i
Perjanjian No: III/LPPM/2016-02/84-P
PENGEMBANGAN EKSPERIMEN FISIKA
BERBASIS KOMPUTER
Disusun Oleh:
Philips N. Gunawidjaja, Ph.D
Risti Suryantari, S.Si, M. Sc
Sovia Hariyani Untung
Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat
Universitas Katolik Parahyangan
ii DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i DAFTAR ISI ii ABSTRAK iii DAFTAR GAMBAR iv DAFTAR TABEL v BAB I. PENDAHULUAN 1
I.1 Latar Belakang 1
I.2 Perumusan Masalah 2
I.3 Tujuan 2
I.4 Manfaat 2
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 3
II.1 Pembelajaran dengan Pendekatan Ilmiah (Scientific Method) 3
II.2 Eksperimen Fisika Berbasis Komputer 4
II.3 Perangkat Eksperimen Fisika Berbasis Komputer 6
II.3.1 Perangkat keras (hardware) 6
II.3.2 Perangkat lunak (software) 7
II.4 Eksperimen Pesawat Atwood 8
BAB III. METODE PENELITIAN 10
III.1 Tahapan Penelitian 10
III.2 Lokasi Penelitian 10
III.3 Rancangan Penelitian 10
III.3.1 Set up Peralatan Eksperimen 10
III.3.2 Prosedur Eksperimen 11
III.4 Pengolahan Data dan Analisis 13
BAB IV. JADWAL PELAKSANAAN 12
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN 15
V.1 Perbandingan Hasil Pengukuran Percepatan Gravitasi pada Eksperimen Pesawat Atwood secara Manual dan Berbasis Komputer 15
V.2 Keunggulan Pelaksanaan Eksperimen Pesawat Atwood berbasis Komputer 18
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN 20
VI.1 Kesimpulan 20
VI.2 Saran 20
iii
ABSTRAK
Penelitian ini dilaksanakan dalam rangka untuk meningkatkan kualitas pembelajaran dengan memanfaatkan perkembangan IPTEK, yaitu dengan mengembangkan bentuk kegiatan eksperimen fisika konvensional menjadi eksperimen fisika berbasis komputer. Eksperimen fisika berbasis komputer adalah percobaan fisika dengan memanfaatkan peralatan yang yang terdiri atas antarmuka (interface), sensor, dan perangkat lunak (software) yang harus dihubungkan dengan sebuah komputer untuk penggunaannya. Hasil pengukuran percepatan gravitasi (𝑔) pada eksperimen pesawat Atwood dengan pengukuran berbasis komputer lebih mendekati nilai 𝑔referensidibandingkan dengan hasil pengukuran dengan pengambilan data secara manual.
Dari hasil eksperimen pesawat Atwood, dapat ditunjukkan keunggulan pelaksanaan eksperimen berbasis komputer antara lain adalah dalam pelaksanaan praktikum dengan alokasi waktu yang sama seperti praktikum konvensional, observasi data hasil percobaan dapat dilakukan secara langsung, data yang diperoleh semakin banyak, dan informasi yang diperoleh semakin luas. Dengan tersedianya materi pembelajaran eksperimen berbasis komputer, diharapkan dapat mendorong dan menginspirasi mahasiswa berpikir secara kritis, analistis, dan tepat dalam mengidentifikasi, memahami, memecahkan masalah, serta mengaplikasikan materi pembelajaran.
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Aktivitas pembelajaran pada kegiatan eksperimen 2 Gambar 2.2. Aktivitas pembelajaran pada kegiatan eksperimen 3 Gambar 2.3. (a) Eksperimen fisika konvensional, dan (b) eksperimen fisika berbasis komputer 4 Gambar 2.4. Contoh gambaran pelaksanaan eksperimen berbasis komputer 5 Gambar 2.6. CoachLab II+ (Salah satu interface yang dihubungkan dengan komputer 6
menggunakan kabel USB)
Gambar 2.7. Berbagai jenis sensor 6
Gambar 2.8. Gerbang cahaya dengan puli (the photogate with pulley attachment) 7 Gambar 2.9. Contoh tampilan dengan perangkat lunakCoach 6 pada pengukuran temperatur 7 Gambar 2.10. Pada percobaan pesawat Atwood, dua buah massa 𝑚1 dan 𝑚2 digantungkan
pada ujung-ujung seutas tali yang dilewatkan melalui sebuah katrol 8
Gambar 3.1. Tahapan penelitian 10
Gambar 3.2. Set up peralatan pesawat Atwood 10
Gambar 3.3. Tampilan pengukuran dengan Coach 6. Grafik posisi terhadap waktu dan data
dalam bentuk tabel dapat diamati secara realtime 12 Gambar 3.4. Tampilan pengukuran dengan Coach 6 dalam bentuk grafik secara realtime 12 Gambar 5.1. Tampilan antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk mendapatkan hasil
nilai a. 16
Gambar 5.2. Grafik hubungan nilai percepatan (2𝑑𝑡2) terhadap 𝑚𝑚1−𝑚2
1+𝑚2 pada eksperimen pesawat
Atwood yang dilakukan secara manual 17 Gambar 5.3. Grafik hubungan nilai percepatan (2𝑑𝑡2) terhadap
𝑚1−𝑚2
𝑚1+𝑚2 pada eksperimen pesawat
Atwood dengan menggunakan Coach 6 17 Gambar 5.4. Tampilan antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk grafik kecepatan terhadap waktu yang dapat ditampilkan sekaligus dengan grafik posisi terhadap waktu. 19
