Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana untuk SMA

Kata Pengantar Fisika sebagai bagian dari sains, dalam pembelajarannya, tentunya tidak terlepas dari kegiatan praktikum. Praktikum dalam pembelajaran fisika merupakan suatu rangkaian kegiatan pembuktian dan pengembangan konsep fisika yang telah dipelajari secara maya melalui buku, internet, dan pembelajaran di kelas. Hal ini perlu dilakukan dengan harapan selain memiliki pengetahuan yang bersifat maya, siswa juga memiliki pengalaman penerapan pengetahuan secara nyata berupa praktikum yang dilakukan di sekolah, sehingga yang terjadi bukan hanya sebatas mengingat ilmu pengetahuan (konsep, fakta-fakta, dan prinsip) saja, namun lebih pada pemahaman terhadap ilmu pengetahuan tersebut, disamping juga terbentuknya sikap ilmiah pada diri siswa. Hasil survei menunjukkan bahwa kondisi fasilitas sarana dan prasarana laboratorium IPA (termasuk di dalamnya fisika) SMP dan SMA di sekolah-sekolah yang terletak di daerah terpencil atau kepulauan di Indonesia, hingga saat ini (Burhan: 2006): (1) fasilitas, alat dan bahan yang ada sangat minim jika dibandingkan dengan rasio jumlah pemakai, (2) praktikum yang telah direncanakan sering tertunda pelaksanaannya karena beberapa bahan dan alat yang tersedia jumlahnya kurang sesuai dengan kebutuhan kegiatan, dan (3) penggunaan alat dan bahan baru sebatas dengan metode demonstrasi atau hanya diperagakan untuk beberapa topik saja. Permasalahan yang disinyalir sebagai penyebab kondisi ini adalah kecenderungan biaya yang dialokasikan sekolah untuk penunjang kegiatan laboratorium tidak mencukupi serta

sulitnya transportasi ke daerah-daerah terpencil dan atau kepulauan di Indonesia. Terlepas dari kondisi kelengkapan fasilitas laboratorium IPA (termasuk di dalamnya fisika), kegiatan praktikum hendaknya dapat terus diselenggarakan tanpa harus menunggu lengkapnya fasilitas. Dalam hal ini, kreativitas dan profesionalisme guru menjadi penentu kelangsungan kegiatan praktikum di sekolah. Untuk menjaga kelangsungan kegiatan praktikum IPA, khususnya praktikum fisika, guru perlu mengembangkan alternatif alat peraga praktikum fisika sederhana, dimana alat tersebut dapat dibuat dan dikembangkan sendiri dengan memanfaatkan bahan bekas yang banyak terdapat di lingkungan sekitar. Melalui kegiatan Program Kreativitas Mahasiswa (PKM), Kami mencoba menyampaikan ide ini kepada DIKTI dan astungkara disetujui dan diberikan kesempatan untuk merealisasikan sebuah kegiatan Pelatihan Pembuatan Alat Peraga Praktikum Fisika Sederhana Berbahan Dasar Barang Bekas di salah satu daerah terpencil di Provinsi Bali, yaitu Kecamatan Nusa Penida. Sehubungan dengan ini, Kami haturkan terimakasih kepada: (1) Ida Sang Hyang Widhi Wasa, (2) dosen pembimbing, Prof. Dr. Ketut Suma, M.S, dan (3) seluruh civitas akademika Universitas Pendidikan Ganesha tahun 2014. Tim Penyusun I Gede Dana Santika, Gde Parie Perdana, AA Gede Basudewa, & I Putu Darma Putra 12 Juni 2014

Daftar Isi Elektroskop Sederhana

1

Pembentukan Bayangan oleh 2 Cermin Datar

9

Induksi Elektromagnetik

15

Konversi Energi Mekanik-Kalor

19

Manometer Air

22

Konveksi pada Gas

30

Resonansi Bunyi

33

Generator Van De Graff

37

Elektroskop Sederhana Kegunaan dalam Pembelajaran 1. Sebagai media bagi siswa untuk menginvestigasi bahanbahan yang bermuatan listrik akibat digosok. 2. Sebagai media bagi siswa untuk menganalisis cara kerja elektroskop. Landasan Teori Keberadaan muatan listrik pada sebuah benda dapat diketahui dengan elektroskop. Elektroskop terdiri atas dua buah daun logam tipis yang dipasang pada ujung batang logam. Ujung lain batang itu biasanya dipasang bola logam (knob). Untuk menghindarkan dari berpindahnya muatan ke udara bebas, batang tersebut dimasukkan ke dalam kaca.

Gambar 1. Elektroskop dan cara kerjanya

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

1

Misalkan kita mendekatkan sisir bermuatan negatif pada knob elektroskop. Elektron-elektron pada batang logam akan terdorong menuju dua daun elektroskop, sedangkan pada knop akan mengumpul muatan positif. Kedua daun tersebut mendapatkan

elektron,

sehingga

bermuatan

negatif.

