PETUNJUK PRAKTIKUM

FISIKA REKAYASA I

JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

DAFTAR ISIDAFTAR ISI KATA PENGANTAR PETUNJUK PRAKTIKUM I. BESARAN DAN SATUAN II. ALAT-ALAT UKUR SEDERHANA Jangka Sorong Micrometer Sekrup Neraca Teknis III. KARAKTERISTIK STATIK PENGUKURAN Range Span Linieritas Non Linieritas Histeresis Resolusi IV. REPRESENTASI STATISTIK Mean (harga rata-rata ) Standar Deviasi PERCOBAAN P-1 : HUKUM HOOKE PERCOBAAN P-2 : KECEPATAN BUNYI DI UDARA PERCOBAAN P-3 : KONDUKTIVITAS PANAS PERCOBAAN P-4 : GAYA ANGKAT FLUIDA STATIS PERCOBAAN P-5 : FLUIDA DINAMIS PERCOBAAN P-6 : FREKUENSI NATURAL BANDUL FISIS LAMPIRAN : TATATERTIB dan SANKSI 1 2 3 3 2 4 5 6 7 7 8 8 8 9 9 9 9 10 12 15 18 21 24 27 29

1

KATA PENGANTARSebagai lembaga pendidikan Jrusan Teknik Fisika wajib mengemban tugas Tri Darma Perguruan Tinggi, yaitu pendidikan-pengajaran, penelitian, dan pengabdian pada masyarakat. Prasarana dan sarana untuk mengemban tugas itu telah dipersiapkan agar semua tujuan yang diharapkan dapat tercapai. Salah satu prasana dan sarana yang telah dipersiapkan adalah Laboratorium Fisika Rekayaya, dimana laboratorium ini didirikan pada semester genap tahun 2009 dengan fungsi utama sebagai pelengkap pembelajaran mata kuliah Fisika Rekayasa untuk program studi S-1. Tugas pokok dari Laboratorium Fisika Rekayasa FTI ITS adalah melaksanakan kegiatan praktikum untuk mahasiswa tahap periapan program studi S-1 dalam rangka untuk memperkuat konsep teori yang diberikan pada kuliah Fisika. Disamping itu juga untuk melatih para mahasiswa tingkat persiapan dalam hal ketrampilan selama menjalankan kegiatan praktikum, melatih soft skill bekerja sama dalam satu tim untuk mencapai tutjuan tertentu, melatih bertanggung jawab menyelesaikan suatu tugas yang dibebankan pada setiap anggota tim untuk mendapatkan penghargaan yang besar (berupa nilai evaluasi) atas tugas tersebut. Praktikum Fisika Rekayasa mempunyai beban 1 SKS = 3 jam kegiatan, dengan rincian waktu sebagai berikut : Persiapan : 30 menit Dengan tugas yang harus dilaksakan oleh praktikan adalah : o menyerahkan Tugas Pendahuluan kepada asisten masing-masing. o meminjam peralatan yang diperlukan. o Mempersiapkan /merangkai peralatan Melakukan Percobaan : o 120 menit untuk melakukan percobaan o 30 menit untuk melaporkan hasil praktikum. o Selama pelaksanaan praktikum, praktikan dibimbing oleh asisten. Jurusan teknik Fisika beserta perangkatnya, mengharapkan kepada para mahasiswa untuk melakukan kegiatan praktikum ini dengan bersungguh-sungguh, agar tujuan pendidikan dan pengajaran Fisika Rekayasa ini dapat dicapai semaksimal mungkin.

Surabaya, Oktober 2011 Lab. Fisika Rekayasa

2

PETUNJUK PRAKTIKUM FISIKA REKAYASA II. BESARAN DAN SATUAN Didalam fisika banyak dikenal besaran-besaran fisika (misal massa, panjang, waktu, dll) dan diantara bearan-besaran tersebut berhubungan satu sama lainnya, seperti gaya, momentum. Ada beberapa macam sistem satuan yang digunakan : CGS (Centimeter-gram-second) MKS ( meter-kilogram-second) Sistem inggris ( feet-pound-second) Sistem internasional SI Satuan besaran standar dalam sistem satuan SI : PANJANG : Pada tahun 1889 (satu) meter adalah jarak antara tengah-tengah gores yang terdapat pada ujung sebatang platina iridium pada temperature 00 C yang disimpan di kantor internasional untuk berat (International Bureau of weight and measures)ddi Sevres dekat Paris. Dan pada tahun 1960 ditentukan meter atomic adalah 1.650.763,73 kali panjang gelombang cahaya merah jingga di ruang hampa yang dipancarkan gas krypton 86 MASSA : 1 (satu) kilogram adalah massa selinder yang terdiri dari campuran platina iridium yang diletakkan di Museum di Sevres dekat Paris WAKTU : 1 (satu) detik adalah 1 / ( 24 x 60 x 60 ) bagian dari lamanya satu hari matahari rata-rata atau 9.192.631.770 kali periode radiasi dari atom Cesium 133 yang menyangkut transisi antara dua tingkat hyperfine pada keadaan dasarnya. ARUS LISTRIK : 1 (satu) ampere adalah arus listrik yang mengalir pada dua kawat parallel dan panjang dengan gaya 2 x 10-7 newton setiap meternya TEMPERATURE : 1 (satu) derajat Kelvin adalah temperature dalam skala Celcius dikurangi 273,16. INTENSITAS CAHAYA : 1 (candela) adalah intensitas cahaya yang dipancarkan dalam arah tegak lurus pada permukaan benda hitam seluas 1/60.000 m2 pada temperature lebur platina dengan tekanan 1 Pa. SUBSTANSI ZAT : 1 (mole) adalah banyaknya zat yang mengandung unsur dasar yang sama jumlahnya dengan jumlah atom carbon -12 yang massanya 0,012 kg. SUDUT PADA BIDANG DATAR : 1 (satu) radian adalah sudut pusat lingkaran yang menghadap busur sepanjang R , dimana R merupakan jari-jari lingkaran.

