PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI DAN

(1)

PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI DAN PENENTUAN KONSTANTA PEGAS DENGAN METODE GERAK OSILASI PADA

PEGAS

Suritno Fayanto, Yanti, Sari Pati, Erman Suwardi, Arwin Afiudin, Harfia Hartin Uleo, Sri Ayu Ningsih

Mahasiswa Jurusan Pendidikan Fisika

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Halu Oleo Kendari Email. suritnofayanto@gmai.com

abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan percepatan gravitasi bumi dengan metode gerak osilasi pada pegas,menentukan besarnya nilai konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas dan menyelidiki pengaruh pegas tunggal satu,pegas tunggal dua,pegas tunggal satu dan dua disusun secara seri dan pegas tunggal satu dan tunggal dua disusun secara pararel. Pada percobaan ini digunakan 3 jenis benda yaitu 0,1 N, 0,15 N, dan 0,2 N. berdasarkan data hasil pengamatan diketahui pegas akan bertambah panjang sebesar 15,8x − m jika diberi beban 0,1 kg dan waktu yang diperlukan untuk berisolasi yaitu 23,91 s dan seterusnya akan bertambah jika massa benda ditambah dan waktu yang dibutuhkan semakin besar. Berdasarkan analisis data diperoleh besar percepatan gravitasi bumi sebesar 7,218578 m/s dan secara teori besar nilai percepatan gravitasi yaitu 5,898292 m/s, selanjutnya untuk pegas tunggal satu diketahui dari hasil analisis data besar konstanta pegas sebesar 0,679306 N/m dan seterusnya berubah-ubah untuk massa benda yang berbeda, begitu pula untuk pegas tunggal 1 dan 2 yang disusun secarah seri dan paralel jika beban di tambah maka nilai konstanta pegasnya juga akan bertambah, mestinya besar nilai konstanta haruslah sama meskipun massa benda diubah, bila dibandingkan dengan nilai secarah teori maka akan terlihat hasilnya berbeda, hal ini disebabkan karena kurangnya ketelitian pada saat mengukur pertambahan panjang pegas dengan periode pegas dan pada saat menghitung waktu osilasi. selanjutanya, Periode pada pegas tunggal 1 yang dihasilan yaitu semakin besar berat benda, maka semakin besar pula periodenya demikian pula pada pegas tunggal 2 yang disusun seri dan paralel. Sementara itu frekuensinya, semakin besar massa benda frekuensinya semakin kecil, sehingga dapat disimpulkan bahwa massa benda berpengaruh terhadap percepatan gravitasi bumi yang diperoleh, nilai konstanta pegasnya, juga pada periode osilasi dan frekuensi yang dialami oleh pegas.

(2)

A. Pendahuluan

1. Latar Belakang

Pada umumnya dalam kehidupan sehari-hari banyak peristiwa-peristiwa yang kemudian tidak disadari sangat berkaitan erat dengan konsep-konsep fisika. Untuk aplikasi penggunaan pegas pada ayunan bayi merupakan salah satu contoh pengunaan konsep fisika. Pegas ini melakukan gerak osilasi dimana pegas bergerak bolak-balik dan melalui titik kesetimbangan.

Pegas ini memiliki batas elastisitas jika pegas sudah melewati batas elastisitasnya, maka pegas tidak dapat lagi bergerak atau melakukan gerak bolak-balik dengan baik. Gerak yang dilakukan pegas ini dipengaruhi oleh percepatan gravitasi bumi dan jenis ( berat ) benda yang diberikan.

(3)

2. Tujuan Percobaan

Tujuan dari praktikum ini adalah untuk menentukan percepatan gravitasi bumi dengan metode gerak osilasi pada pegas.

a. Penentuan Percepatan Gravitasi Bumi dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas .

b. Menentukan besarnya nilai konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas.

c. Menyelidi ki pengaruh pegas tunggal satu,pegas tunggal dua,pegas tunggal satu dan dua disusun secara seri dan pegas tunggal satu dan tunggal dua disusun secara pararel.

d. Menyelidiki pengaruh massa benda terhadap besarnya nilai konstanta pegas. .

