Katrol Mikrajuddin Abdullah Fisika Dasar I 2016

Bab 5 Kerja dan Energi 414 F W F W h h Ditarik Beban naik Gambar 5.32. Katrol tetap. kiri adalah kondisi sebelum beban ditarik dan kanan adalah kondisi setelah beban ditarik naik sejauh h. Gaya yang kita keluarkan bisa lebih kecil jika menggunakan katrol bergerak. Gambar 5.33 adalah ilustrasi satu katrol bergerak yang digunakan untuk mengangkat benda. Beban digantung pada poros katrol. Tali dililitkan dilewatkan pada katrol. Satu ujung tali dipaten secara tetap dan ujung lainnya ditarik. Tali ditarik ke atas sejauh y dengan gaya F. Dengan demikian, kerja yang dilakukan adalah Fy. Akibat penarikan ini maka katrol hanya naik setengah tarikan tersebut, yaitu x = y2. Tinggi naiknya beban persis sama dengan tinggi naiknya katrol. Dengan kenaikan tersebut maka energi potensial beban bertambah sebesar Wx = Wy2. Kerja yang kita berikan semata-mata digunakan untuk menambah energi potesial beban. Dengan demikian Fy = W y2, atau F = W2. Dengan demikian, jika menggunakan katrol bergerak, gaya tarik yang dibutuhkan untuk mengangkat benda hanya setengah dari berat benda. Bab 5 Kerja dan Energi 415 F W x Ditarik x x y Beban naik Gambar 5.33. Katrol bergerak. kiri adalah kondisi sebelum beban ditarik dan kanan adalah kondisi setelah beban ditarik naik sejauh x. Akibat beban ditarik sejauh x maka tarikan tali naik sejauh y = 2x. Contoh 5.17 Tiap tali memiliki kemampuan maksimum untuk menahan beban. Jika Bab 5 Kerja dan Energi 416 beban yang ditarik memiliki berat yang melampuaui kemampuan maksimum tali maka tali akan putus. Ketika memasuki lift suatu gedung, kita mendapat informasi yang ditempel di dinding lift tentang jumlah maksimum orang yang bisa berada dalam lift. Ini berkaitan dengan kemapuan rantai penarik lift. Jika jumlah orang yang masuk melampuai kekuatan rantai penarik lift maka dikhawatirkan rantai lift akan putus. Sebuah tali memiliki batas kemampuan maksimum 535 N. Tali tersebut akan digunakan untuk mengangkat benda yang memiliki massa 60 kg menggunakan katrol. Yang manakah yang akan dipilih? Apakah katrol tetap atau katrol bergerak? Jawab Berat benda adalah W = m g = 60  10 = 600 N. Jika kita menggunakan katrol tetap maka gaya yang dikeluarkan sama dengan berat benda. Gaya yang dikeluarkan persis sama dengan tegangan tali. Jadi, jika menggunakan katrol tetap maka tegangan tali mencapai 600 N dan ini melebihi kemampuan maksimum tali. Akibatnya tali akan putus. Jika kita menggunakan katrol tetap maka gaya yang dikeluarkan sama dengan setengah berat benda. Tengan demikian, tegangan tali hanya 6002 = 300 N. Gaya ini masih di bawah batas maksimum kekuatan tali sehingga tali tidak putus. Jadi dengan tali tersebut kita menggunakan sistem katrol bergerak.

5.13 Fisika di Sekitar Kita

Sekarang kita bahas beberapa fenomena fisika menarik di sekitar kita yang berkaitan dengan kerja dan energi 5.13.1 Mengapa Tetes Air Berbentuk Bola? Ini fenomena yang kita amati sehari-hari. Percikan air membentuk teses-tetes berupa bola. Tetes air hujan juga berupa bola. Asalkan gaya kohesi antara molekul air lebih besar daripada gaya adhesi antara molekul air dengan molekul yang bersentuhan dengan permukaan maka bentuk bola lah yang muncul. Bentuk yang sama juga diamati pada tetesan air raksa di atas permukaan kaca. Bab 5 Kerja dan Energi 417 Mengapa demikian? Karena bentuk bola menghasilkan energi interaksi total antar molekul paling kecil. Lebih detailnya mari kita bahas sebagai berikut. Satu molekul air melakukan tarik-menarik dengan molekul air di sekelilingnya. Tarikan tersebut menyebabkan penurunan energi potensial. Ingat, jika ada gaya tarik maka energi potensial bernilai negatif. Misalkan akibat tarikan oleh molekul sekelilingnya, satu molekul mengalami penurunan energi sebesar . Karena jumlah molekul air sebanding dengan volume tetesan maka penurunan energi tetesan akibat tarikan antar molekul adalah V E V    5.85 dengan  konstanta pembading. Persamaan 5.85 diturunkan atas asumsi bahwa jumlah molekul yang mengelilingi satu molekul semuanya sama. Namun, kondisi berbeda jika kita melihat molekul di permukaan air. Moekul di permukaan air hanya daitarik dalam satu arah ke dalam dan tidak ada tarikan ke arah luar karena tidak ada molekul air di luar permukaan. Oleh karena itu penurunan energi molekul air di permukaan lebih kecil daripada . Ini artinya, energi pada persamaan 5.84 terlalu kecil untuk energi tarikan semua molekul air karena belum memperhatikan kehadiran permukaan. Jadi, pada energi tersebut harus ditambah faktor akibat kehadiran permukaan. Kehadiran permukaan menambah energi tetesan. Besarnya tambahan energi akibat kehadiran permukaan sebanding dengan luas permukaan dan dapat kita tulis S E S    5.86 dengan  adalah konstanta pembanding lain. Akhirnya, energi total tetesan air memenuhi persamaan S V E E E  