sistem kesetimbangan gaya

SISTEM KESETIMBANGAN GAYA

Arya Winandar Batara R*), Hasbia Firman, Purnama Puspita Dewi, Putri Nur Inayyah

Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPAUniversitas Negeri Makassar 2015

Abstrak. Telah dilakukan praktikum Sistem Kesetimbangan Gaya. Praktikum bertujuan untuk dapat mengetahui kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada sistem tuas dua lengan dan menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan prinsip kesetimbangan. Adapun alat yang digunakan adalah dasar statif, kaki statif,batang statif panjang,batang statif pendek, balok pendukung, neraca 1,5 N, beban 50 gr, tuas dan steker poros. Praktikum ini dilakukan 5 kali percobaan yang memilki panjan lengan 1, panjang lengan 2, panjang lengan gaya, dan besar gaya yang berbeda-beda.

Kata Kunci : kesetimbangan gaya, keseimbangan statis, momen gaya, prinsip kesetimbangan

RUMUSAN MASALAH1. Bagaimana cara menyelidiki kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada sistem

tuas dua lengan?2. Bagaimana cara menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan

prinsip kesetimbangan?

TUJUAN1. Menyelidiki kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada sistem tuas dua lengan2. Menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan prinsip

kesetimbangan

TEORI SINGKATAda dua kondisi yang harus dipenuhi oleh sebuah benda untuk dapatmencapai keseimbangan statis. Pertama benda tersebut harus dalam keadaan kesetimbangan translasi yang berarti bahwa vektor resultan dari semua gaya yang bekerja pada benda harus sama dengan nol. Kondisi yang lain adalah harus dalam keadaan kesetimbangan rotasinya. Jarak tegak lurus dari pusat putaran terhadapgaris gaya aksi disebut lengan gaya Torka τ merupakan besaran vektor yang didefinisikan [1]:

τ = R × F ... (1)Efek rotasi dari sebuah benda terkadang dikaitkan dengan pusat gravitasi yang didefenisikan sebagai gaya tunggal ke atas yang dapat menyeimbangkan atraksi gravitasi pada semua bagian benda untuk berbagai posisi. Kondisi untuk kesetimbangan rotasi [1]:

W1 (L1) = W2 (L2) + WB (L3) ...(2)

METODE EKSPERIMEN

Sebelum melakukan percobaan sediakan alat dan bahan yang digunakan kemudian rakitlah alat dan bahan yang digunakan sesuai pada gambar,kemudian pasang steker poros pada balok pendukung, lalu pasang balok pendukung di ujung statif. Pasang tuas pada steker poros dan aturlah kesetimbangannya. Setelah itu, pasanglah beban 1 dan beban 2 pada posisi yang beda di sebelah kiri dan lengan gaya disebelah kanan dari titik pusat. Kemudian tarik neraca hingga terjadi kesetimbangan kemudian catat ke dalam tabel hasil pengamatan. Lakukan secara berulang-ulang dengan posisi yang berbeda.

Alat dan Bahan

1. Alat

a. Dasar statif 1 buah

b. Kaki statif 1 buah

c. Batang statif pendek 1 buah

d. Batang statif panjang 1 buah

e. Neraca pegas 1,5 N 1 buah

f. Steker poros 1 buah

g. Tuas 1 buah

2. Bahan

a. Balok pendukung 1 buah

b. Beban 50 gram 3 buah

Identifikasi Variabel1. Variabel manipulasi : Gaya pegas (N)2. Variabel kontrol : Momen gaya 3. Variabel respon : Massa beban (gram)

Definisi Operasional Variabel

1. Gaya pagas merupakan tarikan yang diberikan pada pegas yang membuat benda

bergerak lebih cepat atau lebih lambat, berubah arah atau bentuk hingga terjadi

kesetimbangan.

2. Momen gaya merupakan besaran vektor karenanya selain mempunyai

besar, momen gaya juga mempunyai arah.