v
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Jadwal pelaksanaan penelitian 14
Tabel 5.1. Perbandingan pengukuran 2𝑑𝑡2dengan menggunakan pesawat Atwood yang dilakukan secara manual dan dengan menggunakan Coach 6 16
1 BAB I. PENDAHULUAN
I.I Latar Belakang
Salah satu sasaran Program Studi Fisika, Universitas Katolik Parahyangan, adalah meningkatkan mutu pendidikan dan pengajaran agar menghasilkan lulusan yang cerdas, kompetitif, bermutu dan relevan dengan kebutuhan masyarakat dengan menyediakan kurikulum yang bersifat fleksibel dan informatif sesuai dengan perkembangan IPTEK terkini, serta menyediakan pembelajaran yang mendorong dan memberikan tantangan bagi para mahasiswa, sekaligus mengembangkan kunci intelektual, dan transferable skills. Hal ini dapat dicapai, salah satunya dengan mengembangkan kualitas pembelajaran dengan memanfaatkan perkembangan IPTEK, pada kegiatan eksperimen fisika, baik untuk mendukung perkuliahan maupun pada kegiatan praktikum. Penguasaan, pengembangan, dan pemanfaatan IPTEK tidak dapat dilepaskan dari kebutuhan komputer yang digunakan sebagai alat bantu untuk menyimpan, mengolah, dan mengambil kembali data atau informasi yang diperlukan.
Dalam kegitan praktikum, pengajaran dilaksanakan dalam bentuk praktikum kolektif terstruktur, dan praktikum mandiri. Pada pelaksanaan praktikum kolektif, tata caranya bersifat konvensional, dimana pengambilan data dilakukan dengan proses mengamati dan mencatat, lalu membuat grafik secara mandiri, dan melaporkannya. Kendala yang dihadapi adalah hasil analisis yang tidak mendalam, salah satunya karena data pengukuran yang kurang akurat, sementara untuk mengulang pengambilan membutuhkan waktu yang tidak sebentar [5].
Berdasarkan permasalahan tersebut, salah satu upaya meningkatkan kualitas pembelajaran dengan memanfaatkan perkembangan IPTEK adalah dengan mengembangkan bentuk kegiatan eksperimen fisika konvensional menjadi eksperimen fisika berbasis komputer. Eksperimen fisika berbasis komputer adalah percobaan fisika dengan memanfaatkan peralatan yang terdiri atas antarmuka (interface), sensor, dan perangkat lunak (software) yang harus dihubungkan dengan sebuah komputer untuk penggunaannya.
Sarana belajar fisika melalui eksperimen berbasis komputer ini dirancang untuk memvisualisasikan data dalam bentuk grafik, serta memperoleh hasil yang akurat karena pengukuran dapat dilihat secara real time dan kontinyu pada layar komputer. Hasil dari percobaan tersebut dapat disimpan di data komputer, sehingga sewaktu-waktu mahasiswa atau dosen dapat membuka kembali hasil percobaannya.
Dalam penelitian ini akan dirancang eksperimen berbasis komputer, untuk topik eksperimen pesawat Atwood. Melalui eksperimen pesawat Atwood, dapat dilakukan pengukuran percepatan gravitasi setempat [5]. Pada eksperimen berbasis komputer, katrol yang
2
digunakan diganti dengan katrol yang terpasang di antara gerbang cahaya, dan dihubungkan dengan komputer. Pengolahan hasil data dilakukan dengan memanfaatkan perangkat lunak Coach 6 [4]. Hasil percobaan pesawat Atwood secara manual dan berbasis komputer kemudian
dibandingkan. Melalui penelitian ini dapat dihasilkan informasi mengenai keunggulan eksperimen berbasis komputer, dan peluang pengembangannya untuk berbagai topik eksperimen, sebagai variasi metode pembelajaran.
I.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana merancang eksperimen berbasis komputer, secara khusus untuk eksperimen pesawat Atwood?
2. Bagaimana perbandingan hasil pengukuran percepatan gravitasi (𝑔) pada eksperimen pesawat Atwood manual dengan berbasis komputer?
3. Apa keunggulan pelaksanaan pesawat Atwood berbasis komputer?
I.3 Tujuan
1. Merancang eksperimen berbasis komputer, secara khusus untuk eksperimen pesawat Atwood.
2. Membandingkan hasil percepatan gravitasi (𝑔) pada eksperimen pesawat Atwood manual dengan berbasis komputer.
3. Memberikan informasi keunggulan pelaksanaan pesawat Atwood berbasis komputer melalui hasil eksperimen yang dilakukan.
I.4 Manfaat
Dengan tersedianya materi pembelajaran untuk eksperimen yang berbasis komputer, diharapkan dapat meningkatkan kualitas pembelajaran, untuk mendorong dan menginspirasi mahasiswa berpikir secara kritis, analistis, dan tepat dalam mengidentifikasi, memahami, memecahkan masalah, dan mengaplikasikan materi pembelajaran.
