8/9/2019 RBL smt1 2009

1/18

RESEARCH BASED LEARNING

PELONTAR MOBIL MAINAN

LAPORAN PENELITIAN

Diajukan sebagai salah satu syarat kelulusan mata kuliah Fisika Dasar

pada semester I tahun akademik 2009-2010

Oleh

Zagalo Nanda M 16009021

Husna Effida Z 16009081

Tri Wahyu N 16009126

Iis Rodiah 16009151

Walidul Husain 16009341

Bhima Alldila K R 16009366

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

BANDUNG

2009

8/9/2019 RBL smt1 2009

2/18

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah

1.1.1 Latar belakang

Suatu pelontar yang disusun sedemikian rupa sehingga akan menumbuk mobil agar

bisa melewati lintasan lingkaran dan berhenti di tempat yang telah ditentukan.

1.1.2 Rumusan masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah yang penulis ajukan adalah

bagaimana membuat suatu sistem pelontar mobil yang akan melontarkannya

melewati lintasan lingkaran dan berhenti pada tempat yang ditentukan dengan

menggunakan konsep mekanika.

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan yang hendak dicapai melalui penulisan laporan dan penelitian yang dilakukan

penulis adalah untuk dapat membuat sistem pelontar atau meriam yang dapat

melontarkan mobil dengan konsep mekanika dan untuk memahami konsep usaha dan

energi.

8/9/2019 RBL smt1 2009

3/18

BAB II

TEORI DASAR KERJA DAN USAHA

2.1 Gerak MelingkarSebuah benda yang bergerak dengan lintasan lingkaran dengan laju konstan ,

dikatakan mengalami gerak melingkari beraturan. Besar kecepatannya adalah

konstan, namun arah kecepatan harus tetap berubah ketika bergerak dalam lintasan

lingkaran tersebut. Bila benda tersebut bergerak dengan laju konstan dan radius

lintasannya , maka benda itu mengalami percepatan yang arahnya menuju pusatlingkaran (percepatan sentripetal) dan besarnya adalah .Menurut hukum Newton kedua ( ), sebuah benda yang mengalamipercepatan pasti memiliki gaya total yang bekerja padanya. Untuk memberikan

percepatan sentripetal pada gerak melingkari, pasti dibutuhkan sebuah gaya total.

Besar gaya yang dimaksud dapat dihitung dengan persamaan

Karena arah menuju pusat lingkaran, maka arah gaya total juga menuju pusatlingkaran.

2.2 Energi KinetikSetiap benda yang sedang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan kerja dan

tentu saja dapat dikatakan memiliki energi. Energi gerak ini disebut energi kinetik.

Dengan besar energi kinetik dinyatakan oleh

8/9/2019 RBL smt1 2009

4/18

Sedangkan besar kerja yang dilakukan benda adalah

Persamaan di atas dapat dinyatakan dalam kata-kata

Kerja total yang dilakukan pada sebuah benda sama dengan perubahan energi

kinetiknya.

2.3 Energi PotensialSebuah benda tidak hanya memiliki energi yang kita anggap sebagai sifat dari

geraknya. Tetapi benda juga mempunyai energi potensial, yaitu energi yang

berhubungan dengan posisi atau konfigurasi benda tersebut terhadap lingkungannya.

Di sini akan diuraikan dua jenis energi potensial, energi potensial gravitasi dan

energi potensial pegas.

2.3.1 Energi Potensial GravitasiPada saat sebuah benda jatuh ke tanah, maka bumi akan mengerjakan gaya pada

benda tersebut sebesar . Tentu saja gerak tersebut juga menciptakan energikinetik. Namun, ketika benda itu masih berada di atas tanah, dan ditahan untuk tidak

jatuh, maka benda itu mempunyai potensial untuk melakukan kerja berupa

perubahan energi kinetik. Ketika penahan itu dilepas, maka energi potensial itu akan

berubah menjadi energi kinetik. Energi potensial oleh gaya gravitasi dinamakan

energi potensial gravitasi. Besar energi tersebut bergantung pada gaya gravitasi yang

8/9/2019 RBL smt1 2009

5/18

bekerja dan jaraknya dari permukaan bumi. Maka besar energi potensial gravitasi

dapat dituliskan sebagai

Sedangkan kerja yang dilakukan oleh gravitasi itu sendiri dapat dirumuskan sebagai

)

2.3.2Energi Potensial PegasSebagaimana gravitasi, pegas juga mempunyai energi potensial. Ketika pegas ditarik

atau ditekan sepanjang , maka ketika dilepaskan, energi potensial pegas akanmenjadi kerja. Bila kita letakkan bola di depan pegas ketika sedang ditekan, makaketika pegas dilepaskan, energi potensial pegas diubah menjadi energi kinetik pada

bola.

