Linear air track

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sebelum jaman Gallileo, sebagian besar ahli filsafat berpendapat bahwa agar benda tetap bergerak perlu ada pengaruh dari luar atau gaya. Dalam mekanika, gaya adalah apa yang mengubah kecepatan suatu benda. Gaya adalah suatu besaran vektor, yang memiliki besar dan arah. Suatu gaya eksternal adalah gaya yang sumbernya terletak di luar sistem yang diamati. Gaya eksternal total yang bekerja pada suatu benda menyebabkan benda tersebut mengalami percepatan searah dengan gaya tersebut. Percepatan tersebut berbanding lurus dengan gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda tersebut. Newton adalah satuan gaya dalam SI. Satu Newton ( 1 N ) adalah gaya resultan yang membuat massa 1 kg mengalami percepatan 1 m/det².

Menurut mereka keadaan alami benda adalah keadaan diam. Mereka yakin bahwa agar sebuah benda bergerak agar sebuah benda bergerak, mialnya sepanjang garis lurus dengan laju konstan, diperlukan suatu pengaruh luar yang mendororngnya terus menerus; bila penggerak luar ini tidak ada, benda akan berhenti dengan sendirinya.

Jika gagasan ini akan diuji secara eksperimen, pertama-tama harus dicari cara untuk membebaskan benda dari semua pengaruh lingkungannya maupun dari semua gaya. Hal ini sulit untuk dilaksanakan, tetapi dalam hal tertentu gaya ini dapat dibuat sangat kecil. Jika gerak kita pelajari dengan membuat gayanya terus semakin kecil, maka kita akan memperoleh gambaran bagaimana jadinya gerak tersebut bila gayanya betul-betul nol.

Adapun tujuan kami melakukan praktikum linear air track ini adalah untuk mengetahui bagaimana pengaruh gaya dan beban terhadap kecepatan. Sehingga diketahuilah cara kerja dari linear air track dan aplikasi dalam kehidupan sehari-hari.

1.2Tujuan

1. Untuk mengamati pengaruh gesekan terhadap kecepatan

2. Untuk mengetahui pengaruh beban terhadap kecepatan

3. Untuk mengamati prinsip kerja linier air track

4. Untuk mengetahui aplikasi linier air track 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 Newtontentang 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 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.

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:

m_1/m₀ = a₀/a₁ (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 a₁dan a₂ perbandingan massa diperoleh melalui:

m_1/m₂= a₁/a₂(gaya yang bekerja sama) ......................................................... (2.2)

Ternyata berharga m₂ dan m₁ yang ditentukan secra 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 :

F = ma............................................................................................. (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 demikian dari ketiga hukum Newton hanya dua yang bebas (tidak bergantungan), yaitu hukum kedua dan ketiga.

(David Halliday (1985)

Laju gelombang pada dawai menerapakan hukum kedua Newton, pada segmen dawai kecil yang panjangnya dalam posisi kesetimbangan adalah . Massa segmen itu adalah m = ; gaya-gaya diujung dinyatakan dalamkomponen x dan komponen y.

Komponen-komponen x mempunyai besar F yang sama dan jumlah gaya-gaya itu sama dengan nol karena gerak itu transversal dan tidak ada komponen percepatan dalam arah x. Untuk mendapatkan F_2y dan F_1y, Kita memperhatikan bahwa rasio F_1y/F sama besranya dengan kemiringan dawai itu dititik x dan bahwa F_2y/F sama dengan kemiringan di titik x + .

Jika kita meninjau dawai yang lentur sempurna. Dalam posisi kesetimbangan tegangannya adalah F, dan kerapatan massa linear (massa persatuan panjang) adalah , Bila potongan-potongan dawai itu digeserkan dari kesetimbangan, maka massa persatuan panjang sedikit dan tegangannya akan bertamvbah sedikit. Kita mengabaikan berat dawai itu membentuk garis lurus sempurna atau garis lurus perfect. Berawal pada waktu t=0, kita memberikan gaya transversal konstan F_y diujung kiri dawai itu. Kita dapat mengharapkan bahwa ujung itu akan bergerak dengan percepatan konstan; hal ini akan terjadi seandainya gaya itu diberikan pada suatu massa titik. tetapi disini efek gaya F_y itu adalah untuk menimbulkan semakin lebih banyak massa yang bergerak. Gelombang berjalan dengan laju konstan v, sehingga antara bagian yang bergerak dan bagian yang tidak bergerak akan bergerak dengan laju konstan v yang sama.

Semua partikel dalam bagian dawai yang bergerak akan bergerak ke atas dengan kecepatan konstan v_yatau stabil x_y . Bukan dengan percepatan konstan. Untuk melihat mengapa seperti itu, kita perhatikan bahwa impuls gaya F_y sampai dengan waktu t adalah F_yt. Menurut teorema impuls-momentum, impuls sama dengan perubahan komponen transversal total momentum (mv_y-0) dari abgian dawai yang bergerak. Karena sistem itu berawal tanpa momentum transversal, maka perubahan ini sama dengan momentum total pada waktu t. (Ft = mv).

