Jenis Artikel: orginial research/review article

## Eksperimen Menghitung Momen Inersia dalam Pesawat Atwood Menggunakan Katrol dengan Penambahan Massa Beban
Mulyadi Abdul Wahid 1,2 , Fitria Rahmadhani 1
1 Program  Studi  Pendidikan  Fisika,  Fakultas  Tarbiyah  dan  Keguruan  Universitas  Islam  Negeri  Ar-Raniry  Banda  Aceh;
2 Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Ar-Raniry Banda Aceh
Corresponding e-mail : ff443064@gmail.com
KATA  KUNCI: Pesawat Atwood, GLB, GLBB, Momen  Inersia.
Diserahkan: Januari 2018 Diterima: Februari 2018 Direvisi: Maret 2018 Diterbitkan: April 2018 Terbitan daring: 1 Juli 2018

## Jurnal Phi
ABSTRAK. Pesawat  Atwood  adalah  alat  eksperimental  yang  sering digunakan  untuk  mengamati  hukum-hukum  mekanik  tentang  gerak akselerasi secara teratur. Dalam percobaan bidang atwood terdapat gerakan lurus  beraturan  (GLB)  dan  gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Gerak lurus  beraturan  (GLB)  merupakan  gerakan garis lurus dengan kecepatan tetap, sehingga jarak yang ditempuh dalam gerak lurus beraturan adalah kelajuan  kali  waktu.  Sedangkan  gerak  lurus  berubah  beraturan  (GLBB) adalah gerakan lurus ke arah horizontal dengan kecepatan yang berubah setiap saat karena akselerasi yang tetap. Tidak hanya  gerakan garis lurus dan  gerakan lurus berubah secara teratur, tetapi prinsip kerja katrol juga diterapkan. Momen inersia sebuah katrol adalah ukuran dari inersia sebuah katrol untuk memutar atau mengubah keadaan rotasinya ketika ada momen kekuatan yang dihasilkan bekerja padanya. Momen inersia katrol ini dapat ditentukan  dengan  menggunakan  pendekatan  konseptual  atau  melalui eksperimen dan pendekatan matematika. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa apabila beban tambahan yang diberikan semakin besar maka momen inersia yang dihasilkan besar, begitu juga sebaliknya.
Fisika  merupakan  ilmu  yang  menganalisis  alam,  dilakukan  untuk  memahami  bagaimana  alam  semesta berperilaku  (Trianto,  2011:  137).  Ilmu  fisika  juga  terjadi  pada  diri  kita,  dimana  kita  dapat  berdiri  tegak  tanpa melayang  di  bumi  ini.  Tak  hanya  pada  kita,    ketika    sedang    duduk,    berjalan,    bekerja    dan    kegiatan-kegiatan lainnya  tidak  terlepas  dari  konsep  fisika.  Namun,  terkadang  manusia  kurang  menyadari  bahwa  peristiwa  fisika selalu  mengiringi  kehidupannya,  sehingga  dianggap  sebagai  peristiwa  yang  lumrah  terjadi.  Hal  tersebut  baru diketahui  maknanya  setelah  mengenal  dan  mempelajari  ilmu  fisika.
Gerak  termasuk  bidang  yang  dipelajari  dalam  mekanika,  yang  merupakan  cabang  dari  fisika.  Seseorang ilmuwan  Inggris  yang  telah  berjasa  dalam  ilmu  Fisika  terutama dinamika, yakni Sir Isaac Newton (1642-1727). Ia  mengungkapkan  tiga  hukumnya  yang  terkenal  tentang  gerak.  Hingga  saat  ini,  penemuannya  tentang  gaya dan  gerak  masih  digunakan  dalam  kehidupan  sehari-hari,  terutama  dalam  bidang  teknologi  modern  yang semakin  pesat.  Kita  dapat  menemukan  contoh  dari  dinamika  dalam  kehidupan  sehari -hari,  seperti  pada  alat menimba  air  di  dalam  sumur  ketika  akan  mengambil  air.  Sistem  yang  digunakan  dalam  alat  tersebut  adalah katrol, yang  membantu  kita untuk  menarik  ember  yang  berisi air dengan  menggunakan  tali.
