Rev Panduan Prakt FD1 NEW

7/17/2019 Rev Panduan Prakt FD1 NEW

http://slidepdf.com/reader/full/rev-panduan-prakt-fd1-new 1/73

JURUSAN FISIKA – FMIPA

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

2014

PANDUANPRAKTIKUM

FISIKA DASAR I

TIM DOSEN FISIKA DASAR



1

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah kami panjatkan kehadirat Allah SWT. Puji syukur tersebut teriring dengan

terselesaikannya perbaikan buku panduan praktikum Fisika Dasar I yang sejak tahun 2006

belum mengalami revisi.

Buku panduan praktikum ini, pada dasarnya mengacu pada silabus mata kuliah Fisika

Dasar Iuntuk bab Gelombang-Optik dan Listrik-Magnet. Namun demikian buku panduan ini

masih jauh dari sempurna.

Secara umum buku ini terbagi ke dalam dua bagian utama yaitu bab mengenai optik yang

terdiri dari modul: indeks bias, cermin, sifat lensa dan cacat bayangan, mikroskop,

spektrometer, polarimeter, dan osiloskop. Sedangkan bab beriktutnya adalah listrik yang

terdiri dari 3 modul: arus bolak-balik, watak lampu pijar, dan transformator. Selain itu, buku

panduan praktikum ini juga dilengkapi pembahasan tentang metode statistik dalam

pengolahan data. Hal tersebut dimaksudkan agar mahasiswa memahami bagaimana

melakukan analisis yang lebih komprehensif terhadap data hasil praktikum dengan

menghitung faktor ketidakpastian dalam pengukuran. Angka penting juga disajikan agar

mahasiswa memahami bagaimana menulis hasil kuantitatif dari praktikum yang telah

dilakukan.

Pada penulisan buku panduan praktikum Fisika dasar I ini, kami mengucapkan terima

kasih kepada semua pihak yang membantu perbaikan-perbaikan. Ucapan terima kasih

terutama ditujukan kepada Ketua Jurusan Fisika Bapak Prof. Dr. Agus Setyo Budi, dan

kepada Dr. Esmar Budi, Hadi Nasbey, M.Si, Iwan Sugihartono, M.Si, serta seluruh tim dosen

Fisika Dasar di lingkungan civitas akademik Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri

Jakarta. Tak lupa kami sampaikan juga terima kasih kepada Sifa Alfiyah dan Syafrima

Wahyu selaku asisten dosen yang turut membantu dalam proses penulisan perbaikan buku

panduan praktikum ini.

Akhir kata kami haturkan semoga buku panduan praktikum Fisika Dasar I ini dapat

bermanfaat bagi seluruh mahasiswa yang sedang mengambil mata kuliah Praktikum Fisika

Dasar I.

Jakarta, September 2013

Tim Dosen Fisika.



2

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ........................................................................ 1

DAFTAR ISI ...................................................................................... 2

TATA TERTIB ................................................................................... 3

METODE STATISTIK DALAM PENGOLAHAN DATA ................ 5

FORMAT LAPORAN AKHIR ......................................................... 10

P1: ELASTISITAS BATANG ............................................................ 0

P2: GERAK HARIMONIS SEDERHANA (GHS) ............................. 4

P3: AYUNAN MATEMATIS ............................................................ 8

P4: KOEFISIEN KEKENTALAN ZAT CAIR ................................. 12

P5: TEGANGAN PERMUKAAN I .................................................. 16

P6: TEGANGAN PERMUKAAN II ................................................ 20

P7: MENENTUKAN KONSTANTA JOULE .................................. 24

P8: DAYA HANTAR PANAS ......................................................... 27

P9: KELEMBABAN UDARA ......................................................... 30

P10: KALORIMETER ALIRAN ...................................................... 35

EDISI KHUSUS ............................................................................. 38

HUKUM HOOKE ............................................................................ 39

HUKUM II NEWTON ..................................................................... 44

PENDULUM SEDERHANA ........................................................... 48

GELOMBANG BUNYI ................................................................... 52

TEOREMA ENERGI........................................................................ 56

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................... 61



3

TATA TERTIB

1. Prasyarat mengikuti praktikuma.

Memakai jas laboratorium yang sudah ditentukan

b. Memakai pakaian rapi (baju/kaos berkerah, celana/rok panjang) dan memakai

sepatuc. Memakai tanda pengenal

d. Membawa laporan pendahuluan yang sudah terjilid rapi

e.

Mempersiapkan diri dengan materi yang akan dipraktikumkan

f. Lulus tes pendahuluan (jika ada)

2.

Kehadiran

a. Praktikan harus hadir 15 menit sebelum praktikum dimulai

b.

Praktikan yang terlambat dinyatakan gagal mengikuti praktikum

c. Praktikan yang tidak hadir dalam praktikum karena sakit wajib menunjukan

surat keterangan resmi dari dokter3. Pelaksanaan Praktikum

a.

Di dalam laboratorium praktikan harus tenang, tertib, sopan, berpakaian rapi,dan memakai jas laboratorium. Tas, topi, dan barang lain yang tidak

berhubungan dengan praktikum disimpan di loker.

b.

Praktikan harus mengerti apa yang akan dipraktikumkan

c. Praktikan harus memperoleh data sesuai dengan yang dipraktikumkan

d. Praktikan harus mempersiapkan peralatan (dibantu asisten) dan merapikankembali peralatan yang sudah selesai dipakai seperti semula

e. Praktikan harus menjaga ketertiban, keselamatan dirinya, dan peralatan yangdipakai

f. Praktikan dilarang keras merokok, membawa makanan dan minuman,

mengganggu kelompok lain, dan meninggalkan laboratorium tanpa seijinasisten atau penanggungjawab praktikum.g.

Setelah praktikum selesai, praktikan wajib:

i. Meminta tanda tangan penanggungjawab praktikum atau asisten pada

kertas data pengamatan

ii. Meminta kembali laporan pendahuluan yang sudah dinilai

iii. Meminta tugas akhir kepada asisten

4. Penilaian

a. Nilai praktikum ditentukan dari : Tes pendahuluan (jika ada), laporan

pendahuluan, aktivitas selama praktikum (nilai kerja), laporan akhir

praktikum, dan presentasi hasil praktikum (jika ada)

b.

Kelulusan praktikum ditentukan berdasarkan nilai rata-rata praktikum dankehadiran (keikutsertaan praktikum wajib 100%)

5. Sanksia. Praktikan yang mengikuti susulan praktikum dilaksanakan di minggu pertama

terhitung setelah seluruh praktikum selesai b. Praktikan yang tidak mengikuti praktikum sebanyak 3 kali dan tidak

mengikuti susulan dinyatakan tidak lulusc.

Praktikan wajib mengganti alat yang rusak atau hilang selama praktikum

berlangsung dengan alat yang sama atau denda sebesar Rp. 250.000 sebelummengikuti praktikum di minggu berikutnya.



4

Lembar Data Pengamatan

Praktikum Fisika Dasar

Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Jakarta



5

METODE STATISTIK DALAM PENGOLAHAN DATA

Metode Least Square

Metode least Squaremerupakanmetode yang banyakdigunakanuntukmelihatkecenderungan

linier darisuatu data pengamatan.Misalkankitamemilikisejumlah data pengamatanyaitu:

⟶ 1,2,3,… , (1)

⟶ 1 , 2 ,3 ,… . ,

Hubungan linier antara data 1dan 1 ialah

=

+

(2)

Nilaikoefisien a dan b denganmetodekuadratterkecil:

22

2

x xn

xy x x ya (3)

22

x xn

y x xynb (4)

22

2

x xn

x s s ya

(5)

22

x xn

n s s yb

(6)

22

222

22 2

2

1

xn

y xn y x y

n x

y x x y s

iii

iiiii

i y (7)

Koefisiennkorelasi r menyatakankekuatanhubunganantara data dan adalah



6

22,

y y x x

y y x x y xr

ii

ii

y x

xy

s s s (8)

2222

,

iiii

iiii

y yn x xn

y x y xn y xr (9)

Distribusi Normal

Distribusi Gauss digunakanuntuk data pengamatanberulang.Langkah-langkahnya:

1) Susun data dariterkecilmisal A sampai yang terbesarmisal Z. Kemudiantentukan Z –

A.

2) Tentukanjumlahkelas K, pilihbilanganganjil: 3, 5, 7, 9, ... untukjumlah data

lebihbesardari 40, bilaragu-ragugunakanpersamaan

1log3,3 N K (10)

( N = Jumlah data)

3)

Hitung interval kelasyaitu= −

4) Susuntabel interval kelasdenganmenentukanfrekuensi (jumlah data yang

memenuhikelas).

Gunakanangkapertamakelaspertamalebihkecildari Adanangkakelasterakhirlebihbesard

ari Z. Misal A = 0.0803, Z = 0.1278 dan K = 19 makanilai− = 0.0025.

Kelas 0.0800 – 0.0825

0.0826 – 0.0850

...

...

...

...

...

0.1256 - 0.1281

....

....

....



7

5) Bilabentukgrafikmendekatisimetri, tentukan data tengah, missal0.0800-0.0825

dannyatakandengan

6)

Untukharga

besar atau sangat kecil, penyelesaian dapat dipermudah dengan

menggambar harga baru berbentuk bilangan bulat dari 0, 1, 2, 3, ...dst.

7)

Susuntabelsebagaiberikut:

Tabel 1.Tabeluntukdistribusi Gauss

No − − − 2

1

2

3

4

...

...

∗ >

0

1

2 = 3

− − 2

Nilai∗ adalah harga dengan frekuensi terbesar

8)

HitungKoefisienfriksidanStandardeviasi

= ∗ + −

− (11)

= − 2− − 2

−1

1 2 −

(12)

Hasilakhir X = F ± S

Catatan

Harga S > 0 hanyabilagrafikdistribusiberbentuk normal atausimetris.

Bilatidaksimetrislakukanseleksi data, buang data yang

diperkirakanmembuatsimpanganbesar.Kemudiansusunkembalikelas interval

barusampaberbentuksimetris.



8

Angka penting (AP)

Perhatikanhasilpengukuranketebalanbukutebalsebagaiberikut: x1 = (12,1± 0,5 )mm danx2

=(12,0 ± 0,06) mm. Yang pertamamengandungartibahwatebal yang benarberadadalamselang

11,6 mm 12,6 mm, sedangkan yang keduaberartitebal yang benarberadadalamselang 11,94 –

12,06 mm.

Pengukuranketebalantebalpertama, dinyatakandengantigaangkapenting,

sedangkanpengukurankeduadinyatakandalamempatangkapenting.Semakintelitisuatubesaranki

taketahui, semakinbanyakangka – angkaberartidapatdiikutsertakandalampelaporannya.Hal

inimenjadilebihjelaslagidenganmemperdalampengertiantentangketelitiansuatupengukuran.

Pernyataanx = x ± x, menyatakan ktp mutlak dari besaran x dan mengambarkan mutu alat

ukur yang pakai. Sedangkan x/x dengan mengalikan dengan 100 %, menyatakan ketelitian

pengukuran (ktp) relatif yang dikaitkan dengan ketelitian pengukuran. Makin kecil ktp relatif,

makin teliti pengukuran tersebut.

