Linier Air Track

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Sir Isaac Newton (1642-1727) adalah orang yang merintis mekanika, merumuskan tiga dasar dinamika yang menjadi landasan mekanika untuk dunia makro. Hukum-hukum newton menyajikan konsep ruang-waktu yang teropisah yang bersifat mutlak. Hasil-hasil pengukuran yang berlandasan hukum Newton bernilai cukup akurat untuk gerak berkelajuan rendah, namun gagal untuk gerak berkelajuan tinggi. Untuk gerak berkelajuan tinggi yang mendekati laju cahaya, diperlukan teori relativitasm khusus. Hukum Newton, yang tak lain ialah hukum kelembaman massa, atau hukum inersial, yakni yang menyatakan bahwa karena massanya, titik materi bersikap memberikan reaksi atas pengubahan keadaan gerakannya. Dari pengalaman sehari-hari, orang memerlukan kerja otot lengan untuk menggerakkan, mengangkat, atau pun mengubah keadaan gerakan benda. Kerja otot lengan itu hendaknya kita namakan gaya otot lengan. Makin besar gaya otot lengan dikenakan, makin mudah memperoleh gerakan, artinya gerakan itu lebih cepat berubah. Jadi secara umum gaya itu bersangkutan dengan laju perubahan kuantitas gerakan.

Salah satu pengaruh dari gaya adalah mengubah keadaan gerak suatu benda. Gerak mini dianggap sebagai gerak benda keseluruhan. Sebuah gaya yang bereaksi pada suatu benda adalah menyebabakan perubahan dalam gerak translasi dan rotasi. Secara sederhana kita akan sering menyatakan dua buah vektor  “sama dan berlawanan’, berarti bahwa besar kedua vektor sama dan yang satu negatif dari yang lain. Akhirnya hukum pertama Newton mengandung defenisi kulitatif konsep gaya, atau paling tidak aspek dari konsep gaya, sebagai “sesuatu yang mengubah keadaan gerak benda”. Jika benda bergerak lurus beraturan atau disebut dengan dengan hukum Newton I. Dan percepatan berbanding lurus dengan gaya dan berbanding terbalik dengan massa atau disebut dengan hukum Newton II. Pada percobaan gerak lurus, Linear Air Track akan didayagunakan dengan dua cara, yaitu cara foto elektrik

1.2  Tujuan Percobaan

1.      Untuk mengetahui pengaruh gesekan terhadap kecepatan

2.      Untuk mengetahui pengaruh beban terhadap kecepatan

3.      Untuk mengetahui prinsip kerja linier air track

4.      Untuk mengetahui aplikasi percobaan dalam kehidupan sehari-hari

BAB II

DASAR TEORI

Berabad-abad masalah gerak dan penyebabnya menjadi topik utama dalam fisika. Baru kemudian, dengan kemunculan Galileo dan Newton. Sebelum jaman Galileo, sebagian besar ahli filsafat berpendapat bahwa agar benda tetap bergerak perlu ada pengaruh luar atau "gaya." Menurut mereka "keadaan alami" benda adalah keadaan diam. Mereka yakin bahwa agar sebuah benda bergerak, misalnya sepanjang garis lurus dengan laju konstan, diperlukan suatu pengaruh luar yang mendorongnya terus menerus; bila penggerak luar ini tidak ada, benda akan berhenti dengan sendirinya. 