Katrol  merupakan  sebuah  roda  yang  sekelilingnya  diberi    tali    dan    dipakai    untuk    mempermudah pekerjaan  manusia.  Beban  akan  terasa    lebih    ringan    jika    menggunakan    katrol.    Salah    satu    eksperimen    fisika yang  memiliki  prinsip  kerja  sama  dengan  katrol  adalah  alat  pesawat  atwood.  Pesawat  atwood  merupakan penerapan  dari  konsep  kinematika  dan  dinamika  rotasi  benda  tegar.  Benda  tegar  sebagai  objek  pembahasan, ukurannya  tidak  diabaikan  (tidak  dianggap  sebagai  satu  titik  pusat    materi),    dengan    resultan    gaya    eksternal dapat  menyebabkan  benda  bergerak  translasi  dan  juga  rotasi  (berputar  terhadap  suatu  poros  tertentu).
Pada  saat  mempelajari  hukum  Newton,  diketahui    bahwa    ukuran    kelembaman    benda    pada    gerak translasi  adalah  massa.  Apabila  kita  perhatikan  pergerakan  planet  pada  porosnya,  planet-planet  tersebut  terus berputar  pada  sumbunya  tanpa  berhenti  akan  selalu  mempertahankan  keadaan  untuk  terus  berotasi  Dengan demikian,  pada  gerak  rotasi  dikenal  istilah  kelembaman.  Besaran  pada  gerak  rotasi  yang  analog  dengan    massa pada  gerak  translasi  dikenal  dengan  momen  inersia.  (Tipler,  1998:  66).  Momen  inersia  pada  suatu  benda  tegar dapat  ditentukan  massa  dan  dimensi  fisiknya,  baik  dengan  cara  matematis  maupun  eksperimen.  Metode eksperimen  dapat  dilakukan  sebagai  pembuktian  sebuah    konsep    mengenai    momen    inersia,    besaran-besaran yang  terukur  dan  yang  mempenga ruhi  nilai  momen  inersia.
Berdasarkan  latar  belakang  yang  telah  penulis  kemukakan  maka    tujuan  dari  penelitian  ini  antara  lain untuk  memahami  konsep  kinematika  yang  memperlihatkan  berlakunya  hukum    Newton    dan    mengetahui pengaruh  penambahan  massa  beban  terhad ap  besarnya  momen  inersia  katrol  yang  dihasilkan.
Mekanika  klasik  adalah  teori  tentang  gerak  yang  didasarkan  pada  konsep  massa  dan  gaya  serta hukum-hukum  yang  menghubungkan  konsep  fisis  dengan  besaran  kinematika  (perpindahan,  kecepatan,  dan percepatan).  Semua  gejala  dalam  mekanika  klasik  dapat  digambarkan  hanya  dengan  tiga  hukum  sederhana yang  dinamakan  hukum  Newton  tentang  gerak  (Tipler, 1998:  89).
Galileo  menyimpulkan  jika  tidak  ada  gaya  yang  diberikan  pada  benda    yang    bergerak,    benda    itu    akan terus  bergerak  dengan  laju  konstan  pada  lintasan  yang  lurus,  dan    benda  akan  melambat  hanya  jika  ada    benda yang  diberikan  padanya.  Berdasarkan  penemuan  ini,  Isaac    Newton    (1642-1727)    membangun    teori    geraknya yang  terkenal  dan  dirangkum  dalam “Tiga Hukum Gerak” (Giancoli,  2001:  92) Hukum  pertama  Newton  menyatakan  bahwa:
∑ 𝐹 = 0 (1)
Kecenderungan  dari  keadaan  ini  digambarkan    dengan    mengatakan    bahwa    benda    mempunyai kelembam an.  Sehubungan  dengan  itu,  hukum  pertama  Newton  seringkali  dinamakan  hukum  kelembama n.
Hukum  pertama  dan  kedua  Newton  dapat  dianggap  sebagai  definisi    gaya.    Gaya    adalah    suatu    pengaruh pada  sebuah  benda  yang  menyebabkan  benda  mengubah  kecepatannya,  artinya  dipercepat.    Arah    gaya    adalah arah  percepatan  yang  disebabkannya  jika  gaya  itu  adalah  gaya  satu-satunya  gaya  yang  bekerja  pada  benda tersebut.  Besarnya  gaya  adalah  hasil  kali  massa  benda  dengan  besarnya  percepatan.  Sedangkan  massa  adalah sifat  instrinsik  sebuah  benda  yang  mengukur  resistansinya  terhada p  percepatan  (Tipler,  1998:  91).
