Laporan Praktikum Gesekan Pada Bidang Miring BAB I PENDAHULUAN
A. Tujuan Percobaan 1. Mencari koefisien gesekan statis dan kinetis benda yang bergerak meluncur pada bidang miring 2. Mencari percepatan dan kecepatan benda yang bergerak meluncur pada bidang miring
B. Dasar Teori Jika Sebuah benda yang terletak pada bidang datar dan tidak ada gaya yang kita berikan pada benda tersebut maka akan terjadi kesetimbangan antara gaya-gaya benda (W) tersebut dengan gaya reaksi yang dilakukan oleh permukaan yang arahnya berlawanan dengan gaya berat benda, gaya ini dikenal sebagai gaya normal (N). Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar gambar 1.
Gambar 1
Apabila bidang datar tersebut sedikit demi sedikit dimiringkan maka pada benda bekerja yang disebabkan oleh komponen gaya berat yang arahnya ke bawah. Sebagai reaksinya persentuhan antara benda dengan bidang miring timbul gaya reaksi berupa gaya gesek. Gaya gesek antara dua buah benda padat terbagi dua, yaitu gaya gesek statis dan dan gaya gesek kinetis. Bekerjanya gaya gesek ini dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2
Ketika sudut kemiringan masih kecil sehingga besarnya gaya gesek masih besar dari gaya ke bawah, maka benda tetap diam. Tetapi jika sudut diperbesar maka suatu ketika gaya gesek (G gesek) akan sama dengan gaya ke bawah. 1. Fgesek = W sin ………………………………………………………………………….(Rumus 1) W = gaya berat benda
= sudut kemiringan Gaya gesek yang bekerja sejak bidang datar mulai dimiringkan hingga benda saat akan bergerak dikenal dengan gaya gesek statis. Besarnya gaya gesek statis ini adalah :
2. Fgesek statis = μs . N………………………………………………………………………..(Rumus 2)
1
μs = koefisien gesek statis N = gaya normal = W cos Pada saat benda akan bergerak, F gesek
statis
mencapai nilai maksimum.
Dengan menggabungkan rumus (1) dan rumus (2), maka :
3.
μs
=
W sin α N
=
W sin α W cos α
= tg α……………………………………………………(Rumus 3)
μs akan semakin besar jika permukaan benda makin kasar. Sebaliknya μs semakin kecil jika permukaan semakin halus atau licin. Apabila sudut kemiringan diperbesar lagi maka benda akan meluncur ke bawah, permukaan benda dengan permukaan bidang akan menimbulkan gaya gesek kinetis dan besar gaya ini adalah :
4. Fgesek kinetis = µk . N……………………………………………………………………….(Rumus 4) µk = koefisien gesek kinetis
5. F = W sin . µk . N = m.g sin . µk . m.g cos Menurut hukum Newton II, F = m.a Jadi, m.a = μs sin - µk . m.g cos
6.
μk = g gsincos α α− a
7. a =
2 S t t 2
8. Kecepatan benda saat mencapai ujung bidang luncur adalah : V=a.t
2
3
BAB II Alat dan Bahan
A. Alat Alat – alat yang digunakan antara lain : 1. Bidang luncur dengan panjang 100cm dan tinggi 50cm 2. Stopwatch 3. Mistar 4. Balok A, B dan C 5. Lembaran hamplas
B. Bahan -
4
BAB III Metode Percobaan
Dalam percobaan gesekan pada bidang miring ini, metode yang digunakan adalah : 1. Diletakkan balok di atas bidang luncur pada tempat yang sudah diberi tanda. Diukur pula panjang lintasan yang akan dilalui oleh benda (S t). 2. Diangkat bidang luncur perlahan-lahan hingga balok pada kondisi akan meluncur. Diukur pula posisi vertikal balok (y) dan horizontal balok (x). 3. Diangkat bidang luncur sedikit ke atas lagi hingga balok meluncur. Dengan menggunakan stopwatch, diukur waktu yang diperlukan balok selama meluncur sepanjang lintasan. 4. Diulangi poin 1 sampai 3 masing-masing sebanyak 3kali untuk balok A, balok B, dan balok C. 5. Dihitung : a. panjang lintasan yang dilalui balok (r) b. sudut-sudutnya (sin θ, cos θ, dan θ) c. koefisien gesek statis ( µs) d. koefisien gesek kinetis ( µk) e. percepatan (a) f.
