FISIKA DASAR I LABORATORIUM FISIKA JURUS

MODUL PRAKTIKUM

FI SI KA DASAR I

LABORATORIUM FISIKA

JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG

PEDOMAN PRAKTIKUM

A.

Kehadir an

1. Praktikum harus diikuti sekurang-kurangnya 75% dari jumlah total praktikum yang diberikan.

2. Ketidakhadiran karena sakit harus disertai surat keterangan resmi yang diserahkan paling lambat dua minggu sejak ketidak-hadirannya. Jika tidak maka yang bersangkutan tidak diperkenankan mengikuti praktikum susulan sehingga nilai modul yang bersangkutan NOL. 3. Keterlambatan lebih dari 10 menit tidak dapat mengikuti tes awal

B.

Per syar atan Mengikuti Pr aktikum

1. Terdaftar dalam absensi peserta kelas yang diserahkan oleh jurusan masing-masing.

2. Berprilaku, berpakaian sopan, dan tidak memakai sandal serta menggunakan jas laboratorium.

3. Mengerjakan tugas-tugas pendahuluan.

4. Membuat skema tabel pengambilan data modul yang bersangkutan.

5. Menyiapkan diri dengan materi praktikum yang akan dilakukan. Mahasiswa yang kedapatan tidak siap untuk praktikum tidak diijinkan mengikuti praktikum dan nilai modul yang bersangkutan NOL.

C.

Pelaksanaan Pr aktikum

1. Mentaati tata tertib yang berlaku di Laboratorium Fisika

2. Mengikuti petunjuk yang diberikan oleh asisten dan dosen penanggung jawab praktikum 3. Memelihara kebersihan dan bertanggung jawab atas keutuhan alat-alat praktikum

D. Penilaian

1. Nilai praktikum ditentutan dari nilai Tugas Pendahuluan, Tes Awal, Aktivitas, dan Laporan 2. Nilai akhir praktikum dihitung dari rata-rata nilai praktikum.

E.

Pr aktikum Susulan dan Ulangan

1. Secara umum tidak diadakan praktikum susulan, kecuali bagi yang berhalangan praktikum karena sakit. Praktikum susulan akan dilaksanakan setelah praktikum reguler berakhir. 2. Praktikum yang tidak dapat dilaksanakan karena hari libur, kegagalan arys listrik PLN dsb.,

Per cobaan 1

Analisi s Ket idakpast i an Pengukur an

dan Metode Gr afik

1.1

Sumber Ketidakpastian

Pada percobaan fisika dasar dan juga pengambilan data pada praktikum maupun penelitian,hasil yang diperoleh biasanya tidak dapat langsung diterima karena harus dipertanggung jawabkankeberhasilan dan kebenarannya. Hal ini disebabkan oleh kemampuan manusia yangterbatas dan ketelitian alat-alat yang dipergunakan mempunyai batas kemampuan tertentu.Dengan kata lain peralatan dan sarana (termasuk waktu) yang tersedia bagi kita membatasitujuan dan hasil yang dapat dicapai. Hasil percobaan baru dapat diterima apabila hargabesaran yang diukur dilengkapi dengan batas-batas penyimpangan dan hasil tersebut, yangdisebut sesatan (ketidakpastian). Jika dari hasil tersebut diketahui penyimpangan terlalu besar,maka bila diperlukan, percobaan harus diulang kembali dengan berbagai cara, misalnyadengan mengulang pengukuran beberapa kali yang lebih teliti atau mengganti alat-alat percobaandengan alat yang lebih baik ketelitiannya. Jadi jelaslah untuk keperluan ini mutlakdiperlukan teori sesaat (ketidakpastian).

Penyebab Ketidakpastian

Ada beberapa faktor yang menyebabkan ketidakpastian, yaitu:

1. Adanya nilai skala terkecil (NST) yang ditimbulkan oleh keterbatasan dari alat ukur. 2. Adanya ketidakpastian bersistem:

a) Kesalahan kalibrasi. b) Kesalahan titik nol. c) Kesalahan pegas.

d) Gesekan pada bagian-bagian alat yang bergerak. e) Paralaks (arah pandang) dalam hal membaca skala. 3. Adanya ketidakpastian acak:

1. Gerak Brown molekul udara. 2. Fluktasi tegangan jaringan listrik. 3. Bising elektronik.

4. Keterbatasan keterampilan pengamat.

Pengukur an Besar an Fisika

1. Pengukuran langsung yaitu hasil pengukuran secara langsung dari alat ukur,

contohnyapengukuran besaran pokok seperti massa, panjang, waktu, suhu dan kuat arus. 2. Pengukuran tidak langsung yaitu pengukuran yang diperoleh dari turunan

pengukuranlangsung, contohnya pengukuran besaran turunan seperti massa jenis, volume, luas,gaya, kecepatan dan lainnya.

1.2

Analisis Ketidakpastian

Pengukur an Tunggal Satu Var iabel

Jika pengukuran suatu besaran hanya dilakukan sekali, maka ketidakpastian diperoleh dari skala terkecil alat ukur

∆ = (1.1)

Pengukur an Ber ulang Satu Var iabel

Untukpengukurandilakukanberulangmakarata-ratanilaipengukurandapatdiperolehsebagai

̅ = ⋯ = ∑ (1.2) Nilai standar deviasi sebesar:

∆ = = ∑ ( ̅ ) (1.3) dengan n adalah banyaknya pengambilan data.

Per ambatan Kesalahan Besar an Tur unan

Banyak besaran-besaran fisika yang tidak dapat diukur secara langsung. Lebih sering kitadapati besaran-besaran itu sebagai fungsi dari besaran-besaran lain yang dapat diukur.Contohnya, jika kita hendak mengukur massa jenis suatu benda padat. Karena alat ukurmengukur massa jenis benda padat ρ secara tidak langsung, maka dapat ditentukan melaluihubungan:

= (1.4)

yang mana m dan V menyatakan massa dan volume benda (keduanya dapat diukur secaralangsung). Karena pengukuran m dan V menghasilkan ketidakpastian∆m dan∆V, maka ρjuga mengandung ketidakpastian∆ρ. Permasalahannya bagaimana hubungan∆m dan∆Vdengan∆ρ? Misalkan besaran fisis Z (yang tidak dapat diukur secara langsung) merupakanfungsi dari besaran X dan Y (yang dapat diukur secara langsung). Secara matematishubungan Z dengan X dan Y dinyatakan sebagai:

( , ) = ( ± ∆ , ± ∆ ) (1.5)

dengan menggunakan deret Taylor di sekitar(X0, Y0) dapat diperoleh:

Ketelitian dan Ketepatan

Suatu percobaan dikatakan memiliki ketelitian tinggi jika kesalahan percobaan(∆X) kecil.Dan suatu percobaan dikatakan memiliki ketepatan tinggi jika kesalahan sistematik percobaan tersebut kecil. Secara matematis ketelitian dan ketepatan suatu percobaan dapat ditulissebagai:

= 1−∆ × 100% (1.7)

= 1− × 100% (1.8)

Percobaan yang baik harus sama-sama memiliki ketelitian dan ketepatan yang tinggi.

1.3

Metode Gr a

fik

Pada umumnya, proses pencarian nilai dari suatu besaran fisika, proses pencarian hubunganantara besaran fisika yang satu dengan yang lain, atau proses pencarian konstanta yang menghubungkanantara besaran fisika yang satu dengan besaran fisika yang lain, dapat dilakukandengan metode grafik. Bentuk grafik yang biasa digunakan dalam metode ini adalah bentuklinear yang diperoleh dari sebuah persamaan linear. Selain regresi linier, dapat juga dilakukandengan pendekatan eksponensial, sinusoidal, parabola, hiperbola, kuadrat, atau polinomialsesuai dengan karakteristik besaran fisika yang akan di ukur.

Berikut ini adalah langkah-langkah yang harus dilakukan dalam eksperimen fisika yangmenggunakan metode grafik dengan pendekatan kuadrat terkecil (linier):

1. Menentukan besaran-besaran yang berperan sebagai variabel bebas (variabel yang nilainyadivariasi) dan besaran-besaran yang berperan sebagai variabel tak bebas (variabelyang nilainya berubah karena adanya variasi dari variabel bebas).

2. Mengubah persamaan fisika yang terkait dengan tema eksperimen ke dalam bentukpersamaan linear sedemikian rupa sehingga hubungan antara variabel bebas (x) danvariabel tak bebasnya(y) membentuk persamaan linier

= + (1.9)

dengan b adalah gradien grafik dan a adalah titik potong grafik terhadap sumbu y.

3. Membuat tabel yang diperlukan untuk mengubah nilai variabel-variabel terkait beserta ketidakpastiannya menjadi variabel-variabel yang siap diplot ke dalam grafik.

4. Membuat grafik.

5. Menganalisa nilai besaran atau konstanta yang akan dicari dari grafik. 6. Membahas dan menyimpulkan hasil yang didapatkan.

