GAYA DAN DAYA Pendahuluan

I. GAYA DAN DAYA

A. Pendahuluan

1. Latar Belakang

Indonesia merupakan negara agraris yang sedang berkembang menuju

negara maju, baik dalam bidang industri mauapun pertanian. Hal ini tak lain karena

perkembangan teknologi dan industri global, kian lama kian menunjukan

kemajuannya. Agar tidak menjadi tertinggal dalam hal mencapai tujuannya mejadi

negara maju dalam industri, khususnya industri pertanian, banyak dilakukan

pembangunan dan perbaikan sarana fisik. Dalam mencapai pembangunan ini, fisika

mempunyai peranan yang cukup penting. Karena untuk merealisasikannya

dibutuhkan pertimbangan dan perhitungan yang matang. Disini, gaya dan daya

yang merupakan bagian dari fisika juga berperan penting. Utuk melakukan

pembangunan dan operasi alat-alat industri pertanian, gaya dan daya perlu

dipertimbangkan. Sehingga hasil yang didapat dalam proses industri akan sesuai

dengan yang diinginkan.

Gaya merupakan besaran vektor dengan pengertian yaitu usaha yang

dilakukan suatu benda untuk bergerak dari suatu tempat ke tempat yang lain.

Gaya berlaku apabila suatu benda memiliki massa dan percepatan. Semua benda

yang bergerak akan memperoleh hambatan yang berupa udara yang

mengelilinginya atau dari roda yang mendapatkan gaya gesek dari bidang

landasannya. Untuk melakukan gerak diperlukan daya. Daya mempunyai

pengertian kumpulan usaha yang dilakukan per satuan waktu (detik). Secara

definitif dapat dikatakan bahwa daya rata-rata adalah resultan gaya yang bekerja

sejauh jarak tertentuselam waktu yang dibutuhkan.

Dalam bidang pertanian, gaya dan daya sangat diperlukan, misalnya pada

alat transportasi, dibutuhkan gaya dan akan terjadi gaya gesek antara roda dengan

permukaan jalan. Pada proses pembajakan sawah, gaya yang terjadi yaitu gaya

gesek dengan lumpur, juga dalam proses pengoprasian alat-alat industri pertanian

nantinya.

2. Tujuan Praktikum

Tujuan dari praktikum acara I, Gaya dan Daya ini adalah :

a. Mempelajari gaya gesek (hambatan gelinding) dan koefisiennya

yang timbul pada roda yang menggelinding pada permukaan horisontal.

b. Mempelajari daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan sebuah

kendaraan.

3. Waktu dan Tempat Praktikum

Praktikum acara Gaya dan Daya ini dilaksanakan pada hari Selasa tanggal

8 Oktober 2009 pada pukul 15.00-17.00 WIB bertempat di laboratorium

Rekayasa Proses Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian Fakultas Pertanian

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

B. Tinjauan Pustaka

Menurut Newton, yang dinamakan gaya adalah segala sesuatu yang dapat

mempercepat gerakan dari suatu benda. Dengan makin besarnya gaya yang diberikan

pada benda, maka makin nesar pula nilai kecepatan yang dialami oleh benda. Menurut

hukum Newton III, adanya tekanan pada bidang oleh gaya berat benda, menyebabkan

bidang yang kita sebut gaya normal karena arahnya tegak lurus.

Gesekan adalah suatu gaya yang selalu bereaksi menentang gerak dari suatu

benda yang meluncur. Gaya gesek sangat penting karena gaya ini memungkinkan kita

berjalan menggunakan kendaraan beroda

(Gioncolli, 1997).

Gaya gesek sebuah benda yang bergerak pada awalnya dilukiskan sebagai

koefisien gesekan kinetik kali gaya normal karena kerja gaya hanya dilakukan pada

sebuah benda yang mengalami pergerakan, maka koefisien kinetiklah yang harus selalu

digunakan (Soetomo, 1996).

