LAPORAN LABORATORIUM FISIKA SEKOLAH II ROKET AIR SEDERHANA
Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Laboratorium Fisika Sekolah II dengan dosen: Drs. Purwanto, M.A.
Disusun oleh: Dian Raniah
1403597
Elsa Anggiya Nurinsani
1401630
Nia Kurniasih
1403254
Nurdini
1405361
DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA BANDUNG 2017
A. Judul
: Roket Air Sederhana
B. Tujuan
: Memberi pemahaman mengenai prinsip dasar roket
C. Alat dan Bahan
:
1. Alat-alat yang diperlukan : No
Alat-Alat
No
Alat-Alat
1
Glue gun
9
Batang lem lilin
2
Spidol marker
10
Double tip
3
Solder
11
Vinyl Electrical Tape
4
Cutter
12
Isolasi besar
5
Obeng + dan –
13
Lem pipa
6
Tang
14
Lem epoksi adhesive
7
Gergaji
15
Penggaris
8
Amplas/gerinda
2. Bahan-bahan a.
:
Alat Peluncur (Launcher) Bahan-bahan untuk membuat alat peluncur antara lain: 1. Pipa PVC ukuran ½ inch 2 meter 2. TEE PVC ukuran ½ inch 6 buah 3. KNEE PVC ukuran ½ inch 2 buah 4. Katup/klep PVC satu arah ukuran ½ inch 1 5. Soket drat PVC ukuran ½ inch 2 buah 6. Dop PVC ukuran ½ inch 6 buah 7. Kopler dan neeple 1 buah 8. Kabel rem 1 buah 9. Kawat kecil rem 1 buah 10. Handle/pegangan rem sepeda 1 buah 11. Bunglon (pentil bekas ban sepeda motor) 1 buah 12. Klem ukuran ½ inch 1 buah 13. Kaitan besi kabel rem 1 buah 14. Ban dalam bekas secukupnya
b. Badan Roket Bahan-bahan untuk membuat badan roket antara lain:
1.
Karet alas sandal bekas
2.
Botol bekas minuman bersoda (2 buah)
3.
Ipra board (semacam karton plastik) atau bisa juga menggunakan polyfoam
4.
Plastisin/malam/media
5.
Plastik mika transparansi
D. Landasan Teori 1. Hukum III Newton
Hukum III Newton menyatakan bahwa “Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, maka benda kedua tersebut memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda pertama”. Hukum ini terkadang dinyatakan sebagai hukum aksi-reaksi , “untuk setiap aksi ada reaksi yang sama dan berlawanan arah”. Gaya-gaya yang bekerja selalu terjadi dalam pasangan aksi-reaksi dan bahwa gaya reaksi sama dan berlawanan arah dengan gaya aksi (Tipler, 1991 : 97). Hukum III Newton dapat ditusi dengan persamaan : Faksi = - Freaksi Tanda minus manandakan arah yang berlawanan dengan gaya aksi Prinsip Dorongan roket Penerapan dari hukum fisika adalah roket yang didasari atas hukum III Newton dan penerapan impuls dan momentum. Roket mendapatkan dorongan dengan mengeluarkan gas pada bagian belakang. Roket mengerjakan gaya pada gas buang dan gas akan mengerjakan gaya yang sama dan berlawanan arah dengan arah roket. Gaya ini yang disebut gaya aksi-reaksi. Gaya eksternal yang bekerja pada suatu benda akan mengakibatkan laju perubahan momentum pada benda. Massa roket akan berubah secara terus menerus ketika roket membakar bahan bakarnya dan mengeluarkan gas buangnya. Jika kita misalkan bahwa F eks sebagai gaya eksternal netto yang bekerja pada roket, m adalah massa total roket, dan
adalah
kelajuan roket relative terhadap bumu pada saat t. kemudian saat roket itu
+∆, maka roket akan mempunyai massa ∆ dan bergerak dengan kelajuan +∆ . Jika gas buang yang keluar memiliki laju sebesar u .relatif terhadap roket, maka kecepatan pada saat +∆ relative terhadap bumi adalah Persamaan momentum pada saat roket diam : bergerak pada waktu
keluar
.
= Sedangkan momentum pada saat t+∆t adalah :
= ( ||)(+∆)+ |∆|( ) = + ∆ |∆|
.
