KEGIATAN 1 HUBUNGAN KONSTANTA KARET DAN FREKUENSI GETAR
A. Tujuan Percobaan
1. Merincikan besaran-besaran yang mempengaruhi besar frekuensi getar 2. Menyelidiki frekuensi getar
3. Mengkorelasi konstanta karet dan frekuensi getar B. Alat dan Bahan
1. Alat praktikum getaran harmonis
2. Smartphone yang sudah diinstal aplikasi “Fisika: Getaran Harmonis”
3. Neraca
C. Persiapan
1. Periksa kelengkapan alat dan bahan yang akan digunakan pada praktikum.
2. Siapkan smartphone. Instal aplikasi “Fisika: Getaran Harmonis” pada smartphone yang akan digunakan.
3. Bacalah petunjuk penggunaan aplikasi yang sudah tertera pada menu
“Tentang Aplikasi”
D. Informasi Pendukung
Getaran harmonis sederhana adalah gerak bolak-balik suatu benda melalui suatu titik kesetimbangan dengan banyaknya getaran benda dalam setiap sekon selalu sama atau konstan. Jika gerak ini terjadi secara teratur maka disebut sebagai gerak harmonis. Untuk getaran harmonis pada pegas, besar periode dan frekuensi getar dapat dirumuskan oleh persamaan:
𝑇 = 2𝜋√𝑚𝑘 (1.1)
𝑓 = 1
2𝜋√𝑘
𝑚 (1.2)
Ayo Mengamati! Amatilah petunjuk penggunaan aplikasi yang akan digunakan untuk praktikum getaran harmonis
Ayo Menanya Data apa saja yang akan dicari menggunakan alat praktikum ini?
Bagaimana pengaruh susunan karet terhadap frekuensi getaran?
6
Pegas yang disusun secara seri dapat dicari konstanta gabungannya dengan persamaan
1 𝑘= 1
𝑘1+ 1
𝑘2 (1.3)
Sedangkan pegas yang disusun secara parallel dapat dicari konstanta gabungannya dengan persamaan
𝑘 = 𝑘1+ 𝑘2 (1.4)
Dengan keterangan, 𝑇 = Periode (sekon), 𝑓 = Frekuensi (Hz), 𝑚 = massa (kg), dab 𝑘 = konstanta pegas (N/m)
E. Pengetahuan Awal
1. Sebuah benda bergetar secara harmonis dalam waktu 10 detik menempuh 20 getaran.
Berapa frekuensi getaran benda tersebut?
………
………
2. Tiga buah pegas berkonstanta sama disusun sebesar 120 N/m. Hitunglah konstanta pegas gabungan jika pegas disusun secara:
a. Seri b. paralel
………
………
3. Beban bermassa 1 kg digantungkan pada sebuah pegas seperti pada gambar. Setelah diberi simpangan terjadi getaran dengan frekuensi 2 Hz.
Hitunglah besar konstanta pegas tersebut!
………
7
Bertanggungjawablah melakukan percobaan F. Langkah Percobaan
1. Regangkan tempat smartphone dan letakkan smartphone pada posisi yang benar dan tepat.
2. Ukurlah massa smartphone beserta tempatnya menggunakan neraca. Berikut cara penggunaan neraca.
a. Tekan tombol on
b. Letakkan mika di atas neraca.
c. Pastikan satuan dalam gram (satuan padat diganti dengan menekan tombol on/off).
d. Tekan tombol Tare, pastikan angka pada layar dimulai dari 0,0 sebelum meletakkan benda yang akan diukur massanya.
3. Kaitkan karet dan smartphone pada pengait. Gunakanlah 1 karet untuk percobaan pertama
4. Sesuaikan tinggi pengait untuk menyesuaikan besar simpangan agar tidak terlalu besar.
5. Kaitkan tali pada tempat smartphone ke peluncur yang terdapat pada alas.
6. Buka aplikasi “Fisika: Getaran Harmonis”
7. Pilih menu “Mulai Praktikum”
8. Tekan tombol start untuk memulai Ayo Mengumpulkan
Informasi! Lakukanlah percobaan dan mengumpulkan data hasil percobaan menggunakan alat praktikum getaran harmonis ini.
8
9. Setelah 3 getaran, tekan tombol stop
10. Tekan tombol periode dan frekuensi untuk memperoleh besar periode dan frekuensi.
Ulangi percobaan sebanyak 5 kali.
11. Ulangi langkah 3 sampai 10 dengan mengganti jumlah karet yang digunakan yakni 2 karet yang disusun seri dan 2 karet disusun paralel. Jangan lupa untuk mencatat data yang kamu peroleh pada tabel yang sudah disiakan.
