MODUL PRAKTIKU P RAKTIKUM M
FISIKA FISIK A DAS DASAR AR
LABORATORIUM FISIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2013 Revisi 2016
Panduan Umum Keselamatan Penggunaan Peralatan Laboratorium a) Perhatikan dan pelajari tempat-tempat sumber listrik (stop-kontak dan circuit breaker) dan cara menyala-matikannya. Jika melihat ada kerusakan yang berpotensi menimbulkan bahaya, laporkan pada asisten/penanggung jawab praktikum. b) Hindari daerah atau benda yang berpotensi menimbulkan bahaya listrik (sengatan listrik/ strum) secara tidak disengaja, misalnya kabel jala-jala yang terkelupas dll. c) Keringkan bagian tubuh yang basah karena keringat atau sisa air wudhu. d) Tidak melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya listrik pada diri sendiri atau orang lain. e) Selalu waspada terhadap bahaya listrik pada setiap aktivitas praktikum. f) Jangan membawa benda-benda mudah terbakar (korek api, gas dll.) ke dalam ruang praktikum bila tidak disyaratkan dalam modul praktikum. Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan api, percikan api atau panas yang berlebihan. g) Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya api atau panas berlebih pada diri sendiri atau orang lain. h) Selalu waspada terhadap bahaya api atau panas berlebih pada setiap aktivitas praktikum. i) Dilarang membawa benda tajam (pisau, gunting dan sejenisnya) ke ruang praktikum bila tidak diperlukan untuk pelaksanaan percobaan. j) Hindari daerah,benda atau logam yang memiliki bagian tajam dan dapat melukai. k) Tidak melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan luka pada diri sendiri atau orang lain. l) Dilarang memakai perhiasan dari logam misalnya cincin,kalung, gelang, dll. m)Dilarang m)Dilarang membawa makanan dan minuman ke dalam ruang praktikum dan sekitar area ruang praktikum. n) Dilarang merokok di dalam ruang praktikum. o) Simpan tas dan barang-barang yang tidak diperlukan dalam kegiatan praktikum di tempat yang sudah disediakan. p) Menggunakan jas laboratorium dalam setiap melakukan praktikum. q) Menggunakan sepatu tertutup (bagi perempuan dilarang memakai sepatu hak tinggi dan terbuka) dan tidak menggunakan perhiasan berlebih. r) Menggunakan masker dan sarung tangan pada pelaksanaan praktikum dengan modul judul tertentu apabila menggunakan bahan yang berbahaya. s) Jagalah selalu kebersihan, kerapihan dan kenyamanan lingkungan praktikum
PEDOMAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR a) Dosen pengampu mata kuliah praktikum menyerahkan data calon peserta praktikum ke laboratorium selambat-lambatnya minggu ke-2 jadwal perkuliahan pada semester yang bersangkutan. b) Mahasiswa calon peserta praktikum berhak memperoleh petunjuk praktikum dengan penggantian administrasi yang ditentukan kemudian. c) Laboratorium mengumumkan peserta praktikum terdaftar dan dilengkapi dengan pembagian kelompok, asisten, acara dan jadwal praktikum pada minggu ke-2 jadwal perkuliahan pada semester yang bersangkutan. d) Praktikum harus diikuti sekurang-kurangnya 80% dari jumlah total praktikum yang diberikan. e) Ketidakhadiran karena sakit harus disertai surat keterangan resmi yang diserahkan kepada Petugas Lab.Fisika paling lambat dua minggu sejak ketidak-hadirannya. Jika tidak maka yang bersangkutan tidak diperkenankan mengikuti praktikum susulan sehingga nilai modul yang bersangkutan NOL. f) Keterlambatan tidak boleh > 15 menit dari jadwal yang telah ditetapkan, apabila terlambat tidak diperkenankan mengikuti kegiatan praktikum dan diberikan kesempatan satu (1) kali melakukan praktikum susulan dengan jadwal yang ditentukan kemudian. g) Acara praktikum meliputi pre-test, praktikum inti, pelaporan, dan persentasi akhir kegiatan praktikum. h) Peserta praktikum praktikum wajib mengerjakan Tugas Pendahuluan dan membuat skema
tabel
pengambilan data modul yang bersangkutan. Peserta praktikum yang nilai Tugas Pendahuluan < 50 tidak boleh tidak dapat mengikuti kegiatan praktikum dan diberikan kesempatan satu (1) kali melakukan praktikum praktikum susulan dengan jadwal yang yang ditentukan kemudian. i) Peserta praktikum wajib mengikuti pelaksanaan Test Awal 10 menit sebelum pelaksanaan praktikum. Hasil Test Awal akan menjadi bahan evaluasi keikutan sertaan dalam kegiatan praktikum sesuai yang nilai acuannya ditentukan oleh asisten praktikum. j) Peserta praktikum yang nilai Test Awal dibawah acuan kelayakan akan dibatalkan keikutsertaannya dalam praktikum tersebut dan diberikan kesempatan kesempatan
satu (1) (1) kali
melakukan praktikum susulan dengan jadwal yang ditentukan kemudian. k) Asisten praktikum mengevaluasi hasil Test Awal dan melaporkannya kepada pembimbing praktikum sebelum diumumkan. l) Setiap materi praktikum dalam praktikum inti dapat dipandu oleh satu (1) atau beberapa orang asisten praktikum untuk setiap kelompok dengan jumlah 2-5 peserta praktikum. m) Setelah menyelesaikan materi dalam praktikum inti, peserta praktikum wajib menyusun draf laporan secara individu, mengikuti sistematika dalam petunjuk praktikum.
n) Laporan praktikum terdiri dari tujuan, alat dan bahan, teori dasar, prosedur, data dan pengolahan data, pembahasan, kesimpulan dan daftar pustaka o) Peserta praktikum mendapat bimbingan mengenai materi untuk laporan dari asisten praktikum. p) Laporan praktikum yang sudah dijilid dikumpulkan kepada asisten praktikum sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan (maksimal 7 hari seteleh pelaksanaan praktikum). q) Peserta praktikum wajib mengikuti persentasi akhir sesuai jadwal. Bagi peserta praktikum yang belum mengumpulkan laporan praktikum, tidak boleh mengikuti presentasi akhir. r) Presentasi akhir dilakukan oleh pembimbing praktikum dengan dibantu oleh asisten praktikum. s) Nilai praktikum ditentutan dari nilai Tugas Pendahuluan, Tes Awal, Aktivitas, Laporan. t) Nilai akhir praktikum dihitung dari rata-rata nilai praktikum, presentasi presentasi akhir dan Ujian (UTS, UAS atau Quis bila ada). u) Untuk mengikuti praktikum susulan harus menghubungi petu gas laboratorium 2 minggu sebelum jadwal yang ditetapkan dan mengisi kelengkapan administrasi yang bersangkutan. v) Peserta praktikum yang telah dua (2) kali tidak mengikuti acara praktikum dinyatakan GUGUR dan harus mengulang pada semester berikutnya, kecuali ada keterangan dari ketua jurusan/kepala laboratorium atau surat dari dokter. w) Peserta praktikum yang mengumpulkan laporan praktikum terlambat satu (1) hari, tetap diberikan nilai sebesar 75%, sedangkan keterlambatan lebih dari satu (1) hari, diberikan nilai 0%. x) Plagiat dan kecurangan sejenisnya selama kegiatan praktikum maupun penyusunan laporan praktikum, Nilai akan dibagi sesuai dengan banyak pelaku kecurangan. y) Peserta praktikum yang telah menghilangkan, merusak atau memecahkan peralatan
praktikum harus mengganti sesuai dengan spesifikasi alat yang dimaksud, dengan kesepakatan antara laboran, pembimbing praktikum dan kepala laboratorium. Prosentase pengantian alat yang hilang, rusak atau pecah disesuaikan dengan jenis alat atau tingkat kerusakan dari alat. z) Apabila peserta praktikum sampai dengan jangka waktu yang ditentukan tidak bisa
mengganti alat tersebut, maka peserta praktikum TIDAK BOLEH mengikuti ujian akhir semester (UAS); dan apabila peserta praktikum tidak sanggup mengganti alat yang hilang, rusak atau pecah dikarenakan harga alat mahal atau alat tidak ada dipasaran, maka nilai penggantian ditetapkan atas kesepakatan antara ketua jurusan, pembimbing praktikum dan peserta praktikum (atau peminjam).
Percobaan 1
Analisis Ketidakpastian Pengukuran Pengukuran dan Metode Grafik 1.1 Sumber Ketidakpastian Pada percobaan fisika dasar dan juga pengambilan data pada praktikum maupun penelitian,hasil penelitian,hasil yang
diperoleh
biasanya
tidak
dapat
langsung
diterima
karena
harus
dipertanggung
jawabkankeberhasilan jawabkankeberhasilan dan kebenarannya. kebenarannya. Hal ini disebabkan oleh kemampuan kemampuan manusia yangterbatas dan ketelitian alat-alat yang dipergunakan mempunyai batas kemampuan tertentu.Dengan kata lain peralatan dan sarana (termasuk waktu) yang tersedia bagi kita membatasitujuan dan hasil yang dapat dicapai. Hasil percobaan baru dapat diterima apabila hargabesaran yang diukur dilengkapi dengan batas-batas penyimpangan dan hasil tersebut, yangdisebut sesatan (ketidakpastian). Jika dari hasil tersebut diketahui penyimpangan terlalu besar,maka besar,maka
bila
diperlukan, percobaan harus diulang
kembali
dengan berbagai cara,
misalnyadengan mengulang pengukuran beberapa kali yang lebih teliti atau mengganti alat-alat percobaandengan percobaandengan alat yang lebih baik ketelitiannya. ketelitiannya. Jadi jelaslah untuk keperluan ini mutlakdiperlukan mutlakdiperlukan teori t eori sesaat (ketidakpastian). (ketidakpastian).
Penyebab Ketidakpastian Ada beberapa faktor yang menyebabkan ketidakpastian, yaitu: 1. Adanya nilai skala terkecil (NST) yang ditimbulkan oleh keterbatasan dari alat ukur. 2. Adanya ketidakpastian bersistem: a) Kesalahan kalibrasi. b) Kesalahan titik nol. c) Kesalahan pegas. d) Gesekan pada bagian-bagian alat yang bergerak. e) Paralaks (arah pandang) dalam hal membaca skala. 3. Adanya ketidakpastian acak: 1. Gerak Brown molekul udara. 2. Fluktasi tegangan jaringan listrik. 3. Bising elektronik. 4. Keterbatasan keterampilan pengamat.
Pengukuran Besaran Fisika Pengukuran besaran fisis terbagi atas:
1. Pengukuran langsung yaitu hasil pengukuran secara langsung dari alat ukur, contohnyapengukuran besaran pokok seperti massa, panjang, waktu, suhu dan kuat arus. 2. Pengukuran tidak langsung yaitu pengukuran yang di peroleh dari turunan pengukuranlangsung, contohnya pengukuran besaran turunan seperti massa jenis, volume, luas,gaya, kecepatan dan lainnya.