3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
II. 1 Pembelajaran dengan Pendekatan Ilmiah (Scientific Method) [4]
Metode ilmiah merupakan proses keilmuan untuk memperoleh pengetahuan secara sistematis berdasarkan bukti fisis, melalui tahapan: pengamatan, membentuk hipotesis, menguji hipotesis misalnya dengan melakukan eksperimen, membuat analisis dan kesimpulan. Dalam pengujian seringkali memerlukan pengukuran dan perhitungan yang cermat. Proses pengukuran dapat dilakukan dalam suatu tempat yang terkontrol, seperti laboratorium. Proses pengukuran seringkali memerlukan peralatan ilmiah khusus seperti termometer, stopwatch, atau voltmeter. Hasil pengukuran secara ilmiah biasanya ditampilkan dalam tabel, digambarkan dalam bentuk grafik, dan diproses dengan perhitungan statistika seperti regresi linear.
Dalam kegiatan eksperimen, aktivitas pembelajaran yang dilakukan secara sistematis ditunjukkan oleh gambar 2.1. Suatu hasil eksperimen dilaporkan dalam bentuk laporan ilmiah. Laporan dengan pendekatan ilmiah mengandung sifat: prosedur yang sistematik dan terkontrol, berdasarkan data empiris, penyimpulan bersifat obyektif, dan konsisten. Karena pengetahuan dan kemampuan pelaku eksperimen memegang peranan yang menentukan dalam pelaksanaan prosedur eksperimen, maka metode ilmiah menuntut pelaku eksperimen untuk bersikap: skeptis, logis, analitis, obyektif, jujur, terbuka.
Gambar 2.1. Aktivitas pembelajaran pada kegiatan eksperimen
Dalam pelaksanaan kegiatan pembelajaran dengan pendekatan eksperimen, dilakukan melalui tiga tahap, yaitu persiapan, pelaksanaan dan tindak lanjut, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.2.
4
Gambar 2.2. Pelaksanaan kegiatan pembelajaran dengan pendekatan eksperimen
II.2 Eksperimen Fisika Berbasis Komputer [4]
Pada eksperimen fisika konvensional, pengamatan dan pengambilan data-data dilakukan secara manual, dengan proses mencatat, lalu data-data tersebut diolah (biasanya dalam bentuk grafik), dianalisis kemudian disimpulkan. Pada eksperimen fisika berbasis komputer, pengamatan dilakukan dengan memanfaatkan sensor-sensor, dan pengambilan data dilakukan menggunakan sensor tersebut, diolah dengan bantuan perangkat lunakdimana datanya dapat ditampilkan dalam bentuk digital maupun grafik, sehingga output yang dihasilkan lebih cepat dan akurat. Analisis yang dilakukan dapat lebih mendalam dalam waktu yang singkat, hingga diperoleh suatu kesimpulan.
(a) (b)
5
Gambar 2.4. Contoh gambaran pelaksanaan eksperimen berbasis komputer
Perbedaan mendasar dari eksperimen fisika konvensional dan eksperimen fisika berbasis komputer ditunjukkan oleh gambar 2.3, sedangkan contoh gambaran pelaksanaan pelaksanaan eksperimen berbasis komputer ditunjukkan oleh gambar 2.4. Dalam melakukan eksperimen berbasis komputer, tahapan yang harus dilakukan ditunjukkan oleh gambar 2.5.
Gambar 2.5. Langkah-langkah dalam melakukan percobaan berbasis komputer
Kelebihan melakukan percobaan berbasis komputer adalah sebagai berikut:
1. Dapat diintegrasikan dengan peralatan laboratorium yang sudah ada dan dapat disesuaikan dengan kurikulum yang berlaku.
2. Mudah digunakan oleh mahasiswa maupun dosen untuk percobaan yang beragam di bidang fisika, dan ilmu lain yang relevan.
3. Pembelajaran multimedia dengan teks, gambar, video dan animasi.
4. Pengolahan dan penampilan data dilakukan oleh komputer sehingga memungkinkan observasi data hasil percobaan dilakukan dengan cepat.
5. Dapat melakukan pengukuran beberapa besaran (sensor) secara simultan. 6. Membangkitkan sikap kritis mahasiswa dan pembelajaran aktif.
6 II.3 Perangkat Eksperimen Fisika berbasis Komputer
II. 3.1 Perangkat keras (hardware) [2]
1. Piranti antar muka (interface)
Merupakan perangkat penghubung antara aplikasi perangkat lunak (perangkat lunak) dengan sensor. Terdapat berbagai jenis interface misalnya Eurosense, Eurolab, dan CoachLab II+.
