Laporan Praktikum Fisika Dinamika Gerak

Dinamika Gerak

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan dimana sebuah benda diam atau meluncur pada suatu permukaan yang memberikan gaya-gaya kepadanya. Setiap kali dua benda berinteraksi akibat kontak langsung (sentuhan) dari permukaan-permukaan maka gaya-gaya interaksinya disebut gaya kontak. Gaya gesekan juga selalu terjadi antara permukaan benda padat yang bersentuhan, sekalipun benda tersebut sangat licin. Ketika sebuah benda bergerak, misalnya ketika sebuah buku didorong di atas permukaan meja, gerakan buku tersebut mengalami hambatan dan akhirnya akan berhenti, karena terjadi sebuah gesekan antara permukaan buku dengan permukaan meja serta gesekan antara permukaan buku dengan udara.

Memahami akan pentingnya gaya gesek merupakan hal yang penting dalam kehidupan manusia. Sehingga kita perlu mengetahui peran penting dan besarnya dalam kehidupan melalui praktikum ini, yaitu menentukan koefisien gesek bahan. Dalam melakukan praktikum ini tentu kita tidak lepas dengan Hukum-Hukum Newton, karena inilah yang mendasari kegiatan praktikum ini. Di kehidupan sehari-hari kita tidak terlepas dari bantuan gaya gesekan, walaupun terkadang kita tidak menyadarinya. Akibat dari pentingnya pengetahuan untuk memahami tentang gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari maka dilakukan percobaan ini.

B. Tujuan

Tujuan dilaksanakan praktikum adalah sebagai berikut :

1. Menghitung gaya gesek dan koefisien gerak.
2. Menghitung percepatan benda bergerak.

Bab II. Tinjauan Pustaka

Permukaan sebuah benda meluncur di atas permukaan benda lain masing-masing benda akan saling melakukan gaya gesekan, sejajar dengan permukaan. Gaya gesekan terhadap tiap benda berlawanan arahnya dengan arah gerakannya relatif terhadap benda “lawan ”nya. Jadi jika sebuah balok meluncur dari kiri ke kanan di atas permukaan sebuah meja. Suatu gaya gesek ke kiri akan bekerja terhadap meja. Gaya gesekan juga ada yang bekerja dalam keadaan tidak terjadi gerakan relatif. Suatu gaya horizontal terhadap sebuah peti berat yang terletak dilantai mungkin saja tidak cukup besar untuk menggerakkan peti itu. Karena gaya tersebut terimbangi oleh suatu gaya gesekan yang besarnya sama dengan berlawanan arah, yang dikerjakan oleh lantai terhadap peti(Francis,1998).

Gaya gesek adalah gaya yang melawan arah gaya relatifnya. Gaya gesek dibagi menjadi dua, gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Gaya gesek statis adalah singgungan dua benda pada saat keadaan diam, atau saat benda dalam keadaan diam dalam bidang horizontal. Gaya gesek kinetis adalah gaya luncuran pada benda yang bergerak di permukaan kasar. Gaya gesek kinetis berlawanan dengan kecepatan benda formula yang dipakai untuk mencari koefisien dari gesek statis dan kinetis adalah F_s = µ_s x N untuk gaya gesek statis dan formula F_k = µ_k x N untuk gaya gesek kinetis pada benda(Giancolli, 1998).

Pada gaya gesek terdapat gaya normal yaitu gaya yang dilakukan benda terhadap benda lain dengan arah tegak lurus bidang antara permukaan benda. Secara matematika hubungan antara gaya gesek dengan gaya normal adalah sebagai berikut :

Fs < µk . N dan Fs > µs . N

Tanda sama dengan itu menunjukkan bila gaya gesek mencapai maksimum. Besar µk dan µs tergantung pada sifat permukaan yang saling bergesekan harganya bisa lebih besar dari suatu yang biasanya lebih kecil (Faradah,1987)

Hukum-hukum tentang gesekan adalah hukum yang berdasarkan pengalaman. Gesekan suatu benda yang menggelinding di atas permukaan dilawan oleh gaya yang timbul akibat perubahan bentuk permukaan yang bersinggungan. Contoh sebuah kubus diam pada suatu bidang miring memiliki sudut, kemudian diperbesar sudutnya maka kubus akan mulai tergelincir(Astuti,1997).

