HALAMAN JUDUL - Sanata Dharma Universityrepository.usd.ac.id/34857/2/111424039_full.pdf · 2019. 7....

HALAMAN JUDUL

PENGUKURAN POSISI PADA GERAK ROKET UNTUK MENGHITUNG

NILAI KECEPATAN DAN PERCEPATANNYA DENGAN KAMERA

VIDEO DAN SOFTWARE LOGGERPRO

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

Wahyu Dwi Anggoro

NIM: 111424039

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

HALAMAN PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING

SKRIPSI


NILAI KECEPATAN DAN PERCEPATANNYA DENGAN KAMERA VIDEO

DAN SOFTWARE LOGGERPRO

Oleh:

Wahyu Dwi Anggoro

NIM: 111424039

Telah disetujui oleh:

Pembimbing

Ir. Sri Agustini Sulandari, M.Si. Tanggal_________________2017


iii

HALAMAN PENGESAHAN

SKRIPSI


NILAI KECEPATAN DAN PERCEPATANNYA DENGAN KAMERA

VIDEO DAN SOFTWARE LOGGERPRO

Dipersiapkan dan ditulis oleh

Wahyu Dwi Anggoro

NIM: 111424039

Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji

Pada tanggal 11 Juni 2018

Dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Nama lengkap Tanda tangan

Ketua : Dr. Marcellinus Andy Rudhito, S.Pd.

Sekretaris : Dr. Ign. Edi Santosa,M.S.

Anggota : Ir. Sri Agustini Sulandari, M.Si.

Anggota : Dwi Nugraheni Rositawati, M.Si.

Anggota : Drs. Domi Severinus, M.Si.

Yogyakarta, 11 Juni 2018

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Sanata Dharma

Dekan,

Dr. Yohanes Harsoyo, S.Pd., M.Si


iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan

dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 31 Juli 2018

Penulis

Wahyu Dwi Anggoro

NIM: 111424039


v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda-tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma

Nama : Wahyu Dwi Anggoro

NIM : 111424039

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

“PENGUKURAN POSISI PADA GERAK ROKET UNTUK MENGHITUNG

NILAI KECEPATAN DAN PERCEPATANNYA DENGAN KAMERA VIDEO

DAN SOFTWARE LOGGERPRO”. Dengan demikian saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa

perlu meminta izin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap

mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal 31 Agustus 2018

Yang menyatakan,

Wahyu Dwi Anggoro


vi

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian mengenai gerak roket dengan bahan bakar mesiu

(blackpowder) dengan arah vertikal ke atas. Gerak roket secara vertikal direkam

dengan kamera video dan dianalisis menggunakan software pengolah video

LoggerPro. Hasil dari analisis video berupa grafik hubungan posisi terhadap waktu,

grafik hubungan kecepatan terhadap waktu, dan grafik hubungan percepatan

terhadap waktu. Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu di-fit dengan

persamaan kecepatan untuk menilai hasil pengukuran. Demikian pula, grafik

hubungan percepatan terhadap waktu di-fit dengan persamaan percepatan untuk

menilai hasil pengukuran. Didapatkan hasil bahwa model roket sederhana dengan

bahan bakar mesiu dapat dibuat untuk menunjukkan gerak dengan percepatan tidak

konstan yang persamaan geraknya sesuai dengan rumusan teoretis.

Kata kunci: roket, gerak roket, posisi, kecepatan, percepatan, massa,

perubahan massa, pengukuran, gerak dengan percepatan tidak konstan.


vii

ABSTRACT

Experiments on variable-mass system or rocket motion by vertically

launching blackpowder-powered rocket models has been made. This motion is

recorded with video camera and analyzed with video processing software

LoggerPro. The results of the analysis are graphs of position to time, of velocity to

time and of acceleration to time. The graphs are fitted to velocity and acceleration

equations to evaluate the measurements. The result is that a simulation of non-

uniform acceleration motion can be done with simple blackpowder-powered rocket

models which satisfy the theoretical hypothesis.

Key words: rocket, rocket motion, position, velocity, acceleration, mass,

variable-mass system, measurement, non-uniform acceleration.


viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Allah Yang Maha Kuasa dan Maha Kasih atas berkat

dan rahmat-Nya yang melimpah. Berkat dan rahmat itulah yang membuat penulis

dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Selain itu, penulis ingin mengucapkan

terima kasih juga kepada:

1. Serikat Yesus yang telah memberi saya kesempatan untuk belajar di

Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma.

2. Seluruh civitas academica Universitas Sanata Dharma, baik dosen,

karyawan, maupun rekan-rekan mahasiswa yang telah membantu saya

dalam berbagai hal yang tidak dapat saya sebut satu per satu.

3. Keluarga saya di rumah yang selalu mendoakan dan memberi semangat.

4. Ir. Sri Agustini Sulandari, M.Si., selaku dosen pembimbing yang telah

membimbing penulis dengan sabar, memberi motivasi dan memberikan

arahan dari awal sampai akhir penulisan skripsi ini.

5. Teman-teman Pendidikan Fisika Angkatan 2011 yang senantiasa

menginspirasi dan memotivasi saya untuk segera menyelesaikan skripsi

ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih belum sempurna. Untuk itu, kritik

dan saran yang membangun akan penulis terima dengan senang hati. Semoga

skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pembaca.

Yogyakarta, 25 Juni 2018

Penulis


ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING ...................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .............................................................. iv

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................. v

ABSTRAK ......................................................................................................... vi

ABSTRACT ...................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xi

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

I.1 Latar Belakang....................................................................................... 1

I.2 Batasan Masalah dan Perumusan Masalah ............................................. 4

I.3 Maksud dan Tujuan Penulisan ............................................................... 4

I.4 Metode Penelitian dan Penulisan ............................................................ 5

I.5 Sistematika Penulisan ............................................................................ 6

BAB II DASAR TEORI ................................................................................. 8

II.1 Gerak dengan Percepatan Tidak Tetap ................................................... 8

II.2 Gerak Roket sebagai Gerak dengan Percepatan Tidak Tetap .................. 9

II.3 Tinjauan Pustaka.................................................................................. 14

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................. 16

III.1 Jenis dan Tempat Penelitian ............................................................. 16

III.2 Alat dan Bahan ................................................................................. 16

III.3 Prosedur Penelitian ........................................................................... 17

III.3.1 Pembuatan Roket ...................................................................... 17

III.3.2 Prosedur Penelitian.................................................................... 18

III.4 Metode Analisis Data ....................................................................... 19

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................... 21

IV.1 Hasil Percobaan................................................................................ 21


x

IV.1.1 Percobaan I ............................................................................... 23

IV.1.2 Percobaan II .............................................................................. 28

IV.1.3 Percobaan III ............................................................................. 33

IV.2 Pembahasan ..................................................................................... 39

BAB V PENUTUP ....................................................................................... 41

V.1 Kesimpulan.......................................................................................... 41

V.2 Beberapa Catatan ................................................................................. 42

V.3 Relevansi ............................................................................................. 44

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 46


xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar IV.1. Desain Roket untuk Penelitian ..................................................... 21

Gambar IV.2 Diagram Tiang Penyangga Peluncuran.......................................... 22

Gambar IV.3 Grafik Hubungan antara Ketinggian (h) Roket vs Waktu (t) .......... 27

Gambar IV.4 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t) ........... 27

Gambar IV.5 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t) .......... 28


Gambar IV.7 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t) ........... 32

Gambar IV.8 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t) .......... 33


Gambar IV.10 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t) ......... 37

Gambar IV.11 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t) ........ 38

DAFTAR TABEL

Tabel IV.1. Hubungan antara Waktu, Ketinggian, Kecepatan dan Percepatan pada

Gerak Roket .................................................................................................. 23


Gerak Roket .................................................................................................. 28


Gerak Roket .................................................................................................. 33


1

BAB I

PENDAHULUAN

Bab ini terdiri dari lima bagian. Bagian-bagian tersebut adalah latar belakang,

maksud dan tujuan penulisan, batasan masalah dan perumusan masalah, metode

penelitian dan penulisan, serta sistematika penulisan skripsi ini. Tujuan dari bab ini

adalah agar pembaca memperoleh gambaran besar guna memahami alur dan

pembahasan skripsi ini.

