PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN MAGNETIK PADA MAGNET YANG BERGERAK DI ATAS AIR TRACK MENGGUNAKAN ANALISA
VIDEO DENGAN SOFTWARE LOGGER PRO
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh :
Natalia Peni Suharyanti NIM: 121424013
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA 2016
iv
“ Tuhan Yesus selalu memberikan lebih dari
yang kita butuhkan dan takkan pernah
membiarkanku memanggul salibku sendirian”
Hasil karya dan perjuanganku, kupersembahkan untuk : Tuhan Yesus Kristus Babeku tersayang Paulus Suratno Ibuku tercinta Yohana Fransiska Sumarni Adikku tersayang Martha Dwi Wijayanti Sahabatku terkasih Lidwina Kasih Radita Teman setia Edward Arung George dan Cee Teman-teman Pendidikan Fisika 2012
vii
BERGERAK DI ATAS AIR TRACK MENGGUNAKAN ANALISA VIDEO DENGAN SOFTWARE LOGGER PRO
Telah dilakukan penelitian untuk menunjukkan peristiwa redaman magnetik. Peristiwa redaman diamati pada glider bermagnet yang bergerak di atas air track yang bersifat konduktor. Untuk menunjukkan peristiwa redaman magnetik, gerak glider bermagnet direkam menggunakan kamera Canon 600D yang hasilnya kemudian dianalisa menggunakan software logger pro. Grafik posisi terhadap waktu untuk gerak glider tanpa magnet dibandingkan dengan gerak glider bermagnet. Penelitian bertujuan untuk menyelidiki pengaruh medan magnet terhadap gaya redaman magnetik. Gaya redaman magnetik dapat ditunjukkan dari besarnya koefisien redaman magnetik. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa semakin besar medan magnet yang diberikan maka gaya redaman magnetiknya semakin besar. Hal ini dapat terlihat dari koefisien redaman magnetiknya untuk glider dengan tambahan 1 magnet sampai 4 magnet berturut-turut adalah (0,16 ± 0,02) s-1; (0,22 ± 0,02 s-1; (0,29 ± 0,03) s-1; (0,32 ± 0,03) s-1. Terdapat hubungan linear antara koefisien redaman magnetik terhadap besarnya medan magnet.
Kata kunci : gaya redaman magnetik, koefisien redaman magnetik, kecepatan terminal, software logger pro
viii
MAGNET ON AIR TRACK USING SOFTWARE LOGGER PRO VIDEO ANALYSIS
It has been conducted an research that shows magnetic damping. It was observed by looking at the magnet fixed on the glider that moving on the conductor air track. The magnet fixed on the glider movements were recorded using camera Canon 600D, then the results were analysed using logger pro software. The graph Position vs Time from glider movements without magnets was compared with magnet fixed on the glider. The purpose of this research is to find out the influence of magnetic field towards magnetic damping force. Magnetic damping force can be determine by looking at the magnetic damping coefficient. This research shows that the greater magnetic field will also make the greater magnetic damping force. The magnetic damping coefficient can be seen through the glider 1 magnet to 4 magnets. The magnetic damping coefficient are (0.16 ± 0.02) s-1;(0.22 ± 0.02) s-1; (0.29 ± 0.03) s-1; (0.32 ± 0.03) s-1. It shows that there is a linear relation between magnetic damping coefficient vs magnetic field. Key words: magnetic damping force, magnetic damping coefficient, terminal velocity, logger pro software
ix
melimpah dan cinta yang begitu luar biasa. Berkat kasihNya yang luar biasa melimpah, penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Karena cintanya pula skripsi yang berjudul “PENGUKURAN KOEFISIEN REDAMAN MAGNETIK PADA MAGNET YANG BERGERAK DI ATAS AIR TRACK MENGGUNAKAN ANALISA VIDEO DENGAN SOFTWARE LOGGER PRO” dapat berjalan dengan baik dan terselesaikan dengan baik. Penelitian skripsi ini merupakan salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana pendidikan untuk Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan dan Ilmu pendidikan.
Penulisan dan penelitian ini bias terselesaikan dengan baik bukan hanya karena penulis saja, melainkan banyak pihak yang senantiasa membantu serta memberi dukungan kepada penulis. Ucapan terimakasih yang begitu dalam diucapkan kepada :
1. Dr. Ign. Edi Santosa, M.S, selaku dosen pembimbing yang senantiasa dengan tulus hati membimbing, meluangkan waktu, memotivasi, mengarahkan, mendengarkan kesulitan yang dialami tentang penelitian ini serta memberikan solusi terbaiknya.
2. Petrus Ngadiono selaku laboran yang selalu membantu dalam pengadaan alat, memberi saran terhadap kesulitan dalam pemilihan alat.
3. Ibu Sri Agustini dan bapak Severinus Domi selaku DPA yang selalu membimbing dan memantau perkembangan skripsi mahasiswanya serta ucapan terimakasih untuk dosen-dosen Pendidikan Fisika atas segala bimbingannya dalam membantu kelancaran penelitian.
4. Dosen-dosen Pendidikan Fisika yang telah membantu saya dalam perkuliahan selama 4 tahun ini.
5. Babe dan Ibuk tersayang dirumah, Paulus Suratno dan Yohana Fransiska sumarni yang selalu mendoakan serta memberikan kasih sayangnya dalam memberikan semangat dan dukungan kepada penulis.
6. Adikku tercinta Martha Dwi Wijayanti yang selalu mengingatkanku untuk pantang menyerah dan memberikan dukungan serta motivasi.
7. Nenekku tercinta, Bulik Sugi, Om Gaspar, Andre dan Dami, keluargaku yang senantiasa mendukukung penyusunan skripsi selama di rumah.
8. Sahabatku tercinta Lidwina Kasih Radita yang selalu mengingatkanku untuk tetap setia dalam menyelesaikan penelitian ini.
9. Edward Arung, orang yang selalu menemani saat penelitian dan penyusunan laporan, membantu memberi saran, memotivasi serta mendengarkan kesuliatan-kesulitan yang saya alami.
10. Lisa Ratna Sary, Beatrix Elvi Dasilva, Yovita Claudia, Hermana Cardayo, Fidelia Destyari Dyan Irianti, dan Fransiska Ernawati yang selalu menyemangati saya dan menjadi temn terbaik saya. Gregorius Adi rahmat Sahu dan Blasius Trisna Hermawan
xi
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS ... v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
HALAMAN KATA PENGANTAR ... ix
HALAMAN DAFTAR ISI ... xi
HALAMAN DAFTAR TABEL ... xiii
HALAMAN DAFTAR GAMBAR... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
BAB I. PENDAHULUAN ... 1 A. Latar Belakang ... 1 B. Rumusan Masalah ... 4 C. Batasan Masalah ... 4 D. Tujuan Penelitian ... 4 E. Manfaat Penelitian ... 4 F. Sistematika Penulisan ... 6
BAB II. KAJIAN PUSTAKA ... 8
A. Medan Magnet ... 8
xii
A. Penyusunan Alat ... 21
B. Pengukuran Medan Magnet ... 23
C. Pengukuran Sudut Kemiringan Air Track Menggunakan Software Logger Pro ... 23
D. Perekaman Gerak Magnet ... 28
E. Analisa Data Menggunakan Software Logger Pro ... 31
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 36
A. Hasil Penelitian ... 37
1. Penentuan Sudut Kemiringan Air Track Untuk Percobaan ... 37
2. Menunjukkan Gerak Teredam pada Magnet yang Bergerak di atas Air Track ... 44
3. Pengukuran Koefisien Redaman Magnetik ... 55
B. Pembahasan... 57
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 66
A. Kesimpulan ... 66
B. Saran ... 66
DAFTAR PUSTAKA ... 68 LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 : Nilai sudut kemiringan air track yang pertama ...40
Tabel 4.2 : Berbagai nilai sudut kemiringan air track ... 41
Tabel 4.3 : Nilai medan magnet untuk masing-masing jumlah magnet ... 55
Tabel 4.4 : Koefisien redaman magnetik untuk glider dengan tambahan 1 magnet ... 56
Tabel 4.5 : Hubungan nilai koefisien redaman magnetik terhadap jumlah magnet ... 57
xiv
Halaman
Gambar 2.1 : Garis gaya magnet dari suatu dipol magnet ... 8
Gambar 2.2 : Gaya tarik antara kutub utara dan kutub selatan ... 9
Gambar 2.3 : Gaya tolak antara kutub utara dan kutub utara ... 9
Gambar 2.4 : Gaya tolak-menolak antara kutub selatan dengan kutub selatan ... 10
Gambar 2.5 : Komponen medan magnet yang tegak lurus bidang ... 10
Gambar 2.6 : Perubahan fluks pada magnet yang mendekati kumparan ... 12
