LAPORAN PRAKTIKUM

FISIKA DASAR

MODUL 6

PIPA U

Nama : Nova Nurfauziawati

NPM : 240210100003

Tanggal / jam : 18 November 2010 / 13.00-15.00 WIB

Asisten : Dicky Maulana

JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

UNIVERSITAS PADJADJARAN

JATINANGOR

2010

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering tidak menyadari banyak

penerapan-penerapan Gerak Harmonik Sederhana, seperti sistem pegas yang

digunakan pada tempat tidur yang dimaksudkan agar tempat tidur terasa

nyaman, sistem bandul pada ayunan di taman kanak-kanak dan sebagainya.

Gerak harmonik sederhana yang selanjutnya disingkat GHS adalah

gerak bolak-balik suatu benda di sekitar titik keseimbangan. Gerak Harmonik

Sederhana mempunyai persamaan gerak dalam bentuk sinusoidal dan

digunakan untuk menganalisis suatu gerak periodik tertentu. Gerak periodik

adalah gerak berulang atau berosilasi melalui titik setimbang dalam interval

waktu tetap. Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian,

yaitu : Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, misalnya penghisap dalam

silinder gas, gerak osilasi air raksa/air dalam pipa U, gerak horizontal/vertikal

dari pegas, dan sebagainya. Sementara, Gerak Harmonik Sederhana (GHS)

Angular, misalnya gerak bandul/bandul fisis, osilasi ayunan torsi, dan

sebagainya.

Dalam kehidupan sehari-hari kita tentu pernah melihat tukang bangunan

yang sedang bekerja. Banyak sekali alat-alat yang digunakan tukang

bangunan saat membuat sebuah rumah, gedung atau bangunan lainnya. Salah

satu alat yang sering digunakan adalah waterpas. Waterpas berguna untuk

mengetahui datar atau tidak suatu bangunan. Alat tersebut menggunakan

hukum bejana berhubungan seperti halnya pipa U.

Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana

berbentuk huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat

cair di kedua pipa mempunyai tinggi yang sama dan cairan dalam pipa U (air)

bergerak dalam selang waktu tertentu dan menghasilkan suatu gerak

harmonis. Jika zat cair dalam pipa U diletakkan pada posisi yang tidak sama

tinggi lalu dilepaskan, maka zat cair dalam pipa U akan melakukan gerak

harmonik sederhana, gerak naik turun di sekitar kedudukan seimbang. Suatu

benda melakukan gerak bolak-balik terhadap suatu titik tertentu, maka gerak

benda itu dikatakan bergetar dan menyebabkan adanya periode yaitu waktu

yang diperlukan untuk melakukan getaran. Selain itu, apabila rumus

persamaan dari periode tersebut kita utak-atik sedikit atau kita turunkan,

maka diperoleh suatu persamaan baru untuk menentukan percepatan gravitasi.

Dengan demikian, sangat jelaslah bahwa untuk banyak bidang ilmu

fisika, pengetahuan mengenai gerak harmonik khususnya gerak osilasi ini

amat penting untuk dipelajari.

1.2 Tujuan

1.2.1 Menentukan percepatan gravitasi dengan menggunakan osilasi cairan

yang berada pada pipa U.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pipa U

Pada modulus pipa U kali ini termasuk gerak harmonis sederhana

linier. Gerak harmonis sederhana ini tidak menghasilkan sudut dalam gerak

osilasinya. Berdasarkan teori atom modern, orang menduga bahwa molekul-

molekul benda padat bergetar dengan gerak yang hampir harmonik terhadap

posisi kisi-kisi tetapnya, walaupun gerak molekul-molekul itu tentunya tidak

dapat kita lihat secara langsung.