B. Kajian Teori

(4)

Jika dua pegas atau lebih dengan konstanta pegas k1 dan k2 disusun

secara pararel atau susunan dua pegas seri tetapi terpisahkan massa pegas-pegas tersebut dapat digantikan dengan sebuah pegas-pegas yang memiliki konstanta sebagai berikut :

�� = � + � ………..(5.1)

Dan jika dua pegas atau lebih dengan konstanta k1 dan k2 disusun secara seri,

maka pegas-pegas itu dapat diganti dengan sebuah pegas yang memiliki konstanta sperti berikut:

�� =� +� ………...(5.2)

(Zemansky, 1999).

Pegas (spring) Hooke adalah pegas yang memenuhi hukum hooke.apabiala pegas demikian ditarik sebanyak x, gaya pemulih yang dilakukan adalah F= -k.x . Disini k adalah suatu konstanta positif disebut tetapan pegas (spring constant). Suatu k adalah Nm, k mengambarkan kakunya suatu pegas. Hampir semua pegas memenuhi hukum Hooke diatas, selama simpangan x tidak terlalu besar dengan catatan bila pegas ditekan, maka x adalah negatif. Energi potensial elastis yang tersimpan dalam pegas hukum Hooke apabila panjang x berubah sebanyak x dari panjang keseimbangan adalah 1/2 k x2 (Bueche, 1989).

(5)

gravitasi dengan percepatan gravitasi g. Gaya gravitasi (Fg) yang bekerja inilah yang disebut dengan berat benda (w). Jadi berat sebuah benda tak lain adalah gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut (Gie, 1998).

Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut juga sebagai gerak harmonik/harmonis. Apabila suatu partikel melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama maka geraknya disebut gerak osilasi/getaran. Bentuk yang sederhana dari gerak periodik adalah benda yang berosilasi pada ujung pegas. Pegas merupakan salah satu contoh benda elastis. Elastis atau elastsisitas adalah kemampuan sebuah benda untuk kembali ke bentuk awalnya ketika gaya luar yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah. Untuk pegas dan karet, yang dimaksudkan dengan perubahan bentuk adalah pertambahan panjang. Perlu kita ketahui bahwa gaya yang diberikan juga memiliki batas-batas tertentu. Sebuah karet bisa putus jika gaya tarik yang diberikan sangat besar, melawati batas elastisitasnya. Demikian juga sebuah pegas tidak akan kembali ke bentuk semula jika diregangkan dengan gaya yang sangat besar. Jadi benda-benda elastis tersebut memiliki batas elastisitas.

(6)

yang diberikan pada benda. Secara matematis, hukum Hooke ini dapat dituliskan sebagai;

F=k.x ………...……….. (5.3) Dengan: F = gaya yang dikerjakan (N)

x = pertam bahan panjang (m) k = konstanta gaya (N/m)

Hukum Hooke akurat jika pegas tidak ditekan sampai kumparan pegas bersentuhan atau diregangkan sampai batas elastisitas. Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya pemulih alias F mempunyai arah berlawanan dengan perpanjangan x. Sedangkan Konstanta pegas berkaitan dengan kaku atau lembut sebuah pegas. Semakin besar konstanta pegas (semakin kaku sebuah pegas), semakin besar gaya yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas. Sebaliknya semakin lembut sebuah pegas (semakin kecil konstanta pegas), semakin kecil gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas.

Pada pegas yang digantungkan vertikal, gravitasi bekerja pada benda bermassa yang dikaitkan pada ujung pegas. Akibatnya, walaupun tidak ditarik ke bawah, pegas dengan sendirinya meregang sejauh x0. Pada keadaan ini

(7)

C. Metode Praktikum

1. Alat Dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini dapat dilihat pada Tabel 5.1.

Tabel 5.1 Alat Dan Bahan Percobaan Penentun Percepatan Gravitasi Bumi serta Penentuan Kontanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas.

