1. SISTEM KESETIMBANGAN GAYA
Asrul, Feby Aulia Marsida, Iswan, (*Nurfitriani
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Geografi Fakultas MIPA
Universitas Negeri Makassar
Abstrak.Telah dilakukan praktikum Sistem Kesetimbangan Gaya. Praktikum bertujuan
untukdapat mengetahui kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada sistem tuas dua lengan dan
menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan prinsip kesetimbangan. Praktikum
ini dilakukan dengan mengamati 5 kondisi yang berbeda. Dari kelima hasil pengamatan yang
dilakukan, hanya 1 kondisi yang didapatkan hasil didapatkan hasil yang hampir mendekati teori
∑τ = 0. Artinya, pada percobaan ini, terdapat beberapa kesalahan. Diantaranya adalah tidak
seimbangnya tuas sehingga menyebabkan adanya sudut yang terbentuk pada tuas yang bertindak
sebagai lengan gaya. Kemudian juga adanya kerusakan alat, yaitu pada tuas sehingga
menyebabkan kesalahan pengamatan dalam mengukur gaya.
Kata Kunci : kesetimbangan gaya, keseimbangan statis, momen gaya, prinsip
kesetimbangan
Rumusan Masalah
1. Bagaimana cara menyelidiki kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada
sistem dua lengan?
2. Bagaimana menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan
prinsip kesetimbangan?
Tujuan Eksperimen
1. Menyelidiki kondisi-kondisi kesetimbangan statis pada dua lengan.
2. Menentukan momen gaya sistem tuas dua lengan berdasarkan prinsip
kesetimbangan.
2. Teori Singkat
Benda-benda dalam pengalaman kita palig tidak memiliki satu gaya yang
bekerja pada mereka (gravitasi), dan jika benda-bendatersebut dalam keadaan
diam, maka pasti ada gaya lainyang juga bekerja sehingga gaya total menjadi nol.
Sebuah benda diam di atas meja, misalnya, mempunyai dua gaya yang bekerja
padanya, gaya gravitasi ke bawah dan gaya normal yang diberikan meja ke atas
pada benda tersebut. Karena gaya total nol, gaya ke atas yang diberikan oleh meja
harus sama besarnyadengan gaya gravitasi yang bekerja ke bawah. Benda seperti
itu dikatakan berada dalam keadaan setimbang (equilibrium: bahasa latin untu
“gaya-gaya yang sama” atau “kesetimbangan”) di bawah pengaruh kedua gaya ini.
Ada 2 jenis kesetimbangan yaitu, kesetimbangan statis dan kesetimbangan
dinamis. Kesetimbangan statis adalah kesetimbangan ketika benda diam.
Sedangkan kesetimbangan dinamis adalah kesetimbangan ketika benda bergerak
dengan kecepatan tetap. Pada praktikum kali ini, hanya kesetimbangan statis yang
diuji.
Syarat kesetimbangan statis ada dua yaitu:
1. Agar sebuah benda diam, jumlah gaya yang bekerja padanya harus
sama dengan nol
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣFz = 0
2. Syarat kedua adalah jumlah momen gayanya sama dengan nol
Στ = 0
Metode Eksperimen
Alat Dan Bahan
1. Alat
a. Dasar statif
b. Kaki statif
c. Batang statif pendek
d. Batang statif panjang
e. Balok pendukung
f. Neraca pegas 1,5 N
g. Steker poros
h. Tuas
2. Bahan
Beban 50 gram
3. Identifikasi Variabel
1) Variable Terukur : gaya pada pegas, jarak beban dan pegas dari rotasi pusat
2) Variabel Terhitung : jumlah torsi yang bekerja
Definisi Operasional Variabel
1. Gaya adalah
2. Jarak adalah panjang lintasan dari C ke A ataupun A ke B dengan lambang
besaran x yang diukur menggunakan mistar dengan satuan cm.
3.
Prosedur Kerja
Merangkai alat
1. Sediakan alat dan bahan
2. Pasang steker poros pada ujung atas batang statif pendek
3. Pasang tuas pada steker poros dan aturlah keseimbangannya agar anak
panah tepat menunjuk vertical ke bawah.
Kegiatan laboratorium
1. Pasanglah beban m1pada posisi 4 (6 cm dari pusat tuas) dan beban m2pada
posisi 10 (15 cm dari pusat tuas) masing-masing di sebelah kanan titik
pusat tuas. Catat masing-masing panjang lengan beban sebagai L1dan L2.
Catatan : m1hanya satu beban 50 gram sedangkan m2 berupa dua beban 50
gram.
2. Pasang neraca pegas pada posisi 10 (15 cm dari pusat tuas) di sebelah kiri
titik pusat tuas. Catat sebagai panjang lengan gaya Lf.
3. Tarik neraca pegas hingga terjadi kesetimbangan dan bacalah besarnya
gaya (F) pada neraca tersebut.
