diberi gaya F pada bagian tepi sehingga berotasi. (b) diberi gaya sebesar F pada bagian titik pusat dan tidak menyebabkan

pelat berotasi.

Jarak tegak lurus dari sumbu putar ke garis gaya yang bekerja

disebut lengan momen. Pada gambar 2.8 (a), r merupakan lengan momen.

Pada gambar 2.8 (b), nilai lengan momen sama dengan nol karena gaya

bekerja pada sumbu putar pelat. Hasil kali gaya F dengan lengan momen r

disebut torsi. Pada gambar 2.8 (b), nilai torsi sama dengan nol sehingga

pelat tidak berotasi. Torsi dirumuskan ke dalam persamaan (2.22)

[Giancoli, 2014]:

τ = r F (2.22)

Hukum kedua Newton untuk gerak translasi dituliskan pada

persamaan (2.5). Berdasarkan persamaan (2.16), hukum kedua Newton

dapat dituliskan menjadi persamaan (2.24) [Giancoli, 2014]

F = ma (2.23)

F = m r α (2.24)

Bila kedua sisi persamaan (2.24) dikalikan dengan r maka akan diperoleh


21

r F = m r2 α (2.25)

Berdasarkan persamaan (2.22) persamaan (2.25) dapat ditulis kembali ke

persamaan (2.26)

τ = m r2 α (2.26)


persamaan (2.27)

τ = I α (2.27)

F. Energi

Benda bergerak disebabkan karena ada energi. Energi yang

menyebabkan benda bergerak dapat berasal dari luar atau dari benda itu

sendiri. Total energi dari sistem suatu benda yang bergerak adalah tetap,

tetapi bentuk dari energi tersebut dapat berubah-ubah. Total energi yang

tetap tetapi dapat berubah bentuk merupakan hukum kekekalan energi.

Ada banyak bentuk energi, contohnya energi panas, energi kinetik, energi

potensial dan energi mekanik [Young & Freedman, 2002; Giancoli, 2014].

Ketika benda bergerak semakin cepat maka energi kinetik yang

dimiliki benda semakin besar. Ketika benda diam, energi kinetik benda

tersebut sama dengan nol. Energi kinetik dibedakan menjadi dua, yaitu

energi kinetik translasi dan energi kinetik rotasi. Energi kinetik transalasi

didefinisikan energi yang dimiliki benda yang sedang melakukan gerak

translasi. Energi kinetik translasi dituliskan pada persamaan (2.28):


22

�� = �

�� (2.28)

dengan m: massa benda, v: kecepatan benda

Energi kinetik rotasi didefinisikan energi yang dimiliki benda yang

sedang melakukan gerak rotasi. Persamaan energi kinetik rotasi dituliskan

pada persamaan (2.29):

�� = �

�� (2.29)

dengan I: momen inersia benda, ω: kecepatan sudut

Ketika sebuah benda mengalami gerak translasi dan rotasi secara

bersamaan maka energi kinetik total benda tersebut adalah

�� = �

�� +

�

�� (2.30)

Energi potensial didefinisikan sebagai energi yang dimiliki suatu

benda karena posisi atau ketinggian terhadap suatu acuan, contohnya

permukaan bumi atau tanah. Ketika tinggi sebuah benda semakin jauh dari

permukaan bumi, maka energi potensial benda tersebut semakin besar.

Sebaliknya ketika benda diletakan di tanah maka energi potensial benda

tersebut sama dengan nol. Persamaan energi potensial dituliskan pada

persamaan (2.31)

�� = ��ℎ (2.31)

Energi mekanik merupakan penjumlahan energi kinetik dan energi

potensial yang dimiliki benda. Ketika benda mengalami perubahan posisi

atau kecepatan, nilai energi mekanik akan selalu tetap. Energi mekanik

dapat dituliskan pada persamaan:


23

�� = �� + �� (2.32)

�� = (�� + ��) + �� (2.33)

�� = (�

�� +

�

��) + ��ℎ (2.34)

G. Energi Kaleng Kosong Menuruni Bidang Miring

Benda yang menggelinding tanpa slip (tergelincir) akan mengalami

gerak translasi dan rotasi secara bersamaan. Kaleng yang bergerak

menuruni bidang miring akan mengalami gerak menggelinding tanpa slip,

sehingga kaleng akan memiiki energi kinetik translasi dan rotasi. Energi

kinetik translasi dan energi kinetik rotasi kaleng dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan (2.28) dan persamaan (2.29). Energi kinetik total

dari kaleng yang bergerak menuruni bidang miring dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan (2.30).

Ketika kaleng kosong diletakkan di ujung bagian atas bidang

miring dalam kondisi diam. Kaleng yang diam atau tidak bergerak

memiliki nilai energi kinetik sama dengan nol. Sehingga energi mekanik

dari keadaan ini dituliskan pada persamaan (2.35)

EM = Energi Potensial kaleng (2.35)

Energi mekanik dari kaleng yang bergerak menuruni bidang miring pada

suatu titik dengan ketinggian y dari dasar bidang miring (gambar 2.9)

dapat dirumuskan pada persamaan:

EM = EK total + EP (2.36)

EM = �

� m v2 +

�

� I ω2 + mgy (2.37)


24

H. Kaleng Kosong Menuruni Bidang Miring

Kaleng bermassa M yang bergerak di atas bidang miring dengan

sudut kemiringan θ akan mendapat gaya gravitasi seperti pada gambar 2.9.

Besar gaya gravitasi (��) dirumuskan pada persamaan (2.38).

�� = �� (2.38)

dengan �: konstanta gravitasi, 9,8 m/s2 (Giancoli, 2014)

Gambar 2.9 Gaya-gaya yang mempengaruhi kaleng bermassa M yang

bergerak menuruni bidang miring sejauh x dengan ketinggian y dari dasar bidang miring dengan sudut kemiringan sebesar θ.

Gaya gravitasi pada gambar 2.9 diuraikan menjadi dua komponen yaitu

sejajar bidang miring (FGx) dan tegak lurus bidang miring (FGy). Gaya

gravitasi yang sejajar bidang miring menghasilkan gaya yang

menggerakkan kaleng. Gaya yang tegak lurus dengan bidang miring

menghasilkan gaya yang menekan bidang miring. Besar gaya gravitasi

yang sejajar bidang miring dan yang tegak lurus bidang miring untuk

sudut kemiringan sebesar θ secara berturut-turut pada persamaan (2.39)

dan (2.40).

FGx = M g sin θ (2.39)


25

dan

FGy = M g cos θ (2.40)

Berdasarkan persamaan (2.5) hukum kedua Newton untuk kaleng pada

gambar 2.9 dituliskan pada persamaan (2.41)

M g sin θ - f = m a (2.41)

Kaleng yang menuruni bidang miring akan mengalami gerak

rotasi. Gerak rotasi terjadi karena ada torsi. Dari gambar 2.9, gaya gesek f

adalah gaya yang menyebabkan kaleng berotasi. Lengan momen pada

kaleng yang berotasi adalah jari-jari kaleng R. Torsi yang bekerja pada

kaleng dapat dihitung menggunakan persamaan (2.27). Berdasarkan

persamaan (2.16) torsi yang bekerja pada kaleng dapat dituliskan ke dalam

persamaan (2.42)

τ = I �

� (2.42)


persamaan (2.43)

R F = I �

� (2.43)

Dari persamaan (2.43) dapat diperoleh gaya F yang menyebabkan kaleng

berotasi sebesar

F = �

�� (2.44)

Pada gambar 2.9 dapat dilihat bahwa gaya gesek f juga menyebabkan

kaleng berotasi, maka persamaan (2.41) dapat ditulis menjadi


26

M g sin θ - �

�� a = M a (2.45)

M g sin θ = a (M + �

��) (2.46)

Dari persamaan (2.46) diperoleh percepatan a sebesar [Tipler, 1998]

a = ��

��

��

(2.47)


persamaan

a = ��

��,��

��

(2.48)

a = ��

��,�� (2.49)

a = ��

�,�� (2.50)

a = � ��

�,� (2.51)

a = �

�,�� sin � (2.52)

Persamaan (2.52) digunakan untuk menghitung percepatan kaleng

menuruni bidang miring.


