free website hit counter Penerapan Fisika Pada Permainan Gasing

Penerapan Fisika Pada Permainan Gasing


Mungkin Anda tidak asing dengan istilah gasing. Ini merupakan mainan yang bisa berputar pada poros dan berkesetimbangan pada suatu titik. Untuk memainkan gasing biasanya digunakan tali dari kain (atau bahan lain) yang dililitkan bada badan gasing. Kemudian gasing dihentak sambil tali yang melilit ditarik sehingga gasing berputar pada porosnya dan membiarkan gasing itu berputar sesuai arah jalannya.

Gambar 1. Gasing merupakan salah satu permainan yang menerapkan hukum-hukum fisika.
sumber gambar:  id.wikipedia.org


Hukum fisika apa saja yang berlaku pada permainan gasing? Postingan ini membahas bagaimana penjelasan hukum fisika dari permainan gasing tersebut.

Hukum I (Pertama) Newton dan II (Kedua) Newton
Hukum pertama Newton tentang gerak menyatakan bahwa sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan tetap akan terus bergerak dengan kecepatan tersebut kecuali ada gaya resultan bekerja pada benda itu. Jika sebuah benda dalam keadaan diam, benda tersebut tetap diam kecuali ada gaya resultan yang bekerja pada benda itu.

Ini maksudnya pada saat gasing diam maka akan tetap diam (jika tidak ada pengaruh gaya luar). Nah, untuk membuat gasing dari keadaan diam agar bergerak dengan kecepatan tertentu maka harus ada gaya luar yang membuat gasing tersebut bergerak. Gaya luar tersebut bisa berupa hentakan atau tarikan tali pada gasing (pada saat mulai memutar gasing).

Sedangkan Hukum II Newton menyatakan, “percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada sebuah benda sebanding dengan besar gaya, searah dengan gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa kelembaman benda tersebut”. Artinya, semakin besar gaya yang bekerja pada benda maka semakin besar percepatan yang ditimbulkan. Sebaliknya, semakin kecil gaya yang bekerja maka semakin kecil percepatan yang ditimbulkan. Secara matematis pernyataan tersebut dapat ditulis:

a = F / m

Dimana:
a = percepatan
F =gaya
m=massa gasing
Persamaan ini dikenal dengan hukum kedua Newton tentang gerak.

Ini sama artinya dengan semakin besar gaya diberikan pada gasing maka semakin besar percepatan yang dihasilkan gasing. Sebaliknya, semakin kecil gaya diberikan pada gasing maka semakin kecil percepatan yang dihasilkan. Jadi, agar gasing bergerak dengan percepatan yang besar maka gaya yang diberikan pada gasing haruslah besar atau bisa juga dengan cara memperkecil massa gasing.

Gerak  melingkar.
Gasing bentuknya hampir seperti roda sepda motor. Oleh karena itu juga akan berlaku hukum fisika tentang gerak melingkar yaitu kecepatan linier dan kecepatan sudut (anguler).

(a) Kecepatan linier
Kecepatan linier merupakan kecepatan yang memiliki arah tegak lurus terhadap jari-jari lingkaran atau dapat dikatakan sebagai garis singgung lingkaran.

Prinsip ini dapat digunakan untuk mainan gasing ini karena bagian atas gasing ini merupakan bentuk lingkaran. Jadi, kita dapat menghitung dengan seksama mengenai kecepatan linier yang akan terbentuk ini pada bagian atas gasing. Rumus utama kecepatan linier adalah:

v = s/T 

Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa gasing berbentuk lingkaran, maka jaraknya menjadi keliling lingkaran, yaitu s = 2πr. Maka rumusnya menjadi:
v = 2πr/T

Hubungan periode dengan frekuensi dirumuskan: 1/T = f, maka rumus kecepatan linier menjadi:
v = 2πrf

Keterangan:
v = Kecepatan linier gasing (m/s)
s = Jarak tempuh gasing selama berputar (m)
T = Periode (waktu / banyaknya putaran) gasing ( s)
π = Phi (22/7 atau 3,14)
r = Jari-jari gasing (m)
f = Frekuensi gasing (Hz)

Dari rumus utama kecepatan linier (v = 2πrf) tersebut, kita dapat meneliti berapakah kecepatan linier dari gasing tersebut. Caranya adalah sebagai berikut.

Pertama-tama, kita cari periode terlebih dahulu. Caranya adalah dengan timer, sedikit kertas kecil dan perekat. Kita dapat merekatkan kertas kecil pada ujung gasing untuk mempermudah perhitungan kita akan jumlah putaran gasing. Saat gasing diputar, maka kertas yang melekat pun juga ikut berputar. Kita cukup mendekatkan jari tangan kita mendekati gasing dan akan terdengar bunyi patah-patah kertas yang menyentuh tangan kita. Dan kita cukup hanya dengan menghitung jumlah bunyi tersebut. Dengan begitu, kita mendapatkan data banyaknya putaran. Dan jangan lupa juga untuk menghitung waktunya dengan timer.