Misalkan benda uji, katakanlah sebuah balok, kita letakkan diatas bidang datar yang keras. Jika balok ini diluncurkan sepanjang bidang, lambat laun geraknya berkurang dan akhirnya berhenti sama sekali. Kenyataan inilah yang digunakan orang untuk mendukung gagasan bahwa gerak akan berhenti bila gaya luar, dalam hal ini adalah gaya dorong awal oleh tangan, ditiadakan. Namun gagasan ini dapat kita bantah dengan penalaran sebagai berikut: Andaikan percobaan tersebut kita ulangi dengan menggunakan balok yang lebih halus dan bidang yang lebih licin dan dibutuhkan juga minyak pelumas diantaranya. Nampak bahwa pengurangan kecepatan terjadi lebih lambat daripada tadi. Bila permukaan balok dan bidang diperhalus lagi dan pelumas yang digunakan lebih baik, maka laju (rate) pengurangan kecepatan makin lambat dan balok meluncur semakin jauh sebelum akhirnya terhenti. Bila ini diperluas (diekstrapolasikan) untuknkeadaan benar-benar tanpa gesekan, maka benda akan bergerak terus sepanjag garis lurus dengan laju konstan.  Untuk mengubah kecepatan gerak benda dibutuhkan gaya luar, tetapi untuk mempertahankan kecepatan tidak dibutuhkan gaya luar sama sekali. Misalnya dalam percobaan tadi, tangan memeberikan gaya pada balok untuk memulai geraknya. Bidang kasar memberikan gaya untuk memperlambat nya. Kedua gaya ini akan dapat menghasilkan perubahan pada kecepatan, juga dapat menimbulkan percepatan.

Hukum gerak kedua Newton menguraikan apa yang terjadi bila F tidak nol. Mestinya sudah jelas bahwa dalam kasus ini benda dipercepat yaitu benda tidak bergerak dengan kecepatan tetap. Hukum kedua menjangkau lebih jauh, dan menyatakan bahwa percepatan a dari benda sebanding dengan F. Ini berarti bahwa a mempunyai arah yang sama dangan F dan bahwa besar a sebanding dengan besar dari F. Semua gejala dalam mekanika klasik dapat digambarkan dengan menggunakan hanya 3 Hukum sederhana yang dinamakan Hukum Newton tentang gerak. Sesungguhnya hukum newton ini memberikan pernyataan tentang kerangka acuan. Pada umumnya, percepatan suatu benda bergantung pada kerangka acuan mana ia diukur. Hukum pertama menyatakan bahwa jika tidak ada benda lain diidekatnya (artinya tidak ada gaya yang bekerja, karena setiap gaya harus dikaitkan dengan benda dalam lingkungannya) maka dapat dicari suatu kerangka acuan sehingga suatu partikel tidak mengalami percepatan. tampak jelas bahwa percepatan benda berbanding lurus dengan resuktan gaya yang bekerja padanya dan arahnya sejajar dengan arah benda pada gaya tersebut.

Hukum Newton menghubungkan 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. Prinsip ini diangkat Newton sebagai yang pertama dari ketiga hukum geraknya. Newton mengungkapkan hukum pertama nya dengan kata-kata : " Setiap benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan kecuali jika ia dipaksa untuk mengubah keadaan itu oleh gaya-gaya yang berpengaruh padanya".

Sesungguhnya hukum newton ini memberikan pernyataan tentang kerangka acuan. Pada umumnya, percepatan suatu benda bergantung pada kerangka acuan mana ia diukur. Hukum pertama menyatakan bahwa jika tidak ada benda lain diidekatnya (artinya tidak ada gaya yang bekerja, karena setiap gaya harus dikaitkan dengan benda dalam lingkungannya) maka dapat dicari suatu kerangka acuan sehingga suatu partikel tidak mengalami percepatan.

Kenyataan bahwa tanpa gaya luar suatu benda akn tetap diam atu tetap bergerak lurus beraturab sering dinyatakan dengan memberikann sifat pada suatu benda yang disebut inersia (kelembaman), Karena itu hukum Newton pertama sering disebut hukum inersia dan kerangka acuan di mana hukum ini berlaku disebut kerangka inersial. Kerangka acuan ini sering dianggap diam terhadap bintang yang sangat jauh. Tersirat juga dalam hukum pertama bahwa tidak ada perbedaan antara pengertian tidak ada gaya sama sekali ada dengan gaya-gaya yang resultannya nol. Sebagai contoh, misalkan buku kita dorong dengan tangan melawan gesekan yang bekerja padanya, maka buku akan bergerak dengan kecepatan tetap. Jadi bentuk lain pernyataan hukum pertama adalah : Jika tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda, maka percepatannya a adalah nol. Jika antar benda yang satu dengan benda lain yang berada dalam lingkungannya maka akan ada interaksi, maka keadaan gerak "alami" benda dapat berubah. Untuk itu kita perlu untuk terlebih dahulu lebih awal memahami konsep dari gaya.

