Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22 23 Juni 2011, Bandung, Indonesia
ISBN xxx x xxxx xxxx x 1 http://portal.fi.itb.ac.id/cps/
Sitti Balkis*, Wahyu Srigutomo, dan Sparisoma Viridi
Diterima 16 Juni 2011, direvisi 23 Agustus 2011, diterbitkan 23 September 2011
Fenomena gerak harmonis sederhana di alam merupakan hal yang unik. Angin sepoi sepoi yang mampu meruntuhkan jembatan Tacoma Narrows di selat Puget Sound, Washington menimbulkan tanda tanya yang besar bagi beberapa ilmuwan. Alat eksperimen yang dirancang berusaha menunjukan di antaranya: fenomena frekuensi resonansi, benda yang berosilasi, menentukan persamaan pola yang dipantulkan sinar laser pada speaker yang bergetar. Cermin yang terdapat pada sistem mampu memproyeksikan pola yang berbeda pada setiap frekuensi (14 Hz 31 Hz). Data yang diperoleh berupa foto dikonversi dengan software Digitizelt untuk memperoleh posisi titik yang membentuk pola pola tersebut. Variasi massa(1x, 3x, 5x) yang ditempel pada speaker mampu menghasilkan pola yang stabil. Persamaan pola diperoleh dengan menggunakan program regresi sinusoidal pada Matlab. Dari hasil analisa diperoleh frekuensi resonansi speaker 22 Hz, persamaan umum pola yang terbentuk merupakan fungsi posisi yang memiliki karakteristik
mirip dengan persamaan osilasi pada umumnya, yaitu dan
, dengan , , dan merupakan variable sudut fasa yang bergantung terhadap
waktu, dan merupakan fungsi posisi terhadap waktu, merupakan amplitudo getaran.
Kata kata kunci: osilasi, resonansi, superposisi, cermin, laser.
Fenomena gerak harmonis sederhana (GHS) di alam merupakan hal yang unik. Angin sepoi sepoi yang mampu meruntuhkan jembatan Tacoma Narrows di selat Puget Sound, Washington menimbulkan tanda tanya yang besar bagi beberapa ilmuwan. Prinsip osilasi yang diperoleh dari fenomena alam tersebut tidak hanya berlaku untuk sistem mekanik, tetapi berlaku juga sistem rangkaian listrik dan berbagai sistem periodik lainnya.
Berdasarkan keunikan tersebut, alangkah baiknya jika prinsip osilasi tersebut dipelajari lebih dalam melalui eksperimen. Mengingat bahwa ilmu fisika lebih mudah dipahami dengan melakukan eksperimen dalam pembelajaran.
Umumnya alat eksperimen getaran yang
terdapat di pasaran juga relatif mahal dan sulit ditemukan di berbagai daerah. Hal ini dapat menjadi kendala bagi guru guru terutama guru
fisika dalam bereksperimen, keadaan ini
memberikan ide bagi penulis untuk
mengembangkan alat eksperimen sederhana untuk memahami karakteristik getaran.
Alat alat eksperimen yang digunakan, yaitu: Signal Generator type GAG 810 600 =, penguat Audio 220 V, laser gas tipe GLG 5005S, speaker 4,1 =, 4 buah cermin dengan diameter 6 cm, layar yang di beri sumbu koordinat dua dimensi,
dengan panjang sumbu dari 6 sampai +6, bangku cermin, dan penjepit buaya.
Gambar 1. Skema alat yang digunakan dalam eksperimen.
Pengambilan data dilakukan dengan
Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22 23 Juni 2011, Bandung, Indonesia
ISBN xxx x xxxx xxxx x 2 http://portal.fi.itb.ac.id/cps/
Gambar 2. Posisi massa berupa pita yang dapat diletakkan pada posisi posisi 1 12.