I.1 Latar Belakang

Manusia, sejak berabad-abad lamanya, telah berusaha untuk menyatakan

kuantitas dengan bilangan. Manusia juga membandingkan sifat-sifat fisis benda dan

menemukan kesamaan atau perbedaan. Misalnya, sebuah benda lebih panjang atau

lebih pendek dari benda lainnya. Dalam artian yang sangat sederhana,

pembandingan ini sudah merupakan pengukuran. Demi kemudahan dan kepraktisan

pengukuran ini, dibuatlah suatu satuan yang kurang lebih standar. Dalam fisika,

dikenal istilah SI (satuan internasional) yang merupakan satuan pengukuran

standar.

Seiring perkembangan ilmu pengetahuan, berkembang pula sistem

pengukuran. Tidak hanya jumlah besaran yang berusaha diukur semakin banyak,

melainkan juga usaha agar hasil pengukuran sungguh merepresentasikan


2

kenyataan. Pengukuran, sebagai sebuah estimasi atau perkiraan, diusahakan

menghasilkan sebanyak mungkin angka pasti dan meminimalkan ketidakpastian.

Dalam mekanika klasik, besaran yang umumnya berperan adalah waktu, jarak

dan perpindahan, kecepatan dan kelajuan, serta percepatan. Waktu (atau selang

waktu) dapat menjadi sulit diukur dengan akurat jika selang waktu tersebut amat

singkat. Demikian pula jarak dan perpindahan (besaran panjang), menjadi sulit

diukur ketika nilainya sangat kecil. Namun, secara umum, besaran panjang

bukanlah besaran yang dapat berubah nilainya dalam waktu singkat sehingga masih

dapat dilakukan pengukuran dengan cukup tepat bahkan dengan alat ukur yang

sangat sederhana.

Lain halnya dengan besaran kecepatan, kelajuan, dan percepatan. Kecepatan

(sesaat) didefinisikan sebagai perpindahan yang dialami suatu benda dalam selang

waktu mendekati nol. Sementara percepatan (sesaat) didefinisikan sebagai

perubahan kecepatan yang dialami suatu benda dalam selang waktu mendekati nol.

Selang waktu yang amat kecil ini membuat pengukuran kecepatan dan percepatan

menjadi amat sulit. Untuk pengukuran kecepatan dan kelajuan, umumnya

digunakan spedometer. Sementara untuk pengukuran percepatan, digunakan

akselerometer. Kekurangan kedua alat ini terdapat pada keharusan kedua alat

dipasang pada benda yang bergerak. Akibatnya, massa benda yang akan diukur

berubah karena massa alat ukur yang terpasang padanya. Dengan kata lain,

keberadaan alat ukur mempengaruhi gerak benda.


3

Telah diupayakan cara-cara lain untuk mengatasi masalah di atas. Untuk

pengukuran kecepatan, digunakan pistol radar serta pemanfaatan efek Doppler. Alat

ini umum dipakai pada pengukuran kecepatan bola tenis dan oleh polisi untuk

mengukur kecepatan kendaraan yang melintas. Namun cara di atas tidak praktis dan

cukup mahal karena membutuhkan alat tertentu (pistol radar). Sementara di

laboratorium, kerap digunakan detektor gerak (motion detector) atau photogate

untuk keperluan akurasi. Tentu saja alat-alat ini cukup mahal dan hanya dapat

digunakan dalam kondisi tertentu saja di laboratorium. Salah satu alternatif alat

pengukur kecepatan dan percepatan yang cukup murah, praktis dan dapat

digunakan dalam berbagai kondisi medan adalah analisis video dengan

memanfaatkan software, sebagaimana misalnya LoggerPro.

Pengukuran kecepatan dan percepatan dengan analisis video ini menjadi

praktis karena di lapangan, yang harus ada hanyalah kamera untuk merekam gerak

benda. Sementara, kita tahu bahwa saat ini hampir setiap orang memiliki telepon

seluler pintar yang berkamera. Selanjutnya hasil rekaman dianalisis di komputer

menggunakan software LoggerPro.

Dalam skripsi ini, dipilih gerak roket sebagai gerak yang akan dianalisis

terkait kecepatan dan percepatannya. Pemilihan ini pertama-tama berdasar

kenyataan bahwa gerak roket termasuk dalam gerak dengan percepatan tidak

konstan (non-uniform acceleration). Dengan demikian, diharapkan hasil

pengukuran menunjukkan nilai percepatan benda yang berubah-ubah. Demikian

pula dengan nilai kecepatannya.


4

I.2 Batasan Masalah dan Perumusan Masalah

Permasalahan yang diteliti dalam skripsi ini dibatasi pada pengukuran

kecepatan dan percepatan benda pada gerak roket dengan menggunakan analisis

video.

Dari latar belakang pada bagian sebelumnya, masalah yang ada penulis

rumuskan sebagai berikut:

1. Bagaimana membuat benda (roket) dapat bergerak dengan percepatan

yang tidak konstan (non-uniformed acceleration)?

2. Bagaimana gerak roket dapat terekam dengan baik oleh kamera (jelas dan

tidak ada yang terlewatkan) dan dapat diperoleh data mengenai posisi

roket?

3. Bagaimana akurasi hasil pengukuran (kecepatan dan percepatan roket)

dapat dipertanggungjawabkan dan sesuai dengan rumusan teoretis?

I.3 Maksud dan Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk menunjukkan bahwa gerak dengan

percepatan tidak tetap (non-uniform acceleration) dapat disimulasikan secara

sederhana dengan roket model dan pengukuran karakteristik geraknya (posisi,

kecepatan dan percepatannya) dapat diukur dengan metode yang sederhana pula,

yakni dengan analisis rekaman kamera video menggunakan software LoggerPro.


5

Selain itu, fenomena gerak dengan percepatan tidak konstan (non-uniform

acceleration) merupakan gerak yang jarang mendapat pembahasan mendalam, baik

di tingkat pendidikan menengah, maupun di tingkat pendidikan tinggi. Maka tujuan

kedua skripsi ini adalah sekaligus sebagai pemberi wawasan kepada pembaca

tentang karakteristik gerak tersebut.

Tujuan ketiga, pemilihan metode pengukuran menggunakan analisis video

dimaksudkan untuk menambah wawasan pembaca bahwa suatu pengukuran yang

akurat dan dapat dipertanggungjawabkan tidak harus menggunakan alat yang mahal

dan rumit. Ketika hampir setiap orang mempunyai akses terhadap kamera, maka

pengukuran dengan analisis video menjadi sesuatu yang sangat affordable, dengan

akurasi yang dapat dipertanggungjawabkan pula. Sementara, gerak roket dipilih

karena ketertarikan pribadi penulis pada jenis gerak ini.

I.4 Metode Penelitian dan Penulisan

Metode yang digunakan dalam penulisan skripsi ini meliputi:

1. Studi kepustakaan

Topik penelitian untuk skripsi ini penulis dapatkan sewaktu menempuh

mata kuliah Penelitian Fisika II. Dari salah satu jurnal yang penulis baca,

muncul gagasan untuk melakukan pengukuran kecepatan dan percepatan

pada gerak roket. Kemudian, penulis melakukan kajian pustaka dengan

mencitra referensi lebih lanjut, entah dari jurnal lain maupun dari buku-buku

yang membahas topik tersebut.


6

2. Studi lapangan

Tahap berikutnya adalah studi lapangan, di mana penulis mencari

kemungkinan-kemungkinan untuk membuat sendiri roket untuk keperluan

penelitian ini. Termasuk dalam tahap ini adalah pencarian tempat di mana alat

dan bahan pembuatan roket dapat didapatkan dan lokasi yang memungkinkan

untuk peluncuran roket.