27

I. Gerakan Kaleng Yang Diisi Air Menuruni Bidang Miring

Kaleng bermassa M yang diisi air bermassa m bergerak menuruni

bidang miring akan mengalami gerak translasi dan rotasi secara

bersamaan, sedangkan air di dalam kaleng akan mengalami gerak osilasi.

Gerak osilasi terjadi pada air yang dimasukan ke dalam kaleng. Energi

mekanik air yang mengalami gerak osilasi pada kaleng bermassa M yang

diisi air bermassa m bergerak menuruni bidang miring dapat dicari dengan

menggunakan persamaan (2.32). Maka energi mekanik dari sistem kaleng

bermassa M yang diisi air bermassa m bergerak menuruni bidang miring

dapat dituliskan ke dalam persamaan (2.53) [Jackson dkk, 1996; Giancoli,

2014]:

EM = EK total kaleng + Ek total air + EP kaleng + EP air (2.53)

Ketika kaleng yang berisi air diletakkan di ujung bagian atas

bidang miring, kaleng dalam kondisi diam. Kaleng yang diam atau tidak

bergerak memiliki nilai energi kinetik sama dengan nol. Sehingga energi

mekanik dari keadaan ini dituliskan pada persamaan (2.54)

EM = EP kaleng + EP air (2.54)

Ketika air dengan jumlah yang sedikit dimasukan ke dalam kaleng,

posisi air akan berada di bawah (bagian kaleng yang bersentuhan dengan

permukaan bidang miring). Pada keadaan ini, nilai energi potensial

menjadi lebih besar daripada kaleng yang kosong karena ada penambahan

massa air. Ketika kaleng mulai menuruni bidang miring, air akan

berosilasi. Ketika air beroasilasi, air akan bergesekan dengan dinding


28

kaleng. Gesekan ini akan menghambat gerakan kaleng, sehingga gerakan

kaleng menjadi lambat. Ketika jumlah air di dalam kaleng mendekati

sepertiga volume kaleng, air tidak berosilasi karena posisi air berada di

bagian bawah kaleng. Karena air tidak berosilasi, maka tidak terjadi

gesekan antara air dan dinding kaleng. Hal ini menyebabkan gerakan

kaleng tidak terhambat. Karena gerakan kaleng tidak terhambat, nilai

energi kinetik total kaleng akan semakin besar sehingga kecepatan kaleng

juga akan semakin besar.

Penambahan air ke dalam kaleng yang menuruni bidang miring

akan membuat pusat massa dari keadaan ini berubah. Perubahan pusat

massa ini berpengaruh terhadap kecepatan translasi kaleng. Perubahan

pusat massa juga berpengaruh kepada besar momen inersia dari keadaan

ini.

J. Gerakan Kaleng Yang Diisi Kelereng Menuruni Bidang Miring

Kaleng bermassa M yang diisi kelereng bermassa m bergerak

menuruni bidang miring akan mengalami gerak translasi dan rotasi.

Kelereng yang berada di dalam kaleng juga mengalami gerak translasi dan

rotasi secara bersamaan. Energi mekanik total dari sistem ini sama seperti

energi mekanik pada kaleng yang berisi air yang dirumuskan pada

persamaan (2.53).

Penambahan kelereng ke dalam kaleng akan mempengaruhi pusat

massa dari sistem. Ketika kaleng menuruni bidang miring, posisi kelereng


29

di dalam kaleng akan berubah-ubah. Hal ini menyebabkan kecepatan

translasi kaleng juga berubah. Karena permukaan kelereng yang licin,

gaya gesek yang ditimbulkan oleh kelereng lebih kecil dibandingkan

dengan air. Ketika jumlah kelereng yang dimasukan ke dalam kaleng

semakin banyak maka gaya gesek yang muncul semakin besar. Hal ini

karena gaya gesek yang muncul bukan hanya dari gesekan antara kelereng

dengan dinding kaleng, melainkan juga gesekan antar kelereng di dalam

kaleng. Keadaan kaleng ketika berisi kelereng sama seperti kaleng yang

berisi air dalam jumlah yang banyak. Kelereng cenderung bergerak di

bagian bawah kaleng. Kondisi ini sama seperti gerakan air dalam jumlah

yang banyak yang cenderung bergerak di bagian bawah kaleng [Jackson

dkk, 1996].


30

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui cara menentukan posisi dan

kecepatan kaleng menuruni bidang miring, mengetahui cara mengukur percepatan

kaleng menuruni bidang miring, mengetahui pengaruh massa air terhadap

percepatan kaleng menuruni bidang miring, mengetahui pengaruh massa kelereng

terhadap percepatan kaleng menuruni bidang dan mengetahui pengaruh variasi

sudut bidang miring terhadap percepatan kaleng menuruni bidang miring. Ada

tiga tahap yang dilakukan untuk mengetahui cara menentukan posisi dan

kecepatan kaleng menuruni bidang miring, mengetahui cara mengukur percepatan

kaleng menuruni bidang miring, mengetahui pengaruh massa air terhadap

percepatan kaleng menuruni bidang miring, mengetahui pengaruh massa kelereng

terhadap percepatan kaleng menuruni bidang dan mengetahui pengaruh variasi

sudut bidang miring terhadap percepatan kaleng menuruni bidang miring, yaitu:

tahap pertama mengatur alat, tahap kedua merekam kaleng menuruni bidang

miring dan tahap ketiga adalah analisis data. Pada tahap analisis data dibagi

menjadi dua bagian yaitu menentukan posisi dan kecepatan kaleng dan mengukur

percepatan kaleng.

A. Mengatur Alat

Eksperimen ini menggunakan bidang kayu dimiringkan sebagai

lintasan kaleng. Bidang kayu dimiringkan untuk menghasilkan gaya


31

penggerak pada kaleng yang diletakkan di ujung atas bidang kayu yang

dimiringkan tersebut. Besarnya sudut kemiringan bidang kayu ditentukan

dengan menggunakan kombinasi busur derajat dan bandul. Busur derajat

dipasang di ujung bagian atas bidang kayu. Kemudian bandul digantung pada

sumbu simetri busur derajat sebagai penunjuk skala.

Susunan alat yang digunakan pada eksperimen gerak kaleng di atas

bidang kayu ditunjukan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1.Susunan alat yang digunakan pada eksperimen gerak kaleng di atas bidang kayu. A: kaleng yang berisi air, B: busur derajat, C: bandul, D: kamera, E: tripot, F:

bidang kayu

Alat dan bahan yang digunakan pada eksperimen ini adalah:

1. Kamera

Video kamera Canon EOS550D dengan kecepatan 23 frame per detik yang

digunakan untuk merekam gerakan kaleng diatas bidang miring.


32

2. Tripot

Tripot digunakan untuk meletakan kamera. Tripot dapat diatur sehingga

kamera dapat dipasang tegak lurus terhadap permukaan bidang yang

dimiringkan.

3. Kaleng

Kaleng yang digunakan pada eksperimen ini adalah kaleng soft-drink

berbentuk tabung bermassa 13,5 gram dan berjari-jari 33,92 ± 0,04 mm.

B. Perekaman

Kaleng soft-drink yang bergerak di atas bidang yang dimiringkan

direkam menggunakan video kamera untuk mendapatkan data hubungan

posisi terhadap waktu dan hubungan kecepatan terhadap waktu. Perekaman

dilakukan dengan memasang kamera tegak lurus terhadap permukaan bidang

yang dimiringkan. Langkah-langkah yang dilakukan untuk merekam kaleng

soft-drink yang bergerak diatas bidang yang dimiringkan adalah sebagai

berikut:

1. Bidang miring diatur dengan sudut kemiringan 40.

2. Kamera diatur agar tegak lurus dengan permukaan bidang miring.

3. Kaleng kosong diletakkan pada ujung atas bidang miring. Sesaat setelah

diletakkan, kaleng akan bergerak menuruni bidang miring.

4. Kaleng kosong yang bergerak direkam menggunakan kamera video sejak

kaleng posisi diam di ujung bagian atas bidang miring hingga mencapai

ujung bagian bawah.


33

5. Langkah 3 dan 4 diulangi untuk kaleng yang diisi air dengan variasi massa

air mulai dari 1 gram sampai 350 gram.

6. Langkah 3dan 4 diulangi untuk kaleng yang diisi kelereng dengan variasi

mulai 1 kelereng sampai 10 kelereng.