Gambar 2.7 : Perubahan fluks pada magnet yang menjauhi kumparan ... 13
Gambar 2.8 : Penguraian gaya pada benda non magnet yang bergerak di atas konduktor dengan sudut kemiringan tertentu ... 15
Gambar 2.9 : Penguraian gaya pada magnet yang bergerak di atas konduktor dengan sudut kemiringan tertentu ... 18
Gambar 3.1 : Susunan alat yang digunakan dalam melakukan eksperimen gerak magnet di atas air track: ... 21
Gambar 3.2 : Tampilan awal pada logger pro sebelum video hasil perekaman dimasukkan ... 24
Gambar 3.3 : Tampilan set scale untuk memberikan nilai acuan ... 24
Gambar 3.4 : Tampilan menu set origin untuk memberikan acuan pada gambar yang hendak di analisa ... 25
Gambar 3.5 : Tampilan add point (warna merah) set origin (warna biru) untuk mengukur panjang suatu benda ... 26
Gambar 3.6 : Tampilan photo distance untuk mengukur sisi depan sudut kemiringan air track ... 26
xv
Gambar 3.9 : Tampilan set scale untuk memberikan nilai acuan ... 33
Gambar 3.10 : Tampilan set origin ... 33
Gambar 3.11 : Tampilan add point untuk memberikan titik pada posisi gerak terhadap waktu .. 34
Gambar 3.12 : Tampilan awal menu curve fit untuk memfiting grafik ... 35
Gambar 3.13 : Tampilan untuk define function ... 35
Gambar 3.14 : Tampilan untuk memasukkan persamaan yang akan digunakan untuk mem-fit .. 36
Gambar 3.15 : Tampilan akhir hasil fit ... 36
Gambar 4.1 : Pengukuran sisi a dan b untuk mengetahui nilai sudut kemiringan air track ... 39
Gambar 4.2 : Grafik posisi terhadap waktu untuk berbagai nilai sudut kemiringan air track .... 42
Gambar 4.3: Grafik posisi terhadap waktu glider tanpa magnet ... 46
Gambar 4.4 : Grafik kecepatan glider terhadap waktu ... 47
Gambar 4.5 : Grafik posisi terhadap waktu untuk glider dengan tambahan 1 magnet ... 48
Gambar 4.6 : Grafik posisi terhadap waktu untuk glider tanpa magnet dan berbagai tambahan magnet pada glider ... 49
Gambar 4.7 : Grafik kecepatan glider dengan tambahan 2 magnet terhadap waktu ... 51
Gambar 4.8 : Grafik kecepatan glider dengan tambahan 3 magnet terhadap waktu ... 52
Gambar 4.9 : Grafik kecepatan glider dengan tambahan 4 magnet terhadap waktu ... 53
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 : Grafik posisi terhadap waktu untuk gerak glider tanpa magnet dan glider bermagnet dengan sudut kemiringan (1,2±0,1)
Lampiran 2 : Grafik posisi terhadap waktu untuk berbagai nilai sudut kemiringan Lampiran 3 : Grafik kecepatan terhadap waktu gerak glider tanpa magnet dan glider
bermagnet dengan sudut kemiringan (1,2±0,1)
Lampiran 4 : Nilai koefisien redaman magnetik untuk berbagai nilai medan magnet Lampiran 5 : Nilai sudut kemiringan air track
1 BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Penerapan pengereman magnetik telah digunakan dalam kehidupan sehari-hari pada beberapa kendaraan transit cepat bertenaga listrik seperti pengereman pada kereta listrik [Young, 2000]. Perkembangan ini tentu berangkat dari berbagai pengembangan dan inovasi dalam lingkup ilmu pengetahuan, khususnya dibidang Fisika. Elektromagnet besar akan ditempatkan pada gerbong diatas rel. Arus pusar akan diinduksikan dalam rel oleh gerak magnet tadi dan gaya magnetik yang dihasilkan memberikan gaya hambat pada gerbong dan selanjutnya akan menghentikannya [Tipler, 2001].
Adanya pengereman magnetik ini berdasarkan pada hukum Lenz. Magnet yang digerakkan mendekati atau menjauhi konduktor akan menyebabkan perubahan fluks magnetik pada konduktor yang akan membangkitkan ggl induksi pada konduktor. Hukum Lenz menyebutkan bahwa ggl induksi akan membangkitkan arus induksi. Arah medan magnet dari arus induksi sedemikian hingga melawan perubahan fluks magnetik. Sehingga konduktor akan memiliki medan magnet yang berlawanan dengan medan magnet penyebabnya dan kemudian terjadi interaksi tolak-menolak. Tolakan
2
inilah yang akan melawan gerak magnet. Gaya tolakan yang berlawanan dengan gerak magnet disebut dengan gaya redaman magnetik.
Penelitian untuk menunjukkan adanya redaman magnetik telah dilakukan dengan menggerakkan magnet di atas air track. Air track yang digunakan berbahan alumunium yang bersifat konduktor, sehingga dapat dikatakan magnet bergerak di atas air track sama dengan bergerak di atas konduktor. Air track digunakan untuk mengurangi gesekan dengan permukaan konduktor. Pengukuran gerak magnet dilakukan dengan menggunakan photogate. Beberapa photogate diletakkan pada lintasan air track dengan jarak tertentu dari masing-masing photogate. Pengukuran menggunakan photogate didapatkan data kecepatan rata-rata magnet selama melewati photogate [Xie, 2006].
Penelitian lain dilakukan dengan cara menggerakkan magnet di atas permukaan alumunium dan kaca. Magnet langsung digerakkan di atas permukaan kaca yang dimiringkan. Pengukuran dilakukan dengan cara merekam gerak magnet menggunakan video sehingga diperoleh data secara lengkap dan menyeluruh. Selanjutnya hasil perekaman dianalisa menggunakan software logger pro [Bekti, 2015]. Permukaan kaca ditempatkan di atas alumunium untuk mengurangi gesekan bila magnet langsung digerakkan di atas permukaan alumunium. Walaupun demikian, gaya gesek permukaan kaca dengan magnet tetap mempengaruhi gerak magnet sehingga proses redaman magnetik sulit teramati. Gesekan antara permukaan kaca dengan magnet yang
3
bergerak tidak dapat diabaikan seperti pada percobaan Xie yang mengabaikan gesekan udara sehingga akan mempengaruhi pengambilan data karena gaya yang melawan gerak magnet bukan saja gaya redaman magnetik tetapi juga gaya gesek magnet dengan permukaan kaca. Keterbatasan dalam penelitian ini adalah adanya gesekan permukaan yang mempengaruhi gerak magnet dan menggunakan sudut kemiringan bidang yang besar sehingga proses redaman magnetik akan lebih sulit teramati. Penelitian lain dilakukan dengan menggerakkan magnet di atas air track. Pengambilan data dilakukan dengan perekaman menggunakan video. Dari hasil analisa video diperoleh grafik posisi magnet terhadap waktu yang kemudian dianalisa untuk menunjukkan adanya peristiwa redaman magnetik [Vidaurre, 2008].
Perekaman menggunakan video tentu bukan hal baru bagi setiap orang di era kemajuan teknologi yang semakin pesat. Perekaman menggunakan video dapat dilakukan oleh setiap orang baik menggunakan handycam, kamera digital ataupun kamera smartphone. Dari hasil perekaman dapat diperoleh video yang mengambarkan proses terjadinya suatu peristiwa. Penggunaan software logger pro akan mempermudah analisa data yang berupa video.
Selain itu eksperimen menunjukkan adanya peristiwa redaman magnetik bisa menjelaskan prinsip hukum Lenz dengan praktikum. Pembelajaran materi hukum Lenz di SMA kurang mendalam dan jarang dilakukan praktikum untuk pokok bahasan ini. Melalui penelitian ini siswa dapat belajar materi hukum
4
Lenz melalui percobaan secara langsung dan dapat menemukan suatu gejala peristiwa redaman magnetik. Selain digunakan untuk mengajarkan materi hukum Lenz dengan cara praktik, penggunaan video dan foto dalam pengambilan data, juga dapat digunakan untuk praktikum percobaan lain. Misalnya untuk mengamati gerak benda bisa dilakukan dengan merekam proses gerak benda untuk mengetahui jenis gerak benda. Setelah itu untuk mendapatkan data, hasil perekaman dianalisa menggunakan software logger pro.
Berdasarkan uraian di atas, penelitian ini akan dilakukan untuk menunjukkan adanya peristiwa redaman magnetik yang akan dilakukan dengan cara menggerakkan magnet di atas air track. Pengambilan data dilakukan dengan perekaman video menggunakan kamera. Video hasil perekaman kemudian di analisa menggunakan software logger pro.
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana cara menunjukkan peristiwa redaman magnetik menggunakan video?