No. Alat dan Bahan Fungsi

1. Pegas Untuk menggantung beban pada statif.

2. Satu Set Statif Sebagai penyangga dan tempat menggantungkan pegas. 3. Stopwatch Mengukur waktu gerak osilasi

4. Beban tambahan Sebagai bahan amatan

5. Mistar Mengukur pertambahan panjang pegas.

6 Jepit penahan Untuk menjepit batang statif panjang dan pendek

2. Prosedur Keja

Prosedur kerja yang di lakukan pada eksperimen penentuan percepatan gravitasi dan penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas ini yaitu sebagai berikut :

a. Penentuan Percepatan Gravitasi Bumi dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas

1) Menyediakan semua peralatan dan bahan yang akan digunakan. 2) Merangkai peralatan yang telah di siapkan seperti gambar di

(8)

Gambar 5.1 Rangkaian Alat dan Bahan Percobaan V 3) Menggantungkan pegas pada statif yang telah di rangkai. 4) Mengukur panjang pegas sebelum diberi beban (X0).

5) Menggantungkan sebuah beban dengan massa 100 gram pada pegas, kemudian mengamati pertambahan panjangnya.

6) Mengukur panjang pegas setelah diberi beban (X1).

7) Mengukur pertambahan panjang pegas setelah diberi beban (∆x).

8) Melepaskan beban yang berada ditelapak tangan sehingga beban tersebut akan berputar bersamaan dengan menekan stopwatch. 9) Menghitung jumlah waktu yang diperlukan dengan getaran 30

kali.

10)Mengulangi langkah 5-9 untuk masing-masing beban 150 gram dan 200 gram.

b. Penentuan Konstanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas

1) Eksperimen Pegas Tunggal Satu .

a) Menggantung pegas tunggal pada statif yang tersedia.

(9)

setelah pegas tersebut berhenti berayun, lalu mengamati pertambahan panjangnya (∆x).

d) Melakukan langkah 2 - 3 untuk beban 150 dan 200 gram. e) Menentukan rata-rata waktu (ṫ) yang diprlukan untuk 20 kali

getaran untuk masing-masing beban. 2) Eksperimen Pegas Tunggal Dua .

a) Menggantungkan pegas tunggal dua pada statif yang tersedia. b) Menggantungkan beban (m = 100 gram) pada

pegas,kemudian melepaskan bersamaan dengan menekan tombol stopwatch.

c) Mengukur waktu untuk 20 kali getaran dengan menggunakan stopwatch sebanyak tiga kali pengukuran secara bersamaan, setelah pegas tersebut berhenti berayun, lalu mengamati pertambahan panjangnya (∆x).

getaran untuk masing-masing beban.

3) Eksperimen Pegas Tunggal Satu dan Dua Disusun secara Seri . a) Merangkai pegas tunggal satu dan dua secara seri pada statif

yang tersedia.

(10)

c) Mengukur waktu untuk 20 kali getaran dengan menggunakan stopwatch sebanyak tiga kali pengukuran secara bersamaan, setelah pegas tersebut berhenti berayun, lalu mengamati pertambahan panjangnya (∆x).

getaran untuk masing-masing beban.

4) Eksperimen Pegas Tunggal Satu dan Dua Disusun secara Paralel a) Merangkai pegas tunggal satu dan dua secara seri pada statif

yang tersedia.

b) Menggantungkan beban (m = 100 gram) pada pegas, kemudian melepaskan bersamaan dengan menekan tombol stopwatch.

c) Mengukur waktu untuk 20 kali getaran dengan menggunakan stopwatch sebanyak tiga kali pengukuran secara bersamaan, setelam pegas tersebut berhenti berayun, lalu mengamati pertambahan panjangnya (∆x).

d) Melakukan langkah 2 -3 untuk beban 70 dan 120 gram. e) Menentukan rata-rata waktu (ṫ) yang diprlukan untuk 20 kali

(11)

D. Hasil dan Pembahasan

1. Hasil

1.1Data Pengamatan

Data pengamatan dari hasil pratikum ini adalah sebagai berikut : a. Penentuan Percepatan Gravitasi Bumi dengan Metode Gerak

Osilasi pada Pegas

Data pengamatan percepatan gravitasi bumi dengan metode gerak osilasi pada pegas ditunjukkan pada Tabel 5.2.