7. Langkah 1 sampai 6 diulang untuk sudut 60 dan 80.

C. Analisis Data

Hasil rekaman video dianalisis menggunakan software pengolah video

LoggerPro. Dari hasil analisis, diperoleh data hubungan posisi terhadap waktu

dan hubungan kecepatan terhadap waktu. Data hubungan kecepatan terhadap

waktu dipaskan menggunakan persamaan (2.4) untuk memperoleh nilai

percepatan kaleng. Langkah-langkah menentukan posisi, kecepatan dan

mengukur percepatan kaleng adalah sebagai berikut:

1. Menentukan posisi dan kecepatan kaleng

Cara menentukan posisi dan kecepatan kaleng menggunakan software

LoggerPro adalah sebagai berikut:

a. Program LoggerPro dibuka, lalu pilih menu Insert dan Movie yang

diberti tanda merah pada gambar 3.2.


34

Gambar 3.2 Tampilan awal pada LoggerPro sebelum hasil rekaman video dimasukan.

b. Untuk menganalisa video digunakan ikon video analysis yang terletak

di sebelah kanan bawah yang diberi tanda bulat merah pada gambar

3.3.

Gambar 3.3 Ikon video analysis untuk menganalisa video

c. Untuk menentukan ukuran yang sesungguhnya digunakan ikon set

scale dan untuk mengambil data digunakan ikon add point. Secara

berturut-turut ditandai dengan lingkaran biru dan merah pada gambar

3.4.


35

Gambar 3.4 Ikon set scale untuk menentukan ukuran sesungguhnya dan add point untuk mengambil data.

d. Untuk memberikan set scale, ditarik garis dari ujung skala ke ujung

yang lainnya (ditunjukan dengan garis berwarna hijau). Kemudian

nilai jarak sesungguhnya dimasukkan pada kotak isian scale yang

ditunjukan pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Pemberian garis set scale dan kotak isian scale ukuran panjang sesungguhnya.

e. Saat titik-titik pada bagian kaleng diberikan (ditunjukan dengan panah

berwarna kuning) secara otomatis akan muncul titik-titik yang

membentuk grafik pada posisi horizontal (x) dan posisi vertikal (y)


36

ditunjukan secara berturut-turut dengan panah berwarna merah dan

hijau pada gambar 3.6. selanjutnya titik-titik yang digunakan adalah

titi-titik data pada posisi horizontal (x) yang berwarna merah.

Gambar 3.6. Titik-titik yang membentuk grafik pada posisi horizontal (x) dan posisi vertikal (y)

f. Titik-titik data vertikal dapat dihilangkan dengan mengklik pada

bagian kiri grafik. Kemudian pilih titik-titik data untuk sumbu

horizontal. Sehingga grafik yang akan ditampilkan adalah grafik

hubungan posisi horizontal terhadap waktu yang ditunjukan pada

gambar 3.7.

Gambar 3.7. Grafik hubungan posisi horizontal terhadap waktu


37

g. Untuk menampilkan data kecepatan dari hasil analisi video. Dilakukan

dengan cara mengklik kiri pada bagian grafik, kemudian memilih data

kecepatan horizontal. Sehingga grafik yang akan ditampilkan adalah

grafik hubungan kecepatan terhadap waktu yang ditunjukan pada

gambar 3.8.

Gambar 3.8. Grafik hubungan posisi horizontal terhadap waktu

2. Mengukur percepatan kaleng

Data yang diperoleh dari analisa video tidak hanya terbatas pada

waktu dan posisi. Dari analisa video tersebut juga diperoleh data

kecepatan. Sehingga dapat ditampilkan grafik hubungan kecepatan

terhadap waktu. Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu dipaskan

menggunakan persamaan (2.4) untuk memperoleh nilai percepatan kaleng

untuk setiap variasi massa air. Langkah-langkah untuk memperoleh nilai

percepatan kaleng untuk setiap variasi massa air adalah sebagai berikut:

a. Untuk memperoleh nilai percepatan, grafik kecepatan terhadap waktu

dipaskan. Grafik kecepatan terhadap waktu difit menggunakan

persamaan (2.4). Karena hasil fitting menggunakan persamaan (2.4)


38

berupa garis linear, fitting data dapat langsung digunakan dengan

mengklik ikon linear fit di bagian atas yang ditandai dengan lingkaran

berwarna merah pada gambar 3.9.

Gambar 3.9. Ikon linear fit untuk mengepaskan grafik kecepatan terhadap waktu

b. Setelah dipaskan akan muncul nilai gradien dari grafik yang

merupakan nilai percepatan rata-rata yang ditunjukan pada gambar

3.10

Gambar 3.10. Nilai gradien grafik kecepatan terhadap waktu


39

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian

Hasil penelitian ini dibagi menjadi empat bagian yaitu posisi,

kecepatan dan percepatan kaleng kosong yang bergerak menuruni bidang

miring; pengaruh massa air terhadap posisi, kecepatan dan percepatan

kaleng yang bergerak menuruni bidang miring; pengaruh sudut bidang

miring terhadap posisi, kecepatan dan percepatan kaleng berisi air yang

bergerak menuruni bidang miring; serta pengaruh massa kelereng terhadap

percepatan kaleng yang menuruni bidang miring. Posisi, kecepatan dan

nilai percepatan kaleng diperoleh dengan menganalisis video kaleng yang

bergerak menuruni bidang miring. Sebelum melakukan proses

perekamam, kaleng yang akan digunakan harus diukur massa dan jari-

jarinya. Pengukuran massa kaleng sangat penting karena dengan

mengetahui massa kaleng akan membantu mengukur massa air dan massa

kelereng di dalam kaleng. Massa dan jari-jari kaleng yang digunakan

dalam penelitian ini adalah 13,5 gram dan 33,92 ± 0,04 mm.

1. Posisi, kecepatan dan percepatan kaleng kosong yang bergerak

menuruni bidang miring

Kaleng kosong bermassa 13,5 gram dan berjari-jari 33,92 ±

0,04 mm diluncurkan diatas bidang miring yang telah diatur sudut

kemiringan sebesar 40 dan direkam menggunakan kamera video. Hasil


40

rekaman video dianalisis menggunakan software pengolah video

Logger Pro. Hasil analisis rekaman video yang diperoleh berupa data

hubungan posisi terhadap waktu dan data hubungan kecepatan

terhadap waktu. Grafik hubungan posisi terhadap waktu dan grafik

hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng kosong yang

bergerak menuruni bidang miring dengan sudut kemiringan 40

disajikan pada gambar 4.1 dan gambar 4.2.

Gambar 4.1 Grafik hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng kosong yang bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40.

Gambar 4.2 Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng kosong yang bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40


41

Grafik hubungan posisi terhadap waktu dan grafik hubungan kecepatan

terhadap waktu untuk kaleng yang berisi air dan kelereng diperoleh

dengan cara yang sama.

Untuk mengamati gerakan kaleng kosong dapat dilakukan

dengan berbagai cara. Salah satunya dengan melihat nilai percepatan

kaleng kosong. Semakin besar nilai percepatan kaleng kosong, maka

perubahan kecepatannya juga semakin besar. Nilai percepatan kaleng

kosong diperoleh dengan mengepaskan grafik hubungan kecepatan

terhadap waktu untuk kaleng kosong yang bergerak menuruni bidang

miring yang diperoleh dari analisa video. Grafik hubungan kecepatan

terhadap waktu untuk kaleng kosong menuruni bidang miring dipaskan

menggunakan persamaan (2.4) dan diperoleh nilai percepatan kaleng

kosong disajikan pada gambar 4.3.

Gambar 4.3. Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng kosong yang bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40 yang

dipaskan. Hasil fitting data (hitam) dan titik-titik data (biru).

Pada gambar 4.3, dapat dilihat nilai m atau gradien dari grafik

hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng kosong menuruni


42

bidang miring dengan sudut kemiringan 40. Dengan mengikuti

persamaan (2.4) nilai m pada grafik merupakan nilai percepatan kaleng

kosong. Pada gambar 4.3 diperoleh nilai percepatan keleng kosong

sebesar 0,3303 m/s2. Nilai percepatan kaleng untuk kaleng yang berisi

air dan kelereng diperoleh dengan cara yang sama.