2. Bagaimana pengaruh medan magnet terhadap gaya redaman magnetik ? 3. Bagaimana cara mengukur koefisien redaman magnetik pada gerak
5 C. Batasan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah dari penelitian ini, ada beberapa hal yang menjadi batasan maslah dalam peneltitian ini, yaitu:
1. Konduktor yang digunakan dalam penelitian ini adalah air track yang berbahan alumunium dengan panjang 1,479 m.
2. Magnet yang digunakan dalam peneltian adalah magnet NdFeB
3. Pemberat yang digunakan adalah plastisin yang bersifat non feromagnetik.
4. Analisa video yang digunakan menggunakan analisis video dengan software logger pro.
D. Tujuan Penelitian
1. Menunjukkan peristiwa redaman magnetik menggunakan video
2. Menunjukkan pengaruh medan magnet terhadap gaya redaman magnetik
3. Mengukur koefisien redaman magnetik E. Manfaat Penelitian
1. Bagi Peneliti
a. Mampu memilih dan mengunakan alat yang tepat dan sesuai untuk melakukan pengukuran gaya redaman magnetik.
6
b. Mampu mengembangkan kemampuan dalam menggunakan software LoggerPro sehingga analisa data yang didapat menjadi maksimal.
c. Membuktikan adanya peristiwa redaman magnetik menggunakan perekaman video secara sederhana.
2. Bagi Pembaca
a. Mengetahui adanya peristiwa redaman yang terjadi karena adanya magnet yang bergerak di atas konduktor.
b. Menggunakan perekaman video dan analisa menggunakan software logger pro sebagai salah satu cara dalam meneliti suatu peristiwa fisika
c. Mengajarkan materi tentang hukum Lenz dan gaya redaman magnetik di sekolah sehingga siswa lebih memahami materi pembelajaran dengan langsung melakukan penelitian sendiri. F. Sistematika Penelitian
1. BAB I Pendahuluan
BAB I ini akan mengarahkan kita pada latar belakang penelitian, tujuan penelitian, rumusan masalah, batasan masalah dalam penelitian ini, manfaat penelitian dan sistematika penelitian.
2. BAB II Dasar Teori
BAB II akan menunjukkan teori yang digunakan dalam penelitian ini. Dalam hal ini, BAB II berisi teori yang mendukung penelitian yaitu
7
mengenai medan magnet, Fluks medan magnet, hukum Lenz, dan gerak magnet di atas konduktor.
3. BAB III Metodologi Penelitian
BAB III mengarahkan prosedur penelitian yang digunakan serta bagaimana cara menganalisa data yang telah didapatkan.
4. BAB IV Hasil dan Analisa
BAB IV menyajikan data yang telah didapatkan serta membahas data yang telah dianalisa sebelumnya yang kemudian dicocokan dengan teori yang digunakan.
5. BAB V Penutup
8 BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Medan Magnet
Magnet memiliki dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Daerah disekitar magnet disebut dengan medan magnet. Medan magnet suatu magnet permanen diakibatkan karena gerak elektron di dalam bahan. Elektron yang bergerak di dalam suatu bahan akan menghasilkan arus listrik. Seperti yang disebutkan dalam hukum Biot Savart bahwa di sekitar arus listrik terdapat medan magnet, maka disekitar arus listrik karena gerak elektron tersebut akan terdapat medan magnet. Medan magnet inilah yang disebut medan magnet permanen dari suatu magnet [Halliday, 2005] .
Besarnya medan magnet ditunjukkan dari garis gaya magnet. Garis gaya magnet keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan. Garis gaya yang semakin rapat menunjukkan bahwa medan magnetnya semakin besar. Hal ini dapat terlihat pada gambar 2.1 dibawah ini:
9
Gaya magnet akan terlihat bila suatu magnet didekatkan pada magnet lain. Gaya magnetik berupa tarikan ataupun tolakan yang terjadi bila 2 kutub magnet saling didekatkan. Tarikan dan tolakan tersebut dihasilkan karena interaksi 2 magnet [Bueche, 2006]. Bila kutub magnet yang berbeda jenis berhadapan, akan terjadi interaksi tarik-menarik terlihat pada gambar 2.2:
Gambar 2.2 Gaya tarik antara kutub utara dan kutub selatan
Sedangkan interaksi tolak-menolak terjadi jika kutub magnet yang berhadapan berbeda jenis. Interaksi tolak-menolak ditunjukkan pada gambar 2.3 dan 2.4:
Gambar 2.3 Gaya tolak-menolak antara kutub utara dan kutub utara
10
Fluks magnetik merupakan banyaknya suatu garis gaya magnet yang menembus suatu permukaan. Misalnya suatu magnet didekatkan pada kumparan, garis medan magnet akan menembus kumparan tersebut. Fluks magnetik ada karena garis gaya magnet yang menembus kumparan. Saat magnet semakin dekat dengan kumparan maka semakin bertambah jumlah fluks magnetiknya [Bresnick, 2002].
Gambar 2.5 Komponen medan magnet yang tegak lurus bidang
Fluks magnetik akan bernilai maksimal bila medan magnet yang menembus suatu luasan permukaan secara tegak lurus atau membentuk sudut 0 terhadap garis normal permukaan. Besarnya fluks magnetik dinyatakan dalam persamaan (2.1):
= ∮ ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗ = ∮ (2.1) ө n Luas
(A)
B11
adalah fluks magnetik dan adalah elemen luasan permukaan, merupakan sudut antara medan magnet ⃗ dengan garis normal permukaan yang ditembus garis gaya magnet.
B. Hukum Lenz dan Arus Induksi
Magnet yang didekatkan pada kumparan menyebabkan semakin banyak garis gaya magnet yang menembus suatu permukaan kumparan yang akan mengakibatkan terjadinya perubahan fluks. Perubahan fluks magnetik ini akan membangkitkan GGL induksi [Giancolii, 2001]. Hal ini dinyatakan dalam hukum Faraday pada persamaan (2.2):
Ɛ = -
(2.2)
dengan, Ɛ : ggl induksi
: perubahan fluks magnetik
: perubahan waktu
Tanda negatif menunjukkan bahwa arah medan magnet dari arus induksi sedemikian hingga melawan perubahan fluks magnetik. Jika fluks magnetik bertambah pada suatu kumparan, arus yang dihasilkan oleh ggl induksi akan membangkitkan fluks yang cenderung meniadakan fluks yang bertambah dan sebaliknya. [ Bueche, 2006]
12
Hukum Lenz dapat ditunjukkan melalui percobaan menggerakkan magnet mendekati kumparan yang terlihat pada gambar 2.6:
Gambar 2.6 Perubahan fluks pada magnet yang mendekati kumparan
Ketika magnet mendekati kumparan maka fluks magnetik pada kumparan akan bertambah. Gambar 2.6 menunjukkan bahwa kutub utara magnet mendekati kumparan, garis gayanya akan masuk ke kumparan. Karena fluks magnetik yang semakin bertambah menyebabkan timbulnya ggl induksi. Ggl induksi akan membangkitkan arus induksi. Medan magnet dari arus induksi sedemikian hingga melawan perubahan fluks magnetik. Karena fluks magnetiknya bertambah maka arah medan magnetnya sedemikian hingga melawan pertambahan fluks magnetik. Supaya melawan pertambahan fluks magnetik maka arah medan magnetiknya harus berlawanan dengan arah garis gaya magnet yaitu ke atas. Menurut hukum Biot Savart maka arah arus induksinya akan mengikuti aturan tangan kanan. Karena arah
13
medan magnet ditunjukkan dengan arah ibu jari yaitu ke atas, maka arah arus induksi mengikuti perputaran keempat jari yaitu berlawanan dengan arah jarum jam. Karena medan magnet dari arus induksi yang arahnya berlawanan dengan garis gaya magnet maka akan terjadi interaksi tolakan.
Untuk magnet yang bergerak menjauhi kumparan ditunjukkan pada gambar 2.7 :
Gambar 2.7 Perubahan fluks pada magnet yang menjauhi kumparan
Garis gaya magnet keluar dari kutub utara dan masuk ke kumparan. Magnet yang semakin menjauhi kumparan menyebabkan fluks magnetik pada kumparan berkurang akibatnya timbul ggl induksi pada kumparan. Ggl induksi pada kumparan akan menyebabkan arus induksi. Medan magnet dari arus induksi arahnya sedemikian hingga melawan perubahan fluks magnetik. Karena fluks magnetiknya berkurang, maka arah medan magnet sedemikian hingga melawan berkurangnya fluks
14
magnetik. Oleh sebab itu, arah medan magnet akan sama dengan arah garis gaya magnetnya yaitu masuk ke kumparan dan arah arus induksinya searah jarum jam.
