PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN MAGNETIK PADA MAGNET NEODYMIUM YANG BERGERAK DI DALAM PIPA ALUMINIUM DAN KUNINGAN DENGAN METODE ANALISIS MENGGUNAKAN MOTION
DETECTOR DAN VIDEO SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh:
Yohanes Jeverson Bulu NIM: 171424037
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
i
PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN MAGNETIK PADA MAGNET NEODYMIUM YANG BERGERAK DI DALAM PIPA ALUMINIUM DAN KUNINGAN DENGAN METODE ANALISIS MENGGUNAKAN MOTION
DETECTOR DAN VIDEO SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh:
Yohanes Jeverson Bulu NIM: 171424037
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
vi
ABSTRAK
PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN MAGNETIK PADA MAGNET NEODYMIUM YANG BERGERAK DI DALAM PIPA ALUMINIUM DAN KUNINGAN DENGAN METODE ANALISIS MENGGUNAKAN MOTION
DETECTOR DAN VIDEO Yohanes Jeverson Bulu Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta 2021
Telah dilakukan penelitian mengenai koefisien redaman magnetik pada magnet neodymium yang bergerak di dalam pipa aluminium dan kuningan. Magnet neodymium yang bergerak di dalam pipa aluminium dan pipa kuningan untuk selang waktu yang sama, perubahan posisi magnet pada awal magnet mulai bergerak kecepatannya semakin cepat hingga untuk selang waktu yang sama perubahan posisi magnet sama karena adanya gaya redaman magnetik. Nilai koefisien redaman magnetik diperoleh dengan mengamati pergerakan jatuhnya beban ke bawah secara vertikal yang digantungkan pada salah satu ujung tali dengan metode analisis menggunakan motion detector dan metode analisis video sehingga diperoleh data posisi fungsi waktu dengan asumsi beban yang diamati adalah magnet yang bergerak di dalam pipa. Data tersebut difit dengan persamaan gerak magnet teredam sehingga diperoleh nilai kecepatan terminal. Kemudian nilai kecepatan terminal disubstitusikan ke persamaan koefisien redaman magnetik untuk mendapatkan nilai koefisien redaman magnetik. Pipa aluminium dan kuningan yang digunakan divariasi diameter dalamnya sedangkan panjang dan ketebalannya konstan. Hasil penelitian diperoleh bahwa dengan diameter dalam yang sama untuk pipa aluminium dan pipa kuningan, nilai koefisien redaman magnetik yang diperoleh lebih besar pada gerak magnet di dalam pipa aluminium dibandingkan gerak magnet di dalam pipa kuningan serta hubungan diameter dalam pipa aluminium maupun pipa kuningan dengan koefisien redaman magnetik berbanding terbalik. Semakin besar nilai diameter dalam pipa maka semakin kecil nilai koefisien redaman magnetik yang diperoleh.
Kata kunci: pipa aluminium dan kuningan, magnet neodymium, motion detector, kamera video.
vii
ABSTRACT
THE MEASUREMENT OF MAGNETIC DAMPING COEFFICIENT IN MOVING NEODYMIUM MAGNET MOVING IN THE ALUMINUM AND BRASS PIPES BY USING ANALYSIS METHOD MOTION DETECTOR AND
VIDEO
Yohanes Jeverson Bulu Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta 2021
A research about magnetic damping in neodymium magnets the moving in aluminium and brass pipes had been done. Neodymium magnets that move in aluminum pipes and brass pipes for the same interval, changes in the position of magnets at the beginning of the magnet begins to move at a faster speed until for the same interval the magnetic position changes the same due to the presence of magnetic damping force. To get magnetic damping coefficient value is obtained by observing the vertical downward movement of the load fall suspended at one end of the rope using a motion detector and video analysis method to get time position versus time data is obtained assuming the observed load is a moving magnet in the pipe. The data was fitted by using equation of damped magnet movement. Then, the terminal speed value is substituted to the magnetic attenuation coefficient equation to obtain the magnetic attenuation coefficient value. The aluminium and brass pipes has different internal diameter with constant length and thicness. The results obtained that with the same inner diameter for aluminium pipes and brass pipes, the value of magnetic damping coefficient obtained is greater in magnetic motion in aluminum pipes than magnetic motion in brass pipes as well as diameter relationships in aluminum pipes and brass pipes with magnetic attenuation coefficients inversely proportional to. The bigger the internal diameter pipes, the smaller the magnetic damping coeficient value would be.
Keywords: aluminum and brass pipes, neodymium magnets, motion detector, video camera.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya yang begitu besar penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi dengan judul “PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN MAGNETIK PADA MAGNET NEODYMIUM (NdFeB) YANG BERGERAK DI DALAM PIPA ALUMINIUM DAN KUNINGAN DENGAN METODE ANALISIS MENGGUNAKAN MOTION DETECTOR DAN VIDEO”. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana pendidikan untuk Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma.
Penelitian dan penulisan skripsi ini tidak akan terlaksana dengan baik tanpa bantuan dan kerjasama dari beberapa pihak yang dengan caranya masing-masing telah membantu penulis dalam penelitian dan penulisan skripsi ini. Oleh karena itu pada kesempatan ini dengan penuh rasa syukur dengan segala kerendahan hati dan penuh rasa hormat penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua tercinta Stepanus Bulu Tanggu dan Ibu Regina Dappa Kambu yang dengan penuh cinta dan kasih selalu mendukung dan menyemangati serta memenuhi kebutuhan penulis dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Kakak Monika Susanti Bulu, adik Patrisius Eristo Bulu, dan Marentia Trimurti Bulu yang dengan caranya masing-masing mendukung dan menyemangati penulis dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ign. Edi Santosa, M.S. selaku ketua Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma.
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL……… ...i
LEMBAR PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... iii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN... v
ABSTRAK ... vi
ABSTRACT ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xxi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 5 1.3 Batasan Masalah ... 5 1.4 Tujuan Penelitian ... 6 1.5 Manfaat Penelitian ... 6 1.6 Sistematika Penulisan ... 7
BAB 2 LANDASAN TEORI ... 8
2.1 Medan Magnet, Fluks Magnetik dan GGL Induksi... 8
xi
2.3 Gaya Lorentz ... 16
2.4 Magnetisasi Dalam Bahan ... 20
2.5 Gerak Magnet………...21
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 27
3.1 Persiapan alat dan bahan ... 27
3.2 Seting alat/perangkaian alat ... 29
3.2.1 Settingan alat dengan metode analisis menggunakan motion detector………...29
3.2.2 Settingan alat dengan menggunakan metode analisis video ... 30
3.3 Langkah atau prosedur pengambilan data ... 31
3.3.1 Prosedur percobaan dengan metode analisis menggunakan sensor gerak atau motion detector... 32
3.3.2 Prosedur percobaan dengan menggunakan metode analisis video ... 34
3.4 Pengolahan Data ... 35
3.4.1 Pengolahan data dengan metode analisis menggunakan motion detector……….35
3.4.2 Pengolahan data menggunakan analisis video ... 39
BAB 4 HASIL dan PEMBAHASAN ... 48
4.1 Hasil ... 48
4.1.1 Hasil pengukuran massa (𝑚), diameter (𝐷), dan tinggi (𝑡) magnet neodymium ... 49
4.1.2 Pengukuran diameter (𝐷) dalam pipa aluminium ... 50
4.1.3 Menunjukkan gerak magnet teredam ... 51
4.1.4 Pengukuran nilai koefisien redaman magnetik dan gaya redaman magnetik pada pipa aluminium dan pipa kuningan ... 59
xii
4.1.5 Pengukuran nilai koefisien redaman magnetik pada gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium dengan menggunakan metode analisis motion
detector dan video ... 61
4.1.6 Pengukuran nilai koefisien redaman magnetik magnet neodymium yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan variasi diameter pipa kuningan dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video……….…67
4.1.7 Perbandingan nilai koefisien redaman magnetik magnet neodymium yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan nilai koefisien redaman magnetik di dalam pipa kuningan dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video... 73
4.2 Pembahasan ... 75
BAB 5 KESIMPULAN dan SARAN ... 84
5.1 Kesimpulan ... 84
5.2 Saran ... 84
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Suseptibilitas magnetik beragam bahan pada 20°C………...20 Tabel 4.1 Hasil pengukuran massa, diameter, dan tinggi magnet neodymium...49 Tabel 4.2 Data hasil pengukuran berbagai diameter dalam pipa aluminium…….50 Tabel 4.3 Data hasil pengukuran berbagai diameter dalam pipa kuningan……...51 Tabel 4.4 Berbagai nilai kecepatan terminal untuk magnet neodymium bermassa