Gambar 2.6. CoachLab II+ (Salah satu interface yang dihubungkan dengan komputer menggunakan kabel USB)
2. Sensor
Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan fisika atau kimia. Sensor dihubungkan ke interface, mengukur perubahan fisik yang terjadi dan mengubahnya menjadi tegangan output yang dapat dibaca interface. Ada berbagai jenis sensor, misalnya sensor gerak, gaya, temperatur, cahaya, tegangan, tekanan, detak jantung, dan lain-lain yang dapat digunakan sesuai kebutuhan, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.7.
Gambar 2.7. Berbagai jenis sensor
Salah satu jenis sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah gerbang cahaya dengan puli (the photogate with pulley attachment). Gerbang cahaya dengan puli terdiri dari dua buah detektor cahaya yang dapat dioperasikan dalam dua mode, gerbang internal memungkinkan
7
mendeteksi obyek yang melewati gerbang dan gerbang luar (laser) untuk mendeteksi obyek yang melewati lengan luar gerbang [3].
Gambar 2.8. Gerbang cahaya dengan puli (the photogate with pulley attachment) [3]
II.3.2. Perangkat Lunak (software) [2]
Perangkat lunak (perangkat lunak) yang digunakan adalah Coach 6. Keunggulan perangkat lunak ini adalah dapat melakukan integrasi semua perangkat, melakukan analisa, pemodelan, video dan fungsi control. Pada proses pengukuran termasuk mengumpulkan data dari sensor dan menampilkannya, menganalisis dan mengolahnya. Coach 6 juga menyediakan tools pengolahan dan analisis data seperti formula editor, smooth graph, function fit, signal analysis, histogram,
statistik, dll.
Perangkat lunak ini juga memungkinkan untuk analisis peristiwa dan gerak benda nyata yang terjadi di luar kelas. Peristiwa yang terjadi merupakan kejadian sehari-hari seperti mengendarai sepeda, tendangan bola, lemparan bola basket, dan lain-lain. Pengambilan video juga dapat dilakukan langsung menggunakan perangkat lunak.Coach 6 menyediakan fasilitas untuk memuat animasi dengan berbasis pemodelan. Selain itu Coach 6 juga dapat digunakan untuk membuat program sederhana untuk mengontrol sistem, seperti mengontrol nyala dan padamnya lampu, mengontrol suhu (thermostat), dan lain-lain.
8 II.4 Eksperimen Pesawat Atwood [5]
Pesawat Atwood dirancang oleh George Atwood pada tahun 1784 untuk menunjukan adanya hubungan antara gaya dan percepatan. Eksperimen dengan menggunakan pesawat Atwood dapat digunakan untuk mengukur percepatan gravitasi. Pada eksperimen pesawat Atwood, dua buah massa 𝑚1 dan 𝑚2 digantungkan pada ujung-ujung seutas tali yang dilewatkan melalui sebuah
katrol. Gambar 2.10 menunjukkan gambar eksperimen pesawat Atwood. Tali sebagai penghubung dan katrol yang dipakai cukup ringan dan massanya dapat diabaikan.
Gambar 2.10. Pada percobaan pesawat Atwood, dua buah massa 𝑚1 dan 𝑚2 digantungkan pada ujung-ujung seutas tali yang dilewatkan melalui sebuah katrol
Beban 𝑚1 dan 𝑚2, masing-masing mendapat gaya gravitasi kebawah dan ditahan tegangan tali
keatas. Ketika dibiarkan lepas, beban yang mendapat gaya tarik gravitasi lebih besarlah yang akan bergerak ke bawah, sedangkan beban yang lebih ringan akan bergerak ke atas. Sesuai hukum Newton II, percepatan sebuah benda, a, berbanding lurus dengan gaya resultan, F, yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya, m. Hal ini ditunjukan pada persamaan (1)
𝑎 = 𝐹
𝑚 (1)
Dimana, ketika m1 lebih besar dari pada m2, gerak pada beban m1 adalah seperti berikut:
𝑚1𝑔 − 𝑇 = 𝑚1𝑎 (2)
sedangkan gerak pada beban m2 adalah seperti berikut:
𝑇 − 𝑚2𝑔 = 𝑚2𝑎 (3)
dengan menggabungkan persamaan (2) dan (3), dapat dihasilkan persamaan
𝑚1𝑔 − 𝑚2𝑔 = 𝑚1𝑎 + 𝑚2𝑎 (4)
9
𝑎 = 𝑔𝑚1−𝑚2
𝑚1+𝑚2 (5)
Dengan menggunakan persamaan gerak jatuh bebas
𝑑 = 𝑑0+ 𝑣0𝑡 +12𝑎𝑡2 (6)
yang jika disederhanakan menjadi 𝑎 =2𝑑
𝑡2 (7)
dapat dihitung percepatan, a, dengan mengukur waktu m1 jatuh ketika menempuh jarak d.