Dengan  demikian  hukum  Newton  II  menyatakan  bahwa:

## .
∑ 𝐹 = 𝑚 . 𝑎 (2)
Hukum  ketiga  Newton  menyatakan  bahwa  tidak  ada  gaya  timbul  di  alam  semesta  ini,  tanpa  keberadaan gaya  lain  yang  sama  dan  berlawanan  dengan  gaya  itu.  Jika  sebuah  gaya  bekerja pada sebuah benda (aksi) maka benda  itu  akan  mengerjakan  gaya  yang  sama  besar  namun  berlawanan  arah  (reaksi).  Dengan  kata  lain  gaya selalu muncul berpasangan.  Tidak pernah  ada  gaya  yang  muncul  sendirian.
Hukum  ketiga   Newton    menyatakan    bahwa:
𝐹 𝑎𝑘𝑠 i = −𝐹 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠 i (3)
Gerak  translasi  dapat  didefinisikan  sebagai  gerak  pergeseran  suatu    benda    dengan    bentuk    dan    lintasan yang  sama  di  setiap  titiknya.  Jadi  sebuah    benda    dapat    dikatakan    melakukan    gerak    translasi    (pergeseran) apabila  setiap  titik  pada    benda    itu  menempuh  lintasan  yang  bentuk  dan  panjangnya  sama    (Tipler,  1998:  13). Gerak  translasi  dibagi  tiga  yaitu  gerak  lurus,  gerak  melingkar,  dan  gerak  parabola.    Berdasarkan  kecepatannya gerak  lurus  dibagi  2  yaitu:
Gerak  Lurus  Beraturan  (GLB)  adalah  gerak  suatu  benda  yang  lintasannya  lurus  dan  kecepatannya  tetap atau  konstan  sehingga  jarak  yang  ditempuh  dalam  gerak  lurus  beraturan  adalah  kelajuan  kali  waktu  (Halliday, 2010:  19).
𝑠 = 𝑣 . 𝑡 (4)
Gerak  lurus  berubah  beraturan  (GLBB)  adalah  gerak  benda  pada  lintasan  lurus  dengan  kecepatannya berubah  secara  teratur  tiap  detik.  Perubahan  kecepatan  tiap  detik    disebut    juga    dengan    percepatan.    Akibat adanya  percepatan  tetap,  maka  jumlah  jarak  yang  ditempuh  tidak    lagi    linier    melainkan    kuadratik    (Giancoli, 2001:  31)
𝑣 𝑡 = 𝑣 0 + 𝑎 . 𝑡 (5)
Momen  inersia  merupakan  representasi  dari  tingkat  kelembaman  benda  yang  bergerak  rotasi.    Semakin besar  momen  inersia  suatu  benda,  semakin  malas  dia  berputar  dari  keadaan  diam,  dan  semakin  malas  pula  ia untuk  mengubah  kecepatan  sudutnya  ketika  sedang  berputar.
𝐼 = ∑ 𝑚𝑟 2 (6)
Katrol adalah  suatu roda  dengan  bagian  berongga  di sepanjang  sisinya untuk tempat  tali atau kabel.
Katrol pada pesawat atwood
Sumber:  http:/ /media belajaronline.blogspot.co.id.
Pada  Gambar  1  katrol  dilukiskan  sebuah    sistem    yang    terdiri    dari    dua    buah    silinder    yang    massanya dibuat  sama 𝑀 1 dan 𝑀 2 dihubungkan  dengan  tali  melalui  sebuah  katrol.  Pada    sistem    ini    gesekan    katrol    dan massa  tali  diabaikan,  tali  dianggap  tidak    mulur    dan    tidak    pernah    slip    terhadap    katrol.    Sistem    yang    demikian ini  kemudian  disebut  sebagai  Pesawat  Atwood.  Pada 𝑀 1 diberikan  massa    tambahan    m    agar    sistem    bergerak lurus    berubah    beraturan.    Karena ( 𝑀 1 + 𝑚 )  > 𝑀 2 maka ( 𝑀 1 + 𝑚 ) dan 𝑀 2 kedua-duanya  akan  bergerak dipercepat  beraturan  sesuai  dengan  hukum  II    Newton.    Dengan    demikian,    momen    inersia    dalam    pesawat atwood  adalah:
𝐼 = (( 𝑀 1+ 𝑚−𝑀 2) g− ( 𝑀 1+ 𝑚−𝑀 2) 𝑎 ) 𝑅 2 𝑎 (7)
Metode  yang  digunakan    dalam    penelitian    ini    menggunakan    metode    eksperimen.    Dengan    menggunkan alat  dan  bahan  sebagai  berikut:  katrol,  tiang  berskala  ,  silinder  beban  dengan  tali,  beban  tambahan,  stopwatch, mistar  kain,  klem  penahan  berluba ng,  klem  penahan  tak  berluba ng,  klem  pemegan g/pelep as  silinder.