(5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3kg dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan variasi diameter dalam dengan massa beban penggantung 1 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video………...62 Tabel 4.5 Nilai kecepatan termina rata-rata dan ralat untuk magnet neodymium
bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan variasi diameter dalam dengan massa beban penggantung 1 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video...………...….63 Tabel 4.6 Nilai rata-rata dan ralat koefisien redaman magnetik untuk magnet
neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan variasi diameter dalam dengan massa beban penggantung 1 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………...64 Tabel 4.7 Nilai kecepatan terminal rata-rata dan ralat untuk magnet neodymium
bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3m, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan variasi diameter dalam dan dengan massa beban penggantung 2 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video………..…………..65
xiv
Tabel 4.8 Nilai rata-rata kecepatan terminal dan ralat magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2 m yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan variasi diameter dengan massa beban penggantung 2 × 10−3kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video…...66 Tabel 4.9 Nilai rata-rata koefisien redaman magnetik dan ralatnya pada magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan variasi diameter dengan massa beban penggantung 2 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video…………66 Tabel 4.10 Nilai kecepatan terminal magnet neodymium bermassa (5,66 ±
0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008 × 10−3 m) dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2 m yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan variasi diameter dalam dengan massa beban penggantung 1 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video…….. ………...………..……...68 Tabel 4.11 Nilai rata-rata kecepatan terminal dan ralat magnet neodymium
bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3m , berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi 1,005 ± 0,003 × 10−2m yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan variasi diameter dan dengan massa beban penggantung 1 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video………..………...69 Tabel 4.12 Nilai koefisien redaman magnetik magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan variasi diameter dalam dengan massa beban penggantung 2 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video………..…………. …………...69
xv
Tabel 4.13 Nilai kecepatan terminal magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2 m yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan variasi diameter dengan massa beban penggantung 2 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video………..……..71 Tabel 4.14 Nilai rata-rata kecepatan terminal dan ralat magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3 kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3 m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m) yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan variasi diameter dan dengan massa beban penggantung 2 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video………..…….72 Tabel 4.15 Nilai koefisien redaman magnetik rata-rata dan ralat untuk magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3 kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3 m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2 m. yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan variasi diameter dalam dan dengan massa beban penggantung 2 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………...72 Tabel 4.16 Nilai koefisien redaman magnetik magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3 kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3 m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2 m yang bergerak di dalam pipa aluminium dan pipa kuningan dengan variasi diameter dalam dengan massa beban penggantung 1 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………73 Tabel 4.17 Nilai koefisien redaman magnetik magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dan pipa kuningan dengan variasi diameter dan dengan massa beban penggantung 2 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector……….74
xvi
Tabel 4.18 Nilai koefisien redaman magnetik magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dan pipa kuningan dengan variasi diameter dalam dan dengan massa beban penggantung 1 × 10−2kg menggunakan metode analisis video………...74 Tabel 4.19 Nilai koefisien redaman magnetik magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−2m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dan pipa kuningan dengan variasi diameter dan dengan massa beban penggantung 2 × 10−2kg menggunakan metode analisis video……….. ……….75
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Garis-garis medan magnet……… ..8 Gambar 2.2 Garis-garis medan magnet yang melewati bidang luasan 𝐴 …………9 Gambar 2.3 (A) Magnet dalam keadaan diam; (B) Magnet digerakkan mendekati kumparan; (C) Magnet digerakkan menjauhi kumparan………...11 Gambar 2.4 Proses terbentuknya arus eddy dan medan magnet induksi akibat magnet yang bergerak mendekati simpal………..13 Gambar 2.5 Elemen arus 𝐼 𝑑𝑙 menghasilkan medan magnetik di titik p1 yang tegak lurus terhadap 𝐼 𝑑𝑙 maupun r ………..………….14 Gambar 2.6 Elemen arus untuk menghitung medan magnetik di pusat simpal arus
melingkar ………..………...15 Gambar 2.7 Potongan kawat yang panjang 𝑙 sedang menyalurkan arus listrik 𝐼
………...………16 Gambar 2.8 Gaya magnetik pada sepotong kecil kawat dalam medan magnetik ………...………18 Gambar 2.9 Aturan kaidah tangan kanan………..18 Gambar 2.10 Pemakaian aturan kaidah tangan kanan pada kawat lurus…...19 Gambar 2.11 Sistem gerak magnet mengikuti sistem gerak pada pesawat
atwood………..21 Gambar 2.12 Gaya-gaya pada katrol ………...…………...…….22 Gambar 2.13 Posisi sesaat magnet yang bergerak di dalam pipa aluminium atau pipa kuningan………....……….24 Gambar 3.1 Susunan alat yang digunakan pada eksperimen gerak magnet di
dalam pipa aluminium dan kuningan dengan menggunakan metode sensor gerak. A: kursi, m: magnet neodymium, B: pipa, C: statif, D: katrol, E: Midline, F: Tali ringan, G: sumber PLN berada di tembok, H: sensor gerak, I: Lab Pro, J: Laptop, K: kabel penghubung……..29 Gambar 3.2 Foto set alat dengan metode analisis menggunakan motion detector………...30 Gambar 3.3 Susunan alat dengan menggunakan metode rekaman video (analisis video). A:kursi, m: magnet neodymium, B: pipa, D: katrol, F: tali
xviii
penggantung, C: statif, M:beban, E: midline/penggaris, G: tripod, H:
kamera……… ………..30
Gambar 3.4 Foto set alat dengan menggunakan metode analisis video………...31
Gambar 3.5 Tampilan untuk ikon data collection untuk durasi waktu sensor merekam selama 10 S dengan setiap sampel didapat selama setiap 1 sekon sehingga data secara keseluruhan yang didapat nantinya ada 10 data……….33
Gambar 3.6 Tampilan awal logger pro ketika akan ditekan start di collect……...34
Gambar 3.7 Tampilan awal logger pro sebelum sensor gerak mulai merekam gerak beban jatuh ke bawah secara vertikal………...36
Gambar 3.8 Tampilan ketika memilih file yang ingin dianalisis………...36
Gambar 3.9 Tampilan awal grafik yang dianalisis……….37
Gambar 3.10 Tampilan grafik yang diblok………38
Gambar 3.11 Grafik setelah diblok dan diperbesar………...38
Gambar 3.12 Grafik yang sudah difit dengan ikon linear fit……….39
Gambar 3.13 Tampilan awal logger sebelum menganalisis video……….40
Gambar 3.14 Tampilan layar ketika memilih file video yang dianalisis………...40
Gambar 3.15 Tampilan awal video yang akan dianalisis………...41
Gambar 3.16 Saat memilih ikon set scale dan add point………...42
Gambar 3.17 Tampilan saat memilih ikon set scale………...43
Gambar 3.18 Tampilan saat add point (memberikan titik-titik pada beban yang bergerak ke bawah)……….44
Gambar 3.19 Tampilan grafik setelah diberi titik-titik………...45
Gambar 3.20 Saat memblok grafik posisi (y) fungsi waktu………...46
Gambar 3.21 Grafik yang sudah difit dengan ikon linear fit……….47
Gambar 4.1 Grafik posisi terhadap waktu yang sudah dicurve fit dalam persamaan kuadrat untuk magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m. yang bergerak di ruang bebas dengan massa beban penggantung 1 × 10 − 2kg metode analisis menggunakan motion detector………..53
xix
Gambar 4.2 Grafik posisi terhadap waktu yang sudah dicurve fit dalam persamaan kuadrat untuk magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3m, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di ruang bebas dengan
massa beban penggantung 1 × 10 − 2kg metode analisis
video………...54 Gambar 4.3 Grafik posisi terhadap waktu yang sudah difit dalam persamaan linear untuk magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77 ) × 10−3kg, diameter (9,712 ± 0,008 ) × 10−3m dan tinggi (1,005 ±
