Bab I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Apabila kita mengamati peredaran benda-benda langit pada orbitnya maka

yang ada pada benak kita adalah adanya gaya sentrifugal. Begitu pula dengan

fenomena tikungan yang dilalui oleh para pembalap sepeda motor, dan masih banyak

lagi fenomena-fenomena yang melibatkan gaya sentrifugal. Karena begitu menarik

dan penting artinya dalam kehidupan sehari-hari maka secara otomatis kita

memerlukan pemahaman yang benar tentang gaya sentrifugal. Untuk kepentingan

tersebut maka perlu kiranya kita meneliti lebih lanjut tentang gaya sentrifugal melalui

percobaan ini.

Bab II

DASAR TEORI

Suatu benda yang bergerak dengan kecepatan yang teratur baik dengan

kecepatan yang berubah-rubah maupun dengan kecepatan yang konstan, maka benda

tersebut akan mempunyai suatu bentuk lintasan tertentu, baik lintasan yang teratur

bentuknya maupun lintasan yang acak atau random. Salah satu dari lintasan yang

teratur bentuknya adalah lintasan dengan bentuk lengkung. Suatu benda yang

bergerak dengan lintasan lengkung maka vektor kecepatannya akan mengalami

perubahan kecepatan yang dipengaruhi oleh beberapa faktor-faktor tertentu.

Perubahan dari vektor kecepatan ini disebut dengan percepatan (a) yang besarnya

dapat dirumuskan sebagai berikut :

dimana : a = percepatan tangensial

V = perubahan kecepatan tangensial

t = perubahan waktu

Sedangkan besarnya perubahan kecepatan (V) dari suatu benda yang bergerak

melingkar dari titik A ke titik B adalah :

dimana : V = perubahan kecepatan

VB = kecepatan di titik B

VA = kecepatan di titik A

1

V = VB – VA

V = Vt + Vn

VB – VA = Vt + Vn

a = V t 0

Vt = komponen kecepatan tangensial

Vn = komponen kecepatan normal atau

radial

Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwasanya besarnya perubahan kecepatan

(V) dipengaruhi oleh dua komponen yaitu komponen kecepatan tangensial (Vt) dan

komponen kecepatan normal atau radial (Vn).

Sistem yang ada tersebut di atas dapat dijelaskan dengan gambar II.1 di bawah ini.

Gambar II.1

Gambar di atas melukiskan sebuah benda kecil yang diikatkan pada sebuah

tali yang panjangnya (R) dan berputar di dalam lingkaran vertikal terhadap sebuah

titik tertentu, misalkan O, dimana ujung yang lain dari tali tersebut diikatkan.

Geraknya berputar tidak uniform, karena lajunya bertambah besar ketika gerakannya

menurun dan lajunya berkurang jika gerakannya menuju ke atas. Gaya –gaya yang

bekerja pada benda tersebut di setiap posisi adalah gaya berat w dan tegangan tali T.

Besarnya gaya berat adalah :

w = m . g

Gaya berat yang berpengaruh pada benda dapat diuraikan menjadi komponen normal

dan komponen singgung yaitu :

Komponen normal = w cos = m . g cos

Komponen singgung = w sin = m . g sin

Resultan gaya singgungnya adalah :

Ft = w sin

dan resultan gaya normalnya adalah :

Fr = T – w cos

sehingga percepatan singgungnya menurut hukum Newton II adalah :

Fr = T – w cos m . ar = T + m .g cos ar = T + m . g cos

m

2

= T + g cos m

Besarnya Fr dapat juga ditentukan dari besarnya frekwensi (f) dan periode (T)

dengan persamaan sebagai berikut :

Fr = m . ar

ar = V 2 Fr = m . V 2 R R

V = . R Fr = m . 2 . R 2 R

= m . 2. R

= 2 . f Fr = m . (2 . f) 2. R

= 42 . m . f2 . R

f = 1 Fr = 42 . m . (1)2 . R T T

= 4 2 . m . R T2

dimana : Fr = gaya sentrifugal (newton)

m = massa (kilogram)

ar = percepatan tangensial (meter/detik2)

V = kecepatan tangensial (meter/detik)

R = jari-jari (meter)

= kecepatan sudut (radian/detik)

f = frekuensi (hertz)

T = periode (detik)

Jika massa (m) digerakkan dengan kelajuan konstan (V) sehingga lintasannya

melingkar maka massa akan mengalami gaya sentrifugal sebesar :

Bila antara massa dengan bidang tidak terdapat gesekan maka tegangan tali akibat

pengaruh gaya berat benda adalah :

T = Fr + w cos

= m . ar + m . g cos

= m . V 2 + m . g cos R

T = m . (V 2 + g cos ) R

3

Fr = m. V 2 R

Dalam percobaan, kecepatan sudut () dapat diperoleh dengan jalan mengamati

perputaran dari benda untuk selang waktu tertentu. Defleksi () diamati pada skala

yang berjarak 0,95 meter (mistar dengan cermin). Harga defleksi () akan berubah

jika harga jari-jari (R) , massa (m) dan kecepatan sudut () berubah.

Bab III

METODOLOGI PERCOBAAN

III.1 Peralatan

1. Peralatan gaya sentrifugal 1 set.

2. Lampu 1 buah.

3. Lensa kondensor 1 buah.

4. Stop Clock 1 buah.

5. Beban dan kawat 2 buah.

III.2 Cara Kerja

1. Menyusun alat percobaan (telah disusun).

2. Dalam percobaan, mulailah dari kecepatan rendah dan harganya dicari

dengan mencatat waktu untuk 5 kali putaran.

