PERCOBAAN I Tetapan Pegas

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahi rabbil’alamin, dengan segala kerendahan hati, terucap syukur pada Allah SWT. atas izin dan rahmat-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan tugas laporan eksperimen gelombang ini. Tugas ini merupakan tugas laporan yang dalam pembuatannya penulis banyak memperoleh saran, kritik maupun sumbangsih moril hingga materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada halaman ini penulis ingin memberikan ucapan terima kasih kepada : 1. Para Asisten yang bersangkutan. 2. Laboran. 3. Teman-teman Angkatan 2009 Fisika FMIPA. Tidak ada sesuatu pun di dunia ini yang sempurna, begitu pula dengan laporan ini. Segala saran dan kritik dari pembaca sangat penyusun harapkan untuk kebaikan laporan-laoran lainnya, khususnya di lingkungan Universitas Tadulako.

Palu, Juni 2010

Penyusun

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Gerakan yang terjadi apabila sebuah pegas diberi beban dan diberi simpangan disebut gerak harmonis. Gerakan harmonis itu terjadi karena dipengaruhi oleh gaya yang berasal dari pegas. Gaya tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu faktor dari besarnya jarak simpangan yang diberikan pada pegas dan oleh faktor nilai tetapan pegas itu sendiri. Faktor nilai tetapan pegas ini juga dapat mempengaruhi periode yang dialami oleh pegas tersebut sehingga juga dapat mempengaruhi frekuensi dari pegas tersebut. Untuk menentukan nilai dari tetapan pegas tersebut dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu cara statis dan cara dinamis. Dalam praktikum ini cara yang dipakai untuk mencari harga tetapan pegas itu adalah cara statis dan cara dinamis.

1.2 Tujuan Percobaan 1. Menentukan besar tetapan pegas. 2. Menyelidiki pengaruh massa terhadap frekuensi.

BAB II DASAR TEORI Pada dasarnya benda kerja pegas memiliki bahan dan berat yang berbeda beda kemudian pegas itu sendiri memiliki batas kekuatan maximum sendiri tergantung pegas itu terbuat dari apa bahannya. Sebagai contoh : pertama kita letakan pegas secara vertikal dengan cara menggantungkannya pada dinding kemudian benda kerja tersebut diberikan beban pada ujung bagian bawahnya dengan syarat beban yang diberikan harus lebih berat dan melebihi kekuatan pegas itu sendiri sehingga pada saat diberikan gaya pada pegas, pegas dapat bergerak naik turun apabila diberikan gaya pada beban itu dan proses naik turunnya benda disebut gerak osilasi. Pegas memiliki sistem gerak satu derajat kebebasan karena gerakannya hannya satu sumbu bebas yaitu 90 derajat dan gerakan itu diasumsikan tidak bergerak ke kanan dan ke kiri pada saat menerima beban sedangkan gerakan pegas sangat dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan gaya berat benda itu sendiri karena tanpa adanya gaya itu benda kerja tidak akan jatuh kebawah. Untuk gaya gravitasi sangat dipengaruhi oleh massa benda dan percepatan grafitasi dari suatu benda : F=mg Dengan F = gaya gravitasi m = massa g = percepatan gravitasi Sedangkan untuk gaya simpangan dipengaruhi oleh konstanta pegas dan panjang simpangan. pada keadaan setimbang, pegas tidak mengerjakan gaya pada

benda, dan benda berada di titik x = 0. Jika benda disimpangkan sejauh x dari titik setimbangnya, maka pegas mengerjakan gaya pada benda sebesar: F = kx Dengan F = gaya simpangan / angkat k = konstanta pegas x = jarak simpangan terjauh Apabila pegas yang telah diberi beban tadi dihilangkan bebannya maka pegas akan mengalami getaran selaras dengan periode : √

Dengan m = massa beban g = percepatan gravitasi T = Periode Waktu yang diperlukan benda (sistem) untuk melakukan satu osilasi penuh, jadi disini dimaksudkan apabila benda melakukan satu osilasi penuh akan dibagi dengan waktunya dan satuannya adalah detik

