Kesetimbangan Gaya

PERCOBAAN II

KESETIMBANGAN GAYA

A.    PELAKSANAAN PRAKTIKUM

1.      Tujuan Praktikum   :  

a. Menjelaskan tentang Hukum Newton I

b. Mahasiswa dapat mengetahui gaya-gaya dalam keadaan setimbang.

       2.  Waktu Praktikum   : Selasa, 11 Oktober 2011

      3. Tempat Praktikum  : Laboratorium Fisika Dasar, Lantai ll, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Mataram.

B. ALAT DAN BAHAN PRAKTIKUM

     1. Alat-alat Praktikum

                 a.Tiang statif

                 b.Katrol

                 c.Benang nilon

              2.Bahan-bahan praktikum

                 a.Beban

         C. LANDASAN TEORl

          Hukum l Newton menyatakan bahwa “sebuah benda tetap dalam keadan diam, atau bergerak sepanjang garis lurus  dengan laju tetap, kecuali bila dipaksa untuk mengubah keadan  oleh gaya-gaya yang di berikan kepadanya”. Kecenderungan dari sebuah benda untuk tetap bergerak terjadi akibat suatu sifat yang inersia. Pada saat sebuah benda tidak dikenai gaya, atau dikenai gaya yang jumlah vektornya sama dengan nol, dikatakan bahwa benda tersebut dalam kesetimbangan (equilibrium). Syarat pertama benda dalam keadaan setimbang adalah F = 0 atau ∑F_y = 0 (Rahardjo, 2011).

      Ada 2 syarat agar benda dalam kesetimbangan adalah sebagai berikut:

1.      Jumlah vector semua gaya eksternal yang beraksi pada benda harus sama dengan nol.

2.      Jumlah vector semua torsi ekstrnal yang beraksi pada benda diukur terhadap sembarang titik yang mungkin harus sama dengan nol.

        Berat W suatu benda yang diperluas sama dengan jumlah vector gaya-gaya gravitasi yang beraksi pada elemen-elemen individual (atom-atom) benda-benda bersangkutan. Suatu gaya tunggal W yang secara efektip beraksi pada suatu titik tunggal di sebut titik berat (pusat gaya berat) benda. Berat W beraksi pada pusat massa benda,yang ekuivalen dengan anggapan bahwa titik berat terletak pada pusat massa. Ini membuktikan bahwa anggapan ini berlaku pada asalkan percepatan G akibat gaya gravitasi bernilai konstan pada suatu benda ( Halliday, 1995:490 ).

            Jumlah kakas-kakas yang bertindak padasebuah benda adalah nol, benda itu akan tetap rehat. Sebuah benda yang tetap rehat dan tidak cenderung untuk mulai berputar dikatakan dalam kesetimbangan statis. Jadi syarat – syarat berikut harus dipenuhi agar sebuah benda berada berada dalam kesetimbangan statik. Syarat untuk kesetimbangan statik untuk sebuah benda agar berada dalam kesetimbangan statik adalah bahwa jumlah vektor semua kakas yang bertindak pada benda itu harus nol dan jumlah momen gaya yang dikenakan pada benda harus nol. Dalam menerapkan syarat terka semua torka harus dihitung terhadap titik yang sama. Bagaimanapun, jika benda dalam kesetimbangan statik, tidaklah menjadi masalah dimana titik ini terletak (Cromer, 1994:80 ).

             The conditions for static equilibrium mathematically by setting the sums of all the external forces and torques both to zero:

∑F_i=0   and   ∑ _i=∑(r_i×F_i)=0

       Here the subscripts i label the different forces that act on, a body the radius vector from a pivot porn to the force applications points, and the associated torques. There seems to be an ambiguity in equation that since we heven’t specified the point tobe used ini evaluating the torques. Equation that must hold no matter what point we chosse. If the first equilibrium condition ( ∑F_i=0 ) holds, then it suffices to show that the sum of torques about any one point zero. This result is useful in solving equilibrium problems because it allows us to choose any convenient point about which to evaluate the torques (Wolfson, 1995:323).

D. PROSEDUR PERCOBAAN

a.       Diambil tiga beban yang berbeda dan di gantungkan pada benang.

b.      dipastikan simpul ikatan benang tepat bersimpul pada titik pusat bujur derajat.

c.       Diukur ketiga sudut α,β, ( . Sebaiknya gunakan lima kombinasi   dari massa yang berbeda.

d.      Untuk setiap set data (F₁, F₂, dan F₃) digambarkan diagram vector gaya dengan sudut masing-masing . Panjang vector gaya pada diagram dalam kertas grafik millimeter sebanding dengan berat dalam gram.

e.       Dibuat sketsa gaya yang sesuai, baik arah  maupun besarnya. Jika tidak ada gesekan pada katrol, kita akan mendapat kan segitiga gaya yang tertutup dengan tepat. Jika terdapat gesekan atau pengukuran sudutnya kurang teliti maka segitiga yang tebentuk tidak tertutup tepat.

f.       dari 5 macam pengukuran, digambar diagram vector gaya masing-masing. Apakah didapatkan segitiga yang tertutup sempurna dari diagram yang dibuat.