1.2 Analisis Ketidakpastian Pengukuran Tunggal Satu Variabel Jika pengukuran suatu besaran hanya dilakukan sekali, maka ketidakpastian diperoleh dari skala terkecil alat ukur
∆
(1.1)
Pengukuran Berulang Satu Variabel Untukpengukurandilakukanberulangmakarata-ratanilaipengukurandapatdiperolehsebagai
Nilai standar deviasi sebesar:
̅ ++ +⋯ ∑= ∆ √ ∑= (−− ̅)
(1.2)
(1.3)
dengan n adalah banyaknya pengambilan data.
Perambatan Kesalahan Besaran Turunan Banyak besaran- besaran fisika yang tidak dapat diukur secara langsung. Lebih sering kitadapati besaran-besaran itu sebagai fungsi dari besaran-besaran lain yang dapat diukur.Contohnya, jika kita hendak mengukur massa jenis suatu benda padat. Karena alat ukurmengukur massa jenis benda padat ρ secara tidak langsung, maka dapat ditentukan melaluihubungan:
(1.4)
yang mana m dan V menyatakan massa dan volume benda (keduanya dapat diukur secaralangsung). Karena pengukuran m dan V menghasilkan ketidakpastian∆m dan∆V, maka ρ juga mengandung ketidakpastian∆ ρ. Permasalahannya bagaimana hubungan∆m dan∆Vdengan∆ ρ? Misalkan besaran fisis Z (yang tidak dapat diukur secara langsung) merupakanfungsi dari besaran X dan Y (yang dapat diukur secara langsung). Secara matematishubungan Z dengan X dan Y dinyatakan sebagai:
( ,)( ±∆, ±∆) ∆|| ∆|| ∆
(1.5)
dengan menggunakan deret Taylor di sekitar( X 0 , Y 0) dapat diperoleh:
(1.6)
Ketelitian dan Ketepatan Suatu percobaan dikatakan memiliki ketelitian tinggi jika kesalahan percobaan(∆X) kecil.Dan suatu percobaan dikatakan memiliki ketepatan tinggi jika kesalahan sistematik percobaan tersebut kecil. Secara matematis ketelitian dan ketepatan suatu percobaan dapat ditulissebagai:
[1 ∆]×100% −|]×100% [1|
(1.7)
(1.8)
Percobaan yang baik harus sama-sama memiliki ketelitian dan ketepatan yang tinggi.
1.3
Metode Grafik
Pada umumnya, proses pencarian nilai dari suatu besaran fisika, proses pencarian hu bunganantara besaran
fisika
yang
satu
dengan
yang
lain,
atau
proses
pencarian konstanta
yang
menghubungkanantara besaran fisika yang satu dengan besaran fisika yang lain, dapat dilakukandengan metode grafik. Bentuk grafik yang biasa digunakan dalam metode ini adalah bentuklinear yang diperoleh dari sebuah persamaan linear. Selain regresi linier, dapat juga dilakukandengan pendekatan eksponensial, sinusoidal, parabola, hiperbola, kuadrat, atau polinomialsesuai dengan karakteristik besaran fisika yang akan di ukur. Berikut
ini
adalah
langkah-langkah
yang
harus
dilakukan
dalam
eksperimen
fisika
yangmenggunakan metode grafik dengan pendekatan kuadrat terkecil (linier): 1. Menentukan besaran-besaran yang berperan sebagai variabel bebas (variabel yang nilainyadivariasi) dan besaran-besaran yang berperan sebagai variabel tak bebas (variabelyang nilainya berubah karena adanya variasi dari variabel bebas). 2. Mengubah
persamaan
fisika
yang
terkait
dengan
tema
eksperimen
ke
dalam
bentukpersamaan linear sedemikian rupa sehingga hubungan antara variabel bebas (x) danvariabel tak bebasnya(y) membentuk persamaan linier
(1.9)
dengan b adalah gradien grafik dan a adalah titik potong grafik terhadap sumbu y. 3. Membuat tabel yang diperlukan untuk mengubah nilai variabel-variabel terkait beserta ketidakpastiannya menjadi variabel-variabel yang siap diplot ke dalam grafik. 4. Membuat grafik. 5. Menganalisa nilai besaran atau konstanta yang akan dicari dari grafik. 6. Membahas dan menyimpulkan hasil yang didapatkan. Besaran atau konstanta yang akan dicari dari grafik biasanya berasal dari gradien (b) grafikatau titik potong grafik terhadap sumbu y(a). Penentuan b dan a dapat dilakukan secaramanual setelah grafik dibuat. Namun dapat pula ditentukan dengan menggunakan regresilinear, sebagai berikut:
∑∑ −∑−(∑ ∑) ∑ ∑−∑−(∑ ∑) ) (∆) (− ) ∑∑(−− −(∑ ) ) ∑ ∑(−− (∆) (−) ∑ −(∑ )
(1.10) (1.11)
Dengan ketidakpastian sebagai berikut
(1.12) (1.13)
Secara numerik dapat diperoleh secara langsung dengan menggunakan Microsoft Excel ataukalkulator saintifik.
Percobaan 2
DasarPengukuran 2.1 Tujuan 1. Dapat melakukan pengukuran dengan jangka sorong, mikrometer sekrup, gelas ukurdan neraca. 2. Dapat membandingkan hasil pengukuran dengan jangka sorong dan milimeter sekrup. 3. Dapat
menganalisis
ketidakpastian
pengukuran
pada
masing-masing
alat
ukur
yangdigunakan. 4. Dapat menghitung massa jenis benda.
2.2 Dasar Teori Fisika adalah sebuah ilmu yang mempelajari gejala yang terjadi di alam dari skala atomikyang sangat kecil sampai dengan skala yang sangat besar yaitu alam semesta. Gejala-gejalatersebut dinamakan sebagai besaran fisis. Pengukuran besaran fisis dapat dilakukan dengan berbagai alat ukur yang sesuai. Di dalam fisika kita mengenal besaran pokok dan besaranturunan. Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulusedangkan besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok.Dalam praktikum ini, kita akan mempelajari bagaimana cara mengukur besaran pokok danbesaran turunan dengan berbagai alat ukur yang sesuai. Sebagai contoh sebuah benda denganbentuk sembarang, apabila volume(V) dan massa(m) benda tersebut diketahui maka massajenis benda dinyatakan dengan
Dengandemikian,
(2.1)
berdasarkanperumusandiataskitadapatmenentukanmassajenisbeberapabenda.
Data massa jenis beberapa zat bisa dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Massa Jenis beberapa zat Zat Cair
Nama Zat Aluminium Besi dan Baja Emas Kayu Gelas Tembaga Seng Platina Kuningan Timah Perak
Zat Padat 3
(kg/m ) 2.70x103 7.80 x10 19.3 x10 (0.3-0.9) x10 (2.4-2.8) x10 8.9 x10 7.14 x10 21.45 x10 8.4 x10 11.3 x103 10.5 x103
Nama Zat Air (4 0C) Air Laut Darah Bensin Air Raksa
Zat Gas 3
(kg/m ) 1.00 x103 1.03 x10 1.06 x10 0.68 x10 13.6 x10
Nama Zat Udara Helium Hidrogen Uap Air (100 C)
(kg/m3) 1.293 0.1786 0.08994 0.6
2.3 Metode Percobaan 2.3.1 Alat dan Bahan 1. 2. 3. 4. 5.
Mistar Jangka sorong Mikrometer sekrup Neraca Benda
1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 5 buah
2.3.1 Prosedur Percobaan Pengukuran Dimensi Panjang 1. Ukurlah panjang, diameter benda yang disediakan dengan alat ukur mistar, jangka sorong, mikrometer dan ulang minimal 10 kali. 2. Bandingkan hasil ukur masing-masing alat dan cari masing-masing ketidakpastiannya. Pengukuran Massa Jenis Benda 1. Timbang massa beberapa benda (minimal 10 kali pengukuran) dengan menggunakan neraca. Catat pula berapa ketidakpastian dari pengukuran tersebut. 2. Ukur dimensi dari benda tersebut (minimal 10 kali pengukuran) dengan jangka sorong dan milimeter sekrup kemudian hitunglah berapa volumenya. Catat pula berapa ketidakpastian dari pengukuran. 3. Tentukan massa jenis beserta ketidakpastiannya dengan perumusan pada Persamaan (2.1). 4. Ulangi percobaan dengan benda yang lain.
2.4 Tugas Pendahuluan 1. Tentukan persamaan massa jenis benda dan rambatan ketidakpastiannya untuk benda 2. berbentuk bola, silinder, kubus dan balok? 3. Bagaimana cara mengukur massa jenis zat cair dan gas? 4. Jelaskan cara penggunaan jangka sorong dan millimeter sekrup!
2.5 Tugas Akhir 1. Tentukan massa jenis tiap benda beserta ketidakpastiannya! 2. Bandingkan hasil pengukuran menggunakan jangka sorong dan millimeter sekrup untuk 3. tiap-tiap benda. Berikan penjelasan alat mana yang memiliki ketelitian yang lebih baik! 4. Tentukan ketelitian pengukuran dan bandingkan dengan literatur!
Percobaan 3
Gerak Translasi dan Rotasi 3.1 Tujuan 1. Mempelajari hukum Newton II pada kereta dinamika dan pesawat Atwood. 2. Mencari koefisien gesekan kinetis antara kereta dinamika dan landasan. 3. Menentukan momen inersia katrol pesawat Atwood.
3.2 Dasar Teori Hukum II Newton menyatakan: “Jika resultan gaya yang bekerja pada benda tidak samadengan nol maka akan timbul percepatan pada benda yang besarnya sebanding dengan besarresultan gaya yang bekerja pada benda, dan berbanding terbalik dengan massa kelembamannya”. Secara matematis dapat dituliskan sebagai:
∑
(3.1)
Anda dapat mempelajari hukum tersebut di atas pada percobaan kereta dinamika maupunpada percobaan pesawat Atwood. Percobaan kereta dinamika dapat dijelaskan sebagai berikut
Gambar 3.1: Percobaan kereta dinamika. Pada percobaan dalam Gambar 3.1, kereta dinamika berada di atas landasan (rel) yangdiberi kemiringan
dan
dilepaskan
tanpa
kecepatan
tersebutmenyebabkansistemkeretadinamikabergerak.
awal.
Gaya
berat
Padasaatkeretdilepaskan,
kereta
dinamika
power
supply
yangdihidupkan akan menyalakan ticker timer. Pola berupa titik-titik jejak ketikan yang dihasilkan oleh ticker timer pada pita kertas yang ditarik oleh kereta dinamika ini menggambarkan gerakkereta dinamika secara kualitatif. Dalam percobaan ini kereta dinamika bergerak lurus dengan kecepatan yang bertambah, karena itu gerak kereta dinamika adalah gerak berubah beraturanyang dipercepat. Dengan demikian, jarak antara dua titik yang berturutan pada kertas pitaakan semakin besar. Dalam percobaan kereta dinamika ini anda dapat memvariasikan sudutkemiringan dan massa kereta dinamika. Percobaan dengan pesawat Atwood ditunjukkanseperti pada Gambar 3.2.
Bila massa silinder M1 dan beban tambahan( M 1+m) lebih besar daripada massa silinder M 2, maka silinder M 1 dan beban tambahanm akan bergerak dipercepat ke bawah sedangkansilinder M 2, akanbergerakkeatasdenganpercepatanyangsamabesarnya.