Pengaruh gaya terhadap benda yang berbeda yaitu : bahwa gaya yang sama akan menimbulkan percepatan yang berbeda pada benda yang berbeda. Contohnya, sebuah baseball akan mendapat percepatn lebih besar daripada sebuah mobil jika diberikan gaya yang sama. Untuk memperoleh jawaban kuantitatif dari pernyataan diatas, diperlukan cara untuk mengukur massa, yaitu sifat benda yang menetukan keengganannya untuk berubah gerak. Baiklah, misalnya kita pasang pegas pada benda standar yang diberikan massa m₀, dan kita berikan percepatan a₀, kita ukur pertambahn panjang pegas delta l, yang berhubungan dengan gaya yang dilakukan oleh  pegas pada balok. Kemudian gantikan benda standar dengan sembarang benda lain, yang kita beri ciri massa m₁ dan kita berikan gaya yang sama pada benda tersebut dab kita ukur percepatannya a₁.

Perbandingan massa kedua benda diatas didefenisiskan sebagai kebalikan perbandingan percepatan yang dialami masing-masing benda yang ditimbulkan oleh gaya yang sama, yaitu:

                        (dengan gaya F yang sama)                                      (2.1)

Jadi perbandingan massa antar dua benda tidak bergantung kepada gaya (sama untuk kedua benda) yang digunakan.

Selanjutnya, eksperimen menunjukkan bahwa dengan cara ini kita dapat menetukan massa sembarang benda secara konsisten. Sebagai contoh, misalkan kita bandingkan lagi sebuah benda lain dengan standar, dan kita peroleh massanya kita katakanlah m₂. Sekarang kita bandingkan kedua massa m₁ dan m₂ secra langsung.  Bila dikerjakan gaya yang sama pada kedua benda itu, diperoleh bahwa kecepatan a1 dan a2 perbandingan massa  diperoleh melalui:

                          (gaya yang bekerja sama)                                         (2.2)

Ternyata berharga m₂ dan m₁ yang ditentukan secara langsung standar.

Dengan eksperimen ynag serupa,dapat diperlihatkan juga bahwa jika benda bermassa m1 diletakkan dengan benda bermassa m2, maka secra mekanika mereka berlaku sebagi sebuah benda tunggal bermassa (m₁+m₂);  denga perkataan lain, massa dijumlahkan besaran skalar. Semua eksperimen dan defenisi di atas dapat dirangkumkan dalam sebuah persamaan, yang merupakn persamaan dasar mekanuka klasik, yaitu :

                                                                                                                     (2.3)

Dalam persamaan ini F adalah jumlah (vektor) semua gaya yang bekerja pada benda, m adalah massa benda, dan a adalah (vektor) percepatannya.  persamaan 2.3 dapat diambil sebagai pernyataan hukum Newton Kedua. Jika persamaan tersebut dituliskan dalam bentuk   a = F/m, tampak jelas bahwa percepatan benda berbanding lurus dengan resuktan gaya yang bekerja padanya dan arahnya sejajar dengan arah benda pada gaya tersebut. Juga tampak untuk suatu gaya tertentu, percepatan benda berbanding terbalik dengan massa benda. Perhatikan bahwa hukum gerak pertama tercakup dalam hukum kedua, sebagai khusus, yaitu bila F = 0 maka a = 0.

Dengan perkataan lain jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda = 0, maka percepatnnya juga sama dengan nol. Jadi, bila tidak ada gaya yang bekerja pada benda, benda akan bergerak dengan kecepatan konstan (nol); ini tidak lain daripada pernyataan hukum gerak yang pertama dengan kecepatan konstan.                                                 (David Halliday, 1985)

Pada bab ini kita akan membahas tentang kualitas dari mekanika dan bagian yang telah diperhitungkan, kita harus menafsirkan bab ini dalam pembahasan yng mendalam dan berkaitan dengan bab yang sebelumnya.