3

SUDUT RUANG : 1 (satu) steradian adalah sudut pada pusat bola yang menghadap permukaan bola seluas R2 dimana R merupakan jari-jari bola.

II. ALAT-ALAT UKUR SEDERHANA JANGKA SORONG Jangka sorong adalah alat ukur yang ketelitiannya dapat mencapai seperseratus milimeter. Terdiri dari dua bagian, bagian diam dan bagian bergerak. Pembacaan hasil pengukuran sangat bergantung pada keahlian dan ketelitian pengguna maupun alat. Sebagian keluaran terbaru sudah dilengkapi dengan bacaan digital. Pada versi analog, umumnya tingkat ketelitian adalah 0.05mm untuk jangka sorang dibawah 30cm dan 0.01 untuk yang diatas 30cm. Kegunaan jangka sorong adalah: untuk mengukur suatu benda dari sisi luar dengan cara diapit; untuk mengukur sisi dalam suatu benda yang biasanya berupa lubang (pada pipa, maupun lainnya) dengan cara diulur; untuk mengukur kedalamanan celah/lubang pada suatu benda dengan cara "menancapkan/menusukkan" bagian pengukur. Bagian pengukur tidak terlihat pada gambar karena berada di sisi pemegang. Mengukur Diameter Luar Benda Cara mengukur diameter, lebar atau ketebalan benda: Putarlah pengunci ke kiri, buka rahang, masukkan benda ke rahang bawah jangka sorong, geser rahang agar rahang tepat pada benda, putar pengunci ke kanan. Mengukur Diameter Dalam Benda Cara mengukur diameter bagian dalam sebuah pipa atau tabung. Putarlah pengunci ke kiri, masukkan rahang atas ke dalam benda, geser agar rahang tepat pada benda, putar pengunci ke kanan. Mengukur Kedalaman Benda Cara mengukur kedalaman benda Putarlah pengunci ke kiri, buka rahang sorong hingga ujung lancip menyentuh dasar tabung, putar pengunci ke kanan. Skala Utama Dan Skala Nonius Jangka sorong memiliki batas ketelitian 0,1 mm, artinya ketepatan pengukuran dengan alat ini sampai 0,1 mm terdekat. Jangka sorong memiliki dua macam skala : - SKALA UTAMA dalam satuan cm. - SKALA NONIUS dalam satuan mm.

Benda yang diukur

4

Membaca Skala Jangka Sorong Cara membaca skala jangka sorong

Mula-mula perhatikan skala nonius yang berimpit dengan salah satu skala utama. Hitunglah berapa skala hingga ke angka nol. Pada gambar, skala nonius yang berimpit dengan skala utama adalah 4 skala. Artinya angka tersebut 0,4 mm. Selanjutnya perhatikan skala utama. Pada skala utama, setelah angka nol mundur ke belakang menunjukkan angka 4.7 cm. Sehingga diameter yang diukur sama dengan 4,7 cm + 0,4 mm = 4,74 cm. MICROMETER SEKRUP benda yang diukur

5

Cara Menggunakan Mikrometer : 1. Sebelum menggunakan perhatikan permukaan A-B apakah sudah bersih dari kotoran, benda-benda kecil dan sebagainya. 2. Dengan memutar skala bantu C, maka A dan B akan berhimpit. Agar A dan B berhimpit betul putarlah E sehingga bersuara 5 kali (Standart Laboratorium) dan ini dilakukan dengan hati-hati. 3. Perhatikan kedudukan titik nol, apabila skala rekayasa D tidak tepat pada nol, maka perlu dilakukan Ralat Sistimatik. Contoh, bila dalam pengecekan alat ini setelah A da B berhimpit dengan memutar E 5 kali, skala dasar tidak terlihat sedangkan pada skala bantu berharga 21 dan skala dasar berharga nol maka Ralat Sistematiknya adalah 0,21 mm. 4. Cara pengukuran : Letakkan benda diantara A dan B. Putar E (5 kali) agar A dan B benar-benar menghimpit benda. Apabila skala dasar D menunjukkan harga 2 sedangkan skala bantu C menunjukkan harga 48 (gambar II.2), maka panjang benda adalah : 2 mm + 0,48 mm + 0,21 mm = 2,69 mm. Catatan : Spesifikasi Mikrometer yang digunakan adalah : 1. Satuan terkecil skala dasar = 0,01 mm 2. Satuan terkecil skala bantu = 1 mm 3. Tiap putaran skala bantu E (360) = 0,5 mm 4. Pembacaan skala bantu dari 0 sampai 0,5 mm NERACA TEKNIS Cara Menggunakan Neraca Teknis : 1. Perhatikan batas maksimum dan minimum neraca teknis ini. 2. Sebelum menimbang periksa dahulu kedudukan neraca, apakah sudah berdiri tegak (dengan melihat bandul A) dan praktikan dilarang merubah skrup pengatur B.

6

3. Pada umumnya jarum gandar C, tidak dapat berhenti karena pengaruh dari luar (angin). Karena itu dianjurkan untuk menggunakan neraca dalam ruang tertutup.

4. Dalam penimbangan, letakkan anak timbangan disebelah kanan dan benda yang ditimbang disebelah kiri (Standart Laboratorium). 5. Pada saat meletakkan atau mengambil anak timbangan hanya diperbolehkan apabila jarum gandar C berhenti berayun. 6. Anak timbangan tidak boleh dipegang dengan tangan dan dianjurkan dengan penjepit. 7. Zat yang dapat merusak pinggan neraca dilarang diletakkan di pinggan. 8. Pada saat melepas penahan (D) usahakan agar simpangan jarum tidak terlalu besar. 9. Penimbangan dianggap tepat bila jarum C tepat pada titik nol.