Halituakanmembuat
katrol
bersumbu
tetap yang menghubungkan keduanya berotasi pada sumbu tetapnya.Pada tiap silinder berlaku hukum II Newton:
∑ ∑ ∑
Sedangkan untuk katrol berlaku
(3.2)
(3.3)
Dengan menjabarkan Persamaan (3.2) dan (3.3) di atas, kita dapat menurunkan persamaan untuk menghitung percepatan silinder, yaitu:
+−) . (++ +
(3.4)
3.3 Metode Percobaan 3.3.1 Alat dan Bahan Kereta Dinamika 1. Kereta dinamika
1 buah
2. Beban tambahan dengan pengait
1set
3. Landasan rel kereta dengan variabel kemiringan
1 buah
4. Ticker timer (6 volt AC,50−60 Hz, celah pita 1 cm)
1 buah
5. Power supply
1 buah
6. Pita kertas (1×80 cm)
20 lembar
7. Kertas karbon
Secukupnya
Gambar 3.2 Pesawat Atwood.
Pesawat Atwood 1. Katrol (tebal 5 mm, diameter 12 cm)
1 buah
2. Batang tegak (batang berskala cm, skala terkecil 1 cm)
1 buah
3. Klem pemegang (1 klem memiliki pengatur panjang)
1 buah
4. Silinder materi
2 buah
5. Klem pembatas berlubang
1 buah
6. Klem pembatas tak berlubang
1 buah
7. Pemegang/pelepas silinder
1 buah
8. Beban tambahan
2 buah
9. Stop watch
1 buah
3.3.2 Prosedur Percobaan Kereta Dinamika 1. Susun alat-alat seperti pada Gambar 3.1. Untuk menghidupkan ticker timer gunakan power supply dengan beda potensial 3 volt AC (maksimum 6 Volt AC). 2. Atur kemiringan landasan rel. Pasang pita kertas pada penjepit pita di posisi belakang kereta dinamika. Pegang kereta dinamika pada posisi teratas. Lepaskan kereta dinamika bersamaan dengan menghidupkan ticker timer. Tangkap kereta dinamika pada saat pendorong-pegas kereta tepat menyentuh pembatas rel, jaga dengan hati-hati (jangan sampai kereta terjatuh) dan segara matikan ticker timer dengan memutus saklar penghubung. Amati jejak ketikan ticker timer pada pita kertas, bila baik tandailah pita dengan mencatat kemiringan dan massa beban pada pita lalu lakukan langkah berikutnya. 3. Ulangi langkah 2 (untuk kemiringan yang sama) dengan beban yang berbeda-beda (ambil minimal 10 data untuk beban yang berbeda). 4. Lakukan langkah 2 sampai 3 dengan kemiringan yang berbeda-beda (untuk beban yang tetap). Ambil minimal 10 data untuk kemiringan yang berbeda. 5. Ukur dan catatlah massa kereta dinamika dan massa beban tambahan dari setiap data yang diambil. Pesawat Atwood Pertama: Menentukan Momen Inersia Katrol 1. Ukur dan catat massa silinder M 1 , M 2, beban tambahan m1 dan m2, serta massa katrol dan jari-jari katrol (R). 2. Atur sistem seperti Gambar 3.2. Tetapkan skala nol pesawat sebagai titik A dan tentukan letak pembatas berlubang sebagai titik B, dan catat jarak AB itu. 3. Tambahkan m1 pada M1 dan atur agar posisi awal m1 tepat di A. 4. Lepaskan pemegang M2 bersamaan dengan menghidupkan stopwatch. Catat waktu yang diperlukan untuk bergerak dari A ke B (tAB).
5. Gantilah beban tambahan dengan m2 lalu lakukan langkah ke-3 dan ke-4. 6. Lakukan langkah1−5 sebanyak lima kali dengan jarak AB yang berbeda -beda. 7. Berdasarkan data yang anda dapatkan, buatlah grafik S AB= f (t2AB). Kedua: Mempelajari perilaku hukum II Newton 1. Letakkan pembatas C di bawah titik B. Atur jarak AB 80 cm dan jarak BC min 20 cm. (ket: angka-angka ini hanya untuk memudahkan). 2. Tambahkan m1 dan m2 pada M1 lalu atur agar posisi awal tepat di A, lepaskan pemegang M 2 sehingga dapat bergerak naik, M1 turun melewati B hingga ke C, sedangkan m1 tertahan di B. Ukur dan catat waktu yang diperlukan untuk bergerak dari A ke B (t AB) dan dari B ke C (tBC). 3. Lakukan langkah 8 dan 9 hingga lima kali dengan jarak AC tetap sedangkan jarak AB dan jarak BC berbeda-beda melalui perubahan posisi B. 4. Berdasarkan data yang diperoleh buatlah grafik SAB = f (tAB) dan grafik SBC = f (tBC).
3.4 Tugas Pendahuluan Eksperimen Kereta Dinamika 1. Berdasarkan Gambar 3.1, gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada kereta dinamika! 2.
Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja, tuliskan persamaan gerak kereta dinamika jika terdapat gaya gesekan dan tanpa gaya gesekan!
3.
Berdasarkan prosedur eksperimen kereta dinamika, bagaimanakah anda dapat mengetahui
∼
∼
kesebandingan antara F m, dan F a? 4.
Bagaimanakah prediksi anda tentang grafik F = f (m) untuk a konstan, dan grafik untuk m konstan?
5.
Dalam eksperimen ini dapatkah anda mengetahui besar gaya gesekan antara kereta dinamika dan papan landasan? Berikan argumentasi anda!
6.
Jelaskan bagaimana cara mengolah data hasil percobaan kereta dinamika dalam menjelaskan keberlakuan hukum II Newton dalam percobaan ini!
Eksperimen Pesawat Atwood 1. Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada silinderM1,M2, dan katrol dalam percobaan Atwood! 2.
Turunkan persamaan percepatan silinder M1 dan M2 pada percobaan Atwood bila momen inersia katrol diabaikan!
3.
Turunkan persamaan percepatan silinderM1,M2 pada percobaan Atwood bila momen inersia katrol tidak diabaikan!
4.
Berdasarkan pemahaman anda tentang prosedur pesawat Atwood, bagaimanakah cara anda mengalisis hasil momen inersia yang anda dapatkan?
5.
Dengan memahami prosedur, ramalkan perilaku gerak benda pada percobaan kedua pesawat Atwood pada jarak AB dan BC, dan bagaimana anda mengkaitkan hukum Newton II dengan fenomena ini!
3.5 Tugas Akhir Eksperimen Kereta Dinamika 1. Dengan menganggap frekuensi PLN 50 Hz (konstan), ubahlah data pita ticker timer dalam tabel yang mengandung variable S waktu untuk lima ketukan, dan kecepatan rata-rata untuk lima ketukan! (potongan pita ditempel pada laporan) 2. Melalui tabel pada langkah 1, buatlah grafik v = f (t) untuk setiap percobaan. Tentukan percepatan sistem dari masing-masing percobaan berdasarkan grafik yang anda buat itu! 3. Berdasarkan grafik pada langkah 2, buatlah grafik F = f (m) untuk kemiringan yang konstan, dan grafik F = f (a) untuk massa yang konstan! 4. Bagaimanakah kecenderungan hasil langkah 3? Apakah sesuai dengan hukum II Newton? Berikan penjelasan! 5. Dari data yang anda peroleh untuk kasusm konstan (berubah), buatlah grafik gaya gesekanterhadap gaya normal!Berdasarkan grafik ini tentukanlah nilai koefisien gesekan kinetis antara kereta dinamika dan landasan! Eksperimen Pesawat Atwood 1. Dari tabel data percobaan Atwood, buatlah grafik S AB terhadap t2AB ketika M1 bergerak dari A keB dengan beban tambahan m 1+m2, lalu hitung percepatannya berdasarkan grafik itu! 2. Melalui percepatan yang diperoleh pada langkah 1, tentukan harga momen inersia katroldan apakah hasilnya sama bila anda menggunakan
? Berikan argumentasi anda!
3. Buatlah grafik SAB terhadap tAB, dan grafik SBC terhadap tBC (untuk beban tambahanm1+m2)! 4. Berdasarkan grafik yang anda buat, perkirakanlah gerak pada lintasanAB danBC!
Percobaan 4
Bandul Matematis dan Osilasi Harmonik 4.1. Tujuan 1.
Menentukan periode bandul matematis.
2.
Mengamati gerak osilasi bandul matematis.
3.
Menentukan nilai pecepatan gravitasi bumi.
4.
Menentukan besar konstanta pegas dari gerak osilasi harmonik sederhana.
5.
Menentukan percepatan gravitasi dari hukum Hooke.
4.2.
Dasar Teori
4.2.1.
Bandul Matematis
Bandul matematis adalah suatu titik benda digantungkan pada suatu titk tetap dengan tali.Jika ayunan menyimpang sebesar sudut θ terhadap garis vertikal maka gaya yang mengembalikan:
untuk nilaiθ yang kecil (dalam radian), dan l merupakan panjang tali sehingga
sin sin≈ 2√
(4.1)
nilaiyang mana s adalah busur lintasanbola
(4.2)
Apabila tidak ada puntiran maupun gesekan, persamaan gayanya diberikan oleh
(4.3)
Persamaan ini adalah persamaan getaran selaras dengan periode T sebesar:
(4.4)
dengan g adalah percepatan gravitasi. Harga l dan T dapat diukur pada pelaksanaan percobaan dengan bola logam yang cukupberat digantungkan dengan kwat yang sangat ringan. Menentukan g dengan cara ini cukupteliti jika terpenuhi syarat-syarat sebagai berikut: 1.
Tali lebih ringan dibandingkan bolanya.
2.
Simpangan harus lebih kecil (sudut θ lebih kecil dari 15◦).
3.
Gesekan dengan udara harus sangat kecil sehingga dapat diabaikan.
4.
Gaya puntiran (torsi) tidak ada (kawat penggantung tidak boleh terpuntir).
Gambar 4.1: Bandul matematis. 4.2.2. Osilasi Harmonik Setiap sistem yang memenuhi hukum Hooke akan bergetar dengan cara yang unik dan
sederhana yang disebut dengan gerak harmonik sederhana. Setiap sistem yang melengkung terpuntir atau mengalami perubahan bentuk yang elastis dikatakan memenuhi hukum Hooke. Besar gaya pemulih F ternyata berbanding lurus dengan negatif simpanganx dari pegas yang direntangkan atau ditekan dari posisi setimbang (posisi setimbang ketika x = 0). Secara matematis ditulis:
∆
(4.5)
yang mana k merupakan konstanta pegas dan∆ x adalah perubahan panjang pegas.
