GJB

Modul Praktikum Fisika GERAK OSILASI DAN JATUH BEBAS I.

TUJUAN PERCOBAAN 1. Memahami konsep gerak osilasi harmonis sederhana 2. Memahami konsep gerak jatuh bebas dan percepatan gravitasi 3. Menentukan percepatan gravitasi setempat menggunakan gerak osilasi 4. Menentukan percepatan gravitasi setempat menggunakan gerak jatuh bebas

II. PERALATAN PERCOBAAN A. PERCOBAAN GERAK OSILASI 1. Batang homogen berlubang 2. Beban pemberat 3. Tiang penyangga batang 4. Stopwatch B. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

PERCOBAAN GERAK JATUH BEBAS Tiang berskala Tiang dan dasar penyangga Magnet penempel dan bola logam Morse Key dan kabel penghubung Pelat kontak Stopwatch

III. DASAR TEORI A. PERCOBAAN GERAK OSILASI Gerak Osilasi adalah gerak berulang-ulang, seperti maju-mundur, atas-bawah, kanan-kiri yang berulang, dan lain-lain. Gerak osilasi dapat dijumpai pada banyak sistem fisika, antara lain sistem pegas, bandul fisis, bandul matematis. Secara umum benda yang berosilasi dapat dinyatakan dengan persamaan  (t )  A cos t    (1) dengan (t) adalah simpangan setiap saat, A adalah amplitudo,  frekuensi sudut, dan  adalah tetapan fasa.

1

Fakultas Sains IT Telkom

Modul Praktikum Fisika Percobaan gerak osilasi dalam praktikum ini menggunakan bandul fisis, yaitu benda pejal (bermassa M) yang diayunkan atau diputar terhadap sumbu putarnya (O) dengan sudut yang sangat kecil. Jika bandul fisis tersebut disimpangkan sebesar  maka bandul fisis akan berosilasi terhadap porosnya. Penyebab utama gerak osilasi bandul karena adanya momen gaya terhadap poros putar sebesar

O r  M

PM mv vM M Mg M

 0  Mgr sin 

(2)

dengan g adalah percepatan gravitasi, dan r adalah jarak titik pusat massa bandul (PM) terhadap titik putar bandul (O). Di sisi lain, bandul sebagai benda pejal juga akan berlaku persamaan dinamika gerak rotasi yang berbentuk

 O  I 0  I 0

d 2 , dt 2

(3)

dengan  adalah percepatan sudut bandul, dan IO adalah momen inersia bandul terhadap O. Dari persamaan (2) dan (3) diperoleh persamaan gerak osilasi bandul fisis, yaitu

d 2 Mgr   0. dt 2 IO

(4)

Solusi persamaan (4) adalah pers (1) yang menggambarkan gerak osilasi bandul fisis dengan frekuensi sudut dan perioda sebesar



Mgr IO , T  2 . I0 Mgr

(5)

Momen inersia bandul fisis terhadap pusat putaran (IO) dapat dihubungkan dengan momen inersia bandul terhadap pusat massa (IPM) 2 dengan menggunakan dalil sumbu sejajar, yaitu I O  I PM  Mr , sehingga perioda osilasi bandul sebesar

T  2

2

I PM  Mr 2 Mgr

(6)

Fakultas Sains IT Telkom

Modul Praktikum Fisika

Dalam percobaan ini ingin dicari nilai percepatan gravitasi (g) setempat. Untuk itu diperlukan dua pasang data perioda T1 untuk jarak r1 dan perioda T2 untuk jarak r2. Nilai g dapat dicari dengan memasukkan dua pasang data ini dalam persamaan (6), yaitu

 r22  r12  g  4  2 . 2  T2 r2  T1 r1  2

(7)

B. GERAK JATUH BEBAS Gerak jatuh bebas merupakan gerak lurus berubah beraturan (GLBB), yaitu gerak dengan percepatan konstan. Persamaan posisi gerak lurus berubah beraturan adalah

x(t )  x0  v0 t  12 at 2 , dengan x0 adalah posisi awal, v0 kecepatan awal, dan a percepatan. Gerak jatuh bebas termasuk GLBB dengan percepatan sama dengan percepatan gravitasi (g). Setiap benda yang dijatuhkan bebas dari ketinggian tertentu akan memiliki kecepatan awal nol sehingga jarak tempuh benda yang dijatuhkan bebas berbentuk

y  12 gt 2 . Dalam percobaan ini akan dicari nilai percepatan gravitasi (g) setempat dengan menggunakan bola logam yang dijatuhkan bebas. Percobaan ini menggunakan seperangkat alat gerak jatuh bebas, seperti gambar berikut.