Tabel 5.2 Data Pengamatan Percepatan Gravitasi Bumi dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas .

No. cm) ( cm ) t (s) m (kg)

1 6,3x − 15,8x − 30 23,91 100x −

2 6,3x − 20,7x − 30 26,82 150x −

3 6,3x − 25,5 − 30 30,04 200x −

b. Penentuan Konstanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi Pegas

1) Pegas Tunggal Satu

Data pengamatan penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi di tampilkan pada Tabel 5.3.

Tabel 5.3 Data Pengamatan Penentuan Konstanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi .

(12)

Tabel 5.4 Data Pengamatan Penentuan Konstanta Pegas dengan

c. Pegas Tunggal Satu dan Pegas Tunggal Dua Disusun Seri

Data pengamatan penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi ditampilkan pada Tabel 5.5.

Tabel 5.5 Data Pengamatan Penentuan Konstanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi

No (m) (m) n(x) m(kg)

1 13,5x − 30x − 20 19,35 91,12 19,24 100x − 2 13,5x − 37x − 20 22,37 22,18 22,48 150x − 3 13,5x − 44,5x − 20 24,39 24,47 24,44 200x −

d. Pegas Tunggal Satu Dan Tunggal Dua Disusun Paralel

Data pengamatan penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi ditampilkan pada Tabel 5.6.

Tabel 5.6 Data Pengamatan Penentuan Konstanta Pegas dengan

(13)

 Secarah Teori

Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya diliha padat dapat dilihat pada Tabel 5.7 berikut

Tabel 5.₇_{Analisis Data Penentuan Percepatan Gravitasi Bumi}

(14)

= , − , � ,

, − ,

= 5,463458

Sehingga g = ,

,

= 7,218578 m/�

b. Penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas  Pegas tunggal 1

T = �̅ = , = 2,4095 s

f = �

�

=

,

= 0,415024 Hz � � ��= �_�

= , ,

,

= . �

�� = _∆��

= �. �_∆�

= , × ,_,

(15)

Dengan cara yang sama untuk data yang lain dapat dilihat pada Tabel 5.8 berikut:

(16)

= , �

Tabel 5.9 Data Konstanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas Tunggal Dua

No m (kg) ∆� N ̅ � � �� ⁄ �⁄

1 0,1 0,064 20 33,95 1,69 0,58 1,36 15,31 2 0,15 0,088 20 38,61 1,93 0,51 1,58 16,70 3 0,2 0,106 20 42,64 0,46 0,46 1,73 18,49 c. Pegas Tunggal Satu dan Dua Disusun Seri

T = �̅

= , = 2,88 s f = �

�

=

,

= 0,34 Hz � � �� = �_�

= , ,

,

(17)

�� = _∆��

= �. �_∆�

= , × ,_,

= , _��

Tabel 5.10. Data Konstanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas Tunggal Satu dan Tunggal Dua Disusun Seri

d. Pegas Tunggal Satu dan Tunggal Dua Disusun Paralel T = �̅

= , = 1,38 s f = �

�

=

,

= 0,723 Hz No m

(kg) ∆� n ̅ � � �� ⁄ �⁄

(18)

� � �� = �_�

= , ,

,

= , � �� = _∆��

= �. �_∆�

= , × ,_,

= , _��

Tabel 5.11 Data Konstanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi padaPegas Tunggal Satu dan Tunggal Dua Disusun Seri

e. Grafik Hubungan Antara Gaya dengan Perubahan Panjang pada Pegas

1) Grafik hubungan antara gaya dengan perubahan panjang pada pegas tunggal satu dapat dilihat pada Gambar 5.2

No m

(kg) ∆� n ̅ � � �� ⁄ �⁄

(19)

Gambar 5.2 Grafik Hubungan antara Gaya dengan Perubahan Panjang pada Pegas Tunggal Satu

Gambar 5.3 Grafik Hubungan antara Gaya dengan Perubahan Panjang pada Pegas Tunggal Dua

(20)

Gambar 5.4 Grafik Hubungan antara Gaya dengan Perubahan Panjang pada Pegas Tunggal Satu Dan Tunggal Dua Disusun Seri

4) Grafik hubungan antara gaya dengan perubahan panjang pada pegas tunggal satu dapat dilihat pada Gambar 5.5.