Gambar 4.2: Pegas yang diberi beban. Jika pegas disusun vertikal dengan beban maka gaya pada pegas berasal dari berat beban, sehinggajikadiketahuibesartetapanpegas, sebagai
kitadapatmenentukanbesarpercepatangravitasi
∆
(4.6)
Ketika pegas yang telah diberi beban tersebut diberi simpangan awal dan dilepaskan maka akan terjadi gerak harmonik sederhana, berdasarkan hukum Newton II dan hukum Hooke diperoleh periode osilasi T sebagai
2√
Gambar 4.3: Osilator harmonik pada pegas
(4.7)
4.3 Metode Percobaan 4.3.1 Alat dan Bahan 1. Bola bandul
2 buah
2. Batang dan dudukan statif
1 buah
3. Bosshead universal
1 buah
4. Pasak penumpu
1 buah
5. Benang
secukupnya
6. Stopwatch
1 buah
7. Mistar
1 buah
8. Pegas
2 buah
9. Neraca analitik
1 buah
10. Klem
1 buah
11. Beban dengan penggantung
1 set
4.3.2 Prosedur Percobaan 4.3.2.1. Bandul Matematis
1. Simpangkan bandul kurang dari15◦, lalu lepaskan sehingga bandul berosilasi. 2. Hitung periode bandul untuk 20 kali osilasi. 3. Ulangi langkah di atas dengan varisai panjang tali bandul matematis (minimal 10 variasi panjang tali). 4. Dari data di atas, tentukan nilai tetapan percepatan gravitasi bumi dengan metode grafik dan cari ketidakpastiannya. 4.3.2.1. Osilator Harmonik
Gambar 4.4: Set up alat percobaan osilator harmonik 1. Siapkan alat-alat yang digunakan. 2. Tentukan massa beban. 3. Letakkan pegas pada statip seperti Gambar 9.3. 4. Ukur panjang pegas dalam keadaan tanpa beban. 5. Ukur panjang pegas setelah dibebani dengan beban. 6. Tarik beban ke bawah kemudian lepaskan, supaya pegas dapat berosilasi.
7. Catat waktu yang diperlukan untuk melakukan beberapa kali osilasi. 8. Ulangi cara kerja untuk 10 massa beban yang berbeda dan pegas yang berbeda.
4.4 Tugas Pendahuluan 1. Jelaskan apa yang dimaksud getaran(osilasi), gelombang, frekuensi, dan periode? 2. Buktikan Persamaan (4.4) dan (4.7)! 3. Jelaskan hukum Hooke! 4. Apa yang dimaksud dengan gaya pemulih? Jelaskan! 5. Faktor apa sajakah yang mempengaruhi besar periode bandul matematis? Apakah massa bandul berpengaruh?
4.5 Tugas Akhir 2
1. Buatlah grafik hubungan antara T dan l ! 2. Dari grafik T 2 dan l , tentukan percepatan gravitasi! 3. Bandingkan hasil yang diperoleh melalui percobaan dengan literatur! 4. Cari ketepatan dan ketelitian dari percobaan tersebut! 5. Jelaskan faktor-faktor yang yang dapat mempengaruhi hasil percobaan! 6. Buatlah grafik hubungan antara T 2dan m! 7. Dari grafik T 2dan m, tentukan konstanta pegas !
∆
8. Buatlah grafik antara m dan x, dan tentukan percepatan gravitasi! 9. Bandingkan hasil yang diperoleh melalui percobaan dengan literatur!
Percobaan 5
Koefisien Gesekan 9.1 Tujuan Menentukan besar koefisien gesekan benda.
9.2 Dasar Teori Coba anda lakukan kegiatan berikut. Doronglah meja yang terletak di atas lantai datar denganarah dorongan sejajar meja. Ketika anda melakukannya, apakah meja langsung bergerak?Ketika meja sudah bergerak, apakah anda merasakan gaya dorong yang anda berikan menjadilebih kecil (terasa ringan)? Selanjutnya, pada saat meja bergerak, apa yang terjadi ketikadorongan pada meja anda lepaskan? Contoh sederhana tersebut memberikan gambaran bahwa untuk menggerakkan benda darikeadaan diam diperlukan gaya minimum. Ketika gaya yang anda berikan pada meja lebih kecildaripada suatu nilai, meja akan tetap diam. Akan tetapi, ketika gaya yang anda kerahkandiperbesar, suatu saat meja tersebut dapat bergerak. Selain itu, anda juga akan mendapatkanbahwa ketika gaya dorong anda pada meja dilepaskan, meja akan segera berhenti. Mengapa dapat terjadi demikian? Pertanyaan tersebut dapat anda terangkan dengan menggunakanhukum-hukum Newton tentang gerak. Untuk itu, perhatikan Gambar 5.1.
Gambar 5.1: Gaya gesekan timbul berlawanan arah gerak benda. Misalkan, gaya yang anda kerahkan pada meja besarnyaF dengan arah sejajar lantai. Jikameja tetap dalam keadaan diam, sesuai dengan Hukum Pertama Newton, berarti resultangaya pada meja sama dengan nol. Hal Ini menunjukkan bahwa ada gaya lain yang besarnyasama dan berlawanan arah dengan gayaF yang anda berikan. Gaya ini tidak lain adalahgaya gesekan yang terjadi antara meja dan lantai. Gaya gesekan pulalah yang menyebabkanmeja menjadi berhenti sesaat setelah anda melepaskan gaya dorong anda terhadap meja yangsudah bergerak. Hubungan antara gaya gesekanf ges dan gayaF yang sejajar bidang pada sebuah bendaditunjukkan pada Gambar 5.2. Grafik tersebut memperlihatkan bahwa saat benda belumdiberi gaya atauF =0, gaya gesekan belum bekerja atauf ges=0. Ketika besar gayaFdinaikkan secara perlahan-lahan, benda tetap diam hingga dicapai keadaan di mana bendatepat akan bergerak. Pada keadaan ini, gaya
gesekan selalu sama dengan gaya yang diberikanatau secara matematisf ges=F. Gaya gesekan yang bekerja saat benda dalam keadaan diamdisebut gaya gesekan statis.
Gambar 5.2: Grafik hubungan antara gaya normal dan gaya gesekan. Pada keadaan benda tepat akan bergerak, besar gaya F tepat sama dengan gaya gesekanstatis maksimum. Besar gaya gesekan statis maksimum sebanding dengan gaya normal antarabenda dan bidang. Konstanta kesebandingan antara besar gaya gesekan statis maksimum dangaya normal disebut koefisien gesekan statis. Dengan demikian, secara matematis besar gayagesekan statis maksimum memenuhi persamaan
,
(5.1)
yang mana µ s adalah koefisien gesek statis dan N adalah gaya normal. Perhatikan bahwa Persamaan (5.1) hanya berlaku ketika benda tepat akan bergerak. Persamaanini juga menunjukkan bahwa selama gaya F yang diberikan pada benda lebih kecildaripada atau sama dengan gaya gesekan statis berlaku
(≤,)
, benda tetap dalam keadaandiam. Pada keadaan ini
, ≤
(5.2)
Selanjutnya, ketika gaya F yang diberikan lebih besar daripada besar gaya gesekan statismaksimum,
(>,)
, benda akan bergerak. Pada keadaan bergerak ini, gaya gesekan
yang bekerja disebut gaya gesekan kinetik. Gaya gesekan ini besarnya konstan dan memenuhipersamaan
(5.3)
yang mana µk merupakan koefisien gesek kinetik. Persamaan (5.3) juga memperlihatkan bahwa gaya gesekan kinetik besarnya lebih kecildaripada gaya gesekan statis maksimum. Hal ini menunjukkan bahwa koefisien gesekan kinetikselalu lebih kecil daripada koefisien gesekan statis µk ≤ µ s. Itulah sebabnya mengapaanda perlu mengerahkan gaya yang lebih besar saat mendorong benda dari keadaan diamdibandingkan dengan ketika benda sudah bergerak. Selain itu, besarnya gaya yang harusanda kerahkan bergantung pada keadaan dua permukaan bidang yang bergesekan. Hal inidiseba bkan besarnya koefisien gesekan bergantung
pada sifat alamiah kedua benda yang bergesekan,di antaranya kering atau basahnya dan kasar atau halusnya permukaan benda yangbergesekan. Tabel 5.1: Koefisien gesek beberapa benda. µ s 0.74 0.61 0.53 1.0 0.25-0.5 0.94 0.14 0.15 0.1 0.04 0.01
Besi dengan besi Aluminium dengan besi Tembaga dengan besi Karet pada beton Kayu dengan kayu Kaca dengan kaca Kayu dengan salju basah Kayu dengan salju kering Logam dengan logam Es dengan es Teflon dengan teflon Sendi sinovial pada manusia
µ k 0.57 0.47 0.36 0.8 0.2 0.4 0.1 0.04 0.06 0.03 0.04 0.003
Gambar 5.3: Analisis gaya yang bekerja pada benda pada bidang miring. Hasil analisa dari gaya-gaya yang bekerja pada benda yang berada pada bidang miringseperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.3, menunjukkan bahwa besarnya koefisien gesekantara bidang dan benda sebagai
tan
yang mana θ c adalah sudut pada saat benda tepat akan bergerak.
9.3 Metode Percobaan 9.3.1 Alat dan Bahan 1. Bidang miring dan balok
1 set
2. Busur setengah lingkaran
1 buah
3. Stopwatch
1 buah
4. Mistar
1 buah
(5.4)
9.3.2 Prosedur Percobaan 1. Letakkan balok dengan bagian sisi kasar menyentuh bidang miring seperti Gambar 5.3. 2. Perbesarlah sudut bidang miring, ketika balok tepat akan bergerak catatlah sudut yang terlihat pada penggaris busur. Catat waktu yang ditempuh balok untuk meluncur sampai batas akhir. 3. Ulangi langkah1−2 sampai 10 kali. 4. Ulangi langkah1−3 untuk bagian sisi balok yang halus menyentuh bidang miring.
9.4 Tugas Pendahuluan 1. Buktikan Persamaan (5.3) dan (5.4)! 2. Faktor apakah yang mempengaruhi besar koefisien gesekan suatu benda? Jelaskan! 3. Mengapa besar koefisien gesek statik lebih besar dari koefisien gesek kinetik? Jelaskan!
9.5 Tugas Akhir 1. Tentukan besar koefisien gesekan dari Persamaan (5.4)! 2. Tentukan besar koefisien gesek kinetis! 3. Bandingkan koefisien gesekan antara permukaan yang kasar dan halus balok tersebut! 4. Tentukan percepatan benda meluncur (a)! 5. Tentukan kecepatan benda pada saat mencapai ujung bawah bidang luncur (V t)!
Percobaan 6
Koefisien Restitusi Momen Inersia Batang Silinder 6.1. Tujuan 1. Memahami konsep momentum. 2. Memahami hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi mekanik. 3. Menentukan koefisien restitusi dari beberapa benda. 4. Menentukan momen inersia batang silinder.
6.2. Dasar Teori 6.2.1. Koefisien Restitusi
Pada peristiwa tumbukan antaraduabenda yang masing-masing massanya m1 dan m2 dengan keceptan sebelum tumbukan v1 dan v2 sedangkan kecepatan setelah tumbukan v’ 1 dan v’ 2 serta tidak dipengaruhi gaya eksternal, berlaku hukum kekekalan momentum linier:
′ ′
(6.1)
Jika pada tumbukan tidak ada panas yang dihasilkan, maka energi kinetiknya juga kekal.Tumbukan seperti ini dinamakan tumbukan lenting sempuna. Sedangkan jika energikinetiknya tidak kekal dinamakan tumbukan tidak lenting. Apabila setelah tumbukan keduabenda kemudian menyatu dinamakan tumbukan tidak lenting sama sekali. Secara umum padaperistiwa tumbukan berlaku persamaan:
(′ ′)( )
(6.2)
dengan e merupakan koefisien restitusi yang memiliki nilai:
1 {0<<1 0
lenting sempurna lenting sebagian
`
tidak lenting sama sekali
Koefisien Restitusi Benda Jatuh
Sesuai hukum kekekalan momentum maka diperoleh koefisien restitusi dari benda yang jatuhtersebut adalah
√
(6.3)
yang mana h’ adalah ketinggian bola setelah memantul sedangkan h adalah ketinggian saatbola dijatuhkan.