= ∑_∑ ∑ ∑

(∑ )

(1.10)

= ∑ _∑ ∑ ∑

(∑ ) (1.11)

Dengan ketidakpastian sebagai berikut

(

∆

) =

( )

∑( )

∑ (∑ ) (1.12) (

∆

) = ∑

( )

∑( )

∑ (∑ )

(1.13)

Per cobaan 2

Dasar Pengukur an

2.1

Tujuan

1. Dapat melakukan pengukuran dengan mistar, jangka sorong, mikrometer sekrup, dan neraca.

2. Dapat membandingkan hasil pengukuran dengan mistar, jangka sorong dan milimeter sekrup.

3. Dapat menganalisis ketidakpastian pengukuran pada masing-masing alat ukur yang digunakan.

4. Dapat menghitung massa jenis benda.

2.2

Dasar Teor i

Fisika adalah sebuah ilmu yang mempelajari gejala yang terjadi di alam dari skala atomikyang sangat kecil sampai dengan skala yang sangat besar yaitu alam semesta. Gejala-gejalatersebut dinamakan sebagai besaran fisis. Pengukuran besaran fisis dapat dilakukan denganberbagai alat ukur yang sesuai. Di dalam fisika kita mengenal besaran pokok dan besaranturunan. Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulusedangkan besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok.Dalam praktikum ini, kita akan mempelajari bagaimana cara mengukur besaran pokok danbesaran turunan dengan berbagai alat ukur yang sesuai. Sebagai contoh sebuah benda denganbentuk sembarang, apabila volume(V) dan massa(m) benda tersebut diketahui maka massajenis benda dinyatakan dengan

= (2.1)

Dengandemikian, berdasarkanperumusandiataskitadapatmenentukanmassajenisbeberapabenda. Data massa jenis beberapa zat bisa dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Massa Jenis beberapa zat

Zat Cair Zat Padat Zat Gas

Nama Zat (kg/m3) Nama Zat (kg/m3) Nama Zat (kg/m3) Aluminium 2.70x103 Air (4 0C) 1.00 x103 Udara 1.293 Besi dan Baja 7.80 x103 Air Laut 1.03 x103 Helium 0.1786 Emas 19.3 x103 Darah 1.06 x103 Hidrogen 0.08994 Kayu (0.3-0.9) x103 Bensin 0.68 x103 Uap Air (1000C) 0.6 Gelas (2.4-2.8) x103 Air Raksa 13.6 x103

Timah 11.3 x103 Perak 10.5 x103

2.3

Metode Per cobaan

2.3.1

Alat dan Bahan

1. Mistar 1 buah 2. Jangka sorong 1 buah 3. Mikrometer sekrup 1 buah 4. Neraca 1 buah 5. Benda 5 buah

2.3.1

Pr osedur Per cobaan

Pengukur an Dimensi Panjang

1. Ukurlah panjang, diameter benda yang disediakan dengan alat ukur mistar, jangka sorong, mikrometer dan ulang minimal 10 kali.

2. Bandingkan hasil ukur masing-masing alat dan cari masing-masing ketidakpastiannya.

Pengukur an Massa Jenis Benda

1. Timbang massa beberapa benda (minimal 10 kali pengukuran) dengan menggunakan neraca. Catat pula berapa ketidakpastian dari pengukuran tersebut.

2. Ukur dimensi dari benda tersebut (minimal 10 kali pengukuran) dengan jangka sorong dan milimeter sekrup kemudian hitunglah berapa volumenya. Catat pula berapa ketidakpastian dari pengukuran.

3. Tentukan massa jenis beserta ketidakpastiannya dengan perumusan pada Persamaan (2.1). 4. Ulangi percobaan dengan benda yang lain.

2.4

Tugas Pendahuluan

1. Tentukan persamaan massa jenis benda dan rambatan ketidakpastiannya untuk benda 2. berbentuk bola, silinder, kubus dan balok?

3. Bagaimana cara mengukur massa jenis zat cair dan gas?

4. Jelaskan cara penggunaan jangka sorong dan millimeter sekrup!

2.5

Tugas Akhir

1. Tentukan massa jenis tiap benda beserta ketidakpastiannya!

Per cobaan 3

Ger ak Tr anslasi dan Rot asi

3.1

Tujuan

1. Mempelajari hukum Newton II pada kereta dinamika dan pesawat Atwood. 2. Mencari koefisien gesekan kinetis antara kereta dinamika dan landasan. 3. Menentukan momen inersia katrol pesawat Atwood.

3.2

Dasar Teor i

Hukum II Newton menyatakan: “Jika resultan gaya yang bekerja pada benda tidak samadengan nol maka akan timbul percepatan pada benda yang besarnya sebanding dengan besarresultan gaya yang bekerja pada benda, dan berbanding terbalik dengan massa kelembamannya”. Secara matematis dapat dituliskan sebagai:

= ∑ (3.1) Anda dapat mempelajari hukum tersebut di atas pada percobaan kereta dinamika maupunpada percobaan pesawat Atwood. Percobaan kereta dinamika dapat dijelaskan sebagai berikut

Gambar 3.1: Percobaan kereta dinamika.

Bila massa silinder M1 dan beban tambahan(M1+m) lebih besar daripada massa silinderM2, maka

silinderM1 dan beban tambahanm akan bergerak dipercepat ke bawah sedangkansilinderM2,

akanbergerakkeatasdenganpercepatanyangsamabesarnya. Halituakanmembuat katrol bersumbu tetap yang menghubungkan keduanya berotasi pada sumbu tetapnya.Pada tiap silinder berlaku hukum II Newton:

∑ = ∑ (3.2)

Sedangkan untuk katrol berlaku

∑ = (3.3)

Dengan menjabarkan Persamaan (3.2) dan (3.3) di atas, kita dapat menurunkan persamaan untuk menghitung percepatan silinder, yaitu:

= ( ) . (3.4)

3.3

Metode Per cobaan

3.3.1

Alat dan Bahan

Ker eta Dinamika

1. Kereta dinamika 1 buah 2. Beban tambahan dengan pengait 1set 3. Landasan rel kereta dengan variabel kemiringan 1 buah 4. Ticker timer (6 volt AC,50−60 Hz, celah pita 1 cm) 1 buah 5. Power supply 1 buah 6. Pita kertas (1×80 cm) 20 lembar 7. Kertas karbon Secukupnya

Pesawat Atwood

1. Katrol (tebal 5 mm, diameter 12 cm) 1 buah 2. Batang tegak (batang berskala cm, skala terkecil 1 cm) 1 buah 3. Klem pemegang (1 klem memiliki pengatur panjang) 1 buah 4. Silinder materi 2 buah 5. Klem pembatas berlubang 1 buah 6. Klem pembatas tak berlubang 1 buah 7. Pemegang/pelepas silinder 1 buah 8. Beban tambahan 2 buah 9. Stop watch 1 buah

3.3.2

Pr osedur Per cobaan

Ker eta Dinamika

1. Susun alat-alat seperti pada Gambar 3.1. Untuk menghidupkan ticker timer gunakanpower supply dengan beda potensial 3 volt AC (maksimum 6 Volt AC).

2. Atur kemiringan landasan rel. Pasang pita kertas pada penjepit pita di posisi belakang kereta dinamika. Pegang kereta dinamika pada posisi teratas. Lepaskan kereta dinamika bersamaan dengan menghidupkan ticker timer. Tangkap kereta dinamika pada saat pendorong-pegas kereta tepat menyentuh pembatas rel, jaga dengan hati-hati (jangan sampai kereta terjatuh) dan segara matikan ticker timer dengan memutus saklar penghubung. Amati jejak ketikan ticker timer pada pita kertas, bila baik tandailah pita dengan mencatat kemiringan dan massa beban pada pita lalu lakukan langkah berikutnya.

3. Ulangi langkah 2 (untuk kemiringan yang sama) dengan beban yang berbeda-beda (ambil minimal 10 data untuk beban yang berbeda).

4. Lakukan langkah 2 sampai 3 dengan kemiringan yang berbeda-beda (untuk beban yang tetap). Ambil minimal 10 data untuk kemiringan yang berbeda.

5. Ukur dan catatlah massa kereta dinamika dan massa beban tambahan dari setiap data yang diambil.

Pesawat Atwood

Per tama: Menentukan Momen Iner sia Katr ol

1. Ukur dan catat massa silinder M1, M2, beban tambahan m1 dan m2, serta massa katrol dan

jari-jari katrol (R).

2. Atur sistem seperti Gambar 3.2. Tetapkan skala nol pesawat sebagai titik A dan tentukan letak pembatas berlubang sebagai titik B, dan catat jarak AB itu.

3. Tambahkan m1 pada M1 dan atur agar posisi awal m1 tepat di A.

4. Lepaskan pemegang M2 bersamaan dengan menghidupkan stopwatch. Catat waktu yang

5. Gantilah beban tambahan dengan m2 lalu lakukan langkah ke-3 dan ke-4.

6. Lakukan langkah1−5 sebanyak lima kali dengan jarak AB yang berbeda-beda. 7. Berdasarkan data yang anda dapatkan, buatlah grafik SAB= f(t

2 AB).

Kedua: Mempelajar i perilaku hukum I I Newton

1. Letakkan pembatas C di bawah titik B. Atur jarak AB 80 cm dan jarak BC min 20 cm. (ket: angka-angka ini hanya untuk memudahkan).

2. Tambahkan m1 dan m2 pada M1 lalu atur agar posisi awal tepat di A, lepaskan pemegang M2

sehingga dapat bergerak naik, M1 turun melewati B hingga ke C, sedangkan m1 tertahan di

B. Ukur dan catat waktu yang diperlukan untuk bergerak dari A ke B (tAB) dan dari B ke C

(tBC).

3. Lakukan langkah 8 dan 9 hingga lima kali dengan jarak AC tetap sedangkan jarak AB dan jarak BC berbeda-beda melalui perubahan posisi B.

4. Berdasarkan data yang diperoleh buatlah grafik SAB = f(tAB) dan grafik SBC = f(tBC).

3.4

Tugas Pendahuluan

Eksper imen Ker eta Dinamika

1. Berdasarkan Gambar 3.1, gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada kereta dinamika!

2. Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja, tuliskan persamaan gerak kereta dinamika jika terdapat gaya gesekan dan tanpa gaya gesekan!

3. Berdasarkan prosedur eksperimen kereta dinamika, bagaimanakah anda dapat mengetahui kesebandingan antara F∼m, dan F∼a?

4. Bagaimanakah prediksi anda tentang grafik F = f(m) untuk a konstan, dan grafik untuk m konstan?

5. Dalam eksperimen ini dapatkah anda mengetahui besar gaya gesekan antara kereta dinamika dan papan landasan? Berikan argumentasi anda!

