Eksperimen Fisika 2

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas izin dan Rahmat-Nya jualah sehingga percobaan beserta laporannya dapat penulis selesaikan dengan waktu yang telah ditentukan. Laporan percobaan ini sebagai syarat utama mata kuliah Eksperimen Fisika II. Oleh karena itu materi yang penulis bahas dalam laporan ini merupakan penggabungan dari berbagai literature yang resmi.

Penyusunan laporan percobaan Eksperimen Fisika II yang berjudul “ Gerak Harmonik pada Ayunan Puntir “ diharapkan dapat menjadi sumber tertulis bagi mahasiswa dan pelajar yang berkecimpung dalam bidang pendidikan Fisika. Dan tak lupuk penulis ucapkan terimah kasih yang sebesar-besarnya pada dosen pembimbing dan rekan-rekan yang telah banyak membantu dalam percobaan dan pembuatan laporan ini.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa percobaan dan laporan yang penulis kaji sangat sederhana dan masih jauh dari yang kita harapkan, oleh karena itu penulis sebagai penyusunan laporan percobaan sangat mengharapkan kritikan yang sifatnya membangun.

Semoga tuhan Yang Maha Esa memberikan usaha kita semua. Sekian dan terima kasih.

Makassar,  23 Mei  2007

           Penyusun

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang Masalah

Salah satu permasalahan pendidikan yang sangat mendesak pemecahannya adalah peningkatan mutu pendidikan. Masalah implementasi kebijaksanaan pembangunan disektor pendidikan selalu menarik perhatian untuk dikaji dan diamati secara saksama oleh berbagai kalangan.

Salah satu faktor yang menentukan kemungkinan berhasilnya program pembangunan pendidikan adalah pengadaan alat-alat laboratorium di sekolah. Karena sangat pentingnya pengadaan alat-alat laboratorium di sekolah, maka dituntut kemampuan guru untuk merancang alat-alat sederhana yang bisa digunakan dalam melaksanakan praktikum sebagaimana tujuan pembelajaran IPA yaitu yang berkaitan dengan kebutuhan manusia (Depdikbud 1998).

Sejalan dengan tujuan pembelajaran IPA dan mata kuliah Eksperimen Fisika II maka penulis mencoba merancang alat-alat laboratorium yang sangat sederhana yang bisa digunakan sebagai media pembelajaran.

1.2  Rumusan Masalah.

Bagaimana menentukan konstanta puntir (κ) pada selinder pejal dengan menggunakan metode Ayunan Puntir.

1.3  Tujuan Percobaan

Menentukan konstanta puntir (κ) pada selinder pejal dengan menggunakan metode Ayunan Puntir.

1.4  Manfaat Percobaan

Percobaan ini diharapkan bermanfaat bagi:

1. Sebagai Media Pembelajaran bagi siswa dalam mempelajari materi “Gerak Harmonik”
2. Bagi Guru untuk meningkatkan kemampuan profesionalnya khususnya membuat alat-alat laboratorium yang sederhana.
3. Merupakan latihan bagi penulis untuk menyusun karya ilmiah.

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

1. Landasan Teori

Gerak harmonik pada ayunan puntir

Sebuah benda tegar yang digantung dari suatu titik yang merupakan pusat massanya akan berosilasi ketika disimpangkan dari posisi kesetimbangannya. Sistem seperti ini disebut Bandul Puntir.

Gambar: Bandul Puntir

Berdasarkan Gambar diatas memperlihatkan sebuah bandul puntir, yang terdiri dari benda yang digantung dengan kawat yang disangkutkan pada titik tetap. Bila dipuntir hingga sudut θ, kawat akan mengerjakan suatu torka pemulih yang sebanding dengan θ;

τ = -κ.θ

Dimana κ = konstanta puntir

Nilai konstanta itu dapat dicari dengan menerapkan torka yang diketahui untuk memuntir kawat dan mengukur simpangan sudut θ yang terjadi. Jika I adalah momen inersia benda terhadap sumbu sepanjang kawat , Hukum II Newton untuk gerak rotasi memberikan:

Persamaan gerak harmonik  pada ayunan puntir

Maka frekuensi angular

Dan Periode gerak osilasi memenuhi persaaan:

  

dengan                        P= periode osilasi

                                    I = momen kelembaman terhadap sumbu rotasi,dan

                                      = konstanta puntir

Perhatikan bahwa kita tidak melakukan sudut kecil.Gerak bandul puntir merupakan gerak harmonik sederhana sepanjang torka pemulih berbanding lurus dengan sudut puntiran. Hal seperti itu terjadi sepanjang batas elastik  kawat untuk tegangan geser tidak terlampaui.Roda penyeimbang dalam jam merupakan bandul puntir seperti halnya timbangan puntir Cavendish.