Dengan menggabungkan persamaan (5) dengan (7), nilai percepatan gravitasi g, dapat ditentukan. Bentuk persamaan tersebut adalah sebagai berikut:
2𝑑 𝑡2 = 𝑔
𝑚1−𝑚2
𝑚1+𝑚2 (8)
Di dalam percobaan yang dilakukan, grafik nilai 2𝑑𝑡2 terhadap 𝑚𝑚1−𝑚2
1+𝑚2 dibuat dan nilai 𝑔 dapat
10 BAB III. METODE PENELITIAN
III.1 Tahapan penelitian
Tahapan penelitian ditunjukkan oleh gambar 3.1.
Gambar 3.1. Tahapan penelitian
III.2 Lokasi penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika Dasar, Program Studi Fisika, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung.
III.3 Rancangan Penelitian
III.3.1 Set up Peralatan Eksperimen
Set up peralatan pesawat Atwood ditunjukkan oleh gambar 3.2.
Gambar 3.2.Set up peralatan pesawat Atwood, dimana (a) pengambilan data secara manual, dengan d
adalah jarak yang ditempuh oleh beban dalam waktu t s (b) pengambilan data dilakukan dengan komputer yang dihubungkan dengan Coach Lab II+ interface
11
Pada eksperimen pesawat Atwood digunakan dua buah massa 𝑚1 dan 𝑚2, yang digantungkan pada
ujung-ujung seutas tali yang dilewatkan melalui sebuah katrol seperti pada gambar 3.2. Katrol yang digunakan untuk pesawat atwood adalah katrol yang diintegrasikan dengan gerbang cahaya (photogate with pulley attachment). Ketika dilakukan pengambilan data secara manual, pengukuran waktu dilakukan dengan menggunakan stopwatch. Ketika dilakukan pengambilan data berbasis komputer, gerbang cahaya dihubungkan dengan Coach Lab II+ interface yang kemudian
dihubungkan dengan komputer yang telah dilengkapi dengan perangkat lunak Coach6. Gambar 3.2(b) menunjukan bagaimana gerbang cahaya disambungkan dengan Coach Lab II+ interface.
III.3.2 Prosedur Eksperimen
Dalam pengambilan data secara manual, dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut, a. Peralatan disiapkan dan diset seperti pada gambar 3.2(a).
b. Beban dengan massa 𝑚1dan 𝑚2 digantungkan pada ujung-ujung tali yang dipasang pada
katrol, massa 𝑚2 ditentukan konstan sebesar 150,40 g .
c. Jarak 𝑚1 dari permukaan lantai (d) ditentukan terlebih dahulu, pada penelitian ini d = 1,298 m.
d. Massa 𝑚1 diatur agar lebih besar daripada massa 𝑚2.
e. Posisi kedua beban diatur setimbang, kemudian dilepaskan, maka beban 𝑚1 akan bergerak
turun.
f. Waktu yang dibutuhkan beban 𝑚1 menempuh jarak d diukur menggunakan stopwatch.
g. Massa 𝑚1 divariasi, dan waktu yang dibutuhkan beban 𝑚1 menempuh jarak d untuk setiap
beban.
Dalam pengambilan data berbasis komputer, dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut, a. Peralatan disiapkan dan diset seperti pada gambar 3.2(b).
b. Gerbang cahaya yang terintergrasi dengan katrol disambungkan dengan Coach Lab II+ interface dan dihubungkan dengan komputer, komputer dipastikan telah dilengkapi dengan perangkat lunak Coach6.
c. Buka program CMA Coach 6→student→measurement→open→Measurements with CMA CoachLab II→exploring physics→Atwood's machine
d. Pastikan sensor telah terhubung ke interface.
e. Tampilan data yang disajikan dapat diatur, misalnya dalam bentuk grafik dan tabel. Tampilan pengukuran dengan Coach 6 ditunjukkan oleh gambar 3.3.
12
Gambar 3.3. Tampilan pengukuran dengan Coach 6. Grafik posisi terhadap waktu dan data dalam bentuk tabel dapat diamati secara realtime
f. Massa 𝑚1dan 𝑚2, jarak d, dan katrol dibuat sama seperti saat pengambilan data dengan
cara manual.
g. Pada saat akan mulai pengukuran, posisi kedua beban diatur setimbang, kemudian beban kemudian dilepaskan, lalu tombol start (atau F9) diklik.
h. Ketika beban 𝑚1 akan bergerak turun, Coach 6 akan merekam data posisi terhadap waktu dalam bentuk grafik dan datanya juga dapat dilihat dalam tabel. Perubahan posisi setiap selang waktu tertentu dapat diamati langsung. Tampilan grafik yang ditunjukkan oleh Coach 6 kurang lebih seperti pada gambar 3.4.
13
i. Pengukuran dilakukan untuk seluruh variasi massa 𝑚1.
j. Hasil data berupa angka yang ditunjukkan pada tabel disimpan dengan cara copy dan paste
pada program lain, misalnya pada Microsoft Excel.
