Bahan Ajar (gaya gesek pd bidang miring)

I.            Rumusan Masalah

Bagaimanakah pengaruh sudut kemiringan suatu bidang miring terhadap koefisien gesek kinetik bidang miring?

II.            Identifikasi variabel

·         Variabel tetap

Variabel yang dijaga tetap / tidak berubah. Dalam hal ini variabel tetapnya adalah massa balok(m) dan percepatan grafitasi (g)

·         Variabel manipulasi

Variabel yang sengaja di ubah-ubah pada setiap percobaan.

Variabel manipulasi dalam percobaan ini adalah : sudut kemiringan bidang (θ).

·         Variabel Respon

Variabel yang besarnya / nilainya dipengaruhi oleh variabel manipulasi.

Variabel Respon dalam percobaan ini adalah : koefisien gesek kinetik bidang miring (μk).

·         Variabel Pengganggu

Variabel yang harus diminimalisir pengaruhnya terhadap variabel-variable lain dalam percobaan.

Dalam percobaan ini yang menjadi variabel pengganggu adalah :

-        Getaran pada bidang miring

-        Kelenturan bidang miring

III.            Definisi Operasional Variabel

—    Sudut Kemiringan Bidang (θ)

Adalah sudut yang dibentuk oleh permukaan bidang datar dengan permukaan bidang miring. Sudut kemiringan bidang diukur menggunakan busur derajat.

—    Massa Balok (m)

Adalah massa benda / balok yang diperoleh dengan cara menimbang balok tersebut dengan menggunakan neraca Ohauss.

—    Percepatan Gravitasi (g)

Adalah percepatan grafitasi yang umum digunakan yaitu 9,8 ms^-2.

—    Koefisien Gesek Kinetik (μk)

Koefisien gesek kinetik menunjukkan tingkat kekasaran suatu bidang, yang bersifat menghambat gerak benda pada bidang tersebut.

—    Bidang Miring

Suatu bidang yang terbuat dari papan / triplek / melamin yang dapat diatur kemiringannya sehingga membentuk sudut θ terhadap bidang datar.

IV.            Hipotesis

Besarnya koefisien gesek kinetik suatu bidang miring tidak dipengaruhi oleh besarnya sudut kemiringan bidang.

V.            Alat dan Bahan Yang Diperlukan

-        Papan melamin

-        Paku triplek

-        Kayu reng

-        Lakban

-        Amplas

-        Balok

-        Busur derajat

-        Mistar

-        Stopwatch

-        Neraca Ohaus

VI.            Persiapan Langkah-Langkah Kerja

Langkah kerja pembuatan alat peraga.

1.      Memotong melamin berukuran 120 cm x 15 cm sebanyak 2 lembar.

2.      Memotong kayu reng berukuran panjang 120 cm sebanyak 4 batang.

3.      Mengamplas permukaan sisi reng agar halus dan juga mengamplas bagian tepi melamin yang kasar karena potongan gergaji agar halus.

4.      Reng diposisikan sejajar pada sisi-sisi panjang bagian tepi melamin kemudian di paku dengan paku triplek.

5.      Kedua melamin tersebut ditumpuk sejajar kemudian pada bagian ujungnya disatukan dengan perekat lakban. Sehingga salah satu melamin berfungsi sebagai bidang miring dan yang lain sebagai bidang datar.

6.      Pasang busur derajat pada bidang datar melamin yang membentuk sudut, sehingga garis siku busur derajat tepat terpasang pada ujung bidang datar melamin yang membentuk sudut.

7.      Pasanglah mistar / pita meter pada bagian tepi bidang miring.

8.      Siapkan balok kayu atau apa saja yang berfungsi sebagai benda yang bergerak pada bidang miring.

9.      Buatlah penyangga bidang miring.

VII.            Langkah Kerja Uji Coba Alat Peraga / Pelaksaaan

1.      Siapkan seperangkat alat papan miring lengkap dengan tiang penyangga.

2.      Bacalah busur derajat, berapakah sudut kemiringan bidang miring.

3.      Letakan balok diatas bidang miring, pada sudut berapapun, usahakan ketinggian balok dari bidang datar tetap sama.