2. Pengaruh massa air terhadap posisi, kecepatan dan percepatan

kaleng yang bergerak menuruni bidang miring

Kaleng kosong yang sama diisi dengan air dan diluncurkan di

atas bidang miring yang telah diatur sudut kemiringan sebesar 40

kemudian direkam menggunakan kamera video. Massa air di dalam

kaleng divariasikan. Variasi massa air mulai dari 1 gram sampai 350

gram. Dengan cara yang sama, diperoleh grafik hubungan posisi

terhadap waktu, grafik hubungan kecepatan terhadap waktu dan nilai

percepatan kaleng untuk setiap variasi massa air.

Sebagai contoh, kaleng yang diisi air dengan massa 5 gram

direkam dan dianalisis. Dari hasil analisis diperoleh grafik hubungan

posisi terhadap waktu, grafik hubungan kecepatan terhadap waktu dan

nilai percepatan untuk kaleng yang berisi air 5 gram. Grafik hubungan

posisi terhadap waktu untuk kaleng yang berisi air 5 gram

dibandingkan dengan grafik hubungan posisi terhadap waktu untuk

kaleng kosong. Perbandingan ini dilakukan untuk melihat pengaruh air

terhadap gerakan kaleng menuruni bidang miring. Perbandingan grafik


43

posisi terhadap waktu untuk kaleng kosong dan kaleng yang berisi air

5 gram bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40 disajikan

pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng kosong (kotak) dan kaleng diisi air sebanyak 5 gram (lingkaran) bergerak menuruni

bidang miring dengan sudut 40.

Pada gambar 4.4 dapat dilihat bahwa grafik hubungan posisi terhadap

waktu kaleng berisi air 5 gram (lingkaran) lebih landai dibandingkan

kaleng kosong (kotak). Bentuk grafik hubungan posisi terhadap waktu

ini menunjukan besarnya kenaikan kecepatan kaleng. Dengan

demikian dapat dikatakan bahwa kecepatan akhir kaleng yang diisi air

5 gram lebih kecil dibandingkan dengan kecepatan akhir kaleng

kosong.

Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng yang

berisi air 5 gram juga dibandingkan dengan grafik hubungan kecepatan

terhadap waktu untuk kaleng kosong. Perbandingan ini dilakukan

untuk melihat pengaruh air bermassa 5 gram terhadap gerakan kaleng


44

menuruni bidang miring. Perbandingan grafik kecepatan terhadap

waktu untuk kaleng kosong dan kaleng yang berisi air 5 gram bergerak

menuruni bidang miring dengan sudut 40 disajikan pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng kosong

(kotak) dan kaleng diisi air sebanyak 5 gram (segitiga) bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40.

Dari gambar 4.5 dapat dilihat bahwa perubahan kecepatan untuk

kaleng yang berisi air 5 gram lebih kecil daripada kaleng kosong.

Dengan cara yang sama diperoleh nilai percepatan kaleng

menuruni bidang miring untuk setiap massa air. Nilai percepatan

kaleng untuk setiap massa air akan berbeda-beda. Perbedaan ini karena

massa air akan mempengaruhi energi potensial dari sistem kaleng diisi

air. Karena massa air bervariasi maka energi potensial sistem juga

bervariasi, tergantung dari jumlah massa air di dalam kaleng.

Perbedaan ini karena massa air di dalam kaleng mempengaruhi

nilai momen inersia sehingga berdampak kepada gerakan kaleng

menuruni bidang miring. Data percepatan kaleng yang berisi air untuk


45

semua variasi massa air pada sudut kemiringan 40 dapat dilihat pada

tabel 4.1 di bawah ini.

Tabel 4.1. Hubungan percepatan rata-rata (m/s2) terhadap massa air

(gram) untuk kaleng bermassa 13,5 gram dan berjari-jari 33,92 ± 0,04

mm yang bergerak di atas bidang miring dengan besar sudut 40

No. Massa air (gram) Percepatan (m/s2) 1 0 0,3303 2 1 0,2127 3 2 0,2232 4 3 0,1790 5 4 0,1283 6 5 0,1107 7 6 0,1482 8 7 0,1214 9 8 0,1485 10 9 0,1459 11 10 0,1354 12 11 0,1560 13 12 0,1562 14 13 0,1621 15 14 0,1858 16 15 0,1789 17 16 0,1723 18 17 0,1978 19 18 0,2026 20 19 0,2105 21 20 0,2186 22 21 0,2165 23 22 0,2104 24 23 0,2308 25 24 0,2354 26 25 0,2441 27 26 0,2396 28 27 0,2545 29 28 0,2369 30 29 0,2613 31 30 0,2634 32 31 0,2677 33 32 0,2820 34 33 0,2936 35 34 0,3000


46

36 35 0,2950 37 36 0,2901 38 37 0,3067 39 38 0,3017 40 39 0,3178 41 40 0,3145 42 41 0,3176 43 42 0,3231 44 43 0,3296 45 44 0,3207 46 45 0,3273 47 46 0,3309 48 47 0,3386 49 48 0,3464 50 49 0,3416 51 50 0,3339 52 55 0,3569 53 60 0,3857 54 65 0,3705 55 70 0,3968 56 75 0,3919 57 80 0,4136 58 85 0,4304 59 90 0,4312 60 95 0.4315 61 100 0,4560 62 150 0,4901 63 200 0,5238 64 250 0,5601 65 300 0,5517 66 350 0,6203

Dari data pada tabel 4.1 dapat dibuat ke dalam grafik hubungan

percepatan terhadap massa air untuk kaleng yang bergerak menuruni

bidang miring dengan sudut kemiringan 40 disajikan pada gambar 4.6.


47

Gambar 4.6. Grafik hubungan antara percepatan terhadap massa air untuk

kaleng yang bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40.

Pada gambar 4.6 dapat dilihat grafik hubungan percepatan

terhadap massa air untuk sudut kemiringan 40. Dari grafik tersebut

dapat dilihat untuk kaleng kosong memiliki nilai percepatan tertentu.

Setelah air dimasukan ke dalam kaleng dan ditambahkan sampai

penuh, nilai percepatan kemudian turun dengan curam sampai pada

titik tertentu kemudian naik cukup curam dan setelah sampai titik

tertentu kenaikan mulai melandai. Perubahan nilai percepatan ini

terjadi karena massa air di dalam kaleng mempengaruhi momen inersia

dan terjadi perubahan energi di dalam sistem.

3. Pengaruh sudut bidang miring terhadap posisi, kecepatan dan

percepatan kaleng berisi air yang bergerak menuruni bidang

miring

Penelitian juga dilakukan pada bidang miring dengan sudut

kemiringan 60 dan 80. Kaleng yang meluncur diatas bidang miring


48

dengan sudut kemiringan 60 dan 80 dibuat dalam keadaan yang sama

ketika meluncur di atas bidang miring dengan sudut 40. Untuk melihat

pengaruh sudut bidang miring terhadap posisi, kecepatan dan

percepatan kaleng yang berisi air bergerak menuruni bidang miring,

hasil dari setiap sudut dibandingkan. Contohnya untuk variasi massa

air 0 gram atau kaleng kosong, grafik posisi terhadap waktu dan grafik

hubungan kecepatan terhadap waktu dibandingkan untuk setiap variasi

sudut.

Cara yang sama digunakan untuk mendapatkan grafik

hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng berisi air 0 gram

menuruni bidang miring pada sudut kemiringan 60 dan 80. Dari data

hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng yang berisi air 0 gram,

grafik hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng yang berisi air 0

gram menuruni bidang miring pada sudut kemiringan 40, 60, dan 80

dibandingkan dan disajikan pada gambar 4.7.

Gambar 4.7 Grafik hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng kosong bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40 (segitiga), sudut 60

(lingkaran) dan sudut 80 (persegi).


49

Pada gambar 4.7 dapat dilihat bahwa grafik hubungan posisi terhadap

waktu kaleng yang diisi air dengan massa 0 gram bergerak menuruni

bidang miring dengan sudut 80 lebih curam dibandingkan dengan sudut

60 dan 40. Sementara grafik hubungan posisi terhadap waktu kaleng

yang diisi air sebanyak 0 gram bergerak menuruni bidang miring

dengan sudut 60 lebih curam dibandingkan dengan sudut 40.