Langkah  Percobaan  dalam  penelitian  ini  adalah  sebagai  berikut:  1)  Diukur  dan  dicatat  massa  silinder beban,  beban  tambahan  serta  massa  katrol 𝑀 𝑘 dengan  neraca  digital  dan  jari-jari  katrol  (R)  menggunakan mistar  kain.  2)  Dirangkai  alat  dan  bahan  sesuai  dengan  gambar  percobaan.  3)  Digantungkan 𝑀 1 dan 𝑀 2 pada ujung-ujung  tali  dan  dipasangkan  pada  katrol,  lalu  dipasang 𝑀 1 pada  genggaman  (G)  dan  diselidiki  apakah tiang  sejajar  dengan  tali. 4) Ditambahkan  beban  tambahan 𝑚 pada 𝑀 2
Percobaan  Pesawat  Atwood
Prinsip  kerja  sistem  memenuhi  2  kegiatan,  yaitu  kegiatan  I  ketika  beban 𝑀 1 dilepas  dari  genggaman  (G) sehingga  beban  melewati  titik  A  ke  B  dikatakan  sistem  sedang  bergerak  lurus  berubah  beraturan  (GLBB)  dan kegiatan  II  ketika  beban 𝑚 tersangkut  di  titik  B  sedangkan 𝑀 2 tetap  meju  dengan  kecepatan  tetap  dikatakan sistem  telah  bergerak  lurus  beratur an  (GLB).
Dari  percoba an  yang  telah  dilakukan  diperole h  hasil  sebagai  berikut:
Tabel  Data  Pengamata n  Kegiatan  I
No.
Variasi  Massa  (kg) X 𝐴𝐵 (m) 𝑡 𝐴𝐵 (s) a ( 𝑚⁄𝑠 2 ) I ( 𝑘𝑔 . 𝑚 2 )
𝑀 1 𝑀 2 𝑚 1. 0,1015  0,1 0,01  0,25  0,45 0,19 0,65 2. 0,1015  0,1 0,02  0,27  0,78 0,22 0,73 3. 0,1015  0,1 0,03  0,29 1,1 0,25 0,82
Pada  kegiatan  I, diketahui  bahwa  benda  bergerak  dalam  keadaan  Gerak  Lurus  Beruba h  Beraturan  (GLBB), maka  perhitun gan  percepatan  yang  ditempuh  benda  dalam  lintasan  menggun akan  persama an:
𝑆 = 𝑣 0 𝑡 + 1 𝑎𝑡 2 2 ,  dimana 𝑣 0 = 0  maka:
𝑆 = 1 𝑎𝑡 2 2 𝑎 = 2 𝑥 𝑡 2 Sehingga  besarnya  percepatan  benda  pada  kegiatan  I  adalah:
1.    Pada  massa  tambahan  ( 𝑚 = 0,01 m) 𝑎 1 =  |0,25  ± 0,018| 𝑚⁄𝑠 2 2.    Pada  massa  tambahan  ( 𝑚 = 0,02 m) 𝑎 2 = |0,27  ± 0,022| 𝑚⁄𝑠 2 3.   Pada  massa  tambahan  ( 𝑚 = 0,03 m) 𝑎 3 =  |0,29  ± 0,01  | 𝑚⁄𝑠 2
Perhitungan  momen  inersia  yang  dialami  katrol  dapat  menggunakan  persama an  (7)  sehingga  diperoleh:
1.   Pada  massa  tambahan  ( 𝑚 =  0,01 m), 𝐼 = 0,45 kg. 𝑚 2 2.   Pada  massa  tambahan  ( 𝑚 =  0,02 m), 𝐼 =  0,78 kg. 𝑚 2 3.   Pada  massa  tambahan  ( 𝑚 =  0,03 m), 𝐼 =  1,1 kg. 𝑚 2
Berdasarkan  data  percobaan  pada  tabel  4.1  didapatkan  bahwa  pada  percepatan  ( 𝑎 ),  massa  dengan tambahan  beban  lebih  besar  akan  mengalami  perlambatan  akibat  benturan  yang  terjadi  saat  piringan  lempeng menyentuh  klem  penahan  yang  berlubang.  Untuk  momen  inersia,  beban  yang  ditambahi  beban  tambahan dengan  massa  lebih  besar  memiliki  inersia  yg  lebih  besar  pula  dibandingkan  beban  tunggal.  Dapat  dilihat
bahwa  pada  saat  massa  tambahan  ( 𝑚 =  0,03 )  momen  inersia  yang  dihasilkan  lebih  besar    dibandingkan    untuk massa  tambahan  ( 𝑚 = 0,02 dan 𝑚 = 0,01 ).
