i

Perjanjian No: III/LPPM/2016-02/84-P

PENGEMBANGAN EKSPERIMEN FISIKA

BERBASIS KOMPUTER

Disusun Oleh:

Philips N. Gunawidjaja, Ph.D

Risti Suryantari, S.Si, M. Sc

Sovia Hariyani Untung

Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat

Universitas Katolik Parahyangan

2016

ii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

DAFTAR ISI ii

ABSTRAK iii

DAFTAR GAMBAR iv

DAFTAR TABEL v

BAB I. PENDAHULUAN 1

I.1 Latar Belakang 1

I.2 Perumusan Masalah 2

I.3 Tujuan 2

I.4 Manfaat 2

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 3

II.1 Pembelajaran dengan Pendekatan Ilmiah (Scientific Method) 3

II.2 Eksperimen Fisika Berbasis Komputer 4

II.3 Perangkat Eksperimen Fisika Berbasis Komputer 6

II.3.1 Perangkat keras (hardware) 6

II.3.2 Perangkat lunak (software) 7

II.4 Eksperimen Pesawat Atwood 8

BAB III. METODE PENELITIAN 10

III.1 Tahapan Penelitian 10

III.2 Lokasi Penelitian 10

III.3 Rancangan Penelitian 10

III.3.1 Set up Peralatan Eksperimen 10

III.3.2 Prosedur Eksperimen 11

III.4 Pengolahan Data dan Analisis 13

BAB IV. JADWAL PELAKSANAAN 12

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN 15

V.1 Perbandingan Hasil Pengukuran Percepatan Gravitasi pada Eksperimen Pesawat

Atwood secara Manual dan Berbasis Komputer 15

V.2 Keunggulan Pelaksanaan Eksperimen Pesawat Atwood berbasis Komputer 18

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN 20

VI.1 Kesimpulan 20

VI.2 Saran 20

DAFTAR PUSTAKA 21

iii

ABSTRAK

Penelitian ini dilaksanakan dalam rangka untuk meningkatkan kualitas pembelajaran dengan memanfaatkan

perkembangan IPTEK, yaitu dengan mengembangkan bentuk kegiatan eksperimen fisika konvensional

menjadi eksperimen fisika berbasis komputer. Eksperimen fisika berbasis komputer adalah percobaan fisika

dengan memanfaatkan peralatan yang yang terdiri atas antarmuka (interface), sensor, dan perangkat lunak

(software) yang harus dihubungkan dengan sebuah komputer untuk penggunaannya. Hasil pengukuran

percepatan gravitasi (𝑔) pada eksperimen pesawat Atwood dengan pengukuran berbasis komputer lebih

mendekati nilai 𝑔referensi dibandingkan dengan hasil pengukuran dengan pengambilan data secara manual.

Dari hasil eksperimen pesawat Atwood, dapat ditunjukkan keunggulan pelaksanaan eksperimen berbasis

komputer antara lain adalah dalam pelaksanaan praktikum dengan alokasi waktu yang sama seperti

praktikum konvensional, observasi data hasil percobaan dapat dilakukan secara langsung, data yang

diperoleh semakin banyak, dan informasi yang diperoleh semakin luas. Dengan tersedianya materi

pembelajaran eksperimen berbasis komputer, diharapkan dapat mendorong dan menginspirasi mahasiswa

berpikir secara kritis, analistis, dan tepat dalam mengidentifikasi, memahami, memecahkan masalah, serta

mengaplikasikan materi pembelajaran.

Kata Kunci: eksperimen fisika berbasis komputer, pesawat Atwood, percepatan gravitasi

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Aktivitas pembelajaran pada kegiatan eksperimen 2

Gambar 2.2. Aktivitas pembelajaran pada kegiatan eksperimen 3

Gambar 2.3. (a) Eksperimen fisika konvensional, dan (b) eksperimen fisika berbasis komputer 4

Gambar 2.4. Contoh gambaran pelaksanaan eksperimen berbasis komputer 5

Gambar 2.6. CoachLab II+ (Salah satu interface yang dihubungkan dengan komputer 6

menggunakan kabel USB)

Gambar 2.7. Berbagai jenis sensor 6

Gambar 2.8. Gerbang cahaya dengan puli (the photogate with pulley attachment) 7

Gambar 2.9. Contoh tampilan dengan perangkat lunak Coach 6 pada pengukuran temperatur 7

Gambar 2.10. Pada percobaan pesawat Atwood, dua buah massa 𝑚1 dan 𝑚2 digantungkan

pada ujung-ujung seutas tali yang dilewatkan melalui sebuah katrol 8

Gambar 3.1. Tahapan penelitian 10

Gambar 3.2. Set up peralatan pesawat Atwood 10

Gambar 3.3. Tampilan pengukuran dengan Coach 6. Grafik posisi terhadap waktu dan data

dalam bentuk tabel dapat diamati secara realtime 12

Gambar 3.4. Tampilan pengukuran dengan Coach 6 dalam bentuk grafik secara realtime 12

Gambar 5.1. Tampilan antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk mendapatkan hasil

nilai a. 16

Gambar 5.2. Grafik hubungan nilai percepatan (2𝑑

𝑡2 ) terhadap 𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 pada eksperimen pesawat