3

Fakultas Sains IT Telkom

Modul Praktikum Fisika

Penempel magnet

Multiclamp

+ -

Relay STOP POWER

-+

-

+

Dasar Penyangga

Tiang Berskala

y SCALER COUNTER

Morse Key

Batang penyangga

Bola logam

Dasar penyangga

Tiang dasar penyangga dipasang tegak. Magnet penempel diletakkan di bagian atas tiang penyangga menggunakan penjepit multiclamp. Pelat kontak diletakkan di bagian bawah tiang penyangga menggunakan penjepit multiclamp juga. Magnet penempel dan pelat kontak harus memiliki jarak cukup yang diukur dengan menggunakan skala vertikal. Terminal merah Start pada Scaler counter dihubungkan ke terminal merah relay, dan terminal hitam ke hitam lagi. Sedangkan terminal Stop dihubungkan dengan terminal pelat kontak (merah dengan merah dan hitam dengan hitam). Terminal catu daya dihubungkan dengan terminal magnet penempel dan juga dihubungkan paralel dengan terminal relay Scaler counter. IV. PROSEDUR PERCOBAAN A. PERCOBAAN GERAK OSILASI 1. Susunlah tiang penyangga batang dalam keadaan tegak/stabil dan pasang batang homogen berlubang pada tiang penyangga melalui titik poros putaran batang. 2. Pasang 2 beban pemberat masing-masing pada kedua ujung batang. Catat jarak titik pusat massa batang terhadap titik poros putaran (ambil data ini sebagai r1) 3. Simpangkan batang beserta pemberatnya dari tiang penyangga dengan sudut yang kecil, kemudian lepaskan batang, biarkan batang berosilasi sampai gerak osilasinya mulai teratur. Setelah gerak batang teratur, catat waktu yang diperlukan untuk 10 kali ayunan (ambil data ini sebagai 10T1). Ulangi lagi sampai 3 kali dengan r1 yang tetap. 4. Pindahkan beban pemberat ke posisi yang berbeda dengan langkah 2, catat jarak titik pusat massa batang terhadap titik poros putaran (ambil data ini sebagai r2). Ayunkan batang dengan sudut kecil lalu catat waktu untuk10 kali ayunan setelah

4

Fakultas Sains IT Telkom

Modul Praktikum Fisika ayunan mulai teratur (ambil data ini sebagai 10 T2). Lakukan 3 kali. 5. Ulangi langkah 2 – 4, sampai diperoleh 5 pasangan data T dan r. B. GERAK JATUH BEBAS 1. Periksa perangkat percobaan gerak jatuh bebas yang ada. Jika sudah lengkap susunlah perangkat tersebut hingga siap untuk dipakai. 2. Pasang/tempelkan bola logam pada magnet penempel dengan menekan morse key. Catat kedudukan bola logam terhadap dasar/pelat kontak, ambil data kedudukan ini sebagai jarak y1. 3. Jatuhkan bebas bola logam dari magnet penempel dengan melepas tekanan pada morse key. Catat waktu yang diperlukan bola logam untuk mencapai dasar (ambil data ini sebagai t1). Lakukan pencatan waktu t1 untuk 5 kali percobaan. 4. Ubah kedudukan penempel magnet, lalu pasang bola logam. Catat kedudukan bola logam terhadap pelat kontak, ambil data ini sebagai y2. Catat waktu tempuh bola logam mencapai dasar, ambil data ini sebagai t2. Lakukan pencatatan waktu untuk 5 kali percobaan. 5. Ulangi langkah 2 sampai 4 hingga diperoleh data yang cukup untuk pengolahan data (minimal 5 kali). V. PENGOLAHAN DATA A. Menentukan g dengan Gerak Osilasi 1. Tulis hasil pengamatan dalam bentuk tabel 2. Tentukan nilai g untuk setiap pasangan data dengan menggunakan pers (6) 3. Tentukan nilai rata-rata g dari hasil perhitungan di atas beserta ketidakpastiannya B. Menentukan g dengan Gerak Jatuh Bebas 1. Tulis hasil pengamatan dalam bentuk tabel 2. Buat grafik antara jarak (y) terhadap waktu kuadrat (t2) dari data pengamatan Anda 3. Gunakan cara regresi linier dari grafik yang Anda buat untuk menentukan nilai percepatan gravitasi (g)

5

Fakultas Sains IT Telkom

Modul Praktikum Fisika VI. ANALISIS HASIL PERCOBAN A. GERAK OSILASI 1. Bandingkan nilai percepatan gravitasi yang diperoleh melalui percobaan ini dengan nilai percepatan gravitasi setempat menurut referensi. Apakah hasilnya berbeda? Coba analisis mengapa hal ini bisa terjadi. 2. Lakukan analisis terhadap hal-hal apa saja yang harus diperhatikan agar diperoleh hasil yang cukup akurat. 3. Mengapa pada percobaan gerak osilasi di atas, batang disimpangkan dengan sudut yang kecil? Apa yang terjadi jika simpangannya dengan sudut yang cukup besar? 4. Mengapa perhitungan waktu dimulai setelah ayunan sudah mulai teratur? 5. Apakah gerak osilasi bandul fisis termasuk gerak osilasi harmonis sederhana? Jelaskan ! (dimulai dari konsep gerak osilasi harmonis sederhana). Berikan penjelasan tentang macammacam gerak osilasi disertai dengan contoh-contohnya. B. GERAK OSILASI 1. Bandingkan nilai percepatan gravitasi yang diperoleh melalui percobaan gerak jatuh bebas dengan nilai percepatan gravitasi setempat menurut referensi atau menurut percobaan gerak osilasi. Apakah hasilnya berbeda? Coba analisis mengapa hal ini bisa terjadi. 2. Lakukan analisis terhadap hal-hal apa saja yang harus diperhatikan agar diperoleh hasil yang cukup akurat. 3. Apakah percobaan gerak jatuh bebas yang anda lakukan termasuk gerak lurus berubah beraturan yang ideal? Jelaskan ! 4. Apa yang terjadi jika dalam percobaan gerak jatuh bebas di atas digunakan bola-bola logam yang berbeda massanya? Apakah bola-bola logam tersebut jatuh dalam waktu bersamaan? Jelaskan! 5. Apa yang terjadi jika percobaan gerak jatuh bebas dilakukan menggunakan medium zat cair? Coba analisis hal ini.

6

Fakultas Sains IT Telkom