4. Ulangi langkah 1 sampai 3 dengan posisi m1, m2, dan neraca pegas yang
berbeda hingga 5 kali.
4. Hasil Eksperimen Dan Analisis Data
1. Hasil Eksperimen
W1 =| 50,350+0,005| gram
W2 =|100,250+0,005| gram
Tabel Hasil Pengamatan
No. Urut
Kegiatan
1 2 3 4 5
Lengan Beban
1 (L1)cm
|6,00+0,05| |7,50+0,05| |9,00+0,05| |4,30+0,05| |3,00+0,05|
Lengan Beban
2 (L2)cm
|15,00+0,05| |13,50+0,05| |12,00+0,05| |12,00+0,05| |9,00+0,05|
Lengan Gaya
3 (Lf)cm
|15,00+0,05| |15,00+0,05| |13,50+0,05| |9,00+0,05| |12,00+0,05|
Gaya Pegas
(F),N
|1,50+0,05| |1,10+0,05| |1,0+0,05| |1,40+0,05| |0,70+0,05|
2. Analisis Data
NST Neraca pegas =
1,5 𝑁
15
= 0,1 N
NST Mistar = 0,1 cm = 1.10-3 m
∆F =
NST
2
=
0,1
2
= 5.10−2
∆r =
NST
2
=
1.10−3
2
= 5.10−4
1. Kondisi 1
5. a) Torsi di lengan kanan
Beban 1
F1= 0,5 N r1= 6 cm = 6.10-2 m
τ1 = F1 × r1
= 0,5 N × 6.10-2 m
= 3.10-2 Nm
τ1 = F1 × r1
dτ1 =
∂τ1
∂F1
dF +
∂τ1
𝜕𝑟1
dr
dτ1 =
∂(F1.r1)
∂F1
dF +
∂(F1.r1)
∂r1
dr
dτ1
τ1
=
r1dF + F1dr
F1. r1
dτ1
τ1
=
dF
F1
+
dr
r1
dτ1 =|
dF
F1
+
dr
r1
|τ1
∆τ1= |
∆F
F1
+
∆r
r1
|τ1
= |
0,05
0,5
+
5.10−4
6.10−2| 3.10−2
Nm
= 0,325.10-2 Nm
KR =
∆τ1
τ1
× 100% =
0,325 .10−2
3.10−2 × 100% = 11 %
Jumlah Angka Berarti (AB) = 1 − log KR
= 1 − log0,11
= 1 − (-0,96)
16. F2= 0,95 N r2= 9 cm = 9.10-2m
τ2 = F2 × r2
= 0,95 N × 9.10-2 m
= 8,55.10-2 Nm
∆τ2= |
∆F
F2
+
∆r
r2
| τ2
= |
5.10−2
0,95
+
5.10−4
9.10−2| 8,55.10−2
Nm
= 0,498.10-2 Nm
KR =
∆τ2
τ2
× 100% =
0,498.10−2
8,55.10−2 × 100% = 5,8 %
Jumlah Angka Berarti (AB)= 3
τ2 = [ τ2± Δτ2] = [8,55± 0,50] 10-2 Nm
∑τ = τ1 +τ2
= [2,3 ± 0,6] 10-2 Nm + [8,55± 0,50] 10-2 Nm
= [10,9 ± 1,1] 10-2Nm
j) Torsi di lengan kiri
F = 1N rF= 10,5 cm = 10,5.10-2m
τF = F × rF
= 1 N × 10,5.10-2 m
= 10,5.10-2 Nm
∆τF= |
∆F
F
+
∆r
rF
| τF
17. = |
5.10−2
1
+
5.10−4
10,5.10−2|10,5.10−2
Nm
= 0,575.10-2 Nm
KR =
∆τF
τF
× 100% =
0,575.10−2
10,5.10−2 × 100% = 5,5 %
Jumlah Angka Berarti (AB) = 3 AB
τF = [ τF± ∆τF] = [10,5± 0,6] 10-2 Nm
∑τkanan - ∑τkiri = [10,9 ± 1,1] 10-2Nm - [10,5± 0,6] 10-2 Nm
= [0,4 ± 1,7] 10-2 Nm
PEMBAHASAN
Pada praktikum yang pengamat lakukan pada sistem kesetimbangan gaya
menggunakan dasar statif, batang statif pendek, neraca pegas 1,5 N, beban 50
gram, steker poros, dan tuas, yang bertujuan untuk menyelidiki kondisi-kondisi
kesetimbangan statis dan menentukan momen gaya sistem dua lengan berdasarkan
prinsip kesetimbangan. Pengamat mengamati 5 kondisi yang berbeda. Berbeda
dalam hal ini adalah Lf, L1, dan L2.