III.4 Pengolahan Data dan Analisis
Untuk data yang diambil secara manual, hasilnya disajikan dalam grafik berdasarkan persamaan (8), yaitu 2𝑑𝑡2 = 𝑔𝑚𝑚1−𝑚2
1+𝑚2 , dan sesuai dengan persamaan garis lurus 𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑐 dimana m adalah
kemiringan grafik (gradien) maka dengan membuat grafik nilai 2𝑑𝑡2 terhadap 𝑚𝑚1−𝑚2
1+𝑚2 , selanjutnya
nilai 𝑔 dapat ditentukan dengan menentukan nilai gradien pada grafik tersebut. Nilai 2𝑑𝑡2 merupakan percepatan (a) benda selama bergerak lurus berubah beraturan tanpa kecepatan awal.
Pada hasil yang diperoleh dengan Coach 6, terlebih dahulu perlu dilakukan pemilahan data dengan mengolah grafik pada gambar 3.4 untuk menghasilkan interpretasi yang lebih baik, dengan cara sebagai berikut:
‘klik kanan’ pada grafik→Process/Analyze→Derivative→first derivative
Nilai percepatan benda (a) dapat diperoleh dengan cara:
‘klik kanan’ pada grafik→ Process/Analyze → Function-fit
Hasil turunan pertama dari posisi akan menghasilkan grafik kecepatan terhadap waktu, dengan nilai
a atau 2𝑑𝑡2 yang konstan. Dari persamaan garis yang muncul di layar, dapat ditentukan nilai 2𝑑
𝑡2 untuk
setiap variasi massa m1. Kemudian dibuat grafik
2𝑑
𝑡2 terhadap 𝑚1−𝑚2
𝑚1+𝑚2, dan nilai 𝑔 dapat ditentukan
dengan menentukan nilai gradien grafik seperti pada cara manual, dan hasil akhirnya dapat dibandingkan untuk dianalisis.
14 BAB IV. JADWAL PELAKSANAAN
Jadwal pelaksanaan penelitian ditunjukkan oleh tabel 1.
15 BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN
Eksperimen dengan menggunakan pesawat Atwood dapat digunakan untuk mengukur percepatan gravitasi setempat. Melalui eksperimen ini dapat ditunjukkan pula peristiwa gerak lurus berubah beraturan melalui gerakan dua beban yang terikat pada ujung tali dan dihubungkan dengan sebuah katrol. Dalam eksperimen ini gesekan dengan katrol diabaikan, maka percepatan beban hanya dipengaruhi oleh massa kedua beban dan percepatan gravitasi setempat.
Program Studi Fisika, Universitas Katolik Parahyangan, telah lama menggunakan eksperimen pesawat Atwood untuk kegiatan praktikum, namun hasil pengukuran nilai percepatan gravitasi yang didapatkan oleh mahasiswa seringkali berbeda jauh dari referensi. Berdasarkan pengamatan selama kegiatan praktikum, kesalahan terutama terjadi ketika melakukan pengukuran waktu dengan
stopwatch, dimana ketika tombol alat stopwatch ditekan untuk memulai dan mengakhiri pengukuran tidaklah benar-benar bersamaan dengan saat beban mulai dilepaskan dan berhenti. Salah satu alternatif solusi yang dilakukan adalah dengan menggunakan perangkat yang dapat digunakan untuk melakukan proses pengukuran dengan lebih akurat. Oleh karena itu dikembangkan kegiatan eksperimen pesawat Atwood berbasis komputer, dimana katrol yang digunakan untuk pesawat Atwood adalah katrol yang diintegrasikan dengan gerbang cahaya (photogate with pulley attachment) dan dihubungkan dengan Coach Lab II+ interface, kemudian dihubungkan dengan komputer yang telah dilengkapi dengan
perangkat lunak Coach 6.
V.1 Perbandingan Hasil Pengukuran Percepatan Gravitasi pada Eksperimen Pesawat Atwood secara Manual dan Berbasis Komputer
Perangkat lunak Coach 6 menyajikan data perubahan posisi terhadap waktu. Hasil data tersebut diturunkan untuk mendapatkan grafik kecepatan terhadap waktu. Kemiringan dari grafik kecepatan terhadap waktu merupakan nilai percepatan (a). Hasil yang didapatkan dengan menggunakan Coach 6, diharapkan lebih baik dibandingkan dengan pengukuran secara manual karena kesalahan yang disebabkan oleh waktu reaksi manusia telah diminimalisir. Gambar 5.1 menunjukkan tampilan antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk mendapatkan hasil nilai a, dimana sesuai persamaan (7), 𝑎 =2𝑑
𝑡2, dengan menggunakan tools ‘analize →function fit’ grafik kecepatan (𝑣) terhadap waktu
16
Gambar 5.1. Tampilan antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk mendapatkan hasil nilai
a. Nilai a diperoleh dengan mengambil data koefisien a dari persamaan garis y = a x + b grafik kecepatan (𝑣) terhadap waktu (𝑡)
Tabel 5.1 menunjukkan perbandingan hasil pengukuran percepatan (2𝑑𝑡2 ) dengan menggunakan
pesawat Atwood yang dilakukan secara manual, dan dengan menggunakan Coach 6. Pada pengukuran dengan Coach 6, katrol dan massa beban dibuat sama seperti pada saat pengukuran manual, sehingga hasil keduanya dapat dibandingkan.