Akibatnya, kedua daun tersebut tolak-menolak dan mekar. Berikut merupakan beberapa contoh benda bermuatan yang dapat diujikan keberadaan muatannya pada elektroskop. Tabel 1. Bahan-bahan Bermuatan Listrik Statis

Alat dan Bahan Alat dan bahan yang diperlukan dalam pembuatan elektroskop sederhana adalah sebagai berikut. a. Botol selai bekas b. Kawat tembaga c. Penggaris mika (bahan uji)

d. Penggaris besi (bahan uji) e. Pulpen (bahan uji) f. Buku


2

g. Aluminium foil

i. Paku ukuran besar

h. Sedotan minuman

j. Lem

Prosedur Perancangan Alat Kawat tembaga yang salah satu ujungnya dibentuk seperti baygon bakar. Tujuannya untuk memperluar bidang pengumpulan elektron

Tutup botol selai bekas dilubangi dengan paku kemudian pada lubang dimasukkan potongan pipet bekas. Ujung kawat tembaga yang masih utuh kemudian dimasukkan kedalam pipet.

Dua buah potongan aluminium foil yang berbentuk persegi panjang dengan ukuran yang sama kemudian digantungkan pada ujung kawat tembaga yang telah dibengkokkan. Ukuran kedua potongan aluminium foil dibuat sama agar jumlah muatan yang mengumpul juga sama, sehingga aluminium mekar simetris.

Gambar 2. Elektroskop Sederhana Berikut adalah langkah-langkah pembuatan alat peraga elektroskop sederhana. a. Buatlah sebuah lubang kecil di tengah-tengah tutup botol selai bekas dengan menggunakan paku. b. Masukkan sedotan minuman pada lubang tersebut dan rekatkan dengan menggunakan lem.


3

c. Ambil kawat tembaga dan bengkokkan salah satu ujungnya hingga bentuknya seperti lingkaran baygon bakar. d. Masukkan ujung kawat tembaga yang lain (ujung yang masih utuh) pada sedotan minuman yang telah direkatkan pada tutup botol selai bekas. e. Bengkokkan ujung kawat tersebut hingga berbentuk seperti kait pancing. f. Potong aluminium foil menjadi dua buah persegi panjang dengan ukuran dan bentuk yang sama dan lubangi salah satu ujung masing-masing potongan. g. Masukkan kedua potongan aluminium foil tersebut pada ujung kawat tembaga yang telah dibengkokkan. h. Masukkan ujung kawat tembaga yang berisi alumimium foil ke dalam botol selai bekas. i. Rekatkan tutup botol selai bekas.


4

Penerapan dalam Kegiatan Pembelajaran Berikut merupakan contoh penerapan alat peraga elektroskop sederhana dalam kegiatan belajar mengajar. a. Siapkan elektroskop sederhana yang telah dibuat dan bahan yang ingin kita uji keberadaan muatan listriknya. Bahan Uji: 1. Penggaris Mika 2. Penggaris Besi 3. Pulpen

b. Gosokkan penggaris besi dan penggaris mika pada buku dengan arah gosokan satu arah.

Gosokan penggaris harus searah.

c. Dekatkan penggaris besi yang telah digosok pada ujug kawat tembaga elektroskop yang berbentuk baygon bakar dan perhatikan apa yang terjadi pada dua buah aluminium foil yang digantung pada ujung kawat yang lain.


5

Ketika penggaris besi yang telah digosokkan secara searah pada buku didekatkan diujung kawat eelktroskop, aluminium foil tetap kuncup. Artinya tidak ada muatan pada penggaris besi.

d. Dekatkan penggaris mika yang telah digosok pada ujug kawat tembaga elektroskop yang berbentuk baygon bakar dan perhatikan apa yang terjadi pada dua buah aluminium foil yang digantung pada ujung kawat yang lain.

Ketika penggaris mika yang telah digosokkan secara searah pada buku didekatkan diujung kawat elektroskop, aluminium foil mekar. Artinya ada muatan pada penggaris mika.


6

e. Dekatkan sebuah pulpen pada ujug kawat tembaga elektroskop yang berbertuk baygon bakar dan perhatikan apa yang terjadi pada dua buah aluminium foil yang digantung pada ujung kawat yang lain.

Ketika pulpen didekatkan diujung kawat elektroskop, aluminium foil tetap kuncup. Artinya tidak ada muatan pada pulpen.

Hasil dan Pembahasan Bahan Uji 1: Penggaris Besi yang Telah Digosok Secara Searah pada Buku Ketika penggaris besi yang telah digosokkan searah pada buku didekatkan ke ujung kawat tembaga elektroskop yang berbentuk baygon bakar, ternyata kedua daun kertas aluminium tidak mekar. Ini menandakan bahwa pada penggaris tidak ada muatan listrik.