G. Data dan Pengolahan
Telitilah dalam mengambil data
Massa total (msmartphone+mtempatsmartphone): ……… gr = ……….. kg
Percobaan ke- Frekuensi (Hz)
1 karet 2 karet seri 2 karet paralel 1
2 3 4 5 Rata-rata f
f2
Konstanta karet (k)
Perhitungan konstanta karet:
Ayo Mengolah
Informasi! Mari mengolah hasil data yang kamu peroleh untuk memperoleh kesimpulan.
9
Diskusikan dengan kelompokmu, bekerjasamalah dengan baik H. Analisis dan Grafik
Karet disusun Seri
Berdasarkan pengamatan diatas, buatlah grafik konstanta karet terhadap jumlah karet jika karet disusun secara seri di bawah ini!
Berdasarkan pengamatan diatas, buatlah grafik frekuesni getar yang dikuadratkan (f2) terhadap konstanta karet yang disusun seri di bawah ini!
Konstanta Karet
Jumlah karet
1 2
f2 (1/s2)
k (N/m) Ayo Mengolah
Informasi! Dari data dan pengolahan, buatlah ke dalam grafik di bawah agar kamu memperoleh hubungan antar besaran fisis.
10
Karet disusun Paralel
Berdasarkan pengamatan diatas, buatlah grafik konstanta karet terhadap jumlah karet jika karet disusun secara paralel di bawah ini!
Berdasarkan pengamatan diatas, buatlah grafik frekuesni getar yang dikuadratkan (f2) terhadap konstanta karet yang disusun paralel di bawah ini!
I. Pertanyaan Akhir
1. Berdasarkan percobaan di atas, besaran-besaran apa saja yang mempengaruhi frekuensi getar?
………
………
………
2. Berdasarkan percobaan diatas, bagaimana hubungan jumlah karet terhadap besar konstanta karet jika karet disusun secara:
a. Seri b. paralel
Konstanta
Jumlah karet
1 2
f2 (1/s2)
k (N/m)
11
………
………
………
3. Berdasarkan percobaan diatas, bagaimana pengaruh konstanta karet terhadap frekuensi getar yang dikuadratkan jika karet disusun secara:
a. Seri b. paralel
………
………
………
Komunikasikan hasil penelitianmu dengan percaya diri J. Kesimpulan
Buatlah kesimpulan berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dengan mengisi titik-titik di bawah ini!
Besar frekuensi getaran dipengaruhi oleh besar ………….. dan …………
Semakin banyak jumlah karet jika disusun seri, maka besar konstanta karet semakin
…
Semakin banyak jumlah karet jika disusun paralel, maka besar konstanta karet semakin …
Semakin banyak jumlah karet jika disusun seri, maka besar frekuensi getar semakin
…
Semakin banyak jumlah karet jika disusun paralel, maka besar frekuensi getar semakin …
Semakin besar konstanta karet, maka frekuensi getar semakin …
Bertanggungjawablah setelah melakukan percobaan, rapikan alat praktikum ke dalam kondisi semula seperti sebelum di rakit dengan memastikan semua komponen sudah
lengkap.
Ayo
Mengkomunikasikan! Sampaikanlah hasil praktikum kelompokmu di depan kelas.
12
KEGIATAN 2
HUBUNGAN MASSA DAN PERIODE GETAR
A. Tujuan Percobaan
1. Merincikan besaran-besaran yang mempengaruhi besar periode getar 2. Menyelidiki periode getar
3. Mengkorelasi konstanta karet dan periode getar B. Alat dan Bahan
1. Alat praktikum getaran harmonis
2. Smartphone yang sudah diinstal aplikasi “Fisika: Getaran Harmonis”
3. Neraca 4. Beban magnet
C. Persiapan
1. Periksa kelengkapan alat dan bahan yang akan digunakan pada praktikum.
2. Siapkan smartphone. Instal aplikasi “Fisika: Getaran Harmonis” pada smartphone yang akan digunakan.
3. Bacalah petunjuk penggunaan aplikasi yang sudah tertera pada menu
“Tentang Aplikasi”
D. Informasi Pendukung
Getaran harmonis sederhana adalah gerak bolak-balik suatu benda melalui suatu titik kesetimbangan dengan banyaknya getaran benda dalam setiap sekon selalu sama atau konstan. Jika gerak ini terjadi secara teratur maka disebut sebagai gerak harmonis. Untuk getaran harmonis pada pegas, besar periode dan frekuensi getar dapat dirumuskan oleh persamaan:
𝑇 = 1
2𝜋√𝑚𝑘 (2.1)
𝑓 = 2𝜋√𝑘
𝑚 (2.2)
Ayo Mengamati! Amatilah petunjuk penggunaan aplikasi yang akan digunakan untuk praktikum getaran harmonis
Ayo Menanya Data apa saja yang akan dicari menggunakan alat praktikum ini?
