Sabtu, 11 Juli 2015

Rel Udara (Air Track)


OBSERVASI ALAT PERAGA AIR TRACK (REL UDARA)
DI TAMAN PINTAR - YOGYAKARTA
LAPORAN FIELD TRIP
Guna Memenuhi Tugas
Mata Kuliah: Fisika Dasar 2 
Jurusan: Tadris IPA-Biologi / 2
    Dosen Pengampu   1.    Hadi Pramono, M.Pd.
                                                              2.    Iing Mustain, M.Pd.
Asisten Praktikum  : 1.    Nopan Dwi Santoso
                                                               2.    Ahmad Rifai


Disusun Oleh:
Nama                          : Suci Anadila Nurkaromah
Kelas                          : D
Kelompok                  : 4
NIM                            : 1414163159

FAKULTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN
INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI SYEKH NURJATI CIREBON
2015


A.           Tujuan
1.        Untuk memahami lebih lanjut hukum-hukum dasar fisika yang berkaitan dengan percobaan air track.
2.        Untuk mengamati pengaruh beban terhadap percepatan alat peraga air track.
3.        Untuk mengetahui hubungan antara Hukum Newton dengan gaya gesek pada alat peraga air track.
B.            Dasar Teori
Gaya didefinisikan sebagai dorongan atau tarikan yang akan mempercepat atau memperlambat gerak suatu benda. Benda dikatakan bergerak apabila posisinya berubah terhadap waktu. Posisi benda yang bergerak harus diukur terhadap referensi tertentu dalam suatu sistem koordinat. Jika posisi awal benda berada di titik asal kemudian bergerak meninggalkan titik asal maka perubahan posisi benda diukur dari posisi akhir benda ke titik asal dan arah letak benda diukur berdasarkan system.
Gerak mempercepat yang dialami benda sebanding dengan resultan gaya yang bekerja pada benda itu, dan arah percepatan searah dengan arah gaya. Persamaan ini dirumuskan dalam hukum II Newton yang dirumuskan:
                                     Ket:  F     :
F = m x a                              m     :
                                               a     :

Gaya
       Massa Benda
       Percepatan Benda

Hukum Newton menyatakan hubungan antara gaya, massa dan gerak benda. Hukum ini berdasarkan pada prinsip Galileo yaitu: untuk mengubah kecepatan, di perlukan pengaruh luar yaitu gaya luar, tetapi untuk mempertahankan kecepatan tak perlu gaya luar sebagai dinyatakan dalam hukum Newton I (kukum kelembaman).
Hukum Newton I: sebuah benda akan berada terus dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, apabila dan hanya bila tidak ada gaya atau pengaruh dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Hukum ini merupakan pernyataan kesetimbangan (statik dan dinamik). Dengan perkataan lain jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan nol, maka percepatannya juga sama dengan nol. Jadi bila tidak ada gaya yang bekerja pada benda, benda akan bergerak dengan kecepatan konstan atau diam (kecepatan nol).
Hukum Newton II: percepatan yang diperoleh suatu benda bila gaya yang dikerjakan padanya akan berbanding lurus dengan resultan gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut, dengan suatu konstanta pembanding yang merupakan ciri khas dari benda. Gaya ini terdapat pada bidang tumpu dan dalam keadaan diam disebut gaya gesekan. Hukum Newton III (berlaku untuk sistem dua benda): dua benda yang berinteraksi akan menyebabkan gaya pada benda pertama karena benda kedua (gaya aksi) yang sama dan berlawanan arah dengan gaya pada benda kdua karena bemda pertama (gaya reaksi). Singkatnya dapat ditulis: gaya aksi = -gaya reaksi.
Benda dengan berat w terletak di atas bidang lantai yang datar. Benda memberilkan gaya aksi w dan lantai memberikan gaya reaksi N yang dalam hal ini W=N. Bila padanya diberika gaya F yang cukup kecil sehingga Menurut mereka keadaan alami benda adalah diam. Bila padanya diberikan gaya F yang cukup kecil sehingga benda masih dalam keadaan diam. Karena benda masih diam maka seolah – olah pada benda tersebut ada gaya lain yang menniadakan F, yang sama besar tetapin berlawanan arah.
Dua buah benda yang bersentuhan akan menimbulkan gaya gesek. gaya gesek merupakan gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Besar gaya gesek bergantung pada kekasaran permukan sentuh. Semakin kasar permukaan, maka semakin besar gaya gesek yang timbul. Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda ketika benda sudah bergerak. Cara memeperkecil gaya gesek salah satunya adalah dengan memisahkan kedua permukaan  dengan udara. Rel udara adalah salah satu alat peraga dengan gaya gesek yang sangat kecil. Rel udara merupakan sebuah rel dari  logam tempat kendaraan berjalan tanpa gesekan dengan tiupan udara. Udara yang bertekanan dipompakan ke dalam rel oleh blower sehingga gaya kereta dengan relnya berkurang.
C.           Alat dan Bahan
1.        Alat
a.   Air track
b.   Kereta Air Track
c.   Blower
d.   Sumber tegangan 220 volt
e.    Pewaktu cacah

