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.

PEDOMAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 1 (HUKUM NEWTON)

I.       Tujuan

Menentukan hubungan antara percepatan (a), massa (m) dan gaya (F)

II.    Teori Singkat

Percepatan a gerak sebuah benda atau sistem berbanding lurus dengan gaya F yang bekerja pada benda atau sistem itu dan berbanding terbalik dengan massa total m benda atau sistem. Permyataan ini sering kita dengar sebagai hukum kedua Newton. Hukum kedua Newton dapat ditulis dalam bentuk persamaan matematika sepert di bawah ini:

Persamaan di atas akan diuji menggunakan sistem benda seperti pada gambar 1.d yang terdiri dari kereta dinamika dengan massa di atasnya, dan satu atau lebih beban m, yang digantung pada salah satu ujung tali. Massa total sistem m adalah massa kereta dinamika ditambah massa beban pada kereta, ditambah massa yang digantungkan pada ujung tali. Gaya F dihasilkan oleh beban yang digantung m₁, satu massa m₁ mewakili (menyatakan) satu satuan gaya (1p), dua massa (2m₁) mewakili dua satuan gaya (2p), tiga massa (3m₁) mewakili tiga satuan gaya (3p) dan seterusnya. Jika dikehendaki agar gaya dinyatakan dalam satuan baku misalnya Newton gaya tiap beban dapat diukur dengan menggunakan dinamometer, akan tetapi untuk keperluan verifikasi ini gaya tidak perlu dinyatakan dalam satuan baku. Dalam percobaan ini akan diperiksa hubungan antara percepatan a dan gaya F pada keadaan massa total sistem tetap dan memeriksa hubungan antara percepatan a dan massa sistem m pada keadaan gaya F yang bekerja dibuat tetap.

III. Pengambilan Data

3.1 Alat dan Bahan

·        Ticker timer ·        Catu daya ·        2 buah kabel penghubung ·        2 buah rel presisi ·        Penyambung rel ·        Tiga buah beban bercelah 50 gram ·        1 set penggantung beban ·        1 buah pasak penumpu

·        Tumpakan berpenjepit ·        2 buah kaki rel ·        Balok bertingkat ·        Kereta dinamika ·        5 meter pita ketik ·        2 buah beban bercelah 20 gram, ·        1 buah beban bercelah 10 gram ·        1 lembar kertas millimeter blok

.   3.2 Prosedur Percobaan

Massa sistem tetap.

1.    Rangkai alat percobaan seperti gambar 1.d

1.    Pasanglah  tiga buah beban bercelah 50 gram, satu buah beban bercelah 20 gram pada kereta dinamika

2.    Doronglah kreta (beri sedikit gaya) hingga kereta bergerak dengan kecepatan konstan.

3.    Gantungkan beban 10 gram pada ujung tali nilon. Potong tali secukupnya sehingga cukup untuk memberi gantungan pada beban dengan kereta dinamika yang berada di dekat pewaktu ketik dan beban berada sedekat-dekatnya dengan katrol.

4.    Ambillah pita ketik dengan panjang beberapa cm lebih panjang dari tinggi meja. Pasang pita ketik pada pewaktu ketik dan jepit salah satu ujungnya pada kereta dinamika.

5.    Hubungkan  pewaktu ketik ke catu daya, pastikan catu daya dalam keadaan OFF.

6.    Tahan kereta dinamika pada ujung rel yang lebih tinggi, hidupkan catu daya dan lepaskan kereta dinamika. Kereta  dinamika akan bergerak turun karena adanya tarikan beban.

7.    Hentikan kereta dinamika tepat sebelum mencapai ujung rel dengan tangan atau tumpakan berpenjepit.

8.    Lepaskan pita ketik dari kereta dinamika, periksa hasil ketikan pada pita ketik. Pastikan bahwa titik-titik di atas pita tercetak cukup jelas. Ulangi percobaan jika hasil ketikan tidak tercetak dengan jelas

9.    Dengan menggunakan 5 ketik sebagai satuan waktu, buat kurva yang menunjukkan hubungan antara  laju dan waktu pada kertas millimeter blok.

10.     Buat kurva laju-waktu dengan menghubungkan masing-masing titik tengah ujung atas pita dengan garis lurus.

11.     Dari grafik laju-waktu, hitung percepatan a sistem berkaitan dengan gaya F yang bekerja pada sistem, satuan percepatan (cm/(5 ketik)²)

12.     Catat hasil perhitungan percepatan yang diperoleh pada tabel 1.

13.     Perbesar gaya yang bekerja pada sistem dengan menggantung beban 20 gram pada ujung tali. Untuk mempertahankan agar massa total sistem tetap, tukarkanlah posisi beban 10 gram yang digantung dengan beban 20 gram yang ada pada kereta dinamika.

14.     Ulangi langkah percobaan 1 sampai 12 dan catat hasil percobaan pada tabel 1.e

Tabel 1.e Hubungan antara percepatan a gaya F, massa total m tetap

Gaya F	Sistem 1 (beban 10 gr)	Sistem 2 (beban 20 gr)
Percepatan a (cm/(5 ketik)2)

Gaya F dipertahankan tetap.

1.      Lepaskan semua beban yang ada pada kereta dinamika dan gantung beban 10 gram pada ujung tali, massa total sistem adalah 90 gram (massa kereta dinamika 80 gram dan beban 10 gram yang digantung)

2.      Ulangi langkah percobaan 1 sampai  12 dan catat hasil perhitungan pada tabel 2.

3.      Tambahkan satu beban 50 gram dan dua beban 20 gram pada kereta dinamika  sehingga massa total menjadi 180 gram (massa sistem menjadi dua kali massa sistem awal), ulangi langkah percobaan di atas dan catat hasil perhitungan pada tabel 2.a

Tabel 2.a Hubungan antara percepatan a, massa total m, gaya F tetap

Massa total sistem	90 gram	180 gram
Percepatan a (cm/(5 ketik)2)

PEDOMAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 1 (GLB)

I.       Tujuan

Menganalisis karakteristik Gerak Lurus Beraturan (GLB) melalui kecepatan kereta dinamik menggunakan ticker timer.

II.    Teori Singkat

“Sebuah benda yang diam akan tetap diam dan benda yang bergerak akan terus bergerak dengan laju dan arah tetap jika tidak ada gaya luar yang bekerja padanya”. Pernyataan tersebut merupakan hukum kelembaman massa atau dikenal sebagai hukum ke nol Newton. secara umum pengalaman kita menunjukkan bahwa benda yang digerakkan tidak terus bergerak, tetapi menjadi berhenti setelah beberapa saat hal ini disebabkan oleh adanya gaya gesekan. Gaya gesekan timbul dan bekerja pada bidang persentuhan dari dua benda yang geraknya berlawanan arah, agar benda dapat  bergerak, dibutuhkan gaya yang besarnya sama atau melebihi gaya gesekan.

GLB merupakan gerak suatu benda dengan kecepatan tetap kecepatan tetap. Defnisi ini menjelaskan bahwa konstannya kecepatan baik besar maupun arahnya, karena kecepatan benda tetap, maka kata kecepatan bisa digantin dengan kelajuan, dengan demikian dapat juga didefinisikan gerak lurus beraturan sebagai gerak suatu benda pada lintasan lurus dengan kelajuan tetap. Karena dalam GLB kecepatan adalah konstan, maka kecepatan rata-rata sama dengan kecepatan atau kelajuan sesaat v secara matematis:

v =

Gerak lurus beraturan dapat diperoleh dengan beberapa cara. Pertama dengan mengimbangi gaya gesekan yang ada diantara benda dan permukaan gerak, misalnya dengan cara memiringkan landasan tempat benda bergerak. Kedua adalah dengan menggunakan kereta dinamika bermotor. Metode lain lagi ialah dengan menggunakan alat air track. Pada percobaan ini akan analisis gerak kereta yang gesekannya diimbangi dengan memiringkan rel kereta

III.  Pengambilan Data

1.1  Alat dan Bahan

·        Ticker timer ·        Catu daya ·        2 buah kabel penghubung ·        2 buah rel presisi ·        Penyambung rel

·        Tumpakan berpenjepit ·        2 buah kaki rel ·        Balok bertingkat ·        Kereta dinamika ·        5 meter pita ketik

PEDOMAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 1 (ALAT UKUR MEKANIK)

I.         Tujuan

Mengetahui cara penggunaan alat-alat ukur : jangka sorong, mikrometer sekrup, penggaris, dan stopwatch.

II.      Teori Singkat

Pengukuran adalah kegiatan membandingkan sesuatu yang diukur menggunakan alat ukur dengan suatu satuan. Pengukuran besaran relatif terhadap suatu standar atau satuan tertentu.  Dikatakan relatif di sini, maksudnya adalah setiap alat ukur memiliki tingkat ketelitian yang berbeda-beda, sehingga hasil pengukuran yang diperoleh berbeda pula. Ketelitian dapat didefinisikan sebagai ukuran ketepatan yang dapat dihasilkan dalam suatu pengukuran, dan ini sangat berkaitan dengan skala terkecil dari alat ukur yang dipergunakan untuk melakukan pengukuran. Sebagai contoh, pengukuran besaran panjang dengan menggunakan penggaris (mistar), jangka sorong dan mikrometer sekrup. Ketiga alat ukur ini memiliki tingkat ketelitian yang berbeda-beda (Zemansky).

Menurut Resnic (2003), alat ukur adalah seperangkat alat yang dipergunakan untuk menentukan nilai atau besaran dari suatu kuantitas atau variabel fisis. Umumnya, alat ukur dasar terdiri dari dua jenis yaitu alat ukur analog dan alat ukur digital. Alat ukur yang sering kita jumpai dan digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah penggaris berskala milimeter (mm). Penggaris ini memiliki skala terkecil 1 mm, sehingga ketelitian yang didapatkan dari alat ukur ini adalah 1 mm.

Selain penggaris ada banyak sekali alat ukur ilmiah. Salah satunya adalah jangka sorong. Alat ukur ini  merupakan alat ukur panjang yang memiliki bagian utama yaitu rahang tetap dan rahang geser. Alat ukur ini memiliki tingkat ketelitian yang cukup tinggi, yaitu berkisar antara 0,01 mm sampai 0,05 mm. Skala panjang yang tertera pada rahang sorong disebut nonius atau vernier. Jangka sorong yang akan digunakan memiliki skala nonius yang panjangnya 10 cm dan terbagi atas 20 bagian, sehingga beda satu skala nonius dengan skala utama adalah 0,05 mm (Sutrisno, 2001).

1.      Mengukur diameter luar

Untuk mengukur diameter luar sebuah benda ( misalnya kelereng ) dapat dilakukan dengan langkah sebagai berikut :

·        Geserlah rahang geser jangka sorong kekanan sehingga benda yang diukur dapat masuk diantara kudua rahang ( antara rahang geser dan rahang rangka tetap )

·        Letakkan benda yang akan diukur diantara kedua rahang

·        Geserlah rahang kekiri sedemikian sehingga benda yang diukur terjepit oleh kedua rahang

·        Catatlah hasil pengukuran anda.

2.      Mengukur diameter dalam

 Untuk mengukur dalam sebua benda (misalnya diameter dalam sebuah cincin) dapat dilakukan dengan langkah sebagai berikut :

·        Geserlah rahang geser jangka sorong sedikit kekanan

·        Letakkan benda/cincin yang akan diukur sedemikian sehingga kedua rahang jangka sorong masuk ke dalam benda/cincin tersebut.

·        Geserlah rahang geser kekanan sedemikian sehingga kedua rahang jangka sorong menyentuh kedua dinding dalam benda/cincin yang diukur

·        Catatlah hasil pengukuran anda.

3.      Mengukur Kedalaman

Untuk mengukur kedalaman sebuah benda/tabung dapat dilakukan dengan langkah sebagai berikut :

·        Letakkan tabung yang akan diukur dalam posisi berdiri tegak

·        Putar jangka (posisi tegak) kemudian letakkan ujung jangka sorong ke permukaan tabung yang akan diukur dalamnya

·        Geserlah rahang kebawah sehingga ujung batang pada jangka sorong menyentuh dasar tabung

Jangka Sorong

Jangka sorong adalah suatu alat ukur panjang yang dapat dipergunakan untuk mengukur panjang suatu benda berbeda dengan ketelitian hingga 0,1 mm. keuntungan penggunaan jangka sorong adalah dapat dipergunakan untuk mengukur diameter sebuah kelereng, diameter dalam sebuah tabung atau cincin, maupun kedalam sebuah tabung.

Secara umum, jangka sorong terdiri atas 2 bagian yaitu rahang tetap dan rahang geser. Jangka sorong juga terdiri atas 2 yaitu skala utama dan skala nonius (vernier) yang terdapat pada rahang geser.