7

Bahan Uji 2: Penggaris Mika yang Digosokkan Secara Searah pada Buku Ketika penggaris mika digosokkan secara searah pada buku, maka electron pada buku pindah ke ujung penggaris mika yng digosokkan tersebut, akibatnya ujung penggaris mika menjadi bermuatan negatif. Pada saat ujung penggaris yang bermuatan negative

tersebut

kita

dekatakan

ke

kawat

tembaga

elektroskop, proton-proton pada kawat tembaga elktroskop akan tertarik oleh muatan negative penggaris mika. Protonproton tersebut ankan mengumpul pada ujung kawat tembaga elktroskop yang berbentuk lingkaran baygon. Sedangkan electron-elektron kawat tembaga elktroskop akan terdorong ke ujung bawah kawat tembaga elektroskop hingga bergerak pada kedua daun foil. Karena kedua kertas aluminium foil sama-sama bermuatan negative, akibatnya kedua daun tersebut tolak-menolak dan mekar. Bahan Uji 3: Pulpen yang Digosokkan Secara Searah pada Buku Ketika

pulpen

didekatkan

ke

ujung

kawat

tembaga

elektroskop yang berbentuk kawat tembaga, ternyata kedua daun kertas aluminium tidak mekar. Ini menandakan bahwa pada pulpen tidak ada muatan listrik.


8

Pembentukan Bayangan oleh Dua Cermin Datar Kegunaan dalam Pembelajaran 1. Menjelaskan hubungan antara jumlah bayangan yang dihasilkan dengan sudut yang dibentuk oleh dua cermin datar. 2. Membandingkan jumlah bayangan yang dibentuk yang diperoleh melalui percobaan dengan jumlah bayangan yang yang diperoleh dengan menggunakan rumus (teori). Landasan Teori Jika suatu benda ditempatkan di depan cermin datar maka di dalam cermin datar akan terlihat bayangan benda tersebut. Proses pembentukan bayangan pada cermin datar terjadi akibat adanya perpotongan perpanjangan sinar pantul di belakang cermin dan bayangan yang terbentuk tepat berada pada perpotongan perpanjangan sinar pantul tersebut. Bayangan yang terbentuk oleh perpanjangan sinar-sinar pantul disebut dengan bayangan maya, dimana bayangan ini dapat dilihat oleh mata, namun tidak dapat ditangkap oleh layar. Secara lebih spesifik, bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah sebagai berikut. 1. Tinggi bayangan sama dengan tinggi benda (h’=h).


9

2. Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin (s’=s). 3. Bayangan bersifat maya. 4. Orientasi bayangan menghadap terbalik dengan benda. 5. Bayangan berdiri tegak, sama dengan bentuk bendanya. Apabila dua buah cermin datar disusun dengan membentuk sudut tertentu, maka mekanisme pembentukan bayangannya adalah sebagai berikut.

Gambar 1. Proses Pembentukan Bayangan oleh 2 Cermin Datar Sebuah obyek di depan dua cermin yang membentuk sudut 80, didapat jumlah bayangan sebanyak 4 buah. Dari ilustrasi di atas, maka persamaan untuk menentukan jumlah bayangan


10

yang dibentuk oleh dua buah cermin datar yang membentuk sudut tertentu sebagai berikut:

n

360 0



1

Dimana: n = jumlah bayangan θ = sudut apit yang dibenuk oleh dua cermin datar Alat dan Bahan Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat alat peraga ini adalah sebagai berikut. 1. Dua buah cermin datar berukuran 50 cm x 30 cm. 2. Papan kayu (landasan) berukuran 70 cm x 70 cm. 3. Satu buah busur derajat 4. Dua buah penyangga cermin yang terbuat dari kayu 5. Lem kayu Alat/perkakas yang diperlukan adalah sebagai berikut. 1. Gergaji 2. Mesin bor kayu 3. Penghalus kayu 4. Palu


11

Prosedur Perancangan Alat

Rancang alat dan bahan seperti gambar di bawah ini.

Penerapan dalam Kegiatan Pembelajaran Berikut merupakan contoh penerapan alat peraga ini dalam kegiatan belajar mengajar. 1. Geser kedua cermin datar sehingga membentuk sudut 300. 2. Amati pada kedua cermin datar, berapa jumlah bayangan benda yang tampak. 3. Catat hasil yang diperoleh. 4. Ulangi langkah 1-3 untuk sudut apit sebesar 600, 900, 1200, dan 1800.


12

Data hasil percobaan ditulis dalam tabel berikut berikut . Sudut Apit (θ)

Jumlah Bayangan (n)

300

….

600

….

900

….

1200

….

1800

….

Sesuai dengan tujuan percobaan, teknik analisis data dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu sebagai berikut. 1. Dari data hasil percobaan yang diperoleh, arahkan siswa untuk mengidentifikasi bagaimana jumlah bayangan yang dibentuk oleh kedua cermin datar saat sudut apit diubahubah dari 450 sampai sudut 1800. Tugaskan siswa untuk menjelaskan secara singkat hubungan antara sudut apit dan jumlah bayangan yang dibentuk. 2. Tugaskan siswa untuk membandingkan jumlah bayangan yang

dibentuk

melalui

percobaan

dengan

jumlah

bayangan yang dibentuk dihitung dari formula (teori) untuk semua variasi sudut yang digunakan. Gunakan rumus berikut.


13

n

360 0



1

Setelah menggunakan formula di atas untuk tiap-tiap sudut apit yang dibentuk, lalu bandingkan dengan hasil yang diperoleh melalui percobaan, apakah nilainya sama atau tidak. Sebagai penutup, mintalah siswa menyimpulkan hasil percobaan tersebut. Kesimpulan Persamaan jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua cermin datar yang membentuk sudut tertentu berikut:

n

360 0



1

terbukti benar.