2.       Bahan
a.       Listrik
D.           Prosedur Kerja
1.           Peralatan air track disiapkan sebagaimana mestinya.
2.           Permukaan air track dibersihkan terlebih dahulu.
3.           Kereta air track diletakkan secara perlahan-lahan ke atas rel disebelah ujung kirinya.
4.           Blower dihidupkan.
5.           Apa yang terjadi pada kereta air track diamati secara seksama.

E.            Hasil Pengamatan
Tema: Hubungan Hukum Newton dengan Gaya Gesek Kinetik
1.           Pre-Taman Pintar (30 menit) [Kelompok]
a.     Mahasiswa diberikan gambaran tentang Taman Pintar.
b.    Mahasiswa diberikan gambaran denah Taman Pintar.
c.     Mahasiswa mengecek perlengkapan untuk pengamatan di Taman Pintar.
Tabel Item Perlengkapan Pengamatan di Taman Pintar
No.
Item
Ceklist
1.
Peta / Denah Lokasi Taman Pintar
Ö
2.
Kamera
Ö
3.
Kertas Pengamatan
Ö
4.
Pulpen
Ö
5.
Kelompok Kerja
Ö
2.      At Taman Pintar (Pengamatan dan Pengambilan Data) (60 Menit) [Kelompok]
a.      Air Track (Rel Udara)
1)      Deskripsi Umum Air Track (Rel Udara)
Alat peraga Air Track ini menggunakan sebuah rel yang terbuat dari  logam alumunium sebagai tempat kereta berjalan dengan gaya gesek dengan tiupan udara dari blower berbentuk seperti tabung yang memiliki selang. Juga terdapat pewaktu cacah yang dapat mengukur kecepatan secara otomatis dan kereta yang juga terbuat dari logam alumunium.

2)      Deskripsi Khusus (Tinjauan Konsep Fisika)
       Satu set air track yang telah terhubung dengan sumber tegangan 220 volt kemudian dihidupkan. Kereta air track disimpan di atas rel. Lalu blower ditekan. Setelah itu, dilakukan pengamatan apa yang terjadi saat blower di tekan.
       Blower tersebut membuat setiap celah-celah udara dalam rel mengeluarkan udara dengan tekanan yang konstan, sehingga membuat kereta air track berjalan dengan gaya gesek yang mendekati nol serta menyebabkan kereta air track tersebut mengambang dari relnya (terangkat) ± 0,1 mm sebagai akibat dari udara di setiap celah.
       Dengan udara pada blower tersebut yang bertekanan sama pada setiap celah di rel, dapat mengurangi gaya gesek antara kereta dengan rel itu sendiri. Gaya geseknya menjadi mendekati nol,  sehingga kereta berjalan lebih cepat. Sesuai dengan teori hubungan hukum newton II dengan gaya gesek bahwasannnya saat gaya gesek lebih kecil, maka gaya (F) yang berbeda arahnya dengan gaya  gesek (fg) tersebut akan menjadi optimal, sehingga percepatan benda lebih cepat karena gaya berbanding lurus dengan percepatannya.
3)        Tujuan untuk Pembelajaran
a)           Untuk memahami lebih lanjut hukum-hukum dasar fisika yang berkaitan dengan percobaan air track.
b)          Untuk mengamati pengaruh beban terhadap percepatan alat peraga air track.
c)           Untuk mengetahui hubungan antara Hukum Newton dengan gaya gesek pada alat peraga air track.
4)        Manafat dalam Pembelajaran
a)      Memahami aplikasi hukum-hukum dasar fisika pada percobaaan air track.
b)      Penerapan Hukum Newton, gaya gesek dan kecepatan pada percobaan alat peraga  air track.