6. Jelaskan bagaimana cara mengolah data hasil percobaan kereta dinamika dalam menjelaskan keberlakuan hukum II Newton dalam percobaan ini!

Eksper imen Pesawat Atwood

1. Gambarkan gaya-gaya yang bekerja pada silinderM1,M2, dan katrol dalam percobaan Atwood!

2. Turunkan persamaan percepatan silinder M1 dan M2 pada percobaan Atwood bila momen inersia katrol diabaikan!

3. Turunkan persamaan percepatan silinderM1,M2 pada percobaan Atwood bila momen inersia katrol tidak diabaikan!

5. Dengan memahami prosedur, ramalkan perilaku gerak benda pada percobaan kedua pesawat Atwood pada jarak AB dan BC, dan bagaimana anda mengkaitkan hukum Newton II dengan fenomena ini!

3.5

Tugas Akhir

Eksper imen Ker eta Dinamika

1. Dengan menganggap frekuensi PLN 50 Hz (konstan), ubahlah data pita ticker timer dalam tabel yang mengandung variable S waktu untuk lima ketukan, dan kecepatan rata-rata untuk lima ketukan! (potongan pita ditempel pada laporan)

2. Melalui tabel pada langkah 1, buatlah grafik v = f(t) untuk setiap percobaan. Tentukan percepatan sistem dari masing-masing percobaan berdasarkan grafik yang anda buat itu! 3. Berdasarkan grafik pada langkah 2, buatlah grafik F = f(m) untuk kemiringan yang konstan,

dan grafik F = f(a) untuk massa yang konstan!

4. Bagaimanakah kecenderungan hasil langkah 3? Apakah sesuai dengan hukum II Newton? Berikan penjelasan!

5. Dari data yang anda peroleh untuk kasusm konstan (berubah), buatlah grafik gaya gesekanterhadap gaya normal!Berdasarkan grafik ini tentukanlah nilai koefisien gesekan kinetis antara kereta dinamika dan landasan!

Eksper imen Pesawat Atwood

1. Dari tabel data percobaan Atwood, buatlah grafik SAB terhadap t 2

AB ketika M 1

bergerak dari A keB dengan beban tambahan m1+m2, lalu hitung percepatannya berdasarkan grafik itu!

2. Melalui percepatan yang diperoleh pada langkah 1, tentukan harga momen inersia katroldan apakah hasilnya sama bila anda menggunakan = ? Berikan argumentasi anda! 3. Buatlah grafik SAB terhadap tAB, dan grafik SBC terhadap tBC (untuk beban tambahanm1+m2)!

Per cobaan 4

Bandul Matemat is

4.1

Tujuan

1. Mengamati gerak osilasi bandul matematis. 2. Menentukan periode bandul matematis. 3. Menentukan nilai pecepatan gravitasi bumi.

4.2

Dasar Teor i

Bandul matematis adalah suatu titik benda digantungkan pada suatu titk tetap dengan tali.Jika

ayunan menyimpang sebesar sudut θ terhadap garis vertikal maka gaya yang mengembalikan:

= − sin (4.1)

untuk nilaiθ yang kecil (dalam radian), sin ≈ = nilaiyang mana s adalah busur lintasanbola dan l merupakan panjang tali sehingga

= − (4.2)

Apabila tidak ada puntiran maupun gesekan, persamaan gayanya diberikan oleh

= − (4.3) Persamaan ini adalah persamaan getaran selaras dengan periode T sebesar:

= 2 (4.4)

dengan g adalah percepatan gravitasi.

Harga l dan T dapat diukur pada pelaksanaan percobaan dengan bola logam yang cukupberat digantungkan dengan kwat yang sangat ringan. Menentukan g dengan cara ini cukupteliti jika terpenuhi syarat-syarat sebagai berikut:

1. Tali lebih ringan dibandingkan bolanya.

2. Simpangan harus lebih kecil (sudut θ lebih kecil dari 15◦).

3. Gesekan dengan udara harus sangat kecil sehingga dapat diabaikan. 4. Gaya puntiran (torsi) tidak ada (kawat penggantung tidak boleh terpuntir).

4.3

Metode Per cobaan

4.3.1

Alat dan Bahan

1. Bola bandul 2 buah 2. Batang dan dudukan statif 1 buah 3. Bosshead universal 1 buah 4. Pasak penumpu 1 buah 5. Benang secukupnya 6. Stopwatch 1 buah 7. Mistar 1 buah

4.3.2

Pr osedur Per cobaan

1. Simpangkan bandul kurang dari15◦, lalu lepaskan sehingga bandul berosilasi. 2. Hitung periode bandul untuk 20 kali osilasi.

3. Ulangi langkah di atas dengan varisai panjang tali bandul matematis (minimal 10 variasi panjang tali).

4. Dari data di atas, tentukan nilai tetapan percepatan gravitasi bumi dengan metode grafik dan cari ketidakpastiannya.

4.4

Tugas Pendahuluan

1. Apakah yang dimaksud dengan osilasi? Jelaskan!

2. Apakah yang dimaksud dengan periode dan frekuensi? Jelaskan! 3. Buktikan Persamaan (4.4)!

4. Faktor apa sajakah yang mempengaruhi besar periode bandul matematis? Apakah massa bandul berpengaruh?

4.5

Tugas Akhir

1. Buatlah grafik hubungan antara T2 dan l!

2. Dari grafik T2 dan l, tentukan percepatan gravitasi!

3. Bandingkan hasil yang diperoleh melalui percobaan dengan literatur! 4. Cari ketepatan dan ketelitian dari percobaan tersebut!

Per cobaan 5

Koe

fisien Gesekan

5.1

Tujuan

Menentukan besar koefisien gesekan benda.

5.2

Dasar Teor i

Coba anda lakukan kegiatan berikut. Doronglah meja yang terletak di atas lantai datar denganarah dorongan sejajar meja. Ketika anda melakukannya, apakah meja langsung bergerak?Ketika meja sudah bergerak, apakah anda merasakan gaya dorong yang anda berikan menjadilebih kecil (terasa ringan)? Selanjutnya, pada saat meja bergerak, apa yang terjadi ketikadorongan pada meja anda lepaskan?

Contoh sederhana tersebut memberikan gambaran bahwa untuk menggerakkan benda darikeadaan diam diperlukan gaya minimum. Ketika gaya yang anda berikan pada meja lebih kecildaripada suatu nilai, meja akan tetap diam. Akan tetapi, ketika gaya yang anda kerahkandiperbesar, suatu saat meja tersebut dapat bergerak. Selain itu, anda juga akan mendapatkanbahwa ketika gaya dorong anda pada meja dilepaskan, meja akan segera berhenti. Mengapa dapat terjadi demikian? Pertanyaan tersebut dapat anda terangkan dengan menggunakanhukum-hukum Newton tentang gerak. Untuk itu, perhatikan Gambar 5.1.

Gambar 5.1: Gaya gesekan timbul berlawanan arah gerak benda.

Misalkan, gaya yang anda kerahkan pada meja besarnyaF dengan arah sejajar lantai. Jikameja tetap dalam keadaan diam, sesuai dengan Hukum Pertama Newton, berarti resultangaya pada meja sama dengan nol. Hal Ini menunjukkan bahwa ada gaya lain yang besarnyasama dan berlawanan arah dengan gayaF yang anda berikan. Gaya ini tidak lain adalahgaya gesekan yang terjadi antara meja dan lantai. Gaya gesekan pulalah yang menyebabkanmeja menjadi berhenti sesaat setelah anda melepaskan gaya dorong anda terhadap meja yangsudah bergerak.

Hubungan antara gaya gesekanfges dan gayaF yang sejajar bidang pada sebuah bendaditunjukkan

pada Gambar 5.2. Grafik tersebut memperlihatkan bahwa saat benda belumdiberi gaya atauF =0, gaya gesekan belum bekerja ataufges=0. Ketika besar gayaFdinaikkan secara perlahan-lahan, benda

gesekan selalu sama dengan gaya yang diberikanatau secara matematisfges=F. Gaya gesekan yang

bekerja saat benda dalam keadaan diamdisebut gaya gesekan statis.

Gambar 5.2: Grafik hubungan antara gaya normal dan gaya gesekan.

Pada keadaan benda tepat akan bergerak, besar gaya F tepat sama dengan gaya gesekanstatis maksimum. Besar gaya gesekan statis maksimum sebanding dengan gaya normal antarabenda dan bidang. Konstanta kesebandingan antara besar gaya gesekan statis maksimum dangaya normal disebut koefisien gesekan statis. Dengan demikian, secara matematis besar gayagesekan statis maksimum memenuhi persamaan

, = (5.1)

yang mana µs adalah koefisien gesek statis dan N adalah gaya normal.

Perhatikan bahwa Persamaan (5.1) hanya berlaku ketika benda tepat akan bergerak. Persamaanini juga menunjukkan bahwa selama gaya F yang diberikan pada benda lebih kecildaripada atau sama dengan gaya gesekan statis( ≤ , ), benda tetap dalam keadaandiam. Pada keadaan ini

berlaku

, ≤ (5.2)

Selanjutnya, ketika gaya F yang diberikan lebih besar daripada besar gaya gesekan statismaksimum,( > , ), benda akan bergerak. Pada keadaan bergerak ini, gaya gesekan

yang bekerja disebut gaya gesekan kinetik. Gaya gesekan ini besarnya konstan dan memenuhipersamaan

= = (5.3)

yang mana µk merupakan koefisien gesek kinetik.

Persamaan (5.3) juga memperlihatkan bahwa gaya gesekan kinetik besarnya lebih kecildaripada gaya gesekan statis maksimum. Hal ini menunjukkan bahwa koefisien gesekan kinetikselalu lebih kecil daripada koefisien gesekan statis µk≤ µs. Itulah sebabnya mengapaanda perlu mengerahkan

pada sifat alamiah kedua benda yang bergesekan,di antaranya kering atau basahnya dan kasar atau halusnya permukaan benda yangbergesekan.