Dari contoh di atas x /x = (0,5/12,1)x100% = 4,1% untuk tebal pertama, dan x/x

=(0,06/12,06)x100% = 0,5 % untuk tebal kedua. Dikatakan bahwa pengukuran ketebalan

kedua memiliki ketelitian sebesar kira-kira 10x dari ketelitian pengukuran ketebalan

pertama.

ATURAN PRAKTIS

KETELITIAN

PENGUKURAN (KTP

RELATIF)

JUMLAH AP YANG

DIPAKAI

10% 2

1 % 3

0,1% 4



9

Contoh

x = 1202 ± 10% berarti (1202 120,2). Dengan 2 AP hasil pengukuran ini harus ditulis x =

(1,2± 0,1) x 10

3

x = 1202 ± 1%berarti (1202 ± 12,02). Dengan 3 AP hasil pengukuran ini harus ditulis

x = (1,20 ± 0,01)x 103.

x = 1202 ± 0,1% berarti (1202 ± 1,202). Dengan 4 AP hasil pengukuran ini harus ditulis

x = (1,202 ± 0,001) x 103.



10

FORMAT LAPORAN AKHIR

Penulisan laporan

1. Laporan ditulis di kertas HVS ukuran A4 boleh bolak-balik

2. Ditulis menggunakan tulisan tangan yang rapi atau diketik degan mesin tik (manual

atau listrik)

3. Pembuatan grafik hasil pengolahan data dilakukan di kertas milimeter blok dengan

skala yang presisi

Format laporan pendahuluan

1.

Halaman muka

2. Halaman berikutnya:

a.

Tujuan

b. Alat dan bahan

c.

Teori

d. Cara kerja

Format laporan akhir

Laporan akhir disusun berdasarkan laporan pendahuluan yang sudah dibuat, adapun

susunannya adalah:

1.

Laporan pendahuluan yang telah

dinilai oleh asisten

2. Data percobaan

3. Pengolahan data

4.

Analisis dan pembahasan

5. Kesimpulan dan saran

6. Daftar pustaka



P1: ELASTISITAS BATANG

A.

TUJUAN1.

Memahami sifat elastik bahan dibawah pengaruh pelenturan.

2. memahami hubungan antara lenturan dengan beban.

3. Dapat menentukan Modulus Young dari pelenturan.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Batang yang akan diteliti

2. Perangkat penopang,

3.

Perangkat baca

4. Perangkat beban

5. Beban

6. Mistar

7.

Jangka sorong

8. Mikrometer sekrup.

C. TEORI DASAR

Gambar 1. Batang Logam diberi Beban

Gambar 1 menunjukan batang logam yang dijepit salah satu ujungnya, dan ujung lain B

diberi gaya W. Unsur-unsur yang berada diatas garis pertengahan (sumbu netral) mengalami

peregangan, sedangkan yang berada dibawah garis itu mengalami perapatan Dengan

mengabaikan berat batang disebelah kanan P, momen pelenturan (MP) di P dapat dihitung

sebagai:

MP = W (L – x) (1)

Jika kelengkungan batang di P adalah 1/R, kita perhatikan sebuah filamen sepanjang dx di P,

dengan tebal dz dan jaraknya dari sumbu normal sebesar z. Lebar batang dititik itu kita

misalkan saja b. Dengan menggunakan dua segitiga sebangun diperoleh :



1

R

dx

z

dx panjang n pertambaha

(2)

Jadi,

Strain dalam filamen = R

z

dx

dx panjang n pertambaha

(3)

Karena Stess = Strain x E; dimana E adalah Modulus Young,

maka

R

Ez Stress

(4)

Jadi tegangan didalam filamen adalah:

Stress x luas penampang = dz z R

Eb 2 (5)

Dengan demikian, Momen gaya total di P, adalah:

dz z b I manadi I R

E dx z b

R

E P ..(..

22 momen inersia penampang batang itu

terhadap sumbu netral. Besaran ini juga disebut sebagai momen luar W (L-x).

Untuk pelenturan yang amat kecil,

2

21

dx

yd

R , Karena .

)(1{

1

2

2

2

kecil sangat dx

dydan

dxdydx

yd

R

(6)

Jadi;

(7)

Integralkan (8)

konstanta integrasi = 0,

Karena dy/dx = 0 pada x = 0.

Integralkan lagi, (9)

Kontanta integrasi = 0, karena y = 0 pada x =0.

) x L( W dx

dy EI

2

2

WxWLx

dx

dy EI

2

6

Wx

2

Wlx EIy

32



2

Di titik B, dimana x = L , y = S, dengan kata lain

(10)

Karena batang ditopang oleh dua pisau dan dimuati ditengahnya, maka gaya W yang bekerja

pada setengah batang adalah Mg/2, dan karena E = MgL3/48IS. Untuk penampang batang

empat persegi panjang I = bd3/12 , dan grafik diatas M/s = OB/AB,

Maka

(11)

D. CARA KERJA

Gambar 2. Ilustrasi Elastisitas Batang

1. Ukurlah lebar dan tebal batang pada beberapa tempat yang berbeda sebanyak 10 kali

pengukuran (pengukuran dengan menggunakan jangka sorong dan mikrometer

sekrup)

2. Ukurlah jarak antara dua bilah penopang.

3. Letakkan batang diatas penopang dengan jarak yang seimbang.

4.

Letakkan perangkat beban pada titik tengah batang dan pasang perangkat baca pada

meja (lihat gambar).

5.

baca pentunjukan perangkat baca pada saat perangkat beban kosong.

6.

Pasang beban berturut-turut dengan beban yang tersedia. Pada saat penambahan satu

keping beban, tunggulah beberapa saat kemudian catat penurunan titik tengah batang

pada perangkat baca.

IS

WL E atau

WL EIS

33

33

Ab

OB.

bd 4

g L E

3

3



3

7. setelah semua beban yang tersedia digunakan, kurangilah beban tersebut berturut –

turut. Setiap pengurangan satu keping beban, tunggulah beberapa saat kemudian

bacalah kenaikan titik tengah batang pada perangkat baca.

8. Ulangi percobaan dengan mengubah jarak antar bilah penopang

9. Pembacaan kedudukan titik tengah batang dilakukan sebanyak lima kali pengukuran

10.

Pengulangan jarak antar bilah penopang sebanyak 3 kali perubahan.

E. PERHITUNGAN

1.

Buatlah Grafik antara penurunan/kenaikan titik tengah batang dengan massa beban.

2. Dari grafik tersebut, tentukanlah kemiringan bagian yang lurus.

3. Tentukan Modulus Young lengkap dengan kesalahan relatifnya

F. PERTANYAAN

1. Tentukan beban maksimum yang harus digantungkan pada ujung baja yang

berdiameter 1,0 mm. Jika regangannya tidak boleh melebihi 0,001 panjang awalnya,

dan modulus young untuk baja bernilai 2,0xl0-11

Nm-2

2. Pelat baja sepanjang 2,0 m diletakan mendatar, dan ditopang pada kedua ujungnya

sedang titik tengahnya dibebani massa 1 kg. Berapakah penurunan titik tengah

tersebut ? Diketahui modulus Young baja bemilai 2,0 x 10 -11 Nm-2 , tebal plat 0,5 cm

sedang lebarnya 8 cm, g = 10 ms-2



4

P2: GERAK HARIMONIS SEDERHANA (GHS)

A. TUJUAN

1. Memahami perilaku benda yang melakukan gerak harmonis sederhana dan besaran –

besaran yang berkaitan dengan gerak harmonik sederhana.

2.

Memahami syarat yang diperlukan agar suatu benda dapat mengalami gerak harmonik

sederhana.

3. Mengukur periode (waktu getar) pegas berbeban yang mengalami gerak harmonik

sederhana.

4. Menentukan tetapan gaya dari pegas berbeban yang mengalami gerak harmonik

sederhana.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Pegas dan statip (untuk menggantung pegas).

2.

Ember dan keping-keping beban.

3. Stopwatch.

4. Neraca tekhnis dan anak timbangannya.

C. TEORI DASAR

Menurut Hukum Hooke, untuk mengadakan perubahan bentuk benda,diperlukan gaya,

asalkan batas elastisitas dari benda belum terlampaui. Jika hanya dibatasi oleh gaya dorong

dan gaya tarik saja, yang terjadi bukan perubahan bentuk, melainkan perubahan kedudukan

yaitu berupa perpindahan dari titik tempat gaya bekerja ke titik yang lainnya. Hubungan

antara gaya F dan perpindahan x dari kedudukan setimbang dinyatakan sebagai berikut.

= −. (1)

dengan k adalah tetapan gaya.

Jika suatu pegas kita tarik atau kita tekan dengan tangan sehingga mengalami perubahan

panjang sebesar x dari keadaan bebasnya, untuk hal ini diperlukan gaya sebesar F = k.x

Sebagai reaksi, pegas melakukan tekanan atau tarikan pada tangan kita dan gaya reaksi ini

dapat dinyatakan sebagai :

′ = −. (2)



5

Gaya F' disebut gaya pulih elastik (elastic restoring force). Tanda minus adalah

menunjukkan bahwa gaya pulih selalu berlawanan dengan arah perpindahan x, ini berarti

arah gaya pulih selalu menuju ke keseimbangm benda

Jika suata pegas berbeban yang mula-mula dalam keadaan setimbang (Gb.1) kemudian

bebannya ditarik ke bawah dengan simpangan sebesar A dari kedudukan setimbangnya (x =

0) dan dilepaskan, maka beban akan bergerak bolak-balik ke atas dan ke bawah sekitar

kedudukan setimbangnya dengan simpangan maksimum A.

Gambar 1. Gaya tarik pada pegas, yang menyebabkan perubahan panjang pegas

Jika gaya-gaya gesekan dapat diabaikan, sehingga dalam gerakan bolak – baliknya secara

periodik tidak ada energi yang hilang, maka gerak ini akan dapat berlangsung terus.

Gerak semacam ini dimamakan gerak harmonik sederhana (ghs). Penyebab ghs ini adalah

bekerjanya gaya pulih elastis F= - k.x pada benda. Jika digunakankan hukum kedua Newton

F = m.a pada gerak ini, dengan F = - k.x; dimana a = d2x/dt2 , maka akan diperoleh

persamaan :

k.x = m.d2x/dt

2 , atau

d2x/dt2 = - k.x/m (3)

Persamaan ini disebut persamaan gerak dari ghs. Bagaimana kita mendapatkan penyelesaian

dari persamaan tersebut di atas? Dengan menyelesaikan persamaan 3 dengan menggunakan

persamaan deferensial, diperoleh hubungan jarak atau simpangan terhadap waktu sebagai

berikut:

X = A Cos (t +) (4)



6

dengan ;

disebut frekuensi sudut

A = Amplitudo atau simpangan maksimum

(t + ) = fasa dari ghs

= tetapan fasa

Jika t pada (4) bertambah dengan 2/, maka

Karena setelah 2/ fungsinya berulang kembali, ini berarti bahwa perioda T dari ghs sama

dengan2/, jadi;

(5)

Dari persamaan (5), jika T dan M diketahui, maka tetapan gaya k dapat ditentukan.

D. CARA KERJA

1. Timbanglah pegas, ember beban dengan menggunakan neraca teknis untuk

menentukan massa masing-masing.

