Senin, 21 Januari 2019

GERAK JATUH BEBAS DAN BANDUL SEDERHANA


GERAK JATUH BEBAS DAN BANDUL SEDERHANA

Nafa Yuliantia, Rin Luan Hawarib, Azhardi Bustamib,Muhammad Dzul Akbarb


a Jurusan  Biologi , Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Jum’at Shift II, Universitas Andalas
bLaboratorium Fisika Dasar, Universitas Andalas


e-mail: nafayulianti123@gmail.com
Laboratorium Fisika Dasar Unand, Kampus Limau Manis, 25163


ABSTRAK

Gerak jatuh bebas adalah gerak sebuah benda dari suatu ketinggian pada ketinggian tertentu yang memiliki kecepatan awal sama dengan nol. Sedangkan pada bandul sederhana, getaran adalah gerak bolak-balik secara berkala melalui titik kesetimbangan.  Getaran yang merambat disebut gelombang. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan percepatan gravitasi bumi dengan percobaan gerak jatuh bebas dan bandul sederhana. Pada percobaan gerak jatuh bebas dilihat hubungan antara ketinggian dan waktu. Sehingga didapatkan gravitasi 904.78 cm/s2. Sedangkan pada percobaan bandul sederhana, diperoleh hubungan antara panjang tali dengan waktu, sehingga didapatkan gravitasi 990.9 cm/s2.

Kata kunci :Bandul Sederhana, Gravitasi, Gerak Jatuh Bebas, Percepatan


i. pendahuluan

Suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu dalam ruang terbuka akan diperlambat akibat gaya gesekan dan laju udara, pada percepatan gerak jatuh bebas seiring ditemukan bahwa hasil percepatan yang dialami benda tidak sesuai dengan hasil percepatan gravitasi bumi, hal tersebut terjadi karena sesungguhnya benda tersebut telah mengalami pelambatan oleh gaya gesek udara. Percepatan yang dialami benda pada gerak jatuh bebas akan sama dengan percepatan gravitasi bila benda tersebut dijatuhkan pada ruang hampa udara. [2]

Jadi gerak jatuh  bebas adalah gerak yang mengakibatkan benda melewati lintasan berbentuk lurus karena pengaruh gaya gravitasi bumi. Gerak jatuh bebas mengakibatkan gesekan dan perubahan kecil percepatan terhadap ketinggian. Percepatan gerak jatuh bebas disebabkan oleh gaya gravitasi bumi yang besarnya 9,8 m/s2 dan berarah menuju kepusat bumi. Gesekan yang dimaksud disini adalah gesekan antara benda dan udara.


 
Gambar 1.  Percobaan Gerak Jatuh Bebas  (Panduan Praktikum Fisika)

Pada gambar 1,  ketika sebuah benda jatuh bebas dengan kecepatan awal nol dan melewati dua buah titik h1 dan h2, maka Jarak tempuh yang di hasilkan dari titik 1 dan 2 dapat dinyatakan :

                h1- h2 = v1t-  g (t2-t1)2                    (1)



Karena pada gerak jatuh bebas kecepatan awal adalah nol, sedangkan percepatan yang digunakan merupakan percepatan gravitasi sehingga dapat disimpulkan kecepatan akhir benda adalah sebagai berikut :

v1 =  v0 + at
v1 = 0  + (-gt)
v1 = -gt                                (2)

persamaan (2) disubtitusi kepersamaan (1), dengan mengambil h = h2- h1 sehingga dihasilkan :

h1- h2     = v1t-  g (t2-t1)2
-(h1- h2) = -gt1 (t2-t1) -  g (t2-t1)2
-h           = -gt1 (t2-t1) -  g (t2-t1)2
h            = gt1 (t2-t1) +  g (t2-t1)2
h            = g(t2-t1) x [t1 +  g (t2-t1)2]
g(t2-t1)   = +  (t2-t1) 2









Suatu benda yang melakukan gerak berulang-ulang yang pergerakannya kembali ketitik semula disebut dengan gerak osilasi. Contoh dari gerak osilasi ini seperti gerakan bandul. Bandul melakukan gerakan berulang melalui titik kesetimbangan. Titik kesetimbangan adalah titik saat benda diam. [3]

Simpangan adalah jarak benda yang bergetar dari titik kesetimbangan dilambangkan dengan x yang satuannya meter. [1] Jarak atau simpangan terjauh dari titik kesetimbangan tersebut disebut Amplitudo dilambangkan dengan A. Periode adalah waktu yang di butuhkan benda untuk melakukan satu getaran secara lengkap dilambangkan dengan T yang satuannya sekon. Frekuensi adalah banyaknya getaran yang di lakukan oleh benda selama satu detik dilambangkan dengan f yang satuannya Hertz. Kecepatan sudut (ω) adalah besaran vector yang menyatakan frekuensi sudut suatu benda dan sumbu putarnya dengan satuan rpm. [2]


Gambar 2.  Percobaan Bandul Sederhana  (Panduan Praktikum Fisika)