3. Pembuatan alat

Tahap ketiga adalah pembuatan roket itu sendiri. Dengan

memanfaatkan literatur yang sudah dipelajari dan menyesuaikan dengan

kondisi lapangan, termasuk ketersediaan alat dan bahan, penulis lalu

membuat roket sesuai spesifikasi yang dituntut untuk penelitian ini.

4. Pengumpulan data

Tahap terakhir adalah peluncuran roket dan perekaman dengan kamera

yang dilanjutkan dengan analisis video untuk mendapatkan data kecepatan

dan percepatan yang diinginkan.

I.5 Sistematika Penulisan

Skripsi ini ditulis dengan sistematika sebagai berikut:

Bab pertama merupakan pendahuluan. Dalam bab ini, diuraikan latar

belakang masalah, maksud dan tujuan penulisan, batasan dan perumusan masalah,

metode penelitian dan penulisan, dan sistematika penulisan.


7

Bab kedua memuat dasar teori. Dalam bab ini, dibahas landasan-landasan

teoretis yang berlaku dalam gerak roket. Landasan teori ini menjadi semacam

prediksi atas hasil percobaan dan karakteristik gerak roket. Dalam bab ini juga

ditampilkan referensi mengenai penelitian serupa yang telah dibuat oleh orang lain.

Bab ketiga memuat metode penelitian. Bab ini terdiri atas langkah-langkah

atau prosedur yang penulis tempuh dalam penelitian ini. Termasuk dalam bab ini

adalah alat dan bahan yang diperlukan, langkah pembuatan alat dan penyusunan

alat, serta metode pengumpulan dan analisis data.

Bab keempat merupakan hasil dan pembahasan. Dalam bab ini, disajikan

hasil penelitian berupa data serta bagaimana data tersebut dianalisis dan dibahas.

Selanjutnya, hasil ini dibandingkan dengan prediksi atau dengan penelitian lain

yang serupa.

Bab kelima merupakan penutup. Bab ini berisi kesimpulan dan beberapa

catatan mengenai hasil penelitian. Dalam bab ini, akan diuraikan pula relevansi

penelitian ini bagi kemajuan pendidikan dan ilmu fisika.


8

BAB II

DASAR TEORI

Dalam bab ini, akan dibahas landasan-landasan teori yang dapat menjadi titik

pijak dalam memahami karakteristik gerak roket. Selanjutnya, dari landasan teori

tersebut dapat dilakukan prediksi atas apa yang akan terjadi pada gerak roket.

Dibahas pula beberapa penelitian yang telah dilakukan oleh orang lain dan

dilaporkan dalam jurnal mengenai pengukuran kecepatan gerak roket.

II.1 Gerak dengan Percepatan Tidak Tetap

Gerak dengan percepatan tetap adalah gerak di mana benda mengalami

perubahan kecepatan secara konstan. Dalam fisika, dan terutama cabang mekanika

dan kinematika, digunakan konsep seperti perpindahan, kecepatan, dan percepatan

untuk menggambarkan gerak semacam itu. Perpindahan x dimengerti sebagai

perubahan posisi benda terhadap suatu titik acuan tertentu. Konsep kecepatan v

digunakan untuk menggambarkan seberapa cepat sebuah benda atau partikel

berubah posisi. Sementara konsep percepatan a digunakan untuk menunjukkan

perubahan kecepatan benda atau partikel per satuan waktu.1

Sesuai dengan namanya, gerak dengan percepatan tidak tetap (non-uniform

acceleration) adalah gerak di mana benda mengalami perubahan percepatan. Dalam

fisika, perubahan percepatan ini disebut sebagai sentakan (jerk). Sentakan ini dapat

1 Paul A. Tipler and Gene Mosca, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 28-

35.


9

bernilai konstan ataupun berubah-ubah. Kecepatan v merupakan turunan pertama

perpindahan x terhadap waktu t, percepatan a merupakan turunan kedua jarak

terhadap waktu, dan sentakan j merupakan turunan ketiga jarak terhadap waktu.

Atau, secara matematis:

dx

vdt

(2.1)

2

2

dv d xa

dt dt (2.2)

3

3

da d xj

dt dt (2.3)

II.2 Gerak Roket sebagai Gerak dengan Percepatan Tidak Tetap

Dalam gerak roket, berlaku tiga hukum fisika, yakni Hukum II dan III Newton

tentang gerak dan hukum kekekalan momentum.2 Menurut Hukum III Newton

tentang gerak atau disebut juga Hukum Aksi Reaksi, ketika dua buah benda

berinteraksi, gaya yang dikerjakan benda pertama terhadap benda kedua adalah

sama besar namun berlawanan arah dengan gaya yang dikerjakan benda kedua

terhadap benda pertama.

AB BAF F (2.4)

2 Paul A. Tipler and Gene Mosca, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 273-

276.


10

Roket dan udara merupakan dua benda yang berinteraksi di sini. Ketika bahan

bakar terbakar, roket melakukan gaya terhadap udara. Sebaliknya udara juga

melakukan gaya terhadap roket. Akibatnya roket terdorong naik.

Hukum II Newton tentang gerak menyatakan bahwa percepatan sebuah benda

a berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja padanya netF dan

berbanding terbalik dengan massa benda m. Secara matematis, hal itu dirumuskan:

netFa

m (2.5)

Menariknya, dalam gerak roket, massa benda tidaklah konstan karena bahan

bakar roket terbakar dan berkurang hingga roket padam. Dengan kata lain, massa

benda berkurang secara beraturan. Akibatnya, karena percepatan benda berbanding

terbalik dengan massanya, percepatannya akan bertambah besar.

Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa jika resultan gaya luar

yang bekerja pada suatu sistem adalah nol, momentum sistem p , yang merupakan

perkalian massa m dan kecepatannya v , akan tetap konstan.3 Secara matematis hal

itu dirumuskan demikian:

Jika 0,maka konstanekst i isist

i

F p m v (2.6)

dengan p mv (2.7)

3 Paul A. Tipler and Gene Mosca, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 273.


11

Dapat dirumuskan hubungan antara hukum kekekalan momentum dengan

Hukum II Newton tentang gerak dengan menurunkan persamaan (2.7) di atas

terhadap waktu sehingga menjadi

dp dv dm

m v madt dt dt

.

Dengan mensubstitusi persamaan (2.5) ke persamaan di atas, didapatkan:

net

dpF

dt . (2.8)

Dengan kata lain, besarnya gaya luar yang bekerja pada suatu sistem sama

dengan laju perubahan momentum benda. Andaikan dalam gerak roket bahwa

tumbukan terjadi antara udara dengan roket. Kecepatan bahan bakar meninggalkan

roket adalah sebesar u dan kecepatan roket sebesar v . Dalam selang waktu t ,

massa bahan bakar roket yang awalnya sebesar m berkurang sebesar m .

Sementara itu dalam selang waktu yang sama, kecepatannya juga berubah dari

kecepatan awal v sebesar v . Maka dengan menggunakan persamaan (2.8), dapat

dihitung nilai gaya luar yang bekerja pada roket tersebut.

net

dp pF

dt t

( )( ) ( ) ( )net f iF t p p p m m v v mv mu m v m v u m v

( )net

v m vF m v u m

t t t


12

Dengan mengambil nilai t mendekati 0, yang juga berarti t dan v juga

mendekati 0, maka, persamaan di atas menjadi:

( ) ( )

( )

net

net

v m v mF m v u m v u

t t t t

m vF u v m

t t

(2.9)

Nilai ( )u v adalah nilai kecepatan relatif bahan bakar terhadap roket.