Koefisien gesek statis bergantung pada kedua permukaan bersangkutan,

kebersihan, kelicinan, dan jumlah kelembaban yang ada dan sejenisnya

(Kane dan Sternheins, 1998).

Pada percobaan Gaya dan Daya, hukum yang berhubungan dengan gaya dan

daya adalah hukum Newton II yang berbunyi : Sebuah benda yang dikenai gaya F dan

pada percepatan a dalam arah F. Maka besar dari a = . Dengan F adalah gaya dan m

sifat intrinsik benda yang dinamakan dengan massa (Cromer, 1994).

Bila suatu gaya menggerakkan sebuah benda, maka daya yang bersangkutan

dapat dinyatakan dalam gaya tersebut dengan cara sebagai berikut :

P = dw/dt P = dw/dt

Dw = F.ds P = F.ds/dt

Jadi F konstan P = F.V

Daya rata-rata = gaya x kecepatan

Disini kecepatan harus diartikan komponen kecepatan benda dalam arah gaya

yang bekerja padanya. Nyata bahwa kita yang dapat mengalikan kecepatan benda

dengan komponen gaya dalam arah kecepatan. Dalam SI satuan daya adalah Watt (W)

yakni 1W = 1 J/s (Bueche, 1999).

A Alat, Bahan, dan Cara Kerja

1. Alat

a. Sebuah unit kendaraan

b. Landasan kasar dan landasan licin

c. Tali ringan (senar atau benang)

d. Alat ukur; stopwatch, mistar dan timbangan

2. Bahan

b. Beban tambahan ( 0,15 kg, 0,175 kg, dan 0,2 kg)

3. Cara Kerja

a. Menyiapkan rangkaian percobaan seperti gambar.

Gambar 1.1. Gambar rangkaian percobaan Gaya dan Daya

Keterangan:

Fb : Gaya gesekan belakang K2 : Katrol 2

Fd : Gaya gesekan depan B : Pemberat

Wk : gaya normal Ft : Gaya Tarik

T : Tegangan tali Y : Jarak Lintasan

K1 : Katrol 1

b. Menentukan landasan yang telah ditentukan untuk meluncur kendaraan

percobaan.

c. Menyiapkan alat ukur (stopwatch, timbangan dan meteran) pemberat dan tali

senar.

d. Melakukan percobaan dengan memberikan beban atau pemberat pada katrol

berturut-turut (mb) = 0,150; 0,175; 0,200 kg, sedangkan massa kendaraan

(mk) = 1,5 kg dan 2 kg.

e. Mengulang percobaan, masing-masing sebanyak tiga kali.

bebanK2

K1

Y

T

fbWk

fd

B

f. Mencatat dan menganalisis hasil percobaan

C. Hasil dan Analisis Hasil Percobaan

1. Hasil Percobaan

Tabel 1.1 Hasil Perhitungan Koefisien Gesek (µ) dan Daya (P) pada landasan kasar.

Landasan Mk (kg)

Mb (kg)

t (s) µ P

Kasar 1,5 0,15 t1= 5,3

t2= 5,6

t3=5,1

µ1=0,088

µ2=0,089

µ3=0,087

0,088 P1=0,045

P2=0,038

P3=0,050

0,044

0,175 t1= 3,4

t2= 3,5

t3=3,7

µ1=0,094

µ2=0,089

µ3=0,092

0,092 P1=0,11

P2=0,15

P3=0,11

0,13

0,2 t1= 3,1

t2= 3,2

t3=3,3

µ1=0,097

µ2=0,099

µ3=0,101

0,099 P1=0,22

P2=0,20

P3=0,18

0,20

=

4,02= 0,093

=0,123

2,0 0,15 t1= 7,3

t2= 6,0

t3=6,0

µ1=0,064

µ2=0,065

µ3=0,065

0,064 P1=0,02

P2=0,04

P3=0,04

0,03

0,175 t1= 4,3

t2= 3,8

t3= 4,1

µ1=0,070

µ2=0,064

µ3=0,068

0,067 P1=0,11

P2=0,16

P3=0,13

0,13

0,2 t1= 3,3

t2= 3,7

t3=3,5

µ1=0,078

µ2=0,075

µ3=0,072

0,075 P1=0,25

P2=0,28

P3=0,20

0,24

=

4,27

= 0,069 =0,133

kasar =

0,081

kasar =

0,128

Sumber : Laporan Sementara

Tabel 1.2 Hasil Perhitungan Koefisien Gesek (µ) dan Daya (P) pada landasan licin.Landasan Mk

