KONSTAN: Jurnal Fisika dan Pendidikan Fisika (ISSN.2460-9129)
Volume 1, No. 2, Maret 2016
MENGUKUR MOMEN INERSIA BEBERAPA MODEL VELG SEPEDA MINI 1
Suraidin, 2 Islahudin, 3 M. Firman Ramadhan
1
Mahasiswa Sarjana Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Muhammadiyah Mataram 2&3 Dosen Progran Studi Pendidikan Fisika Universitas Muhammadiyah Mataram
ABSTRAK Telah dilakukan penelitian untuk menentukan besar momen inersia beberapa model velg sepeda mini dan menentukan model velg yang paling mudah berotasi. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Universitas Muhammadiyah Mataram. Jenis penelitian yang dilakukan adalah eksperimen murni, Model velg yang digunakan dalam penelitian ini adalah model-model velg yang sering dijual dipasaran yang mempunyai jari-jari yang sama yaitu sebesar 0,11 m dan massa yang berbeda, diantaranya velg palang tiga melengkung, velg palang lima lurus, dan velg yang jeruji. Dari hasil analisis data diperoleh besar momen inersia (I) yang relative konstan untuk masing-masing velg pada rentang ketinggian (0,2-1,0)m. besar momen inersia pada masing-masing velg sepeda mini yang ditinjau untuk ketinggian (0,21,0) m, antara lain yaitu velg palang tiga melengkung adalah I palang lima lurus yang memiliki besar momen inersia yaitu
4,00 0,40 (4,53 0,45) 10 2 kg.m 2 , velg
I 6,66 0,66 (7,76 0,78) 10 2 kg.m 2 dan
2
velg jeruji yaitu I 15,3 1,54 18,4 1,81 10 kg.m sehingga model velg yang mudah dirotasikan adalah model velg dengan momen inersia terkecil yaitu velg palang tiga melengkung. 2
Kata kunci : Momen Inersia, Velg Sepeda Mini
PENDAHULUAN Menurut Giancoli(1998:1) Fisika adalah ilmu pengetahuan yang paling mendasar, karena berhubungan dengan perilaku dan struktur benda. Namun dalam kehidupan sehari-hari manusia banyak yang melakukan suatu aktifitas dan tanpa mereka sadari, bahwa apa yang mereka lakukan itu ada kaitannya dengan fisika, seperti pada orangorang yang berusaha agar dapat berjalan lebih cepat dan mudah, untuk itu orang-orang mencari penolong yang dapat memenuhi keinginan dan mempermudah perjalanan mereka, usaha orangorang untuk mencari penolong itu dapat di atasi seperti ditemukannya sebuah kendaraan kecil dan sederhana yang dinamakan dengan sepeda. Sepeda juga dapat dikendarai dengan nyaman dan sepeda juga dapat mencapai kecepatan yang cukup tinggi. Ada beberapa keuntungan yang didapatkan pada saat orang-orang memakai sepeda, diantaranya:Harganya cukup murah, Bisa digunakan untuk berolahraga, Mempunyai kecepatan yang cukup tinggi dari pada kecepatan manusia, Tidak berasap atau tidak menggunakan BBM. Secara singkat dapat dikatakan, bahwa keuntungan menggunakan sepeda adalah sehat, hemat, murah, ringan, dan aman. Di zaman modern yang mulai merasakan akibat buruk dari pengotoran lingkungan akibat kendaraan bermotor dan juga
memerlukan banyak energi ini, menggunakan sepeda sebagai kendaraan serbaguna. Bisowarno, 1902 dalam Islahudin, (2006:1-2) Tenaga manusia merupakan sumber penggerak utama jika menggunakan sepeda. Semakin kuat gayuh sepeda diputar, makin cepat penggerakan sepeda tersebut, selain tenaga manusia, bagian-bagian sepeda memiliki peranan yang sangat penting dalam penggerak sepeda. Sekarang kita tahu bahwa velg itu mempunyai model yang bermacam-macam, dari itu tentu saja kita memilih velg yang mempunyai model yang bagus dan dapat menggerakan sepeda agar bisa berjalan lebih cepat. Dalam penelitian ini