Sementara nilai /m t adalah nilai laju berkurangnya bahan bakar. Jika

diandaikan laju ini bernilai konstan dan diberi simbol R, massa roket m pada waktu

t dapat dihitung sebagai:

0 = m m Rt (2.10)

dengan m0 adalah massa awal roket. Jika gesekan udara diabaikan, maka satu-

satunya gaya luar yang bekerja pada roket adalah gaya berat. Dengan beratF mg

dan /R m t , persamaan (2.9) menjadi:

relatif

dvmg Ru m

dt (2.11)

Nilai relatifRu adalah nilai gaya dorong dF yang bekerja pada roket oleh

karena bahan bakar. Sehingga besarnya gaya ini adalah:

d relatif relatif

mF Ru u

t

(2.12)

Dengan pengandaian pula bahwa roket bergerak lurus ke atas, maka arah ini

dipilih sebagai sumbu y positif, dan arah relatifu adalah ke bawah. Persamaan (2.11)

di atas menjadi:


13

relatif

dvmg Ru m

dt . (2.13)

Percepatan benda, dengan demikian, dapat dinyatakan sebagai:

relatifRudv

a gdt m

. (2.14)

Persamaan di atas menunjukkan bahwa percepatan benda dipengaruhi oleh

gaya dorong bahan bakar, massa roket dan percepatan gravitasi. Dengan

mensubstitusikan nilai m dari persamaan (2.10), didapatkan:

0

relatifRudva g

dt m Rt

(2.15)

Persamaan (2. 14) ini dapat diselesaikan dengan mengintegralkan kedua ruas

dan menganggap keadaan awal (diam) roket sebagai t = 0.

0

0 0 00 0 0

/1ln

/ /

t t trelatif

relatif relatif

Ru m R tv g dt u dt g dt u gt

m Rt m R t m R

0

0

lnrelatif

mv u gt

m Rt

(2.16)

Dari persamaan (2.14) ini dapat diprediksikan bahwa jika terjadi pembakaran

bahan bakar secara sempurna, sehingga laju berkurangnya ( R ) dan kecepatan

relatif bahan bakar terhadap roket relatifu bernilai konstan, percepatan roket akan

bertambah karena massa 0m m Rt yang semakin kecil dan mencapai angka

tertentu (roket padam). Pada saat roket padam, nilai 0relatifu karena tidak ada lagi

gaya tolak bahan bakar sehingga percepatan roket a g dan terjadilah gerak jatuh

bebas. Perubahan percepatan ini pun tidak konstan (linear) melainkan hiperbolik.


14

Sementara dari persamaan (2.15), dapat diprediksikan bahwa kecepatan roket akan

bertambah hingga nilai relatifu mencapai nol, yakni saat roket padam. Kecepatannya

bertambah juga tidak secara konstan, melainkan secara eksponensial, tergantung

pada besarnya kecepatan relatif relatifu .

II.3 Tinjauan Pustaka

Pengukuran kecepatan dan percepatan roket telah dilakukan dengan berbagai

metode dan oleh banyak ahli. Randy A. Jenkins, misalnya, melakukan pengukuran

percepatan roket dengan tali dan sensor gerak.4 Tali dikaitkan pada roket lalu

dilewatkan pada katrol yang memiliki sensor gerak photogate (Smart Pulley).

Kecepatan tali yang melewati sensor gerak diukur sebagai kecepatan gerak roket.

Dalam hemat penulis, pengukuran dengan cara ini memiliki kekurangan yaitu

bahwa pengukuran mempengaruhi gerak benda karena tali dikaitkan pada roket.

Perhitungan atas trayektori, kecepatan, percepatan, dan gaya dorong roket

dilakukan oleh David Keeports.5 Hal ini dilakukan untuk mengalkulasi secara

teoretis lintasan roket dengan pertama menyatakan gaya yang bekerja dalam gaya

berat, hambatan udara, dan gaya dorong. Dengan membagi resultan gaya terhadap

massa roket, diperoleh percepatan. Kemudian dengan mengintegralkannya,

diperoleh persamaan untuk kecepatan dan posisinya.

4 Randy A Jenkins, “Measuring Model Rocket Acceleration” dalam The Physics Teacher 31, 1993,

10-15. 5 David Keeports, “Numerical Calculation of Model Rocket Trajectories” dalam The Physics

Teacher 28. 1990, 274-279.


15

Pengukuran kecepatan roket juga dilakukan oleh Dwain M. Desbien dan

murid-muridnya.6 Kali ini roket direkam geraknya dengan kamera video.

Kemudian, hasil rekaman itu dianalisis menggunakan software LoggerPro untuk

mendapatkan nilai kecepatannya.

6 Dwain M. Desbien, “High-Speed Video Analysis in a Conceptual Physics Class” dalam The

Physics Teacher 49. 2011, 332-333.


16

BAB III

METODE PENELITIAN

Bab ini akan membahas mengenai metode penelitian yang dipakai dalam

penulisan skripsi ini. Termasuk dalam pembahasan pada bab ini adalah jenis dan

tempat penelitian, alat dan bahan, serta metode analisis data.

III.1 Jenis dan Tempat Penelitian

Penelitian ini termasuk dalam penelitian eksperimental yang dipersiapkan di

laboratorium dan dilaksanakan di lapangan.

III.2 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:

1. Roket dari pipa PVC

2. Bahan bakar blackpowder (campuran KNO3, belerang dan arang)

3. Bubuk Gips

4. Neraca

5. Katrol dan tali

6. Dinamometer

8. Kamera


17

9. Komputer yang dilengkapi software LoggerPro

III.3 Prosedur Penelitian

Untuk penelitian tentang gerak roket, dapat digunakan berbagai macam jenis

roket, entah dengan membeli roket yang siap pakai atau dengan membuat sendiri.

Dalam penelitian ini, roket dibuat sendiri dengan pilihan bahan bakar propelan

bubuk (campuran KNO3, belerang dan arang) dengan alasan lebih murah biayanya

dan dapat disesuaikan dengan kepentingan penelitian, misalnya untuk pengukuran

massa, serta perilaku roket yang dikehendaki.

III.3.1 Pembuatan Roket

1. Menghaluskan bahan-bahan yang akan digunakan sebagai bahan bakar.

Dalam percobaan ini, digunakan kalium nitrat, belerang, dan arang.

2. Mencampur bahan-bahan di atas dengan perbandingan 75% kalium

nitrat, 15% arang, dan 10% belerang.

3. Membuat badan roket dari pipa PVC dengan panjang 185 mm dan

diameter 32 mm. Badan roket ini dilengkapi dengan sirip (4 buah) di

bagian pangkal dan moncong berbentuk kerucut di bagian ujung.

4. Membuat motor roket dari gulungan kertas karton dengan panjang 120

mm dan diameter luar sesuai diameter dalam badan roket. Jumlah motor

roket yang dibuat disesuaikan dengan kebutuhan. Paling tidak dua motor

roket diperlukan, yakni untuk uji coba dan peluncuran.


18

5. Menyumbat salah satu ujung motor dengan adonan gips setebal 20 mm

dan menunggu kering.

6. Memasukkan blackpowder ke dalam motor roket dan memadatkannya

dengan menyisakan 20 mm untuk sumbat gips.

7. Menyumbat ujung lain motor roket dengan adonan gips, dengan memberi

lubang berdiameter 5 mm untuk tempat sumbu. Menunggu hingga

kering.

8. Membuat sumbu dengan menaburkan blackpowder pada kertas yang

diberi perekat dan menggulungnya. Sumbu dipasang pada pangkal motor

roket.

9. Mengulangi langkah 5-8 untuk jumlah motor yang diperlukan.

10. Memasang motor roket di pangkal badan roket. Memberi perekat jika

diperlukan.

III.3.2 Prosedur Penelitian

1. Menguji coba roket dengan cara:

a. Mempersiapkan alat-alat pengaman: pemadam kebakaran, dsb.

b. Menggali lubang di tanah dan meletakkan roket secara terbalik.

c. Menyalakan roket.

d. Jika roket tidak meledak, itu berarti cukup aman untuk melanjutkan

ke tahap selanjutnya.