Gambar 2.1 pipa U dalam keadaan horizontal

Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana

berbentuk huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat

cair di kedua pipa mempunyai tinggi yang sama, berarti mengikuti hukum

bejana berhubungan. Alat yang digunakan oleh para tukang bangunan untuk

mendapatkan sifat datar juga menggunakan hukum bejana berhubungan. Alat

tersebut dinamakan water pas. Gejala-gejala dalam kehidupan sehari-hari

yang pemanfaatannya menggunakan hukum bejana berhubungan akan

bermanfaat sekali untuk mendapatkan sifat datar. Bunyi hukum bejana

berhubungan yaitu : “Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair

yang sama, dalam keadaan setimbang, permukaan zat cair dalam bejana-

bejana itu terletak pada sebuh bidang mendatar”. Para tukang bangunan juga

sering menggunakan prinsip hukum bejana berhubungan ini untuk mengukur

ketinggian dua tempat yang berbeda letaknya dengan cara menggunakan

selang bening yang berisi air. Tinggi air di kedua bagian ujung selang selalu

sama.

Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika terdapat pipa kapiler di

salah satu bejana, dan tidak berlaku pula jika diisi dengan lebih dari satu jenis

zat cair yang berbeda. Pada pipa U bila dari salah satu mulut pipa U

dituangkan zat cair yang berbeda (massa jenisnya berbeda dengan massa jenis

zat cair yang sudah ada di dalam pipa). Tekanan pada kedua permukaan zat

cair di kedua mulut pipa U selalu sama, yaitu merupakan tekanan hidrostatis.

Jika pipa U diisi dengan dua zat cair yang tidak bercampur, tinggi

permukaan zat cair pada kedua mulut pipa berbeda. Hubungan antara massa

jenis dan tinggi zat cair dalam pipa U adalah sebagai berikut:

Misalkan, massa jenis zat cair pertama adalah ρ1 dan massa jenis zat

cair kedua adalah ρ2. Dari titik pertemuan kedua zat cair, kita buat garis

mendatar yang memotong kedua kaki pipa U. Misalkan, tinggi permukaan zat

cair pertama dari garis adalah h1 dan tinggi permukaan zat cair kedua dari

garis adalah h2. Zat cair pertama setinggi h1 melakukan tekanan yang sama

besar dengan tekanan zat cair kedua setinggi h2.

P1 = P2

Dengan menggunakan persamaan di atas, maka diperoleh :

ρ1 g h1 = ρ2 g h2 , ρ1 h1 = ρ2 h2

Gambar 2.2 Pipa U yang berisi cairan

Sebuah tabung berbentuk U diisi air sampai ketinggian tertentu.

Kemudian air disebelah kanan ditekan kebawah hingga turun setinggi x, lalu

dilepas sedemikian, sehingga air bergerak harmonik sedehana. Jika luas

permukaan tabung A dan massa air seluruhnya m, maka besar perioda gerak

harmonik ini adalah sebagai berikut.

Gaya pemulih adalah gaya berat air di kolom sebelah kiri setinggi 2x

yang mendorong air bergerak ke sebelah kanan, besarnya adalah

F = -mg = -ρVg = -ρA(2x)g = -(2ρAg) x

Sesuai dengan persaman gaya pemulih bahwa F = -k x, maka diperoleh:

k = 2ρAg

Massa total cairan : m = ρV = ρA(2l) = 2ρAl

Periode gerak harmonik adalah

T = 2π 푚푘

atau

T = 2π 2휌퐴푙2휌퐴푔

sehingga periode getaran memenuhi hubungan :

T = 2π 푙푔

Dengan:

T = perioda (sekon)

l = panjang kolom zat cair (m)

g = percepatan gravitasi (ms-2)

2.2 Hukum Pascal

Hukum Pascal berbunyi “Tekanan yang diberikan kepada zat cair oleh

gaya dari luar akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata”.Pada

kegiatan menggunakan pompa Pascal, Kamu dapat membuktikan kebenaran

hukum Pascal dalam tekanan yang diberikan kepada zat cair akan diteruskan.

Pancaran air akan keluar pada setiap lubang dan kekuatan pancaran tersebut

sama rata ke segala arah. Hukum Pascal tidak hanya berlaku pada zat cair saja

tetapi berlaku pula pada zat gas. Zat cair dan zat gas keduanya sering disebut

dengan fluida.Alat-alat teknik yang bekerjanya berdasarkan hukum Pascal

antara lain; dongkrak hidrolik, kempa/alat pengepres hidrolik, rem hidrolik,

pompa hidrolik, alat pengangkat mobil di tempat-tempat cucian mobil atau di

bengkel, dan berbagai alat yang lain.

