Nindya Tw: LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA OSILATOR HARMONIK SEDERHANA : BANDUL\

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			Frekuensi (Hz)
		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			Frekuensi (Hz)
		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			Frekuensi (Hz)
		Perhitungan ke-1	Perhitungan ke-2	Perhitungan ke-3	Rata- rata			Persamaan (1)	Persamaan (3)
1	30^o	40.89	40.60	40.69	40.72	2.0410	1.01 – 0.895 = 0.115	0.49	0.49	1.12
2	35^o	41.03	40.98	40.99	41	2.0539	1.01 – 0.86 =0.15	0.487	0.487	1.47
3	40^o	41.36	41.30	41.32	41.32	2.0689	1.01 – 0.81 = 0.2	0.485	0.484	1.96
4	45^o	41.72	41.66	41.70	41.69	2.0863	1.01 – 0.75 = 0.26	0.48	0.48	2.55
5	50^o	42.13	42.10	42.09	42.10	2.1059	1.01 – 0-69 = 0.32	0.475	0.475	3.13
6	55^o	42.53	42.61	42.58	42.57	2.1281	1.01 – 0.615 = 0.395	0.47	0.47	3.87
7	60^o	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