Penentuan Percepatan Gravitasi dengan Metode Gerak pada Bidang Miring Menggunakan Software Logger Pro Lesnan 1, dan Yusnia Helinda 2 Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Ahmad Dahlan, Kampus III, Jl. Prof. Dr. Soepomo, SH, Yogyakarta 55164 Indonesia Surat-e:
[email protected] Eksperimen ini mengenai penentuan percepatan gravitasi dengan metode gaya gerak benda pada bidang miring dengan mengaplikasikan hukum II Newton yang berbasis Microcomputer Based Laboratory (MBL). Benda yang diletakan pada suatu bidang miring sehingga meluncur menuruni bidang miring dengan kecepatan tertentu karena besarnya sudut yang berbeda-beda. Gerak benda tersebut diukur dengan sensor gerak yang dihubungkan dengan Interface LabQuest Mini serta terhubung dengan laptop. Data yang diolah dengan software Logger Pro sehingga nilai percepatan dari benda dapat diperoleh. Hasil pengolahan data menghasilkan nilai gravitasi adalah sebesar g = 8.44481 m/s2 dengan nilai ralat sebesar 0.00431.
Kata kunci: gerak pada bidang miring, penentuan gravitasi, gerak lurus berubah beraturan
I.
Pendahuluan
Gravitasi adalah gaya tarik menarik antar benda yang memiliki massa di alam semesta ini. Namun tidak semua tempat memiliki percepatan gravitasi yang sama. Percepatan gravitasi dipengaruhi oleh posisi tempat atau ketinggian dan massa benda. Terkait dengan penentuan percepatan gravitasi bumi, terdapat beberapa metode atau cara untuk menentukan nilai percepatan gravitasi bumi. Salah satunya yang akan digunakan dalam eksperimen ini adalah dengan metode gerak pada bidang miring. Gerak pada bidang miring adalah gerak yang lintasanya lurus pada bidang miring. Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut, yang bukan sudut tegak lurus terhadap permukaan horizontal. Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada benda yang bergerak pada bidang miring maka digunakan konsep dari hukum II Newton. Dari persamaan hukum II Newton diperoleh persamaan percepatan gravitasi yang akan digunakan dalam eksperimen ini. Pada eksperimen ini juga digunakan software Logger Pro dan Vernier Motion Detector (sensor gerak) yang disambungkan pada laptop untuk memperoleh data analisis. Percepatan gravitasi pada setiap tempat berbeda dipermukaan bumi tidaklah sama. Di equator percepatan gravitasi sekitar 9.78 m/s2, sedangkan didaerah kutub sekitar 9.83 m/s2. Terdapat tiga faktor yang mempengaruhi hal tersebut. Pertama, bentuk bumi yang tidak benar-benar bulat yaitu pepat atau elips. Sehingga gaya sentripental yang
menentang gravitasi lebih besar di equator ke pusat bumi. Akibatnya percepatan gravitasi bumi di equator lebih kecil daripada kutub. Kedua, topografi permukaan bumi yang beragam menyebabkan percepatan gravitasi. Karena percepatan gravitasi tergantung dari jaraknya terhadap permukaan bumi. Sehingga semakin tinggi sebuah benda dari permukaan bumi, semakin kecil percepatan gravitasi. Ketiga, kepadatan atau kerapatan massa bumi yang berbedabeda menghasilkan gravitasi pada permukaan bumiyang berbeda pula. Makin padat atau rapat massa bumi maka makin kecil gravitasinya. Daratan merupakan wilayah yang memiliki kerapatan massa yang tinggi sehingga gravitasinya lebih kecil dari pada wilayah lautan (Daryono, 1992: 1415). Nilai g dapat diukur dengan berbagai metode. Salah satu metode yang bisa digunakan yaitu dengan menganalisis gerak suatu benda pada bidang miring. Percobaan ini bertujuan untuk menganalisis gerak benda pada bidang miring, mengetahui gaya apa saja yang bekerja pada benda tersebut, serta menentukan nilai percepatan gravitasi dengan menggunakan persamaan linear.
