Download Laporan Gerak Menggelinding
RUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana cara menjelaskan konsep-konsep fisika yang digunakan dalam membahas gerak menggelinding ?
2. Bagaimana cara menentukan momen inersia dari silinder dan bola?
TUJUAN
1. Dapat mengetahui cara menjelaskan konsep-konsep fisika yang digunakan dalam membahas gerak menggelinding
2. Dapat mengetahui cara menentukan momen inersia dari silinder dan bola
METODOLOGI EKSPERIMEN
Teori Singkat
Gerak menggelinding sebuah bola atau roda banyak ditemui dalam kehidupan sehari-hari: seperti sebuah bola menggelinding melintasi lantai, atau roda dan ban mobil atau sepeda berputar sepanjang jalan. Menggelinding tanpa selip bisa langsung dianalisis dan bergantungpada gesekan statikantara benda yang menggelinding dan lantai. Gesekan bersifat statik karena titik kontak benda yang menggelinding dengan lantai berada dalam keadaan diam pada setiap saat. (Gesekan kinetik berlaku jika, sebagai contoh, anda mengerem terlalu keas sehingga ban selip, aau anda mempercepat sedemikian cepat sehingga anda “membakar karet”- tetapi ini merupakan situasi yang lebih rumit). (Giancoli. 2001: 254)
Gerak menggelinding pada roda merupakan kombinasi dari gerak translasi murni dan rotasi murni. Gerak rotasi murni (seolah-olah sumbu rotasi pad pusat itu diam): setiap titip pada roda menggelinding terhadap pusat dengan laju sudut ω. Sedangkan gerak translasi murni (seolah-olah roda tak berotasi sama sekali). (Halliday. 2005 : 298)
Gambar di samping menunjukkan sebuah silinder yang bergerak menggelinding. Gerakan menggelinding tanpa slip bergantung pada gesekan statis antara benda yang menggelinding dengan permukaan tanah karena titik persentuhan (kontak) antara benda yang menggelinding dengan permukaan tanah selalu dalam keadaan diam setiap saat. Pada saat menggelinding tanpa selip, silinder berotasi sambil bertranslasi, sehingga untuk membahas gerak menggelinding, maka perlu dipahami hubungan antara gerak rotasi dan gerak translasi. (Herman. 2015 : 51)
Pada gerak menggelinding murni, saat silinder berotasi dengan sudut sebesar sudut θ, bagian tengahnya bergerak (pusat massanya) linier dengan jarak s sebesar,
S=Rθ [6.1]
Oleh karena itu, kelajuan linier dari pusat massa untuk gerak menggelinding dinyatakan oleh
V_CM = ds/dt =R dθ/dt =Rω [6.2]
dimana ω merupakan kelajuan sudut silinder. Persamaan 6.2 berlaku jika silinder atu bola menggelinding tanpa selip dan merupakan kondisi gerak menggelinding murni. Besar percepatan linier dari pusat massa untuk gerak menggelinding murni adalah
a_CM = (dv_CM)/dt =R dω/dt =Rα [6.3]
dimanaω merupakan percepatan sudut silinder atau bola.
Jika sebuah benda kaku berotasi terhadap suatu sumbu tetap dengan kelajuan sudut ω, energi kinetik rotasinya dapat dituliskan,
K_R=1/2 Iω^2 [6.4]
dimana I adalah momen inersia terhadap sumbu rotasi. Momen inersia dari benda kaku dapat diperoleh melalui persamaan
I=∫▒r^2 □(24&dm) [6.5]
dimana r adalah jarak dari elemen massa dm ke sumbu rotasi. Jika sebuah benda kaku yang berotasi bebas terhadap sumbu tetap memiliki torsi luar yang bekerja padanya, maka benda tersebut mengalami percepatan sudut α, dengan
∑τ=Iα [6.6]
dimana besar torsi yang berkaitan dengan gaya F yang bekerja adalah
τ=Fd [6.7]
dimana dadalah lengan momen gaya yang merupakan jarak tegak lurus dari sumbu rotasi ke garis aksi dari gaya. Torsi merupakan ukuran kecenderungan gaya mengubah rotasi benda terhadap suatu sumbu.
Perhatikan gambar gambar disamping, sebuah silinder pejal diletakkan di puncak bidang miring, ketika silinder dilepas, silinder akan bergerak menggelinding sepanjang bidang miring.