Jadi, momentum total itu harus bertambah sebanding dengan waktu. Tetapi karena tititk bagi P bergerak dengan laju konstan, maka panjang dawai yang bergerak dan karena itu juga massa total m yang bergerak sebanding denagn waktu t selama gaya itu telah beraksi.

Kita memperhatikan sekali lagi bahwa momentum itu bertambah dengan waktu bukan karena massa itu bergerak lebih cepat, tetapi karena lebih banyak massa yang begerak . Tetapi impuls gaya F_ymasih sama dengan perubahan momentum total dari sistem itu. Dengan menerapkan hubungan ini, kita mendapat ; F t = vtv_ydengan menyelesaikan ini untuk v,kita peroleh

_V₌ (laju gelomang transversal pada dawai)_. ...................................... (2.4)

(Sears Zemansky, 2000)

Kecepatan gelombang, v , adalah kecepatan di mana gelombang puncak (atau bagian lain dari bentuk gelombang) itu bergerak. Kecepatan gelombang dibedakan dari kecepatan sebuah partikel dari media itu sendiri. Contohnya atau misalnya, untuk gelombang bepergian di sepanjang dawai. Kecepatan gelombang adalah hak sepanjang dawai sedangkan kecepatan partikel dawai tegak lurus untuk itu. Puncak gelombang perjalanan jarak satu panjang gelombang.

Misalnya, kira gelombang memiliki panjang gelombang dari 5m dan frekuensi 3 Hz. Karena ada puncak melewati suatu titik tertentu per detik. Dan puncak-puncak yang 5m terpisah, puncak pertama (atau bagian lain dari gelombang) harus menempuh jarak 15 m selama 1 s. jadi kecepatan 15 m / s. Kecepatan gelombang tergantung pada sifat medium di mana ia bergerak. Kecepatan gelombang pada tali membentang, misalnya, tergantung pada ketegangan dalam dawai, F_t dan massa dawai per satuan panjang, m / L. Untuk gelombang amplitudo kecil, maka hubungan tersebut adalah

v = √ (F_t / (m / L) (gelombang pada dawai) ................................. (2.5)

Formula ini masuk akal karena ketika ketegangan lebih besar,kecepatan lebih besar karena setiap segmen string berada dalam kontak erat dengan tetangganya. Lebih inersia dawai memiliki dan lebih lambat gelombang akan diharapkan untuk menyebarkan. amplitudo adalah tinggi maksimal puncak, atau kedalaman melalui, relatif dengan jarak antara dua poin identik berturut-turut pada gelombang. (Douglas C. Giancoli)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Fungsi

1. Vacum cleaner

Fungsi : untuk mengalirkan udara ke air track.

2. Milisecond Timer

Fungsi : untuk mengmengukur waktu.

3. Statif

Fungsi : untuk penyangga sensor.

4. Pipa aluminium

Fungsi : untuk lintasan lurus tempat melintasnya beban sehingga dapat diselidiki gaya beban yang terjadi.

5. Foto timing gate

Fungsi : untuk alat pendeteksi beban yang melewati lintasan.

6. Karet gelang

Fungsi : untuk mengikat pipa alumunium

7. Beban

Fungsi : untuk alat yang diluncurkan pada lintasan.

8. Penggaris

Fungsi : Untuk alat pengukur panjang.

9. Tissue dan Serbet

Fungsi : Untuk membersihkan peralatan.

3.2 Prosedur Percobaan

1. Disiapkan peralatan yang akan digunakan

2. Dihidupkan vacum cleaner

3. Dipasang karet gelang pada pipa ujung aluminium

4. Dletakkan sensor pada jarak yang telah ditentukan (jarak mula 40 cm) dari pipa

aluminium.

5. Diletakkan beban 128 gr di atas lintasan

6. Ditarik beban dari ujung pipa aluminium dengan menggunakan karet gelang yang

telah terpasang sehingga karet tersebut dapat memberikan dorongan pada beban.

7. Dinyalakan milisekon timer tepat saat beban mulai meluncur

8. Dimatikan milisekon timer pada saat beban mencapai sensor

9. Dicatat waktu yang ditunjukkan oleh milisekon timer

10. Diulangi percobaan ini sebanyak tiga kali pada jarak sensor yang sama kemudian

carilah waktu rata-rata

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

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

13. Dicatat hasilnya pada kertas data

14. Dimatikan vacum cleaner

3.4 Gambar Percobaan

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

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

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

3. Aplikasi linear air track dalam kehidupan sehari – hari adalah pada kereta api exxpres

4. Hubungan antara hukum newton I,II dan III adalah yaitu dimana suatu benda mempengaruhi percepatannya dari hukum ini juga dapat kita ketahui bahwa gaya sebuah aksi dapat mempengaruhi percepatan benda tersebut

5.2 Saran

1. Sebaiknya praktikan lebih cekatan dalam memakai alat millisecond timer

2. Sebaiknya praktikan harus lebih memperhatikan sambungan antara vacuum cleaner dengan pipa alumunium.

3. Sebaiknya praktikan harus lebih teliti dalam pengambilan data