rbl smt1 2009
TRANSCRIPT
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
1/18
RESEARCH BASED LEARNING
PELONTAR MOBIL MAINAN
LAPORAN PENELITIAN
Diajukan sebagai salah satu syarat kelulusan mata kuliah Fisika Dasar
pada semester I tahun akademik 2009-2010
Oleh
Zagalo Nanda M 16009021
Husna Effida Z 16009081
Tri Wahyu N 16009126
Iis Rodiah 16009151
Walidul Husain 16009341
Bhima Alldila K R 16009366
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
BANDUNG
2009
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
2/18
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah
1.1.1 Latar belakang
Suatu pelontar yang disusun sedemikian rupa sehingga akan menumbuk mobil agar
bisa melewati lintasan lingkaran dan berhenti di tempat yang telah ditentukan.
1.1.2 Rumusan masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah yang penulis ajukan adalah
bagaimana membuat suatu sistem pelontar mobil yang akan melontarkannya
melewati lintasan lingkaran dan berhenti pada tempat yang ditentukan dengan
menggunakan konsep mekanika.
1.2 Tujuan Penulisan
Tujuan yang hendak dicapai melalui penulisan laporan dan penelitian yang dilakukan
penulis adalah untuk dapat membuat sistem pelontar atau meriam yang dapat
melontarkan mobil dengan konsep mekanika dan untuk memahami konsep usaha dan
energi.
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
3/18
BAB II
TEORI DASAR KERJA DAN USAHA
2.1 Gerak MelingkarSebuah benda yang bergerak dengan lintasan lingkaran dengan laju konstan ,
dikatakan mengalami gerak melingkari beraturan. Besar kecepatannya adalah
konstan, namun arah kecepatan harus tetap berubah ketika bergerak dalam lintasan
lingkaran tersebut. Bila benda tersebut bergerak dengan laju konstan dan radius
lintasannya , maka benda itu mengalami percepatan yang arahnya menuju pusatlingkaran (percepatan sentripetal) dan besarnya adalah .Menurut hukum Newton kedua ( ), sebuah benda yang mengalamipercepatan pasti memiliki gaya total yang bekerja padanya. Untuk memberikan
percepatan sentripetal pada gerak melingkari, pasti dibutuhkan sebuah gaya total.
Besar gaya yang dimaksud dapat dihitung dengan persamaan
Karena arah menuju pusat lingkaran, maka arah gaya total juga menuju pusatlingkaran.
2.2 Energi KinetikSetiap benda yang sedang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan kerja dan
tentu saja dapat dikatakan memiliki energi. Energi gerak ini disebut energi kinetik.
Dengan besar energi kinetik dinyatakan oleh
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
4/18
Sedangkan besar kerja yang dilakukan benda adalah
Persamaan di atas dapat dinyatakan dalam kata-kata
Kerja total yang dilakukan pada sebuah benda sama dengan perubahan energi
kinetiknya.
2.3 Energi PotensialSebuah benda tidak hanya memiliki energi yang kita anggap sebagai sifat dari
geraknya. Tetapi benda juga mempunyai energi potensial, yaitu energi yang
berhubungan dengan posisi atau konfigurasi benda tersebut terhadap lingkungannya.
Di sini akan diuraikan dua jenis energi potensial, energi potensial gravitasi dan
energi potensial pegas.
2.3.1 Energi Potensial GravitasiPada saat sebuah benda jatuh ke tanah, maka bumi akan mengerjakan gaya pada
benda tersebut sebesar . Tentu saja gerak tersebut juga menciptakan energikinetik. Namun, ketika benda itu masih berada di atas tanah, dan ditahan untuk tidak
jatuh, maka benda itu mempunyai potensial untuk melakukan kerja berupa
perubahan energi kinetik. Ketika penahan itu dilepas, maka energi potensial itu akan
berubah menjadi energi kinetik. Energi potensial oleh gaya gravitasi dinamakan
energi potensial gravitasi. Besar energi tersebut bergantung pada gaya gravitasi yang
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
5/18
bekerja dan jaraknya dari permukaan bumi. Maka besar energi potensial gravitasi
dapat dituliskan sebagai
Sedangkan kerja yang dilakukan oleh gravitasi itu sendiri dapat dirumuskan sebagai
)
2.3.2Energi Potensial PegasSebagaimana gravitasi, pegas juga mempunyai energi potensial. Ketika pegas ditarik
atau ditekan sepanjang , maka ketika dilepaskan, energi potensial pegas akanmenjadi kerja. Bila kita letakkan bola di depan pegas ketika sedang ditekan, makaketika pegas dilepaskan, energi potensial pegas diubah menjadi energi kinetik pada
bola.