II. Landasan Teori GLBB (Gerak Lurus Berubah Beraturan) GLBB adalah gerak suatu benda pada lintasan lurus dengan percepatan konstan dengan kecepatan (percepatan positif), maka kecepatanya semakin lama semakin cepat yang disebut dengan GLBB. Suatu benda yang bergerak pada bidang miring adalah salah satu contoh benda yang bergerak lurus
lesnan, yusnia
penentuan percepatan gravitasi dengan metode
berubah beraturan. (rahmadhani, dkk, 2007:1) Persamaan GLBB yang menggunakan jarak sebagai fungsi waktu :
X (t ) X 0 v0 12 at 2
(1)
Jadi benda bergerak akibat adanya komponen gaya berat yang sejajar denga bidang miring.
III. Metode Eksperimen
Hukum II Newton Konsep suatu benda yang bergerak berubah beraturan, tidak terlepas dari konsep hukun II Newton. Yaitu gaya yang diberikan pada suatu benda, sebanding dengan massa dan percepatanya. F ma (2) Eksperimen gerak pada bidang miring berlaku hukum II Newton, bahwa jika suatu gaya luar total bekerja pada suatu benda, maka benda akan mengalami percepatan. Arah percepatan tersebut sama dengan arah gaya total.
Alat dan bahan 1. Vernier Dynamic Track 2. Kereta 3. Motion detector 4. Logger pro 5. Laptop 6. Vernier dataa-collection interface 7. Pengait sensor gerak 8. Balok pengganjal
(3) Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut , yang bukan sudut tegak lurus, terhadap permukaan horizontal. Penerapan bidang miring dapat mengatasi hambatan besar dengan menerapkan gaya yang relatif lebih kecil melalui jarak yang lebih jauh, dari pada jika beban itu diangkat vertikal. Dalam istilah teknik sipil, kemiringan (rasio tinggi dan jarak) sering disebut dengan gradien. Gaya-gaya yang bekerja pada benda ditampilkan pada gambar 1.
Prosedur percobaan 1. Sensor gerak dihubugkan ke interface yang tersambung ke laptop. 2. Sensor gerak dipasang ke pengait yang terdapat diujung track. 3. Bagian ujung track yang terdapat sensor gerak diangkat, kemudian diganjal dengan balok. 4. Pasanglah papan luncur (bidang miring) kemudian letakkan kereta yang sudah dihubungkan dengan ticker timer diatasnya sambil dihitung ketinggian bidang miring dengan menggunakan mistar. 5. Lepaskan kereta dan biarkan bergerak turun di sepanjang bidang miring sampai memantul. 6. Waktu tempuh kereta menyusuri bidang miring diukur dengan software logger pro menggunakan
F ma
laptop. 7. Langkah diatas dilakukan pada sepuluh ketinggian yang berbeda sebanyak sepuluh kali. 8. Data ditulis kedalam tabel. Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada bidang miring Sumber gambar www.rumushitung.com. Dengan menggunakan persamaan hukum II Newton maka diperoleh percepatan.
F sin ma w sin ma mg sin ma a g sin
(4) (5) (6) (7) Permukaan bidang miring sangat licin (gesekan nol), terdapat beberapa kondisi yang berbeda. Sebagaimana ditunjukan pada gambar 1. Benda meluncur pada bidang miring yang licin (gaya gesekan = 0) tanpa ada gaya tarik. lesnan, yusnia
Metode pengambilan data Eksperimen ini menggunakan vernier motion detector (sensor gerak) yang diletakkan didepan papan lintasan dan dihubungkan dengan interface. Pada eksperimen ini yaitu menentukan percepatan kereta yang bergerak pada lintasan dengan ketinggian y yang bervariasi. Dari nilai y yang bervariasi akan menghasilkan variasi nilai sin ɵ. Nilai y dengan nilai y sebagai tinggi bidang dan r sebagai sin r
panjang lintasan. Percepatan a diperoleh dari grafik kecepatan terhadap waktu yang ditampilkan pada laptop menggunakan software logger pro. Ketika kereta digerakkan pada bidang miring sensor gerak yang dihubungkan dengan interface akan membaca kecepatan kereta yang di tampilkan
penentuan percepatan gravitasi dengan metode
dalam bentuk grafik kecepatan terhadap waktu. Kemudian diambil gradien dari grafik tersebut dan dilakukan fitting agar memperoleh garis lurus sehingga didapat nilai percepatanya. Kemudian dilakukan pengumpulan nilai a, y, dan r.