Selain membandingkan grafik hubungan posisi terhadap waktu

untuk kaleng berisi air 0 gram menuruni bidang miring pada sudut

kemiringan 40, 60 dan 80, juga dibandingkan grafik hubungan

kecepatan terhadap waktu untuk kaleng berisi air 0 gram menuruni

bidang miring pada sudut yang sama. Dengan cara yang sama

diperoleh grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng

berisi air 0 gram menuruni bidang miring pada sudut kemiringan 60

dan 80. Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng yang

berisi air 0 gram pada sudut 40, 60 dan 80 yang diperoleh dibandingkan

dan disajikan pada gambar 4.8.


50

Gambar 4.8 Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng kosong bergerak menuruni bidang miring dengan sudut 40 (segitiga), sudut 60

(lingkaran) dan sudut 80 (persegi).

Dari gambar 4.8 dapat dilihat bahwa perubahan kecepatan pada grafik

hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng yang diisi air

dengan massa 0 gram bergerak menuruni bidang miring dengan sudut

80 lebih besar dibandingkan dengan sudut 60 dan 40.

Cara yang sama digunakan untuk memperoleh nilai percepatan

kaleng yang berisi air 0 gram untuk sudut 60 dan 80. Nilai percepatan

kaleng yang berisi air 0 gram untuk sudut 40, 60, dan 80 dapat dilihat

pada tabel 4.2.

Tabel 4.2 Nilai percepatan kaleng pada sudut 40, 60, dan 80 untuk

kaleng yang diisi air sebanyak 0 gram

No. Sudut Percepatan (m/s2) 1 40 0,3303 2 60 0,4920 3 80 0,6737


51

Dari tabel 4.2 dapat dilihat bahwa semakin besar sudut bidang miring

maka nilai percepatan kaleng juga semakin besar.

Cara yang sama digunakan untuk menentukan percepatan

kaleng untuk semua massa air pada sudut 60 dan 80. Dari nilai

percepatan kaleng untuk semua massa air yang sudah diperoleh, dapat

ditampilkan grafik hubungan percepatan terhadap massa air untuk

sudut 4, sudut 60 dan sudut 80 secara bersamaan yang disajikan pada

gambar 4.9.

Gambar 4.9. Grafik hubungan antara percepatan terhadap massa air untuk kaleng yang bergerak di atas bidang miring dengan besar sudut 40 (merah)

sudut 60 ( biru) dan sudut 80 (hijau).

Pada gambar 4.9 dapat dilihat grafik hubungan percepatan

terhadap massa air untuk sudut kemiringan sudut 40 (merah) sudut 60

(biru) dan sudut 80 (hijau). Pola dari ketiga grafik tersebut dapat

dikatakan hampir sama. Tetapi nilai percepatan untuk satu variasi

massa pada masing-masing sudut berbeda. Nilai percepatan untuk


52

sudut 80 (hijau) lebih besar dibandingkan nilai percepatan pada sudut

40 (merah) dan sudut 60 (biru). Hal ini menunjukan semakin besar

sudut bidang miring, maka nilai percepatan kaleng juga semakin besar.

4. Pengaruh massa kelereng terhadap percepatan kaleng yang

menuruni bidang miring

Untuk meneliti lebih lanjut mengenai gerakan air di dalam

kaleng, penelitian juga dilakukan dengan mengganti air dengan

kelereng sebagai isian kaleng. Kelereng digunakan sebagai isian

kaleng karena ketika kelereng dimasukan ke dalam kaleng, posisi

kelereng cenderung berada di bawah. Keadaan tersebut sama ketika

kaleng berisi air dalam jumlah yang banyak. Jumlah kelereng yang

dimasukan ke dalam kaleng mulai dari 1 kelereng sampai 10 kelereng.

Karena setiap massa kelereng yang digunakan berbeda-beda, maka

maka massa kelereng yang dimasukan ke dalam kaleng harus

ditimbang.

Kaleng yang berisi kelereng diluncurkan di atas bidang miring

dengan sudut kemiringan 40, 60 dan 80. Dengan cara yang sama

diperoleh grafik hubungan posisi terhadap waktu, grafik hubungan

kecepatan terhadap waktu dan percepatan kaleng untuk semua variasi

massa kelereng pada bidang miring dengan sudut 40, 60 dan 80. Untuk

melihat apakah pengaruh kelereng yang dimasukan ke dalam kaleng

sama dengan kaleng yang berisi air dalam jumlah yang banyak, maka


53

dapat dibuat grafik hubungan percepatan terhadap massa kelereng

untuk kaleng yang bergerak di atas bidang miring dengan sudut

kemiringan 40, 60 dan 80 yang disajikan pada gambar 4.10.

Gambar 4.10. Grafik hubungan antara percepatan terhadap massa kelereng untuk kaleng yang bergerak di atas bidang miring dengan besar sudut 40

(merah) sudut 60 ( biru) dan sudut 80 (hijau)

B. Pembahasan

Pada penelitian ini dilakukan analisis gerak kaleng yang

diluncurkan di atas bidang miring. Kaleng diluncurkan di atas bidang

miring yang besar sudut kemiringannya diatur sebesar 40, 60 dan 80.

Kaleng yang diluncurkan dibuat dalam tiga keadaan yang berbeda, yaitu

kaleng dalam keadaan kosong, kaleng diisi air dan kaleng diisi kelereng.

Massa air dan kelereng di dalam kaleng divariasi. Seluruh gerakan kaleng

dimulai dari diam sampai menggelinding ke ujung bawah bidang miring

direkam dengan menggunakan kamera video.

Penggunaan video dimaksudkan untuk memperoleh data posisi dan

kecepatan kaleng. Penggunaan video juga dapat mengatasi kendala kurang


54

tepat dalam mengukur jarak antara photogate yang telah ditentukan. Selain

itu, dengan menggunakan video ekperimen ini menjadi lebih murah untuk

dilakukan bila dibandingkan menggunakan photogate dan laser karena

harga photogate dan laser cukup mahal. Selain itu, tidak semua sekolah

atau universitas memiliki photogate dan laser. Kelebihan lainnya dengan

menggunakan video adalah semua proses kaleng menggelinding dari ujung

atas hingga ujung bawah bidang miring dapat direkam. Hal ini tentunya

berbeda jika menggunakan photogate dan laser yang terbatas mendapakan

data pada daerah yang telah ditentukan.

Dengan menggunakan kamera video, dapat diperoleh data posisi

dan kecepatan untuk kaleng bergerak menuruni bidang miring yang tidak

bisa diperoleh jika menggunakan photogate atau laser. Jika menggunakan

photogate, data yang diperoleh terbatas pada waktu dan kecepatan rata-

rata kaleng diantara dua photogate atau laser. Sementara dengan

menggunakan kamera video, dapat diperoleh data posisi dan kecepatan

sesaat kaleng selama bergerak menuruni bidang miring.

Video bisa digunakan di dalam proses belajar di sekolah.

Contohnya pada praktikum tentang GLB dan GLBB. Ketika melakukan

praktikum ini, siswa menggunakan tiker timer untuk mendapatkan titik

jejak gerakan benda. Hal ini sama dengan cara pada penelitian yaitu

memberi titik jejak pada kaleng yang bergerak menuruni bidang miring,

sehingga dengan menggunakan video murid-murid dapat memperoleh

hasil yang sama ketika menggunakan tiker timer. Selain memperoleh hasil


55

yang sama, murid-murid juga bisa lebih fokus terhadap gejala yang terjadi

daripada fokus mencari data. Pengetahuan murid-murid juga bertambah

mengenai penggunaan software pengolah video LoggerPro.

Video dapat digunakan untuk menggantikan photogate atau laser

sebagai alat penelitian atau praktikum. Dengan menggunakan video, data

yang diperoleh juga bisa langsung diolah. Keunggulan lain menggunakan

video selain memperoleh data yang sama dengan menggunakan photogate

dan laser juga diperoleh rekaman kejadian atau gejala yang diteliti,

sehingga apabila data yang diperoleh tidak sesuai dengan yang diharapkan,

dapat dilihat kembali pada rekaman video gejala tersebut.