F.            Pembahasan
Gaya didefinisikan sebagai dorongan atau tarikan yang akan mempercepat atau memperlambat gerak suatu benda. Hukum Newton II menyatakan bahwa percepatan yang diperoleh suatu benda bila gaya yang dikerjakan padanya akan berbanding lurus dengan resultan gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut, dengan suatu konstanta pembanding yang merupakan ciri khas dari benda (Grancule, 2009).
Observasi kali ini membahas mengenai salah satu alat peraga air track (rel udara) di taman pintar yang berada di Yogyakarta. Alat-alat yang digunakan adalah air track, kereta air track, blower, sumber tegangan 220 volt, dan pewaktu cacah. Sedangkan bahan yang digunakan adalah listrik.
Air track (rel udara) ini merupakan sebuah rel dari  logam alumunium dan tempat kendaraan yang berupa kereta juga terbuat dari logam alumunium yang berjalan tanpa gesekan dengan tiupan udara. Rel tersebut di konstruksi dari alumunium yang memiliki tingkat kelurusan dan kerataan permukaan yang baik.  Alat ini memiliki rel dengan panjang 2 m, diameter lubang udara 0,6 mm. Menurut narasumber yang menjelaskan alat ini, bahan yang digunakan tidak harus selalu alumunium bisa juga dipakai logam-logam lain. Namun, pada air track yang terdapat di taman pintar ini menggunakan logam alumunium.
Pertama‑tama, air track tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan 220 volt. Diamati terlebih dahulu keadaan sebelum blower dihidupkan. Karena gaya gesek antara rel dan kereta masih sangat besar, maka air track tersebut bergerak dengan lambat. Kemudian blower dinyalakan, udara akan mengalir melalui selang yang telah terhubung ke blower tersebut.
Udara mengalir melalui selang kemudian masuk ke dalam rel dan keluar melalui celah-celah di sepanjang rel dengan tekanan yang sama (pada saat pengamatan 5,8 kPa), aliran udara yang keluar akan membentuk lapisan udara di antara kereta dan rel dengan tekanan yang sama pada setiap celah tersebut maka kereta air track yang diletakan di atas rel secara perlahan-lahan akan mengambang sedikit yaitu sekitar 0,1 mm di atas rel sehingga kereta berjalan dengan gaya gesek mendekati nol serta kereta mengalami percepatan dibanding sebelum blower dinyalakan. Keadaan ini membuktikan teori yaitu salah satu cara mengurangi gaya gesek antar benda adalah dengan memisahkan kedua permukaan tersebut dengan udara.
Dua buah benda yang bersentuhan akan menimbulkan gaya gesek.  Ketika gaya gesek mendekati nol, maka pada lintasan rel tersebut hampir tidak memiliki gaya gesek. Gaya gesek merupakan gaya yang berarah melawan gerak bendaatau arah kecenderungan benda akan bergerak. Besar gaya gesek bergantung pada kekasaran permukan sentuh. Semakin kasar permukaan, maka semakin besar gaya gesek yang timbul.
Percobaan air track ini yang terjadi adalah gaya  gesek kinetis. Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda ketika benda sudah bergerak. Gaya gesek ini dikurangi dengan adanya udara di antara rel dan kereta yang tekanannya tetap dan sama. Karena gaya gesek kinetis pada air track ini bersifat merugikan maka harus dikurangi, udara yang tersebar konstan di sepanjang rel tersebut membuat gaya gesek kinetik antara rel  dengan keretanya hampir mendekati nol. Akan tetapi jika udara pada setiap celah rel tidak konstan, maka kereta tersebut tidak akan berjalan dengan baik.
Ketika gaya gesek kinetis sudah berkurang apa lagi mendekati nol, maka percepatannya akan lebih optimal. Seperti hubungan antara hukum newton II dengan gaya gesek yaitu percepatan akan optimal saat  gaya gesek antar bidang sentuh sedikit sehingga gaya yang diberikan tidak besinggungan dengan gaya gesek kinetis yang berlebih, yang menyebabkan percepatan makin besar pula.
Selanjutnya di atas kereta tersebut diberi sebuah beban berupa sebuah telepon genggam, blower kembali dihidupkan dengan tekanan yang sama seperti sebelumnya.  Tampak air track tersebut bergerak lebih lambat dari sebelumnya. Artinya, massa atau beban berpengaruh terhadap percepatan kereta. Hal ini selaras dengan hukum Newton II yang menyatakan bahwa percepatan akan berbanding terbalik dengan massanya. Namun, sebenarnya massa ini tidak terlalu berpengaruh jika tekanan pada blower ditambahkan, karena ketika tekanan ditambah maka gaya pada sistem tersebut bertambah.
Terdapat pula pewaktu cacah yang dapat menghitung secara otomatis kecepatan dan percepatan dari kereta tersebut. Namun, pada observasi ini pewaktu cacah tidak dipakai, karena di taman pintar ini hanya untuk memahami konsep dasar fisika saja, tidak memerhatikan perhitungannya. Melalui penampakkan secara kasat mata saja sudah bisa diamati kecepatan dan percepatannya. Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, lebih dominan alat peraga air track ini  memaparkan konsep hukum newton II serta hubungannya dengan konsep dasar fisika lainnya juga.
Contohnya adalah mengenai benda dikatakan bergerak apabila posisinya berubah terhadap waktu, pada percobaan ini adalah rel. Posisi benda yang bergerak harus diukur terhadap referensi tertentu dalam suatu system koordinat. Jika posisi awal benda berada di titik asal kemudian bergerak meninggalkan titik asal maka perubahan posisi benda diukur dari posisi akhir benda ke titik asal dan arah letak benda diukur berdasarkan system. Pergerakan benda mengakibatkan benda mempunyai kecepatan.
Jika kereta tersebut diam, berarti ia tidak mengalami pergerakan dan tidak mempunyai kecepatan sampai ada gaya yang membuatnya berubah posisi. Hal ini merupakan konsep hukum Newton I dimana sebuah benda akan berada terus dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, apabila dan hanya bila tidak ada gaya atau pengaruh dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Hukum ini merupakan pernyataan kesetimbangan (statik dan dinamik).
Berdasarkan hasil observasi, alat peraga Air Track (Rel Udara) yang diamati secara keseluruhan berkesinambungan dengan teori-teori fisika. Yaitu konsep kecepatan dan percepatan juga hubungan hukum newton dengan gaya gesek kinetis.