2.3 Paradoks Hidrostatis

Semua bejana yang mempunyai luas dasar (A) yang sama dan berisi

zat cair dengan ketinggian yang sama pula (h).

Menurut Hukum Utama Hidrostatis: Tekanan hidrostatis pada dasar

masing-masing bejana adalah sama yaitu : Ph = r . g . h

Paradoks Hidrostatis: Gaya hidrostatis pada dasar bejana tidak

tergantung pada banyaknya zat cair maupun bentuk bejana, melainkan

tergantung pada massa jenis zat cair, tinggi zat cair di atas dasar bejana, luar

dasar bejana. Jadi, gaya hidrostatis pada dasar bejana tersebut sama yaitu: Fh

= r . g . h . A

Besarnya tekanan di suatu titik di dalam zat cair tak bergerak sebanding

dengan kedalaman titik itu (h) dan sebanding dengan massa jenis zat cair

tersebut. Secara matematis, besarnya tekanan oleh fluida tak bergerak dapat

dirumuskan sebagai berikut :

Ph = ρgh

Keterangan :

Ph = tekanan yang dialami zat cair (tekanan hidrostatis) (Pa)

ρ = massa jenis zat cair (kh/m3)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

h = kedalaman/tinggi titik diukur dari permukaan (mm)

Oleh karena tekanan udara luas Patm memengaruhi besar tekanan

hidrostatis, tekanan total yang dialami suatu zat cair titik tertentu merupakan

jumlah dari tekanan udara laut dengan tekanan hidrostatis yang dirumuskan:

Ptotal = Patm + Ppgh

2.4 Hukum Utama Hidrostatis

Hukum ini berbunyi ”Tekanan hidrostatis pada sembarang titik yang

terletak pada bidang mendatar di dalam sejenis zat cair yang dalam keadaan

setimbang adalah sama”.

(Ph) di A = (Ph) di B = (Ph) di C = P0 + P g h

P0 = tekanan udara luar

Hukum utama hidrostatika berlaku pula pada pipa U (Bejana

berhubungan) yang diisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak bercampur.

(Ph)A = (Ph)B

r1h1 + r2h2 = r3h3

Percobaan pipa U ini biasanya digunakan untuk menentukan massa

jenis zat cair.

2.5 Gravitasi

Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel

yang mempunyai massa di alam semesta. Fisika modern mendeskripsikan

gravitasi menggunakan Teori Relativitas Umum dari Einstein, namun hukum

gravitasi universal Newton yang lebih sederhana merupakan hampiran yang

cukup akurat dalam kebanyakan kasus.

Sebagai contoh, bumi yang memiliki massa yang sangat besar

menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda

disekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda benda yang ada di bumi.

Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada diluar angkasa, seperti

bulan, meteor, dan benda angkasa laiinnya, termasuk satelit buatan manusia.

Beberapa teori yang belum dapat dibuktikan menyebutkan bahwa gaya

gravitasi timbul karena adanya partikel gravitron dalam setiap atom.

Satuan percepatan rata-rata gravitasi bumi yang disimbolkan sebagai g

menunjukkan rata-rata percepatan yang dihasilkan medan gravitasi pada

permukaan bumi (permukaan laut). Nilai sebenarnya percepatan gravitasi

berbeda dari satu tempat ke tempat lain tergantung ketinggian dan kondisi

geologi. Simbol g digunakan sebagai satuan percepatan. Dalam fisika, nilai

percepatan gravitasi standar g didefinisikan sebagai 9,806.65 m/s2 (meter per

detik2), atau 32.174,05 kaki per detik2. Pada ketinggian p maka menurut

International Gravity Formula, g = 978,0495 (1+0.0052892 sin2 (p) -

0.0000073 sin2 (2p)) sentimeter per detik2. (cm/s2).

