Kekekalan Energi Mekanik

Vol.6

Kekekalan Energi Mekanik Eksperimen Fisika I By 1

ARIS RACHMAN HAKIM

2

FACHRURROZY ALHAMDANI 3

FIRGIAN KUSUMA PUTRA

4

NADYA SASKHITA PUTRI

5

PRAYOGASNO ERLANGGA

I.

Pembahasan

Energi mekanik merupakan penjumlahan dari dua jenis energi, yaitu energi potensial dan kinetik. Maka apabila energi mekanik itu kekal, maka berlaku kekekalan energi mekanik. Adapun persamaan yang digunakan pada eksperimen ini adalah : 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑖𝑖 + 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑖𝑖 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑓𝑓 + 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑓𝑓

1 1 𝑚𝑚𝑚𝑚(ℎ + 𝐿𝐿) + 0 = 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑚𝑚𝑣𝑣 2 + 𝐼𝐼𝜔𝜔2 2 2 1 1 2 𝑣𝑣 2 𝑚𝑚𝑚𝑚ℎ = 𝑚𝑚𝑣𝑣 2 + � 𝑚𝑚𝑟𝑟 2 � � 2 � 2 𝑟𝑟 2 5 7 2 𝑣𝑣 10 10 = 𝑔𝑔ℎ . . . (1) 7

𝑔𝑔ℎ =

𝑣𝑣𝐸𝐸𝐸𝐸 2 dan

𝑥𝑥 = 𝑣𝑣. 𝑡𝑡

2𝐿𝐿 𝑥𝑥 = 𝑣𝑣. � 𝑔𝑔

𝑣𝑣𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾 2 =

𝑔𝑔𝑥𝑥 2 . . . (2) 2𝐿𝐿

1

Vol.6

Tabel 1 – Data Eksperimen Hukum Kekekalan Energi Mekanik

h (m) 0.065

x (m) 0.392

0.115

0.5

0.13

0.525

0.16

0.6

0.19

0.644

V EM (m/s)

VKNM (m/s)

Selisih Persentase

0.96

0.98

1.69 %

1.28

1.25

2.51 %

1.36

1.31

3.76 %

1.51

1.50

0.79 %

1.65 Rata-Rata

1.61

2.30 % 2.21 %

𝒗𝒗𝑬𝑬𝑬𝑬 merupakan kecepatan yang diperoleh dari Hukum Kekekalan Energi Mekanik

sedangkan 𝒗𝒗𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲 merupakan kecepatan yang diperoleh dari persamaan Kinematika yakni

gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan. Dari hasil eksperimen, dengan

memvariasikan ℎ, besar 𝑣𝑣𝐸𝐸𝐸𝐸 rata-rata itu sekitar 1,354 m/s sedangkan untuk besar 𝑉𝑉𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾

rata-rata sekitar 1,331 m/s. Selisih antara 𝒗𝒗𝑬𝑬𝑬𝑬 rata-rata dan 𝒗𝒗𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲 rata-rata hanya

bernilai 0.023 m/s. Terlihat bahwa nilai kecepatan yang diperoleh dari persamaan energi mekanik dan nilai kecepatan yang diperoleh dari persamaan kinematika tidak jauh berbeda dengan rata-rata selisih persentase 2.21 %. Dengan selisih persentase seperti ini, cukup membuktikan bahwa energi mekanik itu kekal. Adanya selisih nilai antara 𝒗𝒗𝑬𝑬𝑬𝑬 dan 𝒗𝒗𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲 disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya

