puanat$eleilana : naas

B.

PERCOBAAN 10

PESAWAT SEDERHANA: TUAS

TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan inisiswa diharapkan dapat:

1. Memperkirakan gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat benda menggunakan tuas.

2. Menentukan keuntungan mekanis tuas secara teoridan percobaan.

3. Memeriksa hukum kekekalan energi(mekanis) pada tuas.

PENDAHULUAN

Tuas adalah setiap benda yang dapat berputar pada suatu poros (sumbu) yang menunpunya.Poros ini disebut titik tumpu. Titik tumpu tuas sering disebut futkrum tuas tersebut. Karena katrol(puli) dapat berputar pada suatu poros, katrol adalah tuas juga. Seperti yang diuraikan padapercobaan terdahulu, tuas adalah jenis pesawat sederhana yang juga dapat "menggandakan"gaya. Gaya kecil dapat diubah menjadi menjadi gaya besar, atau kebalikannya.

Pada percobaan yang lalu Anda menggunakan tuas ketika bereksperimen dengan momen gaya.Sesungguhnya, hal-halyang kita temukan mengenaimomen gaya pada percobaan-percobaan itudapat dan akan diterapkan pada tuas yang akan kita tangani sebentar lagi. pada percobaan-percobaan yang sudah ditemukan bahwa Jumlah atjabar momen-momen gaya pada bendayang berada pada keadaan seimbang sama dengan nol". Secara matematik ungkapan iniditulis sebagai:

Izi = 0........ ......(10.1)Sebuah benda disebut ada dalam keseimbangan bila benda itu tidak bergerak atau bergeraktanpa percepatan (bergerak

beraturan). Perlu dikemukakan

di sini bahwa tidak ada yang

namanya 'diam mutlak". Jaadi,bila akan menerapkan asasyang disebut di atas, perlu

dipastikan bahwa benda tidakmengalami percepatan.

Tuas sederhana adalah batangyang ditumpu pada suatu titik(Gambar 10.1). Tuas seperti itu

digunakan untuk mengangkat

benda L yang berada pada salahsatu ujungnya, tanpa adapercepatan, menggunakan gaya

F yang diterapkan pada ujunglain tuas. Gaya F biasanyadisebut "kuasa"-

Jarak antara titik tumpu dan kuasa disebut lengan kuasa, dan akan dinyatakan dengan /e. Jarakantara beban I dan titik tumpu disebut lengan beban dan akan dinyatakan dengan I

Gambar 10.1

Tuas

P

29

posanat $e)atlana : naas

Jika tuas ada dalam keadaan setimabang, atau bergerak tanpa percepatan, tuas dalam keadaan

untuk setimabang, yaitu mengacu ke Gambar 10.1:

Atau,

Kuasakali lengan kuasa = beban kali lengan

Persamaan itu menyatakan bahwa perbandingan antara kuasa dan beban berbanding terbalik

dengan perbandingan lengan kuasa dan lengan beban, atau momen gaya kuasa sama dengan

momen gaya beban. lni berarti bahwa makin pendek lengan beban, makin kecil kuasa yang

diperlukan untuk mengangkat beban (tanpa percepatan).

Perbandingan (hasil bagi) antara beban L dan kuasan L disebut "keuntungan mekanis" (K.M.)

pesawat. Jadi, keuntungan mekanis teoretis tuas adallah, dengan mengacu ke persamaan (10.2

M.A.=L =lL ..................(10.3)LlrTinjau tuaas dari sudut pandang usaha (kerja) dan energi. Usaha dapat dipandang sebagai

proses perubahan energi. Pada Gambar 10.1, bila kuasa F memindahkan bebean sejauh dr

untuk mengangkat eban sejauh ds ke atas, usaha yang dilakukan oleh kuasa adalah

Karena usaha ini, terjadi perubahan energi potensialbeban. Besar perubahan ini adalah:

LlJv= Lx du.."""'.." """""(10'4)

Dari geometri dapat diturunkan bahwa dr : dt = lr I ly atau, d7 - !t+. DenganlL

mensubstitusikan nilai ini dan nilai F ke dalam persamaan (10.a) (ke dalam F x dp) diperoleh:

F x dp= rr!* ot,*" = L x dr.......

tF ,L """""""""(10'5)

Persamaan (10.5) menyatakan bahwa banyaknya usaha yang dilakukan untuk mengangkat

benda menggunakan tuas sama dengan perubahan energi potensial benda. lni sesuai dengan

hukum kekekalan energi. Jadi, secara teori, tidak ada perubahan energi yang terkait dengan

proses ini.Pada percobaan ini kita akan memverifikasi beberapa persamaan di atas dengan

membandingkan hasil perhitungan teoretis dengan hasileksperimen (oercobaan).

