experiment-artikel mekanika

Penentuan Hukum II Newton
Menggunakan
Air track dan Computer photogate timing system

Oleh:
Latifatul Masrurin (053224038)
Khusnul Nur Khotimah (053224030)

Abstrak

Telah dilakukan persobaan mengenai Penentuan Hukum II Newton menggunakan Air track dan computer timing system di Laboratorium Experimen Fisika UNESA dengan tujuan untuk menentukan Hukum II Newton menggunakan Air track dan computer tinimg system dengan mengabaikan momen inersia. Percobaan ini dilakukan dengan cara meletakkan massa peluncur pada lintasan Air track dan menghubungkannya dengan massa beban dan melewati katrol yang tidak bergerak, sehingga peluncur tersebut melewati kedua photogate dan komputer akan mencatat waktu (t), kecepatan (v), dan percepatan (a) yang dialami peluncur tersebut saat melewati kedua photogate. Dari percobaan yang telah kami lakukan diperoleh kesimpulan bahwa makin besar massa beban+penggantung (ma) maka makin besar pula percepatannya, makin besar massa total (ma+m) makin kecil percepatannya. Dari percobaan diperoleh:
- Dengan mtotal (ma+m)konstan dan memanipulasi ma dan m
ā = (0,5460 ± 0,0184) m/s2 dengan taraf ketelitian sebesar 96.64%
F = (161,70 ± 34,71) N dengan taraf ketelitian sebesar 78.54%
Sedangkan menurut teoritis:
ā = (0,7383 ± 0,1581) m/s2 dengan taraf ketelitian sebesar 78,59%
F = (161,70 ± 34,71) N dengan taraf ketelitian sebesar 78.54%
- Dengan ma konstan dan memanipulasi m
ā = (0,3356 ± 0,0775) m/s2 dengan taraf ketelitian sebesar 76,77%
F = 259,7 N dengan F konstan
Sedangkan menurut teoritis:
ā = (0,1,1351 ± 0,0566) m/s2 dengan taraf ketelitian sebesar 95,01%
F = 259,7 N dengan F konstan

Abstract

Have been done by attempt concerning Determination Of Law of II Newton use Air track and Somputer timing system in UNESA Laboraratory of Experiment Physics as a mean to determine of Law of II Newton use Air track and computer timing systemneglectfully moment of inertia. This Experiment has done with putting down glider mass at trajectory Air track and connecting it with nurden mass and pass motion less pulley, so that the glider pass both photogate and computer will note time (t), velocity (v) and acceleration (a) by glider of moment pass photogate. From this experiment we have done is obtained by conclusion that more big of mass of burden+hanger (ma), more big also its acceleration, more bigly of total mass (ma+m), more small its acceleration.From this experimentis obtained:
- With total of mass (ma+m) is constant and manipulation of ma and m
ā = (0,5460 ± 0,0184) m/s2 with corrctness level 96.64%
F = (161,70 ± 34,71) N with corretion level 78.54%
While according io is theoritical:
ā = (0,7383 ± 0,1581) m/s2 with correctness level 78,59%
F = (161,70 ± 34,71) N with correctness level 78.54%
- With ma is constant and manipulation of m
ā = (0,3356 ± 0,0775) m/s2 with corretness level 76,77%
F = 259,7 N with F is constant
While according to is theoritical:
ā = (0,1,1351 ± 0,0566) m/s2 with correctness 95,01%
F = 259,7 N with F is constant


BAB I
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
Mekanika klasik atau Mekanika Newton adalah teori tentang gerak yang didasarkan pada konsep massa dan gaya. Hukum-hukum yang menghubungkan konsep-konsep fisis ini besaran kinematika (perpindahan, kecepatan, percepatan). Semua gejala dalam mekanika klasik dapat digambarkan dengan menggunakan hanya 3 Hukum sederhana yang dinamakan Hukum Newtontentang gerak. Hukum Newton menghubungka percepatan sebuah benda dengan massanya dan gaya-gaya yang bekerja padanya. Hukum Newton dapat digunakan pada persoalan yang sederhana dimana sebuah benda dipengaruhi gaya-gaya yang besarnya konstan. Untuk dapat menyelidiki dan menentukan hubungan antara massa suatu benda dengan percepatan, maka dilakukan percobaan ”Penentuan Hukum II Newton menggunakan Air track dan Computer timing system”.