Kecepatan rata – rata. Untuk waktu yang dimulai dan mempunyai makna yang sama tentang kecepatan. Mungkin anda sudah mengetahui itu, bahwa terdapat dua perbedaan yang mendasar telah terlihat antara dua benda yang bersangkutan, tetapi untuk tujuan kita, mungkin akan mendapatkan kesamaan darinya.

Kita semua tahu apa itu kecepatan. Sebuah mobil travel mampu mencapai 120 mi. Tepatnya pada waktu 3 jam. Apa itu cepat, atau kecepatan? 40 mil per jam, tentunya. Tapi apakah itu?Tim automobile melanjutkan riset tentang pergerakan mobil dari istirahat dan menghasilkan energy untuk bergerak, pembelokan yang lembut, berhenti saat dilampu lalu lintas, dan mencapai batas kecepatannya. Apakah artinya, setelah itu, katak kalau kecepatannya mencapai 40 mil per jam?Jawabanmu, tentu saja, itu 40 mil per jam. Satu jam begitulah kecepatan rata – ratanya. Kecepatan dari mobil seharusnya hingga sampai 120 mil per jam.Dalam 3 jam.Jika itu tidak semakin naik atau turun kecepatannya kapanpun. Kecepatan rata – rata ini dihitung, biasanya, didapat dari berapa jarak yang ditempuh mobil tersebut pada waktu yang telah ditentukan. Jika kita membandingkan kecepatan rata – rata menggunakan v_av., jarak nya s, waktu t, kita akan mendapat persamaan yang akan mendekati dari hasil sebenarnya. Berikut merupakan persamaannya:

                                     v_av =                                                                                        (2.4)

s jarak, t waktu, v_av untuk kecepatan yang dihasilkan.                           (J. L. Glathart, 1950)

Jika permukaan dimana suatu benda bergerak dibuat makin licin maka perlambatan benda akan berkurang. Dengan dorongan yang sama,benda akan lebih lama bergerak jika permukaannya lebih licin. Dapat disimpulkan bahwa jika menggunakan suatu permukaan yang dipasang horizontal dan gesekan antara benda dihilangkan sama sekali, maka jika didorong sedikit benda akan bergerak pada garis lurus tanpa akan berhenti. Dengan kata lain benda akan bergerak akan bergerak lurus beraturan.

            Eksperimen ini mula-mula dilakukan oleh Galileo,dan dikenal sebagai prinsip galileo. Galileo menyatakan bahwa untuk mengubah kecepatan suatu benda diperlukan suatu gaya luar,akan tetapi untuk mempertahankan kecepatan pada suatu nilai (dan arah) tertentu tidaklah diperlukan gaya luar. Prinsip Galileo ini kemudian diambil oleh Isac Newton (1642-1727) sebagai suatu hukum dan dikenal sebagai suatu hukum, dan kemudian dikenal sebagai hukum1 newton. Adapun bunyi hukum 1 newton adalah sebagai berikut :

            Setiap benda akan tetap berada pada keadaan diam atau gerak lurus beraturan kecuali jika benda itu dipaksa untuk mengubah keadaan tersebut oleh gaya-gaya yang dikerjakan padanya. Secara logika kita dapat menggunakan hukum pertama newton sebagai defenisi untuk gaya ; maka gaya dapat didefenisikan sebagai apa yang dapat menyebabkan perubahan kecepatan. Defenisi ini belum kuantitatif, akan tetapi cocok dengan intuisi kita tentang gaya.