Energi pegas sendiri tergantung pada gaya yang kita berikan agar pegas berubah

panjangnya ( ) dan pada perubahan panjang pegas Karena gaya tidakkonstan (tergantung pada ), maka kita ambil rata-rata nilainya yakni . Jadi kerja yang dilakukan pegas adalah . Tentu sajaenergi potensial pegas dirumuskan .

2.4 Energi Mekanik dan KekekalannyaGaya dapat dibedakan menjadi 2, gaya konservatif dan nonkonservatif. Kerja yang

dilakukan gaya konservatif tidak bergantung pada lintasannya, tetapi pada posisi

awal dan posisi akhir. Contohnya energi potensial gravitasi, dibutuhkan kerja yang

sama () untuk mengangkat benda secara vertikal langsung atau melalui bidang

8/9/2019 RBL smt1 2009

6/18

miring tertentu. Sedangkan kerja yang dilakukan gaya nonkonservatif bergantung

pada lintasannya. Contohnya gaya gesekan.

Bila pada suatu sistem hanya bekerja gaya-gaya konservatif, maka energi mekanik

sistem tersebut konstan. Energi mekanik didefinisikan jumlah dari energi kinetik dan

energi potensial yang bekerja pada suatu sistem. Dapat ditulis

atau

8/9/2019 RBL smt1 2009

7/18

BAB III

ANALISIS RANGKAIAN PELONTAR MOBIL MAINAN

3.1 Deskripsi sistemNama dari pelontar ini adalah pelontar ITB (Indonesia Tetap Berkarya). Sistem

yang penulis gunakan berupa bandul berupa palu dan diberi karet sebagai ketapel.

Alasan penulis menggunakan bandul dan ketapel, selain alasan butuh energi yang

besar untuk melontarkan mobil, juga untuk mempertahankan kestabilan sistem saat

menumbuk. Sistem terdiri dari :

a. Palu besib. Karet pentilc. Pipad. Kawat

ILUSTRASI DARI SISTEM PELONTAR MOBIL

Tampak depan

8/9/2019 RBL smt1 2009

8/18

ILUSTRASI LINTASAN YANG HARUS DITEMPUH MOBIL

Massa mobil = 36.65 g

Massa palu = 203 g

Konstanta karet = 20 Nm-2

3.2TinjauanTeori3.2.1Kerja yang Dikerjakan pada Mobil

8/9/2019 RBL smt1 2009

9/18

Untuk menghitung berapa kerja yang harus dikerjakan pelontar ke mobil, kita hitung

dulu kecepatan awal yang dibutuhkan mobil.

Untuk lintasan lingkaran, maka kita cari kecepatan minimal di titik tertinggi lintasan.

Untuk lintasan lingkaran, persamaan yang memenuhi hukum kedua Newton adalah

Gaya yang bekerja pada sumbu-y sistem adalah gaya normal () dan gaya berat(), sedangkan gaya gesekan diabaikan. Maka dapat ditulis

Syarat minimal agar mobil dapat berputar adalah , sehingga

Sedangkan kecepatan di titik terbawah lintasan lingkaran dihitung dengan

menggunakan hukum kekekalan energi mekanik.

Untuk kecepatan awal di titik mulai, maka kita hitung dengan memperhitungkan

energi akibat gaya gesek. Diperkirakan lintasan tersebut mempunyai koefisien gesek

kinetik .

8/9/2019 RBL smt1 2009

10/18

Maka energi kinetik aw

3.2.2Kerja oleh PelonSekarang kita tinjau ba

saat palu ditarik, maka d

Tinjau segitiga sama ka

peroleh

Bila dilihat dari atas, te

karet yang ditarik. Mak

l yang dibutuhkan mobil adalah

ar

wa pelontar memberikan kerja ke mobil. Pada

iagramnya seperti ini

ki ABC dengan AB = AC dan . Kita

rnyata BC adalah tinggi segitiga BDE yang di

, pertambahan panjang karet dihitung dari

bentuk akibat

8/9/2019 RBL smt1 2009

11/18

Kerja oleh energi potensial pegas ialah

12

Bila CD diganti dari panjang karet mula-mula dan AB jarak antara karet dan titik

pusat rotasi . Maka total adalah jumlah dari tiga masing-masing karet. Untuk masing-masing karet, , dan .Untuk energi potensial gravitasi, tinjau diagram berikut

Ketinggian yang dicapai setelah palu ditarik, adalah selisih antara ketinggian awal

dari permukaan dan ketinggian akhir dari permukaan.

Dengan R adalah jarak ujung palu dengan titik pusat rotasi.

Sehingga kerja oleh energi potensial gravitasi dihitung dengan

Maka total kerja yang dilakukan pelontar

>>Kerja oleh Pegas

8/9/2019 RBL smt1 2009

12/18

Pegas 1

-----------------------------------------------------------------------------------------

Pegas 2

-----------------------------------------------------------------------------------------

Pegas 3

>> Kerja oleh gravitasi

8/9/2019 RBL smt1 2009

13/18

3.2.3Transfer Energi Pelontar-MobilDengan mengabaikan energi yang hilang akibat tumbukan mobil-palu, kita gunakan hukum

kekekalan energi untuk menghitung sudut tarik minimal agar mobil bisa melalui lintasan

lingkaran.