C. Gerak Benda di atas Konduktor
Suatu benda dengan massa m ditempatkan di atas suatu permukaan akan memiliki gaya berat dan gaya normal permukaan. Benda yang dimaksud dikategorikan kedalam 2 hal yaitu benda non magnet dan benda magnet.
1. Gerak benda non magnetik pada air track yang dimiringkan
Air track terbuat dari logam alumunium yang bersifat konduktor dan juga bersifat non feromagnetik. Benda non magnet ditempatkan pada konduktor dengan sudut kemiringan dari kondisi awalnya diam. Karena kondisi awalnya diam maka kecepatan awalnya nol. Komponen gaya-gaya yang bekerja pada benda non magnet dapat dilihat pada gambar 2.8:
15
Gambar 2.8 Penguraian gaya pada benda non magnet yang bergerak di atas konduktor dengan sudut kemiringan
Berdasarkan gambar 2.8 gaya yang mempengaruhi gerak benda non magnet adalah W sin θ. Karena tidak ada gaya pelawan maka gerak benda akan dipercepat hal ini sesuai dengan hukum Newton II yang menyatakan bahwa bila suatu benda dikenai suatu resultan gaya yang bukan nol maka benda bergerak dipercepat sesuai dengan persamaan (2.3) [Tipler, 1998]:
∑ = m (2.3)
dengan, ∑ : resultan gaya
m : massa benda
: percepatan benda
: gaya berat benda
Posisi benda yang bergerak di atas bidang miring terhadap waktu akan mengikuti persamaan:
16
(2.4)
dengan, x : posisi benda
x0 : posisi awal benda
: waktu
2. Gerak benda magnet di atas air track yang dimiringkan
Benda non magnet yang bergerak di atas konduktor yang miring dengan sudut akan bergerak dipercepat karena adanya gaya W sin θ. Namun bila benda magnet yang bergerak di atas konduktor yang dimiringkan maka akan ada gaya lain yang mempengaruhi yaitu gaya redaman magnetik.
Seperti halnya pada magnet yang digerakkan mendekati kumparan, magnet yang bergerak di atas konduktor juga akan mengakibatkan timbulnya elektromagnet. Elektromagnet dan magnet permanen tersebut akan berinteraksi tolak-menolak. Tolakan inilah yang akan menyebabkan gaya redaman magnetik.
Bila pada kumparan arus akan mengalir di sepanjang kumparan, namun pada konduktor, arus induksi akan berputar di dalam konduktor membentuk arus pusar. Gaya tolak tersebut akan menghasilkan gaya redaman magnetik yang dirumuskan pada persamaan (2.5) [Vidaurre, 2008]:
17 =mg
dengan , : gaya redaman magnetik
: koefisien redaman magnetik
m : massa sistem
v : kecepatan magnet
Tanda negatif menunjukkan bahwa arah gaya redaman magnetik berlawanan dengan arah gerak magnet. Penguraian gaya-gaya yang bekerja pada magnet yang ditempatkan di atas konduktor yang dimiringkan terlihat pada gambar 2.9 :
Gambar 2.9 Penguraian gaya pada magnet yang bergerak di atas konduktor dengan sudut kemiringan
Penguraian gaya untuk magnet yang bergerak di atas konduktor dengan sudut kemiringan ditunjukkan pada persamaan (2.6):
18
Tanda negatif pada persamaan (2.6) menunjukkan bahwa arah gaya redaman magnetik berlawanan dengan arah gaya berat yang sejajar bidang. Dari persamaan (2.6) dapat dituliskan menjadi:
(2.7)
dengan, : gravitasi bumi
(2.8) (2.9) dengan : ( ) (2.10) ( ) ( ) (2.11)
Maka dari persamaan (2.10) yang disubstitusikan dengan persamaan (2.9) didapatkan persamaan :
(
) (2.12)
19
Kemudian persamaan (2.13) di integralkan dan didapatkan persamaan (2.14):
(2.14)
Persamaan (2.14) kemudian dibagi dengan sehingga akan didapatkan persamaan (2.15):
( ) (2.15)
dengan, (2.16)
Untuk maka didapatkan nilai K yaitu :
(2.17)
dengan,
(2.18)
Dengan mensubtitusikan persamaan (2.18) pada persamaan (2.17) didapatkan persamaan:
(2.19)
: kecepatan terminal
: kecepatan awal
Untuk maka , akan didapatkan nilai persamaan kecepatan terhadap waktu yaitu :
20
( ) ( ) (2.20)
( ) (2.21)
Dengan, D = ( ) (2.22)
Untuk mendapatkan persamaan posisi terhadap waktu dengan mengintegralkan persamaan (2.21) sehingga akan diperoleh persamaan (2.23) [Anna Vidaurre, 2008] :
( )[ ( )] (2.23)
21 BAB III EKSPERIMEN
Penelitian ini bertujuan untuk menunnjukkan adanya peristiwa redaman magnetik dan mengetahui pengaruh medan magnet terhadap gaya redaman magnetik. Tahap-tahap yang harus dilakukan untuk mencapai tujuan penelitian yaitu penyusunan alat, pengukuran medan magnet, pengukuran sudut kemiringan air track menggunakan software logger pro, Pengamatan gerak magnet dan analisa data menggunakan software logger pro.
A. Penyusunan Alat
Penyusunan alat digunakan untuk mengamati adanya peristiwa redaman serta mengetahui pengaruh besarnya medan magnet terhadap koefisien redaman magnetik dan gaya redaman magnetik. Dalam penyusunan alat terdapat beberapa bagian yang harus disusun seperti gambar (3.1) yaitu :
22 a. Kamera
Kamera yang digunakan dalam perekaman adalah kamera Canon 600D.
b. Tripod
Digunakan untuk memposisikan kamera saat perekaman dilakukan. c. Glider, magnet dan pemberat
Glider yang dimaksud digunakan sebagai kereta untuk tempat magnet dan juga pemberat. Magnet yang digunakan adalah magnet NdFeB dan pemberat yang digunakan merupakan plastisin..
d. Air track
Air track digunakan sebagai lintasan gerak magnet dan sebagai konduktor yang bersifat nonferomagnetik. Bahan air track terbuat dari alumunium yang bersifat sebagai konduktor.
e. Blower
Blower untuk memompa angin masuk ke dalam air track.
Air track yang digunakan sulit untuk dimiringkan maka digunakan engsel yang berasal dari kayu untuk mengatur kemiringan sudut. Kemiringan sudut pada air track diberikan dengan menggunakan balok pengganjal. Sudut kemiringan diukur dengan menggunakan metode perbandingan. Balok pengganjal yang digunakan memiliki tinggi 4,1 cm. Untuk berbagai nilai sudut dilakukan dengan cara menggeser balok pengganjal sesuai dengan kemiringan sudut yang akan diberikan pada air track.
23 B. Pengukuran Medan Magnet
Pengukuran medan magnet menggunakan sensor medan magnet dari Vernier yang dihubungkan ke PC atau laptop yang sudah memilki software logger pro. Pengukuran medan magnet dilakukan dengan menempatkan sensor sejarak 1 cm dari magnet. Sensor medan magnet diletakkan 1 cm di atas permukaan magnet dengan posisi tegak lurus terhadap permukaan magnet. sensor diletakkan sejarak 1 cm dari magnet karena jarak antara magnet dengan konduktor adalah 1cm. Jarak 1 cm ini merupakan ketebalan dari glider yang menjadi tempat magnet.
Magnet yang digunakan dalam penelitian merupakan magnet NdFeB. Pengukuran medan magnet dilakukan untuk 1 magnet, 2 magnet, 3 magnet dan 4 magnet. Hasil pengukuran akan didapatkan berbagai nilai medan magnet. C. Pengukuran sudut kemiringan air track menggunakan software logger pro
Langkah-langkah yang dilakukan untuk mengukur sudut menggunakan software logger pro adalah :
a. Membuka software logger pro kemudian memilih menu insert kemudian memilih menu picture dan pilih file gambar yang hendak dianalisa terlihat pada gambar 3.2:
24
Gambar 3.2 Tampilan awal pada logger pro sebelum gambar dimasukkan b. Memilih ikon set scale, digunakan untuk memberikan skala pada
panjang lintasan air track yang digunakan dan kemudian tarik dari ujung lintasan air track ke ujung yang lain. Kemudian memasukkan nilai distance 1,479 m karena sebelumnya telah diukur panjang lintasan air track yang ditandai pada bulatan merah pada gambar 3.3:
25
c. Pilih set origin terlihat pada lingkaran merah gambar 3.4, digunakan sebagai garis acuan tegak lurus.
