AMALI 1: MENENTUKAN FREKUENSI ASAS DAN FREKUENSI RESONAN BAGI SATU MODEL PETIKAN BERTALI
1.0 TAJUK Menentukan frekuensi asas dan frekuensi resonan bagi satu model petikan bertali 2.0 TUJUAN Menentukan frekuensi arus ulang alik menggunakan sonometer. 3.0 PENGENALAN
Sonometer adalah sebuah alat yang digunakan bagi mengukur frekuensi resonan dengan menyelaraskan ketegangan dan jisim wayar. Penggunaan sonometer membolehkan getaran melintang yang terhasil dari wayar yang diregang dikaji. Arus ulang alik yang mengalir melalui gegelung elektromagnet akan menghasilkan medan magnet di sekeliling gegelung. Seterusnya apabila elektromagnet tersebut didekatkan di bahagian tengah wayar sonometer, wayar sonometer akan ditarik dan berayun mengikut kitaran kemagnetan elektromagnet tersebut. Oleh itu jika frekuensi asli wayar sonometer bersamaan dengan frekuensi arus ulang alik mengalir melalui gegelung elektromagnet maka wayar sonometer akan berayun dengan amplitud yang paling besar yang dikenali sebagai resonans. Oleh kerana kedua-dua hujung wayar sonometer ditetapkan, maka akan terjadi suatu gelombang pegun dengan panjang gelombang λ = 2
l
( di
mana l adalah adalah panjang wayar sonometer). Apabila wayar sonometer ditegangkan dengan daya tegangan T maka halaju perambatan gelombang melintang melaluinya,
v
=
dirumuskan v dirumuskan
sebagai:
√ µ
di mana µ adalah jisim per unit panjang wayar. v boleh boleh dihubungkan dengan panjang l dari wayar yang berayun tersebut sebagai:
v
= f λ = 2l f
di mana λ = 2 l ialah panjang gelombang di dalam wayar. T adalah bersamaan dengan berat beban, W. Oleh itu rumus untuk frekuensi resonans f diberikan sebagai:
f=
1 √ 2 µ
4.0 RADAS DAN BAHAN Sonometer dengan wayar besi keluli yang diregangkan di atasnya, elektromagnet, transformer injak turun, penyangkut slot pemberat, penimbang, dua baji, takal dan sekotak pemberat/beban.
5.0 PEMBOLEH UBAH Dimanipulasi : Ketegangan wayar Bergerak balas : Frekuensi Dimalarkan : Jumlah arus ulang alik
6.0 PROSEDUR 1. Sonometer disediakan dengan wayar AB diregangkan oleh pemberat atau beban yang diletakkan di atas penyangkut pemberat. 2. Satu kutub elektromagnet didekatkan ke tengah wayar sonometer. 3. Suis bekalan kuasa ulang alik dihidupkan 4. Panjang wayar AB diubahsuai dengan menggerakkan baji w atau w’ sehingga amplitud ayunan wayar AB menjadi maksimum. 5. Panjang wayar AB yang berayun diukur dengan amplitude maksimum beserta dengan nilai ketegangan wayar tersebut. 6. Langkah 1 hingga 5 diulang dengan menggunakan nilai pemberat /beban yang berbeza.
7. Suis bekalan kuasa ditutup dan ikatan wayar sonometer ditanggalkan. Jisim wayar tersebut diukur dengan penimbang untuk menentukan nilai jisim per unit panjang wayar sonometer.
7.0 KEPUTUSAN EKSPERIMEN Jadual Pemerhatian menentukan nilai frekuensi arus ulang alik Pemberat/beban termasuk penyangkut,
Ketegangan wayar AB
1.22
11.596
m= 1.22 Kg T= mg T= 1.22 x 9.8 T= 11.956 N Berat wayar = 0.38 gram = 0.00038 kg Panjang wayar = 0.5 m
2.
p = m/l = 0.00038 / 0.5 = 7.6 X 10 -4 kgm
3.