Tabel 5.1. Perbandingan pengukuran 2𝑑
𝑡2dengan menggunakan pesawat Atwood yang dilakukan secara manual dan dengan menggunakan Coach 6
m1 (g) m2(g) d (m) (𝑚1− 𝑚2) (𝑚1+ 𝑚2) (2𝑑𝑡2) m/s2 (2𝑑 𝑡2) m/s2 manual Coach 6 154,04 150,40 1,298 0,01196 0,118526 0,089766 160,75 150,40 1,298 0,03326 0,366895 0,298983 164,08 150,40 1,298 0,04350 0,474103 0,397039 170,80 150,40 1,298 0,06351 0,719114 0,592189 174,13 150,40 1,298 0,07312 0,719114 0,684710
Untuk mendapatkan nilai percepatan gravitasi, dibuat grafik antara nilai 2𝑑𝑡2 terhadap 𝑚𝑚1−𝑚2
1+𝑚2. Gambar
5.2 dan 5.3 menunjukan grafik antara nilai 2𝑑𝑡2 terhadap 𝑚1−𝑚2
𝑚1+𝑚2 pada pesawat Atwood yang dilakukan
17 Gambar 5.2. Grafik hubungan nilai percepatan (2𝑑
𝑡2) terhadap 𝑚1−𝑚2
𝑚1+𝑚2 pada eksperimen pesawat Atwood yang dilakukan secara manual
Gambar 5.3. Grafik hubungan nilai percepatan (2𝑑
𝑡2) terhadap 𝑚1−𝑚2
𝑚1+𝑚2 pada eksperimen pesawat Atwood dengan menggunakan Coach 6
18
Nilai percepatan gravitasi diperoleh dari gradien kedua grafik tersebut. Hasil pengukuran percepatan gravitasi (𝑔) pada eksperimen pesawat Atwood dimana pengambilan datanya dilakukan secara manual adalah sebesar 10,58 ± 0,85 m/s2
. Hasil pengukuran mendekati nilai 𝑔 untuk lokasi dengan latitude 5o
dan ketinggian 1 km di atas permukaan laut (kota Bandung), dengan nilai 𝑔referensi = 9,777 m/s2[1].
Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa, jika dilakukan dengan baik dan lebih teliti, sangat mungkin untuk mendapatkan nilai 𝑔 seperti pada referensi. Sementara hasil pengukuran 𝑔 dengan menggunakan Coach 6 adalah sebesar 9,26 ± 0,55 m/s2
. Jika dibandingkan dengan pengukuran secara
manual, hasil yang diperoleh lebih mendekati nilai 𝑔referensi = 9,777 m/s2. Hal ini disebabkan karena
kesalahan yang disebabkan oleh waktu reaksi manusia ketika memulai dan memberhentikan stopwatch
dapat dikurangi.
V.2 Keunggulan Pelaksanaan Eksperimen Pesawat Atwood berbasis Komputer
Berdasarkan hasil nilai 𝑔 yang diperoleh, dapat disimpulkam bahwa hasil pengukuran dengan pengambilan data secara manual pada dasarnya tetap dapat diandalkan jika dilakukan dengan baik dan tepat. Ketepatan pengukuran waktu dengan alat stopwatch juga dapat ditingkatkan dengan mempertimbangan berapa sebaiknya besar massa m2 agar laju m1 menjadi lebih lambat, dan waktu
hingga mencapai permukaan penghenti dapat diukur lebih tepat. Namun selama pelaksanaan praktikum yang dilakukan oleh mahasiswa, seringkali mahasiswa kurang dapat mendalami proses eksperimen, dan mengambil data sekedarnya sesuai instruksi, serta cukup sering ditemukan pada laporan bahwa kesalahan perhitungan disebabkan karena alat yang kurang baik. Kekurangan lainnya adalah, bahwa selama proses pengambilan data, mahasiswa tidak secara langsung memplot grafik karena terbatasnya waktu praktikum, sehingga bagaimana peristiwa gerak lurus berubah beraturan (dalam ekperimen ini, massa m1 dipercepat ke bawah), menjadi tidak cukup jelas teramati selama
praktikum berlangsung, apalagi bila dipilih perbedaan massa m2 dan m1 yang relatif besar.
Pada eksperimen berbasis komputer, dari awal proses pengukuran, grafik posisi terhadap waktu selama massa m1 dipercepat ke bawah, dapat dilihat langsung pada layar komputer. Selama proses
pengukuran berlangsung, mahasiswa dapat mendiskusikan bagaimana grafik posisi terhadap waktu untuk gerak lurus berubah beraturan, sekaligus dapat dijelaskan bahwa kecepatan merupakan turunan pertama dari persamaan posisi terhadap fungsi waktu, dan kemiringan garisnya merupakan nilai percepatan benda yang konstan. Proses pengolahan grafik dilakukan dengan memanfaatkan tools
‘analize→derivative’ pada perangkat lunak Coach 6, hasilnya seperti yang ditunjukkan oleh gambar 5.4. Hal ini tidak muncul selama proses pelaksanaan eksperimen Atwood dengan pengambilan data secara manual, karena nilai percepatan langsung dihitung dengan persamaan (7).