T=1/f

Untuk mencari nilai ketetapan pegas dapat dilakukan dengan 2 cara : 1. Cara Statis Apabila suatu pegas dengan tetapan pegas k diberi beban W, maka ujung pegas akan bergeser sepanjang x sesuai dengan persamaan : mg = kx Macam – macam gelombang mekanis yang berbeda dapat kita tinjau melalui gerak materi partikel dihubungkan kepada arah penjalaran gelombang itu sendiri. Jika gerak partikel materi yang mengangkut gelombang tersebut adalah tegak lurus kepada arah penjalaran gelombang itu sendiri, maka kita mempunyai sebuah gelombang transversal. Misalnya, bila sebuah tali vertikal di bawah tegangan dibuat berosilasi bolak – balik di sebuah ujung, maka sebuah gelombang transversal akan berjalan sepanjang tali tersebut; gangguan bergerak sepanjang tali tetapi partikel – partikel tali bergetar di dalam arah yang tegak lurus kepada arah penjalaran gangguan. Di dalam sebuah gelombang transversal, partikel medium (tali yang direngangkan) bergetar di dalam arah tegak lurus kepada arah di dalam mana gelombang itu sendiri dijalarkan. Sedangkan Di dalam sebuah gelombang longitudinal, partikel medium (pegas yang direngangkan) bergetar di dalam arah yang sama seperti arah di dalam mana gelombang itu sendiri dijalarkan. Untuk menentukan tetapan pegas (k) dengan cara statis maka kita gunakan rumus gabungan antara Hukum Hooke dan Hukum II Newton yaitu : Hukum Hooke, F = - k x .................1 Hukum II Newton, F = m a = m g..............2

Jika persamaan 1 dan persaman 2 disubtitusikan maka : F=kx m g=kx

Keterangan : k = tetapan pegas m = massa x = jarak simpangan g = konstanta gravitasi bumi

2. Cara Dinamis Apabila pegas yang telah diberi beban tadi dihilangkan bebannya maka pegas akan mengalami getaran selaras dengan periode :

T = 2p Untuk cara dinamis, nilai tetapan pegas (k) dapat dihitung dengan menggunakan rumus : T  2 m

k

k = (2π m / T)² Keterangan : T = periode pembebanan

k = tetapan pegas m = massa beban Teknik untuk menurunkan rumus periode pegas adalah sederhana, yaitu hanya dengan menyamakan gaya pemulih dan gaya dari hukum II Newton F = m.ay dengan ay = -w2y adalah percepatan gerak harmonik. Gaya pemulih pada pegas adalah F = -ky sehingga kita peroleh : -ky = m.ay -ky = m(2

= atau

y) = Kecepatan sudut

sehingga kita peroleh : T = 2p dengan : m = massa beban (kg), k = tetapan pegas ( N/m) T = Periode pegas (s) Definisi untuk periode adalah waktu yang diperlukan beban untuk menempuh satu getaran, sedangkan frekuensi adalah banyaknya getaran yang dilakukan beban dalam satu sekon.

BAB III METODOLOGI 3.1 Waktu Dan Tempat Praktikum Percobaan “Tetapan Pegas” ini dilaksanakan pada: Hari/Tanggal

: Selasa, 3 Mei 2011

Waktu

: 13:30 WITA – selesai

Tempat

: Laboratorium Fisika Eksperimen. FMIPA. UNTAD.

3.2 Alat dan Bahan 1. Ember kecil 2. Pegas 3. Stopwatch 4. Statif 5. Mistar 3.3 Prosedur Kerja  Cara statis 1. Merangkai alat seperti gambar dibawah ini: (1) statif (2) pegas (3) beban bermassa m (1)

(2) (3)

2. Menggantungkan ember pada pegas (menggunakan statif) sehingga menunjukkan skala nol. 3. Menambahkan satu persatu beban. Mencatat massa beban dan kedudukan ember setiap penambahan beban. Mengulangi perlakuan ini sebanyak 5 kali. 4. Mengeluarkan beban satu-persatu.

Mencatat

massa beban dan

kedudukan ember setiap perlakuan. 5. Mengulangi langkah 1-3 untuk pegas parallel seperti gambar di bawah:

6. Mengulangi langkah 1-3 untuk pegas yang lain.

 Cara dinamis 1. Merangkai alat seperti gambar: (1) statif (2) pegas (3) beban bermassa m (1)

(2) (3)

2. Menggatungkan ember pada pegas. Member simpangan kemudian melepaskan pegas tersebut. Mencatat waktu untuk 15 getaran. 3. Menambahkan sebuah beban pada ember. Mencatat waktu untuk 15 getaran. 4. Melakukan langkah 1-3 untuk pegas parallel seperti gambar dibawah:

5. Melakukan langkah 1-4 untuk pegas yang lain.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 HASIL PENGAMATAN A. Cara Statis  Penambahan untuk pegas 1 L0 = 13 x 10-2 m No

Massa Beban(Kg)

Panjang Pegas (m)