Tabel 5.1: Koefisien gesek beberapa benda.

µs µk

Besi dengan besi 0.74 0.57 Aluminium dengan besi 0.61 0.47 Tembaga dengan besi 0.53 0.36 Karet pada beton 1.0 0.8 Kayu dengan kayu 0.25-0.5 0.2 Kaca dengan kaca 0.94 0.4 Kayu dengan salju basah 0.14 0.1 Kayu dengan salju kering - 0.04 Logam dengan logam 0.15 0.06 Es dengan es 0.1 0.03 Teflon dengan teflon 0.04 0.04 Sendi sinovial pada manusia 0.01 0.003

Gambar 5.3: Analisis gaya yang bekerja pada benda pada bidang miring.

Hasil analisa dari gaya-gaya yang bekerja pada benda yang berada pada bidang miringseperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.3, menunjukkan bahwa besarnya koefisien gesekantara bidang dan benda sebagai

= t an (5.4)

yang mana θc adalah sudut pada saat benda tepat akan bergerak.

5.3

Metode Per cobaan

5.3.1

Alat dan Bahan

5.3.2

Pr osedur Per cobaan

1. Letakkan balok dengan bagian sisi kasar menyentuh bidang miring seperti Gambar 5.3. 2. Perbesarlah sudut bidang miring, ketika balok tepat akan bergerak catatlah sudut yang

terlihat pada penggaris busur. Catat waktu yang ditempuh balok untuk meluncur sampai batas akhir.

3. Ulangi langkah1−2 sampai 10 kali.

4. Ulangi langkah1−3 untuk bagian sisi balok yang halus menyentuh bidang miring.

5.4

Tugas Pendahuluan

1. Buktikan Persamaan (5.3) dan (5.4)!

2. Faktor apakah yang mempengaruhi besar koefisien gesekan suatu benda? Jelaskan! 3. Mengapa besar koefisien gesek statik lebih besar dari koefisien gesek kinetik? Jelaskan!

5.5

Tugas Akhir

1. Tentukan besar koefisien gesekan dari Persamaan (5.4)! 2. Tentukan besar koefisien gesek kinetis!

3. Bandingkan koefisien gesekan antara permukaan yang kasar dan halus balok tersebut! 4. Tentukan percepatan benda meluncur (a)!

Per cobaan 6

Koe

fisien Restitusi dan Ayunan

Balist ik

6.1

Tujuan

1. Memahami konsep momentum dan tumbukan.

2. Memahami hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi mekanik. 3. Menentukan koefisien restitusi dari beberapa benda.

4. Menentukan kecepatan peluru dengan ayunan balistik.

6.2

Dasar Teor i

Padaperistiwatumbukanantaraduabendayangmasing-masingmassanyam1 danm2 dengan

keceptan sebelum tumbukanv1 danv2 sedangkan kecepatan setelah tumbukanv’1 dan v’2 sertatidak

dipengaruhi gaya eksternal, berlaku hukum kekekalan momentum linier:

+ = + (6.1) Jika pada tumbukan tidak ada panas yang dihasilkan, maka energi kinetiknya juga kekal.Tumbukan seperti ini dinamakan tumbukan lenting sempuna. Sedangkan jika energikinetiknya tidak kekal dinamakan tumbukan tidak lenting. Apabila setelah tumbukan keduabenda kemudian menyatu dinamakan tumbukan tidak lenting sama sekali. Secara umum padaperistiwa tumbukan berlaku persamaan:

−( − ) = ( − ) (6.2) dengan e merupakan koefisien restitusi yang memiliki nilai:

=

1 0 < < 1 0

`

Koefisien Restitusi Benda Jatuh

Sesuai hukum kekekalan momentum maka diperoleh koefisien restitusi dari benda yang jatuhtersebut adalah

= (6.3)

yang mana h’ adalah ketinggian bola setelah memantul sedangkan h adalah ketinggian saatbola dijatuhkan.

Gambar 6.1: Gerak bola yang dijatuhkan

Ayunan Balistik

Ayunan balistik adalah sistem yang diaplikasikan untuk menentukan besar kecepatan peluruberdasarkan konsep hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan momentum. Kecepatanpeluru ketika ditembakan berdasarkan hukum kekekalan momentum dan energi adalah

= 2 ℎ (6.4)

dengan ℎ= ( 1− )(Gambar 6.3), sehingga Persamaan (6.4) menjadi:

= 2 ( 1− ) (6.5)

Gambar 6.2: Ayunan balistik

6.3

Metode Per cobaan

6.3.1

Alat dan Bahan

1. Bola dari bahan yang berbeda secukupnya 2. Meteran 1 buah 3. Pistol mainan 1 buah 4. Statif 1 buah 5. Benang secukupnya 6. Balok 1 buah 7. Neraca analitik 1 buah 8. Penggaris busur 1 buah

6.3.2

Pr osedur Per cobaan

Koefisien Restitusi Benda Jatuh

1. Menjatuhkan bola dari ketinggian tertentu (h) kemudian mengamati tinggi pantulan 2. bola tersebut(h’).

3. Mengulangi langkah 1 dengan ketinggian(h) berbeda, sampai mendapat 10 data. 4. Mengulangi langkah 1 sampai 2 dengan menggunakan bola lainnya.

Ayunan Balistik

1. Menyusun alat dan bahan yang diperlukan menjadi seperti Gambar 6.4.

Gambar 6.4: Set up alat ayunan balistik 2. Mengukur panjang benang yang menggantungkan benda. 3. Mengukur massa balok dan massa peluru yang akan digunakan.

4. Dengan menggunakan pistol, menembak benda (lilin yang digantung) dari satu sisi.(Gambar 6.4)

5. Mencatat sudut yang dibuat benang dari gerakan benda saat ditembakkan peluru bilakondisi peluru yang ditembakkan bertumbukan dan menempel pada benda (Gambar6.4).

6.4

Tugas Pendahuluan

1. Buktikan Persamaan (6.3), (6.4) dan (6.5)!

2. Apa yang dimaksud dengan momentum dan impuls?

3. Apa yang dimaksud dengan kekekalan momentum dan kekekalan energi? 4. Sebutkan contoh jenis tumbukan lenting, tidak lenting dan lenting sebagian!

5. Mengapa memukul batu terasa lebih sakit dibandingkan memukul bantal? Jelaskan!

6.5

Tugas Akhir

1. Buatlah grafik h’ danh, kemudian tentukan besar koefisien restitusinya! 2. Bandingkan hasil koefisien restitusi dari grafik dan dari pengukuran langsung!

3. Tentukan besar kecepatan peluru sesuai Persamaan (6.5)!Tentukan pula ketidakpastiannya! 4. Tentukan besar ketelitian tiap percobaan!

Per cobaan 7

Momen Iner sia Bat ang Silinder

7.1

Tujuan

Menentukan momen inersia batang silinder.

7.2

Dasar Teor i

Benda dengan massam dan momen inersiaI digantungkan oleh tali paralel akan memberikangaya tegang tali masing-masing sebesar = . Sistem ini diputar dengan sudut kecil θterhadap sumbu pusat batang, sehingga tali akan terinklinasi sebesar (dihitung dari sumbu vertikal). Karena kedua sudut itu (θ dan ) kecil, maka berlaku:

= (7.1)

dengan l dan d masing-masing adalah panjang tali dan jarak antar tali.

Gambar 7.1: Momen inersia batang silinder.

Besar komponen gaya tegang tali yang menyebabkan gaya pulih di titik Q’ dan R’ adalah:

sin = = (7.2)

Kedua komponen gaya tegang tali ini akan menyebabkan torsi pada titik pusat batang sebesar

− , sehingga batang itu berosilasi mengikuti persamaan:

̈ = ̈+ = 0 (7.3) dengan frekuensi sudut sebesar:

= (7.4)

atau periode sebesar:

7.3

Metode Per cobaan

7.3.1

Alat dan Bahan

1. Statip 2 buah 2. Bosshead 2 buah 3. Batang statip 50 cm 1 buah 4. Batang silinder 25 cm 1 buah 5. Mistar 1 buah 6. Stopwatch 1 buah 7. Benang 1 buah

7.3.2

Pr osedur Per cobaan

1. Ambil panjang tali l=50 cm lalu ikatkan pada batang silinder . 2. Atur jarak QR(d) maksimal = 36 cm.

3. Gantungkan batang silinder pada statif.

4. Simpangkan batang silinder dengan sudut kecil.

5. Catat waktu yang diperlukan batang silinder saat 10 kali osilasi. 6. Lakukan langkah 5 dan 6 dengan 5 (lima) nilai d yang berbeda-beda.

7. Lakukan seperti pada langkah 1−6 dengan mengambil nilai d tetap namun nilai l divariasi sebanyak 5 kali.

Gambar 7.2: Set up alat percobaan momen inersia batang silinder

7.4

Tugas Pendahuluan

1. Apa yang dimaksud dengan momen inersia benda?

2. Turunkan secara teoritis momen inersia dari bola pejal, bola berongga, dan batang silinder pejal panjang!

7.5

Tugas Akhir

1. Dari data eksperimen buat tabel perioda sebagai fungsi d kemudian gambar grafiknya.Tentukan nilai momen inersia silinder!

2. Dari data eksperimen buat tabel perioda sebagai fungsi l kemudian gambar grafiknya.Tentukan nilai momen inersia silinder!