Atwood yang dilakukan secara manual 17

Gambar 5.3. Grafik hubungan nilai percepatan (2𝑑

𝑡2 ) terhadap 𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 pada eksperimen pesawat

Atwood dengan menggunakan Coach 6 17

Gambar 5.4. Tampilan antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk grafik kecepatan terhadap

waktu yang dapat ditampilkan sekaligus dengan grafik posisi terhadap waktu. 19

v

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Jadwal pelaksanaan penelitian 14

Tabel 5.1. Perbandingan pengukuran 2𝑑

𝑡2 dengan menggunakan pesawat Atwood yang dilakukan

secara manual dan dengan menggunakan Coach 6 16

1

BAB I. PENDAHULUAN

I.I Latar Belakang

Salah satu sasaran Program Studi Fisika, Universitas Katolik Parahyangan, adalah

meningkatkan mutu pendidikan dan pengajaran agar menghasilkan lulusan yang cerdas,

kompetitif, bermutu dan relevan dengan kebutuhan masyarakat dengan menyediakan

kurikulum yang bersifat fleksibel dan informatif sesuai dengan perkembangan IPTEK terkini,

serta menyediakan pembelajaran yang mendorong dan memberikan tantangan bagi para

mahasiswa, sekaligus mengembangkan kunci intelektual, dan transferable skills. Hal ini dapat

dicapai, salah satunya dengan mengembangkan kualitas pembelajaran dengan memanfaatkan

perkembangan IPTEK, pada kegiatan eksperimen fisika, baik untuk mendukung perkuliahan

maupun pada kegiatan praktikum. Penguasaan, pengembangan, dan pemanfaatan IPTEK tidak

dapat dilepaskan dari kebutuhan komputer yang digunakan sebagai alat bantu untuk

menyimpan, mengolah, dan mengambil kembali data atau informasi yang diperlukan.

Dalam kegitan praktikum, pengajaran dilaksanakan dalam bentuk praktikum

kolektif terstruktur, dan praktikum mandiri. Pada pelaksanaan praktikum kolektif, tata caranya

bersifat konvensional, dimana pengambilan data dilakukan dengan proses mengamati dan

mencatat, lalu membuat grafik secara mandiri, dan melaporkannya. Kendala yang dihadapi

adalah hasil analisis yang tidak mendalam, salah satunya karena data pengukuran yang kurang

akurat, sementara untuk mengulang pengambilan membutuhkan waktu yang tidak sebentar [5].

Berdasarkan permasalahan tersebut, salah satu upaya meningkatkan kualitas

pembelajaran dengan memanfaatkan perkembangan IPTEK adalah dengan mengembangkan

bentuk kegiatan eksperimen fisika konvensional menjadi eksperimen fisika berbasis komputer.

Eksperimen fisika berbasis komputer adalah percobaan fisika dengan memanfaatkan peralatan

yang terdiri atas antarmuka (interface), sensor, dan perangkat lunak (software) yang harus

dihubungkan dengan sebuah komputer untuk penggunaannya.

Sarana belajar fisika melalui eksperimen berbasis komputer ini dirancang untuk

memvisualisasikan data dalam bentuk grafik, serta memperoleh hasil yang akurat karena

pengukuran dapat dilihat secara real time dan kontinyu pada layar komputer. Hasil dari

percobaan tersebut dapat disimpan di data komputer, sehingga sewaktu-waktu mahasiswa atau

dosen dapat membuka kembali hasil percobaannya.

Dalam penelitian ini akan dirancang eksperimen berbasis komputer, untuk topik

eksperimen pesawat Atwood. Melalui eksperimen pesawat Atwood, dapat dilakukan

pengukuran percepatan gravitasi setempat [5]. Pada eksperimen berbasis komputer, katrol yang

2

digunakan diganti dengan katrol yang terpasang di antara gerbang cahaya, dan dihubungkan

dengan komputer. Pengolahan hasil data dilakukan dengan memanfaatkan perangkat lunak

Coach 6 [4]. Hasil percobaan pesawat Atwood secara manual dan berbasis komputer kemudian

dibandingkan. Melalui penelitian ini dapat dihasilkan informasi mengenai keunggulan

eksperimen berbasis komputer, dan peluang pengembangannya untuk berbagai topik

eksperimen, sebagai variasi metode pembelajaran.

I.2 Perumusan Masalah

1. Bagaimana merancang eksperimen berbasis komputer, secara khusus untuk eksperimen

pesawat Atwood?

2. Bagaimana perbandingan hasil pengukuran percepatan gravitasi (𝑔) pada eksperimen

pesawat Atwood manual dengan berbasis komputer?

3. Apa keunggulan pelaksanaan pesawat Atwood berbasis komputer?

I.3 Tujuan

1. Merancang eksperimen berbasis komputer, secara khusus untuk eksperimen pesawat

Atwood.

2. Membandingkan hasil percepatan gravitasi (𝑔) pada eksperimen pesawat Atwood manual

dengan berbasis komputer.

3. Memberikan informasi keunggulan pelaksanaan pesawat Atwood berbasis komputer

melalui hasil eksperimen yang dilakukan.