Dalam percobaan kali ini akan berlaku hukum newton I dan II. Hukum newton I menyatakan “setiap benda akan berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan kecuali jika dipaksa untuk mengubah keadaan ini oleh gaya-gaya yang berpengaruh padanya”. Sesungguhnya Hukum Newton ini memberikan pernyataan tentang kerangka acuan. Pada umumnya percepatan suatu benda bergantung kerangka acuan mana ia diukur. Hukum ini menyatakan bahwa jika tidak ada benda lain didekatnya (artinya tidak ada gaya yang bekerja, karena setiap gaya harus dikaitkan dengan benda dan dengan lingkungannya) maka dapat dicari suatu keluarga kerangka acuan sehingga suatu partikel tidak mengalami percepatan (Silaban,sucipto, 1985).

Bab III. Metode Praktikum

3.1 Waktu dan Tempat

Praktikum ini dilaksanakan pada hari Selasa, 10 September 2019 di Laboratorium Fisika Dasar Pertanian, Jurusan Teknik Pertanian¸ Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.

3.2 Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan pada praktikum adalah papan kayu sepanjang 1 meter, stopwatch, spidol, busur, mistar ukur, dan timbangan. Bahan yang digunakan pada praktikum adalah balok kayu.

3.3 Prosedur Kerja

Prosedur kerja yang dilakukan pada praktikum Dinamika Gerak untuk percobaan 1 adalah sebagai berikut :

1. Diletakkan papan di atas meja, pada posisi mendatar.
2. Diletakkan potongan balok (ditimbang terlbih dahulu dan dicatat bobotnya) di atas papan (posisi di tengah).
3. Diangkat salah satu ujung papan pelan-pelan, terus sampai balok meluncur.
4. Diukur sudut kemiringan papan (θ) dengan busur derajat, pada saat balok meluncur.
5. Dicatat dan diulangi langkah 1 sampai 4 sebanyak tiga kali.
6. Dihitung gaya gesek (F_s) maksimum dan koefisien gesek statis (µ_s) dengan melihat vektor kesetimbangan gaya.

Prosedur kerja yang dilakukan dalam praktikum Dinamika Gerak pada percobaaan kedua adalah sebagai berikut :

1. Disiapkan papan dan ditandai dengan spidol titik 0 dan 1 berjarak 75 cm (0,75 m).
2. Dimiringkan papan tersebut, dengan besar sudut 30^o.
3. Diletakkan balok pada titik 0 dan diluncurkan, pada saat yang bersamaan, ditekan tombol ON stopwach.
4. Pada saat balok sampai di titik 1, ditekan tombol OFF stopwatch. Dihitung waktu balok kayu meluncur sejauh 0,75 m.
5. Diulangi langkah 2-4 sampai 3 kali.

Bab IV. Hasil dan Pembahasan

A. Hasil

Tabel 1. Hasil Percobaan 1 : Statik

Tabel 2. Hasil Percobaan 2 : Kinetik dengan sudut 30^o

Tabel 3. Hasil Percobaan 2 : Kinetik dengan sudut 45^o

Tabel 4. Hasil Percobaan 2 : Kinetik dengan sudut 60^o

4.2 Pembahasan

Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, didapat data pada percobaan pertama yaitu koefisien gaya gesek statis. Koefisien gaya gesek statis (µ_s) didapat dari penurunan rumus F_s = µ_s . N menjadi µ_s = tanθ. Sehingga µ_s dapat dicari dengan mengetahui besar sudut antara papan dengan lantai sehingga balok mengalami perpindahan posisi dari ujung papan ke ujung papan lainnya. Setelah didapat µ_s, kita bisa mencari F_s (gaya gesek statis) dengan mengalikan µ_s dengan N yang merupakan gaya yang arahnya tegak lurus dengan permukaan lantai benda.