Momen Inersia

Momen gaya dan percepatan sudut adalah analogi dari gaya dan percepatan linear.Untuk mengembangkan analogy dari hukum Newton untuk gerak rotasi, masi perlu mencari analogi dari massa. Massa dalam gerak linear adalah ukuran inersia suatu benda, yaitu kecenderungan benda untuk mempertahankan posisinya. Untuk gerak rotasi, yaitu kecenderungan untuk tidak mengalami perubahan ini, di samping ditentukan oleh massa, juga dipengaruhi oleh pola distribusi massa terhadap sumbu putar yang disebut momen inersia. Jadi, analogi dari massa pada gerak linear adalah momen inersia pada gerak rotasi.

a.   Momen Inersia Partikel

Momen inersia (lambang I) dari sebuah partikel bermassa m terhadap poros  yang terletak sejauh r dari massa partikel didefinisikan sebagai hasil kali massa partikel terhadap kuadrat jarak dari titik poros, atau ditulis:

                                                                                    ………. (2.1)         

Jika terdapat banyak partikel dengan massa masing-masing m₁, m₂, m₃,.......dan mempunyai jarak r₁, r₂, r₃,……terhadap poros, momen inersia total adalah penjumlahan momen inersia setiap partikel, yaitu

                                                                                                            …….(2.2)                                                                                           

b.    Momen Inersia Benda Tegar

Apabila sebuah benda pejal terdiri dari distribusi materi yang kontinu, maka kita dapat menganggap benda terdiri dari sejumlah besar elemen massa dm yang tersebar merata di seluruh benda, dan momen inersia benda adalah jumlah dari momen inersia semua elemen massa tersebut, r² dm (Gambar 4). Untuk dm yang jumlahnya banyak, penjumlahan menjadi sebuah integral

                                                                                    ……….. (2.3)             

dengan batas-batas integral yang dipilih sehingga mencakup seluruh benda.

Momen inersia suatu bentuk tertentu dapat memiliki lebih dari satu momen inersia, karena momen inersia, karena momen inersia tergantung pada sumbu rotasi.Salah-satunya adalah:

2. Hipotesis

Dalam menentukan konstanta puntir () pada selinder pejal digunakan persamaan metode ayunan puntir yaitu:

  atau   

BAB III

METODE PENELITIAN

1. Alat dan Bahan

Adapun Alat dan Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah:

Ø  Statif, 1 Buah                             

Ø  Lempengan kayu, 1 Buah

Ø  Kawat tipis

Ø  Neraca Ohauss 310 gr

Ø  Stopwatch

Ø  Mistar

2. Prosedur Kerja

1.      Menimbang massa selinder pejal dengan menggunakan Neraca Ohauss 310 g (m = …….g)

2.      Mengukur jari-jari selinder pejal dengan menggunakan mistar ( r = ..cm)

3.      Merangkai percobaan seperti pada gambar dibawah ini yang terdiri dari lempengan kayu (selinder pejal), statif dan kawat tipis.

 c.0

4.      Menambahkan benda jika tidak dalam keadaan seimbang dengan terlebih dahulu menimbang massa benda tersebut kemudian menambahkannya dengan massa selinder kayu pejal yang telah ditimbang massanya

5.      Memutar lempengan kayu dengan sudut tertentu, kemudian lepaskan sehingga benda berisolasi.

6.      Mencatat waktu yang diperlukan untuk 5 kali puntiran

7.      Mengulangi langkah 5 dengan jumlah puntiran yang berlainan, kemudian mencatat waktu lempengan berisolasi.

8.      Mengambil data sebanyak 3 (Tiga) kali.

9.      Mencatat dalam hasil pengamatan.

           

  