3. Massa beban merupakan ukuran berat/besarnya beban yang dipasang pada W1

dan W2.

Prosedur Kerja

Sebelum melakukan praktikum sistem kesetimbangan gaya siapkan terlebih dahulu alat

dan bahan yang digunakan, kemudian susun dan rangkai alat tersebut. Setelah dirangkai

pasang steker poros ke dalam balok pendukung kemudian pasang balok pendukung di

ujung batang stati dan pasang tuas pada steker poros yang telah tersedia. Setelah itu, atur

titik pusat tuas yang digunakan, lalu ambil 3 beban 50 gram yang telah di sediakan tadi,

sebelum memasukkan beban 50 gram ke dalam steker poros hitung berapa jarak posisi 1

dari titik pusat tuas dengan mistar, setelah itu, lakukan percobaan pertama dengan

masukkan beban pertama yakni seberat 50 gram sebagai lengan pertama L1 dan ukur

panjang lengannya dengan meletakkan posisi beban dengan posisi 4 ( 6 cm dari titik pusat

) dan lengan kedua dengan beban berat 100 gram posisi ke 10 ( 15 cm dari titik pusat )

sebagai lengan L2 ukur jaraknya. Letakkan L1 dan L2 disebelah kiri titik pusat tuas.

Setelah itu, ambil neraca pegas 1,5 N dan letakkan pada posisi 10 yakni dengan jarak 15

cm dari titik pusat kemudian tarik neraca sampai tuas dalam keadaan lurus. Kemudian

bacalah besar gaya yang diperoleh dan catat ke dalam tabel hasil pengamatan. Lakukan

percobaan sebanyak 5 kali dengan merubah L1, L2, Lf dan catat semuanya ke dalam

tabel hasil pengamatan.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA

HASIL EKSPERIMENF1 = 50 gramF2 = 100 gram

NST alat : Nilai skala

Jumlah skala=0,5

5 = 0,1

¿12

x0,1=0,05

No. Urut Kegiata

n1 2 3 4 5

Lengan Beban 1 (L1), cm

|6,00 ± 0,05| |7,50 ± 0,05| |4,50± 0,05| |10,50 ± 0,05| |12,00 ± 0,05|

Lengan Beban 2 (L2), cm

|15,00 ± 0,05| |13,50 ± 0,05| |10,50 ± 0,05| |13,50 ± 0,05| |16,50 ± 0,05|

Lengan Gaya

(Lf), cm|15,00 ± 0,05| |12,00 ± 0,05| |13,50 ± 0,05| |16,50 ± 0,05| |18,00 ± 0,05|

Gaya Pegas (F), N

|1,00 ± 0,05| |1,30 ± 0,05| |0,80± 0,05| |1,00 ± 0,05| |1,20 ± 0,05|

ANALISIS DATA

Kegiatan.I

Sebelah kananBeban.satuτ1=W 1× L1 = 0,50 x 6,00∙10-2

= 0,03 Nm

∆ τ=| δτδW |∆ W +|δτ

δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ1=|∆ W 1

W 1+

∆ L1

L1|τ1

∆ τ1=|0,050,50

+ 0,05 ∙ 10−2

6,00 ∙ 10−2|0,03

∆ τ1=|0,1+0,008|0,03∆ τ1=0,00324 Nm

KR=∆ τ1

τ1×100 %

KR = 0,00324

0,03× 100 %

KR = 10,8 % (2 AB)

DK = 100% - 10,8% = 89,2 %

τ1 = |0,030 ± 0,003| Nm

Beban.duaτ 2=W 2× L2 = 1,00 x 15,00∙10-2

= 0,15 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ2=|∆ W 2

w 2+

∆ L2

L2|τ2

∆ τ2=|0,051,00

+ 0,05 ∙10−2

15,00 ∙10−2|0,15

∆ τ2=|0,05+0,0033|0,15∆ τ2=0,0078 Nm

KR=∆ τ2

τ2×100%

KR = 0,0078

0,15×100%

KR = 5,33 % (3 AB)