Gambar 6.1: Gerak bola yang dijatuhkan
6.2.2. Momen Inersia Batang Silinder
Benda dengan massam dan momen inersiaI digantungkan oleh tali paralel akan memberikangaya
tegang tali masing-masing sebesar
. Sistem ini diputar dengan sudut kecil θterhadap
sumbu pusat batang, sehingga tali akan terinklinasi sebesar Karena kedua sudut itu (θ dan
) kecil, maka berlaku:
(dihitung dari sumbu vertikal).
(6.4)
dengan l dan d masing-masing adalah panjang tali dan jarak antar tali.
Gambar 6.2: Momen inersia batang silinder. Besar komponen gaya tegang tali yang menyebabkan gaya pulih di titik Q’ dan R’ adalah:
sin 4
(6.5.)
Kedua komponen gaya tegang tali ini akan menyebabkan torsi pada titik pusat batang sebesar
4
, sehingga batang itu berosilasi mengikuti persamaan:
dengan frekuensi sudut sebesar:
̈ 4 ̈ 4 0 √ 4
(6.6)
(6.7)
atau periode sebesar:
2√ 4
(6.8)
6.3. Metode Percobaan 6.3.1. Alat dan Bahan 1. Bola dari bahan yang berbeda
secukupnya
2. Penggaris
2 buah
3. Neraca analitik
1 buah
4. Statip
2 buah
5. Bosshead
2 buah
6. Batang statip 50 cm
1 buah
7. Batang silinder 25 cm
1 buah
8. Mistar
1 buah
9. Stopwatch
1 buah
10. Benang
1 buah
6.3.2. Prosedur Percobaan 6.3.2.1. Koefisien Restitusi Benda Jatuh 1. Menjatuhkan bola dari ketinggian tertentu (h) kemudian mengamati tinggi pantulan bola
tersebut(h’ ). 2. Mengulangi langkah 1 dengan ketinggian(h) berbeda, sampai mendapat 10 data. 3. Mengulangi langkah 1 sampai 2 dengan menggunakan bola lainnya. 6.3.2.2. Momen Inersia Batang Silinder
1.
Ambil panjang tali l =50 cm lalu ikatkan pada batang silinder .
2.
Atur jarak QR(d ) maksimal = 36 cm.
3.
Gantungkan batang silinder pada statif.
4.
Simpangkan batang silinder dengan sudut kecil.
5.
Catat waktu yang diperlukan batang silinder saat 10 kali osilasi.
6.
Lakukan langkah 5 dan 6 dengan 5 (lima) nilai d yang berbeda-beda.
7.
Lakukan seperti pada langkah 1−6 dengan mengambil nilai d tetap namun nilai l divariasi sebanyak
5 kali.
Gambar 6.3: Set up alat percobaan momen inersia batang silinder
1.4 Tugas Pendahuluan 1. Buktikan Persamaan (6.3)! 2. Apa yang dimaksud dengan momentum dan impuls? 3. Apa yang dimaksud dengan kekekalan momentum dan kekekalan energi? 4. Sebutkan contoh jenis tumbukan lenting, tidak lenting dan lenting sebagian! 5. Mengapa memukul batu terasa lebih sakit dibandingkan memukul bantal? Jelaskan! 6. Apa yang dimaksud dengan momen inersia benda? 7. Turunkan secara teoritis momen inersia dari bola pejal, bola berongga, dan batang silinder pejal panjang!
1.5 Tugas Akhir 1. Buatlah grafik h’ danh, kemudian tentukan besar koefisien restitusinya! 2. Bandingkan hasil koefisien restitusi dari grafik dan dari pengukuran langsung! 3. Dari data eksperimen buat tabel perioda sebagai fungsi d kemudian gambar grafiknya.Tentukan nilai momen inersia silinder! 4. Dari data eksperimen buat tabel perioda sebagai fungsi l kemudian gambar grafiknya.Tentukan nilai momen inersia silinder! 5. Bandingkan momen inersia yang diperoleh dari pertanyaan 2 dan 3 kemudian bandingkan 6. pula dengan momen inersia hasil perhitungan secara teori! 7. Tentukan besar ketelitian tiap percobaan! 8. Faktor apa saja yang mempengaruhi ketelitian percobaan yang anda lakukan!
Percobaan 7
Hukum Melde pada Tali 7.1 Tujuan 1. Mengetahui perilaku gelombang berdiri pada tali. 2. Menentukan frekuensi-frekuensi harmonik gelombang pada tali. 3. Menjelaskan pengaruh tegangan tali dan rapat massa tali terhadap cepat rambat gelombangpada tali.
7.2. Dasar Teori Gelombang adalah getaran yang merambat. Berdasarkan amplitudonya, gelombang dibagiatas gelombang berjalan dan gelombang berdiri. Gelombang berjalan adalah gelombang yangmemiliki amplitudo tetap, sedangkan gelombang berdiri adalah gelombang yang amplitudonyaberubah-ubah. Frekuensi gelombang secara alami ditentukan oleh frekuensi sumbernya, sedangkan laju gelombang melalui suatu medium sangat ditentukan oleh sifat-sifat mediumnya,seperti elastisitas medium dan inersia dari medium tersebut. Dalam percobaan pada taliyang teregang, sifat elastisitas medium diukur berdasarkan tegangan dan sifat inersia mediumdiukur berdasarkan massa per satuan panjang tali. Menurut hukum Melde besarnya cepatrambat gelombang pada tali v memenuhi persamaan berikut:
√
(7.1)
dengan F = mg adalah tegangan tali, M massa beban, dan g percepatan gravitasi bumi,dan µ adalah massa persatuan panjang tali. Jika frekuensi dan panjang gelombang diketahui, maka cepat rambat gelombang dengan mudah dapat dihitung. Ketiga variabel ini memenuhi persamaan:
(7.2)
yang mana f adalah frekuensi gelombang dan λ adalah panjang gelombang. Untuk gelombang pada tali berlaku hubungan
, 1,2,3,… , 1,2,3,…
(7.3)
hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi menjadi
(7.4)
Dengan bantuan Persamaan (11.2), Persamaan (11.4) dapat dituliskan:
√ , 1,2,3,…
(7.5)
4
Untuk
maka berlaku
,1,2,3,…
Gambar 7.1: Bentuk gelombang sesuai frekuensi.
7.3. Metode Percobaan 7.3.1. Alat dan Bahan 1. Audio generator
1 buah
2. Pembangkit getaran
1 buah
3. Beban gantung
1 set
4. Meter rol
1 buah
5. Katrol jepit meja
1 buah
6. Kabel penghubung
2 buah
7. Benang/tali
5 macam
7.3.2. Prosedur Percobaan
Gambar 7.2: Set up percobaan. Hubungan tegangan tali dengan panjang gelombang 1. Ukur dan catat panjang tali, massa tali, dan massa beban yang dipakai. 2. Susunlah alat-alat seperti pada Gambar 7.2. 3. Menghubungkan vibrator dengan sumber tegangan.
(7.6)
4. Atur frekuensi generator audio agar pada tali terbentuk gelombang berdiri. Catat jumlah perut gelombangnya. 5. Ulangi langkah 1-3 untuk massa beban yang divariasikan minimal 6 variasi dengan frekuensi, panjang tali dan massa tali tetap. Hubungan frekuensi dengan panjang gelombang 1. Ukur dan catat panjang tali, massa tali, dan massa beban yang dipakai. 2. Susunlah alat-alat seperti pada Gambar 7.2. 3. Menghubungkan vibrator dengan sumber tegangan. 4. Atur frekuensi generator audio agar pada tali terbentuk gelombang berdiri. Catat jumlah perut gelombangnya. 5. Ulangi langkah 1-3 untuk frekuensi yang divariasikan minimal 6 variasi dengan massa beban, panjang tali dan massa tali tetap. Hubungan rapat massa tali dan panjang gelombang 1. Ukur dan catat panjang tali, massa tali, dan massa beban yang dipakai. 2. Susunlah alat-alat seperti pada Gambar 7.2. 3. Menghubungkan vibrator dengan sumber tegangan. 4. Atur frekuensi generator audio agar pada tali terbentuk gelombang berdiri. Catat jumlah perut gelombangnya. 5. Ulangi langkah 1-3 untuk massa tali divariasikan dengan massa beban, panjang tali dan frekuensi tetap.
7.4. Tugas Pendahuluan 1. Jelaskan yang dimaksud frekuensi harmonik gelombang pada tali! 2. Bagaimanakah syarat terjadinya gelombang berdiri pada tali? 3. Jelaskan hubungan tegangan tali dan rapat massa tali terhadap cepat rambat gelombang pada tali! 4. Sebuah gitar standar memiliki enam senar yang masing-masing terhubung dengan sebuah kuncidan sejumlah grip. Jelaskan kira-kira untuk apa semuanya ini
7.5. Tugas Akhir 1. Dari data hasil Percobaan I, buatlah grafik hubungan antara kuadrat panjang gelombang terhadap tegangan tali
()
. Dari grafik yang Anda peroleh, tentukan gradien kurva
grafik dan buatlah kesimpulannya! 2. Dari data hasil Percobaan II, buatlah grafik hubungan antara panjang gelombang terhadapfrekensi
.
dan buatlah kesimpulannya!
Dari grafik yang Anda peroleh, tentukan gradien kurva grafik
3. Dari data hasil Percobaan III, buatlah grafik hubungan antara kuadrat pajang gelombang terhadap kerapatan massa linear tali
. Dari grafik yang Anda peroleh, tentukan
gradien kurva grafik dan buatlah kesimpulannya? 4. Dari analisis data Percobaa I,II, dan III dapatkah Anda menghubungkan panjang gelombang dengan cepat rambat gelombang? Jelaskan! 5. Dari hasil analisis data Percobaan I. II, dan III tentukaan nilai kesalahan dan ketepatan percobaan dengan perbandingan vsinusoidal dan vmelde!
Percobaan 8
TeganganPermukaan 8.1. Tujuan 1. Memahami prinsip percobaan tegangan permukaan. 2. Menentukan besar tergangan permukaan suatu larutan.
8.2. Dasar Teori Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yangberada dalam
keadaan
diam
(statis).