Dengan menghitung perubahan momentum dan menyamakannya dengan impuls, maka :
∆= ∆ = ∆ |∆| ∆= ∆ ∆ |∆| = ∆ = + … (1) Persamaan Roket = , dorongan roket Ketika roket bergerak di dekat permukaan bumi, gaya eksternalnya adalah berat roket. Gaya tersebut bernilai negatif, karena melawan arah kecepatan. Sehingga dorongan harus lebih besar dibandingkan berat roket. Oleh karena itu persamaan 1 dapat ditulis :
= + dengan = = Jika roket membakar bahan bakar dengan laju konstan R, maka massa roket setiap
, dengan merupakan massa mula-mula. = = ∫ = ∫0 ∫
saat adalah m=
= ln 2. Momentum dan Impuls
Bila kita meniup balon, kemudian balon dilepaskan, akan kita amati bahwa balon tersebut akan terdorong ke arah yang berlawanan dari arah udara yang keluar dari balon. Prinsip terdorongnya roket akibat pancaran bahan bakar yang terbakar keluar, mirip dengan terdorongnya balon tersebut. Bahan bakar yang ada di roket terbakar dan keluar/menyembur, mengakibatkan roket terdorong ke atas. Gaya rata-rata yang dikerjakan gas pada roket disebut gaya dorong. Pada roket ini momentum sistem sebelum dan sesudah gas keluar tetap, dengan kata lain berlaku hukum kekekalan momentum.
Agar ketinggian yang dicapai roket makin besar, biasanya dipakai roket dengan beberapa tingkat. Perhatikan gambar (a), (b) dan (c) Pada gambar (a) : menunjukkan sebuah roket yang terbang vertikal keatas dengan kecepatan v, massa mula-mula m Pada ganbar (b) : setelah waktu ∆t, bahan bakar keluar sebanyak dm, kecepatan gas relatif terhadap bumi vI, dan relatif terhadap roket v r , Pada momentum berlaku :
F =
F . ∆t = p
∆p ∆
sesudah gas keluar – p sebelum gas keluar
= (m-dm) (v + dv) + v I dm – mv
= mv + mdv – vdm – dm dv +v I dm - mv = mdv + dm (v I – v), karena dmdv mendekati nol lihat gambar (c) vr = vI – v vI = vr + v sehingga : F.∆t = mdv + dm (v r + v – v) = mdv + vr dm
m dv = F - vr dm dt dt Secara matematis besarnya gaya dorong dapat ditulis sebagai F = vr .
dm dt
F = gaya dorong (newton) vr = kecepatan semburan gas relatif terhadap roket (m/s)
dm = laju massa gas buang (kg/s) dt Jika masa roket mula-mula m0 dan kecepatan awal v0 = 0, setelah bahan bakar roket habis massa roket ma, serta kecepatan roket va, maka secara matematis hubungan besar-besaran tersebut adalah ma = m0
e−ra
E. Prosedur Kerja
Langkah-langkan yang dilakukan untuk membuat alat peraga ini adalah sebagai berikut. Pembuatan Alat Peluncur
1. Memotong pipa PVC menjadi beberapa ukuran sebagai berikut : a. 12 cm sebanyak 1 buah b. 6 cm sebanyak 2 buah
c. 21 cm sebanyak 2 buah d. 17,5 cm sebanyak 1 buah e. 8,5 cm sebanyak 2 buah f. 11 cm sebanyak 4 buah g. 16 cm sebanyak 1 buah
Keterangan : Gambar diatas merupakan konfigurasi bentuk utuh dari peluncur roket. Pada gambar yang diberi panah diberikan lem pipa untuk menghubungkannya dengan mengoleskan lem pada bagian ujung secara melingkar. Proses pengeleman bagian-bagaian yang diberi tanda panah diatas sebaliknya dilakukan setelah ppa utama peluncur (bagian yang dilingkari garis merah) telah selesai dibuat, terutama pada bagian B, C, dan D. 2. Memototong TEE PVC secara tegak lurus. Setelah terpotong, kemudian memanaskan bagian dalam TEE PVC di atas api sedang. Setelah sedikit lunak, menempelkan bagian dalam TEE PVC pada pipa PVC. Kemudian, memeberikan tekanan secukupnya sampai bentuk permukaan bagian dalam TEE PVC mengikuri bentuk pipa PVC. Mengulangi langkah ini sehingga didapatkan dua buah TEE yang terpotong. 3. Menyiapkan bahan-bahan roket yang terdiri dari sebuah kopler, dua buah soker drat PVC, sebuah katup/klep PVC satu arah, pipa PVC dengan ukuran panjag A, sebuah bunglon, sebuah dop PVC, dan karet ban dalam bekas secukupnya untuk
membuat pipa utama peluncur. Kemudia, menyusun pipa utama pelucur seperti pada gabar berikut ini.