kecepatan balok saat mencapai ujung bawah bidang luncur ( v)
5
BAB IV Data Pengamatan dan Perhitungan
Keadaan ruangan
P ( cmHg )
T ( ºC )
C(%)
Sebelum percobaan
74,6
28
77
Sesudah percobaan
74,6
28
77
A. Data Pengamatan 1. Balok A Massa balok A (m)
= 124.6 gram
Panjang lintasan (S t) = 100cm
No
x (cm)
y (cm)
r (cm)
t (s)
sin θ
μs
μk
a 2 (m/s )
(m/s)
1
51
26
57.25
1.9
0.45
0.89
0.51
0.44
55.4
105.26
26.7
2
55.8
26.5
61.77
1.3
0.43
0.9
0.48
0.34
118.34
153.84
25.5
3
53.7
26
59.66
1.2
0.44
0.9
0.49
0.33
138.89
166.67
26.1
x
53.5
26.17
59.56 1.47
0.44
0.9
0.49
0.37
104.21
141.92
26.1
cos
θ
θ
2. Balok B Massa balok B (m)
= 124.4gram
Panjang lintasan (S t) = 100cm
No
x (cm)
y (cm)
r (cm)
t (s)
sin θ
1
65.9
25.8
70.77
3.3
0.36
2
71
26.2
75.68
4.5
3
66
25.8
70.86
x
67.63
cos
μs
μk
a (m/s2)
(m/s)
0.93
0.39
0.37
18.36
60.59
21.1
0.35
0.94
0.37
0.36
9.88
44.46
20.5
3.2
0.36
0.93
0.39
0.37
19.53
62.5
21.1
25.93 72.44 3.67
0.36
0.93
0.38
0.37
15.92
55.85
20.9
θ
θ
6
3. Balok C Massa balok C (m)
= 13.9 gram
Panjang lintasan (S t) = 100cm
No
x (cm)
y (cm)
r (cm)
t (s)
sin θ
μs
μk
a (m/s2)
(m/s)
1
63.7
25.8
68.73 2.5
0.38
0.93
0.41
0.37
32
80
22.33
2
60.4
25.9
65.72
1.6
0.39
0.92
0.42
0.34
78.13
125.01
22.95
3
62.5
25.8
67.62 2.2
0.38
0.92
0.41
0.37
41.32
90.9
22.33
x
62.2
25.83 67.36 2.1
0.38
0.92
0.41
0.36
50.48
98.64
22.63
cos
θ
θ
B. Perhitungan Rumus yang digunakan : 1.
2 = 2 + 2
=
2 + 2
2.
cos = tan = sin =
3.
μs = koefisien gesek statis
=
sin = = cos
sin cos
= tan
7
4. μk = koefisien gesek kinetik
= − = sin − . = . sin − cos = . sin − . cos = sin − cos = sin − = cos sin − = cos 5. Percepatan
1
= 0 + 2 2
= =
1 2
2
2
2
6. Kecepatan
= 0 + . = .
8
BAB V PEMBAHASAN
Gaya gesek adalah gaya yang timbul akibat persentuhan langsung antara dua permukaan benda dengan arah berlawanan terhadap kecenderungan arah gerak benda. Besar gaya gesekan tergantung pada kekasaran permukaan sentuh. Semakin kasar permukaan, maka semakin besar gaya gesekan yang timbul. Gaya gesek statis adalah gesekan antara dua benda padat yang tidak bergerak relatif satu sama lainnya. Seperti contoh, gesekan statis dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring. Koefisien gesek statis umumnya dinotasikan dengan μs, dan pada umumnya lebih besar dari koefisien gesek kinetis. Gaya gesek statis dihasilkan dari sebuah gaya yang diaplikasikan tepat sebelum benda tersebut bergerak. Gaya gesekan maksimum antara dua permukaan sebelum gerakan terjadi adalah hasil dari koefisien gesek statis ( μs ) dikalikan dengan gaya normal (N).
f s = μs N
Ketika tidak ada gerakan yang terjadi, gaya gesek dapat memiliki nilai dari nol hingga gaya gesek maksimum. Setiap gaya yang lebih kecil dari gaya gesek maksimum yang berusaha untuk menggerakkan salah satu benda akan dilawan oleh gaya gesekan yang setara dengan besar gaya tersebut namun berlawanan arah. Setiap gaya yang lebih besar dari gaya gesek maksimum akan menyebabkan gerakan terjadi. Setelah gerakan terjadi, gaya gesekan statis tidak lagi dapat digunakan untuk menggambarkan kinetika benda, sehingga digunakan gaya gesek kinetis. Gaya gesek kinetis (atau dinamis) terjadi ketika dua benda bergerak relatif satu sama lainnya dan saling bergesekan. Koefisien gesek kinetis
9
umumnya dinotasikan dengan μk dan pada umumnya selalu lebih kecil dari gaya gesek statis untuk material yang sama. Misalnya sebuah balok yang beratnya W diletakkan pada lantai. Balok memberikan gaya tekan pada lantai sebesar W.