Yang kedua, kita cukup mengukur jari-jari lingkaran atas dari gasing dan semua data pun akan terkumpul. Sehingga yang terakhir dilakukan untuk mencari kecepatan linier gasing adalah memasukkannya ke dalam rumus di atas.

(b) Kecepatan sudut.
Kecepatan sudut ialah besarnya sudut yang dibentuk untuk melakukan perpindahan tiap satuan waktu.

Pada langkah sebelumnya, telah kita temukan berapa besar dari kecepatan linier. Selanjutnya kita hanya cukup memasukkan nilai kecepatan linier tersebut ke suatu rumus untuk mendapatkan besar dari kecepatan sudut gasing yang berputar tadi.

ώ = v/r

Keterangan:
ώ= Kecepatan sudut gasing (Rad/s).
v= Kecepatan linier gasing (m/s)
r  = Jari-jari gasing (m).

Hukum Torsi (Momen Gaya) dan Momentum Sudut
Kita tinjau gasing itu dari hukum torsi (momen gaya). Momen gaya merupakan besaran yang dapat menyebabkan sebuah titik partikel berputar (berotasi). Dalam hal ini gasing berbentuk lingkarang seperti Gambar 1 di atas. Momen gaya dilambangkan dengan "τ"


Gambar 2. Momen gaya F

Gambar 2. tersebut menyatakan sebuah gaya F sedang mengadakan momen gaya terhadap titik O dengan lengan gaya r, sehingga titik O berputar dengan arah putar searah putaran jarum jam. Momen gaya F terhadap titik O didefinisikan sebagai hasil kali silang antara lengan gaya dan gaya F, atau
τ = r x F
Besarnya momen gaya pada gasing adalah:
τ = r.sin α.F
atau
τ = r.F.sin α

Di mana:
F = besar gaya gasing (N)
r = panjang lengan gaya gasing (dalam hal ini adalah jari-jari gasing) (m)
τ = besar momen gaya (N.m)
α = sudut antara arah lengan gaya dan arah gaya


Gambar 3. Gasing merupakan gerak melingkar berubah  beraturan

Sekarang kita tinjau cara kerja gasing dari hukum momentum sudut. Perhatikan Gambar 3, yang melukiskan sebuah titik partikel dengan massa m melakukan gerak melingkar berubah beraturan karena pengaruh gaya F.

Berdasarkan hukum II Newton:
F = m . a

Kita ketahui bahwa a = α . r, maka rumusnya menjadi:
F = m . α . r
F. r = m . α . r2
F. r = m . r2 . α.

Besaran mr2 disebut momen inersia atau momen kelembaman (I) dari partikel bermassa m yang melakukan gerak rotasi dengan jari-jari r, dan F.r adalah momen gaya F terhadap titik O (τ), sehingga:
τ =I . α

Pada gerak melingkar berubah beraturan diperoleh:
α = (ώt – ώ0)/∆t

sehingga di dapat
τ = I . (ώt – ώ0)/∆t

Maka persamaannya menjadi:
τ . ∆t = I . ώt – I . ώ0

Di mana:
τ . Δt = impuls sudut
I . ωt = momentum sudut pada saat t
I . ω0 = momentum sudut mula-mula
I . ωt – I . ω0 = perubahan momentum sudut

Kita ketahui bahwa besarnya torsi (momen gaya) dinyatakan dengan persamaan:
τ = r.sin α.F
atau
τ = r.F.sin α

Dengan mensubstitusiannya persamaan torsi (momen gaya) maka persamaannya menjadi:
r.F.sin α.∆t = I . ώt – I . ώ0

Anggap ω0 = 0 (dari keadaan diam ) maka persamaannya menjadi:
r.F.sin α.∆t = I . ώ

Kita ketahui bahwa besarnya momen inersia (ini persamaan momen inersia untuk umum, tiap benda memiliki momen inersia yang berbeda dan tergantung bentuk benda tesebut) adalah: 
I = mr2

Dengan mensubstitusiannya persamaan momen inersia maka persamaannya menjadi:
r.F.sin α.∆t = mr2 . ώ
F.sin α.∆t = m.r.ώ
atau
ώ = F.sin α.∆t/(m.r)

Keterangan:
ω = kecepatan sudut
F = besar gaya (N)
r = panjang lengan gaya (m)
Δt= perubahan waktu (s)
α = sudut antara arah lengan gaya dan arah gaya

Berdasarkan persamaan terakhir tesebut kita dapatkan konsep fisis dari gasing tersebut. Besarnya jarak sumbu putar gasing dengan bagian terluar (dalam hal ini panjang jari-jari) gasing akan mempengaruhi kecepatan sudut gasing tersebut. Semakin besar jari-jari gasing, semakin kecil kecepatan sudut gasing tersebut berputar. Demikian sebaliknya, semakin kecil jari-jarinya, semakin besar kecepatan sudut gasing tersebut berputar.