III. KARAKTERISTIK STATIK PENGUKURAN MOTO : NO MEASSUREMENT ENGINEERING -------NO SCIENCE AND NO

Proses, Mesin, Sistem yang diukur

Input

Proses Pengukuran

output Observer

Range : Input dan output dari suau alat ukur masing-masing memiliki nilai minimum dan nilai maksimum ( Imin , Imak , Omin , Omak ). Nilai-nilai ini disebut dengan range Input Alat Ukur Min-Max Output Min-Max

7

Span : adalah selisih antara nilai maksimum dan nilai minimum , sehingga ;Span Input I max I min

Span Output = Omax - Omin Linieritas : Sebuah elemen disebut linier apabila hubungan antara input dan output berupa garis lurus . Garis lurus ideal diperoleh dari hubungan antara input Imax , 0max min-mak dan output min-mak. O

Atau Imin , 0min a K = slop garis lurus ideal a = bias ( perpotongan garis lurus ideal dengan sumbu output )

K

I

Non linieritas N (I) : dapat didifinisikan sebagai fungsi dari selisih antara nilai output yang sebenarnya dengan nilai output idealnya. N(I) = OAktual - OIdeal Sehingga OAktual = K x I + a + N(I) K Input I N (.) Non linieritas sering dinyatakan dengan maksimum non-linieritas N dalam prosentase defleksi skala penuh (fsd) atau sebagai prosentasi span. Imax , 0max O X + + Output

K Imin , 0min a I Histeresis 8

Untuk setiap nilai input I memberikan nilai output O. Ketika nilai inpui I semakin naik dan kembali pada saat semakin turun memberikan nilai output yang berbeda, perbedaan ini disebut dengan hysteresis yang biasa dinyatakan dalam bentuk maksimum hysteresis sebagai prosentase fsd . H (I) = Oturun - Onaik dan

Maks H sebagai fsdImax , 0max

H maks x 100 % Omaks Om in

O

K Imin , 0min a I Resolusi Didifinisikan sebagai perubahan input yang paling besar (IR) yang tidak memberikan pengaruh perubahan output . IR Re solusi sebagai fsd x 100 % I m aks I m in

IV. REPRESENTASI STATISTIK Pada tiap pengukuran akan selalu timbul masalah ketidaktelitian yang disebabkan oleh tidak sempurnanya alat ukur, ketidaktepatan cara ukur, tidak sempurnanya panca indra dll. Untuk itu dalam setiap melakukan pengukuran, perlu diperhatikan : Alat ukur yang seharusnya menunjukkan angka 0 (nol), ternyata menunjukkan angka 1 (satu) maka harus ada koreksi titik nol sebesar 1 , sehingga hasil pengukuran yang sebenarnya = yang terbaca pada alat ukur dikurangi 1 (satu) Jangka sorong dan mikrometer sering tidak menunjukkan titik nol Pembacaan Barometer air raksa perlu koreksi pembacaan karena adanya gaya tegangan permukaan airraksa. Sinyal pengukuran memiliki dua karakteristik yaitu sinyal determinstik dan sinyal random, yang masing-masing kuantitasnya sebagai berikut : Mean (harga rata-rata ) : untuk sinyal deterministik (kontinyu) sebagai fungsi f(t) dalam interval 0 sampai dengan To , meannya dipeoleh dari :

9

Dan bila sinyal random terdiri dari beberapa data pengukuran :

Standar Deviasi ( ) Hasil pengukuran seringkali mengalami deviasi berbeda nilainya dengan harga ratarata pengukuran . Untuk fungsi yang kontinyu f(t) standar deviasi diperoleh dari : 2 Untuk kasus yang mengambil data sampel :

Apabila nilai rata-rata y mean = 0 , maka harga standar deviasinya sama dengan root mean square (r.m.s) sehingga :

Atau :

Pada pengukuran yang berulang dengan hasil ukur yang berbeda perlu suatu metoda untuk mendapatkan kesimpulan yang mendekati hasil pengukuran sebenarnya dan toleransi yang masih diijinkan yang dapat disebut dengan standart deviasi ( ) Contoh : hasil pengukuran pada suatu termometer resistan ( Ro ) sbb : Peng. Ke. 1 2 3 4 5 Resistan Ro (ohm) 99,8 99,9 100 100,1 100,2 (Ro R 0 ) + 0,2 + 0,1 0 - 0,1 - 0,2 (Ro R 0 )2 0,04 0,01 0 0,01 0,04 = 0,10 ohm2

Rata rata ( R 0 ) = 100 ohm Dimana : N = jumlah pengukuran

(R R 0 ) 2

10

= ( 0,1 ) / 5

= 0,02 ohm2

atau = 0,14 ohm Hasil pengukuran : Ro = ( 100 + 0, 14 ) Ohm

11

PERCOBAAN P-1 HUKUM HOOKE

TUJUAN 1. Memahami peristiwa elastisitas dari suatu pegas akibat penambahan gaya yang diberikan pada pegas tersebut.. 2. Menentukan harga koefisien dari suatu pegas. ALAT-ALAT YANG DIPERGUNAKAN 1. Statip percobaan koefisien pegas 2. pegas 3. penggaris 4. anak timbangan DASAR TEORI Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya yang bekerja pada pegas sebanding dengan konstanta pegas dan pertambahan panjang pegas. Jika sebuah gaya bekerja pada sebuah pegas hingga pegas terenggang, maka pegas tersebut akan memberikan gaya reaksi sebesar : Output x

Input F

1/k

F=-k. x

Dengan : F = gaya tarik atau tekan (N) k = tetapan (konstanta) pegas (N/m) x = perubahan panjang (m) Hukum Hooke untuk susunan pegas; Susunan seri Dua buah pegas ideal disusun secara seri dapat diganti dengan sebuah pegas pengganti. Konstanta pegas pengganti seri ks yang dinyatakan oleh persamaan :k1 .k 2 k1 k 2

ks =

Gb. 1 dua pegas disusun seri Untuk susunan dari beberapa pegas ideal yang disusun seri, tetapan pegas pengganti dinyatakan oleh persamaan :

12

1 ks

1 k1

1 k2

1 k3

....