Sebelum kaleng digelindingkan di atas bidang miring dan direkam

menggunakan kamera video, massa dan jari-jari kaleng kosong diukur

terlebih dahulu. Massa kaleng kosong ditimbang dengan menggunakan

neraca ohaus. Dari hasil pengukuran diperoleh massa kaleng kosong

sebesar 13,5 gram. Setelah massa kaleng ditimbang, jari-jari kaleng

kosong juga diukur menggunakan analisa foto dengan software

LoggerPro. Dari hasil pengukuran diperoleh nilai jari-jari kaleng sebesar

33,92 ± 0,04 mm. Perhitungan jari-jari dan ralat dapat dilihat pada

lampiran 1.

Hasil rekamam video dianalisis menggunakan software pengolah

video LoggerPro. Dari hasil analisis video ini diperoleh grafik hubungan

posisi terhadap waktu untuk kaleng kosong yang bergerak menuruni

bidang miring dengan sudut kemiringan seebesar 40 yang disajikan pada


56

gambar 4.1. Selain grafik hubungan posisi terhadap waktu, juga diperoleh

grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng kosong bergerak

menuruni bidang miring yang disajikan pada gambar 4.2.

Untuk mengamati gerakan kaleng kosong dapat dilakukan dengan

berbagai cara. Salah satunya dengan melihat nilai percepatan kaleng

kosong. Semakin besar nilai percepatan kaleng kosong, maka perubahan

kecepatannya juga semakin besar. Nilai percepatan kaleng kosong

diperoleh dengan mengepaskan grafik hubungan kecepatan terhadap

waktu untuk kaleng kosong bergerak menuruni bidang miring dengan

menggunakan persamaan (2.4). Setelah dipaskan akan diperoleh gradien

dari grafik tersebut. Nilai gradien yang diperoleh pada grafik merupakan

nilai percepatan rata-rata kaleng kosong. Nilai percepatan kaleng kosong

yang diperoleh adalah 0,3303 m/s2.

Setelah hasil diperoleh data untuk kaleng kosong, penelitian

dilanjutkan dengan mengisi kaleng kosong dengan air. Massa air di dalam

kaleng divariasikan. Variasi massa air dimulai dari 1 gram sampai 350

gram. Untuk memvariasi massa air di dalam kaleng, digunakan neraca

ohaus dan suntikan. Contohnya, ketika variasi massa air di dalam kaleng

sebesar 1 gram, hal yang harus dilakukan pertama kali adalah skala pada

neraca ohaus diatur pada angka 14,5 gram. Skala pada neraca ohaus diatur

pada angka 14,5 gram karena massa kaleng kosong yang digunakan adalah

13,5 gram, sedangkan massa air di dalam kaleng yang diinginkan adalah 1

gram. Sehingga massa total kaleng dan air yang terukur harus 14,5 gram.


57

Setelah skala pada neraca ohaus diatur pada skala 14,5 gram, kaleng

kosong diletakan diatas timbangan dan mulai diisi air. Untuk mengisi air

ke dalam kaleng, digunakan suntikan. Suntikan digunakan agar air yang

masuk ke dalam kaleng tidak langsung banyak tetapi tetes demi tetes. Air

terus ditambahkan ke dalam kaleng sampai ujung pada neraca ohaus

sejajar dengan acuannya.

Ketika massa air di dalam kaleng sudah terukur 1 gram, lubang

pada bagian atas kaleng ditutup dengan selotip. Massa selotip yang

digunakan untuk menutup lubang pada bagian atas kaleng adalah 0,032 ±

0,002 gram. Setelah lubang pada bagian atas kaleng ditutup dengan

selotip, kaleng diletakkan dengan posisi tidur seperti gambar silinder

kosong pada gambar 2.7. Kemudian kaleng didiamkan selama kurang

lebih 30 menit dalam keadaan tidur. Hal ini dilakukan agar posisi air yang

pada saat ditimbang berada di bagian bawah kaleng, akan berubah posisi

menjadi tersebar rata di bagian dinding kaleng yang bersentuhan dengan

bidang miring.

Massa selotip yang digunakan pada penelitian ini adalah 0,032 ±

0,002 gram. Karena selotip menempel pada kaleng, maka massa total

kaleng dan air tidak tepat 14,5 gram, tetapi ditambah dengan massa

selotip. Hal ini berlaku untuk semua variasi massa air dan variasi massa

kelereng pada sudut 40, 60 dan 80. Jika dibandingkan antara massa selotip

dengan air dan kaleng, massa selotip dapat dikatakan sangat kecil. Karena


58

massa selotip yang sangat kecil, maka massa selotip tersebut dapat

diabaikan.

Dengan cara yang sama pada kaleng kosong diperoleh data posisi,

kecepatan dan percepatan pada kaleng yang berisi air 5 gram. Untuk

melihat pengaruh air yang dimasukan ke dalam kaleng, grafik hubungan

posisi terhadap waktu untuk kaleng berisi air 5 gram dibandingkan dengan

grafik hubungan posisi terhadap waktu untuk kaleng kosong. Dari grafik

hubungan posisi terhadap waktu pada gambar 4.4 dapat dilihat bahwa pada

selang waktu yang sama perubahan posisi pada kedua eksperimen gerakan

kaleng berbeda. Perubahan posisi kaleng yang berisi air 5 gram lebih kecil

dibandingkan dengan perubahan posisi kaleng kosong. Perubahan posisi

kaleng setiap satuan waktu menunjukan kecepatan kaleng. Ketika kaleng

dalam keadaan kosong dan diletakkan di ujung atas bidang miring, total

energi mekanik sama dengan energi potensial kaleng. Pada saat kaleng

menuruni bidang miring kaleng akan mengalami gerak translasi dan rotasi

secara bersamaan. Hal ini menyebabkan energi potensial kaleng diubah

menjadi energi kinetik translasi dan energi kinetik rotasi. Energi potensial

kaleng akan terus berkurang sampai menjadi nol yaitu ketika kaleng

mencapai dasar bidang miring, sementara energi kinetik translasi dan

rotasi akan terus bertambah dan mencapai nilai maksimum ketika

mencapai dasar bidang miring.

Keadaan pada kaleng kosong akan berbeda dengan kaleng yang

berisi air 5 gram. Ketika kaleng yang beriisi air 5 gram diletakkan di ujung


59

atas bidang miring, total energi mekanik pada sistem kaleng berisi air 5

gram adalah jumlah dari energi potensial kaleng dan energi potensial air.

Pada saat kaleng berisi air 5 gram menuruni bidang miring, energi

potensial kaleng dan air diubah menjadi energi kinetik translasi kaleng,

energi kinetik rotasi kaleng, energi kinetik translasi air dan energi kinetik

rotasi air. Karena air di dalam kaleng bergerak, timbul gesekan antara air

dan kaleng. Gesekan ini menghambat gerakan kaleng. Karena gerakan

kaleng terhambat maka besar energi kinetik translasi kaleng menjadi kecil

hal ini menyebabkan perubahan posisi kaleng yang berisi air 5 gram

menjadi lebih kecil dibandingkan dengan perubahan posisi kaleng kosong.

Pada gambar 4.5 juga menunjukan hal yang sama. Perubahan kecepatan

pada kaleng yang berisi air 5 gram lebih kecil daripada perubahan

kecepatan pada kaleng kosong.

Untuk mengamati gerakan kaleng yang diisi air, dapat dilakukan

dengan membandingkan percepatan kaleng untuk semua variasi massa air.

Percepatan kaleng dapat dijadikan indikator dalam menentukan gerakan

kaleng menuruni bidang miring. Semakin besar nilai percepatan kaleng

menuruni bidang miring, maka gerakan kaleng juga akan semakin cepat.

Ketika percepatan kaleng untuk semua variasi massa dibandingkan, akan

terlihat pengaruh massa air terhadap nilai percepatan kaleng.

Dari grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk semua

massa air dapat diperoleh nilai percepatan kaleng untuk semua variasi

massa air. Nilai percepatan untuk semua variasi massa air untuk bidang


60

miring dengan besar sudut 40 disajikan dalam tabel 4.1. Dari data di dalam

tabel 4.1 dapat dilihat bahwa nilai percepatan untuk setiap massa air

berbeda. Data pada tabel 4.1 kemudian dibuat ke dalam grafik hubungan

kecepatan terhadap massa air untuk kaleng yang bergerak menuruni

bidang miring dengan sudut kemiringan 40 disajikan pada gambar 4.6.