14

Induksi Elektromagnetik Kegunaan dalam Pembelajaran 1.

Untuk menunjukkan medan magnet disekitar kawat berarus (solenoida).

2.

Untuk menunjukkan hubungan jumlah lilitan pada solenoida terhadap besar induksi medan magnet.

Landasan Teori Kawat yang dialiri oleh arus akan akan menimbulkan medan magnet. Saat arus listrik mengalir pada kumparan (lilitan kawat), maka medan magnet akan tercipta di dalam dan disekitar kumparan. Bila arus yang dialirkan semakin besar, maka medan magnet yang tercipta akan semakin besar pula dan bahan atau benda yang berada dalam kumparan akan terinduksi. Bila arus listrik yang dialirkan dihentikan, maka induksi

magnet

juga

hilang.

Adapun

faktor

yang

mempengaruhi besar medan magnet pada kawat berarus adalah arus listrik yang mengalir (I) dan jumlah lilitan pada solenoida (N). Semakin besar jumlah arus yang dialirkan maka akan semakin besar pula medan magnet yang tercipta disekitar solenoida. Begitupula halnya dengan jumlah lilitan pada solenoida. Bila jumlah lilitan semakin banyak, maka medan magnet disekitar solenoida akan semakin besar.


15

Mengingat jumlah medan magnet pada solenoida merupakan jumlah vektor dari induksi-induksi yang ditimbulkan oleh masing-masing lilitan yang membentuk solenoida tersebut. Alat dan Bahan a. Papan Kayu

f.

Paku 12 cm

b. Gergaji

g. Paku-paku kecil

c. Kawat Tembaga

h. Baterai

d. Capit Buaya Hitam

i.

Sterofoam

e. Capit Buaya Merah

j.

Lem

Penggunaan Alat dalam Kegiatan Pembelajaran 1. Rangkai alat dan bahan seperti gambar di bawah ini

2. Hubungkan kabel penjepit buaya pada baterai.


16

3. Jepit kedua ujung lilitan kawat tembaga pada solenoida dengan jumlah lilitan 75 lilitan dengan penjepit buaya. 4. Dekatkan/sentuhkan kumpulan paku-paku kecil pada ujung solenoida. 5. Hitung jumlah paku yang menempel pada ujung solenoid, lakukan kegiatan ini sebanyak 5 kali. 6. Ulangi langkah percobaan 4 sampai 6 untuk solenoida yang lain dengan jumlah lilitan yang berbeda yaitu 100 lilitan dan 125 lilitan. 7. Tulis data hasil pengamatan, seperti pada tabel berikut. No

Jumlah Lilitan

Jumlah Paku yang Menempel

1 2 3

Teknik Analisis Data Berdasarkan

data

hasil

percobaan,

tugaskan

siswa

menginvestigasi kebenaran pernyataan bahwa besarnya medan magnet yang terjadi sebanding dengan jumlah lilitan pada paku, sesuai dengan persamaan berikut.

B

 0 NI l

  0 nI


17

Persamaan tersebut juga menunjukkan bahwa besarnya medan magnet (B) berbanding lurus dengan besarnya arus listrik yang

mengalir

pada

solenoida

(I).

Hal

ini

dapat

didemonstrasikan kepada siswa dengan cara memvariasikan besarnya arus yang mengalir pada lilitan kawat sama (variasikan jumlah baterai), kemudian mengamati variasi banyaknya paku yang dapat ditarik untuk masing-masing variasi arus listrik tersebut. Contoh Alat yang Sudah Jadi


18

Alat Konversi Energi Mekanik – Kalor Kegunaan dalam Pembelajaran 1. Untuk mendemonstrasikan bahwa kalor merupakan sebuah bentuk energi. 2. Untuk mendemonstrasikan hubungan kesebandingan antara

ketinggian

jatuhnya

beban

(h)

terhadap

peningkatan suhu air yang terjadi. Landasan Teori Pengamatan terhadap hubungan antara kalor yang dihasilkan dari usaha mekanik yang diberikan pada suatu benda pertama kali dilakukan oleh seorang fisikawan Inggris, James Prescott Joule. Tujuan utama dari pengamatannya adalah untuk menentukan perbandingan nilai energi yang diberikan dan nilali kalor yang dihasilkan pada suatu benda. Joule menggunakan berbagai cara yang berbeda dalam pemberian energi dan mengukur nilai kalor yang terbentuk pada setiap cara. Pada semua cara, Joule menemukan bahwa jumlah energi yang sama selalu menghasilkan jumlah kalor yang sama pula. Joule menemukan bahwa 4186 joule energi diperlukan untuk menghasilkan jumlah kalor yang sama yang dapat meningkatkan suhu 1 kg air sebanyak 1 0C. Joule menetapkan perbandingan antara energi yang diberikan (E)