Lalu pada percobaan kedua, balok yang akan diletakkan di ujung papan akan dilepaskan ke ujung lainnya dengan sudut antara papan dengan lantai yang telah ditentukan. Jika semakin besar sudut yang telah ditentukan,  maka hal tesebut berpengaruh pada kecepatan benda (V) yang lebih besar, percepatan benda yang lebih besar (a), dan gaya (F) yang lebih besar. Hal ini berarti besar sudut antara papan dengan permukaan lantai berpengaruh terhadap kecepatan (V), percepatan (a), gaya (F), gaya gesek kinetis (F_k), dan koefisien gaya gesek kinetis (µ_k).

Pada percobaan pertama, didapatkan data koefisien gesek statis (µ_s) yang besarnya rata-rata 0,47. Hasil itu didapatkan karena sudut antara papan dengan permukaan lantai saat balok meluncur dari ujung papan ke ujung lainnya. Besar sudut rata-rata yang didapatkan pada percobaan pertama adalah 26^o. Hasil ini berbeda dengan percobaan kedua yang dilakukan, karena pada percobaan kedua sudut antara papan dengan permukaan lantai telah ditentukan. Karena sudutnya telah ditentukan, maka besar koefisien gesek kinetis (µ_k) nya lebih besar dibandingkan percobaan pertama. Jadi Perbedaan percobaan 1 dan 2 yaitu di percobaan pertama mencari sudut kemiringannya terlebih dahulu lalu menghitung gaya gesek maksimum dan koefisien gesek statis sedangkan pada percobaan kedua karena sudut telah ditentukan kita hanya mencari waktu yang diperlukan balok untuk  menuju titik nol,.

Untuk mendorong sebuah benda yang mempunyai permukaan kasar di atas meja dengan laju konstan dibutuhkan gaya dengan besar tertentu. Untuk mendorong benda lain yang sama beratnya tetapi mempunyai permukaan yang licin di atas meja dengan laju yang sama, akan memerlukan gaya lebih kecil. Jika selapis minyak atau pelumas lainnya dituangkan antara permukaan benda dan meja, maka hampir tidak diperlukan gaya sama sekali untuk menggerakkan benda itu. Pada urutan kasus tersebut, gaya yang diperlukan makin kecil. Sebagai langkah berikutnya, kita bisa membayangkan sebuah situasi di mana benda tersebut tidak bersentuhan dengan meja sama sekali, atau ada pelumas yang sempurna antara benda itu dan meja, dan mengemukakan teori bahwa sekali bergerak, benda tersebut akan melintasi meja dengan laju yang konstan tanpa ada gaya yang diberikan.

Berdasarkan penemuan ini, Isaac Newton (1642- 1727), membangun teori geraknya yang terkenal. Analisis Newton tentang gerak dirangkum dalam “tiga hukum gerak” -nya yang terkenal. Dalam karya besarnya, Principia

(diterbitkan tahun 1687), Newton menyatakan terima kasihnya kepada Galileo. Pada kenyataannya, hukum pertama Newton tentang gerak sangat dekat dengan kesimpulan Galileo. Hukum I Newton menyatakan bahwa:

“Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus, kecuali jika diberi gaya total yang tidak nol.”

Kecenderungan sebuah benda untuk mempertahankan keadaan diam atau gerak tetapnya pada garis lurus disebut inersia (kelembaman). Sehingga, Hukum I Newton sering disebut Hukum Inersia. Hukum I Newton tidak selalu berlaku pada setiap kerangka acuan. Sebagai contoh, jika kerangka acuan kalian tetap di dalam mobil yang dipercepat, sebuah benda seperti cangkir yang diletakkan di atas dashboard mungkin bergerak ke arah kalian (cangkir tersebut tetap diam selama kecepatan mobil konstan). Cangkir dipercepat ke arah kalian tetapi baik kalian maupun orang atau benda lain memberikan gaya kepada cangkir tersebut dengan arah berlawanan. Pada kerangka acuan yang dipercepat seperti ini, Hukum I Newton tidak berlaku. Kerangka acuan di mana Hukum I Newton berlaku disebut kerangka acuan inersia. Hukum Newton 1 bisa dituliskan dalam rumus  ΣF = 0.