B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas dapat diambil sbuah rumusan masalah:
”Bagaimana pengaruh massa peluncur dan massa beban terhadap percepatan jika momen inersia pada katrol diabaikan?”

C. Tujuan
Adapun tujuan dari eksperimen ini adalah untuk menyelidiki dan menentukan Hukum II Newton menggunakan Air Track dan Computer timing system dengan mengabaikan momen inersia pada katrol.

D. Hipotesis
Semakin besar massa peluncur, naka semakin kecil percepatan yang dihasilkan. Semakin besar massa beban, semakin besar pula percepatan yang dihasilkan.

BAB II
KAJIAN TEORI

Persamaan dasar mekanika klasik menyatakan:
F = m.a
Dengan: F = jumlah vektor semua gaya yang bekerja pada benda
m = massa benda
a = vektor percepatan
persamaan diatas dapat diambil sebagai pernyataan Hukum II Newton.
Hukum II Newton merupakan konsep penting untuk menjelaskan gerakan benda dibawah pengaruh suatu gaya. Air track dan computer photogate timing system adalah salah satu peralatan yang digunakan untuk menentukan Hukum II Newton tersebut, dimana pengaruh lintasan pada gerak benda dapat diminimalkan sehingga dapat diabaikan.
Dalam percobaan ini, air track merupakan lintasan massa peluncur/glider. Pada air track terdapat lubang-lubang sebagai lintasan udara yang berfungsi sebagai pengurang gesekan yang terjadi. Air track juga terdapat 2 photogate yang memiliki alat sensor untuk mendeteksi waktu dan kecepatan meluncurnya massa peluncur.
Pada komputer akan mencatat t1 (waktu peluncur melewati photogate pertama), t2 (waktu peluncur melewati kedua photogate), t3 (waktu peluncur melewati photogate kedua), v1 (kecepatan peluncur pada saat melewati photogate pertama), v2 (kecepatan peluncur pada saat melewati photogate kedua), dan a (percepatan peluncur saat bergerak antara kedua photogate).
Untuk menentukan percepatan rata-rata peluncur saat bergerak antara kedua photogate digunakan persamaan:
a = v2 – v1
t2+(t1/2)+(t3/2)

BAB III
METODE PERCOBAAN
(Percobaan 1)

A. Alat dan Bahan
1. Computer photogate timing system dengan dua Accessory photogate
2. Sistem Air track dengan satu peluncur/glider
3. Seperangkat massa
4. Katrol

B. Variabel-Variabel
1. Variabel manipulasi:
ma (massa beban+penggantung)
m(massa peluncur), ma+m konstan
2. Variabel kontrol:
D(jarak antara kedua photogate)
l (panjang massa peluncur)
3. Variabel respon:
t (waktu)
v (kecepatan)

C. Langkah Eksperimen
Merangkai Air track seperti pada gambar rangkaian percobaan (gambar 3). Menimbang massa peluncur (m), massa beban+penggantung (ma), lalu mengukur jarak antara kedua photogate (d) dan panjang peluncur (l), kemudian menyiapkan program komputer. Menyalakan Air track dan meletakkan peluncur pada lintasan dan melepaskannya pada sebuah titik/jarak tertentu, hingga melewati kedua photogate. Mengulangi langkah tersebut untuk m dan ma yang berbeda (ma+m konstan) sebanyak 5 kali (untuk tiap manipulasi ma dan m dilakukan percobaan sebanyak 10 kali)

BAB III
METODE PERCOBAAN
(percobaan 2)

A. Alat dan Bahan
1. Computer photogate timing system dengan dua Accessory photogate
2. Sistem Air track dengan satu peluncur/glider
3. Seperangkat massa
4. Katrol