0,005 ) × 10−2m yang bergerak di dalam………...55
Gambar 4.4 Grafik posisi terhadap waktu yang sudah difit dalam persamaan linear untuk magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan diameter (28,256 ± 0,007) ×10-3m dengan massa beban penggantung sebesar 1 × 10−2kg dengan menggunakan metode analisis video……….56 Gambar 4.5 Grafik posisi terhadap waktu yang sudah difit dalam persamaan linear untuk magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan diameter (28,348 ± 0,008) × 10−3m dengan massa beban penggantung sebesar 1 × 10−3kg dengan metode analisis video………...………...57 Gambar 4.6 Grafik posisi terhadap waktu yang sudah difit dalam persamaan linear untuk magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan diameter (28,35 ± 0,03 ) × 10 − 3m dengan massa beban
xx
penggantung sebesar 1 × 10−2kg dengan menggunakan metode analisis video……….58
xxi
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A………...88 A.1 Lampiran perhitungan nilai rata-rata dan ralat massa, diameter dan tinggi magnet neodymium………88 A.2 Lampiran Perhitungan nilai rata-rata dan ralat diameter dalam pipa aluminium………..89 A.3 Perhitungan nilai rata-rata dan ralat berbagai diameter dalam pipa kuningan……….90 LAMPIRAN B………..91 B.1 Grafik posisi Fungsi waktu pada gerak magnet di ruang bebas dengan beban penggantung 1 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………...91 B.2 Grafik posisi fungsi waktu pada gerak magnet di ruang bebas dengan beban
penggantung 1 × 10−2 kg dengan metode analisis video………..92
B.3 Grafik posisi fungsi waktu pada gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (22,180 ± 0,020 ) × 10−3 m dengan beban penggantung
sebesar 1 × 10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion
detector………93 B.4 Grafik posisi fungsi waktu pada gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (22,180 ± 0,020 ) × 10−3 m dengan beban penggantung
sebesar 1 × 10−2kg menggunakan metode analisis video………...94
B.5 Grafik posisi fungsi waktu pada gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (28,256 ± 0,007 ) × 10−3 m dan beban 1 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………...95 B.6 Grafik posisi fungsi waktu pada gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (28,256 ± 0,007 ) × 10−3 m dengan beban 1 × 10−2 kg menggunakan metode analisis video………96 B.7 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (35,032 ± 0,005 ) × 10−3 m dengan beban 1 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………...97
xxii
B.8 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (35,032 ± 0,005 ) × 10−3 m dan beban 1 × 10−2 kg dengan menggunakan metode analisis video………98 B.9 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (22,180 ± 0,020 ) × 10−3 m dan beban 2 × 10−2𝑘𝑔 dengan metode analisis menggunakan motion detector………...99 B.10 Grafik Posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam Pipa Aluminium sebesar (22,180 ± 0,020 ) × 10−3 m dengan beban penggantung 2 × 10−2kg dengan menggunakan metode analisis video………...100 B.11 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (28,256 ± 0,007) × 10−3m dengan beban penggantung sebesar 2 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………101 B.12 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (28,256 ± 0,007 ) × 10−3 m dengan beban penggantung sebesar 2 ×
10−2kg menggunakan metode analisis video……….102
B.13 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (35,032 ± 0,005 ) × 10−3 m dengan beban penggantung sebesar 2 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector……….103 B.14 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa aluminium sebesar (35,032 ± 0,005 ) × 10−3 m dan beban 2 × 10−2kg dengan menggunakan metode analisis video………104 LAMPIRAN C……….105 C.1 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (22,332 ± 0,005)× 10−3 m dan beban 1 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………....105 C.2 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (22,332 ± 0,005)× 10−3m dan beban 1 × 10−2 kg dengan metode analisis video………106 C.3 Grafik posisi Fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (28,348 ± 0,005) × 10−3 m dengan beban penggantung sebesar 1 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………..107
xxiii
C.4 Grafik posisi Fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (28,348 ± 0,005 ) × 10−3 m dengan beban penggantung sebesar 1 ×
10−2 kg dengan metode analisis video……….108
C.5 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (35.064 ± 0,007 ) × 10−3 m dengan beban penggantung sebesar 1 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………...109 C.6 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (35.064 ± 0,007 ) × 10−3 m dengan beban penggantung sebesar 1 ×
10−2 kg dengan metode analisis video………110
C.7 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (22,332 ± 0,005 ) × 10−3 m dan beban 2 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………111 C.8 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (22,332 ± 0,005 ) × 10−3 m dan beban 2 × 10−2kg dengan metode analisis video………112 C.9 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (28,348 ± 0,008 ) × 10−3 m dengan beban penggantung sebesar 2 ×
10−2kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………113
C.10 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (28,348 ± 0,008) × 10−3m dengan beban penggantung sebesar 2 ×
10−2 kg dengan metode analisis video………..114
C.11 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (35,064 ± 0,007) × 10−3 m dengan beban 2 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector………115 C.12 Grafik posisi fungsi waktu gerak magnet di diameter dalam pipa kuningan sebesar (35,064 ± 0,007) × 10−3 m dengan beban 2 × 10−2 kg dengan metode analisis video………...116 LAMPIRAN D ………....117
D.1.Perhitungan nilai kecepatan terminal untuk magnet neodymium
bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg,berdiameter(9,712 ± 0,008) × 10−3 m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium
xxiv
dengan variasi diameter dalam dengan massa beban penggantung 1 × 10−2 kg metode analisis menggunakan motion detector dan metode analisis video……….117
D.2.Perhitungan nilai kecepatan terminal untuk magnet neodymium
bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−2kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−2m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2 m yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan variasi diameter dalam dengan massa beban penggantung yang dipakai 2 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan metode analisis video………120 LAMPIRAN E……….123 E.1.Perhitungan nilai kecepatan terminal untuk magnet neodymium bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan variasi diameter dalam dengan massa beban penggantung 1 × 10−2 kg metode analisis menggunakan motion detector dan metode analisis video………..123
E.2.Perhitungan nilai kecepatan terminal untuk magnet neodymium
bermassa (5,66 ± 0,77) × 10−3kg, berdiameter (9,712 ± 0,008) × 10−3m dan tinggi (1,005 ± 0,003) × 10−2m yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan variasi diameter dan dengan massa beban penggantung 2 × 10−2 kg dengan metode analisis menggunakan motion detector dan metode analisis video. ...125
1
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Interaksi magnetik antara magnet dengan bahan berkonduktor listrik dapat menyebabkan suatu redaman magnetik. Redaman magnetik merupakan suatu redaman yang terjadi ketika magnet berinteraksi dengan bahan konduktor listrik atau sebaliknya, bahan berbahan konduktor listrik berinteraksi dengan magnet. Magnet yang bergerak di ruang bebas udara, waktu untuk bergeraknya lebih cepat dibandingkan waktu bergerak untuk magnet yang bergerak di daerah sekitar bahan berkonduktor listrik. Lebih lamanya waktu untuk magnet yang bergerak di sekitar suatu alat berbahan konduktor listrik diakibatkan karena adanya redaman magnetik. Ketika magnet yang bergerak terhadap bahan konduktor listrik, maka bahan tersebut berfungsi sebagai peredam gerak dari suatu magnet. Hal itu disebut sebagai redaman magnetik. Redaman magnetik antara magnet dengan bahan konduktor listrik dapat dijelaskan dengan teori elektromagnetik khususnya yaitu hukum Faraday dan hukum Lenz tentang induksi magnetik. Melalui konsep hukum Faraday dan hukum Lenz, redaman magnetik pada interaksi antara magnet dengan bahan konduktor listrik dapat dijelaskan bahwa interaksi antara magnet dengan bahan berbahan konduktor listrik yang bergerak terhadap satu dengan yang lainnya menimbulkan perubahan fluks magnetik sehingga membangkitkan arus induksi atau arus eddy. Kemudian arus induksi menghasilkan fluks pelawan yang melawan perubahan fluks magnetik penyebabnya. Timbulnya fluks pelawan menghasilkan gaya redaman magnetik (Giancoli, 2014).