Bagaimana pengaruh massa terhadap periode getar?
13
Dengan keterangan, 𝑇 = Periode (sekon), 𝑓 = Frekuensi (Hz), 𝑚 = massa (kg), dan 𝑘 = konstanta pegas (N/m)
E. Pengetahuan Awal
1. Sebuah benda bergetar secara harmonis dalam waktu 10 detik menempuh 20 getaran.
Berapa periode getaran benda tersebut?
………
………
2. Dua buah pegas berkonstanta sama disusun secara paralel seperti pada gambar. Ketika digantungkan beban 2 kg kemudian diberi simpangan, terjadi getaran dengan periode sebesar 1 sekon. Hitunglah konstanta sistem pegas tersebut!
………
……….
Bertanggungjawablah melakukan percobaan F. Langkah Percobaan
1. Regangkan tempat smartphone dan letakkan smartphone pada posisi yang benar dan tepat.
2. Ukurlah massa smartphone beserta tempatnya menggunakan neraca. Berikut cara penggunaan neraca.
a. Tekan tombol on
b. Letakkan mika di atas neraca.
c. Pastikan satuan dalam gram (satuan padat diganti dengan menekan tombol on/off).
d. Tekan tombol Tare, pastikan angka pada layar dimulai dari 0,0 sebelum meletakkan benda yang akan diukur massanya.
Ayo Mengumpulkan
Informasi! Lakukanlah percobaan dan mengumpulkan data hasil percobaan menggunakan alat praktikum getaran harmonis ini.
k k
14
3. Kaitkan Pegas dan smartphone pada pengait.
4. Sesuaikan tinggi pengait untuk menyesuaikan besar simpangan agar tidak terlalu besar.
5. Kaitkan tali pada tempat smartphone ke peluncur yang terdapat pada alas.
6. Buka aplikasi “Fisika: Getaran Harmonis”
7. Pilih menu “Mulai Praktikum”
8. Tekan tombol start untuk memulai
9. Setelah 10 getaran, tekan tombol stop
10. Tekan tombol save untuk menyimpan data hasil praktikum
11. Tekan tombol periode dan frekuensi untuk memperoleh besar periode dan frekuensi.
Ulangi percobaan sebanyak 5 kali.
12. Tambahkan beban dengan meletakkan beban magnet pada bagian belakang tempat smartphone. Ulangi langkah 2 sampai 11 dengan menambahkan 4 beban magnet dan 8 beban magnet.
15
Telitilah dalam mengambil data G. Data dan Pengolahan
Massa total (msmartphone+mtempatsmartphone): ……… gr = ……….. kg Percobaan ke- Periode (T)
0 beban 4 beban 8 beban
Note: Massa total = massa smartphone + massa tempat smartphone + massa beban magnet
Diskusikan dengan kelompokmu, bekerjasamalah dengan baik H. Analisis dan Grafik
Berdasarkan pengamatan diatas, buatlah grafik periode getar yang dikuadratkan terhadap massa beban di bawah ini!
T2 (s2)
m (kg) Ayo Mengolah
Informasi! Mari mengolah hasil data yang kamu peroleh untuk memperoleh kesimpulan.
Ayo Mengolah Informasi!
Dari data dan pengolahan, buatlah ke dalam grafik di bawah agar kamu memperoleh hubungan antar besaran fisis.
16
I. Pertanyaan Akhir
1. Berdasarkan percobaan di atas, besaran-besaran apa saja yang mempengaruhi periode getar?
………
………
………
2. Berdasarkan percobaan diatas, bagaimana pengaruh massa terhadap periode getar?
………
………
………
Komunikasikan hasil penelitianmu dengan percaya diri J. Kesimpulan
Buatlah kesimpulan berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dengan mengisi titik-titik di bawah ini!
Besar periode getar dipengaruhi oleh besar ………….. dan …………
Semakin besar massa, maka periode getar semakin …
Hubungan massa dan periode getar yang dikudratkan adalah ….…
Bertanggungjawablah setelah melakukan percobaan, rapikan alat praktikum ke dalam kondisi semula seperti sebelum di rakit dengan memastikan semua komponen sudah
lengkap.