Susunan paralel Konstanta pegas pengganti pararel kp untuk dua pegas ideal atau lebih yang disusun pararel dinyatakan oleh persamaan kp = k1 + k2 + k3 +

Gb. 2. : dua pegas disusun pararel

CARA MELAKUKAN PERCOBAAN 1. ambil satu buah pegas, ukur panjang awalnya 2. pasang pegas pada statip percobaan, berikan beban anak timbangan dengan nilai yang terkecil, catat pertambahan panjang dari pegas setelah diberi beban. Tambahkan nilai dari beban anak timbangan, catat pertambahan panjangnya. Masukkan semua data yang diperoleh pada table dibawah. Massa beban (gram) 100 200 300 400 500 Dstnya Panjang awal Panjang setelah diberi beban (mm) (mm) x (mm)

3. Ulangi pengambilan data tersebut tapi dimulai dari yang paling berat 4. Dengan cara yang sama, lakukan untuk 3 pegas yang lain . catat data dalam table seperti diatas! 5. susun keempat pegas tersebut dalam susunan seri. Beri beban dibawahnya. Catat pertambahan panjang pegas yang terjadi. Tambahkan lagi nilai beban dan catat pertambahan panjangnya. Catat semua data dalam table seperti diatas! 6. susun keempat pegas dalam susunan parallel. beri beban dibawahnya. Catat pertambahan panjangnya. Tambahkan lagi nilai beban dan catat pertambahan panjangnya. Catat semua data dalam table seperti diatas!

13

TUGAS PENDAHULUAN 1. Jelaskan pengertian elastisitas dari suatu bahan ! berikan contoh 2. Selain memiliki sifat elastis, bahan juga memiliki sifat plastis, yaitu sifat yang bertolakbelakang dengan sifat elastis. Jelaskan dan berikan contoh! 3. Empat sifat mekanis yang penting ialah kekuatan (strength), kekakuan (stiffness), kelenturan (ductility), dan kekerasan (toughness). Beri penjelasan untuk keempat sifat mekanis tersebut! 4. Mengapa pada persamaan Hukum Hooke nilai F bernilai negatif (-)? 5. Jelaskan tentang nilai konstanta pegas dari suatu pegas! TUGAS LAPORAN RESMI 1. Hitunglah nilai konstanta pegas dari keempat pegas tersebut secara grafik (buat grafik F( x). k adalah nilai gradien dari grafik tersebut). Bandingkan keempat nilai pegas tersebut! 2. Hitunglah nilai konstanta pegas untuk keempat pegas tersebut dengan susunan seri secara grafik! Bandingkan hasilnya dengan nilai konstanta pegas secara perhitungan yang diperoleh dari nilai 1! 3. Hitunglah nilai konstanta pegas untuk keempat pegas tersebut dengan susunan pegas secara grafik! Bandingkan hasilnya dengan nilai konstanta pegas secara perhitungan yang diperoleh dari nilai 1! 4. Tentukan ; span pengukuran, range pengukuran , linieritas ( output ideal ), % histeresis sebagai fsd, non linieritas pada saat massanya 300 gram

14

PERCOBAAN P-2 KECEPATAN BUNYI DI UDARA

TUJUAN ; 1. Menentukan kecepatan rambat bunyi di udara . 2. Menera Frekuensi sebuah sumber getar . ALAT-ALAT YANG DIPERGUNAKAN ; 1. Tabung Resonansi . 2. Garpu Tala dengan frekuensi yang telah tertentu . 3. Garpu Tala yang akan di tera frekuensinya . DASAR TEORI . Kecepatan rambat bunyi di udara dapat ditentukan dari persamaan :v f ( 1)

Keadaan Resonansi yang terjadi dapat di tengarai dengan adanya penguatan bunyi yang di timbulkan . Hal ini terjadi karena udara yang berada dalam tabung Resonansi ikut bergetar . Berikut ini digambarkan beberapa mode yang akan menghasilkan keadaan Resonansi .

Gb. 2.1 kolom udara

Gambar (a) menunjukan keadaan Resonansi pertama yang terjadi . Gelombang yang terbentuk pada keadaan ini adalah sebesar 1/4 panjang gelombang . Jika kolom udar dalm tabung diperpanjang , Resonansi kedua akan terjadi pada saat kolom udara dalam tabung sbesar 3/4 . Resonansi ketiga terjadi jika kolom udara dalam tabung ini sebesar 5/4 . Dari dasar ini dapat disimpulkan bahwa panjang kolom udara dalam tabung akan menghasilkan Resonansi jika panjangnya ;1 4

,

3 4

,

5 4

,.......

15

Keadaan Resonansi terjadi jika panjang kolom udara sepanjang kelipatan dari panjang gelombangL (2 n 1) 1 4

1 4

dimana ;

n

0 1 2 3 ......

Jika sebuah sumber getar yang telah tertentu frekuensinya digetarkan diujung kolom udara dari tabung resonansi, dan dengan menggunakan Persamaan (1), maka kecepatan rambat bunyi diudara dapat ditentukan . Dari hasil pengukuran dan perhitungan yang dilakukan , selanjutnya dijadikan dasar untuk menentukan berapakah frekuensi sebuah sumber getar yang belum diketahui besarnya .