Contoh
yang
menarik
tetesan
air
cendrung
berbentuksepertibalon(yangmerupakangambaranluasminimumsebuahvolum)denganzatcairberadadi tengahnya. Pada praktikum kali ini kita akan meninjau tegangan permukaan pada larutansabun. Pada rangka kawat tembaga ABC dan DEF terpasang benang yang saling berhubunganseperti pada Gambar 12.1. Kerangka kawat yang sudah tercelup dalam cairan sabun akanmenghasilkan film di bidang ACDF. Dan tali ACDF akan melengkung seperti pada Gambar12.1.Tinjaulah sisi vertikal CD dari tali benang yang melengkung dengan jari-jarir , dan terdapattegangan tali t pada bagian PQ dengan panjang dl (Gambar 12.2). Bila t adalahtegangan permukaan, maka kesetimbangan gaya horisontal sepanjang dl , F (dikarenakantegangan permukaan oleh dua selaput ) akan sama dengan2tsinα atau dapat ditulis sebagaiberikut
2sin
(8.1)
Gambar 8.1: Rangka kawat karena terdapat tegangan permukaan pada dua selaput, maka gaya total horisontal F didefinisikan
2 22sin 2
Sehingga
untuk sudut α yang kecil nilai
sin
(8.2)
(8.3)
, dengan mensubstitusikan ke Persamaan (12.3)diperoleh
(8.4)
Gambar 8.2: Diagram Gaya pada Rangka Kawat Untuk menentukan kesetimbangan film di bagian GH. Tinjaulah GH dan sistem gayavertikal pada Gambar 12.1. Jika kita uraikan, maka gaya-gaya yang bekerja dalam sistemadalah 1. Gaya ke atas karena tegangan permukaan sepanjang 2b, yaitu 2T ×2b. 2. Gaya tegangan ke atas t pada benang di titik G dan H, sehingga total gayanya adalah 2t . 3. Gaya berat mg , pada kawat DEF. Sesuai dengan prinsip hukum Newton I, karena GH berada dalam kesetimbangan maka kita akan dapat buktikan bahwa
4(+)
(8.5)
untuk menghitung tegangan permukaan T seperti di atas, kita akan dapat mencarinya jikajari-jari lengkung tali r diketahui. Berdasarkan geometri Gambar 12.2 kita akan mendapatkanhubungan
×(2) +(−) (−) (+)+
(8.6)
sehingga jika kita turunkan lebih lanjut maka akan dapat dibuktikan bahwa nilai j ari-jari r
(8.7)
dengan mensubstitusikan Persamaan (12.5) ke (12.7) akan diperoleh:
(8.8)
Tabel 8.1: Tegangan Permukaan berbagai Zat Cair Zat Cair
Suhu◦C
Tegangan Permukaan (N/M)
Air Raksa
20
0.44
Darah
37
0.058
Plasma Darah
37
0.073
Etil Alkohol
20
0.023
Air
0
0.076
20
0.072
100
0.059
Benzena
20
0.029
Larutan Sabun
20
≈0.025
~ 193
0.016
Oksigen
8.3. Metode Percobaan 8.3.1. Alat dan Bahan 1. Kawat tembaga
2 buah
2. Tali benang
1 buah
3. Sabun
1 buah
4. Mistar/ Jangka sorong
1 buah
5. Beban (cincin)
2 buah
6. Statif
1 buah
7. Bosshead
1 buah
8. Klem
1 buah
9. Neraca pegas
1 buah
8.3.2. Prosedur Percobaan 1. Pasang tali benang pada rangka kawat tembaga ABC dan DEF seperti pada Gambar 12.1 2. Benang melewati secara melingkar A, C, D dan F yang mana tali diikat pada salah satu ujungnya. 3. Gantung kawat tersebut pada statif. 4. Kerangka kawat dimasukkan ke dalam cairan sabun dan diangkat perlahan-lahan, biarkan tali menjadi tegang dan lurus maka akan muncul film di bidang ACDF (Beberapa film yang mungkin muncul diantara tali dan kawat atas ABC, dan juga tali dan kawat bawah DEF dipecahkan), maka film di bidang ACDF akan melengkung seperti pada Gambar 12.1. 5. Hitung massa m, panjang a, panjang b dan tinggi h dengan mengunakan alat ukur. 6. Ulangi Percobaan 1 s.d 4 sebanyak 10 kali percobaan 7. Ulangi Percobaan 1 s.d 5 dengan memvariasikan berat kawat bawah (minimal 2 bebanberbeda). Berat kawat DEF dapat divariasikan dengan menambahkan beban yangdigantung pada ujungE, sehingga didapatkan nilai yang berbeda dariGH danCD.
8.4. Tugas Pendahuluan 1. Apa yang dimaksud gaya kohesi, gaya adhesi dan tegangan permukaan? 2. Faktor apa sajakah yang mempengaruhi tegangan permukaan? 3. Berikan contoh sehari-hari tetanag fonomena tegangan permukaan? Minimal 5 contoh! 4. LanjutkanpenurunanPersamaan(8.3)sampaidenganmendapatkanPersamaan(8.4). 5. Buktikan Persamaan (8.5). 6. Buktikan Persamaan (8.7).
8.5. Tugas Akhir 1.
Hitunglah jari-jari lengkung benang!
2.
Hitunglah tegangan permukaan air sabun sebelum rangka kawatDEF diberi beban!
3.
Hitunglah semua tegangan permukaan air sabun setelah rangka kawat DEF diberibeban tambahan!
4.
Hitunglah nilai rata-rata dari tegangan permukaan dari semua percobaan yang dilakukan!
5.
Bandingkan nilai tegangan rata-rata yang didapatkan dan bagaimana seharusnya!
6.
Hitunglah nilai perambatan ketidakpastian dan ketepatan dari semua nilai yang diukur!
7.
Buatlah analisa dan kesimpulan dari hasil yang didapatkan!
Percobaan 9
Viskositas Zat Cair 9.1. Tujuan 1. Mempelajari dinamika benda dalam cairan. 2. Menentukan kecepatan terminal pada suatu zat cair. 3. Menentukan koefisien viskositas zat cair berdasarkan hukum Stokes. 4. Menentukan besar gaya gesekan dalam zat cair.
9.2. Dasar Teori Suatu benda jika dilepaskan dalam fluida dengan kekentalan tertentu, maka benda tersebutakan mengalami perlambatan. Hal ini disebabkan derajat kekentalan dari cairan/liquid tersebut.Derajat kekentalan suatu cairan dikenal dengan sebutan viskositas (η). Besar gayagesekan pada benda yang bergerak dalam fluida disamping bergantung pada koefisien kekentalanη juga bergantung pada bentuk bendanya. Khusus untuk benda berbentuk bola, gayagesekannya, F s, oleh fluida dapat dirumuskan sebagai berikut:
6
(9.1)
yang mana r merupakan jari- jari bola, v adalah kecepatan bola relatif terhadap fluida.
Gambar 9.1: Gaya yang bekerja pada benda pada saat kecepatan terminal dicapai. Persamaan (9.1) ini dikenal sebagai hukum Stokes dan dalam penerapannya memerlukan beberapa syarat sebagai berikut: 1. Ruang tempat fluida tidak terbatas (ukurannya jauh lebih besar dari pada ukuran bola). 2. Tidak terjadi aliran turbulensi di dalam fluida. 3. Kecepatan v tidak besar, sehingga aliran fluida masih bersifat laminar. Jika sebuah bola padat yang rapat massanya ρ dan berjari-jari r dilepaskan tanpa kecepatanawal di dalam zat cair kental yang rapat massanya ρ0 dengan ρ> ρ0, bola mula-mula akanmendapat percepatan karena gaya berat dari bola, dan percepatan ini akan memperbesarkecepatan bola.
Bertambah besar kecepatan bola, menyebabkan gaya Stokes bertambah besar juga. Sehingga pada suatu saat akan terjadi keseimbangan diantara gaya-gaya yangbekerja pada bola. Kesetimbangan gaya-gaya ini menyebabkan bola bergerak lurus beraturan,yaitu bergerak dengan kecepatan yang tetap. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatanakhir atau kecepatan terminal dari bola. Setelah gaya-gaya pada bola setimbang, kecepatanterminal v dari bola dapat diturunkan sebagai berikut:
) (− 9
(9.2)
dengan g =9.81m/s2 adalah percepatan gravitasi.
Tabel 9.1: Koefisien viskositas beberapa fluida Fluida
Suhu(◦C)
Koefisien Viskositas η(Pas)
0 20 40 20
0.0171×10− 0.0182×10− 0.0193×10− 0.0147×10−
20
0.0196×10−
37 20 20 0 20 40 0
4×10− 1500×10−3 0.584×10−3 1.78×10−3 1.00×10−3 0.651×10−3 110×10−3
Gas
Udara
Karbon dioksida Helium Zat cair Darah Gliserin Metanol Air
Oli motor
9.3. Metode Percobaan 9.3.1. Alat dan Bahan 1. Tabung viskositas
1 buah
2. Bola viskositas
2 buah.
3. Stopwatch
1 buah
4. Mikrometer sekrup
1 buah
5. Neraca
1 buah
6. Saringan
1 buah
7. Pipa U
1 buah
8. Pipet tetes
1 buah
9. Oli
150mL
9.3.2. Prosedur Percobaan Pengukuran Massa Jenis Bola 1. Ukur diameter bola kecil dengan mikrometer skrup dan tentukan volume bola tersebut. 2. Ukur massa bola kecil tersebut dengan pengukur massa.
3. 4. 5. 6.
Ulangi langkah 1- 2 sebanyak 5 kali. Hitung massa jenis bola kecil tersebut sesuai persamaan Tentukan pula rambatan kesalahannya. Ulangi langkah 1-5 untuk ukuran bola yang berbeda.
/
.
Pengukuran Massa Jenis Zat Cair 1. Siapkan pipa U, kemudian masukkan air secukupnya sampai setimbang. 2. Masukkan oli pada salah satu ujung pipa U sehingga akan terlihat perbedaan ketinggian. 3. Saat telah setimbang, ukur dan catat ketinggian air dan minyak. 4. Ulangi langkah 1 - 3 sebanyak 5 kali. 5. Hitung massa jenis oli dengan
ℎ ℎ
, yang mana
6. Tentukan pula rambatan kesalahannya.
= 1000 kg/m3.
Pengukuran Karakteristik Viskositas Zat Cair 1. Catat suhu zat cair dengan termometer. 2. Jatuhkan bola sedemikian rupa (jangan terjadi adanya kecepatan awal) pada tabung berisi zat cair. 3. Amati gerak bola dalam zat cair dan catat waktu t 1 untuk jarak tempuh x1, waktu t 2untuk jarak tempuh x2 dan seterusnya sampai 5 kali pengukuran. 4. Ulangi langkah percobaan 1 -3 di atas untuk bola dengan ukuran yang berbeda.
9.4. Tugas Pendahuluan 1. Buktikan Persamaan (9.1) dan (9.2)! 2. Bagaimanakah pengaruh suhu terhadap viskositas zat cair? Jelaskan! 3. Apa yang mempengaruhi besar gaya gesekan pada benda yang bergerak dalam fluida?Jelaskan!
9.5. Tugas Akhir 1. Hitunglah massa jenis bola dan cairan oli! 2. Buatlah grafik x terhadap t , kemudian tentukan kecepatan terminal bola v dari grafiktersebut! 3. Tentukan pula besar koefisien viskositas dan gaya gesekan dari cairan oli yang dipakaidan bandingkan hasil yang anda peroleh dengan literatur Tabel 9.1! 4. Hitung pula gaya gesekan stokes sesuai Persamaan (9.1). 5. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi percobaan anda!
Percobaan 10
Kalorimeter 10.1. Tujuan 1. Menentukan kalor jenis kalorimeter. 2. Menentukan kalor jenis berbagai logam.
10.2. Dasar Teori Percobaan ini dilakukan berdasarkan asas Black. Jika dua benda dengan temperatur berlainansaling bersentuhan, maka akan terjadi perpindahan kalor dari benda dengan temperatur lebihtinggi ke benda yang temperaturnya lebih rendah. Pada keadaan setimbang, kalor yang dilepassama dengan kalor yang diterima. Ilustrasinya bisa dilihat pada Gambar 16.1.