Data yang berupa foto dari tiap frekuensi di pindahkan ke software Digitizelt 1.5 untuk di plot pola yang dibentuk dari pantulan cermin yang bervibrasi. Kemudian di jendela Digitizelt akan muncul posisi titik titik dari pola gambar yang telah diplot. Kemudian posisi dari titik titik tersebut di import ke Microsoft Excel, sehingga diperoleh pola yang sama seperti data yang dalam bentuk foto. Masing masing data posisi terhadap sumbu vertikal dan horizontal dibuat grafik terhadap jumlah titik yang diplot. Setelah itu, masing masing grafik tersebut diregresi sinusoidal dengan menggunakan program
Dari data foto yang telah di plot dengan menggunakan software Digitizelt 1.5 diperoleh titik titik koordinat yang membentuk pola untuk tiap frekuensi. Titik yang diperoleh merupakan superposisi osilasi bidang secara dua dimensi yaitu terhadap sumbu , dan sumbu . Berikut contoh hasil titik yang di plot ketika posisi 1, massa 3x, tegangan 0,5 V, frekuensi 22 Hz. Dari hasil tersebut, dapat dibuat grafik hubungan
antara posisi titik pada sumbu horizontal ( )
terhadap urutan titik yang di plot ( ), dan grafik
hubungan posisi titik pada sumbu vertikal ( )
terhadap urutan titik yang di plot ( ) seperti
diberikan dalam Gambar 3.
Untuk mendapatkan persamaan periodik dari
masing masing grafik terhadap dan
terhadap , maka data tersebut dianalisis
dengan menggunakan regresi sinusoidal dengan menggunakan Matlab. Berikut persamaan yang diperoleh hasil regresi sinusoidal dari data yang terdapat pada Gambar 3.
(1)
(2)
Gambar 3. Hubungan posisi titik titik pada
sumbu (titik) dan sumbu (kotak) terhadap
urutan titik .
Dari Persamaan (1) dan (2) diperoleh selisih maximum antara nilai data dan nilai dari fungsi sebesar 0,187 pada posisi sumbu dan selisih
maximum 0,782 pada posisi sumbu . Berikut
merupakan grafik perbandingan terhadap
yang diperoleh dari data, dan grafik hubungan
terhadap dari hasil regresi sinusoidal
data.
Gambar 4. Perbandingan pola data (titik) dengan
hasil persamaan (garis): untuk (atas)
dan (bawah).
Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22 23 Juni 2011, Bandung, Indonesia
ISBN xxx x xxxx xxxx x 3 http://portal.fi.itb.ac.id/cps/
dalam memplot titik dari data foto ke software Digitizelt 1.5. Dari persamaan yang diperoleh dari regresi sinusoidal dapat dilihat bahwa merupakan variable fungsi sudut fase yang tergantung terhadap waktu, meskipun pada awalnya dianggap sebagai urutan titik yang diplot. Hal ini menunjukkan bahwa persamaan periodik yang diperoleh merupakan fungsi posisi terhadap waktu, yang apabila disuperposisi akan menghasilkan pola yang mendekati pola data foto eksperimen.
(a)
(b)
Gambar 5. (a) Foto eksperimen dengan skala vertikal dan horizontal sama. (b) Perbandingan data foto dengan hasil superposisi fungsi posisi.
Dari Gambar 5 dapat diperoleh bahwa pola data foto memiliki kemiripan dengan hasil superposisi fungsi posisi pada masing masing sumbu. Hal ini menunjukkan bahwa ketika sinar laser dipantulkan oleh cermin yang ditempel pada speaker yang bervibrasi akan mengalami superposisi terhadap bidang xy cermin.
Dengan melihat hasil hasil eksperimen dapat diambil kesimpulan bahwa persamaan pola pola yang terbentuk memiliki bentuk umum seperti dan
, dengan dan
merupakan posisi titik , , dan merupakan
variabel sudut fasa, dan merupakan amplitudo getaran.
Terima kasih kepada Kementrian Agama RI yang telah memberikan beasiswa kepada penulis melalui program Kerja Sama Depag ITB.
[1] Giancoli, Douglas., 1988. Fisika, Edisi 5. Erlangga, Jakarta.
[2] Resnick, Robert., Halliday, David.,1988, Fisika Jilid 1, edisi 3, Erlangga, Jakarta. [3] Fishbane, Gasiorowicz, Thornton, 1996,
Physics For Scientists And Engineers, second edition, Prentice Hall, New Jersey. [4] Sears dan Zemansky’s, 2003, Fisika
Universitas, edisi 10, Erlangga, Jakarta.
Sitti Balkis*
Magister Pengajaran Fisika Institutu Teknologi Bandung Madrasah Aliyah Negeri Batam sittibalkis@rocketmail.com
Wahyu Srigutomo
Fisika Sistem Komplek, FMIPA Institutu Teknologi Bandung wahyu@fi.itb.ac.id
Sparisoma Viridi
Nuclear Physics and Biophysis Research Division Institut Teknologi Bandung
dudung@fi.itb.ac.id
*Corresponding author