19

dan jumlah kalor yang dihasilkan (Q) sama dengan suatu konstanta (J). E/Q = J Joule kemudian menyimpulkan bahwa kalor merupakan sebuah bentuk energi. Rancangan dan Cara Kerja Alat

Beban dijatuhkan dari ketinggian h. Sementara beban tersebut jatuh, maka batang akan berputar akibat tertarik tali yang terhubung pada beban. Karena batang berputar, maka kipas yang ada di dalam penampung air juga akan ikut berputar dan


20

mengaduk air yang massanya telah diketahui. Sehingga energi potensial beban akan berubah menjadi energi kinetik kipas yang beputar. Akibat gesekan antara air dan kipas yang berputar, maka energi kinetik kipas akan berubah menjadi kalor dan sebagai akibatnya suhu air akan meningkat. Kenaikan suhu air akan terukur oleh termometer yang telah dipasang pada penampung. Teknik Analisis Data Tujuan pertama dari rancangan alat yang dibuat adalah untuk mendemonstrasikan bahwa kalor merupakan salah satu bentuk energi. Hal ini karena kalor dapat dihasilkan dari energi pontensial dan energi kinetik. Oleh karena energi potensial dan atau energi kinetik dapat dirubah menjadi kalor, maka dapat disimpulkan bahwa kalor merupakan salah satu bentuk nergi. Tujuan kedua dari rancangan alat yang dibuat adalah untuk menyelidiki hubungan antara ketinggian jatuhnya beban terhadap peningkatan suhu air yang terjadi. Secara teori, semakin tinggi jatuhnya beban maka semakin besar energi potensial yang akan dirubah menjadi kalor, sehingga peningkatan suhu air juga akan tinggi. Tugaskan siswa untuk mengidentifikasi hubungan antara variasi tinggi beban (h) dan peningkatan suhu yang terjadi (T).


21

Manometer Air Kegunaan dalam Pembelajaran 1. Untuk menghitung besarnya tekanan suatu gas dalam ruang tertutup relatif terhadap tekanan udara luar dengan menggunakan konsep tekanan hidrostatis 2. Untuk menunjukkan adanya perubahan tekanan udara luar terhadap perubahan ketinggian suatu tempat. Landasan Teori Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang terjadi pada suatu fluida yang diam. Besarnya tekanan hidrostatis berbanding lurus dengan massa jenis fluida, percepatan gravitasi, serta kedalaman fluida tersebut. Secara matematis

besarnya

tekanan hidrostatis dinyatakan sebagai berikut.

Nilai ini merupakan besar tekanan hidrostatis dengan tidak memperhitungkan pengaruh tekanan udara luar (tekanan atmosfer). Apabila pengaruh tekanan udara luar tidak diabaikan maka tekanan total pada suatu fluida dengan kedalaman h adalah sebagai berikut.

Yang mana P0 menyatakan besarnya tekanan atmosfer. Apabila kita merancang sebuah bejana terbuka berupa pipa U


22

maka jika suatu fluida dimasukan ke dalam pipa U terbuka tersebut, ketinggian fluida pada kedua sisi pipa akan sama besar karena baik tekanan hidrostatis maupun pengaruh tekanan udara luar pada kedua pipa adalah sama besar. Namun jika salah satu pipa dihubungkan pada udara yang memiliki tekanan yang berbeda, maka akan terdapat perbedaan ketinggian fluida pada kedua sisi pipa ini. Alat dan Bahan Berikut merupakan alat dan bahan yang diperlukan dalam membuat manometer air. 1. Papan kayu secukupnya 2. Kertas millimeter block 3. Selang bening dengan diameter kecil 4. Air 5. Botol bekas minuman bersoda 6. Pemegang kabel secukupnya Prosedur Pembuatan Alat Berikut merupakan langkah-langkah pembuatan manometer air sederhana. 1. Susunlah papan saling tegak lurus satu dengan lainnya sehingga membentuk sebuah sandaran


23

2. Ambil kertas millimeter blok kemudian beri skala dengan perbandingan yang sama selanjutnya tempelkan pada bagian papan yang tegak 3. Tempelkan selang plastic pada bagian papan yang dilengkapi skala dengan membentuk huruf U. 4. Masukan air sedikit demi sedikit sampai ketinggian air pada kedua sisi selang sama besar. 5. Lubangi tutup botol minuman bersoda, kemudian masukan salah satu ujung selang pada botol. Pastikan tidak ada kbocoran gas dalam botol, sementara ujung selang yang lainnya dibiarkan terbuka. P0

P h

air r

Gambar 1. Rancangan Manometer Air


24

Cara Kerja Alat Pertama isi selang dengan air sehingga pada kedua sisi selang, ketnggian air sama besar. Hubungkan salah satu bagian selang ke dalam botol minuman bersoda dan pastikan tidak ada udara yang bocor. Karena udara di dalam botol minuman bersoda tidak sepenuhnya memiliki komposisi yang sama dengan udara luar maka tekanan udara dalam botol juga tidak sama besar dengan tekanan udara luar sehingga tinggi kolom air pada kedua sisi selang tidak sama besar Untuk menunjukan penurunan tekanan udara luar (tekanan atmosfer), sumbat salah satu ujung selang (sebagai ruangan tertutup) pada tempat dengan asumsi ketinggia H = 0 dari permukaan laut. Lakukan pengukuran pada tempat dengan ketinggian yang berbeda dengan perbedaan ketinggian yang signifikan. Besarnya perbedaan ketinggian air pada kedua sisi selang yang menunjukan bagaimana pengaruh ketinggian suatu tempat terhadap tekanan udara luar.