(kg)Mb (kg)

t (s) µ P

Licin 1,5 0,15 t1= 2,2

t2= 2,2

µ1=0,03

µ2=0,03

0,03 P1=0,63

P2=0,63

0,63

0,175 t1= 2,2

t2= 2,2

µ1=0,05

µ2=0,05

0,05 P1=0,63

P2=0,63

0,63

0,2 t1= 1,9

t2= 1,8

µ1=0,04

µ2=0,03

0,04 P1=0,99

P2=1,17

1,08

= 0,12

= 0,04

= 2,34

= 0,78

2,0 0,15 t1= 3,1

t2= 2,8

µ1=0,04

µ2=0,03

0,04 P1=0,32

P2=0,40

0,36

0,175 t1= 2,4

t2= 2,5

µ1=0,03

µ2=0,03

0,03 P1=0,65

P2=0,56

0,61

0,2 t1= 2,3

t2= 2,1

µ1=0,04

µ2=0,03

0,04 P1=0,72

P2=1,0

0,86

= 0,11

= 0,03

= 1,83

= 0,61

licin =

0,03

licin =

0,69

Sumber : Laporan Sementara

1. Analisis Percobaan

GAYA

=

Keterangan:

mb: massa benda (kg) t: waktu (s)

g: tetapan gravitasi (m/s2) y: panjang lintasan ( m)

mk: massa kendaraan (kg)

Landasan Kasar

a. mk = 1,5

g = 9,8 m/s2

Diketahui:

mb = 0,15 kg ; y = 1,5 m

1 =

=

=

2 =

=

= 0,089

3 =

=

= 0,087

a rata-rata pada mb 0,15 =

Diketahui:

mb = 0,175 kg; y = 1,5 m, g = 9,8 m/s2

1 =

=

= 0,071

2 =

=

= 0,068

b rata-rata pada mb 0,175 =

Diketahui:

mb = 0,2 ; y = 1,5 m ; g = 9,8 m/s2

1 =

=

= 0,076

2 =

=

= 0,067

c rata-rata pada mb 0,2 =

rata-rata pada mk 1,5 =

b. mk =2,0 kg

Diketahui:

mb = 0,15 g = 9,8 m/s2

1 =

=

= 0,051

2 =

=

= 0,048

rata-rata pada mb 0,15 =

Diketahui:

mb = 0,175 ; g = 9,8 m/s2

1 =

=

= 0,054

2 =

=

= 0,057


Diketahui:

mb = 0,2 g = 9,8 m/s2

1 =

=

= 0,061

2 =

=

= 0,057



rata-rata pada landasan kasar =

Landasan Licin

a. mk = 1,5 kg

Diketahui:

mb = 0,15 g = 9,8 m/s2

1 =

=

= 0,075

2 =

=

= 0,071


Diketahui:

mb = 0,175 g = 9,8 m/s2

1 =

=

= 0,076

2 =

=

= 0,079


Diketahui:

mb = 0,2 g = 9, 8 m/s2

1 =

=

= 0,078

2 =

=

= 0,055



b. mk = 2

Diketahui: g = 9,8 m/s2

mb = 0,15

1 =

=

= 0,044

2 =

=

= 0,047


Diketahui:

mb = 0,175 g = 9,8 m/s2

1 =

=

= 0,042

2 =

=

= 0,048


Diketahui:

mb = 0,2 g = 9,8 m/s2

1 =

=

= 0,034

2 =

=

= 0,045


rata-rata pada mk 2 =

rata-rata pada landasan licin = = 0,06

DAYALandasan Kasar

a. mk = 1,5

Diketahui:

mb = 0,15 y = 1,5 m

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 1,5 (1,52/3,393) = 2 . 1,5 (1,52/3,443)