Aplikasi penerapan Hukum Newton 1 dalam kehidupan sehari-hari adalah pada saat kita mengendarai mobil, lalu kita mengerem secara mendadak. Sontak tubuh kita akan mempertahankan posisi tubuh kita agar tidak terpental ke depan. Inilah yang merupakan penerapan dari Hukum Newton 1.

Hukum I Newton menyatakan bahwa jika tidak ada gaya total yang bekerja pada sebuah benda, maka benda tersebut akan tetap diam, atau jika sedang bergerak, akan bergerak lurus beraturan (kecepatan konstan). Selanjutnya, apa yang terjadi jika sebuah gaya total diberikan pada benda tersebut? Newton berpendapat bahwa kecepatan akan berubah. Suatu gaya total yang diberikan pada sebuah benda mungkin menyebabkan lajunya bertambah.

Akan tetapi, jika gaya total itu mempunyai arah yang berlawanan dengan gerak benda, gaya tersebut akan memperkecil laju benda. Jika arah gaya total yang bekerja berbeda arah dengan arah gerak benda, maka arah kecepatannya akan berubah (dan mungkin besarnya juga). Karena perubahan laju atau kecepatan merupakan percepatan, berarti dapat dikatakan bahwa gaya total dapat menyebabkan percepatan.

Pengalaman sehari-hari dapat menjelaskan hubungan antara percepatan dan gaya. Ketika kita mendorong kereta belanja, maka gaya total yang terjadi merupakan gaya yang kita berikan dikurangi gaya gesek antara kereta tersebut dengan lantai. Jika kita mendorong dengan gaya konstan selama selang waktu tertentu, kereta belanja mengalami percepatan dari keadaan diam sampai laju tertentu, misalnya 4 km/jam.

Jika kita mendorong dengan gaya dua kali lipat semula, maka kereta belanja mencapai 4 km/jam dalam waktu setengah kali sebelumnya. Ini menunjukkan

percepatan kereta belanja dua kali lebih besar. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang diberikan. Selain bergantung pada gaya,

percepatan benda juga bergantung pada massa. Jika kita mendorong kereta belanja yang penuh dengan belanjaan, kita akan menemukan bahwa kereta yang penuh memiliki percepatan yang lebih lambat. Dapat disimpulkan bahwa makin besar massa maka akan makin kecil percepatannya, meskipun gayanya sama. Jadi, percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massanya. Hubungan ini selanjutnya dikenal sebagai Hukum II Newton, yang bunyinya sebagai berikut:

“Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya.”

Hukum II Newton tersebut dirumuskan secara matematis dalam  persamaan:

 ΣF = m.a

dengan:

a = percepatan (m/s2)

m = massa benda (kg)

ΣF = resultan gaya (N)

Aplikasi Hukum Newton 2 dalam kehidupan sehari-hari adalah bus yang melaju di jalan raya akan mendapatkan percepatan yang sebanding dengan gaya dan berbanding terbalik dengan massa bus tersebut,  lalu pada permainan kelereng, kelereng yang kecil saat dimainkan akan lebih cepat menggelinding, sedangkan kelereng yang lebih besar relatif lebih lama.

Hukum II Newton menjelaskan secara kuantitatif bagaimana gaya-gaya memengaruhi gerak. Tetapi kita mungkin bertanya, dari mana gaya-gaya itu datang? Berdasarkan pengamatan membuktikan bahwa gaya yang diberikan pada sebuah benda selalu diberikan oleh benda lain. Sebagai contoh, seekor kuda yang menarik kereta, tangan seseorang mendorong meja, martil memukul/ mendorong paku, atau magnet menarik paku. Contoh tersebut menunjukkan bahwa gaya diberikan pada sebuah benda, dan gaya tersebut diberikan oleh benda lain, misalnya gaya yang diberikan pada meja diberikan oleh tangan.

Newton menyadari bahwa hal ini tidak sepenuhnya seperti itu. Memang benar tangan memberikan gaya pada meja. Tetapi meja tersebut jelas memberikan gaya kembali kepada tangan. Dengan demikian, Newton berpendapat bahwa kedua benda tersebut harus dipandang sama. Tangan memberikan gaya pada meja, dan meja memberikan gaya balik kepada tangan.