Energi pegas sendiri tergantung pada gaya yang kita berikan agar pegas berubah
panjangnya ( ) dan pada perubahan panjang pegas Karena gaya tidakkonstan (tergantung pada ), maka kita ambil rata-rata nilainya yakni . Jadi kerja yang dilakukan pegas adalah . Tentu sajaenergi potensial pegas dirumuskan .
2.4 Energi Mekanik dan KekekalannyaGaya dapat dibedakan menjadi 2, gaya konservatif dan nonkonservatif. Kerja yang
dilakukan gaya konservatif tidak bergantung pada lintasannya, tetapi pada posisi
awal dan posisi akhir. Contohnya energi potensial gravitasi, dibutuhkan kerja yang
sama () untuk mengangkat benda secara vertikal langsung atau melalui bidang
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
6/18
miring tertentu. Sedangkan kerja yang dilakukan gaya nonkonservatif bergantung
pada lintasannya. Contohnya gaya gesekan.
Bila pada suatu sistem hanya bekerja gaya-gaya konservatif, maka energi mekanik
sistem tersebut konstan. Energi mekanik didefinisikan jumlah dari energi kinetik dan
energi potensial yang bekerja pada suatu sistem. Dapat ditulis
atau
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
7/18
BAB III
ANALISIS RANGKAIAN PELONTAR MOBIL MAINAN
3.1 Deskripsi sistemNama dari pelontar ini adalah pelontar ITB (Indonesia Tetap Berkarya). Sistem
yang penulis gunakan berupa bandul berupa palu dan diberi karet sebagai ketapel.
Alasan penulis menggunakan bandul dan ketapel, selain alasan butuh energi yang
besar untuk melontarkan mobil, juga untuk mempertahankan kestabilan sistem saat
menumbuk. Sistem terdiri dari :
a. Palu besib. Karet pentilc. Pipad. Kawat
ILUSTRASI DARI SISTEM PELONTAR MOBIL
Tampak depan
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
8/18
ILUSTRASI LINTASAN YANG HARUS DITEMPUH MOBIL
Massa mobil = 36.65 g
Massa palu = 203 g
Konstanta karet = 20 Nm-2
3.2TinjauanTeori3.2.1Kerja yang Dikerjakan pada Mobil
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
9/18
Untuk menghitung berapa kerja yang harus dikerjakan pelontar ke mobil, kita hitung
dulu kecepatan awal yang dibutuhkan mobil.
Untuk lintasan lingkaran, maka kita cari kecepatan minimal di titik tertinggi lintasan.
Untuk lintasan lingkaran, persamaan yang memenuhi hukum kedua Newton adalah
Gaya yang bekerja pada sumbu-y sistem adalah gaya normal () dan gaya berat(), sedangkan gaya gesekan diabaikan. Maka dapat ditulis
Syarat minimal agar mobil dapat berputar adalah , sehingga
Sedangkan kecepatan di titik terbawah lintasan lingkaran dihitung dengan
menggunakan hukum kekekalan energi mekanik.
Untuk kecepatan awal di titik mulai, maka kita hitung dengan memperhitungkan
energi akibat gaya gesek. Diperkirakan lintasan tersebut mempunyai koefisien gesek
kinetik .
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
10/18
Maka energi kinetik aw
3.2.2Kerja oleh PelonSekarang kita tinjau ba
saat palu ditarik, maka d
Tinjau segitiga sama ka
peroleh
Bila dilihat dari atas, te
karet yang ditarik. Mak
l yang dibutuhkan mobil adalah
ar
wa pelontar memberikan kerja ke mobil. Pada
iagramnya seperti ini
ki ABC dengan AB = AC dan . Kita
rnyata BC adalah tinggi segitiga BDE yang di
, pertambahan panjang karet dihitung dari
bentuk akibat
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
11/18
Kerja oleh energi potensial pegas ialah
12
Bila CD diganti dari panjang karet mula-mula dan AB jarak antara karet dan titik
pusat rotasi . Maka total adalah jumlah dari tiga masing-masing karet. Untuk masing-masing karet, , dan .Untuk energi potensial gravitasi, tinjau diagram berikut
Ketinggian yang dicapai setelah palu ditarik, adalah selisih antara ketinggian awal
dari permukaan dan ketinggian akhir dari permukaan.
Dengan R adalah jarak ujung palu dengan titik pusat rotasi.
Sehingga kerja oleh energi potensial gravitasi dihitung dengan
Maka total kerja yang dilakukan pelontar
>>Kerja oleh Pegas
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
12/18
Pegas 1
-----------------------------------------------------------------------------------------
Pegas 2
-----------------------------------------------------------------------------------------
Pegas 3
>> Kerja oleh gravitasi
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
13/18
3.2.3Transfer Energi Pelontar-MobilDengan mengabaikan energi yang hilang akibat tumbukan mobil-palu, kita gunakan hukum
kekekalan energi untuk menghitung sudut tarik minimal agar mobil bisa melalui lintasan
lingkaran.