E. HASIL PENGAMATAN

     Tabel hasil pengamatan    

N0	m1 (gram)	m2 (gram)	m3 (gram)				Fh	Fv	% error
									Fh	Fh
1.	25	25	25	120	120	120	0	0	0	0
2.	75	75	75	120	120	120	0	0	0	0
3.	125	100	100	120	125	115	0	0,139	0	13,9
4.	125	125	150	135	110	115	0,041	-0,59	5,99	36
5.	150	175	200	125	105	130	-0,108	-0,486	7,74	24,3

F. ANALISIS DATA

1.      Percobaan 1

·         M₁=  0,025 kg.

M₂= 0,025 kg.

M₃= 0,025 kg.

·           = 120

·           = 120

·          = 120

·         F₁ =  m₁.g

     = 0,025. 10

     = 0,25 N.

F₂ = m_2.g

     = 0,025.10

     = 0,25 N.

F₃ = m₃.g

     = 0,025.10

     = 0,25 N.

·         Gaya yang bekerja pada gerak horizontal (sumbu x)

   F_h = F₂ cos (γ-90) – F₁ (β-90)

       = 1,25 cos 25 – 1,25 cos 20

       = 0,041 N

·         Gaya yang bekerja pada gerak vertical (sumbu y)

      F_v = F₁ sin ( -90) + F₂ ( -90) – F₃

          = 0,25.1/2 + 0,25.1/2.-0,25

          = 0.

·          error F_h=                              

     =

               = 0 .                                                      

·          error F_v  =

                                                       =  

                                                       = 0 .

·            Grafik

 

2.      Percobaan 2

·        M₁ = 0,075 kg

M₂ = 0,075 kg

M₃ = 0,075 kg

·            = 120

     = 120 .

   = 120

·         F₁ = m_1.g

      = 0,075.10

      = 0,75 N.

  F₂ = m₂.g

      = 0,075.10

      = 0,7 N.

  F₃ = m₃.g

      = 0,075.10

      = 0,75 N

·   .gaya yang bekerja pada gerak horizontal (sumbu x).

F_h = F₂ cos ( -90) – F₁ cos ( -90)

     = 0,75 cos 30 – 0,75 cos 30

     = 0.

·   Gaya yang bekerja pada gerak vertikal

  F_v = F₁ sin ( -90) + F₂ sin ( -90) – F₃

      = 0,75 sin 30 + 0,75.1/2 – 0,75

      = 0.

·    error F_h =

= 0 %

·    % error F_v =

               = 0 %

·    Grafik

3.      Percobaan 3

·   M₁ = 0,125 kg

   M₂ = 0,1 kg

   M₃ = 0,1 kg

·    F₁ = m₁.g

  = 0,125.10

  = 1,25 N

                                   F₂ = m₂.g

                                        = 0,1.10

                                        = 1 N

     F₃ = m₃.g

         = 0,1.10

         = 1 N

·          = 120

                                      = 125

                                       = 115

·         Gaya yang bekerja pada gerak horizontal (sumbu x)

F_h = F₂ cos ( -90) – F₁ cos ( -90)

     = 1 cos 25 – 1,25 cos 35

     = 0

·         Gaya yang bekerja pada gerak vertical (sumbu y)

F_v = F₁ sin ( -90) + F₂  sin ( - 90) – F₃

     = 1,25 sin 35 + 1 sin 25 – 1

     = 0,139

·         % error F_h =

                  = 0 %

·         % error F_v =

                  = 13,9 %.

·         Grafik

4.      Percobaan 4

·         Massa beban

M₁ = 0,125 kg

M₂ = 0,125 kg

M₃ = 0,150 kg

·      Gaya-gaya yang dihasilkan

F₁ = m₁.g

     = 0,125.10

     = 1,25 N

F₂ = m_2.g

     = 0,125.10

     = 1,25 N

F₃ = m_3.g

     = 0,150.10

     =1,50 N

·      Sudut-sudut yang dibentuk

α = 135

= 110

 = 115

·      Gaya yang bekerja pada gerak horizontal (sumbu x).