2. Gantungkan pegas pada statif dan gantunglah ember beban pada ujung bavah dari

pegas. Tariklah ember hingga diperoleh simpangan kecil dan lepaskan, sistem akan

melakukan ghs. (Jika ternyata periode getarnya terlalu kecil tambahkan beberapa

beban ke dalam emeber dan anggaplah massa dari keping beban dan ember sebagai

massa "ember kosong”).

3. Catatlah waktu ayunan dengan stop watch dalam 5 kali getaran (ingat!.. penghitungan

getaran dan waktu dilakukan bila gerakan pegas sudah harmonis).

4. Tambahkan keping beban dan ulangi percobaan d.2 dan d.3.

5. Ulangi percobaan d.4 dengan mengurangi beban satu-persatu.

E. PERHITUNGAN

1.

Tentukan tetapan gaya pegas pada percobaan ini melalui rumus;

m

k

}t cos{ . A x

}2t cos{ . A x

} )2t ( cos{ . A x

k m22T



7

k

mT 2

dengan T = periode ayunan, m = massa total dari sistem yang mengalami ghs, dalam

percobaan ini m =M beban+Member

2. Gambarkan grafik antara T2 dengan M beban. Bagaimana bentuk grafiknya?

3. Dari grafik E-2 tentukan juga harga k-nya! Bagaimana caranya ?

4. Bahaslah sumber – sumber kesalahan yang mungkin terjadi pada percobaan ini.

F. PERTANYAAN

1. Tunjukkan bahwa energi total dari suatu benda yang mengalami ghs;

amplitudoadalah A Ak E Total ,.21 2 getaran

2. Berapa perbandingan energi kinetik dan energi potensial dari suatu benda yang

mengalami ghs pada saat simpangannya sama dengan setengah amplitudonya.

3.

Sebuah benda bermassa 10 gram mengalami ghs dengan amplitudo 24 cm dan periode

10 sekon. Pada saat t=0 simpangan benda +24 cm.

a. Berapa simpangm benda pada saat t = 0,5 sekon?

b.

Berapa besar dan kemana arah gaya pada benda saat t =0,5 sekon?

c. Berapa waktu minimiun yang diperlukan oleh benda untuk bergerak dari

kedudukan awalnya ke titik dimana simpangannya sama dengan - 12 cm.

d.

Berapa kecepatan benda pada saaf simpangannya - 12 cm.

4. Tunjukkan bahwa persamaan (4) merupakan jawaban dari persamaan gerak (3) jika;

mk

5. Dari persamaan (4) turunkan kecepatan v dan percepatan dari ghs (gerak harmonis

sederhana)!

6. Tunjukkan bahwa kecepatan benda yang mengalami ghs dapat dinyatakan sebagai;

)( 22 x Amk v

7.

Tunjukkan bahwa proyeksi pada garis menengah dari benda yang melakukan gerak

melingkar dengan laju tetap merupakan ghs (gerak harmonis sederhana)!

8. Gerak ayunan dari bandul matematis dengan simpangan sudut yang cukup kecil

merupakan ghs. Turunkan rumus perioda dari bandul matematis.



8

P3: AYUNAN MATEMATIS

A. TUJUAN

Untuk menentukan percepatan gravitasi setempat.

B. ALAT DAN BAHAN

1.

Stopwatch

2. Bola logam (± 2 buah).

3. Tali (benang)

4.

Penggaris panjang.

5. Statif

C. TEORI DASAR

Ayunan Matematis (ayunan sederhana) terdiri atas suatu bandul m yang digantungkan

melalui seutas tali yang ringan. Jika bandul m diberi simpangan sedikit ke kiri atau ke kanan

dari posisi seimbangnya dan kemudian dilepaskan, maka bandul m akan bergerak bolak-balik

di sekitar titik keseimbangannya, jika tidak terjadi puntiran dalam gerakan ini maka gerakan

ini disebut gerak harmonik sederhana, lihat gambar 1.

Gambar 1. Ayunan Sederhana

Pada ayunan sederhana dengan panjang tali ayunan , garis yang ditempuh bandul tidak

merupakan suatu garis lurus tetapi merupakan suatu busur lingkaran dengan jejari , atau

= . (1)



9

= Jarak tempuh

= sudut simpangan bandul

= panjang tali ayunan

Pada ayunan sederhana bekerja gaya pembalik yang memenuhi Hukum Hooke agar tejadinya

gerakan harmonik sederhana, dimana besarnya gaya tersebut adalah :

= −. (2)

Pada gambar (1) kita lihat ada dua gaya yang bekerja pada m yaitu berat bandul mg dan

tegangan tali T. Komponen gaya mg Cos sebanding dengan T dan komponen gaya mg Sin merupakan gaya yang selalu berusaha mengembalikan bandul kepada posisi seimbangnya,

sehingga dapat kita tuliskan :

F = -mg sin (3)

Untuk yang kecil (±00 – 15

0), maka Sin = . Sehingga persamaan (3) dapat di tulis

menjadi :

F = - mg (4)

Dari persamaan 2 dan 4 diperoleh

l

mg k (5)

Untuk gerak harmonik sederhana periode getarnya adalah:

k

mT 2 (6)

dari persamaan (5) dan (6) kita dapatkan

g

l T 2 (7)

Ayunan sederhana merupakan suatu metoda sederhana yang cukup teliti untuk mengukur

percepatan gravitasi bumi di suatu tempat, dengan memperhatikan syarat-syarat sbb:

a.

Tali penggantung tidak bersifat elastis.



10

b. Bandul cukup kecil dan bentuknya sedemikian sehingga pengaruh gesekan dengan

udara dapat diabaikan

c.

Simpangan yang diberikan () cukup kecil, hal ini dapat diatasi antara lain dengan

mempergunakan tali yang cukup panjang.

Dengan mengatur dan mengukur T kita dapat menghitung percepatan gravitasi di suatu

tempat.Untuk pengukuran yang lebih baik lakukanlah pengukuran dengan panjang t yang

berbeda dan massa bandul m yang berbeda pula.

D. CARA KERJA

1. Gantunglah bola logam dengan tali (benang) pada statif seperti pada gambar(l). Pada

bandul sederhana, massa terpusat di ujung benang, sedang masa benang dapat

diabaikan

2. Ukurlah panjang tali penggantung yang diukur mulai dari titik simpul pada tiang statif

sampai ketengah-tengah bola. Ambilah panjang tali > 1 meter.

3. Berilah simpangan yang kecil seperti yang telah dijelaskan di atas (batas maksimum

) kemudian dilepaskan dan diusahakan agar tidak terjadi gerakan puntir.

4.

Biarkan dahulu bandut berayun selama 30 detik. Setelah itu catatlah waktu yang

diperlukan bandul untuk melakukan 50 getaran. Catatlah waktu tersebut untuk settap

10 kali getaran, lak-ukan pengukuran sebanyak 5 kali.

5.

Ulangi langkah ke 2 sampai langkah ke 3 untuk panjang tali yang berbeda (10 macam

panjang tali). Ukur waktu untuk 50 kali getaran, lakukan 1 kali pengukuran.

6. Ulangi langkah ke 2 dan ke 3 untuk berat bandul yang berbeda lalu lakukan

pengukuran seperti langkah ke 5.

E. PERHITUNGAN

1.

Hitunglah nilai g dengan menggunakan data-data yang telah anda peroleh dari

percobaan.

2. Gambarlah grafik hubungan T2 terhadap l , kemudian tentukan koefisien arah garis

lurus yang terjadi, lalu tentukan harga g dari grafik tersebut, kemudian bandingkanlah

dengan hasil perhitungan yang saudara dapat (jelaskan).



11

F. PERTANYAAN

1. Buktikan bahwa g l T 2

2. Bila percepatan gravitasi di sebuah planet besarnya adalah 5g, dimana g adalah

percepatan gravitasi bumi dan bandul sederhana di bumi mempunyai waktu ayun T,

berapakah waktu ayun bandul jika dibawa ke planet tersebut.

3.

Tuliskan periode getar secara umum untuk simpangan maksimum =

4. Mengapa simpangan yang dibentuk tidak boleh besar.



12

P4: KOEFISIEN KEKENTALAN ZAT CAIR

A. T U J U A N

1. Memahami bahwa benda yang bergerak di dalam fluida (zat cair atau gas) akan

mendapatkan gesekan yang disebabkan oleh kekentalan fluida tersebut

2.

Menentukan koefisien kekentalan (coefficien of viscosity) dari zat cair, dalam hal ini

gliserin, dengan mengukur waktu jatuh bola-bola di dalam fluida.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Tabung yang berisi zat cair

2.

Bola-bola kecil dari zat padat

3. Mikrometer sekrup, jangka sorong

mistar

4. Termometer

5.

Sendok saringan untuk mengambil

bola dari dasar tabung

6. Dua gelang kawat yang melingkari

tabung

7. Stop-watch

8. Areometer

9. Timbangan torsi dengan batu

timbangannya.

C. T E O R I DASAR

Jika benda dijatuhkan pada zat cair tanpa kecepatan awal, maka benda tersebut akan

mendapatkan percepatan karena ada gaya yang bekerja padanya. Gaya yang bekerja pada

benda tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:

ma F BG F y

dengan

G = gaya berat benda

B = gaya apung ke atas

F = gaya gesek

Gaya yang dialami oleh benda berbanding lurus dengan kecepatan, gaya semacam ini disebut

gaya gesek Newton dan cairan. Dalam hal ini, cairan yang digunakan disebut cairan Newton.

Apabila benda berbentuk bola, menurut Stokes, gaya yang dialami benda dapat dirumuskan

sebagai berikut :

B

G

F



13

vr F 6 (1)

dimana,

F = gaya gesekan yang bekerja pada bola

= kofisien kekentalan dari fluida

r = jari-jari bola

v = kecepatan bola relatif terhadap fluida

Pemakaian hukum Stokes memerlukan beberapa syarat, antara lain :

a. Ruang tempat fluida tidak terbatas ukurannya cukup besar/luas dibandingkan dengan

ukuran benda.

b.

Tidak ada turbulensi di dalam fluida.

c. Kecepatan v tidak besar,sehingga aliran masih laminar.

Jika sebuah benda padat berbentuk bola dengan rapat massa dilepaskan pada permukaan zat

cair tanpa kecepatan awal, bola tersebut mula-mula akan mendapat percepatan. Dengan

bertambah besarnya kecepatan bola, maka bertambah besar pula gaya Stokes yang bekerja

pada bola tersebut. Pada akhirnya bola tersebut akan bergerak dengan kecepatan tetap.

Gerakan dengan kecepatan tetap ini terjadi setelah tercapai keseimbangan antara gaya berat,gaya apung (Archimedes) dan gaya Stokes pada bola tersebut

Jikakecepatan makin membesar, maka gaya gesek juga akan makin membesar, sehingga

suatu saat akan terjadi keseimbangan dinamis, dimana benda bergerak tanpa percepatan.

Gaya gesek tersebut dirumuskan:

Fr = G – B

Dengan memasukan harga gaya-gaya ini, maka dapat diperoleh

v g

r cairanbola )(9

2 2 (2)

Dari persamaan (2) dapat diturunkan persamaan:

)(2

92

cairanbola g

d Tr

(3)

T = waktu yang diperlukan bola menempuh jarak d

d = jarak jatuh yang ditempuh.