2. Mengukur kecepatan dan percepatan roket dengan cara:


19

a. Mempersiapkan peluncuran roket di tempat lapang.

b. Mempersiapkan kamera di jarak tertentu dari roket sehingga dapat

merekam sebagian besar lintasan roket.

c. Memasang meteran (atau apa pun yang bisa digunakan sebagai

referensi panjang) dengan panjang tertentu di dekat roket.

d. Menyalakan roket dan pada saat bersamaan (atau sebelumnya)

memulai perekaman.

e. Menganalisis data hasil perekaman di komputer dengan software

LoggerPro.

III.4 Metode Analisis Data

Data yang didapat dari peluncuran berupa rekaman video. Hasil rekaman ini

dianalisis dengan komputer yang dilengkapi software LoggerPro. LoggerPro

mempunyai fitur yang dapat digunakan untuk menganalisis video. Analisis video

ini didasarkan pada gambar (frame) yang diambil kamera setiap selang waktu

tertentu. Jika kamera yang digunakan mempunyai kecepatan 30 fps (frame per

second), selang waktu tersebut adalah 1/30 sekon. Dalam setiap gambar, LoggerPro

menentukan posisi suatu titik secara vertikal dan horizontal terhadap titik acuan.

Ada dua acuan yang digunakan, yaitu titik acuan dan acuan skala. Titik acuan

merupakan titik yang dianggap sebagai titik (0,0) dengan arah vertikal sebagai

sumbu y dan arah horizontal sebagai sumbu x. Acuan skala merupakan jarak dua

titik dalam video yang diketahui. Dalam penelitian ini digunakan sebuah tongkat


20

dengan panjang 1 meter. Dengan demikian, LoggerPro akan mengalkulasi posisi

titik (roket) dalam meter.

Dengan mengambil hanya perubahan posisi roket secara vertikal sebagai data

yang diambil, dan dengan selang waktu yang diketahui untuk setiap perubahan

posisi, komputer dapat mengalkulasi nilai kecepatan dan juga percepatan roket.

Nilai ini kemudian diplot dalam bentuk grafik kecepatan terhadap waktu dan

percepatan terhadap waktu. Grafik yang didapatkan dibandingkan dengan grafik

yang didapat dari persamaan 2.14 dan 2.15.


21

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam bab ini, akan disajikan hasil yang didapat dari percobaan. Setelah itu,

analisis serta pembahasan akan hasil percobaan akan disajikan di bagian berikutnya.

IV.1 Hasil Percobaan

Dalam penelitian ini, digunakan pipa PVC sebagai badan dan kepala roket

dengan ukuran panjang total 18,5 cm, diameter luar 3,2 cm dan diameter dalam 2,8

cm. Untuk hidung (nosel) roket digunakan kertas karton dengan diameter dalam 3,2

cm dan panjang 4 cm. Sirip roket berjumlah empat dengan bahan plastik, ukuran

panjang 6 cm dan lebar 3 cm. Demi lebih jelasnya, silakan melihat gambar.

Gambar IV.1. Desain Roket untuk Penelitian

Selanjutnya sebagai bahan bakar (propelan) roket digunakan campuran

KNO3, arang dan belerang dengan perbandingan 15%, 75%, dan 10%. Campuran

ini dimasukkan dalam tabung karton dengan ukuran panjang 12 cm, diameter dalam


22

2,4 cm, dan diameter luar 2,8 cm. Kedua ujung karton dilapisi dengan gips setebal

2 cm.

Gambar IV.2 Diagram Tiang Penyangga Peluncuran

Peluncuran roket dilakukan di lapangan dalam cuaca terang dan tidak terlalu

berangin. Digunakan tiang penyangga sebagaimana tergambar dalam diagram di

atas untuk memastikan roket meluncur vertikal ke atas. Pengambilan video

dilakukan dari jarak ± 20 m dari tempat peluncuran menggunakan kamera yang

mempunyai kecepatan pengambilan gambar 30 fps. Video hasil pengambilan

gambar ini kemudian dianalisis dengan menggunakan software LoggerPro untuk

mendapatkan data berupa waktu, ketinggian, kecepatan vertikal, dan percepatan

vertikal. Data yang digunakan hanya ketika roket mulai menyala hingga bahan

bakar habis. Adapun data yang didapatkan adalah sebagai berikut.


23

IV.1.1 Percobaan I


Gerak Roket

Massa Roket: 68 gr; massa bahan bakar: 38 gr

Waktu hingga bahan bakar habis: 3, 167 s;