   F_h  = F₂ cos (γ-90) – F₁ cos (β-90)

        = 1,25 cos 25 – 1,25 cos 20

        = 0,041 N

·      Gaya yang bekerja pada gerak vertikal ( sumbu y)

   F_v = F₁ sin (β-90) + F₂ sin (γ-90) – F₃

                                                               ₌ 1,25 sin 20 + 1,25 sin 25 – 1,5

                               = - 0,59 N

·      % error F_h =

= 5,99 %         

·      % error F_v =

= 36 %

·      Grafik

5.      Percobaan  5

·         Massa beban

M₁= 0,15 kg

M₂ = 0,175 kg

M₃ = 0,2 kg

·         Gaya-gaya yang dihasilkan

F₁ = m₁.g

     = 0,15.10

     = 1,5 N

F₂ = m₂.g

     = 0,175.10

= 1,75 N

F₃ = m_3.g

     = 0,2.10

     = 2 N

·      Sudut-sudut yang dibentuk

α = 125

β = 105

γ  = 130

·      Gaya yang bekerja pada gerak horizontal (sumbu x).

F_h = F₂ cos (γ-90) – F₁ cos (β-90)

                             = 1,75 cos 40 – 1,5 cos 15

                             = 1,3405 – 1,449

                             = -0,1085 N

·      Gaya yang bekerja pada gerak vertical (sumbu y)

F_v = F₁ sin (β-90) + F₂ sin (γ_90) – F₃

         = 1,5 sin 15 + 1,75 sin 40 – 2

     = 0,3885 + 1,125 – 2

     = - 0,486 N.

·      % error F_h =

                                              = 7,74 %

·      % error F_v = 

= 24,3 %

·      Grafik

 

G. PEMBAHASAN

           Percobaan ini bertujuan agar kita bisa memahami dan menjelaskan tentang Hukum Newton 1 yang mengatakn bahwa suatu benda akan tetap diam atau begerak lurus beraturan apabila resultan gaya yang bekerja pada benda itu sama dengan nol” atau . Dari pernyataan itu, kita dapat menyimpulkan bahwa benda yang diam atau tidak bergerak, tidak memiliki gaya.

Pada percobaan ini digunakan tiga beban yang massanya berbeda-beda yang digantungkan dengan benang pada katrol. Pada sudutnya  yang secara keseluruhan 360 . Terdapat lima macam pengukuran yang menggunakan massa yang berbeda-beda pada setiap titik atau m₁, m₂, dan m₃.

Pada percobaan pertama dengan massa yang sama yaitu 0,025 kg, dihasilkan F_h sebesar 10 N dan F_v sebesar 0 sehingga persentase errornya juga nol. Percobaan kedua menggunakan massa yang sama sehingga F_h=F_v=0 dan persentase F_h sama dengan persentase F_v yaitu nol. Percobaan ketiga menggunakan massa yang berbeda-beda yaitu m₁=0,125 kg, m₂=m₃=0,1 kg, sehingga sehingga besarnya F_h sama dengan nol dan F_v sama dengan 0,139. Untuk persentase error F_h sama dengan nol dan persentase error F_v sama dengan 13,9%. Pada percobaan keempat dihasilkan F_h sama dengan 0,041 dan F_v sama dengan -0,59. Persentase error F_h sama dengan 5,99% dan F_v sebesar 36 %. Pada percobaan kelima, dihasilkan F_h sebesar -0,108 dan F_v sebesar -0,486, sehingga dihasilkan persentase error F_h sebesar 7,74% dan F_v sebesar 24,3%.

Dari data di atas dapat kita simpulkan bahwa apabila massa beban yang digantung bebeda-beda maka terjadi kesalahan pada sudutnya. Massa beban mempengaruhi hasil pengamatan yang dilakukannya.

H. PENUTUP

1. Kesimpulan

      a.  Hukum Newton l sesuai dengan percobaan yang dilakukan ini,dibuktikan denngan       percobaan pertama dan kedua yang  massanya sama sehingga katrol tetap diam       atau tidak bergerak.

b. gaya akan seimbang apabila massanya sama dan memiliki gaya yang sama antara beban yang satu dengan beban yang lainnya.

2. Saran

    a. Seharunya praktikan menaati tata tertib laboratorium .

    b. Praktikan harus menghormati praktikan yang masih praktikum agar praktikan             merasa tidakn terganggu.

DAFTAR PUSTAKA

Cromer, Alan H. 1994. Fisika Untuk Ilmu-ilmu Hayati. Yogyakarta: Gajah Mada                                      University Press.

Halliday. 1995. Dasar-dasar Fisika. Bandung: Binarupa Aksara Publisher.

Rahardjo. 2011. Kesetimbangan. http://id.wikipedia.org/wiki/kesetimbangan. diunduh              pada hari rabu 12 Oktober 2011, pada jam 15.00 WIB.

Wolfson, Richard. 1995. Physic. United Stated America. Harper Collins.