Keterangan : Posisi katup/ klep PVC satu arah jangan dibalik. Arah tanda panah yang terletak pada badan klep menghadap ke atas yaitu ke arah kopler. 4.
Memanaskan diatas api bagian soket drat PVC tempat masukanya kopler. Jika sudak sedikit lunak, kemudian memasukkan bagian bawah kopler ke dalam drat PVC yang lunak. Selanjutnya, menekannya hingga pipa drat PVC membentuk pola segienam yang mengikuti pola kopler.
5. Memberi lem pada bagian kopler pada daerah yang diberi tanda panah secara melingkar. Lem yang digunakan adalah lem epoksi adeshive yang telah dicampur terlebih dahulu. Kemudian memasangkannya di dalam drat PVC ½ inch dengan posisi bagian kepala kopler di atas. Memberi lem epoksi kembali secara merata pada bagian sambungan antara kopler dan drat PVC ½ inch. 6. Menyiapkan sebuah bunglon, sedikit karet ban dalam bekas, dan sebuah dop PVC. Melubangi permukaan atas dop pada bagaian tengahnya dengan menggunakan solder. Ukuran diameter lubang seukuran dengan diameter bunglon. Memberi lem epoksi adesive pada sambungan antara bunglon dan karet ban dala, kemudian memasukkan bunglon dan karet ban dalam tersebut ke dalam dop PVC sampai bagian bunglon bertemu dengan permukaan dop PVC. Memberi lem epoksi adesive kemabali pada bagian bunglon yang keluar dari permukaan dop PVC. Memasang kembali karet ban dalam bunglon. Terakhir, mengencangkan dengan mur sehingga bunglon melekat kuat pada dop.
Catatan : Mendiamkan sambungan kopler drat bunglon dop selama 12 jam
hingga lem epoksi adesive benar-benar mengering dan mengeras. Setelah itu, menyambungkan semuan pipa utama laucher dengan urutan kopler drat, klep/ katp PVC , soket drat PVC, pipa ukuran panjang A, dan bunglon dop. Untuk bagian sambungan pipa, memberikan lem pipa secara merata pada kedua ujung pipa ukuran panjang A. Memasukkan secara memutar bagian drat PVC pada satu ujung pipa PVC, dan dop bunglon pada ujung pipa PVC lainnya. Mendiamkan sampai
lem benar-benar mengering. Pada bagian drat PVC, tidak perlu diberi lem, cukup diputar hingga kencang. Skema pemasangan bagian-bagian dari pipa utama peluncur
7. Melelehkan lem lilin dengan menggunakan glue gun. Memberikan lem lilin pada bagian berongga merupakan sambungan antara TEE PVC dengan bagia kaitan PVC kabel rem. Memberikan lem lilin juga pada rongga yang terdapat pada sisi belakang sambungan antara TEE PVC dengan bagaian kitan PVC. 8. Menggabungkan seluruh konfigurasi utuh alat peluncur roker (lihat gambar konfigurasi alat peluncur yaitu pipa-pipa PVC, TEE PVC, dan KNEE PVC). Perhatikan saat memasang dan mengelem bagian pipa- utama peluncur, pipa B, pipa C, dan pipa D! Bentuk akhir bagian-bagian ini ketika dipasang adalah persegi empat panjang dengan bagian pipa-utama peluncur dapat digerakkan.