Gambar 10.1: Kalorimeter. Kalor Kalor
adalah
suatu
bentuk
energy
yang
mengalir
atau
berpindah
karena
adanya
perbedaantemperature atau suhu. Secara umum dapat dikatakan bahwa satu kalor adalah banyaknyakalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar dari 1 gram air. Kalor Merambat dari Suhu Tinggi ke Suhu Rendah Seperti yang dijelaskan dalam asas Black, jika dua benda saling bersentuhan, maka akan terjadi perpindahan kalor dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Jika suhu benda lebih tinggi dari suhu lingkungannya,maka benda tersebut akan terus-menerus merambatkan energy sampai terjadi suhu terma yaitu saat suhu benda sama dengan suhu lingkungannya. Kalor Jenis Suatu zat menerima kalor maka zat akan mengalami kenaikan suhu. Besar kenaikan suhu ini: 1. Sebanding dengan banyaknya kalor yang diterima. 2. Berbanding terbalik dengan massa zat. 3. Berbanding terbalik dengan kalor jenis zat.
Hubungan diatas dapat digambarkan dalam rumus berikut:
∆
dengan Q adalah banyaknya kalor yang diterima, m adalah massa zat,
∆
(10.1) adalah besarnyaperubahan
suhu dan c adalah kalor jenis benda. Dari Persamaan (16.1) di atas dapat diambil kesimpulan bahwa kalor jenis zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat untukmenaikkan suhu 1 kg zat tersebut sebesar 1 0C. Kapasitas kalor Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk menaikkan suhusebesar
10C.
Hubungan
antara
banyaknya
kalor
yang
diserap
oleh
suatu
benda
terhadapkapasitas kalor benda dan kenaikkan suhu benda dapat ditulis sebagai:
∆ ∆
dengan Q adalah banyaknya kalor yang diperlukan,
(10.2) adalah besarnya perubahan suhu danC ad-
lah kapasitas kalor jenis benda. Kapasitas kalor jenis air dapat dianggap sama dengan1 kal/g 0C. Hukum kekekalan energi untuk kalor Hukum kekekalan energi pada kalor disebut juga dengan asas Black yang: “ Kalor yangdilepaskan oleh suatu benda adalah sama dengan kalor yang diterima oleh benda lainnya”.Dengan menggunakan asas Black, kalor jenis suatu benda dapat ditentukan dengan alatkalorimeter. Hubungan keseimbangan termal antara suatu zat dan lingkungannya,yang dalamhal ini berupa air dapat dilihat pada persamaan berikut:
kalor
jenis
suatu
benda
(∆) (∆)
dapat
ditentukan
dengan
menggunakan
(10.3) persamaan
diatas
dengansebelumnya mengukur massa benda dan air. Suhu benda dan air sebelum benda dimasukkankedalam air dan suhu termal setelah benda dimasukkan,serta dengan mengambil hargakapasitas kalor jenis air sama dengan 1 kal/g 0C. Perubahan wujud zat Jika dalam perubahan wujud zat (melebur, membeku, mengembun, menyublim atau menguap)tidak disertai dengan perubahan suhu,maka suhu zat tersebut tetap. Besarnya kalor Q yang duibutuhkan atau dilepaskan pada saat terjadi perubahan wujud dapat dinyatakandengan persamaan berikut:
dengan L adalah kalor laten (J/Kg). Kalor laten adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh1 gram zat untuk mengubah wujud dari satu wujud ke wujud lain. Kalor laten pada saat es mencair sama dengan kalor beku saat air mulai membeku. Demikian juga dengan kalor latenpenguapan pada air dan pengembunan pada uap 10000C adalah sama.
Perpindahan kalor Perpindahan kalor dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Ada 3 cara perpindahan kalor yaitu: 1. Konduksi/hantaran yaitu perpindahan kalor yang tidak diikuti dengan perpindahan partikel. 2. Konveksi/aliran yaitu perpindahan kalor yang diikuti dengan perpindahan partikel. 3. Radiasi/pancaran yaitu perpindahan kalor yang tidak memerlukan media dalam perpindahannya. Tabel 10.1: Kalor jenis zat pada suhu 250C tekanan 1 atm Kalor Jenis c J/kg C kal/g C
Jenis zat Zat padat
Aluminium Berylium Cadmium Tembaga Germanium Emas Besi Timah Silikon Perak Kuningan Kaca Es (-5 C) Marmer Kayu Zat cair Alkohol (etil) Raksa Air (15 C) Gas Uap (1000C)
10.3. Metode Percobaan 10.3.1. Alat dan Bahan 1. Kalorimeter dan selubung
1 buah
2. Termometer
1 buah
3. Gelas ukur
1 buah
4. Keping logam
1 buah
5. Pembakar spiritus
1 buah
6. Kaki tiga
1 buah
900 1830 230 387 322 129 448 128 703 234 380 837 2090 860 1700
0.215 0.436 0.055 0.0924 0.077 0.0308 0.107 0.0305 0.168 0.056 0.092 0.200 0.50 0.21 0.41
2400 140 4186
0.58 0.033 1.00
2010
0.48
7. Kasa asbes
1 buah
8. Gelas alumunium
1 buah
9. Neraca
1 buah
10. Air
secukupnya
10.3.2. Prosedur Percobaan Pengukuran Kalor Jenis Kalorimeter 1.
Timbanglah kalorimeter kosong dan pengaduknya.
2.
Catat massa air setelah kalorimeter diisi oleh air kira-kira ¼ bagian.
3.
Masukkan kalorimeter ke dalam selubung luarnya.
4.
Tambahkan air mendidih sampai kira-kira ¾ bagian (catat temperatur air mendidih).
5.
Catat temperatur kesetimbangan.
6.
Timbang kembali kalorimeter tersebut.
Pengukuran Kalor Jenis Logam 1. Logam yang telah ditimbang dimasukkan kedalam tabung pemanas dan panaskan. 2. Timbang kalorimeter serta pengaduknya. 3. Timbang kalorimeter serta pengaduknya setelah diisi air kira-kira ¾ bagian. 4. Masukkan kalorimeter ke dalam selubung luarnya dan catat temperaturnya. 5. Catat temperatur keeping-keping logam. 6. Masukkan logam tadi kedalam kalorimeter dan catatlah temperatur seimbangnya. 7. Ulangi langkah 1 - 6 untuk logam lain
10.4. Tugas Pendahuluan 1. Berikan pembahasan tentang asas Black sehingga mendapatkan rumus yang kita gunakan untuk menghitung kalor jenis kalorimeter? 2. Apakah yang dimaksud dengan kalorimeter? 3. Apa yang dimaksud dengan kalor jenis suatu benda? 4. Apakah yang dimaksud dengan keadaan setimbang? 5. Jelaskan dan berilah contoh mengenai 3 jenis perpindahan panas!
10.5. Tugas Akhir 1. Tentukan kalor jenis dari kalorimeter beserta ketidakpastiannya! 2. Tentukan kalor jenis dari logam, beserta ketidakpastiannya! 3. Bandingkan hasil yang diperoleh dengan lit eratur! 4. Faktor-faktor apa yang mempengaruhi percobaan anda?
Percobaan 11
Hukum Ohm 11.1
TUJUAN
1. Memperagakan pengukuran tegangan listrik. 2. Memperagakan pengukuran arus listrik. 3. Menginterpretasikan grafik tegangan dan arus. 4. Menentukan besar hambatansuatu penghantar.
11.2
DASAR TEORI
Kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu penghantar (hambatan) besarnya sebanding dengan beda potensial (tegangan) antara ujung-ujung penghantar tersebut. Pernyataan tersebut dapat dituliskan:
∝
(11.1)
Jika kesebandingan tersebut dijadikan persamaan, dapat dituliskan:
(11.2)
yang disebut hukum Ohm. Dengan konstanta kesebandingan R, merupakan karakteristik internal hambatan penghantar yang tidak dipengaruhi oleh tegangan dan arus yang diberikan yang mana: V : Beda potensial kedua ujung penghantar (Volt). R : Besar hambatan (Ω). I : Kuat arus yang mengalir (Ampere).
11.3
METODE PERCOBAAN
1.3.1 Alat dan Bahan
1. Catu Daya
1 buah
2. Volt meter
1 buah
3. Amperemeter
1 buah
4. Resistor
2 buah
5. Hambatan geser
1 buah
6. Kabel pengubung
8 buah
1.3.2 Prosedur Percobaan
Gambar 11.1 Rangkaian percobaan
1. Pasanglah rangkaian listriknya seperti Gambar 1.1 di atas dan beritahukan kepada asisten lebih dahulu untuk diperiksa sebelum rangkaian tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan. 2. Setelah diperiksa, aturlah saklar dalam posisi terhubung (ON). 3. Atur ujung voltmeter pada hambatan geser dengan nilai tertentu dan catatlah besarnya arus dan tegangan. 4. Ulangi hingga 10 variasi nilai hambatan geser, catatlah besarnya arus dan tegangan. 5. Ulangi langkah 2-4 dengan variasi hambatan seri dan pararel.
11.4
TUGAS PENDAHULUAN
1. Jelaskan bagaimana bunyi hukum Ohm? 2. Apakah besar hambatan dipengaruhi oleh tegangan dan arus yang diberikan? 3. Buktikan Persamaan (1.1) di atas sesuai hukum Ohm! 4. Apa yang dimaksud material Ohmic dan Non-Ohmic? 5. Faktor apa sajakah yang mempengaruhi besar hambatan suatu benda? 11.5
TUGAS AKHIR
1. Buatlah grafik hubungan antara kuat arus (sebagai absis) dan tegangan (sebagai ordinat) dari data yang telah anda peroleh! 2. Tentukan besarnya hambatan berdasarkan grafik yang telah Anda buat! 3. Tentukan nilai hambatan berdasarkan hukum Ohm! 4. Bandingkan nilai hambatan hasil perhitungan dari grafik, berdasarkan 5. hukum Ohm dan pengukuran langsung. Lakukan pembahasan 6. dan ambil kesimpulan!
Percobaan 12
Ayunan Magnetik 12.1
TUJUAN
Menentukan besar gaya magnet yang timbul pada kumparan berarus yang ditempatkan pada medan magnet.
12.2
DASAR TEORI
Penghantar yang dialiri arus listrik terletak di dalam medan magnet akan mengalami gaya yang besarnya dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:
yang mana
sin
(3.1)
F : Gaya magnetik (N) B : Besar medan magnet (Tesla)
: Kuat arus (Ampere) : Panjang kawat (meter) : sudut yang dibentuk oleh B dan
Jika kita memiliki sebuah kawat berarus bermassa m, dan berada dalam medan magnet maka
pada kawat tersebut akan bekerja gaya-gaya sebagai berikut:
Gambar 3.1. Gaya-gaya yang bekerja pada kumparan
Berdasarkan Gambar 3.1, maka besarnya gaya magnet yang bekerja pada kumparan adalah:
sehingga
tan tan
yang mana m merupakan massa kawat dan g adalah percepatan gravitasi bumi.