Per cobaan 8

Momen Iner sia Benda (Bola dan

Silinder )

8.1

Tujuan

1. Mempelajari gerak rotasi suatu benda.

2. Menentukan besarnya momen inersia suatu benda.

8.2

Dasar Teor i

Sebuah benda yang berotasi pada sumbunya, cenderung untuk terus berotasi pada sumbutersebut selama tidak ada gaya luar (momen gaya) yang bekerja padanya. Ukuran yangmenentukan kelembaman benda terhadap gerak rotasi dinamakan momen inersia(I). Momeninersia suatu benda bergantung pada massa benda dan jarak massa benda tersebut terhadapsumbu rotasi. Jika benda berupa partikel atau titik bermassa m berotasi mengelilingi sumbuputar yang berjarak r, momen inersia partikel itu dinyatakan dengan persamaan

= (8.1)

dari Persamaan (8.1) tersebut, terlihat bahwa momen inersia suatu partikel berbanding lurusdengan massa partikel dan kuadrat jarak partikel tersebut terhadap sumbu rotasinya.Dengan demikian, semakin jauh jarak poros benda (sumbu rotasinya), besar momen inersiabenda tersebut akan semakin besar. Prinsip ini banyak digunakan dalam atraksi sirkus,misalnya atraksi berjalan pada seutas tali. Dalam atraksi tersebut, pemain akrobat membawasepotong kayu panjang yang akan memperbesar momen inersianya sehingga ia dapatmenyeimbangkan badannya saat berjalan pada tali tersebut. Apabila terdapat banyak partikeldengan massanya masing-masing m1, m2, dan m3,

serta memiliki jarak masing-masingr1, r2, dan r3 terhadap poros (sumbu rotasi), momen inersia total

partikel tersebut adalahpenjumlahan momen inersia setiap partikelnya. Secara matematis, dituliskan sebagai berikut.

= ∑ = + + (8.2)

Benda tegar adalah suatu benda yang memiliki satu kesatuan massa yang kontinu (tidakterpisahkan antara satu sama lain) dan bentuknya teratur. Pada benda tegar, massa bendaterkonsentrasi pada pusat massanya dan tersebar pada jarak yang sama dari titik pusat massabenda. Oleh karena itu, momen inersia benda tegar dapat dihitung menggunakan teknikintegral dengan persamaan

Momen inersia berbagai bentuk benda tegar berdasarkan sumbu rotasinya dituliskan padaGambar 8.1 berikut.

Gambar 8.1: Momen insersia berbagai bentuk benda tegar.

Ger ak Bola Menggelinding

Ketika sedang menggelinding, benda memiliki energi kinetik yang terbagi atas dua jenis, yaitu energi kinetik translasi dan energi kinetik rotasi. Anda telah mengetahui pada benda yangbergerak translasi, energi kinetiknya adalah energi kinetik translasi, yaitu

= (8.4)

sedangkan pada benda yang berotasi murni, energi kinetiknya adalah energi kinetik rotasi,yaitu

= (8.5)

Pada benda yang menggelinding, gerak benda merupakan perpaduan antara gerak translasi dan gerak rotasi. Oleh karena itu, energi kinetik yang dimiliki benda adalah energi kinetiktotal, yaitu

= +

= + (8.6)

Jika resultan momen gaya luar yang bekerja pada benda sama dengan nol (tidak ada momengaya luar yang bekerja pada benda), pada gerak rotasi tersebut berlaku hukum kekekalanenergi mekanik, yang dituliskan sebagai berikut.

Sebuah benda pejal bermassa M, jari-jari R, dan momen inersia = (k adalah sebuah konstanta momen inersia benda) menggelinding menuruni bidang miring setinggi h,seperti tampak pada Gambar 8.2, maka berlaku:

= (8.8)

yang mana v adalah kecepatan benda sesaat di dasar bidang miring.

Gambar 8.2: Bola menggelinding pada bidang miring.

8.3

Metode Per cobaan

8.3.1

Alat dan Bahan

1. Papan bidang miring 1 buah 2. Penggaris 1 buah 3. Stopwatch 1 buah 4. Timbangan 1 buah 5. Bola pejal 1 buah 6. Bola berongga 1 buah 7. Silinder pejal 1 buah 8. Silinder berongga 1 buah

8.3.2

Pr osedur Per cobaan

1. Ukurlah dan catatlah massa dan diameter bola pejal.

2. Pasanglah papan bidang miring dengan kemiringan kecil, ukur ketinggianh dan jarak bidang miring s.

3. Jatuhkan secara perlahan bola pejal (tanpa kecepatan awal) dari ketinggianh pada bidang miring, catat waktu yang ditempuh.

4. Ulangi langkah2−3 untuk jarak miring s sebanyak 10 ulangan.

5. Ulangi langkah1−4 untuk benda berupa bola berongga, silinder pejal dan silinder berongga.

8.4

Tugas Pendahuluan

1. Jika bola berongga, bola pejal, silinder pejal, dan silinder berongga dijatuhkan dari bidang miring tanpa kecepatan awal, urutkan benda tersebut yang terlebih dahulu sampai ke dasar bidang.

3. Turunkan secara teoritis momen inersia dari bola pejal, bola berongga, silinder pejal dan silinder berongga!

4. Apa perbedaan kecepatan sesaat dan keceptan rata-rata?

8.5

Tugas Akhir

1. Tentukan besarnya kecepatan rata-rata benda dan kecepatan sesaat di dasar bidang miring. 2. Gunakan Persamaan (8.8) untuk menentukan koefisien momen inersia bola pejal tersebut. 3. Tentukan koefisien momen inersia dan besarnya momen inersia dari benda-benda yang

diuji dalam percobaan!

Per cobaan 9

Osilator Har monik

9.1

Tujuan

1. Menentukan besar konstanta pegas dari gerak osilasi harmonik sederhana. 2. Menentukan percepatan gravitasi dari hukum Hooke.

9.2

Dasar Teor i

Setiap sistem yang memenuhi hukum Hooke akan bergetar dengan cara yang unik dan sederhana yang disebut dengan gerak harmonik sederhana. Setiap sistem yang melengkung terpuntir atau mengalami perubahan bentuk yang elastis dikatakan memenuhi hukum Hooke. Besar gaya pemulihF ternyata berbanding lurus dengan negatif simpanganx dari pegas yang direntangkan atau ditekan dari posisi setimbang (posisi setimbang ketika x = 0). Secara matematis ditulis:

= − ∆ (9.1)

yang mana k merupakan konstanta pegas dan∆x adalah perubahan panjang pegas.

Gambar 9.1: Pegas yang diberi beban.

Jika pegas disusun vertikal dengan beban maka gaya pada pegas berasal dari berat beban, sehinggajikadiketahuibesartetapanpegas, kitadapatmenentukanbesarpercepatangravitasi sebagai

=

−

∆ (9.2)

Ketika pegas yang telah diberi beban tersebut diberi simpangan awal dan dilepaskan maka akan terjadi gerak harmonik sederhana, berdasarkan hukum Newton II dan hukum Hooke diperoleh periode osilasi T sebagai

= 2 (9.3)

9.3

Metode Per cobaan

9.3.1

Alat dan Bahan

1. Pegas 2 buah 2. Neraca analitik 1 buah 3. Statif dan dudukan 1 buah 4. Bosshead 1 buah 5. Klem 1 buah 6. Beban dengan penggantung 1 set 7. Stopwatch 1 buah 8. Mistar 1 buah

9.3.2

Pr osedur Per cobaan

Gambar 9.3: Set up alat percobaan osilator harmonik 1. Siapkan alat-alat yang digunakan.

2. Tentukan massa beban.

3. Letakkan pegas pada statip seperti Gambar 9.3. 4. Ukur panjang pegas dalam keadaan tanpa beban. 5. Ukur panjang pegas setelah dibebani dengan beban.

6. Tarik beban ke bawah kemudian lepaskan, supaya pegas dapat berosilasi. 7. Catat waktu yang diperlukan untuk melakukan beberapa kali osilasi.

8. Ulangi cara kerja untuk 10 massa beban yang berbeda dan pegas yang berbeda.

9.4

Tugas Pendahuluan

1. Jelaskan apa yang dimaksud getaran(osilasi), gelombang, frekuensi, dan periode? 2. Buktikan Persamaan (9.3)!

3. Jelaskan hukum Hooke!

9.5

Tugas Akhir

1. Buatlah grafik hubungan antara T2_{dan m!}

2. Dari grafik T2_{dan m, tentukan konstanta pegas !}

Per cobaan 10

Resonansi Bunyi

10.1

Tujuan

1. Memahami peristiwa resonansi gelombang bunyi.

2. Menentukan kecepatan rambat gelombang bunyi di udara.

10.2

Dasar Teor i

Pada hakekatnya gelombang menjalar adalah suatu penjalaran gangguan, energi atas ataumomentum. Perambatan gelombang ada yang memerlukan medium, seperti gelombang talimelalui tali dan ada pula yang tidak memerlukan medium, seperti gelombang elektromagnet dapat merambat dalam vakum. Perambatan gelombang dalam medium tidak diikuti olehperambatan media, tapi partikel-partikel mediumnya akan bergetar. Perumusan matematikasuatu gelombang dapat diturunkan dengan peninjauan penjalaran suatu pulsa. Dilihat dariketentuan pengulangan bentuk, gelombang dibagi atas gelombang periodik dan gelombangnon periodik.