I.4 Manfaat

Dengan tersedianya materi pembelajaran untuk eksperimen yang berbasis komputer,

diharapkan dapat meningkatkan kualitas pembelajaran, untuk mendorong dan menginspirasi

mahasiswa berpikir secara kritis, analistis, dan tepat dalam mengidentifikasi, memahami,

memecahkan masalah, dan mengaplikasikan materi pembelajaran.

3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

II. 1 Pembelajaran dengan Pendekatan Ilmiah (Scientific Method) [4]

Metode ilmiah merupakan proses keilmuan untuk memperoleh pengetahuan secara sistematis

berdasarkan bukti fisis, melalui tahapan: pengamatan, membentuk hipotesis, menguji hipotesis

misalnya dengan melakukan eksperimen, membuat analisis dan kesimpulan. Dalam pengujian

seringkali memerlukan pengukuran dan perhitungan yang cermat. Proses pengukuran dapat

dilakukan dalam suatu tempat yang terkontrol, seperti laboratorium. Proses pengukuran seringkali

memerlukan peralatan ilmiah khusus seperti termometer, stopwatch, atau voltmeter. Hasil

pengukuran secara ilmiah biasanya ditampilkan dalam tabel, digambarkan dalam bentuk grafik, dan

diproses dengan perhitungan statistika seperti regresi linear.

Dalam kegiatan eksperimen, aktivitas pembelajaran yang dilakukan secara sistematis

ditunjukkan oleh gambar 2.1. Suatu hasil eksperimen dilaporkan dalam bentuk laporan ilmiah.

Laporan dengan pendekatan ilmiah mengandung sifat: prosedur yang sistematik dan terkontrol,

berdasarkan data empiris, penyimpulan bersifat obyektif, dan konsisten. Karena pengetahuan dan

kemampuan pelaku eksperimen memegang peranan yang menentukan dalam pelaksanaan prosedur

eksperimen, maka metode ilmiah menuntut pelaku eksperimen untuk bersikap: skeptis, logis, analitis,

obyektif, jujur, terbuka.

Gambar 2.1. Aktivitas pembelajaran pada kegiatan eksperimen

Dalam pelaksanaan kegiatan pembelajaran dengan pendekatan eksperimen, dilakukan melalui tiga

tahap, yaitu persiapan, pelaksanaan dan tindak lanjut, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.2.

4

Gambar 2.2. Pelaksanaan kegiatan pembelajaran dengan pendekatan eksperimen

II.2 Eksperimen Fisika Berbasis Komputer [4]

Pada eksperimen fisika konvensional, pengamatan dan pengambilan data-data dilakukan secara

manual, dengan proses mencatat, lalu data-data tersebut diolah (biasanya dalam bentuk grafik),

dianalisis kemudian disimpulkan. Pada eksperimen fisika berbasis komputer, pengamatan dilakukan

dengan memanfaatkan sensor-sensor, dan pengambilan data dilakukan menggunakan sensor

tersebut, diolah dengan bantuan perangkat lunak dimana datanya dapat ditampilkan dalam bentuk

digital maupun grafik, sehingga output yang dihasilkan lebih cepat dan akurat. Analisis yang

dilakukan dapat lebih mendalam dalam waktu yang singkat, hingga diperoleh suatu kesimpulan.

(a) (b)

Gambar 2.3. (a) Eksperimen fisika konvensional, dan (b) eksperimen fisika berbasis komputer

5

Gambar 2.4. Contoh gambaran pelaksanaan eksperimen berbasis komputer

Perbedaan mendasar dari eksperimen fisika konvensional dan eksperimen fisika berbasis komputer

ditunjukkan oleh gambar 2.3, sedangkan contoh gambaran pelaksanaan pelaksanaan eksperimen

berbasis komputer ditunjukkan oleh gambar 2.4. Dalam melakukan eksperimen berbasis komputer,

tahapan yang harus dilakukan ditunjukkan oleh gambar 2.5.

Gambar 2.5. Langkah-langkah dalam melakukan percobaan berbasis komputer

Kelebihan melakukan percobaan berbasis komputer adalah sebagai berikut:

1. Dapat diintegrasikan dengan peralatan laboratorium yang sudah ada dan dapat

disesuaikan dengan kurikulum yang berlaku.

2. Mudah digunakan oleh mahasiswa maupun dosen untuk percobaan yang beragam di

bidang fisika, dan ilmu lain yang relevan.

3. Pembelajaran multimedia dengan teks, gambar, video dan animasi.

4. Pengolahan dan penampilan data dilakukan oleh komputer sehingga memungkinkan

observasi data hasil percobaan dilakukan dengan cepat.

5. Dapat melakukan pengukuran beberapa besaran (sensor) secara simultan.

6. Membangkitkan sikap kritis mahasiswa dan pembelajaran aktif.

6

II.3 Perangkat Eksperimen Fisika berbasis Komputer

II. 3.1 Perangkat keras (hardware) [2]

1. Piranti antar muka (interface)

Merupakan perangkat penghubung antara aplikasi perangkat lunak (perangkat lunak) dengan

sensor. Terdapat berbagai jenis interface misalnya Eurosense, Eurolab, dan CoachLab II+.