= 0,17 W = 0,16 W

pada mb 0,175 = W

Diketahui:

mb = 0,175

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 1,5 (1,52/2,753) = 2 . 1,5 (1,52/2,643)

= 0,32 W = 0,37W

pada mb 0,175 = W

Diketahui:

mb = 0,2

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 1,5 (1,52/2,453) = 2 . 1,5 (1,52/2,303)

= 0,46 W = 0,56 W

P rata-rata pada mb 0,2 = W

Daya rata-rata pada mk 1,5 = W

b. mk = 2,0 kg

Diketahui:

y = 1,5 m

mb = 1,5

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 2 (1,52/3,713) = 2 . 2 (1,52/3,483)

= 0,18 W = 0,21 W

pada mb 0,15 = W

Diketahui:

mb = 0,175

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 2 (1,52/3,143) = 2 . 2 (1,52/3,323)

= 0,29 W = 0,25 W

pada mb 0,175 = W

Diketahui:

mb = 0,2

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 2 (1,52/2,933) = 2 . 2 (1,52/2,83)

= 0,36 W = 0,41 W

pada mb 0,2 = W

Daya rata-rata pada mk 2 kg = W

Daya rata-rata pada permukaan kasar = W

landasan licin

a. mk = 1,5

Diketahui:

mb = 0,15

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 1,5 (1,52/3,73) = 2 . 1,5 (1,52/3,43)

= 0,13 W = 0,17 W


Diketahui:

mb = 0,175

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 1,5 (1,52/2,93) = 2 . 1,5 (1,52/3,03)

= 0,28 W = 0,25 W


Diketahui:

mb = 0,2

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk. y2/t3

= 2. 1,5 (1,52/2,53) = 2. 1,5 (1,52/2,13)

= 0,43 W = 0,73 W


P rata-rata pada mk 1,5 = W

b. mk = 2 kg

Diketahui:

mb = 0,15 y = 1,5 m

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 2 (1,52/3,33) = 2 . 2 (1,52/3,53)

= 0,25 W = 0,21 W

pada mb 0,15 = W

Diketahui:

mb = 0,175 y = 1,5 m

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 2 (1,52/2,73) = 2 . 2 (1,52/2,93)

= 0,47 W = 0,37 W

pada mb 0,175 = W

Diketahui:

mb = 0,2 y = 1,5 m

P1 = 2 mk . y2/t3 P2 = 2 mk . y2/t3

= 2 . 2 (1,52/2,53) = 2 . 2 (1,52/2,83)

= 0,58 W = 0,41 W

pada mb 0,2 = W

Daya rata-rata pada mk 2,0 = = 0,38 W

Daya rata-rata pada landasan licin = = 0,36 W

Gambar 1.2 Grafik Hubungan Antara μ Dengan W Pada Landasan Kasar dan Licin

Gambar 1.3 Grafik Hubungan Antara P Dengan W Pada Landasan Kasar dan Licin

B Pembahasan

Bila kita melakukan gaya pada sebuah benda maka benda tersebut akan

memberikan gaya gesek. Misalnya bila sebuah kendaraan yang membawa beban

bergerak melintasi jalan yang kasar maupun licin maka jalan tersebut akan

memberikan gaya gesek terhadap kendaraan. Gaya gesek arahnya selalu berlawanan

dengan gaya yang kita berikan pada benda tersebut. Faktor-faktor yang

mempengaruhi gaya gesek antara lain adalah koefisien gesekan, jenis landasan (kasar

atau licin), massa kendaraan, dan beban yang digunakan, roda yang dipakai, dan gaya

gravitasi.

