Kuectnhangan )aa ft.esalean eaya

PERCOBAAN 02

KESETIMBANGAN DAN RESULTAN GAYA

TUJUAN PERCOBAAN

Setelah menyelesaikan percobaan ini siswa diharapkan dapat:1. Menentukan resultan dua gaya atau tebih;2. Menganalisis prinsip kesetimbangan secara benar.

PENDAHULUAN

Gaya dapat didefinisikan sebagai tarikan atau dorongan, Tarikanatau dorongan memiliki besar dan arah. Kuantitas yang memilikibesaran dan arah disebut besaran vektor, dengan singkat disebutvektor- Besaran vektor disimbotkan dengan sebuah tanda panah(Gambar 2.1). Panjang tanda panah menunjukkan nirai besarandan arah tanda panah menunjukkan arah besaran. Gambar 2.1dapat menunjukkan besaran gaya 3 satuan, atau 30 satuan, atau0.3 satuan, 3000 satuan, atau setiap kelipatan 3.

Umumnya gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda dapatmelalui setiap bagian benda tersebut seperti halnya gayagravitasi, atau melalui sebuah permukaan (seperti ketika orang

Gambar2.2

avr

A.

B.

mendorong sesuatu dengan tangan). Akan tetapi, demi sederhananya permasalahan, seringdiasumsikan bahwa gaya-gaya bekerja pada sebuah titik. Titik itu disebut "titik aksf, atau,,titiktangkap" gaya. Garis di sepanjang aksi gaya disebut "garis aksl' atau "ga7s kerja" gaya. DalamGambar 2-'l P adalah titik aksi atau titik kerja gaya F, dan /. adalah garis aksi atau garis kerjagaya tersebut.

Dua gaya atau lebih dapatbekerja (beraksi) pada sebuahbenda. Contoh: Kereta pedati

ditarik oleh dua ekor kuda,kereta api ditarik oleh dualokomotif, pesawat terbangdigerakkan oleh 4 mesin jet,

dan lainiain. Gaya dapatberaksi pada titik aksi yangberbeda dan garis gaya yangberbeda seperti pada Gambar2.2(a). Gaya tersebut disebutdengan gaya-gaya tidak seasal(non-concunent force). Jika gaya itu beraksi pada sebuah titik tunggal seperti pada Gambar2.2(b), gaya itu disebut gaya-g aya seasa/ (concurrent force).

Sebuah gaya F yang mempunyai besar yang sama dengan gaya F, tetapi berlawanan arah.Dalam Gambar 2.2 F adalah penyeimbang gaya F, atau sebaliknya, F penyeimbang F. Dua gayatersebut tidak mempengaruhi gerak benda itu, atau benda itu ada dalam keadaan setimbang.

Gambar 2.1

Gaya dalam bentuk vektor

C,ayagaya seasal(b) Oorrcurrent forces

Gayaaaya tidak seasal(a) Nonconurrant forces

Kuetta$angan lan TEuut aa Qaya

Resultan dua gaya atau lebih adalah satu gaya yang

mempunyai pengaruh yang sama ke benda seperti

pengaruh dua atau lebih gaya tersebut. Resultan beberapa

gaya disebut juga jumlah gaya-gaya tersebut. Untuk

mendapatkan resultan gaya adalah sama dengan

menjumlahkan gaya-gaya yang beraksi. Dalam percobaan

ini kita akan mencari resultan dua gaya menggunakan cara

yang didefinisikan diatas. Sebagaibenda tempat kerja gaya

akan digunakan sebuah benda cincin. Masa benda cincin

cukup kecil sehingga dapat diabaikan dibandingkan dengan

besar gaya yang bekerja padanya. Ukurannya juga kecil

sehingga dapat dianggap sebagaisebuah titik.

C. ALATPERCOBAAN

Papan percobaan Neraca Peqas

Benda cincin Beban bercelah dan penqqantunq beban

Busur deraiat Puli(2)

Talinilon

D. PERSIAPAN PERCOBAAN

Rangkailah papan percobaan dan neraca pegas seperti dalam Gambar 2.4. Neraca Pegas dalam

posisi vertikal.

\

Gambar 2.3

Gaya dan gaya penyeimbang.

E. LANGKAH PERCOBAAN

Penyeimbang sebuah gaya

1. Gantung benda cincin pada pengait

yang ada pada neraca pegas

seperti terlihat pada Gambar 2.4.

2. Gantung beban bercelah

sedemikian rupa sehingga

massanya adalah 150 g pada

benda cincin seperti pada Gambar

2-4. Benda tersebut dalam

keadaan setimbang.

Beban 150 g menarik benda cincin

ke arah bawah sebesar 0,150 kg x

9,8 m/detik2 = 1,47 = 1,5 N.