Penelitian mengenai redaman magnetik sudah banyak dilakukan pada suatu gerak magnet terhadap suatu bahan konduktor listrik yang bermacam-macam bentuk dan ukurannya. Salah satu penelitian telah dilakukan dengan menjatuhkan bidang aluminium berukuran relatif kecil ke dalam pipa kaca, dengan bagian luar pipa kaca dipasang dua keping magnet yang saling dihadapkan untuk setiap interval tertentu. Dengan cara ini bidang aluminium bergerak di antara dua keping magnet. Bidang aluminium yang bergerak direkam
menggunakan kamera video. Hasilnya berupa data posisi fungsi waktu secara kontinyu yang digunakan untuk mendapatkan kecepatan terminal dari bidang aluminium yang bergerak (Molina-Bolivar, 2012).
Penelitian lain telah dilakukan untuk menentukan nilai koefisien redaman magnetik pada pendulum-magnet dan lempeng konduktor (kuningan, aluminium, dan tembaga) dengan menganalisis video menggunakan aplikasi tracker (Hediana, 2019). Penelitian tersebut dilakukan dengan lempengan konduktor bahan diletakan di hadapan pendulum yang ditempeli magnet dan disimpangkan dengan sudut tertentu. Lempeng logam bersifat konduktor tersebut berfungsi sebagai peredam osilasi harmonik pendulum fisis. Ketika pendulum disimpangkan maka pendulum akan mengalami gerakan osilasi harmonik dan lama kelamaan akan berhenti seiring berjalannya waktu. Lempeng konduktor dan pendulum magnet divariasi jaraknya untuk melihat pengaruh jarak lempengan logam terhadap nilai koefisien redaman magnetik. Hasil penelitian menunjukan nilai koefisien redaman magnetik berbanding terbalik dengan jarak untuk semua lempengan logam dan nilai koefisien redaman magnetik dari yang paling kecil ke yang besar secara berturut-turut adalah kuningan, aluminium, dan tembaga.
Eksperimen redaman magnetik yang lainnya telah dilakukan dengan menjatuhkan magnet berukuran relatif kecil ke dalam pipa aluminium dengan bagian luar pipa aluminium dililiti kawat dan kawat yang dililiti dihubungkan dengan osiloskop untuk melihat sinyal tegangan. Sinyal tegangan pada osiloskop digunakan untuk menentukan posisi fungsi waktu dari magnet yang bergerak. Pipa aluminium divariasi ketebalannya untuk melihat hubungan koefisien redaman magnetik terhadap ketebalan pipa aluminium (Donoso, 2009).
Penelitian lain telah dilakukan untuk mengukur nilai koefisien redaman magnetik gerak magnet di dalam pipa aluminium dengan menggunakan metode analisis video (Ragu, 2020). Penelitian tersebut dilakukan dengan mengikuti settingan penelitian yang dilakukan oleh Syed dan Nuessle (Syed dan Nuessle, 2019) yaitu menggantungkan magnet dan beban pada kedua ujung tali
penggantung yang dilewatkan pada katrol diam dan sensor gerak putar vernier BTD dengan bantuan pesawat atwood. Sensor gerak putar vernier RMV-BTD di dalam penelitian yang dilakukan oleh Syed dan Nuessle digunakan merekam pergerakkan magnet naik di dalam pipa aluminium. Dari rekaman gerak magnet tersebut didapat data posisi fungsi waktu serta kecepatan fungsi waktu, namun sensor gerak putar vernier RMV-BTD tidak dipakai dalam penelitian tersebut karena alat tersebut tidak tersedia di Laboratorium Fisika Universitas Sanata Dharma dan harganya juga sangat mahal. Oleh karena itu, alat sensor gerak putar vernier RMV-BTD diganti dengan kamera video untuk merekam gerak magnet naik di dalam pipa aluminium. Salah satu beban yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah magnet neodymium berbentuk silinder dan beban yang lainnya koin kuningan dalam penelitian tersebut diameter dalam pipa aluminium divariasi untuk melihat pengaruh diameter dalam pipa aluminium terhadap nilai koefisien redaman magnetik. Untuk mengetahui nilai koefisien redaman magnet digunakan alat bantu kamera video untuk merekam pergerakan beban penggantung yang diikat pada salah satu ujung tali yang bergerak vertikal ke bawah akibat adanya gaya gravitasi, dengan asumsi bahwa gerak beban yang digantungkan mempresentasikan gerak magnet di dalam pipa aluminium. Rekaman gerak beban jatuh ke bawah tersebut dianalisis dengan menggunakan software logger pro untuk mendapatkan data posisi fungsi waktu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa diameter dalam pipa aluminium berbanding terbalik dengan koefisien redaman magnetik.
Mengacu pada penelitian yang dilakukan (Ragu, 2020), pada penelitian ini akan menentukan besaran koefisien redaman magnetik gerak magnet di dalam pipa logam (pipa aluminium dan kuningan) dengan metode analisis menggunakan motion detector dan metode analisis video serta melihat hubungan diameter dalam pipa aluminium dan pipa kuningan terhadap nilai koefisien redaman magnetik. Settingan alat dalam penelitian ini mengikuti settingan alat yang dilakukan dalam penelitian oleh Ragu dan penelitian yang dilakukan oleh Syed dan Nuessle. Dalam penelitian ini, dikombinasikan penelitian yang dilakukan oleh Ragu dan penelitian
yang dilakukan oleh Syed dan Nuessle. Pada penelitian ini, settingan alat sama dengan pada penelitian yang dilakukan oleh Ragu dengan menggunakan salah satu metode analisis yaitu metode analisis video. Pada penelitian yang dilakukan oleh Syed dan Nuessle, sensor yang digunakan adalah sensor gerak putar vernier RMV-BTD. Dalam penelitian ini, peneliti ingin mengembangkan penelitian yang dilakukan oleh Ragu. Peneliti mengikuti settingan alat yang dipakai dalam penelitian Syed dan Nuessle yang digunakan untuk merekam gerakan magnet teredam, namun penelitian ini menambahkan satu metode untuk merekam gerak magnet di dalam pipa sehingga nanti dapat dibandingkan hasil penelitian yang diperoleh dengan metode analisis video dengan metode analisis menggunakan motion detector. Digunakan dua metode dalam penelitian ini untuk memastikan keakuratan data yang diperoleh dan perbandingan hasil pengukuran yang diperoleh dengan dua metode tersebut. Pada penelitian yang dilakukan Ragu hanya satu jenis pipa yang dipakai. Pada penelitian ini ditambah satu pipa yaitu pipa kuningan dengan tujuan untuk melihat perbedaan dan perbandingan nilai koefisien redaman magnetik pada gerak magnet di dalam pipa aluminium dengan gerak magnet di dalam pipa kuningan serta mengetahui hubungan diameter dalam pipa aluminium dengan pipa kuningan terhadap koefisien redaman magnetik. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi referensi dan motivasi belajar bagi peserta didik maupun para pendidik di sekolah menengah dalam memahami ilmu fisika mengenai hukum Lenz khususnya tentang induksi magnetik sebab sejauh pengalaman yang penulis lalui selama menempuh pendidikan di sekolah menengah guru dalam mengajarkan materi fisika tentang induksi magnetik cenderung menggunakan metode ceramah sehingga membuat siswa-siswi merasa bosan dan jenuh mengikuti pelajaran fisika. Oleh karena itu, penelitian ini mengajak bagi para peserta didik maupun pendidik di sekolah menengah untuk memahami materi fisika lebih khususnya tentang induksi magnetik dengan melakukan eksperimen Fisika berbasis komputer. Dalam hal ini, siswa dapat belajar bereksperimen berbasis komputer dengan cara sederhana sehingga siswa tidak jenuh dengan belajar fisika dan memperoleh pengalaman berharga serta
dapat mengikuti perkembangan zaman dalam menggunakan teknologi dalam belajar fisika.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, adapun permasalahan yang akan dikaji dalam penelitian ini adalah sebagai berikut
1. Bagaimana cara menunjukkan adanya redaman magnetik pada gerak magnet teredam di dalam pipa aluminium dan kuningan dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video?