Pada bandul sederhana komponen gaya yang berkerja pada Gambar 2  dapat dinyatakan :

FX = m d2x  = mg sinθ           (4)
                                dt2
pada sudut kurang dari 50, berlaku :

                sinθ = x                                     (5)
                           l
dengan menggunakan persamaan  (5)

x = A sin (ωt),

dan hubungan dengan,

T=

Maka perioda osilasi T bandul dinyatakan :






II. METODE PENELITIAN

2.1. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada gerak jatuh bebas adalah aparat jatuh bebas yang terdiri dari statif digunakan sebagai penyangga dan tempat dilekatkannya gerbang cahaya dan magnet, magnet digunakan  sebagai tempat dilekatkan bola logam, gerbang cahaya (photogate) digunakan sebagai pendeteksi bola logam, time counter digunakan untuk menghitung waktu percobaan, meteran digunakan untuk mengukur panjang lintasan bola, dan bola digunakan sebagai bahan uji, dan plumb bob digunakan untuk mengatur kelurusan magnet pemegang bola dan kedua gerbang. Sedangkan alat dan bahan untuk bandul sederhana adalah benang digunakan untuk menggantung plumb bob, plumb bob digunakan sebagai pengatur posisi vertikal tali, penggaris digunakan untuk mengukur panjang benang,  dan stop watch digunakan untuk mengukur waktu percobaan.

2.2. Prosedur percobaan

Prosedur kerja untuk  gerak jatuh bebas yaitu pertama alat disiapkan seperti gambar 1. Selanjutnya, dihubungkan timer counter ke soket listrik. Setelah itu, diukur panjang lintasan h. Kemudian dihidupkan timer counter dan ditekan pemilih fungsi hingga berada pada fungsi Gravity Acceleration. Lalu diatur kelurusan magnet pemegang bola dan kedua gerbang cahaya menggunakan plump bob sehingga lintasan bola logam dari magnet pemegang bola menghalangi berkas cahaya pada masing-masing gerbang cahaya. Kemudian dipasang bola logam pada magnet pemegang bola. Setelah itu dijatuhkan bola dengan cara menekan tombol E.MAGNET sehingga bola akan jatuh melewati gerbang cahaya 1 dan gerbang cahaya 2 secara berurutan. Dicatat hasil pengukuran panjang lintasan (h), waktu tempuh dari magnet pemegang bola ke gerbang cahaya 1 (t1) dan ke gerbang cahaya 2 (t2). Kemudian diolah data berdasarkan hasil tersebut.
Sedangkan prosedur kerja untuk bandul sederhana adalah pertama alat disusun seperti gambar 2. Kemudian diukur panjang tali. Lalu ditarik dan diayunkan plumb bob pada sudut yang kecil (<5°) sebanyak 20 ayunan. Setelah itu dicatat panjang tali dan waktu untuk 20 ayunan. Diulangi langkah 2 sampai 4 dengan panjang tali yang berbeda. Kemudian diolah data berdasarkan hasil tersebut.

III. Hasil dan Pembahasan

3.1. Analisis Hasil Pengukuran

A. Gerak Jatuh Bebas

Tabe   Tabel 1.Pengaruh Tinggi Terhadap Waktu Gerak Jatuh Bebas
Panjang Lintasan (cm)
Waktu t1 (s)
Waktu t2 (s)
31
0.1139
0.3113
27
0.1116
0.2991
24
0.1166
0.2811
22
0.1163
0.2789
21
0.1765
0.2726
17
0.1765
0.2630
14
0.1768
0.2537
13
0.1767
0.2441
11
0.1772
0.2428
9
0.1754
0.2251

Tabel 2. Pengolahan Data Pengukuran

t22-t12
h
(t22-t12)2
h (t22-t12)
x
y
x2
xy
0.084
31
0.007
2.604
0.077
27
0.005
2.079
0.0655
24
0.0042
1.572
0.0642
22
0.0041
1.4124
0.0432
21
0.0018
0.9072
0.0379
17
0.0014
0.6443
0.0331
14
0.0010
0.4634
0.0283
13
0.0008
0.3679
0.0276
11
0.0007
0.3036
0.0199
9
0.0003
0.1791
0.4807
189
0.0263
10.5284




 














Gambar 3. Grafik Hubungan Ketinggian dan Waktu

Berdasarkan tabel 1 dan gambar 3 dengan metoda regresi didapatkan hasil bahwa pada panjang lintasan paling panjang yaitu 31 cm dengan waktu yang diperlukan bola untuk melewati gerbang cahaya 1 adalah 0.1139 s dan waktu saat melewati gerbang cahaya 2 yaitu 0.3113 s. Sedangkan pada panjang lintasan paling pendek yaitu 9 cm waktu yang dibutuhkan bola untuk melewati gerbang cahaya 1 adalah 0.1754 s dan waktu saat melewati gerbang cahaya 2 adalah 0.2251 s. Hal ini berarti pada lintasan panjang waktu yang dibutuhkan singkat sedangkan pada lintasan pendek waktu yang dibutuhkan lebih lama.