25

Teknik Analisis Data Teknik analisis data yang digunakan dalam percobaan ini adalah analisis secara kuantitatif dan kualitatif. Analisis secara kualitatif diberikan dengan mengamati tinggi level air pada bagian selang yang mana yang lebih besar. Yakni pada bagian yang terhubung dengan tekanan atmosfer atau pada bagian yang terhubung dengan tekanan gas pada botol. Sementara perhitungan secara kuantitatif digunakan untuk memperoleh hasil perbandingan besar tekanan udara dalam botol dengan tekanan udara luar. 1) Mencari besar tekanan udara dalam botol Gunakan persamaan berikut.

Tanda (+) digunakan jika tinggi kolom air pada selang yang terhubung dengan tekanan udara luar lebih tinggi dari kolom air pada selang yang terhubung dengan tekanan udara dalam botol (P > P 0). Sebaliknya tanda (-) digunakan jika tinggi kolom air pada selang yang terhubung dengan tekanan udara dalam botol lebih tinggi dari kolom air pada selang yang terhubung dengan tekanan udara luar (P < P0). Dengan P0 = …….. Untuk menghitung ∆P digunakan persamaan


26

2) Menghitung besarnya penurunan tekanan udara pada setiap kenaikan ketinggian tempat Dengan mengasumsikan bahwa tekanan udara di dalam selang tertutup adalah konstan sebesar P, dimana P = 1,01 x 105 Pa maka untuk setiap ketinggian tempat Hi, peritungan untuk P0 diperoleh dengan persamaan Untuk menghitung ∆P digunakan persamaan


27

Contoh Penerapan dalam Pembelajaran Data Hasil Percobaan 1) Pengukuran tekanan udara dalam botol Tinggi kolom air pada manometer h (mm)

2

2) Pengukuran penurunan tekanan atmosfer Lokasi

Selisih ketinggian kolom air dalam manometer h (mm)

Pantai Ex Pelabuhan

0

Buleleng Monumen Tri Sakti

22

Sukasada

Analisis Data 1) Tekanan udara pada botol Perbedaan ketinggian kolom air pada kedua sisi selang adalah 2 cm. Dengan menggunakan acuan tekanan atmosfer di permukaan laut P = 1,01 x 105 Pa dan asumsi massa jenis air yang digunakan ρ = 1000 kg/m3 serta percepatan gravitasi g = 9,8 m/s2, Maka besarnya tekanan udara pada botol adalah sebagai berikut.


28

2) Penurunan tekanan atmosfer Dengan menggunakan acuan tekanan atmosfer di permukaan laut P = 1,01 x 105 Pa dan asumsi massa jenis air yang digunakan ρ = 1000 kg/m3 serta percepatan gravitasi g = 9,8 m/s2, Maka besarnya tekanan atmosfer pada lokasi sampel (Monumen Tri Sakti Sukasada) dapat ditentukan dengan

Dengan mengkonversi satuan tinggi kolom udara pada selang ke dalam satuan SI diperoleh:


29

Konveksi pada Gas Kegunaan dalam Pembelajaran Menyelidiki proses perpindahan kalor secara konveksi pada zat gas. Landasan Teori Konveksi merupakan salah satu cara perpindahan kalor. Peristiwa perpindahan kalor secara konveksi dapat kita amati pada saat kita memasak air. Pada air yang sedang mendidih akan kita lihat gerakan-gerakan dari air tersebut. Di daerah pegunungan akan kita rasakan hembusan angin yang terasa dingin. Demikian pula apabila kita berada di pantai akan terasa perbedaan suhu yang disertai dengan angin yang menggerakkannya. perpindahan

Perpindahan

medium

kalor

perantaranya

yang

disebut

disertai konveksi.

Konveksi hanya terjadi pada fluida (zat cair dan gas). Konveksi terjadi karena adanya perbedaan berat jenis (s) karena pemanasan. Berat jenis merupakan perkalian antara massa jenis zat (p) dengan percepatan gravitasi bumi (g). Sedangkan massa jenis merupakan hasil bagi antara massa zat (m) dengan volume zat (V).


30

Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam pengaplikasian alat ini adalah sebagai berikut. 1. Satu set alat konveksi gas 2. Korek api 3. Obat nyamuk/dupa sebagai media penghasil asap 4. Lilin batang Cara Kerja Alat Alat konveksi udara terdiri dari kotak kaca dengan dua A

C

cerobong.

Di

dalamnya diletakkan lilin yang menyala di titik B. Ketika

asap

dari

obat

nyamuk didekatkan pada B

cerobong A, ternyata asap tersebut akan masuk ke dalam kotak konveksi titik

A. Dari titik A bergerak ke titik B kemudian keluar cerobong asap titik C. Hal ini terjadi akibat perbedaan udara di bawah cerobong A dengan di bawah cerobong C. Molekul udara yang berada di bawah cerobong C bergeraklebih cepat dibandingkan dengan molekul udara di bawah cerobong A.


