Teori Percobaan Percepatan Sentripetal
Gaya sentripetal adalah gaya yang dialami oleh suatu benda saat ia mengalami gerak melingkar. Gaya sentripetal ini mengarah ke pusat gerak melingkar dan menimbulkan suatu percepatan yang mengarah ke pusat yang disebut percepatan sentripetal. Percepatan sentripetal inilah yang membuat benda tetap bergerak melingkar. Selama benda bergerak melingkar pada radius yang tetap maka kelajuan benda tetap namun kecepatan benda berubah terus menerus mengikuti jalur berbentuk lingkaran yang diakibatkan oleh percepatan yang mengarah ke pusat lingkaran.
Besarnya kecepatan tangensial benda yang bergerak melingkar adalah :
\[ v = \frac{2 \pi R}{T} \]Besarnya kecepatan sudut atau kecepatan angular :
\[ \omega = \frac{v}{R} \]Besarnya percepatan sudut atau percepatan angular :
\[ \alpha = \frac{a}{R} \]Besarnya gaya sentripetal :
\[ \ F = \frac{mv^2}{R} \] atau \[ \ F = m \omega^2 R \]
Referensi
Loyd, D.H. (2008). Physics Laboratory Manual - Third Edition. . Belmont, CA : Tomson-Brookes/Cole.
Petunjuk Percobaan Percepatan Sentripetal
Percobaan pengukuran percepatan sentripetal menggunakan peralatan seperti ditunjukkan pada gambar 1. Peralatan ini terdiri dari :
- Pemutar yang memiliki lengan
- Lengan pemutar
- Kawat dan beban
- Pegas yang diletakkan pada pemutar
- Indikator yang menunjukkan radius putaran
- Katrol
- Tali
- Beban
Gambar 1. Tampilan dari lab maya untuk percobaan pengukuran percepatan sentripetal.
Percobaan dilakukan dengan mengaitkan beban pada pegas. Beban yang terkait pada pegas ditunjukkan pada gambar 2. Kemudian pemutar diputar sehingga beban dan pegas yang ada padanya ikut berputar (gambar 3). Saat massa berputar maka akan timbul gaya sentripetal pada massa. Gaya sentripetal ini mempengaruhi juga pegas yang ikut berputar. Akibat gaya sentripetal maka pegas akan meregang sesuai dengan Hukum Hooke yakni F=kx dimana k adalah konstanta pegas dan x adalah besarnya peregangan yang terjadi pada pegas.
Gambar 2. Massa dan kawat terkait pada pegas
Gambar 3.Massa, kawat dan pegas berputar bersama pemutar.
Massa terus diputar hingga penunjuk pada massa tepat di atas indikator radius putaran. Saat massa berputar terus menerus di atas indikator maka periode putaran (T) dapat diukur dengan. Dengan mengetahui radius (R) dan periode (T) kita dapat mengukur besarnya kecepatan (v) tangensial dari gerak melingkar melalui rumus v=2 π R/T. Dengan mengetahui kecepatan (v) kita dapat mengukur besarnya gaya (F) melalui rumus F= mv2/R. Nilai F yang dihasilkan dari gerak melingkar dapat dicek keakuratannya dengan mengukur regangan yang terjadi pada pegas dengan mengaitkan pegas pada beban melalui katrol (gambar 4). Beban pada pegas yang seusai dengan gaya yang terjadi saat terjadi gerak melingkar adalah beban yang terukur saat pegas meregang tepat pada indikator. Dengan membandingkan gaya pada pegas saat gerak melingkar dan saat pengukuran melalui beban kita dapat mengukur keakuratan percobaan gerak melingkar.
Gambar 4. Besarnya gaya yang terjadi pada pegas diukur melalui pemberian beban hingga pegas meregang tepat di atas indikator.
Prosedur percobaan adalah sebagai berikut
Kaitkan beban pada pegas
Atur jarak radius dengan menggeser pengatur indikator
Putar pemutar dengan mengklik tombol "Putar" berkali-kali hingga putaran bertambah kencang.