Gambar 2.6. CoachLab II+ (Salah satu interface yang dihubungkan dengan komputer

menggunakan kabel USB)

2. Sensor

Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan fisika

atau kimia. Sensor dihubungkan ke interface, mengukur perubahan fisik yang terjadi dan

mengubahnya menjadi tegangan output yang dapat dibaca interface. Ada berbagai jenis sensor,

misalnya sensor gerak, gaya, temperatur, cahaya, tegangan, tekanan, detak jantung, dan lain-lain

yang dapat digunakan sesuai kebutuhan, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.7.

Gambar 2.7. Berbagai jenis sensor

Salah satu jenis sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah gerbang cahaya dengan puli

(the photogate with pulley attachment). Gerbang cahaya dengan puli terdiri dari dua buah

detektor cahaya yang dapat dioperasikan dalam dua mode, gerbang internal memungkinkan

7

mendeteksi obyek yang melewati gerbang dan gerbang luar (laser) untuk mendeteksi obyek

yang melewati lengan luar gerbang [3].

Gambar 2.8. Gerbang cahaya dengan puli (the photogate with pulley attachment) [3]

II.3.2. Perangkat Lunak (software) [2]

Perangkat lunak (perangkat lunak) yang digunakan adalah Coach 6. Keunggulan perangkat lunak

ini adalah dapat melakukan integrasi semua perangkat, melakukan analisa, pemodelan, video dan

fungsi control. Pada proses pengukuran termasuk mengumpulkan data dari sensor dan

menampilkannya, menganalisis dan mengolahnya. Coach 6 juga menyediakan tools pengolahan

dan analisis data seperti formula editor, smooth graph, function fit, signal analysis, histogram,

statistik, dll.

Perangkat lunak ini juga memungkinkan untuk analisis peristiwa dan gerak benda nyata yang

terjadi di luar kelas. Peristiwa yang terjadi merupakan kejadian sehari-hari seperti mengendarai

sepeda, tendangan bola, lemparan bola basket, dan lain-lain. Pengambilan video juga dapat

dilakukan langsung menggunakan perangkat lunak. Coach 6 menyediakan fasilitas untuk memuat

animasi dengan berbasis pemodelan. Selain itu Coach 6 juga dapat digunakan untuk membuat

program sederhana untuk mengontrol sistem, seperti mengontrol nyala dan padamnya lampu,

mengontrol suhu (thermostat), dan lain-lain.

Gambar 2.9. Contoh tampilan dengan perangkat lunak Coach 6 pada pengukuran temperatur

8

II.4 Eksperimen Pesawat Atwood [5]

Pesawat Atwood dirancang oleh George Atwood pada tahun 1784 untuk menunjukan adanya

hubungan antara gaya dan percepatan. Eksperimen dengan menggunakan pesawat Atwood dapat

digunakan untuk mengukur percepatan gravitasi. Pada eksperimen pesawat Atwood, dua buah

massa 𝑚1 dan 𝑚2 digantungkan pada ujung-ujung seutas tali yang dilewatkan melalui sebuah

katrol. Gambar 2.10 menunjukkan gambar eksperimen pesawat Atwood. Tali sebagai penghubung

dan katrol yang dipakai cukup ringan dan massanya dapat diabaikan.

Gambar 2.10. Pada percobaan pesawat Atwood, dua buah massa 𝑚1 dan 𝑚2 digantungkan pada

ujung-ujung seutas tali yang dilewatkan melalui sebuah katrol

Beban 𝑚1 dan 𝑚2, masing-masing mendapat gaya gravitasi kebawah dan ditahan tegangan tali

keatas. Ketika dibiarkan lepas, beban yang mendapat gaya tarik gravitasi lebih besarlah yang akan

bergerak ke bawah, sedangkan beban yang lebih ringan akan bergerak ke atas. Sesuai hukum

Newton II, percepatan sebuah benda, a, berbanding lurus dengan gaya resultan, F, yang bekerja

padanya dan berbanding terbalik dengan massanya, m. Hal ini ditunjukan pada persamaan (1)

𝑎 =𝐹

𝑚 (1)

Dimana, ketika m1 lebih besar dari pada m2, gerak pada beban m1 adalah seperti berikut:

𝑚1𝑔 − 𝑇 = 𝑚1𝑎 (2)

sedangkan gerak pada beban m2 adalah seperti berikut:

𝑇 − 𝑚2𝑔 = 𝑚2𝑎 (3)

dengan menggabungkan persamaan (2) dan (3), dapat dihasilkan persamaan

𝑚1𝑔 − 𝑚2𝑔 = 𝑚1𝑎 + 𝑚2𝑎 (4)

dan menuliskan 𝑔, 𝑚1 dan 𝑚2 sebagai fungsi dari a, bentuk persamaan menjadi

9

𝑎 = 𝑔𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 (5)

Dengan menggunakan persamaan gerak jatuh bebas

𝑑 = 𝑑0 + 𝑣0𝑡 +1

2𝑎𝑡2 (6)

yang jika disederhanakan menjadi

𝑎 =2𝑑

𝑡2 (7)

dapat dihitung percepatan, a, dengan mengukur waktu m1 jatuh ketika menempuh jarak d.