Dengan menerapkan hukum II Newton pada gerak translasi
∑F=ma [6.8]
dan persamaan 6.6 dan 6.7 pada gerak rotasi, akan diperoleh
a=mgsinθ/(I/R^2 +m) [6.9]
untuk memudahkan analisis misalkan momen inersia benda tegar adalah,
I=C (mR^2) [6.10]
maka persamaan 6.9 akan menjadi
C=gsinθ/a - 1 [6.11]
percepatan a dapat diperoleh dengan menerapkan persamaan GLBB dan akan diperoleh
C=gh/(2x^2 ) t^2 - 1 [6.12]
Dengan mengukur tinggi bidang miring (h), panjang bidang miring (x), dan waktu tempuh (t) benda dari puncak ke dasar bidang miring, nilai konstanta C dapat dihitung. Untuk memperoleh nilai momen inersia benda subtitusikan nilai C ini ke persamaan 6.10.
Alat dan bahan
Alat
Papan landasan (bidang miring) 1 buah
Stopwatch 1 buah
Meteran 1 buah
Mistar 1 buah
Neraca Ohauss 311 gram 1 buah
Jangka sorong 1 buah
Bahan
Silinder pejal 1 buah
Silinder berongga 1 buah
Bola pejal 2 buah
Identifikasi Variabel
Variabel kontrol : massa benda (silinder dan bola), diameter benda
(diameter dalam dan luar silinder berongga, silinder pejal, serta bola pejal), panjang bidang miring
Variabel manipulasi : tinggi bidang miring
Variabel respon : waktu tempuh dari titik A ke B
Definisi Operasional Variable
a. Variable kontrol ialah variable yang nilainya selalu tetap dalam suatu pengamatan tertentu
1. Massa benda
Massa benda adalahbanyaknya zat yang terkandung di dalam sebuah benda tersebut. Pada percobaan ini kita menggunakan alatmassa yaitu Neraca ohauss 311 gram untuk mengukur massa pada silinder pejal, silinder berongga dan bola pejal.
2. Diameter benda
Diameter benda adalah jarak antara titik yang menyentuh lingkaran ke titik yang berada 180° darinya dan melewati titik pusat lingkaran. Pada percobaan ini kita menggunakan alat ukur diameter yaitu jangka sorong untuk mengukur diameter silinder peja, silinder berongga dan bola pejal.
3. Panjang bidang miring
Panjang bidang miring adalah ukuran yang digunakan sebagai besaran untuk menyatakan ukuran 2 dimensi atau ukuran sebuah bangun datar. Dalam percobaan ini kita menggunakan alat ukur meteran.
b. Variable manipulasi ialah variable yang nilai atau keadaannya yang selalu diubah – ubah.
Tinggi bidang miring
Tinggi bidang miring adalah ukuran dari titik paling atas ketitik paling dasar yang disebut dengan alas. Untuk percobaan ini kita menggunakan alat ukur mistar.
c. Variabel respon ialah variable yang ikut berubah karena adanya variable yang dimanipulasi
Waktu tempuh dari puncak ke bawah bidang miring
Waktu tempuh dari puncak ke bawah bidang miring adalah waktu yang diperlukan suatu benda untuk berpindah dari posisi puncak pada bidang miring menuju posisi terendah dari bidang miring. Pada percobaan tersebut digunakan alat pengukur waktu yaitu stopwatch.
PROSEDUR KERJA
Kegiatan pertama, mengecek semua alat yang akan digunakan dan memastikan semua sudah beroperasi dengan baik.Kemudian mengukur panjang landasan bidang miring dengan menggunakan meteran dan membuat landasan bidang miring dengan menggunakan enam buah balok dengan ukuran yang berbeda-beda. Dengan kata lain, membuat landasan bidang miring dengan ketinggian yang berbeda-beda sebanyak lima ketinggian serta mengukur setiap ketinggian dengan menggunakan alat ukur mistar.Lalu mengukur massa beban bendadengan menggunakan neraca ohauss 311 gram dan diameter benda dengan menggunakan alat ukur jangka sorong pada silinder pejal, silinder berongga dan dua bola pejal dengan ukuran yang berbeda (besar dan kecil) serta menentukan NST dan ketidakpastian dari setiap alat ukur yang digunakan. Setelah itu, meletakkan salah satu benda(salah satunya silinder pejal) di posisi A (di titik ujung atas papan landasan bidang miring, kemudian dilepas sampai di posisi B(di titik ujung bawah papan landasan bidang miring). Pada waktu yang sama juga mengukur waktu yang dibutuhkan benda (silinder pejal)ketika digelindingkan dari posisi atas (di titik A) ke posisi paling bawah (di titik B) dengan melakukan pengukuran berulang sebanyak tiga kali. Jadi, setiap ketinggiandilakukan tiga kali pengukuran waktu yang dibutuhkan benda saat mencapai di titik bawah landsan bidang miring. Selanjutnya, mengubah ketinggian sebanyak lima kali, dan melakukan kegiatan yang sama dengan menggunakan silender berongga dan dua bola pejal.dengan ukuran yang berbeda-beda (besa dan kecil).Dan yang terakhir mencatat hasil pengamata atau percobaan yang dilakukan pada tabel hasil pengamatan.
Komentar
Posting Komentar