19
Gambar 5.4. Tampilan antarmuka dari perangkat lunak Coach 6 untuk grafik kecepatan terhadap waktu yang dapat ditampilkan sekaligus dengan grafik posisi terhadap waktu (ditunjukkan oleh titik-titik warna biru). Garis linear pada grafik kecepatan terhadap waktu menunjukkan perubahan kecepatan terhadap watu yang
konstan, dan sesuai dengan definisi gerak lurus berubah beraturan.
Dari hasil eksperimen pesawat Atwood, dapat disimpulkan bahwa keunggulan pelaksanaan eksperimen berbasis komputer antara lain adalah dalam pelaksanaan praktikum dengan alokasi waktu yang sama seperti praktikum konvensional, observasi data hasil percobaan dapat dilakukan dengan cepat, dan memberikan informasi yang lebih luas. Di samping itu, dalam pelaksanaan eksperimen dapat membangkitkan sikap kritis mahasiswa melalui pembelajaran aktif, dan dengan berbagai media seperti teks, gambar, bahkan dapat dilengkapi video sehingga lebih menarik. Keunggulan lainnya adalah bahwa penggunaan katrol yang diintegrasikan dengan gerbang cahaya sebagai sensor, dapat dengan mudah diintegrasikan dengan peralatan laboratorium yang sudah ada.
Selain itu melalui eksperimen berbasis komputer, mahasiswa sejak semester awal dapat terbiasa menggunakan komputer dalam pelaksanaan eksperimen sesuai dengan perkembangan IPTEK saat ini, sehingga lebih dapat mendalami bagian konsep fisikanya untuk analisis. Tentunya dirancang tanpa mengurangi kepekaan terhadap proses pengamatan suatu peristiwa, penemuan masalah dan pemecahan masalahnya. Maka sebaiknya tidak semua eksperimen dilakukan dengan berbasis komputer, pengukuran-pengukuran alat secara manual tetap perlu dilatih untuk meningkatkan ketelitian dan memahami prinsip kerja alat serta ketidakpastian suatu hasil pengukuran.
20 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
V1.1 Kesimpulan
1. Telah dirancang eksperimen berbasis komputer, secara khusus untuk eksperimen pesawat Atwood.
2. Hasil pengukuran percepatan gravitasi (𝑔) pada eksperimen pesawat Atwood dimana pengambilan datanya dilakukan secara manual adalah sebesar 10,58 ± 0,85 m/s2
, sementara hasil pengukuran 𝑔
berbasis komputer dengan menggunakan Coach 6 adalah sebesar 9,26 ± 0,55 m/s2 . Jika
dibandingkan dengan pengukuran secara manual, hasil yang didapatkan dengan pengukuran berbasis komputer lebih mendekati nilai 𝑔referensi yaitu sebesar 9,777 m/s2.
3. Dari hasil eksperimen pesawat Atwood, dapat ditunjukkan keunggulan pelaksanaan eksperimen berbasis komputer antara lain adalah dalam pelaksanaan praktikum dengan alokasi waktu yang sama seperti praktikum konvensional, observasi data hasil percobaan dapat dilakukan secara langsung, data yang diperoleh semakin banyak, dan informasi yang diperoleh semakin luas dengan menggunakan tools ‘analize’ pada perangkat lunak Coach 6.
VI. 2 Saran
Perlu dilakukan pengembangan eksperimen fisika berbasis komputer untuk jenis eksperimen lainnya dengan menggunakan berbagai jenis sensor, minimal yang telah tersedia di laboratorium fisika dasar. Selain itu perlu dilakukan eksplorasi dalam penggunaan fitur-fitur pada perangkat lunak Coach 6 untuk mengemas kegiatan praktikum menjadi lebih menarik untuk mengkatkan kedalaman dalam melakukan analisis suatu peristiwa.
21 DAFTAR PUSTAKA
[1] Jursa, A. S., Ed., Handbook of Geophysics and the Space Environment, 4th ed., Air Force Geophysics Laboratory, 1985, p. 14–17.
[2] Kedzierska, E, & Dorenbos, V. 2014. CoachLab II+ interface 006 User’s Guide. Centre for Mikrocomputer Applications (CMA). Amsterdam.
[3] Kedzierska, E, & Dorenbos, V. 2014. The Photogate 0662I with Pulley Attachment User’s Guide. Centre for Mikrocomputer Applications (CMA). Amsterdam.
[4] Pudak Scientific. 2014. Aplikasi Percobaan Berbasis Komputer dalam Pembelajaran Sains di Sekolah. PT Pudak Scientifik. Bandung.
[5] Sutanto, H S & Suryantari, R. 2016, Modul Praktikum Fisika Dasar untuk FTI. Laboratorium Fisika Dasar. Universitas Katolik Parahyagan. Bandung.