            Hukum I Newton juga memperkenalkan kita juga dengan suatu pengertian lagi yaitu sifat bahwa benda akan tetap berada pada keadaannya, yaitu diam atau bergerak lurus beraturan, disebut sifat inersia. Sering kali kata inert juga diartikan sebagai terjemahan dari kata kelembaman. Dalam hukum kedua newton, sifat inersia ini diberi defenisi yang kuantitatif, dan diberi nama massa. Jadi massa suatu benda tidak lain adlah pengertian kuantitatif dan operational dari sifat inersia benda.

Dimana Fs adalah satuan gaya yang jika bekerja pada massa standart adalah menghasilkan satu satuan percepatan as. Diatas telah dikatakn bahwa bila kita telah mempergunakan suatu sistem satuan tertentu maka kita dapatkan bahwa hubungan antara gaya, massa, dan percepatan yang dihasilkan dapat ditulis sebagai:

                                                   F = m a                                                                              2.5

Dimana hubungan diatas tidak lain adalah Hukum kedua Newton, suatu hubungan yang merupakan titik tolak pembahasan semua persoalan dinamika.

Suatu gaya yang bekerja pada sebuah benda selalu berasal dari benda lain.Jadi sebetulnya adalah hasil interaksi antara dua benda.Jadi,jika bahwa sebuah benda melakukan gaya pada sebuah benda lain, maka  benda kedua akan selalu melakukan gaya balasan pada benda pertama.Disamping itu kedua gaya ini mempunyai besar yang sama dengan arah yang berlawanan.

Jika salah satu gaya yang terjadi pada interaksi antara dua buah benda tersebut gaya “aksi”, maka gaya yang lainnya disebut gaya “reaksi”.Kedua gaya ini bukanlah timbul sebagai sebab akibat, akan tetapi dua gaya yang timbul bersama – sama, sehingga yang satu bukanlah merupakan sebab atau akibat dari yang lainnya.Sifat – sifat gaya yang seperti ini pertama kali dikemukakan oleh Isac Newton daam hukumnya yang ketiga,yang berbunyi:

”Setiap aksi selalu dilawan oleh reaksi yang sama besarnya; atau, aksi timbal – balik dari dua benda adalah selalu sama besar, dan mempunyai arah berlawanan.”

Secara singkat hukum III Newton menyatakan bahwa

F_aksi = - F_reaksi Yaitu bahwa gaya aksi besarnya sama dengan gaya reaksi,akan tetapiarahnya berlawanan.                                                                                                                (Sutrisno,1977)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Fungsi     

3.1.1        Peralatan dan Fungsi

1.      Vacum cleaner

Fungsi : untuk mengalirkan udara ke air track rail sehingga gesekan menjadi kecil.

2.      Statif

                      Fungsi : sebagai tempat untuk meletakkan pipa lintasan dan sensor gerak                   

3.      Pipa alumunium

               Fungsi : sebagai jalur lintasan gerak.

4.      Karet gelang 

                     Fungsi : untuk mengikat pipa alumunium.

5.      Beban           

                         Fungsi : sebagai penghambat gerak.  

6.      Penggaris

Fungsi : untuk mengukur jarak lintasan gerak.

7.  Selang

Fungsi : untuk menghubungkan vacum cleaner dan pipa aluminium

8. Stopwatch

    Fungsi : untuk menghitung waktu.

    

3.2  Prosedur Percobaan

1.      Dihidupkan vacum cleaner

2.      Dipasang karet gelang pada pipa ujung aluminium

3.      Diletakkan beban 128 gr di atas lintasan

4.      Ditarik beban dari ujung pipa aluminium dengan menggunakan karet gelang yang telah terpasang sehingga karet tersebut dapat memberikan dorongan pada beban

5.      Dinyalakan stopwatch tepat saat beban mulai meluncur

6.      Dimatikan stopwatch pada saat beban mencapai sensor

7.      Dicatat waktu yang ditunjukkan oleh stopwatch

8.      Diulangi percobaan ini sebanyak tiga kali pada jarak sensor yang sama kemudian carilah waktu rata-rata

9.      Diulangi percobaan ini untuk sensor sampai 100 cm dengan interval 10 cm

10.  Diulangi percobaan di atas untuk beban 400,46 gr

11.  Dicatat hasilnya pada kertas data

12.  Dimatikan vacum cleaner

DAFTAR PUSTAKA

Halliday,David. 1985. FISIKA. Edisi ke 3, Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Halaman : 105-111.