Dengan menggabungkan persamaan (5) dengan (7), nilai percepatan gravitasi g, dapat ditentukan.

Bentuk persamaan tersebut adalah sebagai berikut:

2𝑑

𝑡2 = 𝑔𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 (8)

Di dalam percobaan yang dilakukan, grafik nilai 2𝑑

𝑡2 terhadap 𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 dibuat dan nilai 𝑔 dapat

ditentukan.

10

BAB III. METODE PENELITIAN

III.1 Tahapan penelitian

Tahapan penelitian ditunjukkan oleh gambar 3.1.

Gambar 3.1. Tahapan penelitian

III.2 Lokasi penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika Dasar, Program Studi Fisika, Universitas Katolik

Parahyangan, Bandung.

III.3 Rancangan Penelitian

III.3.1 Set up Peralatan Eksperimen

Set up peralatan pesawat Atwood ditunjukkan oleh gambar 3.2.

Gambar 3.2. Set up peralatan pesawat Atwood, dimana (a) pengambilan data secara manual, dengan d

adalah jarak yang ditempuh oleh beban dalam waktu t s (b) pengambilan data dilakukan dengan komputer

yang dihubungkan dengan Coach Lab II+ interface

11

Pada eksperimen pesawat Atwood digunakan dua buah massa 𝑚1 dan 𝑚2, yang digantungkan pada

ujung-ujung seutas tali yang dilewatkan melalui sebuah katrol seperti pada gambar 3.2. Katrol yang

digunakan untuk pesawat atwood adalah katrol yang diintegrasikan dengan gerbang cahaya

(photogate with pulley attachment). Ketika dilakukan pengambilan data secara manual, pengukuran

waktu dilakukan dengan menggunakan stopwatch. Ketika dilakukan pengambilan data berbasis

komputer, gerbang cahaya dihubungkan dengan Coach Lab II+ interface yang kemudian

dihubungkan dengan komputer yang telah dilengkapi dengan perangkat lunak Coach6. Gambar

3.2(b) menunjukan bagaimana gerbang cahaya disambungkan dengan Coach Lab II+ interface.

III.3.2 Prosedur Eksperimen

Dalam pengambilan data secara manual, dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut,

a. Peralatan disiapkan dan diset seperti pada gambar 3.2(a).

b. Beban dengan massa 𝑚1dan 𝑚2 digantungkan pada ujung-ujung tali yang dipasang pada

katrol, massa 𝑚2 ditentukan konstan sebesar 150,40 g .

c. Jarak 𝑚1 dari permukaan lantai (d) ditentukan terlebih dahulu, pada penelitian ini d = 1,298 m.

d. Massa 𝑚1 diatur agar lebih besar daripada massa 𝑚2.

e. Posisi kedua beban diatur setimbang, kemudian dilepaskan, maka beban 𝑚1 akan bergerak

turun.

f. Waktu yang dibutuhkan beban 𝑚1 menempuh jarak d diukur menggunakan stopwatch.

g. Massa 𝑚1 divariasi, dan waktu yang dibutuhkan beban 𝑚1 menempuh jarak d untuk setiap

beban.

Dalam pengambilan data berbasis komputer, dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut,

a. Peralatan disiapkan dan diset seperti pada gambar 3.2(b).

b. Gerbang cahaya yang terintergrasi dengan katrol disambungkan dengan Coach Lab II+

interface dan dihubungkan dengan komputer, komputer dipastikan telah dilengkapi dengan

perangkat lunak Coach6.

c. Buka program CMA Coach 6→student→measurement→open→Measurements with CMA

CoachLab II→exploring physics→Atwood's machine

d. Pastikan sensor telah terhubung ke interface.

e. Tampilan data yang disajikan dapat diatur, misalnya dalam bentuk grafik dan tabel. Tampilan

pengukuran dengan Coach 6 ditunjukkan oleh gambar 3.3.

12

Gambar 3.3. Tampilan pengukuran dengan Coach 6. Grafik posisi terhadap waktu

dan data dalam bentuk tabel dapat diamati secara realtime

f. Massa 𝑚1dan 𝑚2, jarak d, dan katrol dibuat sama seperti saat pengambilan data dengan

cara manual.

g. Pada saat akan mulai pengukuran, posisi kedua beban diatur setimbang, kemudian beban

kemudian dilepaskan, lalu tombol start (atau F9) diklik.

h. Ketika beban 𝑚1 akan bergerak turun, Coach 6 akan merekam data posisi terhadap waktu

dalam bentuk grafik dan datanya juga dapat dilihat dalam tabel. Perubahan posisi setiap

selang waktu tertentu dapat diamati langsung. Tampilan grafik yang ditunjukkan oleh

Coach 6 kurang lebih seperti pada gambar 3.4.

Gambar 3.4. Tampilan pengukuran dengan Coach 6 dalam bentuk grafik secara realtime

13

i. Pengukuran dilakukan untuk seluruh variasi massa 𝑚1.

j. Hasil data berupa angka yang ditunjukkan pada tabel disimpan dengan cara copy dan paste

pada program lain, misalnya pada Microsoft Excel.