Gambar 3.4 Tampilan menu set origin untuk memberikan acuan pada gambar yang hendak di analisa
d. Kemudian pilih add point yang ditunjukkan oleh tanda berwarna merah untuk memberi tanda. Dan memilih set origin yang ditunjukkan oleh tanda berwarna biru untuk memberikan acuan supaya tegak lurus dalam mengukur sisi tegaknya yang terlihat pada gambar 3.5:
26
Gambar 3.5 Tampilan add point (warna merah) set origin (warna biru) yang digunakan untuk pengukuran panjang
e. Setelah itu, kemudian pilih photo distance terlihat pada lingkaran merah gambar 3.6 untuk mengukur sisi depan sudut:
27
Setelah mengetahui panjang sisi masing-masing, kemudian sudut kemiringan air track diketahui dengan menggunakan aturan sin θ yang terlihat pada gambar 3.7:
Gambar 3.7 Panjang yang harus diukur guna mendapatkan sudut kemiringan air track
sin θ =
Sehingga
θ = arc sin
Karena b merupakan panjang air track yang sudah diketahui nilainya yaitu 1,479 m maka dapat dilakukan perhitungan guna mengukur sudut kemiringan air track. Pengukuran sudut kemiringan air track dilakukan dengan mengukur sudut pada air track menggunakan bantuan analisa foto menggunakan software logger pro.
28 D. Pengamatan Gerak Magnet
Saat pengamatan gerak magnet, kamera harus diposisikan sejajar dengan bidang yang akan direkam. Oleh sebab itu, air track diletakkan sejarak tertentu dari dinding. Lensa kamera sejajar dengan permukaan dinding yang digunakan sebagai bidang acuan. Hal ini diatur dengan memposisikan garis-garis grid kamera supaya segaris-garis dengan acuan dan hasil perekaman akan menjadi terlihat sebidang.
Eksperimen yang dilakukan terbagi dalam 3 percobaan, yaitu percobaan gerak glider bermagnet untuk berbagai nilai sudut kemiringan air track, gerak glider tanpa magnet dan percobaan glider bermagnet untuk berbagai nilai medan magnet. Percobaan gerak glider untuk berbagai nilai sudut dilakukan untuk mendapatkan nilai sudut yang baik untuk melakukan percobaan. Pengamatan glider tanpa magnet dilakukan dengan menggerakkan glider di atas lintasan air track. untuk melihat peristiwa redaman magnetik, gerak glider tanpa magnet dibandingkan dengan gerak glider yang diberi tambahan magnet. glider yang diberi tambahan magnet di atasnya selanjutnya akan disebut dengan glider bermagnet.
1. Percobaan berbagai sudut kemiringan air track
Percobaan berbagai nilai sudut kemiringan air track dlikaukan dengan menggerakkan glider bermagnet di atas air track. percobaan ini dilakukan
29
beberapa kali dengan cara yang sama untuk berbegai nilai sudut kemiringan air track. langkah-langkah dalam percobaan ini adalah:
a. Mengatur posisi sudut kemiringan air track.
b. Mengatur posisi kamera supaya sejajar dengan permukaan dinding yang digunakan sebagai acuan.
c. Menempatkan glider bermagnet pada lintasan air track kemudian mengatur skala blower pada skala 10.
d. Menekan tombol video sehingga perekaman dimulai.
e. Menekan tombol on pada blower sehingga glider dapat bergerak. f. Setelah glider sampai di ujung air track maka perekaman dimatikan. g. Mengulangi langkah f-h 3 kali.
h. Melakukan langkah g untuk berbegai nilai sudut kemiringan air track.
2. Percobaan gerak glider tanpa magnet
Percobaan gerak glider tanpa magnet dilakukan dengan menggerakkan glider di atas air track. Massa glider yang digunakan sama dengan massa glider dengan tambahan 4 magnet yaitu 128,4 gram. Percobaan menggerakkan glider tanpa magnet digunakan sebagai pembanding untuk mengetahui pengaruh ada dan tidaknya tambahan magnet pada gerak glider. Langkah-langkah dalam percobaan ini adalah :
30
b. Mengatur posisi kamera supaya sejajar dengan permukaan dinding yang digunakan sebagai acuan.
c. Menambahkan pemberat sehingga massa magnet untuk tiap variasi medan magnet sama dengan massa dengan jumlah magnet terbanyak yaitu 4 magnet.
d. Menimbang massa glider dan pemberat. Pemberat digunakan supaya massanya tetap.
e. Menempatkan glider dan pemberat di atas air track dan mengatur skala blower pada skala 10.
f. Menekan tombol video sehingga perekaman dimulai.
g. Menekan tombol on pada blower sehingga glider dapat bergerak. h. Setelah glider sampai di ujung air track maka perekaman dimatikan. i. Mengulangi langkah f-h 3 kali.
3. Percobaan glider bermagnet untuk berbagai nilai medan magnet
Percobaan berbagai nilai medan magnet dilakukan untuk mengetahui pengaruh medan magnet tehadap gaya redaman yang terjadi. berbagai nilai medan magnet didapatkan dengan mengganti jumlah magnet yang ditambahkan pada glider. Langkah-langkah pada percobaan ini sama dengan percobaan menggerakkan glider. Namun ada bebrapa perbedaan yang harus ditambahkan dalam percobaan ini. Percobaan berbagai nilai medan magnet dilakukan dengan menambahkan magnet ke atas glider.
31
Massa total sistem haruslah sama dengan massa sistem dengan tambahan jumlah magnet yang paling banyak (4 magnet) yaitu 128,4 gram . Oleh sebab itu untuk glider dengan tambahan 1 magnet, 2 magnet dan 3 magnet perlu ditambahkan pemberat berupa plastisin supaya massa sistem tetap. E. Analisa Data Menggunakan Software logger pro
Video yang didapatkan dari hasil perekaman kemudian di analisa menggunakan software logger pro. Setelah di analisa akan didapatkan grafik posisi terhadap waktu kemudian di fit dengan persamaan:
[ ( )] Yang sesuai dengan persamaan (2.11) yaitu:
[ ( )]
Nilai A menunjukkan nilai posisi awal ( ) nilai B menunjukkan koefisien redaman magnetik ( ) dan nilai C menunjukkan kecepatan terminal ( ).
Untuk menentukkan nilai redaman magnetik dan kecepatan terminal maka langkah-langkah yang harus dilakukan adalah:
a. Membuka halaman awal logger pro lalu memillih menu insert kemudian memilih menu movie untuk menambahkan video yang akan dianalisa terlihat pada gambar 3.8:
32
Gambar 3.8 Tampilan logger pro saat memilih menu insert movie
b. Setelah video yang akan dinalisa telah di masukkan, kemudian memberikan acuan panjang yang sudah diketahui sebelumnya. memilih ikon set scale, digunakan untuk memberikan skala pada panjang lintasan air track yang digunakan dan kemudian drag dari ujung lintasan air track ke ujung yang lain. Kemudian memasukkan nilai distance 1,479 m karena sebelumnya telah diukur panjang lintasan air track yang ditandai pada bulatan merah pada gambar 3.9:
33
Gambar 3.9 Tampilan set scale untuk memberikan nilai acuan
c. Sebagai acuan untuk memberi titik-titik untuk posisi gerak magnet supaya searah sumbu x maka pilih set origin terlihat pada lingkaran merah pada gambar 3.10.
Gambar 3.10 Tampilan set origin
d. Kemudian memilih add point terlihat pada lingkaran merah pada gambar 3.11, dan kemudian pilih selama pergerakan magnet tiap saat dari awal bergerak sampai magnet berada di posisi ujung air
34
track yang lain. Kemudian didapatkan grafik posisi (x) terhadap waktu (t).
Gambar 3.11 Tampilan add point untuk memberikan titik pada posisi gerak terhadap waktu
Setelah didapatkan grafik posisi magnet terhadap waktu, maka grafik ini perlu kita fit dengan persamaan (2.12) untuk mendapatkan nilai kecepatan terminal dan koefisien redaman magnetik. Maka langkah-langkah untuk memfiting data adalah :
i. Pilih menu analyze kemudian pilih menu curve fit terlihat pada gambar 3.12:
35
Gambar 3.12 Tampilan awal menu curve fit untuk mem-fit grafik
ii. Kemudian akan muncul halaman baru, kemudian pilih define function, setelah itu masukkan persamaan (2.11) dan kemudian pilih ok terlihat pada gambar 3.13.
Gambar 3.13 Tampilan untuk define function
iii. Pilih try fit terlihat pada lingkaran merah pada gambar 3.14 dan tunggu beberapa saat.
36
Gambar 3.14 Tampilan untuk memasukkan persamaan yang akan digunakan untuk fitting
iv. Setelah itu masukan ok maka akan muncul hasil fitting terlihat pada gambar 3.15.