Simbol g pertama kali digunakan dalam bidang aeronautika dan

teknologi ruang angkasa, yang digunakan untuk membatasi percepatan yang

dirasakan oleh kru pesawat ulang-alik, disebut juga sebagai g forces. Istilah

ini menjadi populer di kalangan kru proyek luar angkasa. Sekarang ini

berbagai pengukuran percepatan gravitasi diukur dalam satuan g. Istilah

satuan gee dan grav juga menunjuk kepada satuan ini.

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Pipa U

3.1.2 Kabel / benang untuk menggukur tinggi permukaan zat cair

3.1.3 Air

3.1.4 Stopwatch

3.1.5 Mistar panjang

3.2 Prosedur

3.2.1 Mengambil alat-alat yang diperlukan.

3.2.2 Mengukur panjang kolom zat cair.

3.2.3 Membuat kedudukan zat cair tidak sama tinggi dengan cara

memiringkan pipa U sekitar 450, kemudian lepaskan.

3.2.4 mengukur T sebanyak 5 kali, (setiap t terdiri dari 5 ayunan) T = t/5.

3.2.5 Mencatat hasil perhitungan dari T.

3.2.6 Menghitung percepatan gravitasi dari percobaan ini.

3.2.7 membandingkan dengan literatur (g = 9,78 m/s2).

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

Panjang kolom zat cair awal = (27,8 x 10-2 ± 5 x 10-4) m.

l = 12 panjang kolom zat cair awal= (13,9 x 10-2 ± 5 x 10-4) m.

No t ± ..... (s) <t> ±Δt T = <t>/5

1 3,75

3,634

0,726

2 3,63

3 3,75

4 3,44

5 3,60

4.1.1 Perhitungan <t>

554321 tttttt

= 3,75 + 3,63 + 3,75 + 3,44 + 3,605

= 3,634 sekon

4.1.2 Perhitungan nilai ketidakpastian (±)

ΔT = 1푛

푛훴푡2−(훴푡)2

푛−1

= 15

5.66,095- (18,17)2

5-1

= 15

330,4775-330,14894

= 15

0,32864

= 15

0,08215

= 0,057323645

4.1.3 Perhitungan T

T = <푡>5 = 3,6345 = 0,7268

4.1.4 Perhitungan g

Perhitungan g dapat dirumuskan melalui persamaan :

2

2

22

4

4

2

Tlg

glT

glT

Keterangan :

T = periode (s)

l = panjang kolom zat cair (m)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

dengan menggunakan perrsamaan di atas, maka akan diperoleh:

g = 4휋2푙

푇2

g = 4 (3,14)2 13,9푥10−2

0,72682

g= 10,396 m/s2

Bandingkan dengan literatur (g=9,78 m/s2).

g percobaan (g= 10,396 m/s2) lebih besar dari pada g literatur (g=9,78

m/s2)

4.2 Pembahasan

Dalam praktikum ini dilakukan gerak osilasi pada pipa U. Dari data

yang diperoleh pada percobaan ini bahwa waktu yang dibutuhkan zat cair

yang terdapat dalam pipa U melakukan satu getaran dipengaruhi oleh

ketinggian zat cair ketika pipa U dimiringkan dan diberikan tekanan pada

salah satu ujung pipa terbuka. Hal ini disebabkan ketinggian tersebut

berbanding lurus dengan waktu yang diperlukan untuk melakukan satu

getaran. Semakin besar ketinggiannya, maka waktu yang dibutuhkan akan

lama. Waktu yang dibutuhkan itu akan mempengaruhi nilai Periode (T). Hal

ini disebabkan semakin lama waktu yang dibutuhkan dalam melakukan satu

getaran yang diberikan maka periodenya (T) akan semakin besar. Waktu yang

dibutuhkan dalam melakukan satu getaran berbanding lurus dengan periode.