G.           Kesimpulan
1.      Gaya didefinisikan sebagai dorongan atau tarikan yang akan mempercepat atau memperlambat gerak suatu benda.
2.      Air track (rel udara) merupakan sebuah rel dari  logam tempat kendaraan berjalan tanpa gesekan dengan tiupan udara bertekanan dipompakan ke dalam rel oleh blower sehingga gaya kereta dengan relnya berkurang.
3.      Air track ini terdiri dari rel dan kereta yang terbuat dari logam alumunium, sebuah blower dan selang, pewaktu cacah. Rel tersebut memiliki celah yang menyebar rata dengan diameter 0,6 mm.
4.      Blower pada air track berfungsi untuk memompa udara pada rel. Sehingga gaya gesek kinetis antara rel dengan kereta mendekati nol membuat kereta berjalan minim gaya gesek. Udara tersebut membuat kereta terangkat ke permukaan 0,1 mm.
5.      Ketika gaya gesek mendekati nol, maka percepatannya akan lebih optimal. Seperti hubungan antara hukum newton II dengan gaya gesek yaitu percepatan akan optimal saat  gaya gesek antar bidang sentuh sedikit menyebabkan percepatan makin besar pula.
6.      Massa atau beban berpengaruh terhadap percepatan kereta. Hal ini selaras dengan hukum Newton II yang menyatakan bahwa percepatan akan berbanding terbalik dengan massanya.
7.      Berdasarkan hasil observasi, alat peraga Air Track (Rel Udara) yang diamati secara keseluruhan berkesinambungan dengan teori-teori fisika. Yaitu konsep kecepatan dan percepatan juga hubungan hukum newton dengan gaya gesek kinetis.

1 komentar :