Dengan bantuan komputer, kita dapatkan besar minimal adalah 0.2366 rad atau13,56

o

3.3Hasil PercobaanPercobaan ke- Sudut () Hasil

1 16.6 Masuk zona 2

2 17.2 Masuk zona 3

3 17.8 Masuk zona 3

4 18.4 Masuk zona 3

5 19.1 Masuk zona 3

3.4 Analisis dan Pembahasan

Sistem yang penulis buat ini mengandung beberapa isu kelemahan antara lain

8/9/2019 RBL smt1 2009

14/18

a) Isu kestabilan. Alat ini akan menumbuk tepat lurus ke arah mobil, bila tarikanke belakang juga lurus dari mobilnya. Dalam beberapa percobaan penulis

terkendali masalah ini, sehingga mobil meloncat keluar lintasan atau lintasan

ikut terdorong bersama mobil.

b) Isu posisi tertumbuknya mobil. Dalam beberapa percobaan, penulis melihatadanya perbedaan bila posisi mulai mobil tepat berada di bawah tiang

penyangga dan bila mobil diletakkan beberapa centimeter di depannya.

Terlihat kerja yang lebih besar dilakukan bila mobil diletakkan di depan

tiang. Hal ini terjadi karena palu penumbuk itu sendiri agak maju ke depan.

Jadi pada saat mobil diletakkan tepat di bawah tiang, vektor gaya yang

diberikan palu mempunyai dua arah, ke depan dan ke bawah. Hal inilah yang

mengurangi gaya ke depan oleh palu.

c) Isu karet pentil. Semakin banyak digunakan, sifat pegas karet akan melemah.Dan pada suatu saat karet akan putus. Hal ini dialami oleh karet yang

terbawah karena karet tersebut mengalami perubahan panjang paling besar.

Agar mobil berhenti mencapai zona yang ditentukan yakni lebih dari 50 cm di depan

lintasan lingkaran, diperlukan perhitungan yang cermat. Karena alat ini sensitif

dengan perubahan sudut yang kecil sekalipun. Bila terlampau besar akan mendorong

mobil lebih jauh dari sasaran, dan bila terlampau kecil, mobil tidak akan berhasil

melintasi lintasan lingkaran. Dari percobaan yang penulis lakukan, mobil akan

mencapai batas akhir zona 2 apabila sudutnya dan lebih besar dari itu akanmasuk zona 3. Hal ini sesuai dengan perhitungan sudut minimal agar mobil bisa

melewati lintasan lingkaran yakni .

8/9/2019 RBL smt1 2009

15/18

BAB IV

SIMPULAN

Dapat dibuat suatu sistem rangkaian pelontar mobil yang berasal dari gaya pegas

yang dikonversi menjadi gaya pendorong mobil mainan Sesuai dengan hukum

kekekalan energi dan analisis dinamika gerak melingkari beraturan, maka kita akan

mendapatkan energi yang besar bila, sudut tarikan pegas juga besar. Namun, hal ini

perlu diatur agar mobil tidak keluar dari sasaran. Berdasarkan teori, penulis

menemukan sudut tarik minimal agar mobil melewati lintasan lingkaran adalah

. Sedangkan dari percobaan, sudut agar mobil sampai pada zona 2 adalah .

8/9/2019 RBL smt1 2009

16/18

DAFTAR PUSTAKA

1. Halliday, David dan Resnick, Robert dan Walker, Jearl. 2005.Fundamental of Physics 7th ed. California: John Wiley & Sons, Inc.

2. Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta: PenerbitErlangga

8/9/2019 RBL smt1 2009

17/18

LAMPIRAN I

DAFTAR HARGA BAHAN

Kawat 3 Meter Rp 9000

Pipa 1 Meter Rp 6000

Palu Rp 15000

Papan Kayu Rp 10000

Penggaris Besi 2 Buah Rp 5000

Karet Rp 4000

Paku Rp 1000

Total Rp 50000

8/9/2019 RBL smt1 2009

18/18

LAMPIRAN II

KONTRIBUSI ANGG

Pembuatan Sistem

Tri Wahyu Nugro

Zagalo Nanda M

Bhima Alldila K

Husna Effida Zan

Iis Rodiah

Walidul Husain

Pengambilan Sample

Percobaan

Bhima Alldila K

Walidul Husain

TA KELOMPOK

o

th

ata

Penyediaan Logistik

Walidul Husain

Husna Effida Zanat

Pembuatan Laporan

Zagalo Nanda M

Iis Rodiah

Finishing Alat

Iis Rodiah

Tri Wahyu Nugroho