dititik beratkan pada velg sepeda, dimana secara fisika velg sepeda menggunakan aplikasi teori atau persamaan fisika yang menyangkut masalah momen inersia beberapa model velg sepeda. Momen inersia itu seperti pada gerak translasi, massa dijadikan ukuran kelembaman benda (inersia) yaitu ukuran yang menyatakan tanggapan benda terhadap perubahan pada keadaan geraknya. Jika massa benda besar, maka benda sukar dipercepat atau sukar diubah geraknya, sebaliknya jika massa benda kecil, maka benda mudah dipercepat atau mudah di ubah geraknya. Zaelani, dkk. (2006:146)
KONSTAN: Jurnal Fisika dan Pendidikan Fisika (ISSN.2460-9129)
Pada gerak rotasi besaran yang analog dengan massa adalah momen inersia. Dengan demikian, momen inersia merupakan kelembaman benda yang berotasi/berputar terhadap sumbu putarnya. Momen inersia (I) dari sebuah partikel bermassa m didefinisikan sebagai hasil kali massa partikel m dengan kuadrat jarak partikel dari titik poros/sumbu putar, r2 secara matematisnya dapat ditulis I mr 2 (1)
Volume 1, No. 2, Maret 2016
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
dengan I adalah momen inersia (kg m2), m adalah massa partikel (kg) dan r adalah jarak partikel terhadap titik poros (sumbu putar) (m) Dari persamaan di atas dapat kita katakan bahwa besar momen inersia sebuah partikel sebanding massa partikel itu, dan sebanding dengan kuadrat jarak partikel kesumbu putarnya. Sebuah benda tegar disusun oleh banyak partikel-partikel terpisah. Karena itu momen inersia sebuah benda terhadap suatu sumbu putar dapat di pandang sebagai jumlah aljabar momen-momen inersia partikel-partikel penyusunnya. Jika massa partikel menyusun itu adalah m1, m2, m3 ... dan jarak masing-masing partikel tehadap sumbu putarnya adalah r1, r2, r3... momen inersia benda terhadap sumbu tersebut adalah 2 2 2 2 I m1 r1 m1 r1 m2 r2 m3 r3 ... (2)
b. Velg sepeda mini palang lima lurus dengan berat 3,6 N c. Velg sepeda mini jeruji dengan berat 4,7 N d. Ketiga velg sepeda mini tersebut memiliki jari-jari yang sama yaitu: 0,11m Pita meter Beban Gandas (as) velg sepeda mini tiga buah Benang kecil (tidak bermassa) Stopwatch satu buah Statif (tiang) Pelor sepeda Pelumas pelor (gumug)
D. Desain penelitian
i
Berdasarkan uraian di atas, maka peneliti melakukan suatu penelitian yang berjudul mengukur momen inersia beberapa model velg sepeda mini, karena selama ini masyarakat atau lebih khususnya pada teman-teman fisika hanya dapat mendengar dan belajar tentang momen inersia pada seputar teori saja. METODE PENELITIAN A. Jenis Penelitian Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan percobaan di laboratorium
Gambar 1 Desain Alat Penelitian
Menyusun alat seperti pada gambar dan cara kerjanya kita akan membahas pada teknik pengumpulan data.
B. Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Universitas Muhammadiyah Mataram dari tanggal 23 Juli - 23 Agustus 2013. . C. Alat dan Bahan Penelitian Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas : 1. Tiga buah velg sepeda mini, berat dan modelnya sebagai berikut: a. Velg sepeda mini palang tiga melengkung dengan berat 2,6 N
E. TeknikPengumpulan Data Proses pengumpulan data beberapa langkah sebagai berikut : 1. Memasang gandas (as) sebagai pusat rotasi velg a. Memoleskan pelumas beku pada sepasang velg roda. b. Mencocokkan gandas (as) dengan velg roda sepeda. 2. Mengukur waktu beban jatuh ketika menyentuh lantai/alas pada velg.