Pada gambar 4.6 dapat dilihat grafik hubungan percepatan terhadap

massa air untuk bidang miring dengan besar sudut 40. Dari grafik tersebut

dapat dilihat untuk kaleng kosong memiliki nilai percepatan tertentu.

Setelah air dimasukan ke dalam kaleng dan ditambahkan sampai penuh,

nilai percepatan kemudian turun dengan curam sampai pada titik tertentu

kemudian naik cukup curam dan setelah sampai titik tertentu kenaikan

mulai melandai.

Ketika massa air di dalam kaleng kurang dari 5 gram, jumlah air di

dalam kaleng sedikit. Pada keadaan ini distribusi air di dalam kaleng sulit

diprediksi. Air dapat menempel pada dinding kaleng sehingga ketika

kaleng mulai menuruni bidang miring air juga akan mulai naik ke atas

mengikuti dinding kaleng yang menggelinding. Ketika air mulai naik, air

yang menempel pada dinding kaleng akan meluncur ke bagian dinding

kaleng yang bersentuhan dengan permukaan bidang miring. Hal ini

menyebabkan air mengalami gerak rotasi. Ketika air mengalami gerak

rotasi, muncul gesekan antara air dengan permukaan kaleng. Gesekan

tersebut menghambat gerakan kaleng, sehingga gerakan kaleng melambat.

Hal ini menyebabkan kecepatan kaleng menjadi berkurang.


61

Ketika massa air di dalam kaleng antara 5 sampai 45 gram, nilai

percepatan kaleng mulai naik dengan cukup curam. Walaupun percepatan

kaleng terlihat naik dengan cukup curam, kaleng pada keadaan ini tetap

mengalami perlambatan. Perlambatan ini dapat dilihat dengan

membandingkan nilai percepatan kaleng kosong dengan kaleng berisi air

dengan massa kurang dari 45 gram. Ketika kaleng dalam keadaan kosong,

nilai percepatan kaleng adalah 0,3303 m/s2, sementara nilai percepatan

kaleng yang berisi air dengan massa 1 gram sampai 45 gram lebih kecil

dari nilai percepatan kaleng kosong. Hal ini menunjukan bahwa kaleng

yang berisi air dengan massa kurang dari 45 gram mengalami perlambatan

karena gerakan osilasi air di dalam kaleng. Tetapi besar perlambatan yang

diberikan oleh air berbeda-beda untuk setiap variasi massa air.

Ketika massa air di dalam kaleng antara 45 sampai 100 gram, nilai

percepatan kaleng masih naik dengan cukup curam tetapi nilai

percepatannya lebih besar dari kaleng kosong. Pada keadaan ini jumlah air

di dalam kaleng cukup banyak, sehingga ketika kaleng mulai menuruni

bidang miring ada sebagian air yang posisinya tetap berada di bawah dan

ada air yang bergerak naik dan meluncur. Hal ini menyebabkan energi

kinetik translasi kaleng mulai besar dibandingkan dengan kaleng yang

berisi air kurang dari 45 gram. Energi kinetik translasi kaleng yang mulai

besar ini mengakibatkan kaleng bergerak lebih cepat, sehingga percepatan

yang dimiliki kaleng juga semakin besar.


62

Ketika massa air di dalam kaleng antara 100 gram sampai 350

gram, nilai percepatan kaleng mulai mendatar. Hal ini terjadi karena pada

keadaan ini posisi air di dalam kaleng cenderung berada di bawah,

sehingga gaya gesek yang timbul menjadi lebih kecil dibandingkan dengan

kaleng yang berisi air kurang dari 45 gram. Jumlah air yang semakin

banyak mengakibatkan jumlah energi potensial total dari sistem ini

semakin besar. Hal ini menyebabkan energi yang berubah menjadi energi

kinetik translasi kaleng juga semakin besar.

Selain mempengaruhi perubahan energi, penambahan massa air

juga mempengaruhi nilai momen inersia. Ketika kaleng kosong nilai

momen inersia dari keadaan ini adalah 0,9 MR2, sedangkan ketika kaleng

berisi air 350 gram memiliki nilai momen inersia 0,5 MR2. Kaleng berisi

air 350 gram memiliki nilai momen inersia 0,5 MR2 karena keadaan

kaleng pada saat ini sama seperti silinder pejal. Maka nilai momen

inersianya juga sama dengan silinder pejal. Karena nilai numerik I/MR2

untuk kaleng berisi air 350 gram lebih kecil daripada kaleng kosong, maka

kaleng yang berisi air 350 gram akan lebih cepat sampai ke dasar bidang

miring dibandingkan kaleng kosong.

Dari grafik hubungan massa air terhadap percepatan pada gambar

4.6 dapat dilihat bahwa hasil yang diperoleh sejalan dengan hasil

penelitian Jackson dkk. Pada penelitian Jackson, grafik yang ditampilkan

adalah grafik hubungan waktu terhadap massa air. Dari pola grafik

tersebut dapat dilihat ketika massa air berada di antara titik 5 gram sampai


63

20 gram, waktu yang dibutuhkan kaleng berisi air menuruni bidang miring

menjadi lebih lama. Dari hasil yang ditampilkan pada gambar 4.6, pada

variasi massa air antara 1 gram sampai 20 gram nilai percepatan kaleng

berisi air menjadi lebih kecil dari percepatan kaleng kosong. Kedua data

tersebut saling berkaitan. Ketika waktu yang dibutuhkan kaleng menuruni

bidang miring menjadi lebih lama, maka gerakan kaleng menjadi pelan

dan kecepatannya kecil. Ketika kecepatan yang dialami kaleng kecil maka

percepatan yang dialami kaleng juga kecil. Hal ini sesuai dengan grafik

pada gambar 4.6.

Setelah memperoleh hasil pengaruh air terhadap kaleng yang

meluncur diatas bidang miring dengan sudut kemiringan 40, penelitian

dilanjutkan dengan mengubah sudut bidang miring menjadi 60 dan 80.

Tujuan menganti sudut bidang miring menjadi 60 dan 80 adalah untuk

melihat pengaruh sudut bidang miring terhadap posisi, kecepatan dan

percepatan kaleng kosong dan kaleng berisi air. Untuk melihat pengaruh

sudut bidang miring, hasil dari setiap sudut dibandingkan. Contohnya

untuk variasi massa air 0 gram atau kaleng kosong, grafik posisi terhadap

waktu dan grafik hubungan kecepatan terhadap waktu dibandingkan untuk

setiap variasi sudut. Dari grafik hubungan posisi terhadap waktu pada

gambar 4.7 dapat dilihat bahwa grafik hubungan posisi terhadap waktu

kaleng yang diisi air sebanyak 0 gram bergerak menuruni bidang miring

dengan sudut 80 lebih curam dibandingkan dengan sudut 60 dan 40.

Kecuraman bentuk grafik hubungan posisi terhadap waktu ini menunjukan


64

besarnya kenaikan kecepatan kaleng. Dengan demikian dapat dikatakan

bahwa kecepatan akhir kaleng dipengaruhi oleh besarnya sudut bidang

miring. Semakin besar sudut bidang miring, maka perubahan kecepatan

kaleng menuruni bidang miring juga akan semakin besar.

Pada tabel 4.2 dapat dilihat bahwa percepatan kaleng berisi air 0

gram pada sudut 80 lebih besar dibandingkan percepatan pada sudut 60 dan

40. Hasil ini sesuai dengan persamaan (2.47). Pada persamaan (2.47) dapat

dilihat bahwa besar sudut bidang miring akan mempengaruhi percepatan

kaleng menuruni bidang miring. Semakin besar sudut bidang miring, maka

nilai percepatan kaleng juga semakin besar.

Grafik hubungan percepatan terhadap massa air untuk sudut

kemiringan 60 dan 80 juga diperoleh. Dari tiga variasi sudut bidang miring,

grafik hubungan percepatan terhadap massa air dapat dibandingkan.

Perbandingan grafik hubungan percepatan terhadap massa air dapat dilihat

pada gambar 4.9. Dari gambar 4.9 dapat dilihat bahwa bentuk dari ketiga

grafik tersebut dapat dikatakan hampir sama. Tetapi nilai percepatan untuk

satu variasi massa pada masing-masing sudut berbeda. Nilai percepatan

untuk sudut 80 (hijau) lebih besar dibandingkan nilai percepatan pada

sudut 40 (merah) dan sudut 60 (biru).