31

hal ini disebabkan karena molekul udara di bawah cerobong C dipanaskan

dengan

lilin.

Pergerakan

molekul

ini

menyebabkan pertambahan volume gas atau pengurangan massa jenis gas di bawah cerobong C. Udara yang masa jenisnya berkurang tersebut kemudian bergerak ke atas cerobong C. Ruang kosong yang ditinggalkannya kemudian ditempati oleh udara dengan massa jenis lebih besar dari cerobong A. Udara ini kemudian dipanaskan lagi, bergerak ke atas cerobong C, dan tempatnya digantikan oleh udara dingin dari cerobong A. Begitu seterusnya. Penerapan dalam Pembelajaran Minta siswa mengamati arah pergerakan asap. Kemudian minta siswa menganalisis ‘mengapa’ arah pergerakan asap seperti itu. Minta siswa mengumpulkan informasi terkait dari buku dan internet. Diakhir, minta siswa mempresentasikan hasil analisisnya.


32

Set Alat Resonansi Bunyi Kegunaan Alat dalam Pembelajaran Untuk mendemonstrasikan hubungan antara panjang kolom udara terhadap frekuensi bunyi pada pipa organa. Landasan Teori Bunyi merupakan merupakan gelombang mekanis yang memerlukan medium dalam perambatannya. Dalam proses perambatan ini, gelombang bunyi memiliki arah getar yang tegak lurus dengan arah rambatnya sehingga dimodelkan dengan gelombang longitudinal. Sebagai gelombang mekanis yang memerlukan medium dalam perambatannya, maka gelombang bunyi dapat merambat baik dalam zat padat, cair, maupun gas. Gelombang bunyi akan mengalami sifat-sifat layaknya gelombang, yang salah satunya adalah pemantulan. Adapun pemantulan bunyi pada suatu kolom udara dapat digambarakan sebagai berikut.


33

Selain gambar di atas, banyak juga

contoh gambar

pemantulan gelombang bunyi. Namun, yang lebih penting adalah, dalam kita membahas mengenai pemantulan pada suatu kolom udara tertutup, kita akan meninjau mengenai hubungan antara panjang kolom udara dengan frekuensi yang akan dihasilkan. Pada kolom udara yang tertutup, semakin kecil kolom udara yang diberikan, maka bunyi yang akan terdengar biasanya akan semakin kecil. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam membuat alat ini berasal dari barang-barang bekas sepeti: 1. Botol bekas minuman (7 buah) 2. Papan untuk landasan secukupnya 3. Lem (Lem G) Rancangan dan Cara Kerja Alat Alat ini di desain untuk menunjukkan konsep Tinggi Rendahnya Bunyi. Prinsip kerja alat ini adalah sebagai berikut. Ketika air ditambahkan pada botol dengan ketinggian berbeda-beda dengan kata lain setiap botol memiliki tinggi kolom udara yang berbeda, maka jika masing-masing botol dipukul, akan menghasilkan tinggi bunyi yang berbeda-beda. Dengan adanya tinggi bunyi yang berbeda-beda ini, maka dapat dikatakan bahwa frekuensi bunyi yang dihasilkan


34

berbeda-beda. Adapun gambar alat dan bahan-bahan yang diperlukan adalah sebagai berikut:

Gambar 1. Set Alat Resonansi Bunyi Penggunaan Alat dalam Pembelajaran Berikut adalah contoh penerapan alat ini dalam pembelajaran. a. Siapkan alat dan bahan. b. Isi botol-botol pada set alat resonansi bunyi dengan air, di mana pada masing-masing botol diisi air dengan ketinggian yang berbeda. c. Ukur tinggi kolom udara dihitung dari ujung botol sampai batas air. d. Pukullah botol-botol tersebut satu persatu dengan sedemikian rupa sehingga akan menghasilkan bunyi yang nyaring. e. Bandingkan ketinggian suara pada masing-masing botol ketika dipukul.


35

Data Hasil Percobaan Tabel data hasil percobaan: Botol ke1

Tinggi kolom udara (cm)

Ketinggian Bunyi

2 3 4 5 6 7

Keterangan: Pada kolom ketinggian bunyi, diisi dengan angka 1 sampai 7, dengan keterangan angka 1 menunjukkan ketingian bunyi yang paling kecil, dan angka 7 menyatakan ketinggian bunyi yang paling tinggi.


36

Generator Van De Graff Kegunaan dalam Pembelajaran 1. Memperagakan prinsip kerja generator Van de Graff. 2. Menghitung besarnya gaya elektrostatis pada generator. Landasan Teori Generator Van de Graaff merupakan salah satu alat yang menggunakan prinsip listrik statis dan

pemuatan induksi,

yaitu dengan cara mengumpulkan muatan listrik dan menyimpannya pada permukaan bola logam berongga (hollow spherical).