Input L

B

output f

Gbr 2.2. Diagram blok

CARA MELAKUKAN PERCOBAAN ; Untuk Menentukan Kecepatan bunyi diudara ; 1. Gunakan Garpu Tala yang telah ditentukan frekuensinya . 2. Isi tabung dengan air sampai batas tertentu, kemudian getarkan garpu tala diujung atas tabung, amati apakah penguatan bunyi telah terjadi . 3. Tambahkan air ke dalam tabung , sampai penguatan bunyi berikutnya terjadi . Panjang kolom udara terpendek yang terjadi adalah1 4

4. Lakukan hal yang sama untuk semua garpu tala yang disediakan . 5. Lakukan langkah 1 sampai dengan 3 , sebanyak lima kali untuk setiap garpu tala. Untuk Menentukan Frekuensi sebuah Sumber bunyi . 1. Isi tabung dengan air sampai batas tertentu, kemudian getarkan garpu tala yang akan di tera frekuensinya diujung atas tabung. Amati apakah penguatan bunyi telah terjadi . 2. Tambahkan air ke dalam tabung , sampai penguatan bunyi berikutnya terjadi . 3. Catatlah panjang kolom udara dalam tabung pada saat resonansi terjadi . 4. Lakukan langkah 1 sampai dengan 3, sebanyak 9x untuk tiap garpu tala yang akan ditera . 5. Ulangi 1 s/d 4 tapi dimulai dengan kolom udara yang paling pendek Dengan menggunakan hasil pengukuran dan perhitungan Cepat rambat bunyi pada lima langkah sebelumnya, lakukan perhitungan frekuensi garpu tala yang belum diketahui frekuensinya . TUGAS PENDAHULUAN ; 1. Tentukan fungsi transfer (B) gambar 2.2. 2. Buatlah gambar Pola gelombang yang terjadi dimulai dari bentuk gelombang paling sederhana ( nada dasar ) sampai dengan nada atas ke tujuh .

16

3. Jika tabung resonansi yang digunakan adalah pipa organa terbuka, berapakah panjang tabung agar nada dasar terjadi ? . Buatlah mode2 gelombang yang terjadi dimulai dasri nada dasar sampai dengan nada atas ke tujuh, untuk pipa organa terbuka . 4. Nyatakan kecepatan rambat bunyi diudara sebagai fungsi dari panjang kolom udara dalam tabung resonansi . 5. Apakah perbedaan dan persamaan yang perlu diperhatikan dalam pengukuran ini jika menggunakan kedua macam tabung resonansi ( Pipa organa tertutup dan terbuka ) TUGAS LAPORAN RESMI ; 1. Dapatkan panjang gelombang yang terjadi pada resonansi pertama, kedua dan ketiga . 2. Berapakah panjang gelombang yang dapat disimpulkan dari seluruh hasil pegukuran ini ? 3. Berapakah kecepatan rambat bunyi diudara dari seluruh pengukuran yang dilakukan 4. Faktor2 apakah yang mempengaruhi kecepatan bunyi diudara ? 5. Apakah luas penampang tabung berpengaruh pada hasil pengukuran cepat rambat bunyi diudara ? 6. Tentukan span pengukuran , range pengukuran, linieritas hubungan inputoutput , % histeresis sebagai fsd

17

PERCOBAAN P-3 KONDUKTIVITAS PANAS

TUJUAN 1. Memahami peristiwa perpindahan panas secara konduksi serta parameterparameter yang mempengaruhinya. 2. Menentukan konduktivitas panas bahan. ALAT-ALAT YANG DIPERGUNAKAN 1. Statip percobaan konduktivitas 2. Ketel uap 3. Stop watch 4. Termometer (3 buah) 5. Ketel air panas 6. Bahan uji (2 buah) DASAR TEORI Energi panas hanya dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain jika antara benda-benda tersebut terdapat perbedaan suhu. Panas berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Kuantitas perpindahan panas satu dimensi melalui dinding homogen secara konduksi dinyatakan dengan :H KA dT dx

(1)

dimana H adalah aliran panas [kalori/detik] yang melalui dinding dengan luas A dan bergradien suhu dT/dx [oC/meter]. Tanda (-) menunjukkan bahwa panas mengalir dari bagian yang bersuhu tinggi ke bagian yang bersuhu lebih rendah. K adalah konduktivitas termal bahan uji [kal.cm/det.oC] yang dapat dianggap konstan dalam selang suhu yang tak terlalu besar. Alat percobaan seperti tampak pada gambar. Aliran panas dari bahan sisi depan dapat dihitung melalui persamaan (1) :H KA (T1 T2 ) x

(2)

yang digunakan oleh plat bawah untuk menaikkan suhunya. T1 dan T2 adalah suhu bahan sisi depan dan sisi belakang, sedangkan x adalah tebal bahan uji. Laju kenaikan suhu bahan dapat dihitung melalui pengertian bahwa aliran panas tak lain adalah banyaknya panas yang mengalir dalam satu satuan waktu.H dQ dt mc dT2 dt

(3)

m dan c masing-masing adalah massa dan kalor jenis bahan. Bila persamaan-persamaan (2) dan (3) ini diselesaikan maka akan diperoleh :

18

T2

T1 T2 0 ) eKA mcx

kt

(4)

dimana k pengamatan.

dan T20 adalah suhu bahan sisi belakang pada saat awal

CARA MELAKUKAN PERCOBAAN 1. Timbanglah massa bahan dan catat kalor jenisnya dari tabel. 2. Ukur luas penampang dan tebal bahan uji. 3. Tutup bahan uji dengan glasswool 4. Letakkan bahan uji di statip percobaan. Usahakan suhu sisi depan dan belakang sama yaitu pada suhu kamar yang konstan dan catatlah suhu ini sebagai T2 0. 5. Isilah ketel air dengan air sampai volumenya 2/3 dari volume ketel kemudian sambungkan dengan aliran listrik. Tunggu sampai mendidih. Uap akan mengalir melalui slang ke ketel uap yang berhubungan dengan sisi depan bahan uji. Catat suhu sisi depan bahan uji sebagai T1. Jika pada tekanan udara 1 atm T1 tidak sama dengan 100 oC, lakukan koreksi kalibrasi termometer . 6. Siapkan stopwatch untuk pengukuran waktu t. 7. Catatlah waktu t, T1 dan T2. Lakukan secara kontinu sampai waktu yang telah ditentukan serta lakukan yang sama untuk menghitung histeresis T (menit) 5 10 15 20 25 30 35 40 T1 (oC) 100 T2 (oC)