Neraca Pegas mengukur gaya

yang bekerja pada benda cincin ke

arah atas. Karena benda dalam

keadaan setimbang, gaya ini

tentulah gaya penyetimbang atau

penyeimbang gaya gravitasi yang

bekerja pada beban yang

digantung.

Gambar2.4

Gaya gravitasi dan penyeimbangnya

<_- Penyeimbarg

4-- Benda cincin

I cava sra/itasi

J

\

Kesettutiangan )an ft.uattan Qaya

3. Baca gaya penyetimbang atau penyeimbang pada neraca pegas! Menunjukkan angka yangmendekati besar gaya gravitasikah, yaitu. = 1,5 N, neraca pegas?

Resultan Dua Gaya I'1. Rangkai alat percobaan seperti pada Gambar.2.S sedemikian rupa sehingga pada benda cincin

bekerja 3 gaya sembarang Fy F2 dand F3, dan setimbang pada titik tengah busur derajat.Catatan:

a. Sumbu X dan Y dibayangkan ada untuk kemudahan, dan tidak perlu digambar padapapan percobaan!

b. Banyaknya beban bercelah digambarkan pada gambar hanyalah contoh. Anda dapatmenggunakan banyak beban bercelah yang lain!

2. Atur busur derajat sedemikian rupasehingga garis hubung sudut 0o

dan 180" pada skala pada posisi

horizontal. Sebaiknya digunakanbantuan bidang miring dan talipenyipat tegaknya untukpengaturan ini.

3. Jika dibutuhkan, atur dan buatsudut a, B dan y cukup besarsedemikian rupa sehingga dapatdiukur dengan akurat.

4. Coba mengurangi pengaruhgesekan dengan menarik salahsatu beban dan kemudianmelepaskannya lagi.

5. Baca sudut a, B, dan Tpada busurderajat dan baca gaya F padaneraca pegas. Catat hasil itu dibawah ini.

q= ... "i 0= ... "; y= ...o; F= ...N.

catat m1 dan mz, dan hitung F1 dan F2 menggunakan persamaan F = fitg, ambil g = g,gm/detik2. Catat hasiltersebut pada bagian dibawah ini:

lTll= ... kg;-+ Fr =...N;tnz= ... kg;+ F2 - ... N.

Pada selembar kertas, dan menggunakan data di atas, gambarkan gaya F, F1 dan F2,dengan menganggap gaya F, Fr and F2 adarah gaya yang setitik tangkap (seasar). Besar(panjang) gaya F, Fr dan F2 haruslah dibuat sebanding dengan nilai-nilaiyang didapat padapengukuran di atas.

Gambar gaya Fe, gaya penyetimbang gaya F.

Gambar 2.5

Mencari resultan dua gaya

7.

8.

Kontln\aagan )aa Rosillan Qaga

9. Gambar parallelogram menggunakan F.r dan F2 sebagai sisi-sisinya. Lalu gambar

diagonalnya

Apa yang dapat Anda katakan mengenai diagonal ini dan F"?

F. KESIMPULAN

1. Jika percobaan telah dilakukan dengan baik, yaitu kesalahan yang terjadi kecil, seharusnya

didapatkan bahwa diagonal paralelogram FrFz adalah boleh dikatakan sama dengan F", baik

dalam panjang maupun arahnya. Karena Fr dan F2 dalam keadaan setimbang dengan F, F1

dan Fz secara bersama-sama merupakan penyetimbang gaya F. Oleh karen itu, F", atau

diagonal paralelogram itu, adalah sama dengan gabungan Fr dan F2. Gaya itu, F", adalah

resultan F,r dan Fz.

2. Secara grafik, resultan dua gaya seasal dapat ditentukan derlPgan menggambar vektor gaya

sebagai sisi-sisi paralelogram, dan selanjutnya menggambar diagonal paralelogram untuk

mendapat resultan dua gaya tersebut.

3. Konsekuensi logis pernyataan di atas ialah, jika ada lebih dari dua gaya, resultan dua gaya

dapat ditentukan, dan selanjutnya resultan dua gaya tadi dan gaya yang lain dapat juga

ditentukan dengan prinsip yang sama, dan demikian seterusnya

4. Sejumlah gaya setangkap dapat diganti dengan sebuah gaya tunggalyang disebut resultan gaya.

5. Benda dikatakan dalam keadaan setimbang jika memenuhi hubungan:

IF1= I (penjumlahan vektor)

G. PERTANYAAN

1. Tentukan secara.grafik resultan tiga gaya F1, F2danF3 pada Gambar

2.6.

2. Berpengaruhkan urutan penjumlahan gaya{aya dalam mencari

resultan ketiga gaya. Jelaskan jawaban Anda dengan

menggunakan Gambar 2.6!

Gambar 2.6

3. Jelaskan bagaimana cara Anda menentukan resultan 4 buah gaya!