III.4 Pengolahan Data dan Analisis

Untuk data yang diambil secara manual, hasilnya disajikan dalam grafik berdasarkan persamaan (8),

yaitu 2𝑑

𝑡2 = 𝑔𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 , dan sesuai dengan persamaan garis lurus 𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑐 dimana m adalah

kemiringan grafik (gradien) maka dengan membuat grafik nilai 2𝑑

𝑡2 terhadap 𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 , selanjutnya

nilai 𝑔 dapat ditentukan dengan menentukan nilai gradien pada grafik tersebut. Nilai 2𝑑

𝑡2 merupakan

percepatan (a) benda selama bergerak lurus berubah beraturan tanpa kecepatan awal.

Pada hasil yang diperoleh dengan Coach 6, terlebih dahulu perlu dilakukan

pemilahan data dengan mengolah grafik pada gambar 3.4 untuk menghasilkan interpretasi yang

lebih baik, dengan cara sebagai berikut:

‘klik kanan’ pada grafik→Process/Analyze→Derivative→first derivative

Nilai percepatan benda (a) dapat diperoleh dengan cara:

‘klik kanan’ pada grafik→ Process/Analyze → Function-fit

Hasil turunan pertama dari posisi akan menghasilkan grafik kecepatan terhadap waktu, dengan nilai

a atau 2𝑑

𝑡2 yang konstan. Dari persamaan garis yang muncul di layar, dapat ditentukan nilai 2𝑑

𝑡2 untuk

setiap variasi massa m1. Kemudian dibuat grafik 2𝑑

𝑡2 terhadap 𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2, dan nilai 𝑔 dapat ditentukan

dengan menentukan nilai gradien grafik seperti pada cara manual, dan hasil akhirnya dapat

dibandingkan untuk dianalisis.

14

BAB IV. JADWAL PELAKSANAAN

Jadwal pelaksanaan penelitian ditunjukkan oleh tabel 1.

Tabel 1. Jadwal pelaksanaan penelitian

15

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN

Eksperimen dengan menggunakan pesawat Atwood dapat digunakan untuk mengukur percepatan

gravitasi setempat. Melalui eksperimen ini dapat ditunjukkan pula peristiwa gerak lurus berubah

beraturan melalui gerakan dua beban yang terikat pada ujung tali dan dihubungkan dengan sebuah

katrol. Dalam eksperimen ini gesekan dengan katrol diabaikan, maka percepatan beban hanya

dipengaruhi oleh massa kedua beban dan percepatan gravitasi setempat.

Program Studi Fisika, Universitas Katolik Parahyangan, telah lama menggunakan eksperimen

pesawat Atwood untuk kegiatan praktikum, namun hasil pengukuran nilai percepatan gravitasi yang

didapatkan oleh mahasiswa seringkali berbeda jauh dari referensi. Berdasarkan pengamatan selama

kegiatan praktikum, kesalahan terutama terjadi ketika melakukan pengukuran waktu dengan

stopwatch, dimana ketika tombol alat stopwatch ditekan untuk memulai dan mengakhiri pengukuran

tidaklah benar-benar bersamaan dengan saat beban mulai dilepaskan dan berhenti. Salah satu alternatif

solusi yang dilakukan adalah dengan menggunakan perangkat yang dapat digunakan untuk melakukan

proses pengukuran dengan lebih akurat. Oleh karena itu dikembangkan kegiatan eksperimen pesawat

Atwood berbasis komputer, dimana katrol yang digunakan untuk pesawat Atwood adalah katrol yang

diintegrasikan dengan gerbang cahaya (photogate with pulley attachment) dan dihubungkan dengan

Coach Lab II+ interface, kemudian dihubungkan dengan komputer yang telah dilengkapi dengan

perangkat lunak Coach 6.

V.1 Perbandingan Hasil Pengukuran Percepatan Gravitasi pada Eksperimen Pesawat Atwood

secara Manual dan Berbasis Komputer

Perangkat lunak Coach 6 menyajikan data perubahan posisi terhadap waktu. Hasil data tersebut

diturunkan untuk mendapatkan grafik kecepatan terhadap waktu. Kemiringan dari grafik kecepatan

terhadap waktu merupakan nilai percepatan (a). Hasil yang didapatkan dengan menggunakan Coach

6, diharapkan lebih baik dibandingkan dengan pengukuran secara manual karena kesalahan yang

disebabkan oleh waktu reaksi manusia telah diminimalisir. Gambar 5.1 menunjukkan tampilan

antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk mendapatkan hasil nilai a, dimana sesuai persamaan

(7), 𝑎 =2𝑑

𝑡2 , dengan menggunakan tools ‘analize →function fit’ grafik kecepatan (𝑣) terhadap waktu

(𝑡).

16

Gambar 5.1. Tampilan antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk mendapatkan hasil nilai

a. Nilai a diperoleh dengan mengambil data koefisien a dari persamaan garis y = a x + b grafik

kecepatan (𝑣) terhadap waktu (𝑡)

Tabel 5.1 menunjukkan perbandingan hasil pengukuran percepatan (2𝑑

𝑡2 ) dengan menggunakan

pesawat Atwood yang dilakukan secara manual, dan dengan menggunakan Coach 6. Pada pengukuran

dengan Coach 6, katrol dan massa beban dibuat sama seperti pada saat pengukuran manual, sehingga

hasil keduanya dapat dibandingkan.