14

Koreksi: Pada percobaan yang dilakukan , syarat (a) tidak dipenuhi, karena fluida yang akan

ditentukan koefisien kekentalannya ditempatkan dalam tabung yang besarnya terbatas,

sehingga jari – jari bola tidak dapat diabaikan terhadap Jari-jari tabung. Dalam hal demikian

kecepatan bola harus dikoreksi dengan:

)1(0 Rkr vv (4)

karena: v = d/t persamaan (6-4) dapat ditulis sebagai:

10

R

kr T

T (5)

D. CARA KERJA

1.

Ukurlah diameter tiap-tiap bola dengan micrometer sekrup . Lakukan 5 kali pengukuran untuk tiap-tipa bola.

2. Timbanglah tiap-tiap bola dengan neraca torsi.

3.

Ukurlah diameter bagian dalam dari tabung, sebanyak 5 kali pengukuran.

4. Catat suhu zat cair sebelum dan sesudah percobaan

5. Ukurlah rapat massa zat cair sebelum dan sesudah tiap percobaan dengan Areometer.

6. Tempatkan gelang kawat yang melingkar tabung kira-kira 5 cm di bawah permukaan

zat cair dan yang lain kira-kira 5 cm dari dasar tabung.

7. Ukurlah jarak jatuh d (Jarak kedua gelang kawat).

8.

Masukkan sendok saringm sampai dasar tabung dan tunggu beberapa saat hingga zat

cair diam.

9. Ukurlah waktu jatuh T untuk tiap-tiap bola masing-masing 5 kali pengulangan.

10.

Ubahlah letak – letak kawat sehingga jarak d berubah juga. Ukurlah d dan T seperti

langkah pada nomor 7 dan 9.(pengulangan jarak d sebanyak 3 perubahan)

11.

Ubahlah suhu zat cair dengan memasukkan tabung zat cair ke dalam air es (dingin)

atau ke dalam bak air hangat (panas).(Bila kondisi memungkinkan).

12. Ulangi langkah percobaan nomor 4, 5, 6, 7, 8, 9 dan 10 untuk suhu yang tidak sama

dengan suhu semula.

E. PERHITUNGAN

1. Tentukanlah koefisien kekentalan dari zat cair, yang dalam hal ini gliserin, dengan

mengukur waktu jatuh bola-bola dalam zat cair.

2.

Tentukan persamaan garis lurus antara T dan r/R.



15

F. PERTANYAAN

1. Tentukan letak gelang-gelang kawat yang melingkari tabung dipilih (jarak d).

Apakah akibatnya bila terlalu tinggi (dekat dengan permukaan atau terlalu rendah

(dekat dengan dasar tabung).

2.

Hitunglah 2

r T untuk tiap-tiap bola dan tiap-tiap d (gunakan tabel-tabel).

3.

Hitunglah grafik antara 2

r T dan d.

4. Hitunglah harga dengan memakai grafik tersebut

5. Buktikan bahwa 2

r T mempunyai harga tetap pada d yang sama untuk berbagai ukuran

bola.

6. Apakah faedahnya menghitung 2

r T lebih dulu untuk menghitung harga ?

7.

Berilah ketelitian percobaan ini untuk hasil-hasil yang diperoleh.

8.

Apakah pengaruh suhu terhadap koefisien kekentalan zat cair. Terangkan jawaban

Anda.

9. Berilah defenisi koefislen kekentalan zat secara umum

10. Apakah satuan koefisien kekentalan dalam SI dan apa pula satuan dalam c.g.s.

11. Buktikan rumus-rumus (6-2) dan (6-3).

12. Apakah akibatnya bila kecepatan bola besar relatif terhadap fluida ?

13.

Bagaimanakah dapat ditentukan harga T0 dari grafik ?14.

Jika sebuah peluru ditembakkan ke atas, apakah kecepatannya pada saat jatuh kembali

sama dengan kecepatannya pada saaf ditembakkan ? Terangkan jawaban Anda!



16

P5: TEGANGAN PERMUKAAN I

A. TUJUAN

1. Memahami adanya gaya – gaya pada permukaan zat cair atau antara batas dengan

bahan lain

2.

Menentukan besar tegangan permukaan zat cair.

B. ALAT DAN BAHAN

1.

Dua buah batang gelas yang sama panjangnya.

2. Benang

3.

Air sabun

4. Kertas milimeter

C. TEORI DASAR

Dua batang gelas AB dan CD dibuat sama panjangnya dan saling dihubungkan dengan dua

utas benang AC dan BD.seperti pada gambar 1. di bawah ini.

Gambar 1. Tegangan Permukaan 1

Jika kedua batang gelas yang telah dihubungkan dengan benang dicelupkan ke dalam air

sabun maka setelah diangkat, terjadi selaput antara ABCD, dimana AC dan BD tidak tegak

lurus. Lihat kedudukan benang sebelum dicelupkan yaitu A-E-C dan B-F-D ; sedangkan

kedudukan setelah dicelupkan adalah A-G-C dan D-H-B. Dengan meletakkan kertas



17

milimeter di belakang selaput secara vertikal, maka yang terjadi adalah bagian terkecil G-H

dapat diukur dan setelah selaput dipecahkan, E-F dapat dibaca.

Misalkan tegangan tali pada G dan A adalah Dyne. Masa benang dan selaput dapat diabaikan

CD. Berat dari sistem di bawah garis horizontal E-F ialah mg, gaya ini ditahan oleh tegangan

tali dan tegangan selaput;

2N+2y GH=mg (1)

Misalkan P dan Q merupakan 2 buah titik yang berdekatan pada salah satu tali; dan jari-jari

lengkungan dari garis lengkungPQ adalah r, sedangkan sudut yang dibentuk antara PQ dan

pusatlengkungan adalah θ Iihat gambar 2.

Gambar 2. Pusat lengkungan TP 1

Sudut POQ dan PQ = r θ. Karena berat benangdapat diabaikan dan tegangan selaput sabun

selalu tega lurus benang, maka gaya normal N untuk sembarang temat pada benang adalah

tetap. Tegangan pada benang sepanjang PQ adalah N sin θ yang sebanding dengan tegangan

permukaan sabun sepanjang PQ yang besamya 2y PQ ( aranya O ke P)

Jadi

Nsinθ =2γ PQ (2)

untuk θ yang kecil ;

N = 2yr (3)

Karena N dan T konstan, maka r juga konstan, jadi AC dan BD setelah terjadi selaput sabun

membentuk lingkaran. Dengan mensubtitusikan persamaan (3) pada persarmaan (1) dan bila

jarak G-H diketahui adalah c, maka persamaan (1) dapat dituliskan:



18

21c + 4yr = m.g (4)

Buktikan

)c b(

4

1

)c b(4

Lr

2

(5)

dimana L adalah jarak lurus AC pada saat terjadi selaput. Dengan demikian:

)r 2c(2

mg

(6)

D. CARA KERJA

1.

Timbanglah berat batang gelas kaca tersebut beberapa kali dan catatlah hasilnya.

2. Hubungkan 2 batang gelas yang sama panjangnya dengan dua utas benang seperti

gambar 1., dengan panjang benang 4 kali jarak ikatan pada batang kaca.

3.

Ukurlah jarak antara kedua benang dengan bantuan kertas milimeter.

4. Celupkan kedua batang gelas kaca yang telah dlhubungkan dengan benang pada air

sabun, lalu angkatlah batang kaca tersebut dengan memegang salah satu batang kaca

tersebut dan dekatkantah pada kertas milimeter yang tersedia. Aturlah agar jarak

antara kedua lengan serta jarak antara kedua batang kaca yang terjadi dapat diukurdengan teliti.Catatlah hasil pengukuran saudara.

5.

Lakukan langkah ke (2) dan (4) dengan mengganti panjang benang (lebih panjang dari

percobaan sebelunmya)

6. Penggantian panjang benang sebanyak 3 kali perubahan.

7.

Gantilah air sabun yang telah dipergunakan dengan air sabum baru. (Air sabun dingin

& air sabun hangat ). Kemudian ulangi langkah ke (2) dan ke (4)

8. Lakukan pengamatan sebanyak 10 kali untuk masing-masing kondisi.

Jangan lupa mencatat temperatur liap kali (sebelum dan sesudah percobaan)

E. PERHITUNGAN

1.

Hitunglah berapa besar tegangan permukaan larutan sabun yang anda gunakan untuk

masing-masing larutan yang dicobakan.

2. Buktikan bahwa tegangan permukaan γ = F/2l dan jelaskan arti fisis dari perumusan

tersebut

3. Sampai dimana berat benang dapat diabaikan terhadap batang gelas.



19

4. Apakah dimensi dari γ Apakah γ tergantung pada tekanan dan temperatur? Jelaskan

jawaban anda.

F. PERTANYAAN

1.

Buktikan persamaan (5) dan (6)!

2. Jelaskan perbedaan mekanisme pertambahan luas permukaan antar selaput sabun

yang direnggangkan dengan karet yang ditarik.

3. Jelaskan mengapa sliet atau jarum dapat terapung di atas permukaan air

4. Jika anda mempunyal suatu pipa pegas yang lubangnya sangat kecil dan ujungnya

anda masukkan ke dalarn air maka air akan naik ke dalarn pipa. Jelaskan bagaimana

hal ini bisa terjadi.



20

P6: TEGANGAN PERMUKAAN II

A. TUJUAN

Menentukan tegangan permukaan dengan metode:

a. Tekanan maksimum gelembung

b.

Kenaikan kapiler

B. ALAT DAN BAHAN

1.

pipa kapiler

2. bejana gelas

3.

manometer terbuka

4. buret

5.

tabung erlenmeyer

6. mistar

7.

termometer

8. mikrometer sekrup

C. T E O R I DASAR

1. Tegangan Permukaan dan Tenaga Permukaan

Molekul-molekul zat cair di bagian permukaan mempunyai kohesi lebih besar dibandingkan

dengan bagian dalam. Gaya tarik dengan molekul-molekul di udara di atasnya relatif amat

kecil. Hal ini menyebabkan sifat istimewa pada permukaan zat cair, yaitu terdapat tegangan

permukaan atau tegangan bidang atas.

Tegangan permukaan H (lebih tepat disebut koefisien tegangan permukaan) merupakan

resultan gaya kohesi pada molekul-molekul lapisan permukaan tiap satuan panjang. Satuan

dari H adalah dyne/cm dan N/m.

Untuk membawa molekul zat cair dari bagian dalam ke permukaan diperlukan usaha

melawan gaya kohesi permukaan zat cair diperlukan suatu usaha. Usaha yang diperlukan

untuk menambah luas permukaan tiap satuan luas disebut tenaga permukaan. Tenaga

permukaan ini juga diberi simbol H, satuanya erg/cm2 dan Joule/m2 . Besarnya

tenagapermukaan sama dengan besamya tegangan permukaan , hanya satuannya yang

berbeda.

2. Tekanan Pada Permukaan Lengkung

Pada permukaan zat cair (bidang batas) yang lengkung ada tambahan tekanan yang berasaldari tegangan pemukaan H. Untuk permukaan lengkung, tekanan permukaan dirumuskan:



21

21

11

r r H K P

(1)

dimana K adalah tekanan kohesi, r 1 dan r 2 sama dengan jari-jari kedua kelengkunganutamanya. Harga r positif bila permukaannya cembung. Untuk P yang positif, berarti

tekanannya menuju ke dalam cairan.