Untuk meneliti lebih lanjut tentang gerakan air di dalam kaleng,

air diganti dengan kelereng sebagai isian kaleng. Kelereng digunakan

sebagai isian kaleng dengan tujuan untuk lebih memahami gerakan kaleng

ketika berisi air dalam jumlah yang banyak. Ketika kelereng dimasukan ke


65

dalam kaleng yang bergerak menuruni bidang miring, kelereng cenderung

bergerak di bagian bawah. Keadaan ini sama seperti gerakan air di dalam

kaleng dengan jumlah yang banyak yang cenderung bergerak di bagian

bawah. Untuk keadaan kaleng berisi sedikit air, air dapat diganti dengan

menggunakan timah sebagai isian kaleng. Hal ini karena ketika timah

dimasukkan ke dalam kaleng yang bergerak menuruni bidang miring,

gerakan timah tidak bebas. Timah tidak bergerak dengan bebas karena

permukaannya yang tidak licin. Keadaan ini sama ketika kaleng diisi air

dalam jumlah yang sedikit [Jackson dkk, 1996]. Pada penelitian ini

dibatasi untuk kaleng yang berisi kelereng, belum melakukan penelitian

untuk kaleng yang berisi timah.

Jika gambar 4.9 dan 4.10 dibandingkan, dapat dilihat bentuk grafik

hubungan percepatan terhadap massa kelereng untuk sudut 40, 60, dan 80

sama dengan bentuk grafik hubungan percepatan terhadap massa air untuk

sudut 40, 60, dan 80 ketika massa air di dalam kaleng lebih dari 100 gram.

Ketika massa air di dalam kaleng 100 gram atau lebih, posisi air di dalam

kaleng cenderung berada di bawah. Keadaan ini sama seperti kaleng yang

berisi kelereng. Ketika kaleng diisi kelereng, posisi kelereng di dalam

kaleng selalu berada di bawah. Permukaan kelereng yang licin membuat

kelereng bebas bergerak di dalam kaleng, sama seperti air dengan jumlah

yang banyak di dalam kaleng.

Teori yang digunakan dalam penelitian ini adalah mekanika

Newton. Dalam mekanika Newton, semua benda dianggap sebagai satu


66

partikel atau satu titik. Dengan menggunakan mekanika Newton, gerakan

kaleng yang diisi air dan kelereng yang menuruni bidang miring dapat

dijelaskan. Untuk bisa lebih menjelaskan gerakan kaleng, air, dan kelereng

di dalam kaleng dengan lebih rinci, bisa digunakan teori Lagrangian.

Ketika menggunakan persamaan Lagrangian, setiap partikel dari kaleng,

air dan kelereng lebih diperhitungkan. Karena gerakan kaleng, air dan

kelereng berbeda-beda.

Dalam penelitian ini terdapat kendala yaitu tidak bisa

menggunakan sudut yang lebih besar dari 80. Penggunaan sudut bidang

miring yang besar akan menimbulkan masalah. Masalah tersebut adalah

kaleng yang terekam oleh video akan terlihat kabur atau blur. Hal ini

terjadi karena ketika menggunakan sudut bidang miring yang besar,

gerakan kaleng juga semakin cepat. Hal ini tidak diimbangi dengan

kemampuan kamera untuk merekam gerakan yang cepat. Cara untuk

mengatasi masalah ini adalah menggunakan kamera dengan kemampuan

merekam yang lebih cepat.


67

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan

sebagai berikut:

1. Nilai posisi dan kecepatan kaleng yang bergerak menuruni bidang

miring dapat diperoleh dengan menggunakan kamera video.

2. Nilai percepatan kaleng menuruni bidang miring dapat diperoleh dari

gradien grafik hubungan kecepatan terhadap waktu.

3. Massa air yang kecil memperlambat nilai percepatan kaleng,

sedangkan massa air dalam jumlah yang besar mempercepat nilai

percepatan kaleng.

4. Massa kelereng yang kecil mempercepat nilai percepatan kaleng,

sedangkan massa kelereng yang besar memperlambat nilai percepatan

kaleng.

5. Semakin besar sudut bidang miring maka percepatan kaleng juga

semakin besar.

B. Saran

Berdasarkan penelitian ini, penulis menyarankan kepada pembaca

yang ingin melakukan penelitian lebih lanjut untuk:


68

1. Menggunakan kamera dengan kecepatan lebih besar dari 23

frame/detik.

2. Menggunakan video untuk menggantikan photogate dan laser sebagai

alat penelitian atau praktikum.

3. Mengunakan video sebagai alat bantu praktikum di Sekolah

Menengah Atas maupun di Universitas.


69

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C. 2014. Fisika: Prinsip dan Aplikasi Edisi Ketujuh Jilid 1.

Jakarta: Erlangga.

Halliday, D., Resnick, R., Walker, J. 2010. Fisika Dasar Edisi 7 Jilid 1. Jakarta:

Erlangga.

K.A. Jackson, J.E. Finck, C.R. Bednarski dan L.R. Clifford. 1996. Viscous and

Nonviscous Models of The Partially Filled Rolling Can. Am. J. Phys. 64:

277-282

Kagan, David. 2001. The Shaken-Soda Syndrome. Phys. Teach. 39: 290-292

Kruglak, Haym. 1992. “Canned” Physics. Phys. Teach. 30: 392-396

Pasaribu, Gloria Octaviana. 2014. Pengukuran Koefisien Redaman pada Osilasi

Sistem Massa-Pegas dalam Larutan Gliserin dengan Beberapa Nilai

Viskositas Menggunakan Video. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma

Santosa, Edi. 2015. Eksperimen Fisika Berbasis Komputer. Yogyakarta:

Universitas Sanata Dharma.

Young, Hugh D., Freedman Roger A. 2002. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh

Jilid 1. Jakarta: Erlangga.


70

LAMPIRAN 1

Perhitungan jari-jari kaleng dan ralat jari-jari kaleng

Gambar pengukuran diameter kaleng untuk mendapatkan jari-jari

Tabel L.1 Perhitungan ralat pengukuran jari-jari kaleng

No. R (mm) �� (mm) � − ��(mm) (� − ��)�(mm2) 1 33,81 33,92 -0,11 0,0121

2 33,84 33,92 -0,08 0,0064

3 33,69 33,92 -0,23 0,0529

4 33,61 33,92 -0,31 0,0961

5 34,19 33,92 0,27 0,0702

6 34,19 33,92 0,27 0,0729

7 33,78 33,92 -0,15 0,0210

8 33,99 33,92 0,06 0,0042

9 34,02 33,92 0,09 0,0090

10 34,13 33,92 0,21 0,0441

∑(� − ��)� (mm2) 0,389

�� = �∑(��)�

(��)= �

�.��

(��) = 0,04 mm

Jari-jari kaleng yang didapatkan dari pengukuran adalah �� = (33,92 ± 0,04) mm


71

LAMPIRAN 2

Grafik Kecepatan terhadap waktu

Tabel Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng bermassa

13,5gram dan berjari-jari 33,92 ± 0,04 mm yang bergerak menuruni

bidang miring dengan sudut 40, 60 dan 80 pada variasi massa air (gram)

Massa air

(gram) Sudut 40 Sudut 60 Sudut 80

0

1

2

3

4


72

5

6

7

8

9

10

11


73

12

13

14

15

16

17

18


74

19

20

21

22

23

24

25


75

26

27

28

29

30

31

32


76

33

34

35

36

37

38

39


77

40

41

42

43

44

45

46


78

47

48

49

50

55

60

65


79

70

75

80

85

90

95

100


80

150

200

250

300

350


81

LAMPIRAN 3

Grafik Kecepatan terhadap waktu

Tabel Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu untuk kaleng bermassa

13,5gram dan berjari-jari 33,92 ± 0,04 mm yang bergerak menuruni

bidang miring dengan sudut 40, 60 dan 80 pada variasi massa kelereng

(gram)

Massa air

(gram) Sudut 40 Sudut 60 Sudut 80

0

2,3

4,5

6,7

8,9


82

11,3

13,5

15,7

17,8

20,1

22,3


plagiat merupakan tindakan tidak terpuji · 40, 60, dan 80. kaleng yang terisi air atau kelereng...

Documents