Ayo
Mengkomunikasikan! Sampaikanlah hasil praktikum kelompokmu di depan kelas.
17
KEGIATAN 3
ANALISIS GRAFIK PERCEPATAN, KECEPATAN, DAN POSISI
A. Tujuan Percobaan
1. Menganalisis grafik percepatan, kecepatan dan posisi pada peristiwa getaran harmonis 2. Mengkorelasi grafik kecepatan dengan posisi
3. Mengkorelasi grafik percepatan dengan posisi B. Alat dan Bahan
1. Alat praktikum getaran harmonis
2. Smartphone yang sudah diinstal aplikasi “Fisika: Getaran Harmonis”
3. Neraca 4. Leptop
C. Persiapan
1. Periksa kelengkapan alat dan bahan yang akan digunakan pada praktikum.
2. Siapkan smartphone. Instal aplikasi “Fisika: Getaran Harmonis” pada smartphone yang akan digunakan.
3. Bacalah petunjuk penggunaan aplikasi yang sudah tertera pada menu
“Tentang Aplikasi”
D. Informasi Pendukung
Persamaan gerak getaran dapat diturunkan dari dua buah hukum gerak, yaitu Hukum II Newton, 𝐹 = 𝑚𝑎 dan Hukum Hooke 𝐹 = −𝑘𝑦 dengan F adalah gaya pegas dan 𝑘 adalah konstanta pegas. Jika gaya pegas adalah satu - satunya gaya luar yang bekerja pada benda, maka pada benda maka
−𝑘𝑦 = 𝑚𝑎 (3.1)
Percepatan benda 𝑎 = 𝑑2𝑦
𝑑𝑡2 sehingga persamaan (3.1) menjadi
𝑑2𝑦 𝑑𝑡2 + 𝑘
𝑚𝑦 = 0 (3.2)
Persamaan (3.2) memiliki penyelesaikan dengan bentuk
Ayo Mengamati! Amatilah petunjuk penggunaan aplikasi yang akan digunakan untuk praktikum getaran harmonis
Ayo Menanya Apa perberdaan grafik percepatan, kecepatan, dan posisi dalam peristiwa getaran?
18
𝑦 = 𝐴 sin (𝜔𝑡 + 𝜙) (3.3)
Dengan 𝐴, 𝜔, dan 𝜙 adalah tetapan.
Konstanta 𝐴 disebut amplitudo, 𝜔 adalah frekuensi sudut yang bernilai√𝑘
𝑚, 𝜙 adalah sudut fase awal, besaran 𝜔𝑡 + 𝜙 disebut fase getaran. Sudut fase awal (𝜙) adalah faktor dalam persamaan yang dilibatkan
untuk menggambarkan posisi awal benda yang berosilasi.
Pada saat 𝑦(𝑡 = 0), benda berada pada posisi 𝑦 = 0, sehingga 0 = 𝐴 sin 𝜙. Karena 𝜙 = 0, maka persamaan simpangan menjadi
𝑦 = 𝐴 sin 𝜔𝑡 (3.4)
Kecepatan 𝑣 dan percepatan 𝑎 sebagai fungsi waktu untuk sebuah benda yang bergerak secara harmonis diperoleh dari turunan persamaan (3.4).
𝑣 =𝑑𝑦
E. Pengetahuan Awal
1. Suatu benda bergetar secara harmonis dengan periode 0,5 sekon. Hitunglah posisi saat benda tersebut bergetar dengan percepatan 5 m/s2!
………
………
2. Gambar berikut ada;ah grafik hubungan posisi terhadap wkatu dari percobaan getaran pada pegas.
ymin
y=0 ymax
19
Tentukanlah besar kecepatan saat:
a. 1 sekon b. 2 sekon
………
………
3. Benda bergetar secara harmonis sehingga menghasilkan grafik posisi terhadap waktu seperti gambar di bawah.
Hitunglah:
a. Periode getar b. Frekuensi getar
………
………
………
Bertanggungjawablah melakukan percobaan F. Langkah Percobaan
1. Regangkan tempat smartphone dan letakkan smartphone pada posisi yang benar dan tepat.
2. Ukurlah massa smartphone beserta tempatnya menggunakan neraca. Berikut cara penggunaan neraca.
a. Tekan tombol on
b. Letakkan mika di atas neraca.
c. Pastikan satuan dalam gram (satuan padat diganti dengan menekan tombol on/off).
d. Tekan tombol Tare, pastikan angka pada layar dimulai dari 0,0 sebelum meletakkan benda yang akan diukur massanya.
Ayo Mengumpulkan Informasi!