Gaya tekan ini diimbangi oleh lantai dengan memberikan gaya normal N (N=W) sehingga benda dalam keadaan seimbang(diam). Pada balok kemudian di berikan gaya F cukup kecil, balok masih diam (seimbang). Karena gaya F masih dapat diimbangi oleh gaya gesek fs. Gaya gesek yang timbul pada balok yang masih diam ini disebut gaya gesek statif (fs). Bila gaya F diperbesar, gaya fs pun makin besar selama balok itu masih diam.
Bila gaya F terus diperbesar, suatu saat fs akan mencapai harga maksimumnya(fsm), saat ini balok tepat saat akan bergerak, artinya bila gaya F ditambah lagi sedikit saja, maka benda akan bergerak. Ketika balok sudah bergerak, gaya geseknya lebih kecil dari pada gaya gesek statis maksimum. Gaya gesek yang timbul saat benda sudah bergerak disebut gaya gesek kinetis(fk).
10
Hukum yang berlaku pada percobaan ini adalah hukum Newton I dan hukum Newton II. Hukum Newton I berbunyi “ Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan terus diam. Sedangkan, benda yang mula-mula bergerak, akan terus bergerak dengan kecepatan tetap''.
Sehingga hukum Newton I dapat diinterpretasikan bahwa sebuah benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau akan terus bergerak, kecuali jika dipaksa berubah dengan menerapkan gaya luar ke benda tersebut. Hukum Newton II berbunyi “ Jika suatu gaya total bekerja pada benda, maka benda akan mengalami percepatan, di mana arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya. Vektor gaya total sama dengan massa benda dikalikan dengan percepatan benda”. Secara matematis, hukum
Newton II dinyatakan sebagai berikut :
ΣF = m.a
Gaya gesek timbul karena ada kontak antara dua permukaan yang kasar, yaitu permukaan benda yang cenderung akan bergerak atau sedang bergerak dan permukaan lantai yang ditindihnya. Gaya gesek sifatnya selalu melawan g aya yang cenderung menggerakkan benda. Karena itu arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah kecenderungan gerak benda. Gaya gesek ini dapat terjadi pada: 1. gaya gesek antara zat padat dengan zat padat (kayu dengan kayu) 2. gaya gesek antara zat cair dengan zat padat (kelereng dengan oli) Ketika benda cenderung akan bergerak tetapi belum bergerak, maka gaya geseknya ini disebut gaya gesek statis. Ketika benda sudah dalam keadaan bergerak, maka gaya geseknya ini disebut gaya gesek kinetis.
11
Mengenai gaya gesek statis: 1. Selama benda belum bergerak, gaya gesek statis besarnya mengikuti besar gaya dorong atau gaya tarik yang cenderung men ggerakkan benda. 2. Besar gaya gesek statis memiliki batas maksimum yang besarnya tergantung pada kekasaran permukaan benda dan gaya kontak antara lantai dan benda (atau yang sering disebut sebagai gaya normal). 3. Semakin kasar permukaan benda atau permukaan lantainya, semakin besar pula gaya gesek statis maksimumnya.
Mengenai gaya gesek kinetis: 1. Gaya gesek ini terjadi pada saat benda bergerak. 2. Besar gaya gesek kinetis ini konstan dan selalu lebih kecil dari besar gaya gesek statis maksimum. 3. Gaya gesek yang konstan ini besarnya juga tergantung pada kekasaran permukaan benda dan lantai dan besar gaya kontak antara lantai dan benda. Semakin kasar permukaan benda atau permukaan lantainya, semakin besar pula gaya gesek kinetis.