Tabel  Data  Pengamatan  Kegiatan  II
No. Variasi  Massa  (kg)
X 𝐵𝐶 (m) 𝑡 𝐵𝐶 (s) v ( 𝑚⁄𝑠 ) 𝑀 1 𝑀 2 𝑚 1. 0,1015  0,1  0,01 0,17 0,9 0,19 2. 0,1015  0,1  0,02 0,19  1,03 0,22 3. 0,1015  0,1  0,03 0,2 1,19 0,25
Sedangkan  pada  kegiatan  II  diketahui  bahwa  benda  bergerak  dalam  keadaan    Gerak    Lurus    Beraturan (GLBB),  maka  perhitungan  untuk  kecepatan  pada  masing-masing  massa  tambahan  dengan  menggunakan persamaan 𝑣 = 𝑎 . 𝑡 diperoleh  nilai  sebagai  berikut:
1.   Pada  massa  tambahan  ( 𝑚 = 0,01 m), 𝑣 1 = |0,17  ± 0,0097| 𝑚⁄𝑠 2.   Pada  massa  tambahan  ( 𝑚 =  0,02 m), 𝑣 2 = |0,19  ± 0,015| 𝑚⁄𝑠 3.   Pada  massa  tambahan  ( 𝑚 =  0,03 m), 𝑣 3 = |0,2  ± 0,014| 𝑚⁄𝑠
Berdasarkan  data  percobaan  pada  tabel  4.2  didapatkan  bahwa  kecepatan   ( 𝑣 )  untuk   perhitungan    pertama pada  massa  tambahan  ( 𝑚 =  0,01 )  lebih  cepat  dibandingkan  kecepatan  pada  massa  tambahan  ( 𝑚 =  0,02 dan 𝑚 =  0,03 ).  Hal  ini  dikarenakan  waktu  yang   ditempuhnya  pada  massa  tambaha n  ringan  semakin  cepat,  maka kecepatan  yang  dialami  benda  juga  semakin  cepat.
Berdasarkan  hasil  penelitia n  yang  telah  penulis  lakukan,  dapat  disimpulka n  bahwa:
a. Pesawat  Atwood  merupakan  alat  yang  dapat  dijadikan  sebagai  aplikasi  atau  sebagai  alat  yang    dapat membantu  dalam  membuktikan  hukum-hukum  Newton,  Terbukti  bahwa  pada  kegiatan  I  massa    bergerak lurus  berubah  beraturan  dan  pada  kegiatan  II  massa  bergerak  lurus  beraturan.
b. Momen  inersia  yang  dihasilkan    dalam    percobaan    Pesawat    Atwood    memiliki    pengaruh    terhadap    beban yang  diberikan.  Apabila  massa  beban    tambahan    yang    diberikan    besar    maka    momen    inersia    yang dihasilkan  juga  besar,  begitu  pula  sebaliknya.
.
Tak  hanya  itu,  momen  inersia  dapat  bernilai  besar  maupun  kecil,  juga  tergantung  penggunaan percepatan  dalam  perhitungannya.  Apabila  percepatan  yang  digunakan  besar,  maka  momen  inersia  akan bernilai kecil, begitupun  sebaliknya.
Terimakasih  kepada  Laboratorium  Pendidikan  Fisika    FTK    UIN    Ar-Raniry    yang    telah    memberi    kesempatan untuk  melakukan  penelitian  ini.
MAW  membimbing  proses  pembuata n  jurnal,  dan  FR  yang  telah  melakuka n  penelitian  dan  pengolahan  data.
Giancoli, Douglas C.  2001.
. Jakarta:  Erlangga. Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. 2010. Jakarta: Erlangga. Kanginan,  Marten.  2006. . Jakarta:  Erlangga.
Nurjana h,    Jalilah    Rahmastuti,    dkk.    2014. “Pengemban gan Media    Pembelaja ran    Interaktif
pada
Materi  Pokok  Dinamika  Rotasi  untuk  SMA  Kelas XI”. .  Vol.  4. No.  1. Tipler,  Paul  A. Trianto.  2011. Umar,  Efrizon.
Jakarta:  Erlangg a.
Yusuf, Kholid. 2015. “Penentuan Koefisien Momen  Inersia dengan  Video Analisis”. Vol. 6.  No.1. 1998. . . Jakarta:  Bumi Aksara.
2007.
Jakarta:  Ganeca.