Jika dua buah gelombang merambat dalam satu medium, hasilnya adalah jumlah dari simpangankedua gelombang tersebut. Hasil dari supersosisi ini menimbulkan berbagai fenomena yang menarik, seperti adanya pelayangan, interferensi, difraksi, dan resonansi. Misalkansuperposisi dari suatu gelombang datang dengan gelombang pantulnya bisa menghasilkangelombang yang dikenal sebagai gelombang stasioner atau gelombang berdiri.Jika gelombang datang secara terus menerus maka akan terjadi resonansi. Resonansi padaumumnya terjadi jika gelombang mempunyai frekuensi yang sama dengan atau mendekatifrekuensi alamiah, sehingga terjadi amplitudo yang maksimal. Peristiwa resonansi ini banyakdimanfaatkan dalam kehidupan, misalkan saja resonansi gelombang suara pada alat-alatmusik. Gelombang suara merupakan gelombang mekanik yang dapat dipandang sebagai gelombangsimpangan maupun sebagai gelombang tekanan.Jika gelombang suara merambat dalam suatu tabung berisi udara, maka antara gelombangdatang dan gelombang yang dipantulkan oleh dasar tabung akan terjadi superposisi. Resonansigelombang berdiri dapat terjadi jika panjang tabung udara merupakan kelipatan dari ʎ/4, ʎ adalah panjang gelombang. Jika gelombang suara dipandang sebagai gelombang simpangan, pada ujung tabung yang tertutup akan terjadi simpul, tetapi jika ujungnya terbuka akan terjadi perut (lihat Gambar 10.1a dan 10.1b). Untuk tabung yang salah satu ujungnya tertutup,hubungan antara panjang tabung L dan panjang gelombang ʎ adalah:

Dan untuk tabung yang ujungnya terbuka

= ( + 1) , = 0, 1, 2, … (10.2)

Gambar 10.1: Bentuk gelombang

Karena ukuran garis tabung kecil jika dibandingkan dengan panjang gelombang, perutgelombang simpangan tidak tepat terjadi pada ujung terbuka didekatnya, melainkan pada e,suatu jarak antara speaker dan tabung resonansi. Kemudian dengan menggunakan hubungan

= / . Persamaan (10.1) dituliskan menjadi:

= ( 2 + 1) 4−

= ( 2 + 1) − (10.3) sedangkan Persamaan (10.2) menjadi:

= ( 2 + 2) 4−2

= ( 2 + 2) −2 (10.4)

Dengan membuat grafik L sebagai fungsi Vkita bisa mendapatkan 1. Dengan f diketahui, V dan e dapat dihitung.

Gambar 10.2: Frekuensi harmonik pada resonansi

10.3

Metode Per cobaan

10.3.1

Alat dan Bahan

1. Tabung resonansi berskala beserta speaker 1 set 2. Generator audio 1 buah

10.3.2

Pr osedur Per cobaan

Gambar 10.3: Rangkaian alat

1. Catatlah suhu, tekanan ruangan sebelum dan sesudah praktikum. 2. Rangkailah peralatan sesuai Gambar 10.3.

3. Ukurlah jarak antara speakter dan tabung resonansi. 4. Catatlah nilai tersebut sebagai nilai error e.

5. Ambil generator audio dan hubungkan dengan speaker pada tabung resonansi.

6. Hidupkan generator audio pada frekuensi tertentu dan catat frekuensi generator audiotersebut.

tabungmenjauh dari speaker, dan begitu terdengar bunyi keras kedua catatlah skala tabungsebagai L2 dan seterusnya.

8. Catatlah semua skala pada tabung resonansi, ketika terdengar suara yang sangat keras(pada konsisi ini terjadi resonani).

9. Ulangi percobaan tersebut sebanyak 5 kali untuk memastikan tepatnya posisi resonansiuntuk frekuensi generator audio yang sama.

10. Ulangi langkah 6-9 untuk frekuensi generator yang berbeda. 11. Tulislah data pada tabel data hasil percobaan

10.4

Tugas Pendahuluan

1. Tuliskan bentuk umum fungsi gelombang, dan tuliskan arti simbol-simbol yang andapakai! 2. Tuliskan fungsi gelombang simpangan dalam bentuk sinusoida dan tuliskan pula artifisis

simbol-simbol yang anda pakai!

3. Tuliskan perumusan fungsi gelombang berdiri, apa ciri-ciri umum dari gelombang berdiri? 4. Tuliskan hubungan perumusan fungsi gelombang simpangan dan gelombang tekananpada

gelombang bunyi!

5. Buktikan Persamaan (10.1) dan (10.2)!

6. Apa yang dimaksud dengan frekuensi alami suatu benda? 7. Gambar bentuk grafik sebagai L fungsi dari n!

a) Grafik tersebut melalui suatu titik, titik menakah itu? b) Tentukan cara menentukan V dan e dari grafik tersebut. 8. Besaran apa yang saudara harus amati dalam percobaan ini?

10.5

Tugas Akhir

1. Gambarkan grafik L terhadap n untuk masing-masing nilai frekuensi yang berbeda danhitung V dari persamaan garis linier dari grafik tersebut sesuai Persamaan (10.3)! 2. Hitung V dengan rumus = ( ) ,dimana R= 8,314 J/mol.K, M=1,4 kg/mol, dan Tsuhu

ruang dalam Kelvin!

3. Hitung juga V dengan = 331( 1 + ) / !

Per cobaan 11

Hukum Melde pada Tali

11.1

Tujuan

1. Mengetahui perilaku gelombang berdiri pada tali.

2. Menentukan frekuensi-frekuensi harmonik gelombang pada tali.

3. Menjelaskan pengaruh tegangan tali dan rapat massa tali terhadap cepat rambat gelombangpada tali.

11.2

Dasar Teor i

Gelombang adalah getaran yang merambat. Berdasarkan amplitudonya, gelombang dibagiatas gelombang berjalan dan gelombang berdiri. Gelombang berjalan adalah gelombang yangmemiliki amplitudo tetap, sedangkan gelombang berdiri adalah gelombang yang amplitudonyaberubah-ubah. Frekuensi gelombang secara alami ditentukan oleh frekuensi sumbernya, sedangkan laju gelombang melalui suatu medium sangat ditentukan oleh sifat-sifat mediumnya,seperti elastisitas medium dan inersia dari medium tersebut. Dalam percobaan pada taliyang teregang, sifat elastisitas medium diukur berdasarkan tegangan dan sifat inersia mediumdiukur berdasarkan massa per satuan panjang tali. Menurut hukum Melde besarnya cepatrambat gelombang pada tali v memenuhi persamaan berikut:

= (11.1)

dengan F = mg adalah tegangan tali, M massa beban, dan g percepatan gravitasi bumi,dan µ adalah massa persatuan panjang tali.

Jika frekuensi dan panjang gelombang diketahui, maka cepat rambat gelombang dengan mudah dapat dihitung. Ketiga variabel ini memenuhi persamaan:

= (11.2)

yang mana f adalah frekuensi gelombang dan λ adalah panjang gelombang.

Untuk gelombang pada tali berlaku hubungan

= , = 1, 2, 3, … (11.3)

hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi menjadi

= , = 1, 2, 3, … (11.4)

= , = 1, 2, 3, … (11.5) Untuk = maka berlaku

= , = 1, 2, 3, … (11.6)

Gambar 11.1: Bentuk gelombang sesuai frekuensi.

11.3

Metode Per cobaan

11.3.1

Alat dan Bahan

1. Audio generator 1 buah 2. Pembangkit getaran 1 buah 3. Beban gantung 1 set 4. Meter rol 1 buah 5. Katrol jepit meja 1 buah 6. Kabel penghubung 2 buah 7. Benang/tali 5 macam

11.3.2

Pr osedur Per cobaan

Gambar 11.2: Set up percobaan.

Hubungan tegangan tali dengan panjang gelombang

2. Susunlah alat-alat seperti pada Gambar 11.2. 3. Menghubungkan vibrator dengan sumber tegangan.

4. Atur frekuensi generator audio agar pada tali terbentuk gelombang berdiri. Catat jumlah perut gelombangnya.

5. Ulangi langkah 1-3 untuk massa beban yang divariasikan minimal 6 variasi dengan frekuensi, panjang tali dan massa tali tetap.

Hubungan fr ekuensi dengan panjang gelombang

1. Ukur dan catat panjang tali, massa tali, dan massa beban yang dipakai. 2. Susunlah alat-alat seperti pada Gambar 11.2.

3. Menghubungkan vibrator dengan sumber tegangan.

4. Atur frekuensi generator audio agar pada tali terbentuk gelombang berdiri. Catat jumlah perut gelombangnya.

5. Ulangi langkah 1-3 untuk frekuensi yang divariasikan minimal 6 variasi dengan massa beban, panjang tali dan massa tali tetap.

Hubungan r apat massa tali dan panjang gelombang

1. Ukur dan catat panjang tali, massa tali, dan massa beban yang dipakai. 2. Susunlah alat-alat seperti pada Gambar 11.2.

3. Menghubungkan vibrator dengan sumber tegangan.

4. Atur frekuensi generator audio agar pada tali terbentuk gelombang berdiri. Catat jumlah perut gelombangnya.

5. Ulangi langkah 1-3 untuk massa tali divariasikan dengan massa beban, panjang tali dan frekuensi tetap.

11.4

Tugas Pendahuluan

1. Jelaskan yang dimaksud frekuensi harmonik gelombang pada tali! 2. Bagaimanakah syarat terjadinya gelombang berdiri pada tali?

3. Jelaskanhubungantegangantalidanrapatmassataliterhadapcepatrambatgelombangpada tali! 4. Sebuah gitar standar memiliki enam senar yang masing-masing terhubung dengan sebuah

kuncidan sejumlah grip. Jelaskan kira-kira untuk apa semuanya ini

11.5

Tugas Akhir

2. Dari data hasil Percobaan II, buatlah grafik hubungan antara panjang gelombang

terhadapfrekensi = .Dari grafik yang Anda peroleh, tentukan gradien kurva grafik dan buatlah kesimpulannya!

3. Dari data hasil Percobaan III, buatlah grafik hubungan antara kuadrat pajang gelombang terhadap kerapatan massa linear tali = . Dari grafik yang Anda peroleh, tentukan gradien kurva grafik dan buatlah kesimpulannya?

4. Dari analisis data Percobaa I,II, dan III dapatkah Anda menghubungkan panjang gelombang dengan cepat rambat gelombang? Jelaskan!