Alat ini merupakan mesin elektrostatis yang menggunakan sabuk yang bergerak untuk menghimpun tegangan-tegangan


37

sangat tinggi di sebuah bola berongga yang terbuat dari logam. Prinsip kerja Generator Van de Graff sama dengan menghasilkan muatan listrik dengan cara menggosok (metode gesekan). Generator Van de Graff terdiri atas kubah logam, sisir logam bawah dan atas, silinder logam di bagian atas dan silinder politena di bagian bawah, dan sabuk karet yang menghubungkan silinder logam dan silinder politena. Sebuah motor memutar sabuk karet, menyeretnya melewati silinder. Gesekan itu menarik muatan ke sabuk, yang kemudian menyimpan muatan tersebut ke kubah metal. Setelah beberapa saat kubah mengumpulkan sejumlah besar muatan positif pada permukaannya. Proses ini berlangsung terus menerus sehingga kubah mengumpulkan muatan listrik positif dalam jumlah yang banyak. Pada gambar di bawah terlihat bahwa muatan listrik negatif pada sabuk karet bawah mengalir melalui sisir logam bawah ke tanah dan dinetralkan. Alat dan Bahan 1 buah kaleng bekas

1 buah wadah baterai

1 buah paku kecil

1

1 buah tabung sekering

(cangkir styrofoam)

1 buah karet gelang

lem pipa secukupnya

1 buah motor DC

kabel serabut

1 buah baterai 9 volt

1 buah pipa PVC 20 cm

buah

gelas

plastik


38

1 buah pipa PVC “T”

1 buah tang pemotong

1 buah plester

1 buah tang penjepit

kayu ukuran 15 x 15cm

1 buah penggaris 30 cm

1 buah gergaji besi

1 buah bor listrik

Langkah Pembuatan Berikut

merupakan

langkah-langkah

dalam pembuatan

generator Van de Graff ini. 1. Potong sekitar 5 cm pipa PVC dan lem pada kayu penyangga.

2. Letakkan motor DC pada pipa penghubung “T”, usahakan agar menempel dengan pas dengan ukuran diameter pipa.

3. Buat lubang dibelakang pipa “T” untuk memasukkan kabel serabut ke dalamnya dan letakkan hampir


39

menyentuh karet gelang. Bagian ini disebut “brush” bawah.

4. Letakkan karet gelang pada ujung motor DC, buatlah seperti katrol. Kemudian satukan dengan gambar pada langkah 1.

5. Potong kembali pipa ukuran 4 cm, dan letakkan di atas pipa “T”. Kemudian buat lubang untuk menyimpan paku. Paku digunakan sebagai penyangga atas karet gelang. Untuk memudahkan perputaran, selubungi paku dengan tabung sekering.


40

6. Buat satu lubang lagi pada pipa paling atas diantara dua lubang sebelumnya untuk memasukkan kabel serabut dan letakkan hampir menyentuh karet gelang. Bagian ini ialah “brush” atas.

7. Potong gelas plastik setengahnya dan lubangi bagian bawahnya seukuran pipa. Kemudian masukkan pada pipa atas. Bagian ini digunakan sebagai penyangga kaleng. 8. Lubangi bagian atas kaleng, dan letakkan kaleng tersebut di bagian atas alat.


41

9. Langkah terakhir ialah memasang baterai kepada motor DC.

10. Generator Van de Graaf akhirnya dapat digunakan. Untuk mengujinya dapat kita letakkan beberapa potongan kertas di atas kaleng. Penggunaan dalam Pembelajaran Sebelum menggunakan alat ini pastikan kabel bagian “brush” bawah dihubungkan ke ground, seperti tanah, keran air, pipa air, dan sebagainya atau bisa dipegang oleh tangan sendiri. Kemudian kita bisa mengujinya dengan meletakkan beberapa potongan kertas di atas kaleng seperti pada gambar di bawah ini. Untuk menyalakannya, cukup hubungkan kabel dengan baterai. Setelah terhubung, maka potongan kertas tersebut akan melayang ke atas saling menjauh. Hal ini terjadi karena ketika motor memutar karet gelang, karet tersebut akan mengambil elektron dari tabung sekering dan didistribusikan


42

ke seluruh bagian karet. Akibatnya, tabung gelas menjadi bermuatan positif. Karena tabung gelas ini kekurangan elektron, sehingga menarik elektron yang berada di kabel “brush” atas. Elektron yang diambil oleh karet diberikan kepada kabel “brush” bawah dan akhirnya dialirkan ke tanah. Seperti yang telah digambarkan di atas bahwa ujung lain dari “brush” atas menyentuh kaleng bekas sehingga menarik elektron dari kaleng juga. Sehingga akibatnya kaleng menjadi bermuatan positif dan mengambil elektron dari udara. Hal ini terjadi berulang-ulang seiring perputaran motor. Dalam waktu singkat, kaleng tersebut akan kehilangan banyak elektron dan dapat mencapai hingga 12.000 volt lebih positif dari tanah. Sehingga jika benda bermutan positif didekatkan dengan alat ini akan saling tolak menolak dan jika benda bermuatan negatif didekatkan akan saling tarik menarik.


43

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana untuk SMA

Recommend Documents