Jika gaya reaksi dari cairan sendiri adalah P', arahnya berlawanan dengan P, maka P

nettonya adalah

21

' 11

r r

H K P P netto

(2)

Untuk permukaan bola berjari-jari r (r 1 =r 2=r), persamaan di atas menjadi:

r

H K P P netto

2' (3)

Jelaslah mengapa tekanan gelembung udara di dalam zat cair makin besar jika jari-jarinya

makin kecil,

3. Sudut kontak, Meniskus dan Kenaikan Kapiler.

Jika gaya kohesi cairan lebih besar dibandingkan gaya adhesi molekul-molekul cairan

dengan dinding, maka permukaan akan setimbang bila sudut antara permukaan cairan

dengan dinding disebut tumpul. Sudut antara permukaan cairan dengan dinding ini disebut

sudut kontak. Jika sudut kontak tumpul, peristiwa ini disebut meniskus cembung.

Sebaliknya jika gaya kohesi cairan lebih kecil dibandingkan dengan gaya adhesi, maka sudut

kontaknya runcing, dan peristiwa ini disebut meniskus cekung. Untuk zat cair yang sudut

kontaknya tumpul dikatakan tak membasahi dinding.

Jika sebuah pipa kapiler ujungnya dicelupkan kedalam zat cair yang membasahi dinding,

maka zat cair akan naik setinggi h, dan dapat dibuktikan bahwa:

gr

H h

cos2

(4)

= sudut kontak

= massajenis cairan



22

g = percepatan grafitasitas

Gambar 1. Sudut kontak

Untuk air sangat kecil, maka cos =1, dan gr

H h 2

. H bergantung pada suhu. H dari

suatu cairan makin kecil jika suhunya makin rendah. Sehingga H akan sama dengan 0 bila

suhunya sama dengan suhu suhu kritis tk .

D. CARA KERJA

Gambar 2. Rangkaian Percobaan TP2

1. Persiapan

a.

Air pada pipa U dalam keadaan yang minimal.

b. Air pada kedua kaki manometer terbuka harus sama tinggi (h0) .

c. Isilah buret pada kran tertutup.

d.

Isilah bejana gelas dengan air.



23

2. Percobaan

a. Ukurlah jarak dari ujung bawah pipa kapiler sampai dimana pipa itu akan

dicelupkan (hz). Berilah tanda pada jarak tersebut.

b.

Celupkan pipa kapiler sampai batas tanda tersebut.

c. Bukalah kran buret, dengan perlahan-lahan.

d.

Perhatikan Ujung pipa kapiler Yang dicelupkan, pada saat keluar gelembung

udara Yang pertama, catat kedudukan permukaan air pada kaki Yang terbuka

dari manometer (hm).

)(21 am hhh

e. Ukurlah suhu air pada bejana gelas untuk menentukan harga 2, dan pada

manometer untuk menentukan l, dengan cara mencocokkan harga suhu

tersebut dalam tabel massa jenis pada buku referensi.

f. Lakukan langkah 4 dan 5 sebanyak lima kali.

g. Ulangi percobaan dengan mengubah jarak pada pipa kapiler (jarak h2 yang

berbeda). Jarak h2 dirubah sebanyak 3 kali perubahan.

Metode lain:

1)

Lepaskan pipa kapiler pada set alat.

2)

Bersihkan pipa kapiter tersebut, usahakan jangan ada gelembung air yang tersisa

pada pipa kapiler tersebut

3)

Celupkan pipa kapiler tersebut pada gelas yang berisi air secara tegak lurus.

4) Ukurlah tinggi permukaan air didalam dan diluar pipa kapiler sebanyak 5 Kali

pengukuran

5) Ulangi percobaan 1 s.d 4 dengan menambahkan air diluar pipa kapiler. Penambahan

air ini sebanyak 3 kali.

E. PERTANYAAN

1.

Apakah Yang dimaksud dengan metode tekanan maksimum gelembung pada

percobaan tegangan permukaan !

2.

Apakah tegangan permukaan bergantung pada suhu zat cair Yang digunakan ?

Jelaskan!

3. Turunkan persamaan untuk menentukan tegangan permukaan dengan metode

tekanan maximiun gelembung!



24

P7: MENENTUKAN KONSTANTA JOULE

A. TUJUAN

Untuk menentukan angka kesetaraan panas dan tenaga, yaitu tetapan Joule.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Kalorimeter dan lilitan pemanas

2. Voltmeter AC dan Ampermeter

AC

3.

Transformator (Step Down)

4. Tahanan geser atau Rheostat

5. Pemutus arus

6.

Jam tangan

7.

Termometer

C. TEORI DASAR

Tenaga dapat ditemui dalam berbagai bentuk. Perubahan dalam proses fisika sering

merupakan perubahan tenaga dari satu bentuk ke bentuk lainnya, misalnya perubahan tenaga

listik menjadi tenaga panas perubahan tenaga mekanis menjadi tenaga panas atau

sebaliknya. Kalau W adalah tenaga yang dinyatakan dalam Joule dan Q adalah jumlah

panas yang timbul sebagai lepasan dan dinyatakan dalam kalori maka angka kesetaraannyaatau tetapan Joule (J ) dinyatakan:

J = W/Q Joule/kalori (1)

Apabila sejumlah air yang massanya (Ma), suhunya (ta), berada dalam sebuah kalorimeter

yang harga terima kalornya (H = Mk.Ck), dipanaskan sampai mencapai suhu t m, maka

jumlah panas yang diterima oleh air dan kalorimeter adalah:

Q=(M +H)(tm – ta ) kalori (2)

Jumlah panas tersebut dapat merupakan lesapan tenaga listrik atau tenaga mekanis. Tahanan

pada suatu rangkaian listrik ada kesamaan sifat dengan gesekan pada sistem mekanis.

Dengan adanya arus listrik melewati suatu tahanan maka suhu tahanan ini akan naik, sebagai

akibat dari lesapan tenaga listrik. Tenaga lesapan ini dinyatakan dalam persamaan berikut:

W = V I t Joule (3)



25

V = beda tegangan antara kedua ujung tahanan (Volt)

I = arus yang melewati tahanan tersebut (Ampere)

t = selang vaktu yang menyatakan lamanya tahanan dilewati arus (detik).

Pada percobaan ini sejumlah air dimasukkan ke dalam kalorimeter, kemudian sebuah lilitan

pemanas dicelupkan ke dalamnya, sehihgga apabila lilitan ini dialiri listrik yang cukup besar

maka timbulah panas yang mampu menaikkan suhu air, misalnva dari t a menjadi tm Jumlah

panas yang diperlukan untuk itu dinyatakan oleh persamaan (2). Dengan demikian tetapan

Joule dapat dihitung dari persamaan berikut:

J= VIT Joule/kalori (4)

(Ma +H)(tm – ta )

Susunan alat-alat pada percobaan ini dapat dilihat pada gambar 1 berikut:

Gambar 1. Rangkaian Percobaan

D. CARA KERJA

1.

Pasanglah rangkaian listrik sesuai dengan gambar di atas. Jangan menghubungkan

dengan sumber arus sebelum diperiksa oleh asisten.

2.

Setelah diperiksa, hubungkanlahrangkaian dengan sumber arus AC; tutuplah

pemutus arus dan aturlah tahanan geser sehingga terbaca arus yang cukup besar,

setelah itu pemutus dibuka lagi.



26

3. Timbanglah kalorimeter kosong. Kemudian isikan air secukupnya, sehingga lilitan

pemanas dapat tercelup semua. Kemudian kalorimeter yang berisi air ditimbang

lagi; dengan demikian massa air dapat dihitung.

4.

Dinginkanlah kalorimeter di dalam lemari es atau termos es, sampai suhunya turun

beberapa derajat di bawah suhu ruangan.

5.

Pasanglah kalorimeter pada tempatnya, aduklah pelan-pelan sampai suhu awal yang

diinginkan tercapai. Pertukaran kalor disekelilingnya tak dapat dihindari. Tetapi hal

ini dapat diperkecil, misalnya dengan memulai percobaan ini dengan suhu awal lebih

rendah dari suhu ruangan dan mengakhiri pada suhu yang lebih tinggi dari suhu

ruangan dengan selisih suhu yang sama, misalnya: Suhu ruangan = 300C. Bila

percobaan dimulai dari suhu 29 0C , maka percobaan diakhiri pada suhu 31 0C.

6. Pada saat suhu awal yang diinginkan tercapai tutuplah pemutus arus (pada saat jarum

detik arloji menunjuk nol). Catatlah beda potensial V dan arus I setiap 30 detik.

Selama pengamatan penunjukan ampermeter diusahakan konstan. Apabila terjadi

penurunan/kenaikan, rheostat digeser sampai penunjukan ampermeter kembali

sepetti semula. Air dalam kalorimeter senantiasa diaduk perlahan-lahan.

7. Setelah suhu akhir yang dikehendaki tercapai bukalah pemutus arus dan catatlah

waktu yang ditentukan Catat pula suhu akhirnya.

8. Ulangi langkah 3 s/d 7 dengan mengambil massa air yang beda.

E. PERHITUNGAN

1. Carilah nilai kesetaran panas dan tenaga berdasarkan pengamatan anda.

2. Hitunglah berapa tetapan Joule (dengan kesalahannya).

3.

Carilah tetapan Joule yang sudah standar pada buku-buku Fisika.

4.

Apakah tetapan standar itu berada di daerah perhitungan anda? Jika tidak, jelaskanmengapa bisa terjadi demikian, jelaskan alasannya!

F. PERTANYAAN

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan kapasitas kalor jenis

2.

Bila air bermassa 250 gr bersuhu 28 C dimasukan kedalam bejana, kemudian diberi

aliran listrik melalui lilitan kawat berdaya 60 watt selama 2 menit. Bila hanya air

yang menyerap kalor berapa suhu air sekarang.



27

P8: DAYA HANTAR PANAS

A. TUJUAN

Menentukan daya hantar panas (K) suatu lembaran zat yang mempunyai daya hantar

lemah.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Bejana pemanas

2. Penerima panas dari tembaga

3.

Termometer

4.

Lembaran zat

5. mikrometer

6. Jangka sorong

7.

Heater

C. TEORI DASAR

Banyaknya kalor per satuan waku yang dihantarkan dari sumber panas bertemperatur T 1 ke

penerima panas bertemperatur T2 melalui penghantar yang luas penampangnya A dan

tebalnya d, dapat ditulis sebagai berikut:

dTTKA

dTdQ 21

(1)

Jika temperatur penerima lebih tinggi dari temperatur sekelilingnya, maka ia akan

memancarkan kalor per satuan waktu yang besamya:

dt

dT mc

dt

dQ

2 (2)

m = massa penerima

c = kalor jenis penerima

dt

dT = penurunan temperatur per satuan waktu.

dalam keadaan setimbang (steady state) jumlah kalor yang diterima harus sama dengan yang

dipancarkan, maka persamaan 1 dan 2 menjadi:



28

21

'

21

T T A

d

dt

dT KA

dt

dT mc

T T

d KA

(3)

Angka 2 padadt

dT menunjukkan pengurangan temperatur persatuan waktu pada

penerima pada saat temperatur T yakni temperatur seimbang.