Selanjutnya, pengamat menganalisis semua kondisi dan menemukan
∑τkanan - ∑τkiri yang berbeda. Diantara kelima kondisi tersebut pada kondisi 1
didapatkan hasil yang sama dengan teori Στ = 0.
Tabel Hasil analisis pada setiap kondisi
Kondisi τ di sebelah kanan τ di sebelah kiri ∑τkanan- ∑τkiri
Kondisi 1 [ 17,3 ± 1,1] 10-2 Nm [17,3 ± 0,8] 10-2 Nm [0 ± 2,3] 10-2 Nm
Kondisi 2 [12,9 ± 0,8] 10-2 Nm [12,6 ± 0,5] 10-2 Nm [0,3 ± 1,3] 10-2 Nm
Kondisi 3 [11,6 ± 0,8] 10-2 Nm [12 ± 1] 10-2 Nm [-0,4 ± 2] 10-2 Nm
18. Kondisi 4 [15,9 ± 1,1] 10-2 Nm [15,6 ± 0,7] 10-2 Nm [0,3 ± 1,8] 10-2 Nm
Kondisi 5 [10,9 ± 1,1] 10-2Nm [10,5± 0,6] 10-2 Nm [0,4 ± 1,7] 10-2 Nm
Keseimbangan adalah suatu kondisi benda dengan resultan gaya dan momen gaya
sama dengan nol. Partikel adalah benda yang ukurannya dapat diabaikan sehingga
dapat digambarkan sebagai suatu titik materi. Suatu partikel disebut dalam
keadaan seimbang bila jumah aljabar gaya-gaya yang bekerja pada pertikel
tersebut sama dengan nol. Syarat keseimbangan partikel adalah F=0. Jika partikel
terletak pada bidang xy maka syarat keseimbangan:
Pada percobaan ini, kami melakukan pengukuran kesetimbangan benda
yang memiliki massa 50 gram. Percobaan dilakkukan sebanyak empat kali dengan
sudut yang berbeda-beda disetiap percobaannya. Besarnya gaya yang bekerja pada
benda diperoleh melaui pembacaan dinamometer yang dipasang pada statif.
Pada percobaan pertama dengan besar sudut A1 = 20o dan A2=20o diperoleh
hasil F1 dan F2 masing-masing 0,25 N. Sehingga diperoleh F1 dan F2 teori
masing-masing 0,26 N. Persentase kesalahan F1 adalah 3,8% dan persentase
kesalahan F2 adalah 3,8%.
Pada percobaan kedua dengan besar sudut A1=30o dan A2=30o, didapat hasil
pembacaan F1 sebesar 0,30 N dan F2 sebesar 0,30 N. Dalam perhitungannya F1
dan F2 teori yang diperoeh sama besar dengan F1 dan F2 hasil pembacaan skala
yaitu 0,30 N. Sehingga persentase kesalahannya adalah nol.
Pada percobaan ketiga dengan besar sudut A1 dan A2 masing-masing 45o,
diperoleh hasil F1 dan F2 yaitu 0,35 N. F1 dan F2 teori yang dihitung mendapat
hasil yang sama yaitu 0,343 N. Sehingga persentase kesalahan untuk masing-
masing F1 dan F2- adalah 2,04%.
Pada percobaan keempat dengan besar sudut A1 = 20o dan A2=30o. Dari hasil
pembacaan skala didapat F1 sebesar 0,25 N dan F2 sebesar 0,30 N. Dari hasil
perhitungan diperoeh F1 teori sebesar 0,32 N dan F2 teori sebesar 0,21 N.
19. Sehingga didapat persentase kesalahan F1 sebesar 21,8% dan persentase
kesalahan F2 yaitu 42,8%.
Pada percobaan yang telah dilakukan diketahui bahwa persentase kesalahan pada
percobaan keempat cukup besar. Hal ini disebabkan oleh pengamat yang kkurang
teliti dalam meakukan percobaan.
KESIMPULAN
1. Kesetimbangan suatu benda dapat ditinjau dari dua kondisi dimana benda
dikatakan setimbang jika memnuhi kondisi tersebut. Yang pertama adalah
kesetimbangan translasi dimana F yang bekerja pada benda sama dengan
nol atau percepatan liniernya sama dengan nol. Kedua yaitu kesetimbangan
rotasi dimana yang bekerja sama dengan nol atau percepatan sudutnya
sama dengan nol. Akan tetapi dalam praktikum yang telah dilakukan τ tidak
sama dengan nol dikarenakan adanya kesalahan baik dalam proses
pengukuran maupun dari alat yang digunakan.
Daftar Rujukan
Laboratorium Fisika Dasar FMIPA UNM.2014. Penuntun Praktikum Fisika
Dasar 1. Makassar: Penerbit UNM.
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 1 Edisi kelima. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Haliday, David dan Resnick, Robert. 1999. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga
(Terjemahan). Jakarta: Erlangga.