Ketinggian maksimum: 22,99 m

No. Waktu t (s) Ketinggian h

(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

1 0.000 0.00 0.017 3.793

2 0.033 0.00 0.085 7.019

3 0.067 0.00 0.292 13.384

4 0.100 0.01 0.827 26.128

5 0.133 0.04 1.852 40.510

6 0.167 0.12 3.457 57.672

7 0.200 0.25 6.133 67.599

8 0.233 0.51 8.182 54.920

9 0.267 0.81 10.168 36.483

10 0.300 1.27 10.935 12.710

11 0.333 1.52 10.162 12.423

12 0.367 1.90 11.248 24.887

13 0.400 2.30 12.688 21.405

14 0.433 2.72 12.652 13.481

15 0.467 3.16 13.096 16.286

16 0.500 3.61 14.192 11.848

17 0.533 4.07 13.788 8.396

18 0.567 4.54 14.214 16.573

19 0.600 5.03 15.523 13.094

20 0.633 5.54 15.066 7.493

21 0.667 6.05 15.422 14.215


24


(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

22 0.700 6.58 16.713 7.101

23 0.733 7.13 15.957 -3.184

24 0.767 7.67 15.822 0.727

25 0.800 8.20 16.531 -5.548

26 0.833 8.73 15.467 -10.759

27 0.867 9.25 15.206 -4.109

28 0.900 9.76 15.751 -8.997

29 0.933 10.26 14.623 -12.609

30 0.967 10.75 14.328 -5.255

31 1.000 11.23 14.815 -9.250

32 1.033 11.70 13.737 -12.209

33 1.067 12.16 13.450 -4.901

34 1.100 12.61 13.912 -8.157

35 1.133 13.05 12.956 -11.342

36 1.167 13.49 12.669 -5.484

37 1.200 13.91 13.017 -8.613

38 1.233 14.32 12.112 -10.679

39 1.267 14.73 11.888 -5.236

40 1.300 15.13 12.196 -9.076

41 1.333 15.51 11.268 -10.896

42 1.367 15.89 11.044 -5.018

43 1.400 16.26 11.376 -8.613

44 1.433 16.62 10.487 -11.138

45 1.467 16.97 10.200 -5.639

46 1.500 17.31 10.481 -7.950

47 1.533 17.64 9.715 -10.108

48 1.567 17.97 9.445 -5.789


25


(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

49 1.600 18.28 9.669 -8.790

50 1.633 18.59 8.871 -10.468

51 1.667 18.88 8.601 -5.429

52 1.700 19.17 8.857 -7.957

53 1.733 19.45 8.116 -10.361

54 1.767 19.72 7.829 -6.643

55 1.800 19.98 7.954 -8.997

56 1.833 20.23 7.246 -10.089

57 1.867 20.47 6.976 -5.808

58 1.900 20.70 7.142 -7.750

59 1.933 20.93 6.499 -9.506

60 1.967 21.14 6.229 -6.383

61 2.000 21.35 6.330 -8.950

62 2.033 21.55 5.647 -10.119

63 2.067 21.73 5.368 -6.111

64 2.100 21.91 5.458 -7.030

65 2.133 22.08 4.972 -8.752

66 2.167 22.25 4.693 -7.477

67 2.200 22.40 4.587 -8.950

68 2.233 22.54 4.110 -9.025

69 2.267 22.68 3.840 -6.865

70 2.300 22.80 3.775 -7.743

71 2.333 22.92 3.363 -8.400

72 2.367 23.03 3.094 -7.213

73 2.400 23.13 2.971 -8.366

74 2.433 23.22 2.545 -8.267

75 2.467 23.30 2.329 -7.057


26


(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

76 2.500 23.38 2.175 -8.573

77 2.533 23.44 1.773 -8.904

78 2.567 23.50 1.485 -7.865

79 2.600 23.54 1.280 -7.943

80 2.633 23.58 1.000 -7.839

81 2.667 23.61 0.730 -7.823

82 2.700 23.63 0.476 -8.359

83 2.733 23.64 0.182 -7.614

84 2.767 23.64 -0.034 -7.434

85 2.800 23.64 -0.312 -7.983

86 2.833 23.62 -0.557 -7.463

87 2.867 23.60 -0.781 -8.167

88 2.900 23.57 -1.124 -9.062

89 2.933 23.53 -1.401 -7.872

90 2.967 23.47 -1.625 -7.808

91 3.000 23.42 -1.936 -8.159

92 3.033 23.35 -2.156 -7.355

93 3.067 23.27 -2.389 -7.510

94 3.100 23.19 -2.779 -5.286

95 3.133 23.09 -2.790 -0.761

96 3.167 22.99 -2.669 1.573

Dari data di atas dapat digambarkan grafik hubungan waktu terhadap

ketinggian, kecepatan vertikal dan percepatan vertikal sebagai berikut:


27

Gambar IV.3 Grafik Hubungan antara Ketinggian (h) Roket vs Waktu (t)

Gambar IV.4 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t)


28

Gambar IV.5 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t)

IV.1.2 Percobaan II


Gerak Roket


Waktu hingga bahan bakar habis: 2,733 s;



(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

1 0.000 0.00 0.017 3.807

2 0.033 0.00 0.085 7.090

3 0.067 0.00 0.292 13.642

4 0.100 0.01 0.836 26.812

5 0.133 0.04 1.886 41.932

6 0.167 0.12 3.571 60.077


29


(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

7 0.200 0.26 6.289 73.373

8 0.233 0.52 8.505 68.296

9 0.267 0.83 11.041 60.124

10 0.300 1.30 13.380 34.893

11 0.333 1.73 12.933 16.132

12 0.367 2.16 13.496 20.876

13 0.400 2.63 14.976 16.853

14 0.433 3.13 14.760 7.986

15 0.467 3.68 14.335 23.916

16 0.500 4.00 16.960 29.545

17 0.533 4.78 17.351 0.377

18 0.567 5.29 16.032 -5.247

19 0.600 5.81 16.640 1.329

20 0.633 6.34 16.069 11.831

21 0.667 6.89 16.868 31.421

22 0.700 7.44 19.568 19.469

23 0.733 8.19 18.719 -11.295

24 0.767 8.78 17.350 -7.413

25 0.800 9.32 17.833 7.312

26 0.833 9.84 18.553 1.083

27 0.867 10.64 18.686 -22.275

28 0.900 11.24 16.410 -34.610

29 0.933 11.57 15.605 -18.203

30 0.967 12.28 15.849 -18.144

31 1.000 12.74 14.838 -29.786

32 1.033 13.19 13.355 -22.954

33 1.067 13.63 12.885 -9.208

34 1.100 14.06 13.380 -9.125


30


(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

35 1.133 14.49 12.399 -12.424

36 1.167 14.90 12.087 -7.873

37 1.200 15.31 12.363 -13.971

38 1.233 15.70 11.129 -16.065

39 1.267 16.06 10.673 -6.017

40 1.300 16.41 11.130 -3.980

41 1.333 16.77 10.551 -5.554

42 1.367 17.13 10.437 -1.785

43 1.400 17.48 10.793 -6.009

44 1.433 17.82 10.036 -9.158

45 1.467 18.16 9.820 -5.464

46 1.500 18.49 10.013 -9.023

47 1.533 18.80 9.200 -10.354

48 1.567 19.11 8.976 -5.504

49 1.600 19.41 9.193 -8.406

50 1.633 19.70 8.428 -10.163

51 1.667 19.98 8.158 -5.456

52 1.700 20.25 8.389 -7.743

53 1.733 20.52 7.681 -9.808

54 1.767 20.77 7.411 -6.088

55 1.800 21.02 7.577 -8.990

56 1.833 21.26 6.829 -10.601

57 1.867 21.48 6.542 -6.169

58 1.900 21.70 6.682 -7.526

59 1.933 21.91 6.082 -8.808

60 1.967 22.11 5.866 -6.289

61 2.000 22.31 5.894 -9.030

62 2.033 22.49 5.246 -9.606


31


(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

63 2.067 22.66 5.022 -6.294

64 2.100 22.83 5.074 -8.566

65 2.133 22.99 4.465 -9.632

66 2.167 23.13 4.187 -6.370

67 2.200 23.27 4.211 -7.023

68 2.233 23.40 3.790 -8.450

69 2.267 23.53 3.511 -7.779

70 2.300 23.64 3.339 -8.950

71 2.333 23.74 2.929 -8.723

72 2.367 23.84 2.659 -7.160

73 2.400 23.92 2.527 -7.703

74 2.433 24.00 2.182 -7.911

75 2.467 24.07 1.920 -7.118

76 2.500 24.13 1.748 -7.703

77 2.533 24.18 1.443 -7.945

78 2.567 24.23 1.173 -7.874

79 2.600 24.26 0.936 -8.655

80 2.633 24.29 0.599 -7.740

81 2.667 24.30 0.354 -6.052

82 2.700 24.31 0.214 -4.999

83 2.733 24.31 0.089 -4.412




32




33


IV.1.3 Percobaan III


Gerak Roket


Waktu hingga bahan bakar habis: 2,8 s;



(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

1 0.000 0.00 0.017 3.171

2 0.033 0.00 0.071 6.273

3 0.067 0.00 0.260 12.458

4 0.100 0.01 0.701 24.393

5 0.133 0.03 1.756 40.378

6 0.167 0.11 3.420 55.044


34


(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

7 0.200 0.24 5.686 61.799

8 0.233 0.49 7.853 57.274

9 0.267 0.78 9.609 48.556

10 0.300 1.14 11.121 37.406

11 0.333 1.52 12.196 23.745

12 0.367 1.97 12.842 10.350

13 0.400 2.44 12.159 15.908

14 0.433 2.70 13.265 35.532

15 0.467 3.26 15.917 20.370

16 0.500 3.90 15.261 -11.000

17 0.533 4.29 13.905 -10.194

18 0.567 4.76 14.159 3.588

19 0.600 5.24 14.574 9.182

20 0.633 5.73 14.933 8.436

21 0.667 6.24 15.216 2.483

22 0.700 6.75 15.328 -11.052

23 0.733 7.27 14.765 -31.614

24 0.767 7.78 13.036 -45.751

25 0.800 8.15 11.076 -41.445

26 0.833 8.48 9.967 -25.979

27 0.867 8.80 9.476 -12.885

28 0.900 9.11 9.281 -5.016

29 0.933 9.41 9.210 -0.380

30 0.967 9.72 9.334 1.457

31 1.000 10.04 9.365 1.647

32 1.033 10.34 9.368 3.712

33 1.067 10.66 9.576 6.829

34 1.100 10.98 9.858 9.343


35


(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

35 1.133 11.31 10.200 11.421

36 1.167 11.66 10.632 12.723

37 1.200 12.02 11.129 11.518

38 1.233 12.40 11.464 7.759

39 1.267 12.79 11.689 2.551

40 1.300 13.19 11.673 -3.539

41 1.333 13.57 11.373 -7.125

42 1.367 13.95 11.090 -7.582

43 1.400 14.31 10.870 -7.644

44 1.433 14.67 10.599 -7.907

45 1.467 15.02 10.325 -7.826

46 1.500 15.36 10.092 -8.118

47 1.533 15.69 9.767 -7.897

48 1.567 16.01 9.551 -7.448

49 1.600 16.33 9.323 -8.314

50 1.633 16.63 8.985 -8.729

51 1.667 16.93 8.694 -8.066

52 1.700 17.21 8.462 -7.714

53 1.733 17.49 8.203 -7.854

54 1.767 17.76 7.929 -7.886

55 1.800 18.02 7.684 -8.118

56 1.833 18.27 7.371 -7.837

57 1.867 18.51 7.155 -7.508

58 1.900 18.75 6.915 -8.314

59 1.933 18.97 6.589 -8.662

60 1.967 19.19 6.298 -8.077

61 2.000 19.39 6.054 -7.484

62 2.033 19.59 5.815 -7.224


36


(m)