3. Timbang kawat dan beban yang digunakan.

4. Ukur jari-jari putar R dan jarak cermin dan mistar r.

5. Amati posisi sinar pada mistar tanpa menggunakan beban dan tentukan

harga 1.

6. Gunakan m1, jari-jari putar r1 dan 1 lalu catat simpangan pada mistar

(lakukan 5 kali). Dengan cara yang sama lakukan untuk beban m2.

7. Lakukan langkah 5 – 6 dengan jari-jari putar R2.

8. Lakukan langkah 5 – 7 dengan harga yang lain.

Bab IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

IV.1 Analisa DataPada bagian ini akan dihitung ralat dari data yang diperoleh pada percobaan gaya sentrifugal.

4

Percobaan I

M = 26,2 gram ; R = 18 cm ; r = 95 cm

T (DET)

T (t - t) (t - t) ² ( -) ( - ) ²

22

22

21

21

22

0,04

0,04

-0,06

-0,06

0,04

0,0016

0,0016

0,0036

0,0036

0,0016

2,3

2,1

1,98

2,2

2,1

0,164

-0,036

-0,156

0,004

-0,036

0,0270

0,0013

0,0240

0,0040

0,0013

T = 2,16 (T– T) = 0,012 = 2,136 (–) = 0,0576

Tabel 4.1

Untuk T :

Ralat mutlak : = 0,012 ½ = 0,024

5 (5-1)

Ralat nisbi : I = 0,024 x 100% = 1,11 %

2,16

Keseksamaan : K = 100 % - 1,11 % = 98,89 %

Untuk :

Ralat mutlak : = 0,0576 ½ = 0,054

5 (5-1)

Ralat nisbi : I = 0,054 x 100% = 2,53 %

2,136

Keseksamaan : K = 100 % - 2,53 % = 97,47 %

Percobaan II

M = 13,5 gram ; R = 20 cm ; r = 95 cm

T (DET)

T (t - t) (t - t) ² ( -) ( - ) ²

13

13

-0,01

-0,01

0,0001

0,0001

6,9

6,7

0,04

-0,16

0,0016

0,0256

5

13,5

12,7

13,2

0,04

-0,04

0,01

0,0016

0,0016

0,0001

6,9

7

6,8

0,04

0,14

-0,06

0,0016

0,0196

0,0036

T = 13,1 (T– T) = 0,0035 = 6,86 (– ) = 0,052

Tabel 4.2

Untuk T :

Ralat mutlak : = 0,0035 ½ = 0,013

5 (5-1)

Ralat nisbi : I = 0,013 x 100% = 0,1 %

13,1

Keseksamaan : K = 100 % - 0,1 % = 99,9 %

Untuk :

Ralat mutlak : = 0,052 ½ = 0,05

5 (5-1)

Ralat nisbi : I = 0,05 x 100% = 0,73 %

6,86

Keseksamaan : K = 100 % - 0,73 % = 99,27 %

4.1 PEMBAHASAN

Menggunakan rumus-rumus di bawah ini :

Maka didapatkan :

Percobaan I :

= 2 / T

= 6,28 / 2,16 = 2,91 rad/m

Fr = m ² R

= 0,0262 .(2,91)². 0,18 = 0,04

Percobaan II :

= 2 / T

6

ar = V²/R = V² = R

ar = ² R

Fr = m ar = m V² /R = m²R

= 6,28 / 1,31 = 4,8 rad/m

Fr = m ² R

= 0,0135 .(4,8)². 0,2 = 0,0622

Membuat grafik Fr dengan (disertai dengan regresi linier)

Y = AX + B ; variabel Y adalah Fr dan variabel X adalah .

X Y X2 X Y

0,0400

0.0622

2,136

6,860

0,0016

0,0038

0,085

0,427

X=0,1022 Y= 8,996 X2=0,0054 XY = 0,512

Tabel 4.3

A = (n . XY - X . Y) / ( n . X2 - ( X )2 )

= ( 2 . 0,512 - 0,92) / ( 2 . 0,0054 – 0,01 ) = 130

B = ( Y - A X ) / n = ( 8,996 - 130 . 0.1022 ) / 2 = - 2,15

Jadi : Y = 130 X – 2,15

Bab V

KESIMPULAN

1. Besarnya gaya sentrifugal (Fr) dapat dirumuskan sebagai berikut :

Fr = m . V 2 R

2. Dari percobaan diperoleh besarnya gaya sentrifugal (Fr) sebagai berikut :

Percobaan I : Fr = 0,04 N

Percobaan II : Fr = 0,0622 N

3. Hubungan antara Fr dan dapat dibuat dalam persamaan garis yaitu :

Y = 130X – 2,15

dimana : Y = fungsi dari Fr

X = fungsi dari

4. Besarnya gaya sentrifugal (Fr) dipengaruhi oleh massa (m), kecepatan anguler

(V), dan jari-jari putaran (R). Besar dari Fr ini diperoleh dengan cara

menggerakkan m dengan kelajuan konstan V. Besarnya kecepatan anguler (V)

7

dapat juga diperoleh dengan jalan mengamati putaran untuk selang waktu tertentu

lalu mengalikannya dengan banyaknya putaran tiap detik (frekuensi) dengan 2.

5. Defleksi sinar () dapat diamati pada skala dan harganya berubah jika harga dari

jari-jari putaran (R), massa (m), dan kecepatannya (V) berubah.

Daftar Pustaka

1. Sears & Zemansky, “ FISIKA UNTUK UNIVERSITAS I”, edisi ke-2

Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994

2. Sutrisno, “SERI FISIKA DASAR”, edisi ke-5, penerbit ITB 1986

3. Dosen-dosen FMIPA ITS, “FISIKA DASAR I”, edisi 1997, penerbit Yayasan

Pembina Jurusan Fisika

8