DK = 100% - 5,33% = 94,67 %

τ 2 = |0,150 ± 0,007| Nm

Sebelah kiriτ f=W f × L f

= 1,20 x 15,00∙10-2

= 0,18 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ f =|∆ W f

wf+

∆ Lf

Lf|τ f

∆ τ f =|0,051,20

+ 0,05 ∙10−2

15,00 ∙10−2|0,18

∆ τ f =|0,04+0,0033|0,18∆ τ f =0,0077 Nm

KR=∆ τ f

τ f× 100 %

KR = 0,0077

0,18× 100 %

KR = 4,33 % (3 AB)

DK = 100% - 4,33% = 95,67 %

τ f = |0,180 ± 0,007| Nm

Total torsi∑τ = ∑ sebelahkanan - ∑ sebelahkiri∑τ = τ1+ τ 2- τ f

∑τ = 0,03 + 0,15 - 0,18∑τ = 0 Nm

Kegiatan.II


= 3,75 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ1=|∆ W 1

W 1+

∆ L1

L1|τ1

∆ τ1=|0,050,50

+ 0,05 ∙ 10−2

7,50 ∙ 10−2|3,75

∆ τ1=|0,1+0,007|3,75∆ τ1=0,40 Nm

KR=∆ τ1

τ1×100 %

KR = 0,403,75

×100 %

KR = 10,6 % (2 AB)

DK = 100% - 10,6% = 89,4 %

τ1 = |3,75 ± 0,40| Nm

Beban.duaτ 2=W 2× L2 = 1,00 x 13,50∙10-2

= 0,135 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ2=|∆ W 2

w 2+

∆ L2

L2|τ2

∆ τ2=|0,051,00

+ 0,05 ∙ 10−2

13,50 ∙10−2|0,135

∆ τ2=|0,05+0,0037|0,135∆ τ2=0,0072 Nm

KR=∆ τ2

τ2×100%

KR = 0,00720,135

×100 %

KR = 5,37 % (3 AB)

DK = 100% - 5,33% = 94,67 %

τ 2 = |0,150 ± 0,007| Nm

Sebelah kiriτ f=W f × L f = 1,30 x 12,00 ∙10-2

= 0,156 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ f =|∆ W f

wf+

∆ Lf

Lf|τ f

∆ τ f =|0,051,00

+ 0,05 ∙10−2

12,00 ∙10−2|0,156

∆ τ f =|0,05+0,0042|0,156∆ τ f =0,0085 Nm

KR=∆ τ f

τ f× 100 %

KR = 0,00850,165

×100 %

KR = 5,41 % (3 AB)

DK = 100% - 5,41% = 94,59 %

τ f = |0,156 ± 0,008| Nm


∑τ = 3,75 + 0,135 - 0,156∑τ = 3,729 Nm

Kegiatan.III


= 0,0225 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ1=|∆ W 1

W 1+

∆ L1

L1|τ1

∆ τ1=|0,050,50

+ 0,05∙ 10−2

4,50∙ 10−2|0,0225

∆ τ1=|0,1+0,011|0,0225∆ τ1=0,0025 Nm

KR=∆ τ1

τ1×100 %

KR = 0,00250,0226

× 100 %

KR = 11,11 % (2 AB)

DK = 100% - 11,11% = 88,89 %

τ1 = |0,022 ± 0,002| Nm

Beban.duaτ 2=W 2× L2 = 1,00 x 10,50∙10-2

= 0,0105 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ2=|∆ W 2

w 2+

∆ L2

L2|τ2

∆ τ2=|0,051,00

+ 0,05 ∙ 10−2

10,50 ∙10−2|0,0105

∆ τ2=|0,05+0,0047|0,0105∆ τ2=0,00057 Nm

KR=∆ τ2

τ2×100%

KR = 0,000570,0105

× 100%

KR = 5,47 % (3 AB)