Per cobaan 12

TeganganPer mukaan

12.1

Tujuan

1. Memahami prinsip percobaan tegangan permukaan. 2. Menentukan besar tergangan permukaan suatu larutan.

12.2

Dasar Teor i

Tegangan permukaan merupakan fenomena menarik yang terjadi pada zat cair (fluida) yangberada dalam keadaan diam (statis). Contoh yang menarik tetesan air cendrung berbentuksepertibalon(yangmerupakangambaranluasminimumsebuahvolum)denganzatcairberadadi tengahnya. Pada praktikum kali ini kita akan meninjau tegangan permukaan pada larutansabun. Pada rangka kawat tembaga ABC dan DEF terpasang benang yang saling berhubunganseperti pada Gambar 12.1. Kerangka kawat yang sudah tercelup dalam cairan sabun akanmenghasilkan film di bidang ACDF. Dan tali ACDF akan melengkung seperti pada Gambar12.1.Tinjaulah sisi vertikal CD dari tali benang yang melengkung dengan jari-jarir, dan terdapattegangan tali t pada bagian PQ dengan panjang dl (Gambar 12.2). Bila t adalahtegangan permukaan, maka kesetimbangan gaya horisontal sepanjang dl , F (dikarenakantegangan permukaan oleh dua selaput ) akan sama dengan2tsinα atau dapat ditulis sebagaiberikut

= 2 sin (12.1)

Gambar 12.1: Rangka kawat

karena terdapat tegangan permukaan pada dua selaput, maka gaya total horisontal F didefinisikan

= 2 (12.2)

Sehingga

untuk sudut α yang kecil nilai sin = , dengan mensubstitusikan ke Persamaan (12.3)diperoleh

= 2 (12.4)

Gambar 12.2: Diagram Gaya pada Rangka Kawat

Untuk menentukan kesetimbangan film di bagian GH. Tinjaulah GH dan sistem gayavertikal pada Gambar 12.1. Jika kita uraikan, maka gaya-gaya yang bekerja dalam sistemadalah

1. Gaya ke atas karena tegangan permukaan sepanjang 2b, yaitu 2T×2b.

2. Gaya tegangan ke atas t pada benang di titik G dan H, sehingga total gayanya adalah 2t. 3. Gaya berat mg, pada kawat DEF.

Sesuai dengan prinsip hukum Newton I, karena GH berada dalam kesetimbangan maka kita akan dapat buktikan bahwa

=

( ) (12.5)

untuk menghitung tegangan permukaan T seperti di atas, kita akan dapat mencarinya jikajari-jari lengkung tali r diketahui. Berdasarkan geometri Gambar 12.2 kita akan mendapatkanhubungan

× = ( 2 − ) (12.6) sehingga jika kita turunkan lebih lanjut maka akan dapat dibuktikan bahwa nilai jari-jari r

= ( )

( ) (12.7)

dengan mensubstitusikan Persamaan (12.5) ke (12.7) akan diperoleh:

=

( ) (12.8)

Tabel 12.1: Tegangan Permukaan berbagai Zat Cair

Zat Cair Suhu◦C Tegangan Permukaan (N/M) Air Raksa 20 0.44

Darah 37 0.058 Plasma Darah 37 0.073 Etil Alkohol 20 0.023

Air 0 0.076

Benzena 20 0.029 Larutan Sabun 20 ≈0.025 Oksigen ~ 193 0.016

12.3

Metode Per cobaan

12.3.1

Alat dan Bahan

1. Kawat tembaga 2 buah 2. Tali benang 1 buah 3. Sabun 1 buah 4. Mistar/ Jangka sorong 1 buah 5. Beban (cincin) 2 buah 6. Statif 1 buah 7. Bosshead 1 buah 8. Klem 1 buah 9. Neraca pegas 1 buah

12.3.2

Pr osedur Per cobaan

1. Pasang tali benang pada rangka kawat tembaga ABC dan DEF seperti pada Gambar 12.1 2. Benang melewati secara melingkar A, C, D dan F yang mana tali diikat pada salah satu

ujungnya.

3. Gantung kawat tersebut pada statif.

4. Kerangka kawat dimasukkan ke dalam cairan sabun dan diangkat perlahan-lahan, biarkan tali menjadi tegang dan lurus maka akan muncul film di bidang ACDF (Beberapa film yang mungkin muncul diantara tali dan kawat atas ABC, dan juga tali dan kawat bawah DEF dipecahkan), maka film di bidang ACDF akan melengkung seperti pada Gambar 12.1. 5. Hitung massa m, panjang a, panjang b dan tinggi h dengan mengunakan alat ukur. 6. Ulangi Percobaan 1 s.d 4 sebanyak 10 kali percobaan

7. Ulangi Percobaan 1 s.d 5 dengan memvariasikan berat kawat bawah (minimal 2 bebanberbeda). Berat kawat DEF dapat divariasikan dengan menambahkan beban yangdigantung pada ujungE, sehingga didapatkan nilai yang berbeda dariGH danCD.

12.4

Tugas Pendahuluan

1. Apa yang dimaksud gaya kohesi, gaya adhesi dan tegangan permukaan? 2. Faktor apa sajakah yang mempengaruhi tegangan permukaan?

6. Buktikan Persamaan (12.7).

12.5

Tugas Akhir

1. Hitunglah jari-jari lengkung benang!

2. Hitunglah tegangan permukaan air sabun sebelum rangka kawatDEF diberi beban!

3. Hitunglah semua tegangan permukaan air sabun setelah rangka kawat DEF diberibeban tambahan!

4. Hitunglah nilai rata-rata dari tegangan permukaan dari semua percobaan yang dilakukan! 5. Bandingkan nilai tegangan rata-rata yang didapatkan dan bagaimana seharusnya!

Per cobaan 13

Tekanan Hidr ost at is Pipa U

13.1 Tujuan

1. Memahami prinsip hukum utama hidrostatis. 2. Menentukan massa jenis cairan.

13.2

Dasar Teor i

Gambar 13.1: Fluida yang berada pada tabung yang berbeda bentuk.

Perhatikanlah Gambar 13.1, gambar tersebut memperlihatkan sebuah bejana berhubunganyang diisi dengan fluida, misalnya air. Anda dapat melihat bahwa tinggi permukaan air disetiap tabung adalah sama, walaupun bentuk setiap tabung berbeda. Bagaimanakah tekananyang dialami oleh suatu titik di setiap tabung? Samakah tekanan total di titikA,B,C,dan D yang letaknya segaris? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, anda harus mengetahuihukum utama hidrostatis yang menyatakan bahwa semua titik yang berada pada bidang dataryang sama dalam fluida homogen, memiliki tekanan total yang sama. Jadi, walaupun bentukpenampang tabung berbeda, besarnya tekanan total di titikA,B,C, danD adalah sama.

Persamaan hukum utama hidrostatis dapat diturunkan dengan memperhatikan Gambar13.2. Misalkan, pada suatu bejana berhubungan dimasukkan dua jenis fluida yang massajenisnya berbeda yaituρ1 danρ2.Jika diukur dari bidang batas terendah antara fluida 1 dan fluida 2, yaitu titik B dan

titikA, fluida 2 memiliki ketinggianh2 dan fluida 1 memiliki ketinggianh1. Tekanan total di titikA

dan titikB sama besar. Menurut persamaan tekanan hidrostatis, besarnya tekanan di titikA dan titikB bergantung pada massa jenis fluida dan ketinggian fluida di dalam tabung.

Secara matematis, persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut:

=

+ ℎ = + ℎ

ℎ = ℎ (13.1)

13.3

Metode Per cobaan

13.3.1

Alat dan Bahan

1. Pipa U 1 buah 2. Statif dan dudukan 1 buah 3. Bosshead 1 buah 4. Klem 1 buah 5. Gelas ukur 4 buah 6. Pipet tetes 4 buah 7. Air 250 mL 8. Minyak goreng 250 mL 9. Oli 250 mL 10. Spiritus 250 mL

13.3.2

Pr osedur Per cobaan

1. Rangkai alat seperti Gambar 13.3.

2. Pertama – tama memasukan air putih tidak terlalu banyak. Lalu menghitung tinggi air.

Rangkai alat seperti Gambar 13.3.

3. Kemudian, memasukkan minyak goreng ke dalam beberapa tetes. Menghitung perbedaantinggi minyak(h2) dengan air(h1) seperti pada Gambar 13.4 .

4. Melakukan percobaan sebanyak 10 kali dengan penambahan minyak goreng yang sedikitdemi sedikit agar tidak tumpah dan mengukur tiap perbedaan tingginya.

5. Setelah mendapat massa jenis minyak goreng, membuang isi selang, dan isi air lagi. 6. Ulangi langkah1−6 untuk jenis cairan yang lain.

13.4

Tugas Pendahuluan

1. Apa yang dimaksud fluida?

2. Jelaskan aplikasi hukum utama hidrostatis!

3. Bagaimana caranya mengukur massa jenis zat cair, gas dan zat padat? Jelaskan! 4. Faktor apa yang menentukan besar tekanan hidrostatis? Jelaskan!

5. Jika anda memasak air di gunung dan di pantai, manakah yang lebih cepat mendidih?

13.5

Tugas Akhir

1. Dengan menggunakan Persamaan (13.1). Hitung massa jenis oli dan minyak goreng! 2. Buatlah grafikh1 danh2!Dari grafik tersebut tentukan massa jenis oli dan minyakgoreng!

Per cobaan 14

Viskosit as Zat Cair

14.1

Tujuan

1. Mempelajari dinamika benda dalam cairan.

2. Menentukan kecepatan terminal pada suatu zat cair.

3. Menentukan koefisien viskositas zat cair berdasarkan hukum Stokes. 4. Menentukan besar gaya gesekan dalam zat cair.

14.2

Dasar Teor i

Suatu benda jika dilepaskan dalam fluida dengan kekentalan tertentu, maka benda tersebutakan mengalami perlambatan. Hal ini disebabkan derajat kekentalan dari cairan/liquid tersebut.Derajat kekentalan suatu cairan dikenal dengan sebutan viskositas (η). Besar gayagesekan pada benda yang bergerak dalam fluida disamping bergantung pada koefisien kekentalanη juga bergantung pada bentuk bendanya. Khusus untuk benda berbentuk bola, gayagesekannya, Fs, oleh fluida dapat

dirumuskan sebagai berikut:

= −6 (14.1) yang mana r merupakan jari-jari bola, v adalah kecepatan bola relatif terhadap fluida.