Gambar 5.5 Grafik Hubungan antara Gaya dengan Perubahan Panjang pada Pegas Tunggal Satu Dan Tunggal panjang pada pegas tunggal 1 dan 2 disusun

seri panjang pada pegas tunggal 1 dan 2 disusun

(21)

2. Pembahasan

Menurut hukum Hooke, gaya diperlukan untuk mengadakan perubahan bentuk suatu benda, dengan syarat batas elastis benda belum terlampaui, dengan perubahan bentuk hanya berupa perpindahan dari titik tempat gaya bekerja. Berdasarkan hukum Hooke, apabila sebuah pegas dikenai sebuah gaya sebesar F maka pegas tersebut akan mengalami pertambahan panjang sebesar ∆x, dimana pertambahan panjang pegas

tersebut berbanding lurus dengan gaya yang bekerja pada pegas tersebut. Selanjutnya, ketika gaya tersebut dihilangkan, maka pegas akan bergerak isolasi. Isolasi adalah gerak bolak balik dalam lintasan yang sama yang melalui titik kesetimbangan. Pada praktikum kali ini, kami mencoba menentukan besarnya percepatan gravitasi bumi dan menetukan konstanta pegas melalui gerak osilasi pegas, menyelidiki pengaruh pegas tunggal satu, pegas tunggal dua, pegas tunggal satu dan dua yang disusun secara seri dan pegas tunggal satu dan dua yang disusun secara paralel terhadap periode osilasi serta menyelidiki pengaruh massa benda terhadap besarnya nilai konstanta pegas.

(22)

yaitu 23,91 s dan seterusnya akan bertambah jika massa benda ditambah dan waktu yang dibutuhkan semakin besar.

Pada percobaan dengan penentuan kanstanta pegas dimana penguuran pertama pada pegas tungal satu didapatkan waktu osilasi sebesar t1 =16,9 s, t2 = 15,92 s dan t3 =16,90 s. Dengan waktu rata-rata yaitu 48,19 s untuk beban 1 kg dan seterusnya, selanjutnya pada pegas tunggal dua waktu yang diperlukan untuk berisolasi yaitu waktu rata-rata 39,95 s, begitu pula pada pegas tunggal 1 dan 2 yang diserikan maupun diparalelkan memeroleh waktu yang dirata-ratakan sebesar 57,71 s dan 27,66 s dan akan bertambah seiring dengan waktunya, bila beban ditambahkan.

(23)

panjang pegas dengan periode pegas dan pada saat menghitung waktu osilasi.

(24)

F. Penutup

1. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat da ambil pada pratikum ini adalah sebagai berikut :

1. Percepatan gravitasi bumi dapat ditentukan dengan metode gerak osilasi, yaitu melalui hubungan antara pertambahan panjang pegas dengan periode pegas, dimana percepatan gravitasi sebanding dengan pertambahan panjang pegas dan berbanding terbalik dengan periodenya.

2. Besarnya nilai konstanta pegas juga dapat ditentukan melaui metode gerak osilasi pegas dimana konstanta pegas sebanding dengan massa beban dan berbanding terbalik dengan periode pegas

2. Saran

Saran yang dapat di sampaikan pada pratikum ini adalah sebagai berikut :

1. Untuk Pratikan

Agar selalu mengutamakan kerjasama sehingga hasil pratikumnya akan jadi baik dan lancar dan menjaga hubungan kerjasama dengan asisten biar namba lancar.

(25)

Agar selalu tadak jenuh untuk membimbing kami ,karena kelancaran sebuah pratikum di pengaruhi oleh kontribusi dari asisten,jadi tetap semangat jangan bosan-bosan untuk membagi ilmunya ke kami 3. Untuk laboratorium

Agar menyiapkan alat dan bahan yang tidak terdapat dalam

(26)

DAFTAR PUSTAKA

Buche. 1989.Fisika Edisi Kedelapan. Erlangga. Jakarta. Gie. 1998.Fisika Dasar I. BIUDP. Jakarta.