62
KONSTAN: Jurnal Fisika dan Pendidikan Fisika (ISSN.2460-9129)
Ada beberapa hal yang dilakukan dalam mengukur waktu beban jatuh, antara lain: a. Memasang gandas (as) pada velg jeruji. b. Melilitkan benang kecil pada bantalan poros velg batang jeruji. c. Menandai bagian pinggir velg dengan titik P sebagai titik awal putaran velg setelah beban menyentuh lantai/alas. d. Menggantungkan beban pada benang tak bermassa. e. Menjatuhkan beban dari ketinggian 0,2 m. f. Mengukur waktu beban jatuh sampai menyentuh tanah. g. Menghitung jumlah putaran yang dilakukan velg jeruji setelah beban jatuh. h. Menjatuhkan kembali beban ketinggian 0,2 m, 0,4 m, 0,6 m, 0,8 m, dan 1,0 m. i. Mengukur waktu beban jatuh setelah menyentuh lantai. j. Menghitung jumlah putaran yang dilakukan velg jeruji pada masing-masing ketinggian tersebut setelah beban jatuh. Selanjutnya mengulangi percobaan seperti diatas dengan menggunakan velg yang berbeda, karena velg yang digunakan dalam praktek tiga buah, diantaranya: 1. Velg jeruji 2. Velg palang tiga melengkung 3. Velg palang lima lurus
Volume 1, No. 2, Maret 2016
HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Hasil percobaan massa benda yang jatuh pada velg sepeda mini memiliki nilai yang bervariasi karena massa velgnya berbeda-beda dan hasil pengamatan percobaan massa benda yang jatuh terdapat pada tabel 1. Tabel 1. Pengamatan Percobaan Massa Benda yang Jatuh pada Velg Sepeda n t N Model h n t o Velg (m) (putaran) (s) (putaran) (s) Velg jeruji
1
2
F. Teknik Analisis Data Dalam penelitian ini, saya menggunakan teknik analisis data sebagai berikut : 1. Menghitung besar momen inersia (I) beberapa model velg sepeda mini dengan menggunakan persamaan :
gt 2rn I mr 2 1 2h 2rn h 2
(3)
3
2. Menghitung standar deviasi momen inersia masing-masing model velg sepeda mini 2
I I I sr r t
2
2
I I st sh sm h m
Velg palang tiga melengkung
Velg palang lima lurus
0,2
3,55
2,29
0,4
5,22
4,48
0,6
6,33
0,8
6,97
9,38
1,0
7,59
11,31
0,2
1,73
2,53
0,4
2,58
5,76
0,6
3,16
0,8
3,59
11,74
1,0
4,05
13,53
0,2
2,16
7,17
0,4
3,32
9,76
0,6
3,94
0,8
4,35
18,54
1,0
4,94
23,73
5,9 3
3,0 2
3,7 4
6,86
9,09
14,66
6,86
8,53
14,77
2
(4)
Dengan menggunakan persamaan (3) maka diperoleh besar momen inersia yang relatif konstan untuk beberapa model velg sepeda mini pada rentang ketinggian (0,2 – 1,0) m, yang ditunjukan pada lampiran 2 yang terdapat pada tabel 02 untuk semua model velg sepeda pada rentang ketinggian (0,2 – 1,0) m Contoh perhitungan dengan menggunakan persamaan 3 terdapat pada lampian 2 halaman 2729. Jika ditinjau untuk ketinggian beban jatuh (0,2 – 1,0) m maka besar momen inersia velg sepeda mini terdapat pada tabel 2.
keterangan : m = massa beban jatuh (kg) r = lengan gaya berat (m) g = percepatan gravitasi bumi (m/s2) t = waktu beban jatuh (s) h = tinggi beban jatuh (m) I = momen inersia (kg.m2)
63
KONSTAN: Jurnal Fisika dan Pendidikan Fisika (ISSN.2460-9129)
disusul velg palang lima lurus yang memiliki besar momen inersia paling kecil yaitu sebesar,
Tabel 2. Besar momen inersia beberapa model velg sepeda mini.
No
Model velg
1
Velg palang tiga melengkung Velg palang lima lurus
2 3
Velg jeruji
Volume 1, No. 2, Maret 2016
I 6,66 0,66 (7,76 0,78) 10 2 kg.m 2 .
Momen inersia (I) (10-2 kg.m2)
4,00 0,40 (4,53 0,45)
Sedangkan velg yang memiliki momen inersia paling besar adalah velg yang berbentuk jeruji yaitu
6,66 0,66 (7,76 0,78)
Velg palang tiga melengkung yang memiliki momen inersia terkecil menunjukan bahwa velg tersebut paling mudah diputar dan mudah dihentikan dari putarannya. Hal ini tampak dari waktu yang dibutuhkan beban jatuh kelantai lebih sedikit dan jumlah putaran velg setelah beban jatuh lebih sedikit, sehingga percepatanvelg tiga melengkung memiliki nilai yang terbesar Dalam penelitian ini model velg yang paling mudah dirotasikan adalah model velg palang tiga melengkung, disusun disusun oleh model velg palang lima lurus, dan yang terakhir atau yang sulit untuk dirotasikan adalah model velg jeruji, dimana beban jatuh membutuhkan waktu paling lama untuk menyentuh lantai dan jumlah putarannya lebih banyak. Hal ini sesuai dengan pendapat Giancoli (2001), bahwa benda yang momen inersianya besar lebih sulit mulai berotasi dan lebih sulit diberhentikan. Dengan demikian dapat dilihat mana model velg yang mudah dirotasikan dan mana model velg yang sulit untuk dirotasikan. Model velg yang mudah dirotasikan adalah model velg palang tiga melengkung sehingga momen inersianya lebih kecil dari pada model velg lima lurus dan model velg jeruji. Untuk velg palang lima lurus sebagai elemen massa velg terdistribusi cukup jauh dari sumbuh rotasi velg. Sehingga momen inersianya lebih besar dari pada velg palang tiga melengkung, dan pada sepeda mini model velg ini akan membuat sepeda sulit untuk di jalankan. Sedangkan untuk model velg yang jeruji sebagian besar elemen massanya terletak disekeliling velg jeruji. Sehingga lebih jauh dari pusat rotasi velg. Akibatnya momen inersia velg jeruji lebih besar dari model velg yang lain.