D. CARA KERJA

1.

Ukurlah tebal lembaran zat, diameter, dan massa penerima.

2.

Air dalam bejana dipanaskan sehingga berada pada suhu mendidih T1

3. Set alat seperti pada gbr.(2). Ukur suhu penerima panas sampai temperaturnya tidak

naik lagi selama 5 menit (Keadaan demikian disebut steady state). Suhu saat itu

diberi nama T

4. Lembaran zat dilepas dan penerima mendapat pemanasan langsung sampai

temperaturnya T2 + 50C.

5. Dengan memindahkan bejana pemanas, lembaran zat diletakkan kembali di atas

penerima.

6.

Setiap selang 30 sekon ambil data temperatur untuk perubahan temperatur dari T 2 +

3 0C sampai T2 – 3 0C . sehingga penurunan temperatur pada steady state dapat

dihitung.

Gambar 1. Rangkaian Percobaan Daya Hantar Panas



29

E. PERHITUNGAN

1. Hitunglah harga K dalam sistem MKS.

2.

Buatlah grafik antara T dan t pada penerima dan tentukan

dt

dT

3. Berikan kesimpulan dari hasil percobaan dan faktor – faktor apa saja yang dapat

menyebabkan ketidaktelitian pada percobaan ini.

4. Carilah besar daya hantar panas untuk lembaran zat yang anda gunakan dalam

praktikum. Berilah komentar perhitungan anda dengan hasil yang didapat dari

referensi.



30

P9: KELEMBABAN UDARA

A. TUJUAN

1.

Memahami asas kerja higrometer

2. Menggunakan higrometer untuk menentukan kelembaban udara suatu ruangan.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Higrometer putar (sling hygrometer)

2. Higrometer titik embun (dew point hygrometer)

3. Termometer

C. TEORI DASAR

Kelembaban udara merupakan ukuran banyaknya uap air dalam udara. Jika tekanan uap air

dalam udara mencapai maksimum, maka mulai terjadi pengembunan. Sebagai contoh, udara

yang mengandung uap air dengan tekanan persial sebesar 17,55 mmHg, dan temperatur

udara adalah 30 C; tekanan maksimum pada 30 C adalah 31,86 mmHg (Lihat Tabel 1).

Jadi, tekanan parsial oleh uap air masih di bawah tekanan maksimumnya, sehingga tak

terjadi pengembunan. Kalau temperatur udara menjadi 20 C mulailah terjadi pengembunan, karena tekanan maksimum uap air pada 20 C adalah 17,55 mmHg.

Jika temperatur udara terus turun, misalnya sampai 18 C, terjadilah awan dan hujan

sehingga mengurangi jumlah molekul-molekul uap air dalam udara sedemikian rupa hingga

tekanan uap air dalam udara tidak melebihi tekanan maksimunl Dengan terjadinya

pengembunan dan hujan tekanan udara tidak akan melebihi 15,49 mmHg, karena tekanan

maksimum uap air pada 18 C adalah 15,49 mmHg.

Kelembaban mutlak adalah massa uap air dalam udara persatuan volume. Kelembaban

relatif adalah perbandingan antara massa uap air dalam udara persatuan volume dengan

massa uap air persatuan volume itu, kalau tekanannya sama dengan tekanan maksimum uap

air pada temperatur udara. Dengan menghubungkan massa dengan tekanan dapatlah

diperoleh persamaan berikut:



31

tsbudaratemperatur padaair uapmaksimumtekanan

udaradalamair uaptekananrelatif Kelembaban

Tabel 1. Kelembaban Udara

Toc Pm m x 10

-8 c Pm m x 10-8

10 9,21 9,40 22 19,84 19,43

11 9,85 9,40 23 21,09 20,58

12 10,52 10,66 24 22,40 21,78

13 11,24 11,35 25 23,78 23,25

14 11,99 12,07 26 25,24 24,38

15 12,79 12,83 27 26,37 25,77

16 13,64 13,63 28 28,37 27,23

17 14,54 14,48 29 30,08 28,78

18 15,49 15,37 30 31,86 30,37

19 16,49 16,31 31 33,70 32,21

20 17,55 17,30 32 35,70 34,05

21 1866

Keterangan:

t = temperatur,

PM =tekanan maksimum uap air (mm Hg),

m = massajenis uap air kenyang dalam gram/cm

Ada beberapa cara untuk menentukan kelembaban udara disekitar ruangan, diantarannya

dengan sling hygrometer. Sling Higrometer terbuat dari dua termometer yang satu ujungnya

dibasahi dengan air dan yang lain kering, diletakkan pada suatu batang yang diputar cepat

Ini efeknya sama meletakkan kedua termometer itu di tempat yang anginnya meniup dengan

kencang. Akan terlihat bahwa termometer yang basah akan menunjukkan tempat yang lebih

rendah dibandingkan dengan yang kering Ini karena di sekeliling ujung basah uap air jenuh,

sedangkan agak jauh dari situ tekanan uap airnya jauh lebih kecil. Jadi molekul-molekul

uap air di dekat ujung basah bergerak ke luar menjauhi ujung, yakni dari tempat rapat ke

tempat yang kurang rapat. Tetapi ujung itu selalu basah, Jadi pada keadaan setimbang



32

permukaannya harus ada uap air kenyang; maka terjadilah penguapan terus menerus pada

permukaan ujung itu.

Temperatur ujung basah harus lebih rendah dibandingkan temperatur sekitar agar terjadi

penghantaran panas dari sekitarnya menuju ujung ini. Berdasarkan jalan pikiran ini Clark

Maxwell memperhitungkan massa uap air yang diuapkan perdetik, yang mana tergantung

pada perbedaaa antara tekanan uap pada permukaan ujung basah dengan tekanan uap air di

sekitar dan tergantung pula pada konstanta difusi, kemudian diperhittungkan pula jumlah

panas perdetik yang diterima oleh ujung basah dari sekitarnya secara penghantaran dan

pemancaran, yang mana tergantung pada daya hantar dan daya pantar udara dan perbedaan

antara temperatur dipermukaan ujung basah dengan temperatur dipermukaan ujung basah

dengan temperatur sekitarnya. Jumlah panas ini harus sama dengan panas diperlukan untuk

penguapan. Dari penalaran tersebut diatas, diturunkan persamaan:

P = Pm – 0,00066 B (t – t b) (1)

Dimana

p = tekanan uap air dalam udara

pm = tekanan uap air maksimum pada temperatur udara

B = barometer

t = temperatur yang ditunjukkan oleh termometer kering

th = temperatur yang ditunjukkan oleh termometer basah.

Adapun cara lainnya dengan menggunakan dew-point hygrometer, sebuah tabung yang

berdinding luar mengkilap, dimasukkan ether dan termometer, ether dipaksa menguap

dengan menghembuskan udara ke dalam tabung ini. Akibatnya temperatur turun dan ini

dapat dibaca pada termometer. Penurunan temperatur itu terjadi terus-menerus sampai suatu

saat terjadi peagembunan (mencapai titik embun ). Pada dinding luar tabung ini terlihat

adanya kesuraman pada bagian yang mengkilap itu.



33

D. CARA KERJA

a. Menggunakan sling higrometer putar

1. busahi salah satu ujung termometer dengan air dan termometer yang lain

dibiarkan kering

2. putarlah higrometer dengan cepat beberapa saat (efek ini sama dengan

meletakkan kedua termometer di tempat yang anginnya bertiup kencang),

catat suhu yang terjadi pada kedua

3. ulangi langkah 2 sebanyak 5 kali

b. Menggunakan higrometer dew-point

1.

Isilah tabung dengan eter dan termometer pada tutup tabung

2. Pompalah bola karet secara perlahan-lahan dan amatilah selalu dinding luar

dari tabung dan juga termometernya.

3. Hentikan pompa pada saat dinding tabung mulai suram karena embun.

Catatlah temperatur pada keadaan ini, demikian juga pada saat embun mulai

hilang. Temperatur ini merupakan batas titik embun uap

4. Catat pula temperatur sekitar untuk setiap pembacaaan titik embun tadi.

5.

ulangi langkah 2 s.d 5 sebanyak 5 kali

E. PERHITUNGAN

1.

Dari hasil - hasil pengamatan t, tb, B pada cara kerja bagian a dan hasil pembacaan

pada tabel I untuk Pm dan massa jenis uap air, hitunglah

a. kelembaban relatif

b.

titik embun

c.

kelembaban mutlak2. Dari percobaan dengan menggunakan dew-point higrometer hitunglah :

a.

kelembaban relatif

b. kelembaban mutlak

F. PERTANYAAN

1. Sebutkan definisi kelembaban mutlak dan kelembaban relative.

2. Apa hubungan antara tekanan uap air maksimum dengm titik embun?



34

3. Apa yang disebut uap air jenuh dan apa hubungannnya dengan kelembaban udara

4. Apa hubungan antara tekanan uap air maksimum dengan titik embun



35

P10: KALORIMETER ALIRAN

A. TUJUAN

Menentukan tara atau faktor kesetaraan panas mekanik dengan kalorimeter aliran.

B. ALAT DAN BAHAN

1.

Tabung Kalorimeter

2. Gelas ukur

3. Regulator (Rg)

4.

Ampermeter 0-5A

5.

Rheostat(Rh)

6.

Bejana Air

7. Termometer 2 buah

8. Voltmeter

9.

Stop watch

C. TEORI DASAR

Kalorimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur jumlah panas, Salah satu jenis

kalorimeter adalah kalorimeter aliran. Kalorimeter aliran bekerja dengan mengaliri air terus

menerus dari bejana ke dalam tabung kalorimeter yang berisi elemen pemanas lewat salah

satu ujungnya dan mengeluarkan air tersebut pada ujung yang lain. Elemen pemanas dialiri

arus i A dengan tegangan V. Aliran air yang kontinyu menyebabkan perbedaan suhu padakedua ujung tabung kalorimeter. Dengan mengukur massa air yang keluar, jumlah panas

adalah dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut:

Q = m c (T2 – T1) + h (kalori), atau m c + h(1)

di mana

m = massa air,

c = kalorjenis air,

= perbedaan suhu; dan

h = faktor koreksi.

Jumlah panas yang timbul tersebut sebanding dengan panas yang diberikan oleh arus listrik

selama t sekon percobaan.

W= Vit joule (2)



36

Sehingga persamaan (1) sebanding dengan persamaan (2)

Vit (mc + h), atau Vit = j(mc + h) (3)

di mana j disebut tara panas mekanik (joule/kalori).

Dengan melakukan percobaan pada arus yang berbeda (i' A) selama t sekon yang sama dari

selisih persamaan (3) dan (4) menjadi :

V' I' t = j (m' c ' + h) (4)

dari selisih persamaan (3) dan (4) diperoleh ;

''

''

. mmciV iV t J

(5)

D. CARA KERJA

Gambar 1. Rangkaian Kalorimeter Aliran

1.

Isilah tabung kalorimeter dengan air sampai penuh hingga tidak ada udara di

dalamnya dan permukaan air berada pada ujung pipa keluar.

2.