12.3
METODE PERCOBAAN
12.3.1Alat dan Bahan
1. Kit Ayunan Magnetik 1 paket
(3.2)
(3.3)
2. Magnet U
2 buah
3. Baterai 1.5 Volt
4 buah
4. Kumparan
5 buah
5. Tiang Pengait
2 buah
6. Kabel penghubung
6 buah
7. Amperemeter
1 buah
8. Neraca Digital
1 buah
12.3.2Prosedur Percobaan
Gambar 3.2. Set up alat
Percobaan 1
1. Rangkai alat-alat percobaan seperti pada Gambar 3.2. 2. Ukur massa dan panjang kumparan, perhatikan skala nol alat ukur sebelum digunakan dan posisi pengamatan untuk mendapatkan data yang baik. 3. Pasang magnet di tengah tiang penyangga, sehingga magnet mengikuti huruf U yang berotasi 900. 4. Pasang kumparan pada tiang penyangga, sehingga kumparan melewati bagian dalam magnet. 5. Amati apa yang terjadi pada kumparan dan amperemeter. Catat sudut simpangan terjauh yang dbentuk oleh kumparan dan kuat arus listrik terbesar yang ditunjukan oleh amperemeter. 6. Ulangi langkah 3-5 untuk hambatan yang berbeda. 7. Buatlah grafik antara gaya magnet F.
tan
terhadap arus i, dan tentukan besarnya medan magnet B dan
Percobaan 2
1. Ukur massa dan panjang kumparan, perhatikan skala nol alat ukur sebelum digunakan dan posisi pengamatan untuk mendapatkan data yang baik. 2. Pasang magnet ditengah tiiang penyangga, sehingga magnet mengikuti huruf U yang berotasi 900.
3. Pasang kumparan pada tiang penyangga, sehingga kumparan melewati bagian dalam magnet. 4. Hubungkan kabel dengan hambatan 1 , catat kuat arus yang ditunjukan oleh amperemeter. 5. Catat sudut simpangan terjauh yang dibentuk oleh kumparan. 6. Ulangi langkah 3-5 untuk kumparan yang berbeda. 7. Buatlah grafik antara
tan
terhadap panjang kumparan l dan tentukan besarnya medan
magnet B dan gaya magnet F.
12.4
TUGAS PENDAHULUAN
1. Apa yang dimaksud dengan gaya magnetik? 2. Bagaimana arah dari gaya magnetik yang timbul pada sebuah kawat berarus yang diletakan di dalam medan magnet? 3. Bagaimanakah besar gaya magnetik yang timbul pada suatu kawat berarus yang ditempatkan pada medan magnet, jika kuat arus listrik diperbesar? 4. Bagaima na besar gaya magnetik yang timbul pada kawat berarusyang diletakan di dalam medan magnet, jika panjang kawat di perbesar? 5. Apakah kawat yang memiliki luas penampang homogen dan heterogen akan menghasilkan gaya magnetik yang berbeda, jika kedua kawat tersebut dialiri oleh kuat arus dan ditempatkan dalam medan magnet yang sama? Jelaskan! 6. Bagaimana cara anda menentukan besar gaya magnetik untuk percobaan 1 dan 2? Apakah besar gaya magnetik yang dihasilkan dalam kedua percobaan tersebut sama?
12.5
TUGAS AKHIR
1. Berdasarkan data hasil percobaan yang telah anda peroleh dari percobaan 1 dan 2, bergantung pada apa sajakah gaya magnetik? 2. Berdasarkan data hasil percobaan 1 yang telah dilakukan buat grafik hubungan arus i, dan tentukan besar medan magnet B dan gaya magnetik F. 3. Berdasarkan data hasil percobaan 2 yang telah dilakukan buat grafik hubungan
tan tan
dan
dan
panjang kumparan l, dan tentukan besar medan magnet B dan gaya magnetik F!
4. Bandingkan besarnya B dan F yang diperoleh dari percobaan 1 dan 2. Apakah terdapat perbedaan? Jelaskan!
Percobaan 13
Difraksi dan Deviasi 13.1.
TUJUAN
1. Menentukan panjang gelombang cahaya lampu berdasarkan peristiwa difraksi oleh kisi difraksi. 2. Menentukan sudut deviasi minimum prisma. 3. Menentukan indeks bias prisma.
13.2.
DASAR TEORI
Difraksi Cahaya oleh Kisi
Kisi difraksi dapat digunakan untuk menentukan panjang gelombang sebuah sumber cahaya. Kisi difraksi merupakan lapisan tipis yang terdiri dari banyak sekali celah yang dibuat dengan alat yang sangat teliti, sehingga jika kita lihat dengan mata biasa, celah-celah yang sangat bayak itu tidak akan terlihat. Celah-celah pada kisi tersebut memiliki jarak yang sama satu sama lain dan jumlah dari celah (grating) biasanya sangat banyak mencapai 1000 sampai 10.000 setiap milimeternya. Artinya dalam 1 milimeter terdapat celah sejumlah 1000 sampai 10.000 buah. Dengan demikian jika jarak antar celah disimbolkan dengan d dan konstanta kisi sama dengan N, maka:
1
(13.1)
Sumber-sumber difraksi tersebut akan saling berinterferensi satu sama lain sehingga menimbulkan pola interferensi pada layar seperti pada Gambar 13.2. Pola interferensi akan mengikuti persamaan berikut:
sin
dalam percobaan kita ambil n = 1. Dari persamaan tersebut kita dapat
menghitung panjang gelombang sumber cahaya jika sudut dan d diketahui.
Gambar 6.1: Pola interferensi pada kisi
(13.2)
Gambar 6.2: Pola interferensi pada kisi
Deviasi Cahaya oleh Prisma
Seperti balok kaca, prisma juga merupakan benda bening yang terbuat dari kaca. Bentuknya bermacam-macam, diantaranya seperti terlihat pada Gambar 13.3. Kegunaannya antara lain untuk mengarahkan berkas cahaya, mengubah dan membalik letak bayangan serta menguraian cahaya putih menjadi warna spektrum (warna pelangi). Anggaplah medium sekeliling prisma adalah udara. Berkas cahaya yang memasuki prisma dengan sudut dating tertentu akan dibiaskan dua kali. Pertama saat memasuki prisma dari udara, kedua saat akan keluar dari dalam prisma. Pada pembiasan pertama berkas cahaya datang dibiaskan mendekati garis normal, sedangkan pada pembiasan kedua berkas cahaya dibiaskan menjauhi garis normal. Seperti telah anda ketahui, ini terjadi karena indeks bias prisma lebih besar dari indeks bias udara.
Gambar 13.3: Jenis-jenis prisma
Gambar 13.4: Pembiasan pada pris ma menyebabkan cahaya terdeviasi dengan sudut deviasi
Sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh perpanjangan berkas cahaya dating dan berkas cahaya yang keluar dari prisma seperti terlihat pada Gambar 13.4. Sudut deviasi minimum, adalah sudut deviasi terkecil yang bias dihasilkan oleh prisma. Saat terjadi deviasi minimum berlaku persamaan:
+ 1 sin
2
2 sin
2
(13.3)
yang mana n1 merupakan indeks bias medium, n2 indeks bias prisma,
sudut deviasi minimum
dan adalah sudut pembias prisma. Jika n 1 udara maka diperoleh persamaan:
sin
sin
2
(13.4)
2
Maka dengan mengukur deviasi minimum indeks bias prisma dapat dihitung.
13.3.
METEODE PERCOBAAN
13.3.1.
Alat dan Bahan
1. Laser pointer
1 buah
2. Lampu halogen
1 buah
3. Rel optik berskala
2 buah
4. Penyambung rel
1 buah
5. Kaki rel
2 buah
6. Dudukan berjepit
3 buah
7. Diafrahma 1 celah
1 buah
8. Kisi difraksi.
1 buah
9. Frame kisi
1 buah
10. Prisma siku-siku
1 buah
11. Prisma sama sisi
1 buah
12. Busur dudukan prisma
1 buah
13. Layar
1 buah
14. Mistar
1 buah
13.3.2.
Prosedur Percobaan
Difraksi Cahaya oleh Kisi
Gambar 13.5: Skema pengukuran difraksi kisi
1. Set up peralatan seperti Gambar 13.5. 2. Nyalakan sumber cahaya dan arahkan pada bagian tengah kisi dan aturlah jarak L sehingga terbentuk pola interferensi pada layar seperti Gambar 13.2. 3. Geser-geserkan kedudukan cahaya dan celah tunggal sampai dilayar terlihat adanya garis terang dan gelap yang paling tajam, ukur dan catatlah jarak L ini.
4. Ukur dan catat X yakni jarak pusat pola terang ke salah satu terang pertama, yang berada disebelah kanan atau sebelah kiri pusat terang. 5. Lakukan pengukuran ini sebanyak 5 kali percobaan agar diperoleh data yang baik.
Deviasi Cahaya oleh Prisma
Gambar 13.6: Skema pengukuran deviasi prisma
1. Set up peralatan seperti Gambar 13.6. 2. Pertama ambilah prisma sehingga berkas cahaya tertangkap oleh layar berupa titik atau bulatan terang lalu tandailah dengan menggunakan pensil, dan catatlah jarak L antara posisi prisma terhadap layar. 3. Kemudian pasanglah kembali prisma dan arahkan cahaya pada salah satu sisi dari prisma maka titik terang tadi sekarang akan bergeser atau terdeviasi. 4. Putarlah layar perlahan-lahan sehingga cahaya terdeviasi pada layar mendekat ke titik terang awal yang sudah ditandai, tandailah titik terang tadi saat jaraknya paling dekat dengan titik terang awal. 5. Kemudian ukurlah jarak kedua titik terang tersebut dan catatlah sebagai nilai X. 6. Lakukan percobaan tersebut diatas 5 kali.
13.4.
TUGAS PENDAHULUAN
1. Jelaskan apa yang dimaksud pembiasan, pemantulan, dispersi, difraksi, interferensi dan deviasi! 2. Jelaskan proses terjadinya pelangi! 3. Buktikan Persamaan (13.3) dan (13.4)! 4. Jika diketahui pada percobaan difraksi kisi, bahwa jarak kisi ke layar L adalah 50 cm, sedangkan jarak titik terang pusat ketitik terang pertama X adalah 1 cm,. Apabila kisi memiliki 10000 celah tiap cm, hitunglah panjang gelombang cahaya tersebut! 5. Jika diketahui pada percobaan deviasi prisma, jarak prisma ke layar L adalah 100 cm, sedangkan jarak titik terang awal ke titik terang terdeviasi terdekat X adalah 50 cm, hitunglah indeks bias prisma, jika sudut pembias prisma adalah 600.
13.5.
TUGAS AKHIR
Difraksi Cahaya oleh Kisi
1. Hitunglah nilai d dari Persamaan (13.1). 2. Hitunglah nilai rata-rata hasil pengukuran L dan X.
3. Hitunglah sudut dengan persamaan:
tan−
(13.5)
4. Dengan nilai m = 1, hitunglah panjang gelombang cahaya sesuai persamaan (13.2).
Deviasi Cahaya oleh Prisma
1. Hitunglah indeks bias prisma sesuai Persamaan (13.4). 2. Bandingkan hasil yang didapat dengan literatur! 3. Berikan penjelasa mengenai jalannya sinar serta berikan ulasan mengenai jarak dan dusut yang paling tepat untuk mendapatkan cahaya pelangi yang baik!