Glathart, J.L.1950. COLLEGE PHYSICS.Fourth Edition. McGraw-Hill Book Company,

Inc., London.

Pages : 17 – 21

Sutrisno.1996.FISIKA DASAR: MEKANIKA.Jilid 1.JAKARTA:

            Halaman : 32-37

Medan,18 November  2015

      Asisten                                                                                                     Praktikan

(Ita Hotmian Lase)                                                                                    (Reggy Zurcher)

BAB  IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.Data Percobaan

       

·         Untuk beban 128 gr        

X (cm)	t1 (detik)	t2 (detik)	t3 (deti)	t.rata-rata(detik)
40	12,98	12,46	30,53	7,33
50	11,85	20,51	28,61	6,68
60	11,27	21,19	29,44	6,87
70	10,56	18,86	26,92	6,26
80	9,67	19,47	26,05	6,13
90	10,28	18,24	24,86	5,93
100	9,80	16,71	23,01	5,50

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

·      Untuk beban 400,46 gr

X (cm)	t1 (detik)	t2 (detik)	t3 (deti)	t.rata-rata(detik)
40	11,42	20,10	28,08	6,62
50	10,87	19,60	27,91	6,48
60	10,49	19,01	25,80	6,14
70	9,78	18,14	25,11	5,89
80	9,66	17,57	24,02	5,69
90	8,86	16,04	22,61	5,97
100	8,30	14,92	20,96	4,90

                                                                                                   

                                                                                                               Medan , 18 November 2015

              Asisten                                                                                                    Praktikan

      Ita Hotmian Lase                                                                                       Reggy Zurcher

3.3               Gambar Percobaan

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1.      Pengaruh gesekan terhadap kecepatan adalah gesekan berbanding terbalik dengan kecepatan. Semakin besar gesekan yang dihasilkan benda maka semakin kecil kecepatannya untuk bergerak, begitu juga sebaliknya.

2.      Pengaruh beban terhadap kecepatan adalah beban berbanding terbalik dengan kecepatan. Semakin besar beban suatu benda maka kecepatan suatu benda akan semakin kecil, begitu juga sebaliknya.

3.      Prinsip kerja pada linier air track ialah dengan melihat bagaimana suatu beban melintas pada lintasan yang lurus (linier). Pada percobaan yaitu dengan meletakkan beban di atas pipa alumunium yang berfungsi sebagai lintasan linier dan mengisi angin (udara) yang berasal dari vacum cleaner ke dalam pipa alumunium, sehingga beban akan bergerak (berjalan) lurus pada lintasan lurus tersebut. Hal ini dikarenakan pada lintasan terdapat lubang-lubang kecil sehingga angin di dalam pipa akan keluar dan mendorong beban untuk bergerak.

4.      Aplikasi dari percobaan Linier Air Track ialah rel kereta api express dan orang yang bermain ski es. Pada kereta api express, kereta melaju pada lintasan lurus dengan bebannya yaitu penumpang di dalam kereta api tersebut. Dan pada seorang pemain ski es akan mendorong kakinya ke belakang dengan gaya yang besar agar badannya dapat bergerak ke depan untuk memperoleh gaya lain. Gaya yang dihasilkan akan mendorong badan pemain ski untuk melaju dilintasan tersebut.

5.2     Saran

1.      Sebaiknya praktikan memahami konsep dasar dari percobaan yang akan dipraktikumkan.

2.      Sebaiknya praktikan mengetahui peralatan yang digunakan pada percobaan dengan baik.

3.      Sebaiknya praktikan harus tepat waktu dalam menghidupkan maupun mematikan    milisekon timer.

4.      Sebaiknya praktikan lebih teliti dalam mengamati gerak beban pada lintasan lurus sampai beban berhenti