Ditekankan bahwa besar gaya gesek kinetis ini selalu lebih kecil dari besar gaya gesek statis maksimum. Karena itu, ketika mendorong benda di atas permukaan yang kasar, pada saat benda belum bergerak harus memberikan gaya dorong yang cukup besar untuk membuatnya bergerak. Tetapi ketika benda sudah bergerak, gaya dorong bisa dikurangi tanpa membuatnya berhenti bergerak. Rumus untuk koefisien gesek statik sering dinyatakan dengan: μs = tan θ Rumus tersebut merupakan rumus yang digunakan sebagai cara untuk mengukur koefisien gesek. Apabila terdapat sebuah benda, dalam praktikum ini digunakan balok kayu, lalu ingin mengetahui berapa koefisien gesek statik antara
12
balok kayu dengan permukaan bidang luncurnya yang terbuat dari kayu pula, maka cara mengetahuinya adalah dengan meletakkan balok kayu tersebut di atas permukaan bidang luncur kayu. Kemudian permukaan kayu itu kita miringkan terhadap horizontal sedikit demi sedikit. Pada saat awal (sudut kemiringan kecil), balok kayu tidak akan bergerak, tetapi setelah terus dimiringkan, pada sudut kemiringan tertentu (θ) balok kayu akan mulai mulai bergerak, nah tan θ inilah yang merupakan nilai μ s. Terlihat bahwa nilai sudut θ adalah spesial, tidak bisa divariasikan sembarangan, hanya terdapat satu nilai θ untuk koefisien gesek statik antara balok kayu dan bidang luncur kayu. Hal ini mengakibatkan bahwa rumus diatas tidak bisa dipahami sebagai hubungan ketergantungan antara μ s terhadap θ. Rumus itu memberitahu bagaimana cara mengukur μ s. Pada bidang miring, koefisien gesek statik dinyatakan deng an μ s = tan θ, dimana θ adalah sudut kemiringan. Secara matematis ini ekuivalen. Koefisien gesek tidak dipengaruhi oleh kecepatan, luas permukaan bidang gesek, dan gaya normal. Kecepatan tidak mempengaruhi besarnya koefisien gesek. Karena, untuk kelajuan sampai beberapa m/s, besarnya koefisien gesek kinetis sama atau hampir sama. Gaya gesek juga tidak tergantung pada luas permukaan bidang gesek. Karena selama kekasaran permukaan benda adalah sama dan merata (homogen), maka besar gaya geseknya sama. Selain itu, gaya normal juga tidak mempengaruhi koefisien gesek.
f = μ N, ini berarti bahwa gaya gesek
proporsional terhadap gaya normal yang dialami oleh benda tersebut. Tetapi tidak berlaku untuk kebalikannya, gaya normal tidak dapat dinyatakan sebagai N = f / μ, meskipun secara matematis ini ekuivalen. Gaya normal ti dak dipengaruhi oleh gesekan, melainkan murni berasal dari persentuhan benda dengan bidang.
13
BAB VI SIMPULAN
Gaya gesek dibedakan menjadi dua macam yaitu gaya gesek statis (fs) dan gaya gesek kinetis (fk). Gaya gesek statis terjadi pada saat benda masih diam dan saat benda akan bergerak. Gaya gesek kinetis terjadi pada saat benda sudah bergerak. Gaya gesek kinetis lebih kecil dari pada gaya gesek statis (fk< fs). Kekasaran permukaan benda mempengaruhi koefisien gesekannya. Semakin kasar permukaan benda yang bergesekan, semakin besar pula koefisien gesekannya. Koefisien gesekan bergantung pada kekasaran dari permukaan kedua benda yang bersentuhan.
14
TUGAS AKHIR
1. Apa yang dapat anda simpulkan hubungan antara kekasaran balok (koefisien gesek statis) dengan sudut kemiringan bidang luncur. Jawab : Koefisien gesek statik hanya tergantung pada jenis bahan-bahan yang bergesekan. Namun, Rumus μ = tan θ sering dipahami bahwa koefisien gesek statik (μ) tergantung pada besarnya sudut kemiringan bidang (θ). Berdasarkan percobaan, didapatkan hasil bahwa koefisien gesek statis berbanding lurus dengan sudut kemiringan bidang luncur. Semakin besar sudut kemiringan bidang luncur, maka koefisien gesek statis akan semakin besar.
2. Jika dua balok yang beratnya berbeda tetapi kekasarannya sama, apa yang dapat anda simpulkan mengenai : a. Sudut kemiringannya b. Percepatannya (pada yang sama) c. Kecepatannya pada jarak tempuh dan waktu yang sama. Perkuat pendapat Anda dengan rumus-rumus yang berlaku pada teori Jawab : Jika balok yang beratnya berbeda tetapi kekasarannya sama, maka sudut kemiringan dipastikan sama atau berdekatan namun percepatan dan kecepatannya belum tentu sama. Rumus μ = tan θ sering dipahami bahwa koefisien gesek statik (μ) tergantung pada besarnya sudut kemiringan bidang (θ). Kecepatan tidak mempengaruhi besarnya koefisien gesek. Karena, untuk kelajuan sampai beberapa m/s, besarnya koefisien ges ek kinetis sama atau hampir sama.
15