8. Lakukan langkah di atas dengan menggunakan bahan uji yang berbeda.SISTEM ISOLASI

UAP AIR

BAHAN UJI

AIR

T2

T1

19

TUGAS PENDAHULUAN 1. Jelaskan pengertian dari konduktivitas suatu benda ! 2. Bila tebal bahan diperbesar dua kali, kondisi yang lain tetap, besaran apa yang berubah ? Jelaskan ! 3. Ada berapa macam bentuk perpindahan panas, jelaskan dan beri contoh ? 4. Mengapa pemanasan menggunakan ketel uap, tidak langsung menggunakan pemanas listrik ? 5. Apa fungsi lubang keluaran uap pada ketel ini ? TUGAS LAPORAN RESMI 1. Hitunglah konduktivitas panas dari masing-masing bahan uji secara grafik (lebih baik menggunakan kertas grafik semi-log)! 2. Carilah harga konduktivitas bahan-bahan uji tersebut dalam literatur ! Bandingkan dengan hasil eksperimen anda ! 3. Tentukan span pengukuran , range pengukuran , linieritas (output ideal ), % histeresis sebagai fsd.

20

PERCOBAAN P-4 GAYA ANGKAT FLUIDA STATIS

TUJUAN 1. Memahami fenomena gaya angkat pada fluida statis. 2. Menentukan besar gaya angkat oleh fluida statis dan massa jenis fluida.

ALAT-ALAT TANG DIPERGUNAKAN Timbangan digital, mistar, gelas ukur, neraca pegas, larutan garam, minyak, tali/benang, tissue kering dan benda kerja (balok A dan B). DASAR TEORI Fluida dalam keadaan diam (statis) apabila dimasukkan sebuah massa di dalamnya, maka fluida akan memberikan gaya angkat sebesar berat fluida yang dipindahkan. Hal ini sesuai dengan Hukum Archimedes yang dapat menerangkan bagaimana suatu benda dapat terapung, melayang, dan tenggelam dalam fluida. Ketiga kondisi tersebut dapat ditentukan dengan membandingkan massa jenis fluida dan massa jenis benda.

Gambar 1. Gaya angkat fluida pada tiga kondisi benda dalam fluida statik Oleh karena benda yang tercelup dalam fluida mendapatkan gaya angkat dari fluida, dengan demikian berat benda di dalam fluida (Wf) menjadi lebih kecil dibandingkan berat benda di udara (Wu). FA (1) fVf gWf Wu FA

(2)

dengan: Wf Wu FAf

Vf

= berat benda di dalam fluida (N) = berat benda di udara (N) = gaya angkat fluida (N) = massa jenis fluida (kg/m3) = volume benda di dalam fluida (m3)

CARA MELAKUKAN PERCOBAAN Langkah kerja dalam percobaan gaya angkat pada fluida statis adalah sebagai berikut. 1. Mengukur berat balok A dan B dengan menggunakan neraca pegas.

21

2. Mengukur massa jenis larutan garam dan minyak dengan mengukur massa fluida per 200 mL menggunakan gelas ukur dan timbangan digital. 3. Mengaitkan balok A dengan neraca pegas dan mencelupkan balok A kedalam larutan garam. (lihat Gambar 2)

neraca pegas

fluida benda kerja

Gambar 2. Skema percobaan gaya angkat fluida 4. Ukur besarnya gaya yang ditunjukkan pada skala neraca pegas untuk balok yang tercelup air 1/3 bagian, 2/3 bagian, dan tercelup seluruhnya. (Catatan: lakukan pengambilan data sebanyak tiga kali untuk masing-masing perlakuan) 5. Mengulang langkah kerja pada poin (2) hingga (3) untuk percobaan dengan menggunakan fluida berupa minyak. 6. Mengulang langkah kerja pada poin (2) hingga (4) untuk percobaan dengan menggunakan benda kerja berupa balok B. 7. Memasukkan semua data percobaan pada tabel berikut. Percobaan keFluida: Balok A Wu = . N1

I

II

III

/3 bagian /3 bagian

2

semua bagian

Balok B Wu = . N

1

/3 bagian /3 bagian

2

semua bagian

TUGAS PENDAHULUAN Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini. 1. Jelaskan pengertian fluida, massa jenis, berat jenis, specific gravity, tekanan hidrostatik, serta gaya angkat fluida! 2. Dapatkan persamaan matematis gaya angkat fluida, FA, dengan menggunakan prinsip hidrostatika!

22

3.

4.

Dapatkah massa jenis suatu fluida ditentukan berdasarkan fenomena gaya angkat oleh fluida statis? Jelaskan bagaimana caranya serta apa saja kelebihan dan kekurangan dari metode ini? Sebutkan dan jelaskan fenomena seta aplikasi pada kehidupan sehari-hari yang berkaitan dengan gaya angkat pada fluida statis. (minimal 2 jenis masing-masing praktikan dan harus berbeda satu sama lain)

TUGAS LAPORAN RESMI Lengkapi analisis data dan pembahasan laporan resmi praktikum dengan mengikuti prosedur dan menjawab seluruh pertanyaan berikut ini. 1. Bandingkan besarnya massa jenis fluida bedasarkan pengukuran langsung dengan hasil perhitungan. 2. Buatlah grafik fungsi gaya angkat fluida terhadap volume benda yang tercelup di dalam fluida. 3. Berikan kesimpulan dari percobaan ini terhadap Hukum Archimedes tentang gaya angkat fluida statik. 4. Berikan saran dan rekomendasi dari hasil percobaan ini.