1

50 x 10-3

16 x 10-2

2

70 x 10-3

18 x 10-2

3

90 x 10-3

20,2 x 10-2

4

100 x 10-3

21,2 x 10-2

5

120 x 10-3

23,2 x 10-2

 Pengurangan untuk pegas 2 No

Massa Beban(Kg)

Panjang Pegas (m)

1

120 x 10-3

23,2 x 10-2

2

100 x 10-3

21,2 x 10-2

3

90 x 10-3

20,2 x 10-2

4

70 x 10-3

18,1 x 10-2

5

50 x 10-3

16,1 x 10-2

 Penambahan untuk rangkaian secara paralel L0 = 10,1 x 10-2 m No

Massa Beban(Kg)

Panjang Pegas (m)

1

50 x 10-3

10,4 x 10-2

2

70 x 10-3

11,4 x 10-2

3

90 x 10-3

13 x 10-2

4

105 x 10-3

14,3 x 10-2

5

125 x 10-3

16,3 x 10-2

 Pengurangan untuk rangkaian secara paralel (Pegas II) No

Massa Beban(Kg)

Panjang Pegas (m)

1

125 x 10-3

16,3 x 10-2

2

105 x 10-3

14,2 x 10-2

3

90 x 10-3

13 x 10-2

4

70 x 10-3

11,4 x 10-2

5

50 x 10-3

10,4 x 10-2

 Penambahan untuk pegas III L0 = 9 x 10-2 m No

Massa Beban(Kg)

Panjang Pegas (m)

1

50 x 10-3

18,5 x 10-2

2

80 x 10-3

25 x 10-2

3

100 x 10-3

29,4 x 10-2

4

110 x 10-3

31,4 x 10-2

5

135 x 10-3

37,5 x 10-2

 Pengurangan untuk pegas III No

Massa Beban(Kg)

Panjang Pegas (m)

1

135 x 10-3

37,5 x 10-2

2

110 x 10-3

31,2 x 10-2

3

100 x 10-3

29,3 x 10-2

4

80 x 10-3

24,8 x 10-2

5

50 x 10-3

18,5 x 10-2

B. Cara Dinamis  Untuk Pegas 1 Lo = 11,3 x 10-2 m No

Massa Beban (Kg)

Simpangan (m)

Waktu (s)

Jumlah getaran

1

50 x 10-3

5 x 10-2

9,74

15

2

70 x 10-3

5 x 10-2

8,42

15

3

100 x 10-3

5 x 10-2

9,74

15

 Untuk Rangkaian secara paralel Lo = 9,7 x 10-2 m No

Massa Beban (Kg)

Simpangan (m)

Waktu (s)

Jumlah getaran

1

50 x 10-3

5 x 10-2

10,78

15

2

70 x 10-3

5 x 10-2

6,82

15

3

100 x 10-3

5 x 10-2

14,87

15

 Untuk Pegas Pembanding Lo = 10,7 x 10-2 m No

Massa Beban (Kg)

Simpangan (m)

Waktu (s)

Jumlah getaran

1

50 x 10-3

5 x 10-2

1,89

5

2

70 x 10-3

5 x 10-2

2,29

5

3

100 x 10-3

5 x 10-2

3,10

5

4.2 ANALISA DATA a. Cara Statis

Sehingga :

1. Pegas 1 Untuk Penambahan Beban 

⁄



⁄



⁄



⁄



⁄

2. Pegas 1 Untuk Pengurangan Beban 

⁄



⁄



⁄

 

⁄ ⁄

3. Pertambahan Untuk Rangkaian Secara Paralel   

⁄ ⁄ ⁄

⁄

  4.

⁄

Pengurangan Beban Untuk Rangkaian Secara Paralel 

⁄



⁄



⁄



⁄



⁄

5. Penambahan Untuk Pegas III 

⁄



⁄



⁄

 

⁄ ⁄

Pengurangan Untuk Pegas III 

⁄



⁄



⁄



⁄



⁄

b. Cara Dinamis √

1. Untuk Pegas 1 ⁄

 dengan

⁄

 dengan ⁄

 Dengan

2. Untuk Pegas Secara Paralel ⁄

 dengan

⁄

 dengan

⁄

 dengan

3. Untuk Pegas Pembanding ⁄

 dengan

⁄

 dengan

⁄

 dengan

5.3

PEMBAHASAN Eksperimen pengukuran pada praktikum percobaan tetapan pegas bertujuan untuk menentukan besar tetapan pada pegas dan penyelidikan terhadap nilai frekuensi yang dipengaruhi oleh

besar harga dari massa.