Gambar 3.15 Tampilan akhir hasil fitting
Dari fit grafik posisi gerak magnet terhadap waktu akan di dapatkan nilai koefisien redaman magnetik ( ) dan kecepatan terminal ( ).
37 BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
Hasil penelitian menampilkan tiga hal penting yaitu penentuan sudut kemiringan air track untuk percobaan, peristiwa redaman magnetik pada magnet yang bergerak di atas air track dan pengukuran nilai koefisien redaman magnetik.
1. Penentuan sudut kemiringan air track untuk percobaan
Percobaan berbagai nilai sudut kemiringan air track digunakan untuk menentukkan sudut yang baik yang digunakan dalam melakukan percobaan. Besarnya sudut yang diberikan saat memiringkan air track akan mempengaruhi data yang didapatkan. Oleh sebab itu perlu mengatur sudut kemiringan air track supaya data yang didapatkan menjadi baik.
Bila sudut kemiringan air track yang digunakan terlalu besar maka peristiwa redaman magnetik belum bisa terlihat kerena panjang lintasan air track yang digunakan pendek. Untuk penggunaan sudut kemiringan yang besar membutuhkan waktu lebih lama supaya peristiwa redaman magnetik dapat teramati. Karena lintasan air track yang digunakan pendek maka tidak bisa digunakan sudut yang besar dalam percobaan. Sudut yang lebih besar akan mempengaruhi kecepatan awal glider sehingga butuh lintasan yang lebih panjang karena lebih lama waktu yang dibutuhkan untuk
38
mengurangi kecepatannya. Hal ini sesuai dengan persamaan (2.6), saat kemiringan air track semakin besar maka komponen gaya berat yang sejajar bidang semakin besar dan kecepatan awal glider juga semakin besar. Pengaturan sudut yang baik perlu dilakukan karena lintasan yang digunakan pendek, sehingga perlu diatur supaya data yang didapatkan menjadi maksimal dan peristiwa redaman dapat teramati. Untuk mengetahui sudut yang sesuai dan digunakan dalam penelitian perlu dilakukan percobaan dengan berbagai nilai sudut dengan jumlah magnet yang digunakan tetap. Jumlah magnet dibuat tetap supaya gaya redaman magnetik yang terjadi juga nilainya konstan agar tidak mempengaruhi percobaan.
Setelah pengaturan sudut kemiringan air track selanjutnya memfoto posisi air track dari sisi samping lintasan air track yang digunakan untuk pengukuran sudut. Pengambilan gambar dilakukan dengan teliti dan baik. Gambar yang diambil harus benar-benar sebidang. Hal ini dilakukan supaya acuan panjang yang diberikan dapat digunakan untuk mengukur ukuran panjang yang lain yang belum diketahui nilainya. Gambar yang diambil kemudian dianalisa menggunakan software logger pro untuk mengetahui nilai panjang a dan b yang terlihat pada gambar 4.1:
39
Gambar 4.1 pengukuran sisi a dan b untuk mengetahui nilai sudut kemiringan air track Misalnya untuk nilai sudut yang pertama, didapatkan nilai a dan b yaitu :
a = 0,089 m
b =1,479 m
Nilai a dapat terukur bila beberapa hal dipenuhi yaitu garis a harus tegak lurus terhadap garis c yang merupakan garis bantu sebagai sumbu x. Dan garis bantu c harus sejajar dengan permukaan lantai.
Setelah mendapatkan nilai a dan b kemudian dilakukan perhitungan untuk mendapatkan sudut kemiringan air track yaitu :
θ= arc sin
(
)
θ= arc sin
(
)
θ= 3,540
Tabel 4.1 Nilai sudut kemiringan air track yang pertama Pengukuran Sudut kemiringan ( )
1 3,5
2 3,3
3 3,4
Dari tabel 4.1 didapatkan nilai sudut kemiringan air track rata-rata yaitu:
=
=
= 3,4
Dan untuk nilai ralatnya dapat dihitung dengan cara:
∆θ = √∑( )
( ( )
∆θ = √( ) ( ) ( )
∆θ = 0,1
Sehingga didapatkan nilai pengukuran sudut kemiringan air track untuk nilai sudut yang pertama adalah (3,4±0,1) .
Cara yang sama juga dilakukan untuk mendapatkan nilai sudut kemiringan air track untuk berbagai nilai sudut yang lain. Dari hasil
41
pengukuran nilai sudut kemiringan air track yang lain didapatkan berbagai nilai sudut kemiringan yang terlihat pada tabel 4.2:
Tabel 4.2 Berbagai nilai sudut kemiringan air track No Sudut kemiringan ( )
1 3,4±0,1
2 2,4±0,1
3 1,2±0,1
Tabel 4.2 menunjukkan berbagai nilai sudut kemiringan air track yang yang di ukur menggunakan analisa foto. Selanjutnya hasil perekaman glider bermagnet untuk berbagai nilai sudut kemiringan akan dilakukan analisa video sehingga didapatkan grafik posisi terhadap waktu. Dari grafik posisi terhadap waktu yang di dapatkan dari analisa video gerak glider bermagnet untuk berbagai nilai sudut kemiringan kemudian dibandingkan, yang disajikan pada gambar 4.2:
42
Gambar 4.2 Grafik posisi terhadap waktu untuk berbagai nilai sudut kemiringan air
track
= grafik posisi terhadap waktu untuk sudut kemiringan (3,4±0,1)
= grafik posisi terhadap waktu untuk sudut kemiringan (2,4±0,1)
= grafik posisi terhadap waktu untuk sudut kemiringan (1,2±0,1)
Dari grafik posisi terhadap waktu untuk berbagai nilai sudut kemiringan yang ditunjukkan pada gambar 4.2, terlihat grafik posisi terhadap waktu untuk nilai sudut kemiringan (3,4±0,1) memenuhi persamaan kuadrat. Hal ini menunjukkan bahwa glider bergerak dipercepat.
43
Terlihat pada grafik 4.2 percepatan gerak glider bermagnet semakin kecil ketika sudut kemiringan air tracknya juga semakin kecil.
Dari gambar 4.2 ditunjukkan bahwa sudut yang baik untuk melakukan percobaan adalah (1,2±0,1) . Sudut yang baik untuk melakukan percobaan menggunakan sudut yang kecil, tetapi bila terlalu kecil sudut yang digunakan akan mengalami kesulitan dalam penyusunannya.
Peristiwa redaman dapat ditunjukkan lebih jelas dengan melihat percepatan glider bermagnet yang semakin kecil. Percepatan yang semakin kecil disebabkan kerena resultan gaya yang semakin kecil pula sesuai dengan persamaan (2.6). Resultan gaya yang semakin kecil disebabkan karena komponen gaya berat yang sejajar bidang semakin kecil. Komponen gaya berat yang sejajar bidang semakin kecil dikarenakan sudut kemiringan air track yang semakin kecil pula. Bila sudut kemiringan air track yang digunakan semakin kecil maka nilai sin akan semakin kecil. Nilai sin akan mempengaruhi besarnya komponen gaya berat yang sejajar bidang.
Gaya pelawan gerak glider bermagnet yaitu gaya redaman magnetik nilainya tetap karena jumlah magnet yang diberikan sama. Resultan gaya yang semakin kecil disebabkan oleh sudut kemiringan air track yang semakin kecil.
44
Berdasarkan bab kajian pustaka, magnet yang bergerak di atas konduktor akan mengalami gaya redaman magnetik sehingga geraknya menjadi teredam. Lintasan air track terbuat dari alumunium yang merupakan konduktor. Konduktor yang berbahan alumunium digunakan untuk penelitian karena bersifat non feromagnetik, sehingga tidak ada gaya tarik-menarik antara magnet dengan alumunium.
Untuk menunjukkan adanya peristiwa redaman magnetik digunakan perekaman video menggunakan kamera Canon 600D. Perekaman yang dilakukan dimulai dari awal magnet bergerak sampai pada posisi di ujung lintasannya berakhir. Hasil rekaman ini kemudian dianalisa menggunakan software logger pro sehingga akan didapatkan data posisi gerak magnet terhadap waktu. Perekaman dilakukan dengan kecepatan 30 frame/second. Data posisi magnet terhadap waktu tersebut akan disajikan dalam grafik sehingga dapat dibandingkan beberapa grafik posisi terhadap waktu yang telah didapatkan.
Peristiwa redaman magnetik terjadi ketika magnet bergerak di atas air track. Untuk menyelidiki hal ini dilakukan perbandingan antara gerakan glider pada air track saat diberi magnet dan tanpa magnet. Selain itu perlu diperhatikan massa sistem pada kedua keadaan tersebut harus sama. Glider tanpa magnet diberi pemberat supaya massa sistemnya sama dengan massa glider saat diberi magnet.