Pada permainan gasing, kecepatan sudut gasing dipengaruhi oleh besarnya gaya, besarnya gaya tersebut diterjemahkan sebagai besarnya gaya tarikan tali ketika kita melepas gasing. Semakin besar gaya tarikan yang kita berikan, semakin besar torsi gasing yang pada akhirnya semakin besar kecepatan sudut yang akan dihasilkan. Begitupun, sebaliknya. Semakin kecil gaya kita berikan pada saat kita memutar gasing, semakin kecil pula kecepatan sudut yang dihasilkan.

Selain faktor gaya dan jari-jari, massa gasing juga mempengaruhi kecepatan sudut putar gasing. Semakin besar massa gasing maka kecepatan sudut gasing akan semakin kecil, begitu juga sebaliknya, semakin kecil massa gasing maka kecepatan sudut gasing makin besar.

Gaya Gesek dan Tekanan
Menurut Wikipedia gaya gesekan adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas.

Gaya gesek yang terjadi pada gasing yang utama adalah dengan lantai atau dasar di mana gasing dimainkan. Gaya gesek yang terjadi pada gasing akan berlawanan dengan arah putar gasing. Jadi, apabila gasing berputar ke kanan, maka gaya gesek akan berputar ke kiri berlawanan dengan arah putar gasing.

Hal ini sama halnya dengan rotasi gasing yang berupa teori. Namun, hal ini dapat diperhatikan dari gasing yang berputar di atas pasir. Gasing yang berputar di atas pasir akan membuat pasir berputar berlawanan arah seperti arah gaya gesek. Karena, gaya gesek inilah yang membuat gasing yang berputar kencang menjadi pelan dan akhirnya berhenti total.

Jadi agar memperkecil gaya gesekan ujung bawah gasing dibuat runcing agar memperkecil bidang sentuh antara lantai dengan ujung gasing. Tapi efek memperkecil ujung gasing adalah tekanan gasing terhadap lantai semakin besar. Kita telah ketahui bahwa tekanan (p) merupakan gaya (F) yang diberikan per satuan luas (A). Memperkecil ujung gasing itu artinya memperkecil luas ujung gasing tersebut sehingga tekanannya menjadi besar. Jika lantai yang teksturnya tidak keras (gembur), ujung bawah gasing akan tenggelam dan gasing akan terjebak, hal ini justru menambah gesekan yang menyebabkan gasing mengalami perlambatan yang besar dan berhenti berputar.

Tips bermain Gasing
Berdasarkan hasil analisis fisika tadi, kita dapat ketahui bagaimana cara atau tips bermain gasing. Oke langsung saja, adapun tips bermain gasing sebagai berikut.
=>Pilihlah gasing yang massanya kecil, karena massa sangat berpengaruh dengan keceptan gasing dan berpengaruh pada hentakan/tarikan tali pada saat mulai memutar gasing. Semakin besar massa gasing maka semakin besar gaya yang diperlukan untuk memutar gasing.
=>Pilih gasing yang ujungnya runcing, karena ini mengurangi gaya gesekan gasing terhadap lantai.
=>Pilihlah gasing yang jari-jarinya kecil agar menghasilkan kecepatan yang besar sehingga waktu gasing berputar semakin lama.
=>Bermainlah pada lantai yang keras, kenapa? Karena gasing ujungnnya runcing akan berdampak pada tekanan gasing menjadi besar, efeknya adalah gasing akan tenggelam di tanah jika tekstur tanah gembur (halus).
=>Gerakanlah gasing dengan kecepatan sudut yang besar. Bagaimana caranya? Untuk menghasilkan kecepatan sudut yang besar, maka perlu gaya yang besar, agar memperoleh gaya yang besar maka perlu energi yang besar juga. Bagaimana memperoleh energi yang besar? Makan makanan yang bermutu (tiiiiiiiiiiiiiiiiiit, ups iklan nih) !

Demikian postingan Mafia Online mengenai penerapan fisika pada permainan gasing dan tipscara bermain gasing. Semoga bermanfaat!!

Subscribe to receive free email updates:

0 Response to "Penerapan Fisika Pada Permainan Gasing"

Post a Comment