Tabel 2. Perhitungan nilai g No. a(m/s2) sinɵ 1 6.3 0.4313
g(m/s2) 8.33162
2
6.7
0.4643
8.43364
IV. Hasil dan Pembahasan
3
7.1
0.4812
8.24817
Pada eksperimen ini, diperoleh data yang dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Data eksperimen No. y(cm) r(cm) a(m/s2) 1 6.3 121.7 0.4313
4
7.5
0.5065
8.21881
5
7.9
0.5373
8.27714
6
8.3
0.5641
8.27120
7
8.7
0.6192
8.66168
2
6.7
121.7
0.4643
8
9.1
0.6472
8.65541
3
7.1
121.7
0.4812
9
9.5
0.6867
8.79699
4
7.5
121.7
0.5065
10
9.9
0.6958
8.55342
5
7.9
121.7
0.5373
6
8.3
121.7
0.5641
7
8.7
121.7
0.6192
8
9.1
121.7
0.6472
9
9.5
121.7
0.6867
10
9.9
121.7
0.6958
Dimana grafik linear yang menunjukkan hubungan antara
a dan sin ɵ ditunjukkan pada Grafik 1. Kemudian dari data
tersebut kami menentukan nilai percepatan gravitasi menggunakan persamaan (7). Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 2.
lesnan, yusnia
Rata-rata
8.44481
Dengan menghitung data percobaan didapat nilai gravitasi sebesar g = 8.44481 m/s2. Data nilai keakuratan data sebesar 85.71%. Suatu benda pada bidang miring bergerak karena dipengaruhi oleh percepatan gravitasi. Semakin besar sudut kemiringan bidang maka semakin besar percepatan benda. Dan semakin kecil sudut kemiringan, maka semakin kecil pula percepatan benda. Dari hasil perhitungan didapatkan nilai gravitasi sebesar g = 8.44481 m/s2 dan tetapan gravitasi sebesar g = 9.78 m/s2 . Nilai keakuratan pada perhitungan adalah sebesar 85.71%. Pada nilai perhitungan dan ketetapan gravitasi terlihat perbedaan. Tingkat kesalahan termasuk kecil sehingga data dan perhitungan diatas dapat dinyatakan cukup baik walaupun masih terdapat perbedaan yang dikarenakan faktor percepatan gravitasi tergantung dari jaraknya terhadap permukaan bumi dan hal ini dikarenakan sudut yang terlalu kecil (mendekati nol). Serta pengaruh gaya gesek yang dialami benda.
penentuan percepatan gravitasi dengan metode
Grafik 1. Grafik linear
V. Kesimpulan Jarak antara setiap ketinggian yang bertambah menunjukkan bahwa kereta yang diluncurkan diatas bidang miring melakukan gerakan GLBB dipercepat. Dan hasil perhitungan yang didapatkan nilai gravitasi sebesar g = 8.44481 m/s2 dan tetapan gravitasi sebesar g = 9.8 m/s disini terlihat perbedaan yang tidak signifikan dengan nilai tingkat keakuratan data adalah sebesar 85.71 % . Penyebab hal ini dikarenakan sudut ɵ yang terlalu kecil (mendekati nol). Serta pengaruh gaya gesek yang dialami benda.
Kepustakaan
Daryono. (1992). Penentuan koefisien momen inersia pada bidang miring, 14-15. Rahmadhani, &. dkk. (2007). laporan hasil penelitian fisika. Retrieved from http://xflash.files.com/2007/12/praktikumfisika.pdf Tipler, P. A. (1991). Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga.
lesnan, yusnia