23

PERCOBAAN P-5 FLUIDA DINAMIS

TUJUAN 1. Mengetahui aplikasi fluida dinamik dalam kaitannya dengan pengukuran besaran fisis tekanan, kecepatan aliran dan debit fluida. 2. Mampu menganalisis dinamika fluida berdasarkan Hukum Bernoulli dan prinsip kontinuitas massa. ALAT-ALAT YANG DIPERGUNAKAN Peralatan yang digunakan antara lain: satu set alat praktikum fluida dinamik (menara air), gelas ukur, stopwatch, mistar ukur/meteran, lubang venturi A1/A2/A3. DASAR TEORI Fluida tak mampu mampat (incompressible fluid) yang mengalir pada pipa venturi akan memenuhi persamaan kontinuitas masa, persamaan kekekalan energi dan kekekalan momentum yang direpresentasikan dalam hukum Bernoulli. z y x

Gambar 1. Aliran fluida dalam venturimeter dengan beda kedudukan Persamaan Bernoulli dinyatakan sebagai berikut. p 1 V2 gz C 2 dengan: p = tekanan eksternal pada fluida 2 1 = tekanan per satuan volume akibat energi kinetik fluida 2 V gz = tekanan per satuan volume akibat energi potensial fluida

(1)

CARA MELAKUKAN PERCOBAAN Prosedur pelaksanaan percobaan fluida dinamik adalah sebagai berikut. 1. Mengisi air pada bejana air hingga mencapai batas ketinggian yang ada pada bejana ( 40 cm). 2. Mengukur diameter lubang venturi A1, A2, A3 dan menghitung luas permukaan masing-masing lubang venturi. 3. Mengukur debit air yang keluar pada ketiga venturi (posisi valve/kran air terbuka) dengan menampung air yang tumpah selama 15 detik.

24

4.

Mengukur jarak pancaran air yang keluar dari venturi pada ketinggian dari tanah (y0) tertentu untuk kondisi hanya satu lubang venturi terbuka. Pengukuran jarak pancaran air dilakukan tiga kali. (Setting peralatan percobaan pada Gambar 2)

y bejana air x

valve

lubang venturi

y0 x Gambar 2. Skema percobaan fluida dinamis 5. Mengulangi langkah pada butir ke-3 untuk kondisi dua lubang venturi dan tiga lubang venturi terbuka.Percobaan kePancaran air

I A1

II A1 A2 A1

III A2

A3

x1 x2 x3 6. Menghitung debit air berdasarkan pendekatan kinematika gerak pada pancaran air dan prinsip kontinuitas massa. a. Prinsip kontinuitas massa (debit fluida) Q A.V (2) b. Kinematika gerak (GLB dan GLBB)

y

y0 Voy t

1 2

gt 2

(3)

x V x .t (4) TUGAS PENDAHULUAN Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini. 1. Jelaskan pengertian fluida, fluida sebagai kontinum, debit fluida, serta energi kinetik dan potensial. 2. Dapatkan hubungan matematis dari besaran energi kinetik, energi potensial, dan momentum pada aliran fluida. 3. Dapatkan persamaan Bernoulli {pers. (1)}pada aliran fluida dengan menggunakan prinsip kekekalan energi mekanik.

25

4.

Sebutkan dan jelaskan fenomena seta aplikasi dinamika fluida pada kehidupan sehari-hari. (minimal 2 jenis masing-masing praktikan dan harus berbeda satu sama lain)

TUGAS LAPORAN RESMI Lengkapi analisis data dan pembahasan laporan resmi praktikum dengan mengikuti prosedur dan menjawab seluruh pertanyaan berikut ini. 1. Bandingkan besarnya debit air yang dipancarkan oleh venturi dari hasil pengukuran langsung dan perhitungan. 2. Buatlah grafik yang berhubungan dengan posisi dan jumlah venturi terhadap jarak pancaran air dari lubang venturi. 3. Berikan kesimpulan dari percobaan ini terhadap Hukum Bernoulli. 4. Berikan saran dan rekomendasi dari hasil percobaan ini.

26

PERCOBAAN P-6 FREKUENSI NATURAL BANDUL FISIS

TUJUAN Menentukan Frekuensi Natural dari Bandul Fisis dan beberapa faktor yang mempengaruhinya . PERALATAN YANG DIGUNAKAN ; 1). Batang logam dengan panjang dan massa tertentu . 2). Piringan logam dengan jari2 dan massa tertentu . TEORI ; Bandul fisis berupa batang logam dengan panjang L , dan berat m.g disimpangkan dari posisi setimbangnya dengan simpangan cukup kecil . Periode bandul ini adalah ;

T

2

Ia mgL

dimana ; Ia = momen inersia bandul terhadap titik gantung A . m.g = berat bandul . L = jarak titik berat bandul ke titik penggantung .

CARA MELAKUKAN PERCOBAAN ; 1). Gantungkan batang pada salah satu ujungnya . Simpangkan bandul dari keadaan setimbang . 2). Catatlah waktu yang diperlukan bandul untuk melakukan 10 kali getaran sempurna . 3). Ulangi langkah 2 sebanyak 3 kali dengan sudut simpangan yang berbeda . 4). Tambahkan piringan pada ujung bawah batang . 5). Lakukan langkah 2 dan 3 bagi getaran batang dan piringan 6). Ubah letak posisi piringan yang ditempelkan pada batang pada posisi lain kemudian lakukan langkah 2 dan 3 .