1 √ 2 µ 1 11.956 = 2(0.15) √ 7.6 10^−4
f(Hz) f =
= 418.68 Hz
Min
f
l (cm)
l dalam
(Hz)
T = mg (N)
m (kg)
1.
Panjang wayar AB ketika resonans,
meter Bacaan 1
Bacaan 2
Bacaan 3
Min
12
17
16
15
0.15
418.68
8.0 PERBINCANGAN Eksperimen dilakukan bagi menentukan frekuensi arus ulang alik dengan menggunakan sonometer. Elektromagnet digunakan bagi menghasilkan getaran terhadap wayar. Panjang wayar telah diubah bagi memastikan amplitud berada pada tahap maksimum. Apabila wayar sonometer bergetar pada amplitud maksimum, frekuensi yang dikenakan oleh arus ulang alik adalah sama dengan frekuensi semulajadi wayar. Hasil dari eksperimen yang dijalankan adalah purata wayar yang mencapai amplitud maksimum adalah 0.15m. Pada tahap tersebut wayar bergetar pada tahap maksimum menyebabkan kertas yang diletakkan di tengah wayar terjatuh menunjukkan berlakunya resonan. Dengan menggunakan formula f =
1 2 √ µ , frekuensi bagi
wayar adalah 418.68 Hz. Magnitud frekuensi wayar berikut adalah sama dengan frekuensi semulajadi wayar yang menyebabkan berlakunya resonan. Arus ulang alik yang mengalir melalui gegelung elektromagnet akan menghasilkan medan magnet di sekeliling gegelung. Seterusnya apabila elektromagnet tersebut didekatkan di bahagian tengah wayar sonometer, wayar sonometer akan ditarik dan berayun mengikut kitaran kemagnetan elektromagnet tersebut. Oleh itu jika frekuensi asli wayar sonometer bersamaan dengan frekuensi arus ulang alik mengalir melalui gegelung elektromagnet maka wayar sonometer akan berayun dengan amplitud yang paling besar yang dikenali sebagai resonans. Bagi menentukan tahap resonans tersebut, satu cebisan kertas diletakkan di tengah dawai sonometer. Bongkah yang terdapat di bawah dawai sonometer dilaraskan jaraknya sehingga cebisan kertas tersebut jatuh. Sewaktu menjalankan eksperimen ini, terdapat beberapa masalah yang dihadapi, pertama sekali adalah kekurangan bahan. Bagi melaksanakan eksperi men ini, sebuah sonometer telah dibina sendiri oleh saya yang diubahsuai dari beberapa bahan. Perubahan ini menyebabk an jumlah data yang diperoleh adalah terhad kerana kekurangan bahan. Seterusnya terdapat juga ralat yang mempengaruhi eksperimen ini antaranya ialah faktor angin. Sewaktu eksperimen dijalankan di dalam makmal kipas angin tidak ditutup menyebabkan kertas yang diletakkan di antara dawai sonometer terbang dengan sendiri. Antara langkah bagi mengelakkan ralat ini adalah dengan memastikan bahawa tiada kipas yang dihidupkan atau tiada sumber angin di sekeliling kawasan eksperimen.
9.0 KESIMPULAN Frekuensi resonans yang diperoleh adalah bermagnitud 418.68 Hz. Magnitud frekuensi bagi wayar tersebut adalah sama dengan frekuensi yang di hasilkan arus ulang alik AC. Pemboleh ubah bergerak balas akan berubah dengan perubahan dari faktor panjang wayar resonans dan ketegangan wayar. Frekuensi getaran oleh wayar yang ditegangkan adalah berkadar terus dengan panjang wayar resonans.
10.0 RUJUKAN
Abdullah, D. S. (2015). Physic. Selangor: Open University Malaysia. Young, H. D., & Fredman , R. A. (2014). University Physics. United states of America: Pearson.
11.0 LAMPIRAN
Rajah 1 : Bongkah pada sonometer dilaraskan sehingga mencapai resonan