Upayakan agar saat berputar benda tetap di atas indikator
Saat benda tepat ada di atas indikator klik tombol "Start" untuk memulai perhitungan periode
Perhatikan terus gerak melingkar dari benda hingga benda melingkar sebanyak 10 x di atas indikator. Pada saat yang bersamaan sesekali klik tombol "Putar" agar benda tetap berputar di atas indikator. Jika tombol "Putar" tidak diklik maka kecepatan gerak melingkar akan menurun dan radius putaran akan lebih kecil dari radius indikator.
Setelah benda berputar 10 x klik tombol "Stop" untuk menghentikan putaran dan kondisi percobaan kembali seperti awal.
Ulangi langkah 3-7 hingga 3x.
Klik radio button "Kaitkan pegas pada beban" agar beban lepas dari pegas dan pegas langsung terhubung dengan beban melalui katrol.
Tambahkan beban pada dengan mengklik tombol "Penambah beban". Saat pegas meregang hingga tepat di atas indikator klik tombol "Simpan Data Beban"
Klik tombol "Ulangi" untuk mengulangi percobaan seperti langkah 3-10 dengan massa beban yang berbeda.
Klik tombol "Simpan" untuk menyimpan seluruh data.
Lihat hasil percobaan dengan klik menu "Data".
Hasil Percobaan Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Percobaan menghasilkan data-data sebagai berikut :
Uji Kemampuan
Dalam percobaan ini mengapa kita harus mengukur percepatan gravitasi dengan menggunakan bidang miring? Bukankah pengukuran dapat dilakukan lebih sederhana dengan menjatuhkan suatu benda dari berbagai ketinggian ? Kita bisa mencatat waktu dari masing-masing ketinggian dan kita bisa mendapatkan nilai g secara langsung .
Pengukuran secara langsung dengan menjatuhkan benda dari berbagai ketinggian memang menghasilkan nilai g secara langsung, namun ingat percepatan gravitasi cukup besar sehingga waktu yang dibutuhkan untuk benda meluncur dari suatu ketinggian hingga menyentuh tanah sangatlah pendek. Dalam kondisi ini pengukuran bisa jadi tidak akurat.
Dengan melakukan percobaan melalui bidang miring waktu tempuh dari tiap jarak lebih lambat sehingga pengukuran waktu dapat dilakukan secara akurat. Galileo Galilei saat menyelidiki gerak benda juga kesulitan dalam pengamatan benda yang dijatuhkan secara vertikal, ia kemudian mencoba melakukan percobaan melalui bidang miring untuk dapat mengamati gerak benda dengan lebih baik dan dengan alat pencatat waktu unik yang ia rancang khusus dalam percobaannya.
Mengapa kita mencari nilai percepatan (a) dengan menggunakan metode regresi linier? Bukankah kita cukup mencari nilai a dari rumus x= ½ at2dimana kita hitung masing-masing nilai a dari catatan waktu dan jarak yang kita peroleh dari percobaan dan kemudian mendapatakan nilai a rata-rata sebagai nilai a yang paling mendekati ?
Penggunaan nilai a rata-rata dari pengukuran dapat saja dilakukan namun penggunaan regresi linier memberikan prediksi yang lebih akurat dimana metode regresi linier meminimalkan eror dari tiap pengukuran dengan nilai ideal dari pengukuran.
Kelebihan lain dari regresi linier adalah kita mendapatkan suatu model (dalam hal ini suatu persamaan linier yang menghubungkan variabel-variabel percobaan yang kita ukur). Secara umum persamaan linier adalah y=mx + c. Dalam percobaan pengukuran percepatan gravitasi nilai c tidak dibutuhkan karena persamaan yang digunakan adalah x =½ aT dimana T = t2. Dari persamaan tersebut yang kita butuhkan hanya nilai m atau dalam hal ini adalah a/2. Jika dalam percobaan kita mendapatkan garis linier yang memotong titik 0 atau mendekati titik 0 maka kita yakin bahwa pengukuran kita akurat. Sebaliknya jika garis linier yang dihasilkan
Pada percobaan lain dimana persamaan linier dari variabel-variabel percobaan memenuhi y=mx+c maka nilai c dapat digunakan untuk menghitung suatu variabel yang dibutuhkan dalam percobaan.