C. ALATPERCOBAAN

Papan percobaan Tuas

Beban bercelah dan penggantung beban Pasak Penumpu

Neraca Pegas Puli

Mistar Talinilon

30

TaanatSc)etlaaa : nuas

D. PERSIAPAN PERCOBAAN1. Pasang beberapa beban pada

penggantung beban, danasumsikan beban tersebut sebagaibenda yang akan diangkatmenggunakan tuas.

2. Ukur berat beban menggunakanneraca pegas. Atau, jika massabeban diketahui, Anda dapatmenghtung beban denganmenggunakan rumus F = mg,dengan mengambil g = 9,8 m/sz.

Berat beban yang diukur akandinyatakan dengan huruf L dancatat hasil pengukuran/perhitungan

pada Tabel 10.1. L inijuga adalahgaya yang dibutuhkan untukmengangkat beban langsungtanpa menggunakan pesawatsederhana dan tanpa percepatan.

3. Rangkai alat percobaan sepertiterlihat pada Gambar 10.2- Tuas dalam posisi horisontal, dan titik penumpu di tengah tuas,kira-kira dipusat gravitasi tuas. Hal ini untuk menhindari penyertaan berat tuas dalamperhitungan.

4' Tempatkan puli dan neraca pegas sedemikian rupa sehingga tali yang merentang dari pulidan neraca pegas tidak mengganggu gerak tuas.

5' Beri ruang bagi neraca pegas secukupnya sehingga neraca pegas dapat digerakkan denganbebas ke atas selama mengangkat beban.

Anda akan mengukur jarauperpindahan beban dan neraca pegas ke atas. Jadi, Andamemerlukan acuan untuk mengukur jarak ini. Tentukan acuan yang diperlukan. Misalnyagunakan ujung bawah beban dan ujuang bawah neraca pegas. Gambar 10.2.

6' Gunakan spidol papan tulis putih (whife board) untuk menggambar garis acuan untuk kuasadan beban (lihat contoh pada Gamb ar 10.2).

E. LANGKAHPERCOBAAN1' Beri ketukan pada papan percobaan beberapa kali untuk menghilangkan pengaruh gesekan

yang ada pada sistem alat percobaan.

2' Baca neraca pegas. lni adalah gaya F. catat nilai tersebut pada kolom yang sesuai padaTabel 10.1.

3' Ukur lengan beban [, jarak dari beban ke titik penumpu. catat hasil pengukuran ini padakolom yang sesuai pada Tabel 10.1.

4' Ukur lengan gaya /e, jarak dari gaya ke titik penumpu. Catat hasil pengukuran ini pada kolomyang sesuai pada Tabel 10.1.

Gambar 10.2

Rangkaian percobaan

31

pesanae $a)etfiana : cLuas

5. Secara perlahan, angkat beban dengan cara mengangkat neraca pegas vertikal pada jarak

yang mudah diukur dr dan tandai posisi baru neraca pegas.

6. Beri ketrikan beberapa kali pada papan percobaan untuk menghilangkan pengaruh gesekan

pada sistem alat percobaan.

7. Tandai posisi baru neraca pegas dan beban.

8. Ukurjarak de dan catat hasil pengukuran pada kolom yang sesuai pada Tabel 10.1.

9. Baca besar gaya F dari neraca pegas dan cata hasil tersebut pada kolom yang sesuai pada

Tabel 10.1.

10. Tandai posisi baru beban, dan ukur jarak beban terangkat ds. Catat hasil percobaan pada .

kolom yang sesuai pada Tabel 10.1.

11. Ulangi langkah-langkah yang diperlukan percobaan di atas dengan beban yang berbeda

untuk melengkapi kolom-kolom data pada baris kedua Tabel 10.'t di bawah baris beban L,

lengan beban [, Gaya F, Lengan gaya ft, dr dan dr.

Tabel 10.1

Beban

r (N)

Lengan

beban

l.(m)

Momen

Beban

ct= Lxlt(Nml

Usaha

F(N)

Lengan

Usaha

lr (m)

Momen Gaya

(usaha)

+= FxIr(Nm)

K.M.

Perc.

ti)

K.M.

Teori

,L

lF

d(m)

AEp=

Lxdy.

(J)

dr(m)

Wr=

Fr&

(J)

F. PERHITUNGAN

Lengkapi kolom kosong pada Tabel 10.1 dengan nilai yang didapatkan melalui perhitungan data

yang sesuai dan persamaan yang diberikan ke dalam tabel.

G. PERTANYAAN

Dasarkan jawaban Anda pada data yang ada pada Tabel 10.1!

1. Apa yang dapat Anda katakan tentang nilai momen gaya beban dan nilai dari momen gaya

dari usaha yang diberikan? Jelaskan jawaban Anda!

2. Apa yang dapat Anda katakan tentang nilai keuntungan mekanik (K.M.) menurut hasil

percobaan ini dan nilai K.M. menurut teori? Jelaskan jawaban Anda!

3. Menunjukkan hukum kekekalan energi mekanikkah percobaan dengan tuas ini? Jelaskanjawaban Anda!

32