45
Dalam melakukan penelitian ini, air track dimiringkan dengan sudut kecil. Memberikan sudut kemiringan pada air track akan membuat glider memiliki kecepatan awal karena adanya komponen gaya berat yang sejajar bidang. Gaya berat yang sejajar bidang disebabkan karena bidang dimiringkan dengan sudut tertentu. Sudut kemiringan air track yang digunakan yaitu (1,2±0,1) supaya proses redaman magnetik dapat teramati pada lintasan air track. Sudut besar dapat mengakibatkan pergerakan yang cepat sehingga mempersulit pengamatan. Untuk sudut kemiringan air track yang kecil, gaya berat yang sejajar bidang akan semakin kecil sehingga resultan gayanya akan semakin kecil. Karena resultan gayanya yang kecil maka gaya redaman akan lebih teramati. Hal ini dapat ditunjukkan dari percepatan gerak glider bermagnet yang semakin kecil terlihat pada gambar 4.2. Pergerakan dengan kecepatan yang besar akan sulit diamati bila lintasan yang digunakan pendek. Kesulitan pengamatan ini dikarenakan untuk kecepatan yang besar dibutuhkan waktu yang lebih lama supaya peristiwa redaman dapat teramati. Supaya waktu geraknya dapat diamati lebih lama maka dibutuhkan lintasan yang lebih panjang. Keterbatasan dalam percobaan ini adalah lintasan yang digunakan pendek.
Perekaman awal dilakukan untuk gerak glider tanpa magnet. Hasil perekaman kemudian dianalisa menggunakan software logger pro sehingga didapatkan data posisi glider tiap waktu yang ditampilkan ke dalam grafik
46
posisi terhadap waktu. Dari gerak glider tanpa magnet didapatkan grafik posisi terhadap waktu seperti gambar 4.3 dibawah ini:
Gambar 4.3 Grafik posisi terhadap waktu glider tanpa magnet
Dari grafik 4.3 terlihat bahwa gerak glider mengikuti fungsi kuadrat pada persamaan (2.4). Dari grafik posisi terhadap waktu terlihat bahwa gerak glider tanpa magnet dipercepat. Gerak glider tanpa magnet terlihat dipercepat juga ditunjukkan pada grafik kecepatan glider tanpa magnet terhadap waktu pada gambar 4.4:
47
Gambar 4.4 Grafik kecepatan glider terhadap waktu
Dari gambar 4.4 yaitu grafik kecepatan terhadap waktu telihat bentuk grafiknya linear. Grafik kecepatan terhadap waktu yang linear menunjukkan bahwa glider bergerak percepatan konstan. Grafik kecepatan terhadap waktu yang linear juga menunjukkan bahwa glider bergerak dipercepat. Glider bergerak dipercepat karena adanya komponen gaya berat yang sejajar bidang yang bekerja pada glider. Komponen gaya berat sejajar bidang ini ada karena lintasan yang digunakan memiliki kemiringan tertentu.
Untuk mengamati adanya peristiwa redaman, maka grafik posisi terhadap waktu untuk glider tanpa magnet dibandingkan dengan grafik posisi terhadap waktu glider dengan tambahan magnet. Dari grafik posisi terhadap waktu akan diketaui bagaimana gerak yang dialami oleh glider
48
tanpa magnet dan glider yang diberi tmbahan magnet. Selanjutnya akan ditampilkan grafik posisi terhadap waktu untuk glider dengan tambahan magnet yang ditunjukkan pada gambar 4.5:
Gambar 4.5 Grafik posisi terhadap waktu untuk glider dengan tambahan 1 magnet
Gambar 4.5 menunjukkan grafik posisi terhadap waktu untuk glider dengan tambahan 1 magnet. Dari gambar 4.5 terlihat bentuk grafiknya sama dengan grafik posisi terhadap waktu untuk glider tanpa magnet. Bentuk grafiknya yang sama berarti gerak glider dengan tambahan 1 magnet juga dipercepat. Dari grafik posisi terhadap waktu untuk glider 1 magnet belum terlihat menunjukkan peristiwa redaman magnetik karena jumlah magnet yang digunakan sedikit.
Untuk lebih jelas mengamati adanya peristiwa redaman, maka jumlah magnet yang ditambahkan di atas glider harus lebih banyak melalui
49
percobaan berbagai jumlah magnet pada glider. Glider bermagnet dengan masing-masing tambahan magnet akan direkam geraknya kemudian dianalisa sehingga akan didapatkan grafik posisi terhadap waktu. Grafik posisi terhadap waktu untuk masing-masing tambahan magnet dibandingkan dengan grafik posisi terhadap waktu glider tanpa magnet. Grafiknya ditampilkan pada gambar 4.6:
Gambar 4.6 Grafik posisi terhadap waktu untuk glider tanpa magnet dan untuk glider dengan berbagai tambahan jumlah magnet
= grafik posisi terhadap waktu glider tanpa magnet
= grafik posisi terhadap waktu glider dengan tambahan 1 magnet = grafik posisi terhadap waktu glider dengan tambahan 2 magnet = grafik posisi terhadap waktu glider dengan tambahan 3 magnet = grafik posisi terhadap waktu glider dengan tambahan 4 magnet
50
Dari grafik 4.6 dapat dibandingkan secara keseluruhan gerak glider bermagnet untuk berbagai tambahan magnet dan glider tanpa magnet. Dari gambar 4.6, semakin banyak jumlah magnet yang ditambahkan percepatan gerak glider bermagnet semakin kecil. Percepatan yang semakin kecil dikarenakan resultan gaya yang semakin kecil. Resultan gaya yang semakin kecil disebabkan karena gaya redaman magnetik yang semakin besar.
Percepatan paling kecil dialami ketika jumlah magnet yang ditambahkan di atas glider adalah 4 magnet. Percepatan yang semakin berkurang dapat menunjukkan adanya peristiwa redaman magnetik. Peristiwa redaman magnetik ini disebabkan karena adanya gaya redaman magnetik. Peristiwa redaman magnetik terlihat semakin jelas ketika jumlah magnet yang ditambahkan di atas glider semakin banyak.
Dari gambar 4.6 terlihat adanya peristiwa redaman magnetik yang terlihat dari percepatan gerak yang semakin kecil ketika jumlah magnet yang ditambahkan di atas glider semakin banyak. Peristiwa redaman magnetik juga dapat ditunjukkan dengan melihat grafik kecepatan terhadap waktu untuk glider dengan tambahan magnet. Untuk glider dengan tambahan 1 magnet terlihat bentuknya tidak jauh berbeda dengan grafik posisi terhadap waktu untuk glider tanpa magnet, hal ini dikarenakan jumlah magnet yang digunakan hanya 1 magnet sehingga medan magnetnya kecil. Medan magnet yang kecil belum bisa
51
memberikan gaya redaman yang besar sehingga pengurangan kecepatan glider bermagnet tidak terlihat. Selanjutnya ditampilkan grafik kecepatan terhadap waktu untuk glider dengan tambahan 2 magnet terlihat pada gambar 4.7:
Gambar 4.7 Grafik kecepatan glider dengan tambahan 2 magnet terhadap waktu
Dari gambar 4.7 kita melihat bahwa grafik kecepatan terhadap waktu untuk glider dengan tambahan 2 magnet bentuknya tidak memenuhi persamaan linear. Hal ini menunjukkan bahwa gerak glider dengan tambahan 2 magnet bukan lagi dipercepat seperti gerak glider tanpa magnet. Grafik kecepatan glider dengan tambahan 2 magnet terhadap waktu terlihat melengkung menunjukkan bahwa percepatan glider bermagnet tidak konstan. Percepatan glider yang tidak konstan maksudnya semakin berkurang karena gerak glider bermagnet yang
52
teredam. Dibandingkan dengan grafik kecepatan glider tanpa magnet yang mengikuti garis lurus, grafik 4.7 terlihat melengkung, menunjukkan adanya peristiwa redaman magnetik.
Grafik yang tidak memenuhi persamaan linear juga ditunjukkan oleh grafik kecepatan glider dengan tambahan 3 magnet terhadap waktu pada gambar 4.8:
Gambar 4.8 Grafik kecepatan glider dengan tambahan 3 magnet terhadap waktu
Gambar 4.8 terlihat melengkung menunjukkan bahwa percepatan glider dengan tambahan 3 magnet terhadap waktu memiliki percepatan yang tidak konstan. Dibandingkan dengan grafik kecepatan glider dengan tambahan 2 magnet terhadap waktu terlihat lebih melengkung. Hal ini menunjukkan bahwa percepatannya lebih kecil dibandingan
53
dengan gerak glider dengan tambahan 2 magnet. Percepatan yang semakin berkurang menunjukkan redaman yang dialami oleh glider bermagnet semakin besar.