27

TUGAS PENDAHULUAN . 1). Dengan menggunakan Dalil Pergeseran sumbu sejajar , Ia Io m x , hitunglah momen inersia dari masing2 Bandul terhadap titik P yan berjarak 1/3 L dari salah satu ujungnya . 2). Apakah jari2 Girasi itu ?? Berapakah jari2 Girasi dari sebuah Bola, Cincin, Silinder Pejal terhadap salah satu titik pada kulit permukaan benda2 tersebut . TUGAS LAPORAN RESMI . 1). Turunkan persamaan yang dipakai untuk menghitung periode getaran 2). Berapakah besarnya percepatan gravitasi di daerah pengukuran ini ? 3). Berapakah jari2 Girasi dari batang yang digantungkan pada salah satu ujungnya ? 4). Hitunglah periode dari masing2 bandul fisis yan dipakai . 5). Simpulkan hal2 penting yang diperoleh dari percobaan ini ?2

28

TATA TERTIB dan SANKSII. TATA TERTIB. Setiap mahasiswa yang melakukan praktikum di Laboratorium Fisika Rekayasa wajib mengikuti tata tertib sebagai berikut : 1. Setiap praktikan (mahasiswa yang melakukan praktikum) diharuskan hadir paling lambat 30 menit setelah jam praktikum dimulai. 2. Setiap praktikan diwajibkan melepas alas kaki, bila masuk ke dalam laboratorium Fisika Rekayasa. 3. Semua tas dan perlengkapan lain kepunyaan praktikan harus diletakkan ditempat yang telah ditentukan, tidak diperbolehkan dibawa ke meja praktikum, kecuali buku petunjuk praktikum dan alat-alat tulis yang diperlukan. 4. Sebelum memasuki laboratorium Fisika Rekayasa, praktikan diwajibkan berpakaian sopan (tidak boleh memakai kaos oblong) dan tidak diperbolehkan memakai topi, merokok, membuat keributan dan sebagainya. 5. Sebelum melakukan percobaan, Setiap praktikan harus telah (ditulis dengan tangan) : Mengerjakan Tugas Pendahuluan yang ada di buku Petunjuk Praktikum Fisika Rekayasa, Setiap kelompok harus telah (ditulis dengan tangan): Mempersiapkan Laporan Resmi yang terdiri dari : BAB I : PENDAHULUAN berisi tujuan praktikum untuk percobaan tersebut BAB II : TEORI berisi teori mengenai percobaan tersebut BAB III : METODOLOGI Berisi alat-alat yang dipergunakan dan cara melakukan percobaan. Mempersiapkan pula kertas karbon dan kertas grafik bila diperlukan. 6. Praktikan dilarang mengerjakan Tugas Pendahuluan di dalam Ruang Laboratorium Fisika Rekayasa, selama melakukan kegiatan praktikum. 7. Sebelum melakukan praktikum, praktikan terelbih dulu meminjam peralatan yang diperlukan untuk praktikum yang bersangkutan pada laboran (karyawan laboratorium), dengan bon peminjaman. 8. Setiap praktikan wajib menjaga peralatan agar tidak hilang atau rusak. 9. Praktikan mempersiapkan dan merangkai peralatan untuk praktikum bersama kelompoknya, dan baru boleh melakukan percobaan setelah diperiksa dan dinyatakan siap oleh asisten. 10. Selama praktikum, praktikan diwajibkan menyelesaikan tugasnya pada meja yang telah disediakan (melakukan percobaan, membuat laporan sementara dan laporan resmi) untuk praktikum yang bersangkutan, kecuali atas izin asisten.

29

11. Hasil percobaan ditulis dalam lembar Laporan Sementara, diisikan dalam kolom-kolom tabel yang dipersiapkan terlebih dahulu. Laporan sementara dibuat sebanyak satu rangkap saja dan dilaporkan pada asisten untuk ditanda tangani sebagai persetujuan. 12. Dari hasil Laporan Sementara yang telah disetujui oleh asisten tersebut, praktikan membuat Laporan Resmi sesuai dengan tugas yang diberikan dalam buku petunjuk. Kemudian diserahkan kepada asisten masing-masing dengan dilampiri laporan sementara. 13. Bila praktikan keluar atau masuk ruang Laboratorium Rekayasa, harus melaporkandan minta izin kepada asisten. 14. Bila tugas dan kegiatan praktikum telah selesai, praktikan diharuskan meninggalkan ruang Laboratorium Fisika Rekayasa.

II. SANKSI Sanksi diberikan bila tidak mematuhi atau melanggar tata tertib yang telah ditetapkan di atas. 1. Pelanggaran terhadap poin : I.1. Tidak diperkenankan melakukan praktikum materi yang bersangkutan. I.2., I.3., dan I.4. Ditegur oleh asisten/laboran dan bila tetap tidak mengindahkan, maka tidak diperkenankan melakukan praktikum. I.5.Pelaksanaan praktikum ditunda dan akan dilaksanakan pada hari yang ditentukan kemudian. I.6. Ditegur oleh asisten dan bila tetap tidak mengindahkan, maka tidak diperkenankan melakukan praktikum, dan sanksi sama dengan sanksi untuk pelanggaran I.5. I.7. Tidak dapat melakukan kegiatan praktikum. I.8. Wajib mengganti, dan tidak diperkenankan melakukan praktikum berikutnya bila belum mennganti peralatan yang hilang atau rusak tsb. I.9. Hasil percobaan tidak diakui asisten. I.10., I.11., I.12. Ditegur oleh asisten, bila tidak mengindahkan, maka hasil praktikum dibatalkan oleh asisten. I.13. Ditegur oleh asisten dan bila tetap tidak mengindahkan, maka tidak diperkenankan melakukan praktikum, I.14. Ditegur oleh assiten/laboran. 2. Praktikan yang melakukan kecurangan dalam melakukan percobaan, maka hasil praktikumnya dibatalakan, dan tidak diperkenankan melakukan praktkum untuk percobaan tersebut. 3. Sanksi lain yang tidak termasuk dalam sanksi-sanksi diatas, akan ditentukan oleh kepala Laboratorium Fisika Rekayasa, berdasar pada jenis pelanggarannya. Surabaya, Oktober 2011 Laboratorium Fisika Rekayasa

30