2. Bagaimana hubungan diameter dalam pipa aluminium dan kuningan terhadap nilai koefisien redaman magnetik?
3. Bagaimana perbedaan nilai koefisien redaman magnetik pada gerak magnet di dalam pipa aluminium dengan kuningan dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video?
1.3 Batasan Masalah
Pada penelitian ini masalah dibatasi pada:
1. Redaman magnetik yang diamati dan koefisien redaman magnetik yang dihitung nilainya hanya pada magnet yang bergerak di dalam pipa aluminium dan pipa kuningan dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video.
2. Dalam penelitian ini, hambatan udara diabaikan karena diasumsikan pengaruhnya sangat kecil dan massa beban penggantung yang digunakan juga relatif kecil sehingga hambatan udara tidak diperhitungkan pengaruhnya.
3. Magnet yang digunakan dalam penelitian ini adalah magnet neodymium (NdFeB) yang berbentuk tabung dengan massanya lebih kecil dari massa beban penggantung yang digunakan.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dalam penelitian ini yaitu:
1. Menunjukkan bahwa adanya redaman magnetik pada gerak magnet di dalam pipa aluminium dan pipa kuningan.
2. Melihat hubungan diameter dalam pipa aluminium dan kuningan terhadap nilai koefisien redaman magnetik.
3. Mengetahui perbedaan nilai koefisien redaman magnetik magnet yang bergerak di dalam pipa aluminium dengan magnet yang bergerak di dalam pipa kuningan dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video.
1.5 Manfaat Penelitian
Dalam penelitian ini diharapkan memberikan manfaat: 1. Bagi peneliti
a. Dapat menunjukkan bahwa ada redaman magnetik pada gerak magnet neodymium di dalam pipa aluminium maupun pipa kuningan.
b. Dapat mengukur dan membandingkan nilai koefisien redaman magnetik pada gerak magnet di dalam pipa aluminium dengan gerak magnet di dalam pipa kuningan dengan metode analisis menggunakan motion detector dan video.
c. Dapat memanfaatkan alat ukur fisika berbantuan komputer untuk mengukur nilai koefisien redaman magnetik dan gaya redaman magnetik yaitu sensor gerak (motion detector) dan rekaman video menggunakan bantuan komputer yang sudah terinstal aplikasi logger pro di dalamnya.
2. Bagi pembaca
a. Dapat mengetahui cara menentukan nilai koefisien redaman magnetik pada gerak magnet di dalam pipa aluminium dan gerak magnet di dalam pipa kuningan.
b. Mengetahui bahwa motion detector (sensor gerak) dan kamera video dapat digunakan untuk menunjukan gerakan magnet teredam dan mengukur nilai koefisien redaman magnetik.
1.6 Sistematika Penulisan 1. BAB 1 Pendahuluan
Bab 1 berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
2. BAB 2 Landasan Teori
Bab 2 berisi teori-teori yang mendukung penelitian medan magnet, hukum Faraday dan hukum Lenz serta gerak magnet di dalam pipa.
3. BAB 3 Metodologi Penelitian
Bab 3 berisi alat, bahan, settingan alat, prosedur penelitian, dan cara pengolahan data.
4. BAB 4 Hasil dan Pembahasan
Bab 4 berisi hasil pengolahan data dan pembahasan dari hasil eksperimen yang diperoleh.
5. BAB 5 Penutup
8
BAB 2
LANDASAN TEORI 2.1 Medan Magnet, Fluks Magnetik dan GGL Induksi
Magnet memiliki dua buah kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Jika sebuah batang magnet dipatahkan menjadi dua bagian, maka akan dihasilkan dua buah magnet yang masing-masing magnet memiliki dua kutub magnet. Di daerah sekitar magnet terdapat medan magnet. Medan magnet merupakan ruang di sekitar kutub magnet yang gaya tarik atau tolaknya dirasakan oleh magnet lain atau bahan konduktor listrik (bahan yang memiliki sifat kemagnetan). Medan magnet digambarkan oleh garis-garis medan magnet, arah garis-garis medan magnet selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet. Garis-garis medan magnet ditunjukkan pada gambar 2.1 di bawah ini:
Pada gambar 2.1, simbol N menunjukkan kutub utara dan simbol S menunjukkan kutub selatan. Interaksi magnetik antara dua buah magnet terjadi ketika dua buah magnet didekatkan ujungnya (kutub magnet). Jika dua buah magnet berbeda kutub didekatkan maka kedua magnet akan tarik menarik. Sebaliknya, jika kedua magnet tersebut didekatkan dengan kutub yang sama maka kedua magnet tolak menolak. Jumlah garis-garis medan magnet yang melewati bidang luasan maka garis-garis medan magnet (B) tersebut akan selalu menembus bidang luasan (A) dengan membentuk sudut (𝜃) antara arah medan magnet
terhadap arah garis normal permukaan bidang luasan. Rapat garis medan magnet (B) yang menembus suatu bidang luasan (A) dinamakan dengan fluks magnetik (∅) sehingga secara matematis dapat dituliskan dalam persamaan (2.1) di bawah ini:
∅ = 𝐵 𝐴 cos 𝜃 (2.1)
Fluks magnetik ditunjukkan pada gambar 2.2 di bawah ini:
Pada gambar 2.2 garis normal selalu digambarkan tegak lurus dengan permukaan luasan bidang/penampang. Pada gambar 2.2, garis–garis medan magnet dengan garis normal dari permukaan luasan bidang membentuk sudut (𝜃).
Jika antara medan magnet dengan garis normal dari permukaan luasan bidang membentuk sudut 0° atau medan magnet yang melewati suatu permukaan bidang atau penampang secara tegak lurus maka akan diperoleh nilai fluks magnetik yang maksimum karena diketahui cos 0°=1. Sedangkan jika medan magnet yang melewati luas penampang (A) sejajar maka sudut yang dibentuk antara medan magnet dengan garis normal n̂ dari permukaan luasan adalah 90°
𝜃
B n̂
𝐴
Gambar 2.2 Garis-garis medan magnet yang melewati bidang luasan 𝑨.
sehingga nilai fluks magnetik minimum karena diketahui bahwa cos 90° bernilai nol sehingga jika nilai dari cos 90° disubstitusikan ke dalam persamaan (2.1) menyebabkan fluks magnetiknya bernilai nol.
Hukum Faraday menyatakan bahwa fluks magnetik yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan gaya gerak listrik induksi (GGL induksi). Gaya gerak listrik Induksi (GGL induksi) timbul bukan berasal sumber tegangan seperti baterai, akan tetapi GGL induksi timbul dari kumparan yang diinduksi oleh magnet sehingga dinamakan GGL induksi. GGL pada suatu rangkaian sama dengan laju perubahan fluks magnet yang melalui rangkaian. Selanjutnya ketika dihasilkan GGL induksi maka GGL induksi akan membangkitkan arus induksi atau arus eddy (Giancoli, 2014). Secara matematis besar GGL induksi dituliskan dalam persamaan (2.2).
dengan 𝛥∅ = perubahan fluks, magnetik (T m2 atau Wb); Δ𝑡= selang waktu (S)
Apabila garis-garis medan magnetik melewati suatu luasan bidang kumparan dengan jumlah lilitan (N) yang digulung secara rapat, maka gari-garis medan magnetik sama melalui setiap lilitan, sehingga persamaan GGL induksinya dapat ditulis dalam persamaan (2.3)
Pernyataan hukum Faraday dibuktikan dengan percobaan yang dilakukan oleh Faraday yaitu merangkai alat dengan cara menghubungkan ujung-ujung kawat melingkar atau loop kawat ke alat ukur tegangan galvanometer, kemudian magnet digerakkan mendekati dan menjauhi kawat melingkar atau kumparan dengan ujung kutub utara magnet yang didekatkan ke kumparan maupun menjauhi kumparan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3.