B. Variabel-Variabel
1. Variabel manipulasi:
m (massa peluncur)
2. Variabel kontrol:
D (jarak antara kedua photogate)
l (panjang massa peluncur)
ma (massa beban+penggantung)
3. Variabel respon:
t (waktu)
v (kecepatan)

C. Langkah Percobaan
Merangkai Air track seperti pada gambar rangkaian percobaan. Menimbang massa peluncur (m), massa beban+penggantung (ma), lalu mengukur jarak antara kedua photogate (d) dan panjang peluncur (l), kemudian menyiapkan program komputer. Menyalakan Air track dan meletakkan peluncur pada lintasan dan melepaskannya pada sebuah titik/jarak tertentu, hingga melewati kedua photogate. Mengulangi langkah tersebut untuk m yang berbeda (ma+m konstan) sebanyak 5 kali (untuk tiap manipulasi ma dan m dilakukan percobaan sebanyak 10 kali)

BAB V
DISKUSI

Pad percobaan kami, katrol dibuat diam karena tali dianggap tidak bermassa (massa tali terlalu kecil sehingga dapat diabaikan) dan katrol dianggap memiliki massa yang dapat diabaikan, sehingga tegangan tali T1 dan T2 sama besar dan tidak ada gaya tangensial yang bekerja pada tali karena peluncur pada Air Track tidak mempunyai percepatan (a) arah vertikal maka gaya-gaya vertikal Fn dan mg harus saling mengimbangi. Jika ax adalah percepatan horizontal m, hukum kedua Newton memberikan:
T = m.ax
Dengan T1 = T2 = T adalah tegangan dlam tali. Percepatan penggantung+beban adalah vertikal ke bawah. Gaya-gaya yang bekerja padanya adlah gaya gaya beratnya mag ke bawah dan tegangan tali T2 ke atas. Jika arah ke bawah adalah arah positif untuk percepatan ay penggantung+beban, maka hukum II Newton memberikan:
mag – T = maay
Jika tali penghubung tidak jadi kendur, tiap massa harus bergerak dengan kelajuan sama, dan percepatan ax dan ay haruslah sama besarnya (tetapi tidak arahnya), maka:
T = ma
Mag – T = ma
Mag – ma = maa
Sehingga a = [ma/(ma+m)]g

KESIMPULAN

Dari data yang kami dapatkan pada percobaan Hukum II Newton menggunakan Air track dan compute photogate timing system dapat disimpulkan bahwa:
• Makin besar massa beban+penggantung (ma), makin besar pula percepatannya
• Makin besar massa total (ma+m), makin kecil percepatannya
• Dari percobaan yang telah kami lakukan diperoleh:
a). ā = (0,5460 ± 0,0184) m/s2 dengan taraf ketelitian sebesar 96,64% dan F = (161,7 ± 34,71) N dengan taraf ketelitian sebesar 78,54%.
Sedangkan menurut teoritis, diperoleh:
ā = (0,7383 ± 0,1581) m/s2 dengan taraf ketelitian sebesar 78,59% dan F = (161,7 ± 34,71) N dengan taraf ketelitian sebesar 78,54%.
Nilai a menurut percobaan dengan nilai a teoritis memiliki perbedaan yang signifikan. Hal ini dikarenakan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah pengaruh gaya luar (gesekan dengan udara), gravitasi, jarak antara kedua photogate.
b). ā = (0,3336 ± 0,0775) m/s2 dengan taraf ketelitian sebesar 76,77% dan F = 259,7 N dengan nilai F konstan karena ma konstan.
Sedangkan menurut teoritis, diperoleh:
ā = (1,1351 ± 0,0566) m/s2 dengan taraf ketelitian sebesar 95,01% dan F = 259,7 N dengan nilai F konstan karena ma konstan.
Nilai a menurut percobaan dengan nilai a teoritis memiliki perbedaan yang signifikan. Hal ini dikarenakan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah pengaruh gaya luar (gesekan dengan udara), gravitasi, jarak antara kedua photogate


DAFTAR PUSTAKA

Halliday, David. 1977. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga
Tippler, Paul A. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga