LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA
OSILATOR HARMONIK SEDERHANA : BANDUL\
Disusun oleh:
1. Kismato Syafril Alyyu (20106068)
2. Victor Immanuel (20106077)
3. Peter Allenphius Gomerson (20106086)
4. Tiara Adhika (20106096)
Praktikum tanggal : 8 April 2020
Dosen Pengampu : Irmayatul Hikmah, S.Si,. M.Si.
Asisten Praktikum :
1. Nabila Zulfika Hermadewi (19101018)
2. Desta Susiyanti Permatasari (19107019)
LABORATORIUM FISIKA FAKULTAS REKAYASA INDUSTRI DAN DESAIN (FRID) INSTITUT
TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO 2020
A.
TUJUAN
PRAKTIKUM
Setelah
melakukan praktikum simulasi, mahasiswa diharapkan mampu:
1.
Mendemonstrasikan gerak bandul sebagai salah satu contoh gerak harmonik
sederhana. (P2)
2.
Mengukur dan menghitung besaran-besaran yang terkait dengan gerak harmonik
sederhana, seperti: frekuensi, periode, perbedaan tinggi bandul, dan energi
mekanik. (P2, C3)
3.
Menjelaskan hubungan antara besaran-besaran fisis yang terkait dengan gerak
harmonik sederhana pada bandul. (C2)
B.
TEORI
DASAR
Sains
merupakan suatu cara untuk mengetahui, yang merupakan perpaduan antara logika
dan perhitungan. Banyak bidang sains dasar atau sains murni yang dipelajari dan
berhubungan dengan kehidupan manusia, di mana salah satunya adalah bidang
fisika. Fenomena-fenomena alam maupun hal-hal yang terjadi dalam kehidupan
manusia sehari-hari sangat erat kaitannya dengan bidang fisika. Untuk
membuktikan hakikat tentang segala fenomena alam yang terjadi, ilmu Fisika
memakai teori dan kesesuaian eksperimen sebagai patokan untuk hasil pengetahuan
yang diperoleh (Nurmayasari, 2003).
Oleh
karena ilmu Fisika mempelajari fenomena alam, maka terdapat banyak sekali
bagian-bagian dalam mempelajari ilmu Fisika, salah satunya adalah Osilasi dan
Gelombang. Dalam buku “Fisika, Untuk Sains dan Teknik”, Tipler (1998)
menempatkan Osilasi dan Gelombang pada bagian kedua setelah Mekanika.
Osilasi
terjadi bila sebuah sistem diganggu dari posisi kesetimbangan stabilnya.
Karakteristik gerak osilasi yang paling dikenal adalah gerak tersebut bersifat
periodik, yaitu berulang-ulang (Tipler, 1998). Adapun penelitian yang dilakukan
yaitu tentang Bandul Fisis merupakan bagian dari Osilasi dan Gelombang. Karena
mempunyai sifat gerak yang periodik, bandul dapat dipergunakan sebagai alat
pengukur gravitasi, maupun sebagai penggerak jam mekanis.
1. Bandul
Sederhana
Gerak
bandul merupakan gerak harmonik sederhana hanya jika amplitudo geraknya kecil.
Gambar dibawah ini memperlihatkan bandul sederhana yang terdiri dari tali
dengan panjang L dan beban bermassa m. gaya yang bekerja pada beban adalah
beratnya mg dan tegangan T pada tali.
Gambar 2.1 Ilustrasi elemen gaya yang bekerja pada bandul
sederhana Bila tali membuat sudut
f terhadap vertikal, berat memilikin
komponen-komponen mg cos f sepanjang tali dan mg sin f tegak lurus tali dalam arah berkurangnya f .
Gerakan ini akan memiliki titik
kesetimbangan, dimana posisi benda beroisilasi tidak mengarahkan gaya. Ketika
benda mendapatkan gaya neto, benda akan bergerak menjauhi titik
kesetimbangannya dan kembali ke titik kesetimbangannya disebabkan oleh gaya
pemulih. Bandul sederhana memiliki titik kesetimbangan yang berada tegak lurus
pada tali dengan tiang penyangga. Bandul ini memiliki massa beban dan tali,
bandul akan berosilasi pada koordinat x (Giancoli, 2014: 369). Bandul sederhana
atau (simple pendulum). Bandul sederhana adalah benda ideal yang terdiri dari
sebuah titik massa yang di gantungkan pada tali ringan yang tidak dapat mulur. Jika
bandul di tarik ke samping dari posisi seimbangnya dan di lepaskan maka bandul
akan berayun dalam bidang pertikal karna pengaruh gravitasi, geraknya merupakan
gerak osilasi dan periodik (Halliday, 1991 :459). Gaya pemulih digunakan agar
getaran terjadi pada benda yang bergetar haruslah gaya pemulih, yakni gaya
dengan arah sedemikian rupa hingga selalu mendorong atau menarik benda ke
kedudukan keseimbangannya. Apabila benda yang terikat pada ujung pegas
diperhatikan, maka dalam keadaan pegas direnggangkan gaya pemulih menarik benda
kembali ke kedudukan keseimbangannya sedang dalam keadaan pegas tertekan, gaya
pemulih mendorong beban agar kembali ke titik keseimbangannya (Bueche, 1989:
98). Sebuah gerak harmonik sederhana memiliki sebuah periode. Periode adalah
waktu yang dibutuhkan oleh suatu benda untuk melakukan satu getaran. Atau
secara matematis periode (T) merupakan waktu (n) yang dibutuhkan gerak bolak
balik secara utuh. Dituliskan dengan persamaan: 𝑇
= 𝑡
𝑛
(Ishaq, 2007 : 155) Contoh dari gerak harmonik sederhana adalah gerak bandul.
Sebuah bandul sederhana didefinisikan sebagai sebuah partikel massa m yang
digantungkan pada titik O pada tali yang panjangnya l dan massanya diabaikan.
Jika partikel ditarik ke samping ke posisi B sehingga tali membuat sudut θ_o
dengan garis vertical OC, kemudian partikel dilepas, maka partikel akan
berosilasi antara B dan posisi simetrik B’ (Alonco, 1994: 252). Pada gambar
diatas gaya penarik benda ke posisi setimbang (gaya yang menyinggung lintasan
benda) adalah: 𝐹
= −𝑊
sin 𝜃
Grafik di bawah ini menunjukkan
hubungan sudut simpangan terhadap waktu untuk panjang tali L sebesar 36 cm.
Gambar 3 memperlihatkan bahwa, besar sudut simpangan di daerah positif terletak
pada waktu 0,24 detik dengan nilai simpangan 8,13 derajat, dan simpangan
terkecil terletak pada waktu 3,04 detik dengan nilai simpangan 0,45 derajat.
Sedangkan di daerah negatif simpangan terbesar terletak pada waktu 0,56 detik
dengan nilai simpangan -4,33 derajat dan simpangan terkecil terletak pada waktu
0,84 dengan nilai simpangan -0,76 derajat.
Dengan melakukan
analisis menggunakan phet simulations
bisa menghasilkan banyak data hanya dengan sekali eksperimen, sedangkan dengan
metode konvensional tidak bisa menghasilkan banyak data. Dari data yang
diperoleh dapat dilihat bahwa lebih akurat jika menganalisis dengan menggunakan
piranti lunak phet simulations, dari
grafik bisa diketahui bahwa piranti lunak phet
simulations mampu menunjukkan osilasi teredam dan dapat memperlihatkan
adanya gangguan eksternal yang terjadi pada eksperimen. Osisilasi yang terjadi
pada pegas sangat bergantung pada massa beban danmengalami perubahan disetiap
waktunya, setiap variasi beban yang berbeda menunjukkan perubahan pada panjang
pegas. Dari grafik-grafik diatas dapat kita lihat perbedaan panjang pegas
disetiap waktu. Semakin berat massa suatu benda maka gerak osilasi pada pegas
juga semakin lambat..
C.
ALAT
DAN BAHAN
1.
Modul Eksperimen “Projectile Motion”
2.
Website PhET
Simulations “Pandulum Lab”
3.
Komputer atau
Laptop dan handphone
D.
HASIL
DATA
Tabel 1.
Sajian data untuk
pengukuran waktu (s) untuk
berbagai variasi panjang
tali (m)
|
No. |
Pengukuran |
Perhitungan |
|||||||||
|
Panjang Tali
(m) |
Waktu (s) |
Periode (s) |
Perbedaan ketinggian ∆ℎ
(m) |
Frekuensi (Hz) |
Energi Mekanik (J) |
||||||
|
Perhitungan ke-1 |
Perhitungan ke-2 |
Perhitungan ke-3 |
Rata-rata |
||||||||
|
Persamaan (1) |
Persamaan (3) |
||||||||||
|
1 |
0.2 |
17.98 |
17.9 |
18.05 |
17.78 |
0.8989 |
0.22
– 0.21 =
0.01 m |
1.1129 |
1.1124 |
0.01962 |
|
|
2 |
0.4 |
25.41 |
25.40 |
25.40 |
25.40 |
1.2712 |
0.41 – 0.40 = 0.01 m |
0.7874 |
0.7866 |
0.00981 |
|
|
3 |
0.6 |
31.05 |
31.20 |
31.12 |
31.27 |
1.5569 |
0.62 – .61 = 0.01 m |
0.6395 |
0.6423 |
0.00981 |
|
|
4 |
0.8 |
35.84 |
35.88 |
35.94 |
35.88 |
1.7977 |
0.81- 0.80 = 0.01 m |
0.5574 |
0.5562 |
0.00981 |
|
|
5 |
1 |
40.04 |
40.07 |
40.16 |
40.09 |
2.0099 |
1.01 – 0.100 = 0.01 m |
0.4988 |
0.4975 |
0.0981 |
|
Grafik
Tabel 1
Tabel 2. Sajian
data untuk pengukuran waktu (t) untuk
berbagai variasi massa bandul (kg)
|
No. |
Pengukuran |
Perhitungan |
|||||||||
|
Massa (kg) |
Waktu (s) |
Periode
(s) |
Perbedaan ketinggian ∆ℎ
(m) |
Frekuensi (Hz) |
Energi Mekanik (J) |
||||||
|
Perhitungan ke-1 |
Perhitungan ke-2 |
Perhitungan ke-3 |
Rata-rata |
||||||||
|
Persamaan (1) |
Persamaan (3) |
||||||||||
|
1 |
0.2 |
40.12 |
40.12 |
40.26 |
40.16 |
2.0099 |
0.101 – 0.100 = 0.01 m |
0.497 |
0.49 |
0.019 |
|
|
2 |
0.4 |
40.15 |
40.18 |
40.21 |
40.18 |
2.0099 |
0.010 – 0.100 = 0.01 m |
0.497 |
0.49 |
0.039 |
|
|
3 |
0.6 |
40. 29 |
40.13 |
40.18 |
40.2 |
2.0099 |
0.101 – 0.100 = 0.01 m |
0.50 |
0.49 |
0.05 |
|
|
4 |
0.8 |
40.16 |
40.23 |
40.20 |
40.19 |
2.0099 |
0.101 – 0.100 = 0.01 m |
0.50 |
0.49 |
0.07 |
|
|
5 |
1 |
40.19 |
40.16 |
40.18 |
40.17 |
2.0099 |
0.102 – 0.101 = 0.01 m |
0.50 |
0.49 |
0.09 |
|
Grafik
Tabel 2
Tabel 3. Sajian
data untuk pengukuran waktu (t) untuk berbagai variasi
sudut simpangan (derajat)
|
No. |
Pengukuran |
Perhitungan |
|||||||||
|
Sudut simpangan |
Waktu (s) |
Periode (s) |
Perbedaan ketinggian ∆ℎ
(m) |
Frekuensi (Hz) |
Energi Mekanik (J) |
||||||
|
Perhitungan ke-1 |
Perhitungan ke-2 |
Perhitungan ke-3 |
Rata- rata |
||||||||
|
Persamaan (1) |
Persamaan (3) |
||||||||||
|
1 |
30o |
40.89 |
40.60 |
40.69 |
40.72 |
2.0410 |
1.01 – 0.895 = 0.115 |
0.49 |
0.49 |
1.12 |
|
|
2 |
35o |
41.03 |
40.98 |
40.99 |
41 |
2.0539 |
1.01 – 0.86 =0.15 |
0.487 |
0.487 |
1.47 |
|
|
3 |
40o |
41.36 |
41.30 |
41.32 |
41.32 |
2.0689 |
1.01 – 0.81 = 0.2 |
0.485 |
0.484 |
1.96 |
|
|
4 |
45o |
41.72 |
41.66 |
41.70 |
41.69 |
2.0863 |
1.01 – 0.75 = 0.26 |
0.48 |
0.48 |
2.55 |
|
|
5 |
50o |
42.13 |
42.10 |
42.09 |
42.10 |
2.1059 |
1.01 – 0-69 = 0.32 |
0.475 |
0.475 |
3.13 |
|
|
6 |
55o |
42.53 |
42.61 |
42.58 |
42.57 |
2.1281 |
1.01 – 0.615 = 0.395 |
0.47 |
0.47 |
3.87 |
|
|
7 |
60o |
43.02 |
42.97 |
42.99 |
42.99 |
2.1529 |
1.01 – 0.55 = 0.46 |
0.465 |
0.465 |
4.52 |
|
Grafik
Tabel 3
E.
ANALISIS
DAN PEMBAHASAN
Gerak harmonik sederhana adalah getaran yang terjadi apabila
jika disebabkan oleh gaya yang arahnya itu sendiri menuju sebuah satu titik dan
besarnya yaitu seimbang dengan simpangannya tersebut. Tujuan praktikan saat
melakukan praktikum ini adalah untuk menentukan apakah perceptan gravitasi yang
didapat dalam praktikum ini sama atau tidak dengan percepatan gravitasi secara
teoritis. Diketahui dimana pada bandul sederhana yaitu hanya dan hanya jika
terdapat satu titik tumpu di mana dimana beban itu digantungkan dengan seutas
tali yang tergantung pada sebuah satu titik tumpu. Setiap getaran pada bandul
tersebut dihitung dengan waktu yang ditempuhnya dengan menggunakan stopwatch.
Dalam praktikum ini praktikan mennetukan atau mengubah variabel-variabel
seperti massa bandul, besar simpangan, dan panjang tali. Praktikan mengambil
data untuk percobaan awal yaitu menggunakan massa benda dan sudut simpangan
yang dibuat secara tetap tetapi panjang tali yang digunakan itu berbeda seperti
0,2 m, 0,4 m, 0,6 m, 0,8 m, dan 1 m. Ketika telah melakukan percobaan dengan 20
ayunan yaitu, 17,78 s, 25,40 s, 31,27 s,
35,88 s, dan 40,09 s. Berdasarkan dari kelima data waktu tersebut bisa kita
simpulkan bahwa semakin besar massanya waktu yang dibutuhkan juga bisa semakin
cepat atau semakin kecil, tapi landasan tersebut tidak benar, karena massa
beban itu sangat sekali tidak mempengaruhi lama atau tidaknya waktu yang
dibutuhkan untuk 20 ayunan tersebut pada gerak harmonik sederhana ini, tapi
seharusnya waktu yang didapatkan itu sama besar dengan setiap pengulangannya,
akan tetapi data yang didapatkan oleh praktikan sudah hampir sekali mirip semua
untuk percobaan pertama ini. Setelah melakukan penghitungan untuk mendapatkan
nilai periode, praktikan melakukan mencari nilai gravitasi dari sebuah benda
tersebut, dan data yang didapatkan dari kelima data tersebut adalah 0,8989,
1,2712, 1,5569, 1,7977, dan 2.0099. Dapat diperhatikan hasil tersebut memang
hampir menyamai semua dari ketiga data tersebut, karena hal ini juga tidak dipengaruhi
oleh massa bandul.