𝜀 = − 𝛥∅ 𝛥𝑡 (2.2) 𝜀 = − 𝑁𝛥∅ 𝛥𝑡 (2.3)
Pada gambar 2.3 (A) di atas adalah kejadian dimana magnet tidak digerakkan sama sekali atau magnet dalam keadaan diam, kemudian diperhatikan jarum pada galvanometer alat pengukur kuat arus dan beda potensial listrik/tegangan yang relatif kecil tidak menyimpang sama sekali. Tidak menyimpangnya jarum pada percobaan hukum Faraday gambar 2.3 (A) dikarenakan jumlah garis-garis medan magnet yang menembus loop kawat atau kumparan konstan sehingga menyebabkan fluks magnetiknya bernilai konstan. Kemudian karena nilai fluks magnetiknya konstan maka tidak ada GGL induksi yang terjadi sebab diketahui GGL induksi diperoleh dari perubahan fluks magnetik setiap selang waktu. Fluks magnetiknya konstan maka nilai GGL induksi magnetik yang diperoleh adalah nol sehingga tidak ada GGL induksi yang dibangkitkan.
Pada gambar 2.3 (B) percobaan hukum Faraday ketika magnet digerakkan menjauhi kumparan atau loop maka jumlah garis-garis medan magnet mengalami perubahan sehingga fluks magnetik yang terjadi juga mengalami perubahan dan perubahan fluks magnetik membangkitkan arus induksi atau arus eddy. Kemudian arus induksi tersebut membangkitkan fluks pelawan yang melawan perubahan fluks semula. Menyimpangnya jarum ke kiri pada percobaan hukum Faraday pada
Gambar 2. 3 (A) Magnet dalam keadaan diam; (B) Magnet digerakkaan mendekati kumparan; (C) Magnet digerakkan menjauhi kumparan
gambar 2.3 (B) ini dikarenakan ketika magnet digerakkan menjauhi kumparan garis-garis medan magnet yang menembus luasan kumparan berkurang sehingga kumparan menghasilkan garis-garis medan magnet induksi penambah yang melawan arah garis-garis medan magnet semula sehingga terlihat jarum pada galvanometer menyimpang ke kiri.
Pada gambar 2.3 (C) percobaan hukum Faraday, magnet digerakkan mendekati kumparan yang diam, kemudian diamati jarum pada galvanometer menyimpang ke kanan. Menyimpangnya jarum ke kanan pada percobaan hukum Faraday pada gambar 2.3 (C) ini dikarenakan ketika magnet digerakkan mendekati kumparan maka jumlah garis-garis medan magnetik mengalami perubahan sehingga fluks magnetik yang diperoleh mengalami perubahan juga atau tidak konstan. Kemudian fluks magnetik yang tidak konstan tersebut akan membangkitkan arus eddy atau arus induksi yang menghasilkan fluks pelawan yang melawan fluks semula. Ketika magnet digerakkan mendekati kumparan maka garis-garis medan magnet yang menembus luasan kumparan semakin meningkat atau bertambah sehingga kumparan menghasilkan garis-garis medan magnetik induksi pengurang yang melawan arah garis-garis medan magnet semula sehingga terlihat jarum pada galvanometer menyimpang ke kanan.
Tanda minus (−) pada persamaan (2.3) hukum Faraday berhubungan dengan arah GGL induksinya. GGL induksi selalu membangkitkan arus induksi yang arah medan magnet induksi berlawanan dengan arah medan magnet semula (Giancoli, 2014). Ketika fluks magnetik bertambah, GGL induksi yang dibangkitkan menghasilkan fluks pengurang, sebaliknya ketika fluks magnetik berkurang, GGL induksi yang dibangkitkan menghasilkan fluks penambah seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Proses terbentuknya arus eddy dan medan magnet induksi akibat magnet yang bergerak mendekati simpal
Pada gambar 2.4 ketika magnet digerakkan mendekati simpal dengan garis-garis medan magnet keluar dari kutub utara maka gerak magnet yang mengarah ke simpal akan meningkatkan fluks magnetik yang melalui simpal ke kanan. Jika magnet digerakkan mendekati simpal, maka medan magnet di simpal tersebut semakin kuat sehingga arus induksi yang dihasilkan dengan arah seperti yang ditunjukkan gambar 2.4 dan menyebabkan fluks yang dihasilkan atau fluks pelawan mengarah ke simpal melawan fluks magnetik semula atau fluks magnetik magnet. Medan magnet induksi akan memperkecil fluks magnetik yang dihasilkan atau fluks yang melalui simpal. Jika magnetnya digerakkan menjauhi simpal atau kumparan maka akibatnya arus induksi yang dihasilkan berada dalam arah berlawanan seperti yang terlihat pada gambar 2.4, sehingga medan magnet induksi yang terjadi mengarah ke kanan untuk memperbesar fluks magnetik yang melalui simpal. Ketika magnet dijauhkan maka garis-garis medan magnetik yang akan menembus simpal akan semakin jauh sehingga fluks yang yang di simpal semakin kecil.
2.2 Hukum Biot-Savart
Penelitian mengenai medan magnetik yang dilakukan oleh ilmuwan asal Denmark, yaitu Hans Christian Oersted mengemukakan bahwa jika suatu kawat penghantar dialiri arus listrik, maka di sekitar kawat penghantar berarus listrik tersebut akan timbul medan magnet. Penelitian Oersted tentang medan magnetik
dilanjutkan oleh ilmuwan yang bernama Jean Baptiste Biot dan Felix Savart. Keduanya dapat menentukan besarnya medan magnetik yang ditimbulkan oleh kawat berarus pada suatu jarak tertentu. Temuan ini dikenal dengan hukum Biot-Savart. Hukum Biot-Savart menyatakan bahwa besar atau kuat medan magnet (dB) di suatu titik berbanding lurus dengan besar kuat arus listrik (I) , berbanding terbalik dengan kuadrat jarak titik ke kawat penghantar (r2), berbanding lurus dengan panjang elemen penghantar (𝑑𝐥), dan bergantung pada besar sudut (𝜃) antara elemen penghantar dengan garis hubung ke titik tersebut, serta bergantung pada nilai permeabilitas medium (µ) (Suparno,dkk, 2017). Secara matematis dapat dituliskan ke dalam persamaan (2.4)
𝑑𝐁 =𝜇𝑜 𝐼 𝑑𝐥 × 𝐫̂ 4𝜋𝑟2
Gambar 2.5 Elemen arus 𝑰 𝒅𝐥 menghasilkan medan magnetik di titik 𝐩𝟏 yang tegak
lurus terhadap 𝑰 𝒅𝐥 maupun 𝐫̂
(2.4)
Kawat yang berarus listrik pada gambar 2.5, terlihat bahwa kawat tersebut membentuk simpal, dimana elemen arus I dl dari suatu simpal arus yang
jari R dan vektor satuan 𝐫̂ yang diarahkan dari elemen tersebut menuju pusat simpalnya, maka di pusat simpal terdapat medan magnetik B.
Besarnya medan magnetik B di pusat simpal akibat elemen arus diarahkan sepanjang sumbu simpalnya, dan besarannya itu diberikan oleh persamaan (2.5)
𝑑𝐵 =𝜇𝑜 𝐼 𝑑𝑙 sin 𝜃 4𝜋𝑟2
(2.5)
dengan besarnya kuat medan magnetik akibat arus keseluruhan diperoleh dengan mengintegralkannya untuk seluruh elemen arus dalam simpalnya. Karena R sama untuk semua elemen maka diperoleh:
𝐵 = ∮ d𝐵 = 𝜇𝑜 𝐼 4𝜋𝑟2∮ 𝑑𝑙 (2.6) 𝑑𝐵 = 𝜇𝑜 𝐼 4𝜋𝑟2 2𝜋𝑟 𝑟2 = µ𝑜𝐼 2𝑟 (2.7) 𝑥 𝑧 𝐼 d𝐥 𝑦 dB r 𝐫̂
Gambar 2.6 Elemen arus untuk menghitung medan magnetik di pusat simpal arus melingkar
2.3 Gaya Lorentz
Pada suatu kawat lurus berarus listrik jika di tempatkan di dalam medan magnet, maka terdapat gaya pada kawat tersebut yang besarnya sama dengan penjumlahan gaya magnetik pada partikel bermuatan yang geraknya menghasilkan arus. Potongan kawat dengan luas penampang 𝐴 dengan panjang 𝑙 yang menyalurkan arus listrik 𝐼 seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7 di bawah ini:
Dari gambar 2.7 dapat dilihat bahwa kawat yang dialiri arus listrik dan berada dalam medan magnet yang mengalami gaya magnetik. Muatan yang bergerak dalam medan magnet, mengalami gaya magnetik 𝐅. Jika kawat yang dialiri arus listrik berada dalam medan magnet, maka setiap muatan yang bergerak dalam kawat mengalami gaya sebesar:
𝐅 = 𝑞 𝐯𝐝× 𝐁 (2.8)
Dengan 𝐯𝐝: kecepatan drift pembawa muatan atau kecepatan rata-rata partikel bermuatan atau sering disebut juga dengan kecepatan hanyut. Gaya yang dialami kawat merupakan jumlah gaya yang dialami semua muatan di dalam kawat. Misalnya panjang kawat 𝑙, luas penampang kawat 𝐴, rapat muatan dalam kawat (muatan persatuan volume) 𝑛, maka jumlah muatan dalam kawat adalah 𝑛𝐴𝑙 atau
A
𝐯𝐝
l
Gambar 2.7 Potongan kawat yang panjang l sedang menyalurkan arus listrik I
jumlah muatan dalam potongan kawat ini merupakan jumlah 𝑛 persatuan volume dikali 𝐴𝑙. Dengan demikian gaya total pada potongan kawat ialah:
𝐅 = (𝑞 𝐯𝐝× 𝐁)𝑛𝐴𝑙 (2.9)
Dari persamaan (2.9), arus dalam kawat ialah:
𝐼 = 𝑛𝑞𝑣𝑑 𝐴 (2.10)
Dari persamaan (2.10) disubstitusi ke persamaan (2.9), maka didapat persamaan (2.11) gaya magnetik pada sepotong kawat yang mengalirkan arus listrik dan berada di dalam medan magnet.