Lakukanlah percobaan dan mengumpulkan data hasil percobaan menggunakan alat praktikum getaran harmonis ini.
20
3. Kaitkan pegas dan smartphone pada pengait.
4. Sesuaikan tinggi pengait untuk menyesuaikan besar simpangan agar tidak terlalu besar.
5. Kaitkan tali pada tempat smartphone ke peluncur yang terdapat pada alas.
6. Buka aplikasi “Fisika: Getaran Harmonis”
7. Pilih menu “Mulai Praktikum”
8. Tekan tombol start untuk memulai
9. Setelah 10 getaran, tekan tombol stop
10. Tekan tombol save untuk menyimpan data hasil praktikum
11. Tekan tombol periode dan frekuensi untuk memperoleh besar periode dan frekuensi.
12. Buka penyimpanan internal pada smartphonemu, buka file “Fisika_Getaran”.
21
13. Kirimkan file tersebut ke leptop. Kamu bisa gunakan Bluetooth, internet, atau flashdisk OTG.
14. Buka file tersebut di leptop.
15. Siapkan excel untuk pengolahan data.
16. Pindahkan data dari smartphone ke file excel pengolahan data (sheet 1)
17.
18. Perhatikan bentuk grafik. Cari waktu ketika bentuk gelombang mulai stabil dengan mengarahkan kursor ke gelombang yang terbentuk. (Cari saat percepatan mendekati nol dan arah grafik naik).
Waktu mulai stabil 4,992 sekon
22
19. Block data dimulai dari data ketika grafik mulai stabil (jika sesuai contoh, block data dari waktu 4,992 sekon sampai 13,447 sekon)
20. Salin data ke sheet pengolahan data (sheet 2).
21. Isi besar periode sesuai hasil yang tertera pada layar smartphone.
22. Perhatikanlah bentuk grafik posisi, kecepatan, dan percepatan terhadap waktu dengan seksama untuk menjawab pertanyaan di bawah.
Waktu akhir stabil 13,447sekon
23
Telitilah dalam mengambil data G. Data dan Pengolahan
Massa total (msmartphone+mtempatsmartphone): ……… gr = ……….. kg Periode: ………….. sekon
Frekuensi: ………….Hz Amplitudo: ………….. m
Diskusikan dengan kelompokmu, bekerjasamalah dengan baik H. Analisis dan Grafik
Berdasarkan pengamatan diatas, gambarkan grafik percepatan terhadap waktu di bawah ini!
a (m/s2)
t (s) Ayo Mengolah
Informasi! Mari mengolah hasil data yang kamu peroleh untuk memperoleh kesimpulan.
Ayo Mengolah
Informasi! Dari data dan pengolahan, buatlah ke dalam grafik di bawah agar kamu memperoleh hubungan antar besaran fisis.
24
Berdasarkan pengamatan diatas, gambarkan grafik terhadap waktu di bawah ini!
Berdasarkan pengamatan diatas, gambarkan grafik posisi terhadap waktu di bawah ini!
I. Pertanyaan Akhir
1. Bagaimana besar kecepatan saat smartphone berada pada posisi setimbang (y=0), saat posisi maksimum dan saat posisi minimum? Berilah penjelasanmu!
………
………
………
v (m/s)
t (s)
y (m)
t (s)
25
2. Bagaimana besar kecepatan saat smartphone berada pada posisi setimbang (y=0), saat posisi maksimum dan saat posisi minimum? Berilah penjelasanmu!
………
………
………
Komunikasikan hasil penelitianmu dengan percaya diri J. Kesimpulan
Buatlah kesimpulan berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dengan mengisi tabel di bawah ini!
Posisi (y) Kecepatan (v) Percepatan (a) ymax
y=0 ymin
Bertanggungjawablah setelah melakukan percobaan, rapikan alat praktikum ke dalam kondisi semula seperti sebelum di rakit dengan memastikan semua komponen sudah
lengkap.
Ayo
Mengkomunikasikan! Sampaikanlah hasil praktikum kelompokmu di depan kelas.
26
DAFTAR PUSTAKA
Bueche, F. J., & Hecht, E. (2006). Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga.
Damari, A. (2015). Bupena Fisika. Jakarta: Erlangga.
Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2015). Fisika Dasar Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Kanginan, M. (2014). Fisika untuk SMA/MA . Jakarta: Erlangga.
Sudar, Iswanto, B. H., & Purjiyatna, E. (2016). Fisika untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta:
Erlangga.
Young, H. D., & Freedman, R. A. (2012). Fisika Universitas. San Fransisco: Pearson Education, Inc.