DK = 100% - 5,47% = 94,53 %

τ 2 = |0,0105 ± 0,0005| Nm


= 0,0108 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ f =|∆ W f

wf+

∆ Lf

Lf|τ f

∆ τ f =|0,050,80

+ 0,05 ∙10−2

13,50 ∙10−2|0,0108

∆ τ f =|0,0625+0,0037|0,0108∆ τ f =0,0007 Nm

KR=∆ τ f

τ f× 100 %

KR = 0,00070,0108

× 100 %

KR = 6,62 % (3 AB)

DK = 100% - 6,62% = 93,38 %

τ f = |0,0108 ± 0,0007| Nm


∑τ = 0,0225 + 0,0105 - 0,0108∑τ = 0,022 Nm

Kegiatan.IV


= 0,0525 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ1=|∆ W 1

W 1+

∆ L1

L1|τ1

∆ τ1=|0,050,50

+ 0,05 ∙ 10−2

10,50 ∙10−2|0,0525

∆ τ1=|0,1+0,0047|0,0525∆ τ1=0,0055 Nm

KR=∆ τ1

τ1×100 %

KR = 0,00550,0525

×100 %

KR = 10,47 % (2 AB)

DK = 100% - 10,47% = 89,53 %

τ1 = |0,005 ± 0,052| Nm

Sebelah kananBeban.duaτ 2=W 2× L2 = 1,00 x 13,50∙10-2

= 0,0135 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ2=|∆ W 2

w 2+

∆ L2

L2|τ2

∆ τ2=|0,051,00

+ 0,05 ∙ 10−2

13,50 ∙10−2|0,0135

∆ τ2=|0,05+0,0037|0,0135∆ τ2=0,00072 Nm

KR=∆ τ2

τ2×100 %

KR = 0,000720,0135

×100 %

KR = 5,37 % (3 AB)

DK = 100% - 5,37% = 96,63 %

τ 2 = |0,0135 ± 0,0007| Nm


= 0,0165 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ f =|∆ W f

wf+

∆ Lf

Lf|τ f

∆ τ f =|0,051,00

+ 0,05 ∙10−2

16,50 ∙10−2|0,0165

∆ τ f =|0,05+0,0030|0,0165∆ τ f =0,00087 Nm

KR=∆ τ f

τ f× 100 %

KR = 0,000870,0165

× 100%

KR = 5,30 % (3 AB)

DK = 100% - 5,30 % = 94,7 %

τ f = |0,0165 ± 0,0008| Nm

Total torsi∑τ = ∑ sebelahkanan - ∑ sebelahkiri∑τ = τ1+ τ f - τ 2

∑τ = 0,0525 + 0,0135 – 0,0165

∑τ = 0,049 Nm

Kegiatan.V


= 0,06 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ1=|∆ W 1

W 1+

∆ L1

L1|τ1

∆ τ1=|0,050,50

+ 0,05 ∙10−2

12,00 ∙10−2|0,06

∆ τ1=|0,1+0,0041|0,06∆ τ1=0,0062 Nm

KR=∆ τ1

τ1×100 %

KR = 0,0062

0,06×100 %

KR = 10,33 % (2 AB)

DK = 100% - 10,33% = 89,67 %

τ1 = |0,005 ± 0,052| Nm

Sebelah kananBeban.duaτ 2=W 2× L2 = 1,00 x 16,50∙10-2

= 0,0165 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ2=|∆ W 2

w 2+

∆ L2

L2|τ2

∆ τ2=|0,051,00

+ 0,05 ∙ 10−2

16,50 ∙10−2|0,0165

∆ τ2=|0,05+0,0030|0,0165∆ τ2=0,00087 Nm

KR=∆ τ2

τ2×100%

KR = 0,000870,0165

× 100%

KR = 5,370% (3 AB)

DK = 100% - 5,30% = 94,7 %

τ 2 = |0,0165 ± 0,0008| Nm


= 0,0216 Nm


δl |∆ l

dτ=|δ (W × l)δW |∆ W +|δ (W ×l)