Tabel 5.1. Perbandingan pengukuran 2𝑑

𝑡2 dengan menggunakan pesawat Atwood

yang dilakukan secara manual dan dengan menggunakan Coach 6

m1 (g) m2 (g) d (m) (𝑚1 − 𝑚2)

(𝑚1 + 𝑚2)

(2𝑑

𝑡2 ) m/s2 (2𝑑

𝑡2 ) m/s2

manual Coach 6

154,04 150,40 1,298 0,01196 0,118526 0,089766

160,75 150,40 1,298 0,03326 0,366895 0,298983

164,08 150,40 1,298 0,04350 0,474103 0,397039

170,80 150,40 1,298 0,06351 0,719114 0,592189

174,13 150,40 1,298 0,07312 0,719114 0,684710

Untuk mendapatkan nilai percepatan gravitasi, dibuat grafik antara nilai 2𝑑

𝑡2 terhadap 𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2. Gambar

5.2 dan 5.3 menunjukan grafik antara nilai 2𝑑

𝑡2 terhadap 𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 pada pesawat Atwood yang dilakukan

secara manual, dan dengan menggunakan perangkat lunak Coach 6.

17

Gambar 5.2. Grafik hubungan nilai percepatan (2𝑑

𝑡2 ) terhadap 𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 pada eksperimen pesawat Atwood

yang dilakukan secara manual

Gambar 5.3. Grafik hubungan nilai percepatan (2𝑑

𝑡2 ) terhadap 𝑚1−𝑚2

𝑚1+𝑚2 pada eksperimen pesawat Atwood

dengan menggunakan Coach 6

18

Nilai percepatan gravitasi diperoleh dari gradien kedua grafik tersebut. Hasil pengukuran percepatan

gravitasi (𝑔) pada eksperimen pesawat Atwood dimana pengambilan datanya dilakukan secara manual

adalah sebesar 10,58 ± 0,85 m/s2. Hasil pengukuran mendekati nilai 𝑔 untuk lokasi dengan latitude 5o

dan ketinggian 1 km di atas permukaan laut (kota Bandung), dengan nilai 𝑔referensi = 9,777 m/s2 [1].

Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa, jika dilakukan dengan baik dan lebih teliti, sangat mungkin

untuk mendapatkan nilai 𝑔 seperti pada referensi. Sementara hasil pengukuran 𝑔 dengan

menggunakan Coach 6 adalah sebesar 9,26 ± 0,55 m/s2. Jika dibandingkan dengan pengukuran secara

manual, hasil yang diperoleh lebih mendekati nilai 𝑔referensi = 9,777 m/s2. Hal ini disebabkan karena

kesalahan yang disebabkan oleh waktu reaksi manusia ketika memulai dan memberhentikan stopwatch

dapat dikurangi.

V.2 Keunggulan Pelaksanaan Eksperimen Pesawat Atwood berbasis Komputer

Berdasarkan hasil nilai 𝑔 yang diperoleh, dapat disimpulkam bahwa hasil pengukuran dengan

pengambilan data secara manual pada dasarnya tetap dapat diandalkan jika dilakukan dengan baik dan

tepat. Ketepatan pengukuran waktu dengan alat stopwatch juga dapat ditingkatkan dengan

mempertimbangan berapa sebaiknya besar massa m2 agar laju m1 menjadi lebih lambat, dan waktu

hingga mencapai permukaan penghenti dapat diukur lebih tepat. Namun selama pelaksanaan

praktikum yang dilakukan oleh mahasiswa, seringkali mahasiswa kurang dapat mendalami proses

eksperimen, dan mengambil data sekedarnya sesuai instruksi, serta cukup sering ditemukan pada

laporan bahwa kesalahan perhitungan disebabkan karena alat yang kurang baik. Kekurangan lainnya

adalah, bahwa selama proses pengambilan data, mahasiswa tidak secara langsung memplot grafik

karena terbatasnya waktu praktikum, sehingga bagaimana peristiwa gerak lurus berubah beraturan

(dalam ekperimen ini, massa m1 dipercepat ke bawah), menjadi tidak cukup jelas teramati selama

praktikum berlangsung, apalagi bila dipilih perbedaan massa m2 dan m1 yang relatif besar.

Pada eksperimen berbasis komputer, dari awal proses pengukuran, grafik posisi terhadap waktu

selama massa m1 dipercepat ke bawah, dapat dilihat langsung pada layar komputer. Selama proses

pengukuran berlangsung, mahasiswa dapat mendiskusikan bagaimana grafik posisi terhadap waktu

untuk gerak lurus berubah beraturan, sekaligus dapat dijelaskan bahwa kecepatan merupakan turunan

pertama dari persamaan posisi terhadap fungsi waktu, dan kemiringan garisnya merupakan nilai

percepatan benda yang konstan. Proses pengolahan grafik dilakukan dengan memanfaatkan tools

‘analize→derivative’ pada perangkat lunak Coach 6, hasilnya seperti yang ditunjukkan oleh gambar

5.4. Hal ini tidak muncul selama proses pelaksanaan eksperimen Atwood dengan pengambilan data

secara manual, karena nilai percepatan langsung dihitung dengan persamaan (7).