𝐅 = 𝐼𝐥 × 𝐁 (2.11)
dengan 𝐥: vektor yang besarnya sama dengan panjang kawat dan arahnya sejajar dengan 𝑞 𝒗𝒅, yang juga merupakan arus 𝐼
Persamaan (2.11) diberlakukan untuk kawat penghantar yang bentuknya lurus dan menganggap medan magnetiknya tidak berubah menurut panjang kawat tersebut. Persamaan ini dapat dipakai perluas untuk kawat penghantar yang bentuknya sembarang dalam sembarang medan magnetik. Dengan demikian, gaya 𝑑𝐅 potongan kecil kawat 𝑑𝐥 ditulis dalam persamaan (2.12)
𝑑𝐅 = 𝐼 𝑑𝐥 × 𝐁 (2.12)
dengan 𝑑𝐥 : elemen arus, 𝐁 : vektor medan magnetik potongan kecil kawat tersebut.
Gaya total pada kawat tersebut dapat diperoleh dengan mengintegralkan atau menjumlahkan seluruh elemen arus dalam kawat tersebut, dengan menggunakan medan B yang sesuai di setiap elemennya. Untuk arus yang berada di dalam arah x positif dan medan magnetiknya berada pada bidang 𝑥𝑦 seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8, gaya pada kawatnya di arahkan sepanjang sumbu z positif seperti yang terlihat pada gambar 2.8
Besarnya gaya 𝐹 pada sepotong kawat pada gambar 2.8 ditentukan oleh persamaan (2.13)
𝐹 = 𝐼 𝑙 𝐵 sin 𝜃 (2.13)
dengan 𝜃: sudut antara sumbu 𝑥 dengan bidang 𝑥𝑦.
Untuk menentukan arah medan magnet, arus dan gaya Lorentz dapat dilakukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Dimana ibu jari menunjukkan arah arus, empat cari berikutnya menunjukkan arah medan magnet dan telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.9 di bawah ini:
Gambar 2.9 Aturan kaidah tangan kanan.
Pada gambar 2.9 di atas terlihat bahwa arah medan magnet B dan arus I selalu tegak lurus dengan gaya Lorentz, maka nilai gaya Lorentz paling maksimum akan diperoleh Ketika sudut yang dibentuk oleh arus 𝐈 dengan medan magnet B sebesar
x y z 𝐅 𝜃 𝐼 B= 𝐵𝑥 𝐢 + 𝐵𝑦 𝐣
Gambar 2.8 Gaya magnetik pada sepotong kecil kawat dalam medan magnetik.
𝜃
+ −
𝐁
90° atau arah medan magnet 𝐁 tegak lurus dengan arah arus 𝐈 karena diketahui sin 90°=1. Kemudian nilai gaya Lorentz yang diperoleh minimum apabila sudut yang dibentuk oleh medan magnet 𝐁 dan arus 𝐈 sebesar 0° atau arah medan magnet 𝐁 sejajar dengan arah arus I karena diketahui sin 0°= 0, sehingga jika nilai sin 0°=0, disubstitusikan ke persamaan (2.13) maka akan diperoleh nilai gaya Lorentz sebesar nol.
Diberikan contoh untuk pemakaian aturan kaidah tangan kanan pada keadaan kawat lurus yang diketahui Panjangnya pada gambar 2.10.
Dari gambar 2.10 diketahui bahwa kawat (1) dan kawat (2) memiliki panjang yang sama dan arus I ke atas. Arah medan magnet selalu melingkari kawat untuk kawat lurus. Medan magnet di titik 𝑎 berada di tengah-tengah antara kawat (1) dan kawat (2). Titik 𝑎 berada di sebelah kanan dari kawat (1) dan berada di sebelah kiri dari kawat (2). Arah medan magnet bergantung pada arah arus. Sesuai aturan pemakaian kaidah tangan kanan maka pada gambar 2.9 untuk kawat (1) ketika arah arus 𝐼1 ke atas maka arah medan magnet dititik 𝑎 masuk atau menjauhi pembaca.
Pada kawat (2) sesuai dengan aturan kaidah tangan kanan diketahui arah arus 𝐼2 ke atas, maka arah medan magnet di titik 𝑎 adalah keluar atau mendekati pembaca.
2.4 Magnetisasi Dalam Bahan
Magnetisasi berkaitan dengan tingkat suseptibilitas suatu bahan. Suseptibilitas merupakan tingkat kemagnetan suatu bahan untuk termagnetisasi. Berikut tabel 2.1 suseptibilitas magnetik beragam bahan pada 20℃ (Tipler, 2001):
Tabel 2.1. Suseptibilitas magnetik beragam bahan
No Material 𝑥𝑚 1 Aluminium 2,3 × 10−5 2 Bismuth −1,66 × 10−5 3 Tembaga −0,98 × 10−5 4 Intan −2,2 × 10−5 5 Emas −3,6 × 10−5 6 Magnesium 1,2 × 10−5 7 Air Raksa −3,2 × 10−5 8 Perak −2,6 × 10−5 9 Natrium −0,24 × 10−5 10 Titanium 7,06 × 10−5 11 Wolfram 6,8 × 10−5 12 Hidrogen (1 atm) −9,9 × 10−9
13 Karbon dioksida (1 atm) −2,3 × 10−9
14 Oksigen (1 atm) 2090 × 10−9
Untuk bahan paramagnetik dan feromagnetik, pemagnetan ternyata berbanding lurus dengan medan magnetik dalam bahan tersebut. Dengan demikian pemagnetan dapat dirumuskan:
𝑀 = 𝑥𝑚( 𝐁𝑎𝑝𝑝
𝜇0 ) (2.14)
dengan 𝑥𝑚 merupakan bilangan tanpa dimensi yang disebut suseptibilitas magnetik. Dalam bahan paramagnetik, 𝑥𝑚 berupa bilangan positif kecil yang bergantung pada temperatur. Untuk bahan diamagnetik, 𝑥𝑚 berupa konstanta negatif kecil yang tidak bergantung pada temperatur. Tabel 2.1 memuat suseptibilitas magnetik beragam bahan paramagnetik dan diamagnetik. Diketahui bahwa suseptibilitas magnetik untuk zat padat mempunyai orde 10−5 .