Rangkailah alat sesuai dengan gambar (2). Diskusikan dengan asisten sebelum

menghubungkannya dengan sumber arus.

3. Alirkan air di dalam tabung secara kontinyu dan aturlah arus listrik sebesar 1,5 A.

4. Setelah suhu T1 dan T2 tetap dengan perbedaan sekecil mungkin (misal 5) air yang

keluar dari tabung kalorimeter ditampung selama 2 menit. Data untuk massa air dan

suhu (T1 dan T2) serta V dan i dengan demikian dapat diperoleh.

5. Ulangi percobaan di atas dengan mengatur arus 2A; 2,5A; 3 A



37

E. PERHITUNGAN

Tentukan tara panas mekanik (j) dan berikan interpretasi anda.

F. PERTANYAAN

1. Carilah harga tara panas mekanik dalam buku referensi; berikan analisa anda bila

terjadi perbedaan dengan hasil percobaan yang anda lakukan.

2. Jelaskan mengapa perbedaan dengan ' harus sekecil mungkin!

3. Turunkan persamaan (5)



38

E ISI KHUSUS

MENGGUNAKAN ALAT JEULIN



39

HUKUM HOOKE

I. Tujuan Praktikum

1.

Memahami konsep hukum Hooke

2.

Menentukan besar konstanta pegas

3. Menganalisis hubungan gaya pemulih dan pertambahan panjang pegas

II. Teori Dasar

Hukum Hooke pada dasarnya menggambarkan sifat elastis suatu benda ketika dikenakan

suatu gaya (disebut dengan gaya pemulih), yaitu suatu keadaan dimana suatu benda akan

cenderung kembali kepada keadaan awalnya apabila gaya tersebut dihilangkan. Sifat

elastis benda dapat dikaji dengan menekan atau meregangkan benda tersebut sehingga

mengalami pertambahan panjang melalui suatu gaya sehingga apabila gaya tersebut

dihilangkan maka panjang benda tersebut akan kembali ke panjang awalnya.

Gambar 1. Kawat yang mengalami pertambahan panjang setelah dikenakan gaya

Menurut hukum Hooke, hubungan antara gaya pemulih dan pertambahan panjang suatu

benda diberikan oleh rumus :

xk F (1)

dengan

F : gaya pemulih (N)

x : pertambahan panjang (m)

F

x

x



40

k : konstanta elastisitas benda (N/m)

Dari persamaan (1) kita dapat menyimpulkan bahwa gaya pemulih berbanding lurus

dengan pertambahan panjang dan tanda negatif mengindikasikan bahwa gaya pemulih

mempunyai arah yang berlawanan dengan pertambahan panjang.

Secara teori, konstanta pada persamaan (1) dapat dikaitkan dengan beberapa besaran

yang menggambarkan sifat elastisitas suatu benda. Menurut konsep fisika dasar [1, 2],

semua benda yang mengalami perubahan panjang akan memiliki suatu konstanta lain

yang dikenal sebagai modulus Young sehingga akan dapat dibuktikan bahwa konstanta

elastisitas bahan dapat dirumuskan :

x

YA

k (2)

dengan

Y : modulus Young (N/m2)

A : luas penampang benda (m2)

Pada praktikum kali ini kita akan mencoba menghitung nilai konstanta dengan

menggunakan tabel yang berisi hubungan antara gaya yang diberikan pada pegas dengan

pertambahan panjang yang dhasilkan. Gaya yang diberikan akan dicatat oleh sensor gaya

sedangkan pertambahan panjang pegas diukur secara manual. Dengan demikian,

praktikan akan menyajikan beberapa data dalam bentuk tabel hubungan antara gaya

pemulih dan pertambahan untuk setiap satu data eksperimen, lalu membuat grafik

hubungan kedua besaran tersebut. Melalu persamaan (1), kemiringan garis lurus tersebut

merupakan konstanta pegas yang didapat.

III. Tugas Pendahuluan

1. Turunkan rumus persamaan (2)

2. Carilah di buku referensi lain, apakah yang dmaksud dengan modulus Young suatu

benda

3. Apakah yang terjadi apabila suatu benda yang ditarik dengan suatu gaya melebihi

batas elastisitasnya



41

IV. Alat dan Bahan

1. VTT console

2.

sensor gaya

3. pegas

4. pemberat

5.

penggaris

V. Langkah Percobaan

1. Susun rangkaian percobaan seperti gambar [3]

Gambar 2. Rangkaian alat eksperimen hukum Hooke

2. Atur parameter yang terdapat di software (akan dijelaskan saat praktikum)

3. Bebani pegas dengan pembeban yang berbeda (lakukan minimal lima kali)

4. Buat grafik garis lurus di komputer, lalu amati kemiringan garis tersebut



42

Gambar 3. Ilustrasi hasil grafik yang diperoleh

5. Ulangi eksperimen di atas dengan mengganti pegas yang lain, lalu bandingkan hasil

yang didapat dengan hasil sebelumnya

VI. Tugas Akhir

1. Tulis data-data percobaan dan hitunglah konstanta pegas untuk setiap pegas yang

digunakan kedalam tabel berikut (ambil 5 data percobaan)

No. Pertambahan Panjang Gaya

2. Salin data-data yang tercatat dan grafiknya (akan dijelaskan saat praktikum)

3. Buat analisis dan kesimpulan



43

Referensi

1. Abdullah, M. (2007). Diktat Kuliah Fisika Dasar I, Bandung: Institut Teknologi Bandung.

2.

Tipler, P.A. and Mosca, G. (1997). Physics for Scientists and Engineers, 5th ed.,

California: Freeman Publishers.

3. Modul praktikum Jeulin.



44

HUKUM II NEWTON

I. Tujuan Praktikum

1.

Memahami konsep hukum II Newton

2.

Menentukan besar percepatan benda pada bidang miring

3. Membuat model posisi benda untuk tiap waktu

II. Teori Dasar

Di dalam dinamika gerak, penyebab dari gerak suatu benda merupakan sebuah gaya baik

yang bersifat konservatif maupun non konservatif. Keberadaan gaya yang bekerja pada

benda tersebut menimbulkan suatu besaran fisis yang dikenal dengan percepatan. Secara

umum, untuk mempelajari dinamika gerak suatu benda yang mengalami percepatan

digunakanlah hukum II Newton yang secara matematis dituliskan [1, 2]

am F

(1)

dengan

F

: gaya (N)

m : massa benda (kg)

a

: percepatan benda (m/s2)

Persamaan (1) mendeskripsikan sebuah persamaan gerak suatu benda pada dimensi

sembarang. Massa benda (dalam hal ini nilainya tetap) dalam persamaan (1) tersebut

dikenal sebagai konstanta kelembaman, yaitu konstanta yang mempengaruhi mudah atau

sulitnya benda tersebut untuk bergerak. Dalam praktikum ini kita hanya memfokuskan

pada kasus benda titik, yaitu benda yang besarnya dapat diabaikan tetapi massanya tidak

dapat diabaikan.



45

Gambar 1. Salah satu contoh aplikasi hukum II Newton pada gerak benda di bidang miring

Hal yang harus diingat adalah bahwa terlebih dahulu harus digambarkan semua

komponen gaya yang dikenakan pada benda untuk mengkaji dinamika persamaan gerak

benda yang dirumuskan melalui hukum II Newton. Hal ini bertujuan untuk memudahkan

analisis gerak dari benda tersebut. Di samping itu, dari sudut pandang kinematika gerak,

besaran-besaran gerak dapat dirumuskan sebagi berikut

dt t vr t r )()0()(

(2)

dt t avt v )()0()(

(3)

dengan

)(t r

: posisi benda pada setiap waktu (m)

)0(r

: posisi awal benda (m)

)(t v

: kecepatan benda pada setiap waktu (m/s)

)0(v

: kecepatan awal benda (m/s)

Pada praktikum kali ini kita akan memodelkan rumus posisi benda melalui grafik yang

diperoleh dengan terlebih dahulu merangkai alat eksperimen untuk gerak benda pada

bidang miring. Selain itu, semua data besaran-besaran fisis tidak diperoleh secara

manual melainkan dari sensor yang digunakan.


1.

Turunkan rumus persamaan (2) dan (3)

2.

Turunkan persamaan-persamaan posisi dan kecepatan benda pada bidang miring

dengan sudut kemiringan



46

3. Apa perbedaan antara benda titik dan benda tegar

IV. Alat dan Bahan

1. VTT console

2. chrono-cine sensor

3.

power supply

4. bidang miring

5. penggaris



Gambar 2. Rangkaian alat eksperimen hukum II Newton pada kasus bidang miring

2.

Atur letak sensor sedemikian rupa (akan dijelaskan saat praktikum)

3.

Buatlah grafik melalui software (akan dijelaskan saat praktikum)

4. Buatlah model matematika dari persamaan posisi dan kecepatan, lalu bandingkan

secara teori



47


5. Ulangi eksperimen di atas dengan mengubah posisi sensor, lalu bandingkan hasil yang

didapat dengan hasil sebelumnya

VI. Tugas Akhir


2.

Buat model matematis untuk posisi dan kecepatan


Referensi

1.

Abdullah, M. (2007). Diktat Kuliah Fisika Dasar I, Bandung: Institut Teknologi Bandung.

2. Tipler, P.A. and Mosca, G. (1997). Physics for Scientists and Engineers, 5th ed.,





48

m

PENDULUM SEDERHANA

I. Tujuan Praktikum

1.

Memahami prinsip dasar pendulum sederhana

2. Memahami keterkaitan antara pendulum sederhana dan gerak osilasi

3. Memahami pola osilasi untuk sudut simpangan kecil

II. Teori Dasar

Di dalam fisika dasar osilasi merupakan gerak bolak balik sederhana yang menuju titik

setimbang dan secara umum ada banyak cara untuk mempelajari pola osilasi. Dalam

praktikum ini akan dikaji pola osilasi pada pendulum sederhana dengan sudut kecil.

Gambar 1. Pendulum sederhana

Secara sederhana, apabila suatu benda pada sistem pendulum sederhana disimpangkan

dengan sudut kecil, maka dengan menggunakan hukum II Newton akan didapatkan

solusi persamaan gerak adalam bentuk sudut simpangan yang dapat dirumuskan secara

matematis [1, 2]

)sin()( max t t (1)

atau

)cos()( max t t (2)

dengan

)(t : sudut simpangan (rad)

max : simpangan maksimum (rad)



49

: frekuensi sudut (rad/s)

: sudut fase awal

Persamaan (1) atau (2) hanya berlaku untuk sudut kecil sedangkan untuk sudut yang agak besar maka muncul faktor nonlinear. Dalam praktikum ini kita hanya mengkaji hanya pada

kasus benda titik dan sudut kecil. Selain itu, solusi pada persamaan (1) atau (2) hanya dapat

terjadi apabila sistem pendulum dianggap benda titik. Untuk kasus benda tegar perhitungan

momen inersia dari benda yang digantung harus dilakukan terhadap pusat massanya dengan

menggunakan teorema sumbu sejajar. Melalui frekuensi sudut pada persamaan (1) atau (2),

akan didapat juga perumusan periode pendulum ( T ) yang didefinisikan sebagai waktu yang

diperlukan untuk menempuh satu lintasan penuh

T

2 (3)

dengan

g T

2 (4)

Dengan g adalah percepatan gravitasi. Pada praktikum kali ini kita akan membuktikan

kebenaran rumus persamaan simpangan posisi (1) melalui grafik yang diperoleh dengan

terlebih dahulu merangkai alat eksperimen untuk sistem pendulum sederhana. Di

samping itu, semua data besaran-besaran fisis )(t dan T tidak diperoleh secara manual

melainkan dari sensor yang digunakan.