BAB IV

HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

A.    Hasil Pengamatan

m = 230,56 g = 0,23056 kg

 r  = 9,00 cm = 0,09 m

·     Banyaknya puntiran = 5 kali

t (sekon)

48,8

48,0

48,8

48,2

48,8

·     Banyaknya puntiran = 10 kali

t (sekon)

98,8

98,2

97,8

97,8

98,2

·     Banyaknya ayunan = 15 kali

t (sekon)

148,2

147,8

147,0

147,8

148,0

B.     Analisis Data

Menghitung momen inersia lempengan kayu:

Menghitung konstanta puntir :

·     Untuk 5 kali puntiran

                                                

 

 

Dan diperoleh :

·     Untuk 10 kali puntiran

 

 

Dan diperoleh :

·     Untuk 15 kali puntiran

 

 

 

 

 

Dan diperoleh :

C.     Analisis Kesalahan

Rambat Ralat

           

              dengan 4= konstanta

            Oleh karena selinder pejal berputar pada porosnya, maka:

Konstanta ayunan puntir menjadi:

Diketahui :

 

·         Untuk 5 kali puntiran

 

·         Untuk 10 kali puntiran

 

 

·         Untuk 15 kali puntiran

4. Pembahasan

Dari Percobaan “Gerak Harmonik Ayunan Puntir” yang telah dilakukan dapat dijelaskan bahwa Gerak Harmonik Sederhana (GHS) untuk ayunan puntir adalah gerak periodik dengan lintasan putaran yang ditempuh dalam waktu yang sama (tetap) untuk jumlah ayunan yang berbeda.

Dan sesuai data yang diperoleh bahwa waktu yang diperlukan lempengan kayu untuk berpuntir dengan jumlah puntiran 5 kali adalah sama untuk jumlah ayunan 10 kali dan ayunan 15 kali.Hal ini menunjukkan bahwa jumlah kandungan massa untuk lempengan kayu (momen inersianya) adalah sama untuk jumlah puntiran 5 kali,10 kali dan 15 kali oleh sebab itu waktu yang diperlukan suatu lempengan kayu untuk berpuntir adalah sama (tetap).

Dari Analisa Data yang telah dilakukan diperoleh:

Untuk massa sebesar 0,23056 kg dan jari-jari lempengan sebesar 0,09 m, sehingga momen inersia lempengan kayu sebesar didapatkan

1)      Untuk 5 kali puntiran

2)      Untuk 10 kali puntiran

3)      Untuk 15 kali puntiran

Adapun kesalahan yang diperoleh dari analisis kesalahan yaitu sebesar (3,13%-3,18%). Hal ini disebabkan karena kesalahan pengamat dalam mengamati waktu yang diperlukan oleh lempengan kayu untuk dapat berpuntir terhadap kawat yang dipasang pada posisi penyangga tetap serta masih banyak kesalahan-kesalahan yang lainnya.

BAB V

PENUTUP

1. Kesimpulan

Pada Percobaan “Gerak Harmonik Ayunan Puntir” yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

1.          Periode lempengan kayu untuk dapat berpuntir adalah  sama (tetap) yaitu 9,80 sekon baik pada jumlah puntiran 5 kali, 10 kali dan 15 kali.

2.      Ayunan puntir suatu lempengan kayu yang digantung dengan kawat dan diputar maka kawat akan mengerjakan momen gaya(torka) pemulih dan dapat ditentukan periode yang dibutuhkan suatu lempengan kayu untuk dapat berputar sebesar:

3.      Untuk 10 kali ayunan

Untuk 20 kali ayunan

Untuk 30 kali ayunan

2. Saran

Diharapkan kepada Si Peneliti agar kiranya lebih teliti dalam mengambil data sehingga data yang yang diperoleh lebih tepat dan akurat

DAFTAR PUSTAKA

Halliday,D.,Resnick, and Walker,J.2001.Fundamental of Physics,6^th Edition.Penerbit Erlangga: Jakarta.

Paul A.Tipler.2001.Fisika untuk Sains dan Teknik, Jilid 1.Penerbit Erlangga: Jakarta.

Foster,Bob.2000.Fisika Terpadu 3A.Penerbit Erlangga: Jakarta.

Djuhana,Dede.2006.Departemen Fisika FMIPA UI.dede@fisika.ui.ac.id