I 15,3 1,54 18,4 1,81 10 2 kg.m 2
15,3 1,54 18,4 1,81
Momen Inersia -2 2 (10 kg.m )
Dari tabel 2. Di peroleh bahwa velg yang memiliki momen inersia paling kecil adalah velg palang tiga melengkung. Jika disajikan dalam bentuk grafik garis, maka besar momen inersia beberapa model velg sepeda mini pada rentang ketinggian beban jatuh (0,2-1,0)m ditunjukan pada gambar 2 berikut.
Gambar 2 Grafik garis momen inersia velg sepeda mini pada rentang ketinggian (0,2-1,0) m
Dari grafik garis diatas peneliti dapat melihat bahwa momen inersia beberapa model velg sepeda mini yang paling kecil terdapat pada model velg palang tiga melengkung. B. Pembahasan Hasil analisis data penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini menunjukan bahwa beberapa model velg sepeda mini yang terdapat di pasaran memiliki momen inersia yang berbedabeda. Besarnya momen inersia beberapa velg tersebut tergantung dari distribusi massa velg terhadap sumber rotasi. Jika kita tinjau untuk ketinggian beban jatuh pada rentang(0,2-1,0) m, maka besar momen inersia velg palang tiga melengkung adalah
I 4,00 0,40 (4,53 0,45) 10 kg.m 2
2
SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan Besar momen inersia (I) yang ditinjau untuk ketinggian beban jatuh (0,2-1,0)m untuk masing-masing velg sepeda mini, yaitu velg palang tiga melengkung memiliki rentang
I 4,00 0,40 (4,53 0,45) 10 2 kg.m 2
, model velg palang lima lurus yang memiliki
, 64
KONSTAN: Jurnal Fisika dan Pendidikan Fisika (ISSN.2460-9129)
rentang
I 6,66 0,66 (7,76 0,78) 10 2 kg.m 2 . dan
modelvelg rentang
yangjeruji
memiliki
I 15,3 1,54 18,4 1,81 10 2 kg.m 2
Dalam penelitian ini, peneliti dapat menentukan bahwa model velg sepeda mini yang paling mudah dirotasikan adalah model velg sepeda mini palang tiga melengkung karena momen inersianya lebih kecil dari pada model velg yang palang lima lurus dan jeruji. B.
Saran Perlu penelitian lebih lanjut rentang pengukuran momen inersia untuk model velg yang lain, seperti pada velg sepeda motor. Diharapkan penelitian lanjutan agar kesalahan pengukuran dihindarkan (diperkecil). Faktor-faktor yang menghambat yang menyebabkan besar nilai momen inersia berbedabeda dikontrol dengan cermat, terutama letak titik pusat massa velg sepeda mini dan pengukuran waktu beban jatuh.
DAFTAR PUSTAKA Edwar, dkk., 1980. Dasar – Dasar Fisika Universitas Edisi Kedua (Terjemahan). : Erlangga :Jakarta Daryanto. 2000.Fisika Teknik. PT Bina Adiaksara dengan Penerbit PT Rineka Cipta : Jakarta Giancoli. 1998.Fisika. Edisi Kelima, Jilid 1. Erlangga : Jakarta Islahudin. 2006.Menghitung Momen Inersia pada Beberapa Model Velg. Skripsi : Mataram Sumarjono, dkk., 2005. Fisika Dasar 1. UNIVERSITAS NEGERI MALANG : Malang Sarajo, Aby G. 2002. Seri Fisika Dasar Mekanika. Salemba Teknika : Jakarta Soejoto, Sustini E., 1993. Praktikum Fisika Dasar. Erlangga : Jakarta Tipler. 1991.Fisika Untuk Sains dan Teknik, Jilid 1. Erlangga : Jakarta Zaelani, dkk., 2006. 1700 Bank Soal Bimbingan Pemantapan Fisika. YRAMA WIDIA : Bandung
65
Volume 1, No. 2, Maret 2016