Sepuluh skala utama memiliki panjang 1 cm, dengan kata lain jaraak 2 skala utama yang paling berdekatan adalah 0,1 cm. sedangkan sepuluh skala nonius memiliki panjang 0,9 cm, dengan kata lain 2 skala nonius yang saling berdekatan adalah 0,09 cm. Jadi  berbeda suatu skala utama dengan satu skala nonius adalah 0,1 cm – 0,09 cm = 0,01 cm atau 0,1 mm. Sehingga skala terkecil dari jangka sorong adalah 0,1 mm atai 0,01 cm. Ketelitian dari jangka sorong adalah setengah dari skala terkecil. Jadi ketelitian jangka sorong adalah 

Dx =  x 0,01 cm = 0,005 cm

Dengan ketelitian 0,005 cm, maka jangka sorong dapat dipergunakan untuk mengukur diameter subuah kelereng atau cincin dengan lebih teliti (akurat). Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa jangka sorong dapat dipergunakan untuk mengukur diameter luar sebuah kelereng, diameter dalam sebuah tabung atau cincin maupun untuk mengukur kedalaman sebuah tabung. Langkah – langkah menggunakan jangka sorong untuk keperluan tersebut.

Mikrometer sekrup juga merupakan alat ukur panjang, biasanya alat ini digunakan untuk mengukur ketebalan suatu benda yang memerlukan ketelitian tinggi. Sebuah mikrometer sekrup, ditunjukkan pada gambar 2, memiliki dua macam skala, yaitu skala tetap dan skala putar. Skala luar yang berada di selubung luar terbagi atas 50 bagian (garis). Ketika selubung luar ini diputar lengkap 1 kali putaran, maka rahang geser dan selubung luar akan bergerak maju atau mundur sejauh 0,5 mm. 1 bagian pada skala putar bernilai 0,01 mm, angka ini diperoleh dari: (0,5/50) x 1 mm = 0,01 mm. Angka ini merupakan tingkat ketelitian dari mikrometer sekrup.

Cara memperoleh hasil pengukuran dengan mikrometer sekrup adalah sebagai berikut:

1.    Perhatikan garis pada skala utama yang    berdekatan dengan tepi selubung luar. Pada       gambar 3, garis skala utama adalah 3,5 mm.

2.    Perhatikan garis mendatar pada selubung luar       yang tepat berhimpitan dengan garis mendatar  

              pada skala utama. Pada gambar 3, garis skala nonius adalah  46x 0,01 mm =

              0,46 mm.

3. Hasil pengukurannya adalah penambahan dari kedua nilai tersebut. Sehingga hasil             pembacaan untuk mikrometer sekrup pada gambar 3 adalah (3,5 + 0,46) mm = 3,96 mm. 

I.         Pengambilan Data

3.1 Alat dan Bahan

            3.1.1 Alat:

·        1 buah jangka sorong

·        1 buah mikrometer sekrup

·        1 buah gelas kaca

·        1 lembar kertas HVS

3.2  Prosedur percobaan

3.2.1 Jangka sorong     

a.    Ukurlah diameter bagian luar gelas, diameter bagian dalam gelas, kedalaman air dalam gelas, masing-masing sebanyak 5 kali dan catat hasil pengukurannya dalam tabel 01:

No	Diameter bagian dalam		Diameter bagian luar		Kedalaman air
	Skala utama	Skala nonius	Skala utama	Skala nonius	Skala utama	Skala nonius
1.
2.
3.
4.
5.

b.    Dari tabel di atas hitung rata-rata diameter ketiga objek yang diukur

c.    Hitunglah selisih nilai setiap data dengan nilai rata-rata yang anda peroleh, kemudian tuliskan hasilnya dalam tabel berikut ini:

No	selisih diameter luar gelas (cm)	selisih diametre dalam gelas (cm)	selisih kedalaman air (cm)
1.
2.
3.
4.
5.

d.    Tulislah hasil pengukuran  (Hasil pengukuran = rata-rata  ketidakpastian)

3.2.2  Mikrometer sekrup

a.       Ukurlah ketebalan dinding gelas minumam dan ketebalan kertas HVS dan tebal uang logam masing-masing sebanyak 5 kali dan catat hasil pengukurannya dalam tabel 02.

No	Tebal dinding gelas		Tebal kertas		Tebal uang logam
	Skala utama	Skala nonius	Skala utama	Skala nonius	Skala utama	Skala nonius
1.
2.
3.
4.
5.

b.      Dari tabel di atas hitung rata-rata dari ketebalan gelas, uang logam dan ketebalan kertas A4. Hitunglah selisih nilai setiap data dengan nilai rata-rata dan catat pada tabel di bawah ini:

No	selisih tebal gelas (cm)	selisih tebal kertas (cm)	selisih tebal uang logam (cm)
1.
2.
3.
4.
5.

c.       Tuliskan hasil pengukuran  (Hasil pengukuran = rata-rata  ketidakpastian)