Gambar 14.1: Gaya yang bekerja pada benda pada saat kecepatan terminal dicapai. Persamaan (14.1) ini dikenal sebagai hukum Stokes dan dalam penerapannya memerlukan beberapa syarat sebagai berikut:

1. Ruang tempat fluida tidak terbatas (ukurannya jauh lebih besar dari pada ukuran bola). 2. Tidak terjadi aliran turbulensi di dalam fluida.

3. Kecepatan v tidak besar, sehingga aliran fluida masih bersifat laminar.

Jika sebuah bola padat yang rapat massanya ρ dan berjari-jari r dilepaskan tanpa kecepatanawal di dalam zat cair kental yang rapat massanya ρ0 dengan ρ>ρ0, bola mula-mula akanmendapat

Bertambah besar kecepatan bola, menyebabkan gaya Stokes bertambah besar juga. Sehingga pada suatu saat akan terjadi keseimbangan diantara gaya-gaya yangbekerja pada bola. Kesetimbangan gaya-gaya ini menyebabkan bola bergerak lurus beraturan,yaitu bergerak dengan kecepatan yang tetap. Kecepatan yang tetap ini disebut kecepatanakhir atau kecepatan terminal dari bola. Setelah gaya-gaya pada bola setimbang, kecepatanterminal v dari bola dapat diturunkan sebagai berikut:

= ( ) (14.2) dengan g=9.81m/s2 adalah percepatan gravitasi.

Tabel 14.1: Koefisien viskositas beberapa fluida

Fluida Suhu(◦C) Koefisien Viskositas

η(Pas)

Gas

Udara 0 0.0171×10−3 20 0.0182×10−3 40 0.0193×10−3 Karbon

dioksida

20 0.0147×10−3 Helium 20 0.0196×10−3

Zat cair

Darah 37 4×10−3 Gliserin 20 1500×10−3 Metanol 20 0.584×10−3 Air 0 1.78×10−3

20 1.00×10−3 40 0.651×10−3 Oli motor 0 110×10−3

14.3

Metode Per cobaan

14.3.1

Alat dan Bahan

1. Tabung viskositas 1 buah 2. Bola viskositas 2 buah. 3. Stopwatch 1 buah 4. Mikrometer sekrup 1 buah 5. Neraca 1 buah 6. Saringan 1 buah 7. Pipa U 1 buah 8. Pipet tetes 1 buah 9. Oli 150 mL

14.3.2

Pr osedur Per cobaan

Pengukur an Massa Jenis Bola

3. Ulangi langkah 1- 2 sebanyak 5 kali.

4. Hitung massa jenis bola kecil tersebut sesuai persamaan = / . 5. Tentukan pula rambatan kesalahannya.

6. Ulangi langkah 1-5 untuk ukuran bola yang berbeda.

Pengukur an Massa Jenis Zat Cair

1. Siapkan pipa U, kemudian masukkan air secukupnya sampai setimbang.

2. Masukkan oli pada salah satu ujung pipa U sehingga akan terlihat perbedaan ketinggian. 3. Saat telah setimbang, ukur dan catat ketinggian air dan minyak.

4. Ulangi langkah 1 - 3 sebanyak 5 kali.

5. Hitung massa jenis oli dengan ℎ = ℎ , yang mana = 1000 kg/m3. 6. Tentukan pula rambatan kesalahannya.

Pengukur an Kar akter istik Viskositas Zat Cair

1. Catat suhu zat cair dengan termometer.

2. Jatuhkan bola sedemikian rupa (jangan terjadi adanya kecepatan awal) pada tabung berisi zat cair.

3. Amati gerak bola dalam zat cair dan catat waktu t1 untuk jarak tempuh x1, waktu t2 untuk

jarak tempuh x2 dan seterusnya sampai 5 kali pengukuran.

4. Ulangi langkah percobaan 1 - 3 di atas untuk bola dengan ukuran yang berbeda.

14.4

Tugas Pendahuluan

1. Buktikan Persamaan (14.1) dan (14.2)!

2. Bagaimanakah pengaruh suhu terhadap viskositas zat cair? Jelaskan!

3. Apa yang mempengaruhi besar gaya gesekan pada benda yang bergerak dalam fluida? Jelaskan!

14.5

Tugas Akhir

1. Hitunglah massa jenis bola dan cairan oli!

2. Buatlah grafik x terhadap t, kemudian tentukan kecepatan terminal bola v dari grafik tersebut!

3. Tentukan pula besar koefisien viskositas dan gaya gesekan dari cairan oli yang dipakai dan bandingkan hasil yang anda peroleh dengan literatur Tabel 14.1!

Per cobaan 15

Hukum Ar chimedes

15.1

Tujuan

1. Menyelidiki hubungan antara gaya ke atas dengan berat zat cair yang dipindahkan. 2. Menentukan massa jenis zat padat dan zat cair berdasarkan hukum Archimedes.

15.2

Dasar Teor i

Pernahkah Anda membandingkan berat antara kayu dan besi? Benarkah pernyataan bahwa besi lebih berat daripada kayu? Pernyataan tersebut tentunya kurang tepat, karena segelondong kayu yang besar jauh lebih berat daripada sebuah bola besi. Pernyataan yang tepat untuk perbandingan antara kayu dan besi tersebut, yaitu besi lebih padat daripada kayu. Anda tentu masih ingat, bahwa setiap benda memiliki kerapatan massa yang berbeda-beda serta merupakan sifat alami dari benda tersebut. Dalam fisika, ukuran kepadatan benda homogen disebut massa jenis , yaitu massa m per satuan volume V . Secara matematis, massa jenis dituliskan sebagai berikut

= (15.1)

Tabel 15.1: Massa jenis beberapa zat cair dan zat padat

Bahan

Massa jenis (gr/cm3)

Bahan Massa jenis (gr/cm3)

Air 1.00 Perak 10.5 Benzena 0.9 Raksa 13.6 Etil alkohol 0.81 Besi 7.8

Gliserin 1.26 Aluminium 2.7 Platina 21.4 Kuningan 8.6 Etil alkohol 0.81 Tembaga 8.9

Baja 7.8 Es 0.92

Emas 19.3 Timah hitam 11.3

Anda tentunya sering melihat kapal yang berlayar di laut, benda-benda yang terapung pada permukaan air, atau batuan-batuan yang tenggelam di dasar sungai. Konsep terapung, melayang, atau tenggelamnya suatu benda di dalam fluida, kali pertama diteliti oleh Archimedes. Menurut Archimedes ”benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam fluida, akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda”. Secara matematis, hukum Archimedes dituliskan sebagai berikut

= − (15.2) yang mana FA adalah gaya ke atas, W adalah berat benda di udara dan W’ adalah berat

Gambar 15.1: Prinsip hukum Archimedes. Gaya ke atas memenuhi

= (15.3)

yang mana adalah massa jenis fluida, adalah volum benda yang tercelup pada fluida tersebut dan g adalah percepatan gravitasi.

Berdasarkan Persamaan (15.3) dapat diketahui bahwa besarnya gaya ke atas yang dialami benda di dalam fluida bergantung pada massa jenis fluida, volume fluida yang dipindahkan, dan percepatan gravitasi Bumi. Dalam percobaan ini akan ditentukan massa jenis benda sesuai prinsip Archimedes, dengan membandingkan besar gaya ke atas dan gaya berat di udara diperoleh massa jenis benda sebesar

=

= (15.4)

15.3

Metode Per cobaan

15.3.1

Alat dan Bahan

15.3.2

Pr osedur Per cobaan

1. Siapkan beberapa benda dari bahan sejenis.

2. Tentukan volume benda menggunakan jangka sorong. 3. Ukur massa jenis minyak goreng dengan pipa U.

4. Timbang dan catat berat silinder di udara (W) dan di minyak goreng (W’) dengan neraca pegas.

5. Ulangi langkah 1 - 3 untuk benda yang berbeda.

6. Ulangi langkah 1-3 sampai 5 kali untuk setiap benda yang berbeda.

15.4

Tugas Pendahuluan

1. Bagaimana cara mengukur massa jenis zat cair, padat dan gas?

2. Bagaimana caranya mengukur massa benda dengan hukum Archimedes? 3. Tentukan volume benda dari Persamaan (15.2) dan (15.3)!

4. Jelaskan prinsip kerja dari kapal selam, perahu, dan hidrometer berdasarkan hukum Archimedes!

5. Mengapa paku yang kecil tenggelam dalam air, sedangkan kapal yang berat dapat mengapung?

15.5

Tugas Akhir

1. Tentukan besar gaya ke atas dengan pengukuran langsung berdasarkan Persamaan

2. (15.3)! Tentukan besar gaya ke atas dengan pengukuran berdasarkan Persamaan (15.2)! Bandingkan hasil yang diperoleh!

3. Buatlah grafik m - V , dan tentukan massa jenis benda sesuai hasil regresi linier dan perhitungan langsung dari Persamaan (15.1)! Tentukan massa jenis benda sesuai Persamaan (15.4)! Bandingkan massa jenis benda dengan dua metode di atas!

4. Buatlah grafik W-W’ terhadap V ! Dari hasil regresi linier tentukan massa jenis cairan 5. minyak tersebut! Tentukan massa jenis minyak dengan pipa U! Bandingkan hasil yang

diperoleh!

6. Tentukan volume benda dengan pengukuran langsung dan dengan cara hukum Archimedes! Bandingkanlah hasilnya Tentukan volume benda