9. Memasang kawat kecil rem di kepala kopler dengan bantuan klem ½ inch. Mengencangkan klem dengan obeng sehingga kawat kecil tidak bergeser saat ditarik. 10. Memasang handle rem pada pipa PVC ukuran panjang G. Pada kedua ujung pipa ditutup dengan dop PVC dengan memberikan lem pipa pada kedua ujung pipa terlebih dahulu. Kemudian, memasang kabel rem pada handle rem. 11. Memasukkan ujung kawat rem ke dalam kaitan PVC kabel rem. Selanjutnya, kawat kabel rem dikencangkan menggunakan bantuan klep sehingga dapat menjalar di pipa utama. Mengatur panjang kawat rem hingga kopler tertarik pada saat rem ditekan. 12. Alat peluncur siap siap untuk digunakan. Pembuatan Badan Roket
Skema Pembuatan Badan Roket
1. Menyiapkan dua buah botol bekas minuman bersoda. Menghilangkan label yang melekat pada botol tersebut. Botol yang digunakan bisa berukuran 600 ml maupun ukuran 1,5 liter. 2. Mengambil satu buah botol. Memtotong bagian belakang botol. 3. Memberi malam/plastisin pada bagian ujung botol yang telah dipotong, menekannya hingga malam melekat pada ujung botol. Malam berfungsi sebagai pemberat roket. 4. Mengatur titik setimbang roket bagian kepala dengan bagaian ekor dengan cara menambahkan/mengurangkan plastisin. Titik setimbang roket berada sedikit ke depan ke bagian kepala roket, bukan di bagian tengahnya. 5. Memasang botol yang terpotong dengan botol lainnya dengan cara memasukkan pangkal botol yang terpotong ke bagian pangkal botol yang tidak terpotong. Memberikan isolasi/lakban pada bagian sambungan. 6. Membuat sayap roket dengan menggunakan karton plastik/polyfoam. Ekor roket berbentuk trapesium dengan ukuran menyesuaikan dengan ukuran botol. Untuk satu buah roket dibutuhkan tiga sa yap yang bentuk dan ukurannya identik. 7. Menempelkan double tip pada kertas mika. Gunting seukuran dengan panjang sayap. Lipat dua secara memanjang dengan bagian plastiknya berada di dalam lipatan. 8. Menempelkan kertas mika yang telah diberi double tip pada sayap, kemudian menempelkan sayap pada botol bagian bawah. Perhatikan saat menempelkan ketiga sayap, jarak antar sayap harus sama. 9. Memberikan vinyl electrical tape pada bagian tepi sayap. 10. Memotong karet sandal bekas berbentuk kerucut dengan bagian dasar seukuran dengan
diameter
tutup
botol
untuk
membuat
bantalan/peredam
roket.
Menempelkan kerucut sandal bekas ke tutup botol dengan menggunakan lem epoksi adesive. Menunggu hingga mengering dan keras. Menempelkan vinyl electrical tape pada bagian sambungan antara tutup botol dan karet sandal bekas. 11. Memasang noozle pada bagian ujung botol. Agar noozle tidak terlepas saat diberi tekanan, dapat membuat penghambat noozle dengan menggunakan tutup botol yang telah dilubangi. Memasang tutup botol yang telah dilubangi ke bagian bawah botol sehingga noozle menjadi tertahan saat udara dipompakan ke dalam botol. 12. Roket siap diluncurkan.
F. Anggaran Biaya
Anggaran yang dikeluarkan untuk membuat alat peraga ini diantaran ya adalah sebagai berikut. 1. Alat-Alat Umum No
Nama Alat
Spesifikasi
Jumlah
Harga
Harga Total
-
-
-
-
Warna hitam
1 buah
Rp
7500
Rp
7500
Rp
4000
Rp
4000
1
Glue gun
2
Spidol marker
3
Amplas/gerinda
-
1 lembar
4
Solder
-
-
-
-
5
Cutter
-
-
-
-
6
Obeng + dan -
-
-
-
-
7
Tang
-
-
-
-
8
Gergaji
-
-
-
-
9
Penggaris
Panjang 30 cm
1 buah
Rp
3000
Rp
3000
10
Batang lem lilin
Ukuran kecil
2 buah
Rp
1000
Rp
2000
11 Double tip
Warna bening
1 buah
Rp
7500
Rp
7500
13
Isolasi besar
Warna hitam
1 buah
Rp
8000
Rp
8000
14
Lem pipa
40 gram
1 buah
Rp
9000
Rp
9000
15
Lem epoksi adesive
48 gram
1 buah
Rp 13000
Total Pengeluaran
Rp 13000 Rp 54000
2. Bahan-Bahan Pembuatan Alat Peluncur No
Nama Alat
1
Pipa PVC
2
TEE PVC
Spesifikasi
Ukuran ½ inch Panjang 2 meter Ukuran ½ inch