Pada praktikum ini diperoleh koefisien gesekan rata-rata pada landasan kasar

untuk massa kendaraan 1,5 kg adalah sebesar 0,07 dan daya rata-rata sebesar 0,34W

mk = 2,0 kgmk = 1,5 kg

mk = 1,5 kg mk = 2,0 kg

sedangkan untuk massa kendaraan 2,0 kg diperoleh koefisien gesekan rata-rata 0,06

dan daya rata-rata sebesar 0,29W. Koefisien rata-rata total pada landasan kasar

sebesar 0,07 dan daya rata-rata total sebesar 0,32W. Kemudian pada landasan licin

untuk massa kendaraan 1,5 kg diperoleh koefisien gesekan rata-rata sebesar 0,07 dan

daya rata-rata sebesar 0,33W sedangakan untuk massa kendaraan 2,0 kg diperoleh

koefisien gesekan rata-rata sebesar 0,05 dan daya rata-rata sebesar 0,38W. Koefisien

rata-rata total pada landasan licin sebesar 0,06 dan daya rata-rata total sebesar 0,36W.

Pada massa kendaraan yang sama semakin besar massa beban maka semakin

cepat waktu yang diperlukan. Tetapi semakin cepat waktu yang diperlukan belum

tentu koefisien geseknya semakin besar karena koefisien gesekan secara garis besar

yang kaitannya dengan massa beban adalah pengurangan massa beban dengan hasil

bagi antara massa beban dengan kuadrat waktu.

Pada massa kendaraan yang berbeda tetapi pada landasan yang sama massa

kendaraan yang lebih berat waktunya semakin lama, dan koefisien geseknya lebih

kecil karena secara garis besar koefisien gesekan kaitannya dengan massa kendaraan

adalah hasil bagi antara massa kendaraan per satuan kuadrat waktu dengan massa

kendaraan.

Besarnya koefisien gesekan pada landasan kasar lebih besar daripada pada

landasan licin. Hal tersebut disebabkan karena pada landasan licin hambatan

permukaan yang dilewati lebih kecil sehingga gesekannya pun lebih kecil.

Pada landasan yang sama semakin besar massa bebannya maka dayanya

semakin besar pula karena waktu yang digunakan semakin sedikit sedangkan

besarnya daya adalah berbanding terbalik dangan waktu pangkat tiga. Pada landasan

licin daya yang dihasilkan lebih besar daripada landasan kasar karena pada landasan

licin waktu yang diperlukan lebih cepat.Grafik yang terbentuk adalah grafik yang

bersifat fluktuatif karena nilai koefisien gesekan dan daya yang dihasilkan tidak sama

dan berubah-ubah sehingga menyebabkan grafiknya naik turun. Hal tersebut dapat

terjadi karena kurang tepatnya data yang diperoleh pada saat praktikum yang

menyebabkan kurang tepatnya perhitungan sehingga hasil yang diperoleh tidak sesuai

yang diinginkan yaitu nilai koefisiennya tidak konstan.

C Kesimpulan

Dari praktikum yang kami lakukan dapat kami simpulkan beberapa hal sebagai

berikut:

1. Besarnya nilai koefisien gesek dipengaruhi oleh jenis kendaraan,

panjang lintasan, massa beban, massa kendaraan, dan waktu.

2. Besarnya koefisien gesekan pada landasan kasar lebih besar

daripada di landasan licin.

3. Daya yang dihasilkan pada landasan licin lebih besar daripada di

landasan kasar.

4. Daya dipengaruhi oleh massa kendaraan, jarak, dan waktu.

5. Daya berbanding terbalik dengan waktu tapi berbanding lurus

dengan jarak dan massa kendaran.

6. Besarnya koefisien gesekan rata-rata pada landasan licin ketika

mk=1,5 kg sebesar 0,046 sedangkan pada landasan kasar 0,075.

7. Besarnya koefisien gesekan rata-rata pada landasan licin ketika

mk=2 kg sebesar 0,037 sedangkan pada landasan kasar 0,064.

8. Besar daya rata - rata

Documents

GAYA DAN DAYA Pendahuluan