Berbeda dengan percobaan pertama dan data yang
ketiga yang masih terpaut jauh perbedaan dengan percepatan gravitasi secara
teoristis, tetapi pada data yang ketiga hanya kurang sedidkit lagi untuk
menyamakan perceptan gravitasi yang sesuai secara teoritis, tapi pada data yang
kedua dengan pengulanagan data yang ketiga dapat mendekati dengan percepatan gravitasi
tersebut. Jadi, sebenarnya karena besar massa beban dan besar simpangan tidak
berpengaruh terhadap percepatan gravitasi, lebih baik dengan mengubah panjang
tali, karena panjang tali berpengaruh terhadap percepatan gravitasi, jadi kita
dapat membandingkan besar atau tidaknya percepatan gravitasi sesuai ketinggian
sesuai percobaan kedua yang mengubah panjang tali tersebut. 8. Analisislah
letak kesalahan ketika melakukan praktikum ! Jawab : Ketika melakukan
penyimpangan pada bandul yang digunakan untuk mengukur waktu melalui stopwatch
adalah ketidak akuratan pengamat saat melakukan penyimpangan dan memberhentikan
dan memulai stopwatch, kemudian pada pemasangan tali pada statif dengan
mengganti variabel tali memungkinkan kesalahan dalam ketepatan panjang tali
pada pemasangan bandul di statif. Dan juga Pertama, saat pengukuran panjang
tali mungkin saja salah dalam pengukuran atau saat praktikum tali yang
digunakan kendur dari ikatan dan mengubah Panjang dari tali. Kedua, saat
mengukur besar simpangan dari bandul setiap pengulangan mungkin saja berbeda
sedikit. Ketiga, saat bandul berosilasi, osilasi dari bandul tidak sempurna
sesuai jalu menyebabkan waktu untuk mencapai satu getaran juga berbeda.
Keempat, karena dalam praktikum ini menggunakan stopwatch, mungkin saja saat
menghidupkan atau mematikan stopwatch saat mengukur waktu bandul bergetar
praktikan tidak sesuai atau tidak teliti menyebabkan waktunya tidak tepat. I.
F. KESIMPULAN
Dari percobaan pada praktikum ini dapat disimpilkan,
bahwa :
1. Dengan
melakukan analisis menggunakan phet
simulation bisa menghasilkan banyak data hanya dengan sekali eksperimen,
sedangkan dengan metode konvensional tidak bisa menghasilkan banyak data. Dari
data yang diperoleh dapat dilihat bahwa lebih akurat jika menganalisis dengan
menggunakan piranti lunak phet simulation, dari grafik bisa diketahui bahwa
piranti lunak phet simulation mampu menunjukkan osilasi teredam dan dapat
memperlihatkan adanya gangguan eksternal yang terjadi pada eksperimen.
2. Osisilasi
yang terjadi pada pegas sangat bergantung pada massa beban danmengalami
perubahan disetiap waktunya, setiap variasi beban yang berbeda menunjukkan
perubahan pada panjang pegas. Dari grafik-grafik diatas dapat kita lihat
perbedaan panjang pegas disetiap waktu. Semakin berat massa suatu benda maka
gerak osilasi pada pegas juga semakin lambat.
3. Syarat benda melakukan
gerak harmonis sederhana adalah gaya pemulih sebanding dengan simpangannya. 2.
Periode dapat ditentukan dengan persamaan: 𝑇 = 𝑡 𝑛
G.
DAFTAR
PUSTAKA
-
Tri Nugroho Banu, (2006).
Simulasi Bandul Fisis untuk Menentukan Periode Batang Silinder Pejal
Menggunakan Macromedia Flash MX., 6.
-
Muhammad, Utut, (2018).
Gerak Harmonik Sederhana Pada Bandul Sederhana. 2.
-
Wahid, MA., Tiara, E., Riantin,
IR. dan Hamdan AM. (2020). Jurnal Pendidikan Fisika dan Fisika Terapan. Vol 1
(2), 2020; ISSN: 2549-7162 Hal. 6-12
H.
LAMPIRAN
Gambar 1