19

Gambar 5.4. Tampilan antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk grafik kecepatan terhadap waktu yang

dapat ditampilkan sekaligus dengan grafik posisi terhadap waktu (ditunjukkan oleh titik-titik warna biru).

Garis linear pada grafik kecepatan terhadap waktu menunjukkan perubahan kecepatan terhadap watu yang

konstan, dan sesuai dengan definisi gerak lurus berubah beraturan.

Dari hasil eksperimen pesawat Atwood, dapat disimpulkan bahwa keunggulan pelaksanaan

eksperimen berbasis komputer antara lain adalah dalam pelaksanaan praktikum dengan alokasi waktu

yang sama seperti praktikum konvensional, observasi data hasil percobaan dapat dilakukan dengan

cepat, dan memberikan informasi yang lebih luas. Di samping itu, dalam pelaksanaan eksperimen

dapat membangkitkan sikap kritis mahasiswa melalui pembelajaran aktif, dan dengan berbagai media

seperti teks, gambar, bahkan dapat dilengkapi video sehingga lebih menarik. Keunggulan lainnya

adalah bahwa penggunaan katrol yang diintegrasikan dengan gerbang cahaya sebagai sensor, dapat

dengan mudah diintegrasikan dengan peralatan laboratorium yang sudah ada.

Selain itu melalui eksperimen berbasis komputer, mahasiswa sejak semester awal dapat terbiasa

menggunakan komputer dalam pelaksanaan eksperimen sesuai dengan perkembangan IPTEK saat ini,

sehingga lebih dapat mendalami bagian konsep fisikanya untuk analisis. Tentunya dirancang tanpa

mengurangi kepekaan terhadap proses pengamatan suatu peristiwa, penemuan masalah dan

pemecahan masalahnya. Maka sebaiknya tidak semua eksperimen dilakukan dengan berbasis

komputer, pengukuran-pengukuran alat secara manual tetap perlu dilatih untuk meningkatkan

ketelitian dan memahami prinsip kerja alat serta ketidakpastian suatu hasil pengukuran.

20

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN

V1.1 Kesimpulan

1. Telah dirancang eksperimen berbasis komputer, secara khusus untuk eksperimen pesawat

Atwood.

2. Hasil pengukuran percepatan gravitasi (𝑔) pada eksperimen pesawat Atwood dimana pengambilan

datanya dilakukan secara manual adalah sebesar 10,58 ± 0,85 m/s2, sementara hasil pengukuran 𝑔

berbasis komputer dengan menggunakan Coach 6 adalah sebesar 9,26 ± 0,55 m/s2. Jika

dibandingkan dengan pengukuran secara manual, hasil yang didapatkan dengan pengukuran

berbasis komputer lebih mendekati nilai 𝑔referensi yaitu sebesar 9,777 m/s2.

3. Dari hasil eksperimen pesawat Atwood, dapat ditunjukkan keunggulan pelaksanaan eksperimen

berbasis komputer antara lain adalah dalam pelaksanaan praktikum dengan alokasi waktu yang

sama seperti praktikum konvensional, observasi data hasil percobaan dapat dilakukan secara

langsung, data yang diperoleh semakin banyak, dan informasi yang diperoleh semakin luas dengan

menggunakan tools ‘analize’ pada perangkat lunak Coach 6.

VI. 2 Saran

Perlu dilakukan pengembangan eksperimen fisika berbasis komputer untuk jenis eksperimen lainnya

dengan menggunakan berbagai jenis sensor, minimal yang telah tersedia di laboratorium fisika dasar.

Selain itu perlu dilakukan eksplorasi dalam penggunaan fitur-fitur pada perangkat lunak Coach 6

untuk mengemas kegiatan praktikum menjadi lebih menarik untuk mengkatkan kedalaman dalam

melakukan analisis suatu peristiwa.

21

DAFTAR PUSTAKA

[1] Jursa, A. S., Ed., Handbook of Geophysics and the Space Environment, 4th ed., Air Force

Geophysics Laboratory, 1985, p. 14–17.

[2] Kedzierska, E, & Dorenbos, V. 2014. CoachLab II+ interface 006 User’s Guide. Centre for

Mikrocomputer Applications (CMA). Amsterdam.

[3] Kedzierska, E, & Dorenbos, V. 2014. The Photogate 0662I with Pulley Attachment User’s

Guide. Centre for Mikrocomputer Applications (CMA). Amsterdam.

[4] Pudak Scientific. 2014. Aplikasi Percobaan Berbasis Komputer dalam Pembelajaran Sains di

Sekolah. PT Pudak Scientifik. Bandung.

[5] Sutanto, H S & Suryantari, R. 2016, Modul Praktikum Fisika Dasar untuk FTI. Laboratorium

Fisika Dasar. Universitas Katolik Parahyagan. Bandung.