δl |∆ l

dτ=|l . ∆W|+¿W . ∆ l∨¿

dττ

=|l . ∆ WW .l |+|w . ∆l

W . l |

∆ τ=|∆ WW

+ ∆ LL |τ

∆ τ f =|∆ W f

wf+

∆ Lf

Lf|τ f

∆ τ f =|0,051,20

+ 0,05 ∙10−2

18,00 ∙10−2|0,216

∆ τ f =|0,04+0,0027|0,0216∆ τ f =0,00092 Nm

KR=∆ τ f

τ f× 100 %

KR = 0,000870,0165

× 100%

KR = 5,30 % (3 AB)

DK = 100% - 5,30 % = 94,7 %

τ f = |0,0165 ± 0,0008| Nm


∑τ = 0,06 + 0,0165 – 0,0216

∑τ = 0,0549 Nm

PEMBAHASANKesetimbangan statis merupakan kesetimbangan yang terjadi pada benda yang diam, dimana vektor resultan dari semua gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol. Begitu pula kesetimbangan statis pada sistem tuas dua lengan, dimana kesetimbangan statis terjadi apabila sistem dalam keadaan diam dan vektor resultan dari semua gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol. Momen gaya sistem tuas dua lengan dapat ditentukan dengan mengalikan panjang lengan gaya dengan besar gaya yang bekerja, dimana lenga gaya merupakan jarak tega jarak tegak lurus dari pusat tuas terhadap gaya aksi. Pada kegitaan pertama, dimana pada lengan tuas sebelah kanan, digantungkan beban m1

(0,50 N) sejauh 6,00 cm dari pusat tuas, makaτ1 = |0,030 ± 0,003| Nm dan m2 (1,00 N) sejauh 15,00 cm dari pusat tuas, sehingga τ 2= |0,15 ± 0,01| Nm. Sedangkan di sebelah kiri digantungkan neraca pegas sejauh 15,00 cm dari pusat tuas yang kemudian ditarik hingga tuas dua lengan mengalami kesetimbangan statis pada posisi lurus horisontal, dan didapatkan besarnya gaya pegas yang diberikan pada sistem tuas dua lengan yaitu 1,20 N sehingga didapat τ f = |0,150 ± 0,007| Nm. Maka jumlah momen gaya yang bekerja pada sistem tuas dua lengan sama dengan nol atau ∑τ= 0 Nm. Berbeda dengan kegiatan kedua sampai dengan kegiatan ke lima ∑τ ≠ 0. Misalnya pada kegiatan kedua yakni dengan jaraki L1 7,50 cm, L2 13,50 c, dan Lf adalah 12,00 gaya pegas yang diperoleh 1,30 namun, ketika di analisis hasilnya adalah ∑τ = 3,729 N. Maka ini tidak sama dengan nol sehingga tidak dapat dikatakan sebagai system kestimbangan.

SIMPULAN Dari seluruh rangkaian kegiatan yang telah dijelaskan atau disebutkan diatas, dapat diketahui bahwa kesetimbangan gaya pada susatu sistem harus sama dengan nol torsinya atau suatu sistem akan seimbang bila momen gaya pada tiap sisi dari titik pusat jika

dikurangkan hasilnya sama dengan nol, atau hasilnya mendekati nol. Namun pada praktikum yang telah dilakukan hasil akhir yang didapat dari masing-masing kegiatan jika diselisihkan antara jumlah momen gaya oleh beban w1 dan w2 yang di kurangkan dengan momen gaya dari neraca pegas hasilnya tidak sama dengan nol, bahkan cukup jauh dari nol. Sehingga pada praktikum ini hukum kesetimbangan gaya tidak terbukti, akibat pada saat pengukuran cara melihat mata kurang teliti sehingga kesalahannya sangat besar.

REFERENSI

[ 1 ]Herman dan Asisten LFD. 2014. Buku Penuntun Praktikum Fisika Dasar 1 Unit Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar.

sistem kesetimbangan gaya

Documents