ketidaktepatan mengukur nilai x, h dan bentuk lintasan. Saat mengukur nilai x, praktikan menggunakan bantuan kertas untuk memberikan tanda posisi jatuhnya kelereng pada lantai, kemudian baru praktikan mengukur jarak dari posisi jatuhnya kelereng ke tepi meja. Sayangnya ketika mengukur jarak jatuhnya kelereng ke tepi meja terdapat beberapa kali kecerobohan praktikan yaitu tidak sengaja menggeser posisi kertas yang ada di lantai. Kemudian ketika mengukur h praktikan memvariasikan nilai h dengan menambahkurangkan buku yang rata-rata tebalnya 0.5 cm. Ketika praktikan hendak mengukur tinggi buku tersebut susunan tepi buku tidak sepenuhnya rata, sehingga praktikan mengambil nilai rata-rata tinggi susunan buku tersebut. Selain itu bentuk lintasan yang digunakan praktikan juga menjadi faktor error saat melakukan eksperimen. Lintasan yang digunakan adalah dua karton padi yang digabungkan menjadi satu dengan menggunakan staples sehingga terkadang kelereng menyentuh pinggiran anak staples yang menyebabkan kecepatan kelereng berkurang bahkan kelereng sedikit terpental dari lintasan dan akhirnya jatuh ke lantai. Simpulan dari eksperimen ini adalah terbukti bahwa energi mekanik itu kekal dimana besarnya energi mekanik awal sama dengan besarnya energi mekanik akhir.

2

Vol.6

II. Tugas 1. Apakah kelereng bisa diganti dengan menggunakan kubus? Jelaskan alasannya! Kelereng merupakan bola pejal, pada dasarnya bola itu akan bergerak menggelinding tanpa slip terhadap bidang miring karena gaya gesek yang diterima oleh kelereng adalah gaya gesek statis. Jika bola diganti dengan kubus, gaya gesek yang terjadi pada kubus adalah gaya gesek kinetis. Hal ini dikarenakan permukaan kubus yang bersentuhan langsung dengan bidang miring akan menerima gaya gesek yang besar. Kita ketahui bersama, bahwa energi suatu sistem akan kekal jika tidak terdapat usaha eksternal. Usaha akibat gaya gesek pada kubus, merupakan usaha eksternal karena itulah kelereng tidak bisa diganti dengan menggunakan kubus karena nantinya energi mekaniknya tidak akan kekal. Jika ingin tetap menggunakan kubus, mungkin persamaan yang digunakan perlu diubah menjadi 𝑊𝑊𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = ∆𝐸𝐸𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡

𝑊𝑊𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = �𝐸𝐸𝐸𝐸𝑓𝑓 + 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑓𝑓 � − (𝐸𝐸𝐸𝐸𝑖𝑖 + 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑖𝑖 ). . . (3)

2. Dalam eksperimen ini lebih baik menggunakan kelereng bermassa besar atau yang lebih kecil? Jelaskan! Dalam eksperimen ini, tidak terdapat pengaruh dari besarnya massa kelereng. Hal ini dikarenakan dalam persamaan (1) tidak terdapat komponen massa. Pada dasarnya, berapa pun massa kelereng, eksperimen ini tetap dapat dilakukan. Namun, jika kelereng diganti dengan benda yang memiliki massa sangat-sangat kecil, persamaan pada eksperimen ini perlu diubah, karena terdapat gaya gesek udara yang perlu diperhitungkan. Karena gesekan ini akan mempengaruhi lintasan yang dibentuk oleh benda ketika jatuh ke lantai. 3. Bagaimana bila pada eksperimen ini, kelereng diganti dengan cincin (ring )? Jika pada eksperimen ini kelereng diganti dengan cincin, maka yang perlu dilakukan adalah mengubah persamaan (1). Pada persamaan tersebut, momen inersia kelereng harus diganti dengan momen inersia cincin. 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑖𝑖 + 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑖𝑖 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑓𝑓 + 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑓𝑓

1 1 𝑚𝑚𝑚𝑚(ℎ + 𝐿𝐿) + 0 = 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑚𝑚𝑣𝑣 2 + 𝐼𝐼𝜔𝜔2 2 2 𝑣𝑣 2 1 1 𝑚𝑚𝑚𝑚ℎ = 𝑚𝑚𝑣𝑣 2 + ( 𝑚𝑚𝑟𝑟 2 ) � 2 � 2 𝑟𝑟 2 𝑔𝑔ℎ = 𝑣𝑣 2

𝑣𝑣 2 = 𝑔𝑔ℎ . . . (4)

3