Kecepatan v

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

63 2.067 19.78 5.566 -7.084

64 2.100 19.96 5.377 -7.852

65 2.133 20.14 5.058 -8.794

66 2.167 20.30 4.717 -7.961

67 2.200 20.45 4.524 -7.045

68 2.233 20.60 4.301 -7.377

69 2.267 20.74 4.035 -7.984

70 2.300 20.87 3.763 -8.494

71 2.333 20.99 3.453 -8.352

72 2.367 21.10 3.178 -7.562

73 2.400 21.20 2.977 -7.484

74 2.433 21.30 2.696 -7.738

75 2.467 21.38 2.429 -7.387

76 2.500 21.46 2.224 -7.631

77 2.533 21.53 1.938 -8.131

78 2.567 21.59 1.656 -8.041

79 2.600 21.64 1.388 -7.631

80 2.633 21.68 1.165 -7.458

81 2.667 21.72 0.899 -7.510

82 2.700 21.74 0.635 -6.861

83 2.733 21.76 0.439 -6.035

83 2.767 21.77 0.237 -5.318

85 2.800 21.77 0.100 -4.664




37




38


Dari data dan grafik di atas, dapat ditunjukkan bahwa pada gerak vertikal

roket dari saat menyala hingga padam, ketinggiannya semakin besar (grafik

pertama). Ini dikarenakan roket mendapat kecepatan yang nilainya selalu positif

(grafik kedua). Meski demikian, nilai kecepatan ini tidak seragam, kadang

mengalami kenaikan, dan kadang turun. Pada keadaan ideal, nilai kecepatan naik

terus hingga roket padam. Pada grafik-grafik di atas, kenaikan tersebut tidak ajeg,

melainkan berubah-ubah. Ketika grafik kedua di-fit dengan persamaan (2.15),

didapatkan bahwa pada detik-detik pertama peluncuran, roket mengalami kenaikan

kecepatan, yang kemudian pelan-pelan mengalami penurunan. Sementara dari

grafik ketiga, dapat dikatakan bahwa benda mengalami percepatan yang tidak

konstan. Grafik hanya dapat di-fit pada awal peluncuran, di mana percepatan roket

naik secara cepat. Setelah itu percepatan roket naik dan turun dengan agak tidak


39

beraturan sehingga tidak dapat di-fit. Namun, nilai percepatan di akhir peluncuran

bernilai negatif dan konstan sesuai prediksi pada bab II.

IV.2 Pembahasan

Dalam penelitian ini, digunakan roket buatan sendiri dengan spesifikasi

seperti disebut dalam bagian sebelumnya. Selain itu, bahan bakar yang digunakan

juga dicampur sendiri. Selanjutnya roket yang sudah berbahan bakar tersebut

diluncurkan untuk kemudian direkam geraknya. Hasil rekaman ini dianalisis

dengan menggunakan software LoggerPro untuk mendapatkan data ketinggian,

kecepatan dan percepatan vertikalnya.

Dari hasil analisis, diperoleh grafik waktu terhadap ketinggian, kecepatan

vertikal dan percepatan vertikal. Namun, ketika grafik itu diplot atau di-fit dengan

persamaan teoretis pada bab II, ternyata sulit dikatakan bahwa ada kesesuaian

antara grafik hasil percobaan dan grafik persamaan teoretis.

Secara umum, benda (roket) berhasil mengalami percepatan yang tidak

konstan (non-uniformed acceleration). Namun nilai percepatan berubah tidak

sesuai dengan yang diharapkan (sesuai persamaan 2.14). Nilai percepatan berubah

sesuai dengan besarnya gaya dorong roket, yang sangat tergantung pada proses

pembakaran propelan. Sudah diusahakan sedemikian rupa agar pembakaran terjadi

dengan teratur sehingga terjadi proses berkurangnya massa yang teratur pula, yakni

dengan membuat tabung propelan yang silindris dan lubang keluaran tepat di

tengah. Kepadatan bahan bakar juga dibuat merata dengan kehalusan bahan-bahan


40

sekecil mungkin (< 0,1 mm). Maka, dari grafik waktu terhadap percepatan di atas

dapat ditunjukkan bahwa gaya dorong roket berubah dengan tidak teratur karena

pembakaran yang tidak teratur pula.

Kesulitan lain yang ada pada model roket seperti yang dilakukan dalam

penelitian ini adalah persoalan massa. Jika massa roket terlalu berat, maka gaya

dorong propelan mungkin tidak cukup besar untuk membuat roket meluncur.

Sementara jika massanya terlalu ringan, roket akan sangat rentan terhadap

turbulensi dan gangguan angin. Dalam penelitian ini, sangat dimungkinkan bahwa

gangguan angin masih mempengaruhi hasil percobaan, meskipun sudah diusahakan

untuk melakukan penelitian pada saat cuaca kurang berangin.

Dalam penelitian ini, digunakan kamera dengan spesifikasi pengambilan

gambar 30 fps (frame per second). Akibatnya, selang waktu minimal yang dapat

digunakan dalam analisis data adalah 1/30 s. Demi semakin akuratnya hasil

penelitian serupa, dapat digunakan kamera dengan spesifikasi lebih tinggi.

Persamaan 2.14 dan 2.15 dengan demikian tidak dapat digunakan begitu saja

untuk menganalisis gerak model roket. Persamaan-persamaan itu mungkin lebih

sesuai untuk menganalisis roket-roket besar, yang memang didesain untuk tidak

banyak terpengaruh oleh turbulensi atau angin serta memiliki pembakaran propelan

yang teratur.


41

BAB V

PENUTUP

Dalam bab ini, akan disajikan kesimpulan yang didapat dari percobaan.

Setelah itu, beberapa catatan mengenai penelitian ini akan ditambahkan. Selain itu,

diuraikan pula relevansi penelitian ini bagi kemajuan pendidikan dan ilmu fisika.

V.1 Kesimpulan

Telah dilakukan penelitian untuk menentukan kecepatan dan percepatan di

udara dari roket PVC berbahan bakar blackpowder. Dari hasil penelitian dan

pembahasan dapat disimpulkan bahwa:

1. Gerak roket yang merupakan salah satu gerak dengan percepatan tidak

konstan (non-uniform acceleration) dapat disimulasikan dengan roket

model yang dibuat dengan bahan pipa PVC dan menggunakan bahan bakar

mesiu (blackpowder).

2. Dengan memperhatikan cuaca, arah angin, peluncuran roket yang tepat,

dan sudut pengambilan gambar bisa didapatkan rekaman video yang

memadai untuk digunakan dalam analisis dan pengukuran.

3. Analisis video dengan bantuan software LoggerPro terhadap rekaman

gerak roket dapat digunakan untuk mengukur ketinggian, kecepatan, dan

percepatan benda (roket).


42

4. Dari persamaan yang menyatakan hubungan antara laju berkurangnya

bahan bakar roket dan kecepatan serta percepatannya yang di-fit pada data

hasil percobaan, dapat disimpulkan bahwa gerak roket memenuhi

persamaan tersebut sehingga pengukuran dan penghitungan kecepatan dan

percepatan roket dengan metode ini dapat dipertanggungjawabkan dengan

beberapa keterbatasan. Jika terjadi pembakaran yang sempurna pada bahan

bakar (massa berkurang secara konstan) kiranya persamaan-persamaan ini

dapat berlaku lebih baik dan selama keseluruhan peluncuran.