1.

Turunkan rumus persamaan (1) atau (2)

2.

Mengapa solusi pada persamaan (1) atau (2) hanya berlaku untuk sudut kecil dan

benda titik

3. Turunkan persamaan (4) (petunjuk: gunakan hokum II Newton untuk rotasi)

IV. Alat dan Bahan

1. VTT console

2.

Seperangkat sistem pendulum sederhana

3.

pemberat



50

4. sensor sudut

5. penggaris



Gambar 2. Rangkaian alat eksperimen sistem pendulum sederhana

2. Ukur panjang tali, lalu beri simpangan kecil (gunakan busur derajat) maksimal 15o,

lalukan dengan mengambilnilai yang berbeda

3. Buatlah grafik melalui software (akan dijelaskan saat praktikum)

4.

Buatlah analisis dari grafik yang diperoleh untuk nilai yang berbeda



51


5. Ulangi eksperimen di atas dengan mengubah massa dari pemberatnya, lalu

bandingkan hasil yang didapat dengan hasil sebelumnya apakah pola grafiknya

mengalami perubahan atau tidak

VI. Tugas Akhir

1.

Salin data-data yang tercatat dan grafiknya (akan dijelaskan saat praktikum)

2. Buat model matematis untuk persamaan simpangan sudut yang tertera pada

persamaan (1) atau (2)

3.

Buat analisis dan kesimpulan

Referensi

1.

Abdullah, M. (2007). Diktat Kuliah Fisika Dasar I, Bandung: Institut Teknologi Bandung.



3.

Modul praktikum Jeulin.



52

GELOMBANG BUNYI

I. Tujuan Praktikum

1. Memahami konsep perambatan gelombang bunyi

2. Menentukan cepat rambat gelombang bunyi secara eksperimen

3. Menganalisis perbedaan hasil perhitungan cepat rambat gelombang bunyi secara teori

dan eksperimen

II. Teori Dasar

Gelombang bunyi tergolong gelombang mekanik, yaitu gelombang yang hanya dapat

merambat di dalam suatu medium. Secara umum gelombang bunyi dapat terjadi apabila

partikel-partikel suatu medium bergetar sehingga energi dari gelombang bunyi dapat

merambat dalam medium tersebut [1, 2]. Pada suhu kamar, yaitu suhu sekitar 20oC,

cepat rambat gelombang bunyi secara umum ditentukan oleh jenis medium yang

dilaluinya. Berikut ini tabel cepat rambat gelombang bunyi pada suhu kamar untuk

beberapa medium [1]

Medium Cepat Rambat (m/s)

Udara 343

Helium 1005

Hidrogen 1300

Air 1440

Air laut 1560

Gelas 4500

Aluminium 5100

Tabel 1. Besar cepat rambat gelombang pada beberapa medium

Kuat lemahnya suatu gelombang bunyi menggambarkan besar kecilnya energi yang

dibawa oleh gelombang tersebut. Umumnya besaran untuk mengukur kuat lemahnya

gelombang bunyi dikenal sebagai intensitas gelombang bunyi yang dirumuskan



53

A

P I (1)

dengan

I : intensitas gelombang bunyi (Watt/m2)

P : daya gelombang bunyi (Watt)

A : luas permukaan yang dilalui oleh gelombang bunyi (m2)

Dari persamaan (1) kita dapat menyimpulkan bahwa I dapat menjadi sangat besar sekali

apabila P dan A diubah sedemikian rupa. Oleh sebab itu, untuk menghindari penulisan

angka yang cukup besar biasanya digunakan suatu besaran baru, yaitu taraf intensitas

0

log10 I

I (2)

dengan

: taraf intensitas

I : intensitas gelombang bunyi

0 I : ambang intensitas gelombang bunyi (10-12

W/m2)

Hal yang perlu diingat adalah angka 10-12

pada nilai ambang intensitas gelombang bunyi

mengacu kepada intensitas bunyi paling rendah yang dapat didengar oleh telinga

manusia, referensi lain dapat dilihat pada [3].

Pada praktikum kali ini kita akan mencoba mengukur cepat rambat gelombang bunyi di

udara. Pada hakekatnya, cepat rambat gelombang bunyi tidak hanya ditentukan oleh

jenis medium, tetapi juga oleh suhu dan tekanan sekitarnya. Secara umum, perumusan

cepat rambat gelombang bunyi di udara dapat dirumuskan secara empiris oleh persamaan

[4]

607.05.331 v T (3)

dengan T adalah suhu sekitar yang bersatuan Kelvin.


1. Terangkan perbedaan getaran dan gelombang

2. Tuliskan salah satu contoh fungsi gelombang beserta tafsiran fisisnya

3.

Apa asumsi yang digunakan pada rumus (3)



54

IV. Alat dan Bahan

1.

VTT console

2. VTT voltmeter adapter

3. dua mikrofon

4.

dua batang metal

5. penggaris



2. Atur parameter yang terdapat di software (akan dijelaskan saat praktikum)

3. Pukulkan kedua batang sekeras mungkin pada salah satu ujung mikropon

4.

Amati pola-pola distribusi bunyi pada monitor komputer

5. Hitung cepat rambat bunyi yang didapat dengan menggunakan rumus

t

d v

dengan d adalah jarak kedua mikropon dan t adalah selisih waktu dari dua mikropon.

Sebagai contoh, misalkan kita mendapatkan pola-pola distribusi bunyi di bawah ini

Gambar 1. Ilustrasi ditribusi bunyi yang dihasilkan



55

maka t didapat dengan mengurangi panjang garis biru dan panjang garis merah

pada sumbu horizontal

6. Ulangi percobaan dengan mengubah jarak kedua mikropon

VI. Tugas Akhir

1. Tulis data-data percobaan dan hitunglah cepat rambat bunyi untuk setiap data kedalam

tabel berikut (ambil 5 data percobaan)

No. Jarak Mikropon Cepat Rambat

2. Salin data-data yang terekam pada mikropon dan grafiknya (akan dijelaskan saat

praktikum)

3.

Buat analisis dan kesimpulan

Referensi

1.

Abdullah, M. (2006). Diktat Kuliah Fisika Dasar II, Bandung: Institut Teknologi Bandung.



3. Pain, H.J. (2005). The Physics of Vibrations and Wave, 6 th ed., New York: John Wiley &

sons.

4.

Modul praktikum Jeulin



56

TEOREMA ENERGI

I. Tujuan Praktikum

1.

Memahami konsep teorema usaha dan energi2.

Memahami perbedaan gaya konservatif dan non konservatif

3.

Menggunakan aplikasi teorema usaha dan energi pada kasus sederhana

II. Teori Dasar

Dalam beberapa kasus, pembahasan gerak benda yang menempuh suatu lintasan

sembarang umumnya sangat sulit apabila dikaji melalui hukum-hukum Newton. Hal ini

disebabkan bentuk lintasan yang tidak lagi lurus sehingga penggambaran gaya non

konservatif sulit untuk dilakukan [1, 2].

Gaya konservatif Gaya non konservatif

gaya Coulomb gaya gesek

gaya gravitasi gaya normal

gaya pegas

Tabel 1. Beberapa contoh gaya konservatif dan gaya non konservatif

Seperti yang telah diketahui bahwa perbedaan antara gaya konservatif dan gaya non

konservatif terletak pada kebergantungan dengan lintasan yang berkaitan. Oleh sebab itu,

untuk mengatasi kesulitan tersebut maka diperkenalkanlah konsep teorema usaha dan

energi. Teorema ini berbunyi

“Usaha total yang dilakukan pada suatu benda besarnya sama dengan perubahan

energi kinetiknya”

Secara matematis teorema ini dirumuskan

k E W total (1)

Usaha total pada ruas kiri persamaan (1) merupakan total usaha yang dilakukan baik oleh

gaya konservatif maupun non konservatif.



57

Di satu sisi, keberadaan usaha oleh gaya konservatif menghadirkan keberadaan energi

potensial yang didefinisikan sebagai usaha untuk melawan gaya konservatif, atau secara

matematis dapat dituliskan

p E W f konservati (2)

Dengan demikian, usaha yang dilakukan oleh gaya non konservatif sulit untuk

dirumuskan energi potensialnya. Suatu hal yang menarik, apabila tidak terdapat gaya

non koneservatif maka persamaan (1) akan tereduksi menjadi hukum kekekalan energi

mekanik

2211 pk pk E E E E (3)

Pada praktikum kali ini kita akan melihat pola-pola grafik antara posisi dan kecepatan

terhadap waktu dengan melakukan dua eksperimen, yaitu gerak jatuh bebas dan gerak

pada bidang miring


1.

Carilah contoh gaya konservatif dan gaya non konservatif yang lain2. Turunkan energi potensial untuk gaya berat benda bermassa m yang dijatuhkan pada

ketinggian h melalu persamaan (2)

3. Buktikan persamaan (3)

IV. Alat dan Bahan

1. VTT console

2. chrono sensor

3. seperangkat alat gerak jatuh bebas

4. bidang miring

5. penggaris



58



Gambar 1. Rangkaian alat gerak jatuh bebas

Gambar 2. Rangkaian alat gerak bidang miring



59

2. Atur letak sensor sedemikian rupa (akan dijelaskan saat praktikum)

3. Buatlah grafik melalui software (akan dijelaskan saat praktikum)

4.

Bandingkan perhitungan secara teori dengan menggunakan konsep hukum II Newton

dengan konsep teorema usaha dan energi

Gambar 3. Ilustrasi hasil grafik gerak jatuh bebas yang diperoleh

Gambar 4. Ilustrasi hasil grafik gerak benda pada bidang miring yang diperoleh



60

5. Ulangi eksperimen di atas dengan mengubah posisi sensor, lalu bandingkan hasil yang

didapat dengan hasil sebelumnya

VI. Tugas Akhir


2.

Buat model matematis untuk posisi dan kecepatan


Referensi

1. Abdullah, M. (2007). Diktat Kuliah Fisika Dasar I, Bandung: Institut Teknologi

Bandung.






DAFTAR PUSTAKA

Tim Dosen Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA UNJ, “Panduan Praktikum Fisika Dasar II”,

Laboratorium Fisika Dasar, Jurusan Fisika FMIPA, UNJ, 2006

Djoko Triyono, Lingga Hermanto, Dede Djuhana, Iwan Sugihartono, “Panduan Praktikum

Fisika Lanjutan”, Laboratorium Fisika Lanjutan Departemen Fisika, FMIPA, Universitas

Indonesia, 2007

Halliday, Resnick, Jearl Walker, “Principles of Physics 9th”, John Wiley, 2011

Kehmayanto Exaudi, “Modul praktikum rangkaian listrik”, Laboratorium elektronika dan

teknik digital, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Sriwijaya, 2012

Rev Panduan Prakt FD1 NEW

Documents

Transcript of Rev Panduan Prakt FD1 NEW