Senada dengan tujuan tersebut maka pengukuran dilakukan dengan cara statis dan dinamis. 7.2 Cara Statis Untuk menentukan nilai tetapan pegas terlebih dahulu ditentukan nilai L0, yaitu panjang mula-mula pegas sebelum digantungkan beban. Menggunakan nilai beban antara 50 x 10-3 Kg – 135 x 10-3 Kg pada lima kali proses pengambilan data, diperoleh ungkapan bahwa semakin besarnya nilai massa beban yang diberikan, maka semakin besar pula nilai panjang pada pegas. Hasil Pengamatan ini telah sesuai dengan teori karakteristik yang dimiliki oleh pegas.

Prosedur menentukan nilai tetapan pegas dengan menggunakan satu pegas, dua pegas, dan dengan diparalelkan

dilakukan dengan cara

penambahan beban serta pengurangan berat beban. Nilai-nilai yang diperoleh pada percobaan ini adalah sekitar 2,04 N/m – 7,06 N/m untuk setiap prosedur baik penambahan maupun pengurangan beban. Berdasarkan teori, jika suatu pegas diberi beban dengan nilai yang bisa mendeformasikan bentuk pegas atau melebihi batas kualitas pertahanan elastisitasnya, maka ujung pegas akan bergeser. Hal ini juga dipengaruhi oleh percepatan gaya tarik bumi karena pegas dan beban digantung secara parallel menuju pusat bumi. Berdasarkan hasil percobaan yang diperoleh, nilai-nilai dari hasil pengamatan telah sama dengan teori yaitu pada saat ditambahkan beban,

maka pegas akan memanjang, dan pada saat pengurangan beban maka pegas akan mengalami pengurangan panjang. 7.2 Cara Dinamis Pada semua perlakuan untuk pegas satu, pegas yang dirangkai secara parallel, serta untuk pegas dua bertujuan untuk menentukan secara spesifik nilai periode atau waktu keseluruhan yang dibutuhkan selama pegas berosilasi. Tinjaun pada pegas satu dan rangkaian secara parallel, mula-mula ditentukan nilai panjang awal pegas l, tanpa menggantungkan beban. Dari hasil pengamatan, kedua perlakuan tersebut menunjukkan bahwa semakin besar nilai beban yang diberikan, maka waktu (periode) yang dibutuhkan selama pegas berosilasi juga semakin besar. Teorema ini merupakan suatu jejak (petunjuk) yang menggambarkan tingkat sifat inersia pada sebuah pegas. Jadi pegas yang digantung dengan beban, ketika suatu waktu telah berjalan semakin lama pegas tersebut akan berada dalam posisi diam. Hal ini disebabkan karena semakin besar dorongan gaya pegas dari atas ke bawah, sehingga gaya berat yang bekerja pada pegas tersebut juga akan semakin besar dan membuat pegas dalam keadaan statis (diam). Berdasarkan prosedur untuk perlakuan pegas 2, maupun pegas parallel nilai getaran yang diberikan sebanyak 15 getaran, dengan simpangan masing-masing perlakuan 5 cm. Sedangkan untuk pegas pembanding diberikan 5 getaran saja, karena pegas berjalan cepat sehingga bila dihitung dengan 15 getaran, tidak sebanding dengan berat beban yang diberikan dan kesimpulan yang diterima dari hasil pengamatan sama untuk pembahasan kedua perlakuan sebelumnya

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Berdasarkan tujuan dan semua material percobaan yang terkait dapat ditarik suatu kesimpulan yaitu :: 5.1.1

Tetapan

pegas

dapat

ditentukan

dengan

menggunakan

persamaaan :  Untuk cara statis :

 Untuk cara dinamis : ( 5.1.2

√

)

Pengaruh massa terhadap frekuensi yaitu semakin besar massa yang digantungkan atau digunakan pada sebuah pegas, maka tetapan pegas (k) yang diperoleh juga akan semakin besar. Begitu pula sebaliknya, semakin kecil massa yang digantungkan pada sebuah beban, maka tetapan pegas yang diperoleh makin kecil.

5.2 Saran Sebaiknya pegas yang tidak layak pakai sebaiknya diganti agar hasil yang diperoleh bias lebih akurat dan sesuai dengan apa yang diharapkan.

DAFTAR PUSTAKA

Sutrisno. 1979. Seri Fisika Dasar Gelombang dan Optik. ITB. Bandung: Tim Penyusun. 2011. Penuntun Praktikum Eksperimen Gelombang. Universitas Tadulako. Palu:

www.unsoed//praktikum.edu