V.2 Beberapa Catatan

Dari penelitian ini, penulis merasa banyak hal kurang sempurna dan banyak

keterbatasan sehingga hasil yang penulis dapatkan tidak sungguh sesuai dengan

dasar teori. Terkait batasan masalah yang pertama, pemilihan bahan roket dan

bahan bakar harus diperhatikan. Keseimbangan antara daya dorong roket dan

beratnya haruslah tepat. Bahan roket haruslah tidak terlalu ringan dan tidak terlalu

berat, tidak mudah meleleh karena panas dan mudah diperoleh. Bahan yang terlalu

berat mungkin akan membuat roket tidak terbang. Sementara bahan yang terlalu

ringan akan membuat roket mudah terpengaruh angin sehingga geraknya tidak

vertikal ke atas. Selain itu, bahan juga sebaiknya tahan panas agar massa tidak

berubah.

Bahan bakar juga harus diperhatikan. Dapat digunakan propelan padat yang

lebih merata dan dapat membuat pembakaran lebih sempurna, tetapi pembuatannya


43

lebih sulit dan berbahaya. Penulis menggunakan propelan bubuk karena

pembuatannya yang sederhana dan tidak terlalu berbahaya meskipun kepadatannya

yang tidak merata membuat pembakaran dapat tidak sempurna.

Dalam referensi-referensi yang diacu penulis, digunakan roket yang dibuat

secara profesional dan dijual. Kesulitannya, roket dan bahan bakar sebagaimana

digunakan di dalam penelitian-penelitian itu tidak dijual di Indonesia. Karena itu,

penulis membuat sendiri roket dan bahan bakar sesuai referensi-referensi yang

penulis dapatkan. Kekurangannya, tentu saja adalah kepadatan bahan bakar yang

tidak sama sehingga pembakaran tidak terjadi secara sempurna dan lancar. Untuk

penelitian yang dapat menghasilkan data lebih akurat, kiranya harus digunakan

roket yang memang dibuat dan didesain khusus serta telah memenuhi standar.

Terkait batasan permasalahan yang kedua, perlu diperhatikan agar diperoleh

hasil yang dapat dianalisis. Perlu diusahakan agar roket sungguh bergerak vertikal

ke atas agar gerak roket maksimal dan hasil yang didapatkan juga maksimal. Cuaca

penting diperhatikan karena hujan atau air dapat membuat pembakaran tidak

sempurna. Cuaca cerah juga diperlukan agar diperoleh hasil gambar yang jelas.

Demikian pula sebisa mungkin angin dihindari agar gerak roket tidak terpengaruh.

Sudut dan jarak pengambilan gambar harus diperhatikan agar didapatkan

keseluruhan gerak roket yang ingin direkam. Dalam penelitian ini, penulis

menggunakan kamera dengan spesifikasi pengambilan gambar 30 fps. Untuk

keakuratan yang lebih tinggi, penulis menyarankan penggunaan kamera dengan

spesifikasi lebih tinggi pula.


44

Terkait batasan permasalahan ketiga, keterbatasan ada pada cara analisis

video dengan LoggerPro. Dalam analisis frame per frame, kitalah yang menentukan

posisi benda (roket) dengan menunjuk satu titik pada gambar. Kesalahan beberapa

milimeter pada frame video dapat berarti beberapa centimeter pada hasil

perhitungan.

V.3 Relevansi

Kehadiran teknologi membantu dalam penelitian-penelitian untuk

mendapatkan hasil yang sama atau bahkan lebih baik tetapi dengan biaya yang lebih

murah. Sebelumnya, penelitian untuk mengukur kecepatan roket dilakukan dengan

memasang tali pada roket dan melewatkan tali itu pada sensor gerak. Kelemahan

metode ini ada dua. Pertama, pemasangan tali akan mempengaruhi gerak roket,

meski hanya sedikit. Kedua, alat sensor gerak merupakan alat yang tidak murah.

Pengukuran dengan analisis video, sebaliknya, mengatasi kelemahan itu. Metode

ini tidak menghambat gerak roket sama sekali dan cukup murah. Kamera video

merupakan hal yang mudah dijumpai pada era sekarang ini. Juga komputer untuk

melakukan analisis video. Maka, metode pengukuran kecepatan dan percepatan

(tidak hanya roket) menggunakan analisis video merupakan terobosan baru,

terutama di dunia pendidikan fisika karena dengan mudah dapat dilakukan di

sekolah-sekolah yang tidak mempunyai akses terhadap alat-alat laboratorium yang

canggih.

Pengukuran dengan metode yang sama tentu dapat juga dilakukan pada jenis

gerak lain, mulai dari yang sederhana seperti gerak lurus beraturan dan gerak lurus


45

berubah beraturan, hingga gerak yang cukup kompleks seperti gerak parabola,

gerak roket, gerak melingkar, dsb. Pada dasarnya, pengukuran berbagai macam

gerak dalam mekanika klasik dapat dilakukan dengan metode ini.


46

DAFTAR PUSTAKA

Desbien, Dwain M. “High-Speed Video Analysis in a Conceptual Physics Class”

dalam The Physics Teacher 49. 2011, 332-333; doi: 10.1119/1.3628252;

diakses 19 Mei 2015, 20.54.

Giancoli, Douglas C. Physics Principles with Application, 6th ed. 2005. New Jersey:

Pearson Prentice Hall.

Horst, Ken. “Model Rocketry in the 21st-Century Physics Classroom” The Physics

Teacher 42. 2004, 394-397; doi: 10.1119/1.1804655; diakses 21 Mei 2015,

09.23.

Jenkins, Randy A. “Measuring Model Rocket Acceleration” dalam The Physics

Teacher 31. 1993, 10-15; doi: 10.1119/1.2343646; diakses 20 Mei 2015,

19.45.

Keeports, David. “Numerical Calculation of Model Rocket Trajectories” dalam The

Physics Teacher 28. 1990, 274-279; doi: 10.1119/1.2343024; diakses 17 Mei

2015, 21.12.

Keith, Wayne, Cynthia Martin, and Pamela Veltkamp. “This Is Rocket Science!”

dalam The Physics Teacher 51. 2013, 362-363; doi: 10.1119/1.4818377;

diakses 19 Mei 2015, 20.57.

Nelson, Robert A. and Mark E. Wilson. “Mathematical Analysis of a Model Rocket

Trajectory Part I: The Powered Phase” dalam The Physics Teacher 14. 1976,

150-161; doi: 10.1119/1.2339337; diakses 19 Mei 2015, 21.02.


47

Nelson, Robert A., Paul W. Bradshaw, Matthew C. Leinung, and Hugh E. Mullen.

“Mathematical Analysis of a Model Rocket Trajectory Part II: The Coast

Phase” dalam The Physics Teacher 14. 1976, 287-293; doi:

10.1119/1.2339385; diakses 19 Mei 2015, 21.00.

Penn, Kim and William V. Slaton. “Measuring Model Rocket Engine Thrust

Curves” dalam The Physics Teacher 48. 2010, 591-593; doi:

10.1119/1.3517023; diakses 20 Mei 2015, 19.48.

Taitt, Henry A. and Charles E. Miller Jr. “Impulse Recorder for Model Rocket

Engines” dalam “The Physics Teacher” 18. 1980, 315-317; doi:

10.1119/1.2340512; diakses 19 Mei 2015, 21.05.

Tipler, Paul A. and Gene Mosca. Physics for Scientists and Engineers with Modern

Physics. 2008. New York: W. H. Freeman and Company.

Widmark, Stephen A. “Rocket Physics” dalam The Physics Teacher 36. 1998, 148-

153; doi: 10.1119/1.879987; diakses 11 April 2015, 20.39.


HALAMAN JUDUL - Sanata Dharma Universityrepository.usd.ac.id/34857/2/111424039_full.pdf · 2019. 7....

Documents

Transcript of HALAMAN JUDUL - Sanata Dharma Universityrepository.usd.ac.id/34857/2/111424039_full.pdf · 2019. 7....