Jumlah
Harga
Harga Total
2 buah
Rp
5000
Rp 10000
6 buah
Rp
3500
Rp 21000
3 4
5
6
7
8
9
Knee PVC Katup/klep PVC satu arah
Ukuran ½ inch
2 buah
Rp
3000
Rp
6000
Ukuran ½ inch
1 buah
Rp
9500
Rp
9500
2 buah
Rp
3000
Rp
6000
6 buah
Rp
1500
Rp
9000
-
1 buah
Rp
5000
-
1 buah
Rp 11000
Rp 11000
-
1 buah
Rp 17000
Rp 17000
-
1 buah
Rp 10000
Rp 10000
Soket drat PVC
Ukuran ½ inch
ukuran ½ inch Ukuran ½ inch
Dop PVC Kopler dan neeple
Kabel rem Kawat kecil rem Handle/pegangan rem sepeda
Rp
5000
Bunglon (pentil 10 bekas ban sepeda motor) Ukuran ¾ inch 11
Klem
Ukuran 1 inch
1 buah
Ukuran 1 ½ inch
Rp
2500
Rp
4000
Rp
5000
Total Pengeluaran
Rp 11500
Rp 116000
3. Bahan Pembuatan Badan Roket No
1
2 3
Nama Alat
Karet alas sandal bekas Botol bekas minuman bersoda Ifra board
4
Plastisin/malam/media
5
Plastik mika
Spesifikasi
Jumlah
Harga
Harga Total
-
-
-
-
-
-
-
-
Warna hijau
1 buah
Rp 23000
Rp 23000
1 pack
Rp
3000
Rp
3000
1 buah
Rp
1000
Rp
1000
Berwarna warni Warna bening
transparansi
Total Pengeluaran
Rp 27000
Dengan demikian, total pengeluaran yang dikeluarkan adalah sebagai berikut : No
1
Jenis Keperluan
Biaya yang Dikeluarkan
Alat-alat umum
Rp
2
Bahan pembuatan alat peluncur
Rp 116000
3
Bahan pembuatan badan roket
Rp
Total Biaya yang Dikeluarkan
54000
27000
Rp 197000
G. Analisis (Cara Kerja)
Roket air adalah suatu alat peraga yang menerapkan konsep momnetumimpuls dan hukum III Newton. Dimana roket air tersebut dapat dibuat dengan mudah dan alat dan bahan yang digunakan pun mudah untuk didapatkan. Prinsip kerja atau cara kerja yang digunakan oleh roket air tersebut adalah sebagai berikut, roket air akan diluncurkan pada tempat yang luas seperti lapangan bola atau lapangan basket. Kemudian, pada roket tersebut isi botolnya dengan air kira-kira sepertiga bagian dari isi botol tersebut. Lalu, memasangkan noozle pada kopler dengan cara memasangkan tutup botol pada roket tersebut yang telah dilubangi dan dipasang noozle. Memasangkan noozle roket ke bagian kopler dengan cara menarik bagian atas kopler ke bawah, dan dalam memasangkan noozle dengan sedikit menekannya ke dalam kopler. Kunci noozle dengan menggerakkan bagian kopler yang ditarik tadi ke atas. Sebelum meluncurkan roket, mengatur sudut kemiringan roket terlebih dahulu dengan cara menggerakkan pipa utama peluncur. Kemudian, memasangkan selang pompa pada bunglon dan beri tekanan udara dengan cara menekan pompa beberapa kali. Jika udara masuk maka akan terlihat gelembung-gelembung udara pada air yang berada dalam roket.untuk meluncurkan roket cukup dengan menekan handle rem sepeda tetapi dengan pelan-pelan. Apabila roket ingin diluncurkan dalam ketinggian
tertentu, maka dapat mengatur sudut kemiringan roket sebelum diluncurkan dan tekanan udara yang diberikan oleh pompa.
H. Kelebihan dan Kekurangan 1. Kelebihan Roket yang dibuat
a. Dapat menjelaskan prinsip kerja roket b. Barang-barang yang digunakan mudah ditemukan c. Mudah dibuat 2. Kelemahan Roket yang dibuat a. Membutuhkan biaya yang cukup mahal b. Penggunaan kopler terbuat dari logam yang dapat mempengaruhi massa badan roket sehingga gaya berat roket bertambah
Daftar Pustaka
Loan,
Consolidation.
2014.
Hukum
III
Newton.
[Online]
Tersedia
:
http://fisikazone.com/hukum-iii-newton/. Diakses Pada 9 Mei 2017 Yudhoyono, Sulistiyo. 2015. Makalah Seminar Fisika Roket Air. [online]. Tersedia: https://www.slideshare.net/SulistiyoYudhoyono/makalah-seminar-fisika-roket-air.
Diakses
Pada 9 Mei 2017 Tipler, Paul. 1991. FISIKA untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga Jonifan,
dkk.
(tanpa
tahun).
Momentum
dan
Impuls.
[Online].
Tersedia:
ermach.staff.gunadarma.ac.id/.../Bab+8+Momentum+dan+Impuls [Diakses Pada Hari Rabu, 10 Mei 2017].