Nilai percepatan gravitasi (g) pada percobaan ini ditentukan melalui

perhitungan menggunakan rumus 2

24T

lg yang telah dijabarkan pada

bagian perhitungan. Data yang didapatkan sebesar 10,396 m/s2 melebihi dari

percepatan gravitasi literatur sebesar 9,78 m/s2 dan cukup jauh dengan nilai

percepatan gravitasi pada praktikum pegas sebelumnya, yaitu sebesar

11,434976m/s2. Dapat kita lihat dari data teraebut bahwa selisih antara nilai

percepatan gravitasi berdasarkan hasil praktikum dan berdasarkan literatur

berbeda sebesar 0,616 m/s2.

Dengan melihat persamaan rumus di atas dapat diketahui bahwa

percepatan gravitasi dapat dipengaruhi oleh panjang kolom zat cair dan

periodenya. Semakin besar panjang kolom zat cair maka semakin besar pula

percepatan gravitasinya, sedangkan semakin besar periode maka semakin

kecil percepatan gravitasinya. Hal ini disebabkan percepatan gravitasi

berbanding lurus dengan panjang kolom zat cair dan berbanding terbalik

dengan periode (T).

Perbedaan yang melebihi literatur yang ada tersebut dapat disebabkan

kesalahan terhadap alat yang digunakan dalam praktikum terutama pada pipa

U karena peralatan percobaan yang sudah sering dipakai sehingga

mengurangi tingkat akurasinya dan ketinggian zat cair pada salah satu ujung

pipa yang diberikan tidak konstan. Dapat juga dalam proses pengamatan,

terjadi kesalahan dalam melihat skala yang dihasilkan atau lingkungan

percobaan yang kurang mendukung. Ketidaktelitian penagamatan ini

kemungkinan disebabkan akibat pada saat memiringkan pipa U,

kemiringannya tidak sama setiap kali dilakukan pemiringan tersebut. Ada

kalanya sudut kemiringannya sangat besar sehingga diperoleh nilai T yang

sangat keci dan ini sangat mempengaruhi nilai g yang diperoleh. Nilai ±Δt

yang diperoleh hanya menunjukkan nilai satuan terkecil, yaitu menunjukkan

angka ketelitian. Nilai ini sama sekali tidak mempengaruhi nilai t. Oleh

karena itu nilai ±Δt tidak ikut masuk ke dalam perhitungan. Didasarkan atas

ketidakpastian dalam pengukuran, bahwa setiap pengukuran terhadap suatu

benda berpeluang terjadi kesalahan dalam pembacaan skala sehingga

menyebabkan data yang didapat menjadi sedikit menyimpang. Kesalahan

dalam perhitungan data juga dapat menjadi penyebab dari hal ini.

BAB V

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Gerak harmonik sederhana yang selanjutnya disingkat GHS adalah

gerak bolak-balik suatu benda di sekitar titik keseimbangan. Gerak Harmonik

Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu : Gerak Harmonik

Sederhana (GHS) Linier dan Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Angular.

Pipa U termasuk ke dalam GHS linear. Dari praktikum pipa U dapat

diperoleh periode getaran dan percepatan gravitasi. Percepatan gravitasi pada

pipa U dipengaruhi oleh periode dan panjang kolom zat cair, seperti yang

tercantum dalam persamaan berikut:

g = 2

24T

l

Keterangan : T = periode (s)

l = panjang kolom zat cair (m)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

Dari hasil praktikum diperoleh nilai percepatan gravitasi yang lebih

besar dari pada nilai gravitasi yang terdapat pada literatur.

4.2 Saran

Untuk mendapatkan nilai percepatan gravitasi secara akurat, sebaiknya

praktikan melaksanakan praktikum ini secara cermat dan teliti. Begitu juga

dalam melakukan perhitungan yang menggunakan rumus.

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit

Erlangga.

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta :

Penebit Erlangga.

Umar, Efrizon. 2004. Fisika dan Kecakapan Hidup. Jakarta : Ganeca Exact.

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan),

Jakarta : Penerbit Erlangga.

Zaida. 2008. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Bandung: Fakultas Teknologi

Industri Pertanian Universitas Padjadjaran.

http://www.mahasiswasibuk.co.cc/1_7_Pipa-U.html Kamis, 25 November 2010.

12:17 WIB