Hal ini merupakan inti dari Hukum III Newton, yaitu: “Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda pertama.” . Hukum III Newton ini kadang dinyatakan sebagai hukum aksi-reaksi, “untuk setiap aksi ada reaksi yang sama dan berlawanan arah”. Untuk menghindari kesalahpahaman,

sangat penting untuk mengingat bahwa gaya “aksi” dan gaya “reaksi” bekerja pada benda yang berbeda.

Aplikasi Hukum Newton III dalam kehidupan sehari-hari antara lain  Ketika kita menginjakkan kaki ke tanah, berarti kita memberikan sebuah gaya dorong terhadap tanah tersebut. Gaya yang kaki kita berikan kepada tanah ini merupakan gaya aksi. Kemudian sebagai respon dari gaya aksi yang kita berikan, maka tanah memberikan gaya dorong ke kaki kita yang membuat kaki bisa terangkat. Gaya dorong yang diberikan tanah ini adalah gaya reaksi. Proses ini berlangsung secara terus menerus sehingga membuat kita dapat berjalan di atas tanah.

Pada praktikum ini juga terdapat kendala yang menyebabkan hasil yang didapat kurang akurat. Kendalanya adalah pada saat balok diluncurkan dari papan, balok sering keluar jalur papan, sehingga percobaan tersebut harus diulangi. Lalu kendala selanjutnya adalah pada saat menghitung waktu tempuh balok, seringkali saat menekan tombol stopwatch tidak sesuai pada saat jalannya balok tersebut, sehingga data yang didapatkan kurang akurat. Kendala yang terakhir adalah pada saat mengukur sudut antara papan dengan permukaan lantai di percobaan pertama. Saat menggunakan busur, besar sudut yang didapatkan pada ulangan ke 1, 2, dan 3 memiliki rentang perbedaan yang cukup jauh.

Hubungan antara bentuk permukaan benda dengan gaya gesek adalah semakin kasar permukaan benda maka gaya gesek akan semakin besar , dan  sebaliknya apabila semakin halus permukaan benda maka gaya gesek akan semakin kecil Selain itu juga, hubungan antara permukaan benda dan gaya gesek adalah gaya gesek menimbulkan hambatan saat dua benda saling bersentuhan pada kedua permukaan benda.

V. KESIMPULAN

Kesimpulan yang diperoleh dari praktikum yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Gaya gesek rata-rata pada percobaan pertama adalah 0,23 N dan koefisien gaya geseknya adalah 0,12. Besar gaya gesek rata-rata pada percobaan kedua dengan sudut 30^o adalah 0,93 N, dengan sudut 45^o adalah 1, 98 N, dan dengan sudut 60^o adalah 3,08 N. Untuk besar koefisien gaya geseknya pada sudut 30^o adalah 0,94, pada sudut 45^o adalah 2,5 dan pada sudut 60^o adalah 5,61.

2. Percepatan rata-rata yang didapatkan pada percobaan kedua dengan sudut 30^o adalah 3,31 m/s², dengan sudut 45^o adalah 9,81 m/s², dan dengan sudut 60^o adalah 19,12 m/s².

DAFTAR PUSTAKA

Alonso, Marcelo, dan Fien Edward. 1994. Dasar-Dasar Fisika Universitas. Erlangga. Jakarta.

Astuti, Asri. 1997. Diktat Fisika Dasar 1. Universitas Jember. Jember.

Faradah, Inang. 1987. Fisika jilid 1 edisi ke-3. Erlangga. Jakarta.

Francis. 1998. Fisika jilid 2. Erlangga. Jakarta.

Giancoli, Douglas C. 1998. Fisika Jilid 1. Erlangga. Jakarta.

Halliday, David. 1996. Fisika Jilid 1. Erlangga. Jakarta.

Marcelo. 1999. Fisika Edisi Kedelapan. Erlangga. Jakarta.

Silaba dan Sucipto. 1985. fisika dasar jilid 1. Erlangga. Jakarta.

Sumarsono, Joko, 2009. Fisika. Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Jakarta.