Dengan bantuan komputer, kita dapatkan besar minimal adalah 0.2366 rad atau13,56
o
3.3Hasil PercobaanPercobaan ke- Sudut () Hasil
1 16.6 Masuk zona 2
2 17.2 Masuk zona 3
3 17.8 Masuk zona 3
4 18.4 Masuk zona 3
5 19.1 Masuk zona 3
3.4 Analisis dan Pembahasan
Sistem yang penulis buat ini mengandung beberapa isu kelemahan antara lain
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
14/18
a) Isu kestabilan. Alat ini akan menumbuk tepat lurus ke arah mobil, bila tarikanke belakang juga lurus dari mobilnya. Dalam beberapa percobaan penulis
terkendali masalah ini, sehingga mobil meloncat keluar lintasan atau lintasan
ikut terdorong bersama mobil.
b) Isu posisi tertumbuknya mobil. Dalam beberapa percobaan, penulis melihatadanya perbedaan bila posisi mulai mobil tepat berada di bawah tiang
penyangga dan bila mobil diletakkan beberapa centimeter di depannya.
Terlihat kerja yang lebih besar dilakukan bila mobil diletakkan di depan
tiang. Hal ini terjadi karena palu penumbuk itu sendiri agak maju ke depan.
Jadi pada saat mobil diletakkan tepat di bawah tiang, vektor gaya yang
diberikan palu mempunyai dua arah, ke depan dan ke bawah. Hal inilah yang
mengurangi gaya ke depan oleh palu.
c) Isu karet pentil. Semakin banyak digunakan, sifat pegas karet akan melemah.Dan pada suatu saat karet akan putus. Hal ini dialami oleh karet yang
terbawah karena karet tersebut mengalami perubahan panjang paling besar.
Agar mobil berhenti mencapai zona yang ditentukan yakni lebih dari 50 cm di depan
lintasan lingkaran, diperlukan perhitungan yang cermat. Karena alat ini sensitif
dengan perubahan sudut yang kecil sekalipun. Bila terlampau besar akan mendorong
mobil lebih jauh dari sasaran, dan bila terlampau kecil, mobil tidak akan berhasil
melintasi lintasan lingkaran. Dari percobaan yang penulis lakukan, mobil akan
mencapai batas akhir zona 2 apabila sudutnya dan lebih besar dari itu akanmasuk zona 3. Hal ini sesuai dengan perhitungan sudut minimal agar mobil bisa
melewati lintasan lingkaran yakni .
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
15/18
BAB IV
SIMPULAN
Dapat dibuat suatu sistem rangkaian pelontar mobil yang berasal dari gaya pegas
yang dikonversi menjadi gaya pendorong mobil mainan Sesuai dengan hukum
kekekalan energi dan analisis dinamika gerak melingkari beraturan, maka kita akan
mendapatkan energi yang besar bila, sudut tarikan pegas juga besar. Namun, hal ini
perlu diatur agar mobil tidak keluar dari sasaran. Berdasarkan teori, penulis
menemukan sudut tarik minimal agar mobil melewati lintasan lingkaran adalah
. Sedangkan dari percobaan, sudut agar mobil sampai pada zona 2 adalah .
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
16/18
DAFTAR PUSTAKA
1. Halliday, David dan Resnick, Robert dan Walker, Jearl. 2005.Fundamental of Physics 7th ed. California: John Wiley & Sons, Inc.
2. Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta: PenerbitErlangga
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
17/18
LAMPIRAN I
DAFTAR HARGA BAHAN
Kawat 3 Meter Rp 9000
Pipa 1 Meter Rp 6000
Palu Rp 15000
Papan Kayu Rp 10000
Penggaris Besi 2 Buah Rp 5000
Karet Rp 4000
Paku Rp 1000
Total Rp 50000
-
8/9/2019 RBL smt1 2009
18/18
LAMPIRAN II
KONTRIBUSI ANGG
Pembuatan Sistem
Tri Wahyu Nugro
Zagalo Nanda M
Bhima Alldila K
Husna Effida Zan
Iis Rodiah
Walidul Husain
Pengambilan Sample
Percobaan
Bhima Alldila K
Walidul Husain
TA KELOMPOK
o
th
ata
Penyediaan Logistik
Walidul Husain
Husna Effida Zanat
Pembuatan Laporan
Zagalo Nanda M
Iis Rodiah
Finishing Alat
Iis Rodiah
Tri Wahyu Nugroho