PEDOMAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 1 (GERAK OSILASI)

I.       Tujuan

Menentukan  periode bandul matematis dan tetapan percepatan gravitasi bumi melalui gerak osilasi.

II.    Landasan Teori

Prinsip ayunan pada hakekatnya jika suatu benda digantungkan pada seutas tali, diberikan simpangan, lalu dilepaskan maka benda tersebut akan berayun ke kiri dan ke kanan. Berarti ketika benda berada di kiri akan dipercepat ke kanan dan ketika benda sudah berada disebelah kanan akan diperlambat dan berhenti, lalu dipercepat ke kiri dan seterusnya. Dari gerakan ini dilihat bahwa benda mengalami percepatan selama gerakannya. Menurut hukum II Newton (F = ma) percepatan hanya timbul ketika ada gaya. Arah percepatan dan arah gaya selalu sama, berarti dalam eksperimen ini ternyata ada gaya ke arah gerakan benda, yaitu gerakan yang membentuk lingkaran. Gaya yang bekerja pada bandul ini seperti digambarkan dalam gambar 1 semua gaya ini berasal dari gravitasi bumi dan gaya pada tali. Arah gaya gravitasi F_grav tegak lurus ke bawah, arah gaya tali F_tali kearah tali. Sedangkan gaya Ft yang mempercepat benda, bekerja kearah gerakan berarti kearah lingkaran yang tegak lurus dengan arah tali atau ke arah tangen lingkaran. Sebab itu gaya ini juga disebut gaya tangensial Ft, besar Ft yang mempercepat benda terdapat dengan membagi gaya gravitasi Fgrav kedalam dua bagian yaitu Ft ke arah gerakan dan gaya normal Fn, gaya normal Fn berlawanan arah dengan gaya tali F_tali sehingga dua gaya ini saling meniadakan.

Gerakan osilasi (gerakan ayunan) dapat difahami dengan cara melihat gerakan pada bandul. Ketika bandul sedang diam disebelah kiri, maka gaya tangensial mempercepat bandul kearah kanan sehingga kecepatan ke arah kanan bertambah, selama bandul bergerak ke arah kanan, sudut simpangan menjadi semakin kecil dan gaya tangensial ikut semakin kecil, maka percepatan akan semakin kecil. Tetapi perhatikanlah bahwa percepatan semakin kecil (tetapi belum nol) berarti kecepatan masih bertambah terus, ketika simpangan bandul nol, berarti posisi bandul ditengah, gaya tangensial nol, maka percepatan nol dan bandul bergerak terus dengan kecepatan konstan ke kanan. Ketika simpangan bandul ke arah kanan bertambah besar, maka gaya tangensial juga juga bertambah, tetapi kearah kiri. Gaya tangensial kearah kiri ini melawan arah gerakan bandul yang masih ke kanan, maka terdapat percepatan kekiri sehingga kecepatan bandul masih ke arah kanan akan berkurang terus sampai bandul berhenti

Gambar 1.f  Skematik sistem bandul matematis

(kecepatan menjadi nol). Ketika bandul berhenti posisinya sudah memiliki sudut

simpangan ke sebelah kanan. Dalam posisi ini terdapat gaya tangensial ke arah kiri yang akan mempercepat bandul ke kiri, proses dalam gerakan kekiri berjalan dengan cara yang sama persis dengan proses bergerak kekanan, maka bandul akan terus berayun ke kiri dan ke kanan.

Dari penjelasan di atas dilihat dua hal yang menjadi syarat untuk mendapatkan osilasi atau ayunan:

a.         Gaya yang selalu melawan arah simpangan dari suatu posisi seimbang, dalam hal ini gaya yang melawan simpangan adalah gaya tangensial

b.         Kelembaman yang membuat benda tidak berhenti ketika berada dalam situasi seimbang (tanpa gaya), dalam contoh ini massa yang berayun tidak berhenti pada posisi bawah (posisi tengah, gaya nol) tetapi bergerak terus karena kelembaman massanya.

Jika suatu massa secara vertikal dengan seutas tali sepanjang l, lalu bandul disimpangkan kurang dari 15⁰, maka bandul akan berosilasi dengan frekuensi:

                                     = T = 2π

Keterangan:

ω adalah frekuensi bandul matematis, T adalah periode bandul matematis, g adalah tetapan percepatan gravitasi bumi, l adalah panjang tali

III. Pengambilan Data

3.1 Alat dan Bahan

·        1 paket bandul matematis

·        1 buah stop watch,

·        1 buah mistar,

·        1 buah neraca.

·        Penggaris Busur

 3.2 Prosedur Percobaan

1.    Timbang salah satu massa beban.

2.    Aturlah panjang tali untuk 5 panjang tali berbeda mulai dari panjang tali yang terbesar yang bisa diukur sampai panjang tali sebesar l = 15 cm, pada setiap panjang tali waktu ayunan diukur 20 kali osilasi. Simpangan bandul kurang dari 15 ° lalu lepaskan sehingga bandul berosilasi. Masukkanlah hasil pengamatan ke tabel 1.g

Tabel 1.g Hubungan antara T dan l, m dibuat tetap

Massa bola bandul	Panjang tali bandul (l)	Waktu untuk 20 ayunan (t)	Periode (T)	T2

3.    Lakukan percobaan untuk 20 ayunan dengan massa bandul yang berbeda, tetapi panjang tali bandul sama, masukkan hasil pengamatan seperti pada tabel 1.h

Tabel 1.h Hubungan antara T dan m, l dibuat tetap

Panjang tali bandul (l)	Massa bola bandul	Waktu untuk 20 ayunan (t)	Periode (T)	T2

4.    Buatlah kurva yang menunjukkan hubungan antara T² dan l, kemudian tariklah garis lurus yang berhimpitan dengan titik-titik hasil ukur.

5.    Tentukanlah kemiringan a dari garis tersebut. Dari kurva tersebut tentukan nilai tetapan percepatan gravitasi bumi.