4.      Lepaskan balok diatas bidang miring dan ukurlah menggunakan stopwatch waktu yang diperoleh oleh balok dari mulai bergerak sampai diujung bawah bidang miring.

5.      Lakukan percobaan tersebut berulang-ulang dengan besar sudut kemiringan yang berbeda-beda.

VIII.            Pengumpulan Data

No	m(kg)	θ	S(m)	t(sekon)		Sin θ	Cos θ	g sin θ - a g Cos θ
1	0,06165	29	0.990	1,68	0,7015	0,4848	0,8746	0,4725
2	0,06165	30	0,965	1,66	0,7004	0,5000	0,8661	0,4949
3	0,06165	33	0,875	1,32	1,0044	0,5446	0,8387	0,5271
4	0,06165	37	0,835	0,83	2,4242	0,6018	0,7986	0,4438
5	0,06165	40	0,740	0,80	2,3125	0,6428	0,7660	0,5311
6	0,06165	45	0,695	0,69	3,5021	0,7071	0,7071	0,4946

IX.            Anilisa Data

Persamaan kecepatan benda dapat diperoleh dari integral persaman percepatan

a       =

       

dV    = adt

∫dV   = ∫ adt

V0

V ]^V  = ∫ adt

0

V – V₀ = ∫^t adt

V = V₀ + adt

V = V₀ + at

Persaman perpindahan benda dapat diperoleh dari integral persaman kecepatan

V =

dS = Vdt

0

0

0

∫^s ds = ∫^t Vdt

0

S ]^s = ∫^t (Vo + at) dt

0

S = [ Vot + ½ at²]^t

S = Vot + ½ at²

Karena kecepatan awal benda =nol (benda diam), maka percepatan benda dapat dirumuskan sbb :

 

a = 

Gerak pada bidang miring, berlaku

            Σ F                               =          m . a

mg sin θ – fk                           =          m . a

mg sin θ – μk N                      =          m . a

mg sin θ – μk . mg cos θ         =          m . a

                  μk . mg Cos θ        =          mg sin θ – m . a

                                    μk        =          mg sin θ – m . a

                                                                 mg Cos θ

                                    μk        =          g sin θ – a

                                                               g cos θ

Percobaan	μ	| μ - μ |	| μ - μ |2
1	0.4275	0.014	0.000196
2	0.4949	0.0084	0.00007056
3	0.5271	0.0406	0.00164836
4	0.4438	0.0427	0.00182329
5	0.5311	0.0446	0.00198916
6	0.4946	0.0081	0.00006561
N = 6	μ = 0.4685	Σ(μ – μ) = 0.0264	Σ(μ – μ)= 0.000965497

n

nilai rata-rata :

n=1

μ    = 1     Σ   μn

6

         N

n=1

      = 1     Σ

         6

      = 0.4685

n

Deviasi rata-rata :

n=1

δ    = 1    Σ   (μn – μ)

         N

δ    =  0.0044

Devasi Root Mean Square (δrms)

 

n=1

δrms =      1   Σ  (μn – μ)²                               

                N

δrms =      1/6 x 0.000965497

         = 0,0127

δR =   x 100 %

          

      = =2,611%

Karena δR<10%     maka = ( µ ± δrms )

                                             = (0,4865  0,0127)

Dari data percobaan tersebut ternyata koefisien data kinetik bidang miring relatif sama pada setiap sudut kemiringan bidang yang berbeda.

X.            Kesimpulan

a.       Hipotesis diterima

b.      Koefisien gesek kinetik suatu bidang miring tidak dipengaruhi oleh besarnya sudut kemiringan bidang.

c.       Besarnya sudut kemiringan suatu bidang akan mempengaruhi besarnya percepatan benda di atas bidang tsb.

d.      Penerapan dalam kehidupan sehari-hari.

—    Bidang miring bagian belakang mobil bok pengangkut barang.

—    Atap rumah sudut kemiringannya lebih besar daripada atap rumah asbes atau seng

—    Jalan menanjak atau menurun