Peristiwa redaman magnetik juga dapat ditunjukkan dari grafik kecepatan terhadap waktu untuk glider dengan tambahan 4 magnet yang terlihat pada gambar 4.9:
Gambar 4.9 Grafik kecepatan glider dengan tambahan 4 magnet terhadap waktu
Berdasarkan gambar 4.9 yang terlihat bentuknya tidak memenuhi persamaan linear. Dibandingkan dengan grafik 4.7 dan 4.8, untuk grafik kecepatan terhadap waktu untuk glider dengan tambahan 4 magnet terlihat paling melengkung, menunjukkan percepatannya paling kecil yang disebabkan karena redaman yang dialami oleh glider bermagnet semakin besar.
54
Dari gambar 4.7, 4.8 dan 4.9 terdapat kesamaan bentuk grafik yang melengkung yang berarti tidak memenuhi persamaan linear dan percepatannya tidak konstan. Grafik yang tidak memenuhi persamaan linear menunjukkan bahwa gerak glider bermagnet berbeda dengan gerak glider tanpa magnet. Gerak glider bermagnet bukan lagi dipercepat tetapi mulai mendekati kecepatan terminal. Selain itu grafik kecepatan terhadap waktu yang melengkung menunjukkan percepatan yang semakin kecil. Percepatan yang semakin kecil disebabkan karena adanya gaya redaman magnetik. Percepatan yang semakin kecil selanjutnya akan mendekati nol yang berarti glider bermagnet tidak lagi dipercepat atau kecepatannya konstan. Namun dari percobaan ini ditunjukkan bahwa glider bermagnet terlihat mulai mendekati percepatan yang hampir nol atau mulai terlihat mendekati kecepatan terminal. Redaman yang paling besar dialami saat jumlah magnet yang ditambahkan di atas glider adalah 4 magnet. Dalam penelitian ini belum mampu menghitung nilai kecepatan terminal dikarenakan gerak glider bermagnet baru mulai mengarah mendekati kecepatan terminal. Keterbatasan ini disebabkan karena lintasan air track yang digunakan pendek.
55
3. Pengukuran koefisien redaman magnetik
Dari grafik 4.6 ditunjukkan bahwa redaman semakin besar saat jumlah magnet yang ditambahkan di atas glider semakin banyak. Gaya redaman magnetik dapat terlihat pada nilai koefisien redaman magnetik yang akan diperoleh dari hasil mem-fit grafik posisi terhadap waktu dengan persamaan (2.11). Besarnya gaya redaman magnet dapat terlihat dari koefisien redaman magnetik. semakin besar koefisien redaman magnetik maka semakin besar gaya redaman magnetiknya.
Sebelumnya telah dilakukan pengukuran medan magnet untuk setiap jumlah magnet. Dari pengukuran medan magnet didapatkan nilai medan magnet untuk tiap jumlah magnet yang ditunjukkan pada tabel 4.3:
Tabel 4.3 Nilai medan magnet untuk masing-masing jumlah magnet No Jumlah magnet Medan magnet (mT)
1 1 1,34 ± 0,01
2 2 2,53 ± 0,01
3 3 5,46 ± 0,02
4 4 7,83 ± 0,03
Dari hasil perekaman didapatkan video yang kemudian dianalisa menggunakan software logger pro sehingga didapatkan grafik posisi terhadap waktu seperti pada gambar 4.5. Nilai koefisien redaman magnetik
56
didapatkan dari hasil fit grafik posisi terhadap waktu yang didapatkan dengan persamaan (2.11).
Karena pengambilan data dilakukan 3 kali, maka didapatkan 3 nilai koefisien redaman magnetik untuk jumlah magnet yang sama. Perhitungan dilakukan menggunakan 1 magnet di atas glider dan datanya ditampilkan pada tabel 4.4:
Tabel 4.4 Koefisien redaman magnetik untuk glider 1 magnet No Koefisien redaman
magnetik (s-1) 1 -(0,16 ± 0,01) 2 -(0,21 ± 0,01) 3 -(0,19 ± 0,01)
Nilai α rata-rata di dapat dari perhitungan :
=
=
(
( ) ( ) ( )
)
m/s= -0,19 s-1
Dan untuk ralatnya juga dicari menggunakan cara berikut:
∆α = √( ) ( ) ( )
57 ∆α = 0,02 s-1
Sehingga didapatkan nilai α adalah (0,19 ± 0,02) s-1.
Cara yang sama juga dilakukan dari mulai menganalisa perekaman, fitting data serta melakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai koefisien redaman magnetik pada percobaan dengan berbagai jumlah magnet yang lain yang kemudian dimasukkan di tabel 4.5:
Tabel 4.5 Hubungan nilai koefisien redaman magnetik terhadap jumlah magnet
No Jumlah
magnet
Koefisien redaman magnetik (s-1) 1 1 -(0,19 ± 0,02) 2 2 -(0,26 ± 0,02) 3 3 -(0,38 ± 0,03) 4 4 -(0,42 ± 0,04)
Tabel 4.5 menunjukkan bahwa semakin banyak magnet yang digunakan, maka nilai koefisien redaman magnetiknya semakin besar.
B. Pembahasan
Tujuan penelitian ini membahas tentang peristiwa redaman magnetik dan bagaimana pengaruh jumlah magnet terhadap gaya redaman magnetik. Peristiwa redaman magnetik ini ditunjukkan dengan eksperimen menggerakkan magnet di atas air track. Air track digunakan untuk mengurangi gesekan dengan bidang alas. Magnet yang bergerak di atas air track perlu diberi kecepatan awal. Kecepatan awal diberikan dengan cara
58
memberi sudut kemiringan (1,2±0,1) terhadap permukaan horizontal air track.
Sebelum melakukan pengukuran sudut perlu diatur kemiringan permukaan air track. Kesulitan dalam mengatur permukaan air track terjadi karena permukaan lantai yang tidak datar. Selain itu air track juga memiliki 3 kaki penyangga yang posisinya tidak segaris yang sulit diatur sehingga mempengaruhi kedataran bidang permukaan air track. Hal ini terlihat saat blower dinyalakan, glider tidak akan bergerak karena satu sisi bagian glider menyentuh permukaan lintasan air track. Untuk mengatasi hal ini maka perlu diukur kembali kedataran permukaan menggunakan water pass dan diatur kedatarannya.
Bidang yang hendak direkam harus sebidang dan harus sejajar dengan kamera yang digunakan untuk merekam. Selain itu sudut kemiringan air track yang digunakan juga harus menggunakan sudut yang kecil. Sudut yang kecil berakibat akan membuat peristiwa redaman magnetik akan teramati dengan lintasan yang pendek. Semakin besar sudut yang digunakan maka proses redaman magnetiknya akan semakin lama terlihat sehingga dibutuhkan lintasan yang lebih panjang. Karena keterbatasan panjang lintasan yang terbatas maka sudut yang dibuat harus kecil supaya peristiwa redaman dapat teramati pada lintasan yang lebih pendek.
Peristiwa redaman magnetik dapat diamati dengan cara membandingkan gerak glider tanpa magnet dengan gerak glider dengan tambahan magnet
59
yang bergerak di atas air track. Dari grafik perbandingan gerak glider tanpa magnet dan glider bermagnet pada gambar 4.6 dapat diamati bahwa gerak glider tanpa magnet dan glider dengan tambahan magnet berbeda.
Dari grafik 4.6 terlihat percepatan semakin berkurang ketika jumlah magnet yang ditambahakan semakin banyak. Perbedaan antara gerak glider tanpa magnet dan glider dengan tambahan 1 magnet tidak terlihat berbeda karena keduanya masih terlihat bergerak dipercepat. Medan magnet dari 1 magnet tersebut kecil sehingga gaya redaman magnetik yang dihasilkan juga kecil dibandingkan dengan komponen gaya berat yang sejajar bidang. Grafik posisi terhadap waktu dengan tambahan 1 magnet belum telihat menunjukkan adanya peristiwa redaman. Oleh karena itu grafik posisi terhadap waktu untuk glider tanpa magnet dibandingkan dengan gerak glider dengan tambahan magnet yang lebih banyak yaitu grafik posisi terhadap waktu untuk jumlah magnet yang lain yaitu 2 magnet, 3 magnet dan 4 magnet. Penambahan magnet tidak akan mempengaruhi massa total sistem yang bergerak di atas air track karena digunakan pemberat yaitu plastisin sehingga massa total sistem sama.
Berdasarkan gambar 4.6 terlihat bahwa semakin banyak jumlah magnet yang ditambahkan di atas air track maka pengurangan percepatannya semakin besar. Pengurangan percepatan ditunjukkan dari grafik kecepatan glider bermagnet terhadap waktu yang terlihat melengkung. Pengurangan percepatan yang semakin besar menunjukkan adanya peristiwa redaman.