Grafik hubungan ketinggian dan waktu menunjukkan bahwa posisi berbentuk menyerupai garis lurus (regresi). Oleh karena itu posisi sebagai fungsi waktu merupakan fungsi kuadrat dengan y=posisi, g=percepatan gravitasi, dan y0=posisi mula-mula[4]

B. Bandul Sederhana

Tabel 3. Pengaruh Tali Terhadap Waktu Ayunan Bandul
Panjang Tali  (cm)
Waktu t (s)
62
32,63
56
29,31
49
28,38
43
25,72
46
24,50
30
22,19
13
19,35
18,5
16,25
15
16,09
12,5
14,10

Tabel 4. Pengolahan Data Pengukuran

l
T2
I2
IT2
x
y
x2
xy
62
2.661
3844
164.982
56
2.147
3136
120.232
49
2.013
2401
98.637
43
1.653
1849
71.079
46
1.500
2116
69
30
1.230
900
36.9
23
0.936
529
21.528
18.5
0.660
342.25
12.21
15
0.647
225
9.0705
12.5
0.497
156.25
6.2125
355
13.944
15498.5
610.485
















Gambar 4. Grafik Hubungan Panjang Tali Terhadap Waktu

Dari tabel 3 yang memberikan informasi mengenai pengaruh panjang tali terhadap waktu dapat dilihat bahwa semakin panjang tali maka semakin lama pula waktu yang di perlukan untuk satu ayunan. Hasil ini menyatakan bahwa panjang tali dengan periode ayunan berbanding lurus. Besarnya simpangan harmonik sederhana pada bandul dapat ditentukan dengan gerak bolak balik pada bandul sederhana.


Hal ini sesuai dengan literature yang menyatakan bahwa semakin panjang tali maka periode osilasi bandul semakin lama. [5]
                Berdasarkan Tabel 4 dapat dilihat hasil pengolahan data pengukuran mengenai pengaruh panjang tali terhadap perioda ayunan bandul sederhana. Hasil ini menyatakan bahwa grafik hubungan antara T2 dengan l merupakan grafik naik. Sehingga dapat dilihat terdapatnya hubungan berbanding lurus antara panjang tali dengan perioda. Pengaruh panjang tali sangat menentukan banyak getaran yang dihasilkan oleh bandul. Semakin panjang tali maka semakin kecil getaran dan frekuensi yang dihasilkan, sebaliknya perioda bertambah. Hal ini  sesuai dengan literatur jika tali semakin panjang, maka akan sulit untuk bandul berayun sehingga bandul akan bergerak semakin lambat. [5]

IV. Kesimpulan

Dalam percobaan mengenai gerak jatuh bebas dan bandul sederhana dapat diambil kesimpulan bahwa gravitasi bumi yang didapatkan sedikit menyimpang dari literatur. Gravitasi yang didapatkan pada metode gerak jatuh bebas adalah 904.78 cm/s2. Gravitasi bumi yang didapat pada metode bandul sederhana adalah 990.9 cm/s2. Sedangkan pada literatur gravitasi bumi adalah 978 cm/s2. Perbedaan dengan literature disebabkan oleh kesalahan praktikan saat praktikum dalam menentukan tinggi posisi benda pada gerbang cahaya pertama dan waktu yang dibutuhkan benda untuk mencapai gerbang cahaya pertama dan kedua, sehingga hasil yang didapat tidak sesuai.
dametodebandulsederhana

V. UCAPAN TERIMA KASIH

Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa. Terima kasih kepada: Koordinator Umum, Muhammad Dzul Akbar, Koordinator Jurusan, Nur Afni Rahayu, Koordinator Alat, Azhardi Bustami,  para asisten, Rin Luan Hawari, selaku asisten pembimbing, yang telah membimbing kami dalam menyelesaikan jurnal ini dan terima kasih tak terhingga kepada teman-teman seperjuangan dari kelompok K03 dan K04.

DAFTAR PUSTAKA

1.Halliday,  Resnick. 1984. Fisika Jilid1 (Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga

2.Pantur. 1985. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

3.Purwadi B, Sulistya E, Wagini, Sunarta, Partini Y, Murdoko B, 1997. Panduan Fisika Dasar di Universitas Gadjah Mada, FMIPA. Yogyakarta.

4.Purwanto B, 2007. Fisika Dasar 2 Teori Dan Implementasinya untuk Kelas IX. Solo : PT TigaSerangkai.

5.Serway. 2009. Fisika jilid 1. Jakarta: Erlangga









Tidak ada komentar:

Posting Komentar

GERAK JATUH BEBAS DAN BANDUL SEDERHANA

GERAK JATUH BEBAS DAN BANDUL SEDERHANA Nafa Yulianti a , Rin Luan Hawari b , Azhardi Bustami b , Muhammad Dzul Akbar b a Jur...