2.5 Gerak Magnet
Gerak magnet dalam penelitian ini mengikuti sistem gerak pada pesawat atwood yang terdiri atas sebuah beban bermassa 𝑚 dan beban bermassa 𝑀 yang dihubungkan dengan seutas tali ringan yaitu benang berbahan nilon yang diabaikan massanya, digantungkan pada katrol diam dan licin. Namun pada penelitian ini salah satu beban yang dipakai adalah magnet neodymium. Apabila massa beban 𝑀 lebih besar dari massa magnet m (M > m). Sistem gerak magnet mengikuti sistem pada pesawat atwood ditunjukkan pada gambar 2.11 di bawah ini:
Gambar 2.11 Sistem gerak magnet mengikuti sistem gerak pada pesawat atwood.
v v
𝑀. 𝑔 𝑚. 𝑔
Berdasarkan gambar 2.11, didapat persamaan gerak untuk magnet bermassa 𝑀 (beban) dan magnet bermassa 𝑚 (magnet neodymium) pada gambar 2.11 dengan anggapan bahwa arah gerak beban atau arah gaya ke bawah adalah bernilai positif dan arah gerak benda ke atas atau arah gaya ke atas adalah bernilai negatif mengikuti persamaan yaitu:
𝑀𝑔 − 𝑇2 = 𝑀𝑎 (2.15)
dengan 𝑇1 dan 𝑇2 adalah tegangan tali.
Gaya-gaya pada katrol yang berputar pada porosnya ditunjukkan pada gambar 2.12 di bawah ini:
Bila suatu katrol hanya berputar pada porosnya yang diam seperti terlihat pada gambar 2.11, maka menurut hukum kesetimbangan yaitu: (Suparno dkk, 2017). −𝑇1 – 𝑚𝑘 𝑔 – 𝑇2 + 𝑁 = 0 (2.17) (𝑇2− 𝑇1) 𝑅 = 𝐼𝛼 (2.18) 𝛼 =𝑎 𝑅 (2.19) −𝑇1+ 𝑚𝑔 = −𝑚𝑎 (2.16)
dengan 𝑇1 dan 𝑇2 :tegangan tali, 𝑚𝑘: massa katrol, 𝑁: gaya normal pada katrol, 𝐼: momen inersia katrol, R: jari-jari katrol, 𝛼: percepatan sudut katrol, 𝑎: percepatan tangensial tepi katrol yang sama dengan percepatan tali penggantung yang dililitkan pada katrol tanpa selip.
Dengan demikian, sistem pada gambar (2.1) akan bergerak dengan mengikuti persamaan (santosa dkk, 2017).
dengan percepatan
𝑎 = (𝑀 − 𝑚)
𝑀 + 𝑚 + 𝐼𝑅2𝑔
(2.21)
Apabila magnet bergerak vertikal ke atas berada di dalam pipa aluminium atau pipa kuningan dengan jari-jari r dengan ketebalan h seperti yang terlihat pada gambar 2.13, maka magnet yang bergerak tersebut akan menghasilkan perubahan fluks magnetik.
𝑦 = 𝑣𝑜+ 1 2 𝑎 𝑡2
Gambar 2.13 Posisi sesaat magnet yang bergerak di dalam pipa aluminium atau pipa kuningan.
Pada gambar 2.13 ketika magnet bergerak naik di dalam pipa maka garis-garis medan magnet akan menembus luasan pipa sehingga menghasilkan perubahan fluks magnetik. Kemudian Perubahan fluks magnetik akan membangkitkan arus eddy atau arus induksi yang menghasilkan fluks yang melawan perubahan fluks magnetik penyebabnya. Fluks pelawan akan menghasilkan medan magnet induksi yang arahnya melawan medan magnet semula atau awal sehingga menghasilkan gaya redaman magnetik yang arah geraknya melawan arah gerak magnet. Dengan demikian gaya redaman yang terjadi disebabkan oleh adanya dua medan magnet yang arahnya saling berlawanan. Besar gaya redaman magnetik 𝐹𝐵 tersebut yaitu:
dengan 𝑘 adalah koefisien redaman magnetik, 𝑣 adalah kecepatan gerak magnet. Besar nilai koefisien redaman magnetik 𝑘 pada persamaan mengikuti (Syed and Nuessle, 2019):
dengan 𝑓: faktor numerik nilainya sama dengan (5/256) < 0,0614; 𝜎: konduktivitas bahan dan 𝜇`: hasil dari perkalian antara momen dipol magnetik (𝜇) dengan 𝜇𝑜/4𝜋.
Sistem pada magnet yang bergerak naik vertikal ke atas di dalam pipa aluminium ataupun pipa kuningan yang memiliki jari-jari 𝑟 dan ketebalan ℎ, gaya-gaya yang mempengaruhi gerak magnet adalah gaya-gaya gravitasi, gaya-gaya tegangan tali dan gaya redaman magnetik yang dirumuskan dengan persamaan:
Persamaan (2.21) disubstitusikan ke persamaan (2.23) maka akan diperoleh persamaan (2.24).
Solusi persamaan (2.24) untuk kondisi magnet memberikan persamaan kecepatan (𝑣) terhadap waktu (𝑡) mengikuti (Syed and Nuessle, 2019):
𝜏 adalah konstanta waktu dengan nilai:
𝑘 =18𝜋𝑓𝜎ℎ𝜇` 2 𝑟4 (2.23) 𝑀 (𝑑𝒗𝑑𝑡) = 𝑇 − 𝑚𝑔 − 𝐹𝐵 (2.24) 𝑀 (𝑑𝒗𝑑𝑡) = 𝑇 − 𝑚𝑔 − 𝑘𝑣 (2.25) 𝑣(𝑡) = 𝑣𝑡[1 − exp (𝜏𝑡) ] (2.26)
𝜏 =
(𝑚+𝑀)𝑘(2.27)
dengan kecepatan terminal 𝑣𝑡 adalah
Dari persamaan (2.27) diperoleh persamaan solusi posisi (𝑥) fungsi waktu (𝑡) untuk magnet dirumuskan pada persamaan (2.28)
Dalam penelitian ini, nilai koefisien redaman magnetik yang paling maksimum saat magnet bergerak dengan kecepatan tetap atau konstan atau ketika sistem gerak magnet di dalam pipa terjadi gerak lurus beraturan (GLB). Oleh karena itu, pada kondisi mengalami gerak lurus beraturan, maka posisi terhadap waktu dalam arah vertikal dapat dituliskan dalam persamaan gerak lurus beraturan yaitu:
𝑣𝑡 =(𝑀−𝑚)𝑘 𝑔 (2.28)
𝑧(𝑡) = 𝑣𝑡[ 𝑡𝜏+ 1 − exp (−𝑡𝜏) ] (2.29)
27
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk mengukur nilai koefisien redaman magnetik pada magnet neodymium yang bergerak naik di diameter dalam pipa aluminium dan pipa kuningan serta melihat perbedaan nilai koefisien redaman magnetik pada magnet neodymium yang bergerak naik di diameter dalam kedua pipa tersebut. Ada tiga buah eksperimen yang dilakukan yaitu eksperimen gerak magnet di ruang bebas udara dan eksperimen gerak magnet di dalam pipa aluminium serta eksperimen gerak magnet di dalam pipa kuningan dengan menggunakan dua metode analisis yaitu metode analisis menggunakan motion detector dan metode analisis video. Eksperimen gerak magnet di dalam pipa aluminium dan kuningan dimaksudkan untuk menunjukkan gerak magnet teredam. Ada dua tahap yang dilakukan untuk mengukur nilai koefisien redaman magnetik yaitu tahap dengan menggunakan sensor gerak/motion detector dan tahap menggunakan kamera panasonic HC-V380 untuk merekam pergerakan beban ketika mulai bergerak hingga berhenti. Pada tahap dengan menggunakan metode analisis menggunakan motion detector ada 2 langkah yang dilakukan yaitu setting alat dengan menghubungkan sensor gerak secara langsung, kemudian analisis data. Pada tahap dengan menggunakan kamera panasonic HC-V380 ada 3 langkah yang dilakukan yaitu setting alat, perekaman dan analisis data. Ada 4 tahap yang dilakukan dalam mengukur nilai koefisien redaman magnetik yaitu persiapan alat dan bahan, setting alat, perekaman gerak magnet dengan alat yaitu sensor gerak dan kamera panasonic HC-V380, serta analisis data.
3.1 Persiapan alat dan bahan
Alat dan bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini sudah dipersiapkan terlebih dahulu dan dipastikan dalam keadaan baik dan bisa dipakai. Alat dan bahan yang dipakai yaitu:
