TIM PENYUSUN
PANDUAN
PRAKTIKUM FISIKA DASAR
MEKANIKA, KALOR
LISTRIK DAN OPTIK
DITERBITKAN OLEH:
LABORATORIUM FISIKA DASAR JURUSAN FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 2 KATA PENGANTAR
Buku panduan praktikum fisika dasar disusun untuk digunakan sebagai petunjuk praktikum fisika dasar. Meskipun kelihatannya sederhana, buku panduan ini merupakan evolusi selama beberapa tahun dengan mempertimbangkan materi kuliah dan kemampuan praktikan sehingga pelaksanaan praktikumnya mudah dan berkualitas.
Sebelum melakukan praktikum, mahasiswa harus sudah memahami materi praktikum sehingga dapat merencanakan data-data yang akan diambil, menggunakan kertas millimeter untuk grafik dan alat tulis atau gambar yang lengkap.
Praktikum secara lengkap meliputi merangkai alat, melakukan pengamatan dan pengukuran. Sedangkan laporan lengkap berisi pengolahan data dan analisis percobaan yang harus diserahkan satu minggu setelah praktikum ke laboratorium fisika dasar.
Demikian kata pengantar dari kami. Semoga buku ini bermanfaat dan menambah pengetahuan serta ketrampilan, terimakasih.
Semarang , Agustus 2012 Team penyusun
DAFTAR ISI
1. Halaman Judul 1
2. Kata Pengantar 3
3. Daftar Isi 4
4. Aturan Praktikum Fisika Dasar 5
5. Teori Ralat 6
6. Percobaan M-1 Pegas 11
7. Percobaan M-2 Viskosimeter Stokes 13
8. Percobaan M-3 Tegangan muka (Metode Lempeng) 14
9. Percobaan M-4 Osilasi Cairan 15
10. Percobaan M-5 Momen Kelembaman 16
11. Percobaan M-6 Pesawat Atwood 18
12. Percobaan M-7 Aliran Air Dalam Pipa Kapiler 19
13. Percobaan M-8 Tabung Resonansi 21
14. Percobaan M-9 Neraca Analitis 23
15. Percobaan M-10 Modulus Young 25
16. Percobaan M-11 Ayunan Matematis 26
17. Percobaan M-12 Modulus Puntir 28
18. Percobaan M-13 Tegangan Permukaan 29
19. Percobaan M-14 Viskositas 31
20. Percobaan M-15 Bandul Fisis 33
21. Percobaan K-1 Koefisien Muai Panjang 35
22. Percobaan K-2 Kalor Lebur 37
23. Percobaan K-3 Penentuan Koefisien Suhu Hambatan 38
24. Percobaan K-4 Pendinginan Air 39
25. Percobaan K-5 Tetapan Kalorimeter 40
26. Percobaan L-1 Potensiometer 41
27. Percobaan L-2 Hukum Joule 43
28. Percobaan L-3 Watak Lampu Pijar 45
29. Percobaan L-4 Arus dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten 47
30. Percobaan L-5 Elektrolisa Tembaga 48
31. Percobaan L-6 Poggendorf 49
32. Percobaan L-7 Osiloskop 51
33. Percobaan L-8 Jembatan Wheatstone 54
34. Percobaan O-1 Lensa Konvergen dan Divergen 56
35. Percobaan O-2 Fotometer 58
36. Percobaan O-3 Spektrometer 60
37. Percobaan O-4 Polarimeter 62
38. Percobaan O-5 Mikroskop 64
39. Percobaan O-6 Refraktometer ABBE 67
40. Buku Acuan 70
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 4 ATURAN PRAKTIKUM
Kartu Praktikum
1. Setiap praktikan akan mendapatkan kartu atau nomor regu praktikum yang ditentukan oleh laboratorium 2. Setiap praktikan diwajibkan membawa kartu pratikum pada saat melakukan kegiatan praktikum Asistensi Pendahuluan
1. Sebelum seluruh kegiatan praktikum dimulai, diadakan asistensi pendahuluan untuk mengenal alat-alat praktikum.
2. Semua praktikan diwajibkan mengikuti asistensi pendahuluan.
3. Ada empat hal yang harus dilaksanakan setiap percobaan: Pretest, Praktikum, Pengesahan hasil percobaan dan laporan resmi.
4. Pretest dilaksanakan sebelum praktikum dimulai dalam bentuk lisan atau tertulis, apabila tidak lulus pretest maka tidak diperkenankan mengikuti praktikum (mengulang pretest)
Pengesahan Hasil Percobaan
1. Hasil percobaan (pengamatan) dinyatakan sah apabila terdapat tanda tangan dari asisten 2. Hasil percobaan dibuat rangkap n+1 dengan n adalah jumlah praktikan dalam satu regu
3. Hasil percobaan (pengamatan) satu lembar diserahkan ke laboratorium sebagai arsip, sedangkan lembaran yang lain dibawa oleh praktikan untuk dilampirkan dalam laporan resmi (laporan resmi dibuat per-individu bukan per-kelompok)
Laporan Resmi
1. Laporan resmi harus dibuat pada kertas double folio (tidak bolak-balik) 2. Grafik dibuat pada kertas millimeter blok
3. Praktikan yang tidak menyerahkan laporan resmi tepat pada waktu yang telah ditentukan maka tidak diperkenankan mengikuti kegiatan praktikum selanjutnya.
Tata Tertib
1. Selama praktikum, praktikan dilarang meninggalkan ruangan tanpa ijin dari koordinator asisten 2. Selama praktikum, praktikan harus berada di meja kerja masing-masing
3. Selama praktikum, di atas meja kerja praktikan hanya terdapat alat tulis yang diperlukan, sedang semua tas dan lain-lain diletakkan di dalam almari yang disediakan
4. Selama kegiatan praktikum maupun mengumpulkan laporan, tidak diperkenankan mengenakan kaos oblong, semua jenis sandal, jaket dan topi
5. Semua kegiatan yang ada hubungannya dengan praktikum fisika dasar hanya dilaksanakan di laboratorium fisika dasar, praktikan dilarang melakukan asistensi di luar laboratorium fisika dasar.
Wajib Datang
1. Setiap praktikan diwajibkan datang pada semua asistensi dan praktikum pada jam yang telah ditentukan. 2. Praktikan yang absen tiga kali tanpa alasan yang sah akan dikenakan sanksi tidak diperkenankan melanjutkan
TEORI RALAT Pendahuluan
Tujuan pengukuran adalah mengetahui nilai yang sesungguhnya dari suatu besaran yang diukur. Hal ini tidak dapat dicapai dengan tepat. Nilai yang diperoleh selalu berbeda dengan nilai sesungguhnya atau mempunyai selisih meskipun selisihnya mungkin sangat kecil. Sehubungan dengan itu dikatakan bahwa dalam pengukuran selalu timbul kesalahan atau ralat (error). Jadi usaha dalam pengukuran adalah memperoleh nilai dengan kesalahan sekecil mungkin.
Macam Ralat
Ditinjau dari penyebabnya ralat atau kesalahan dibagi menjadi tiga macam yaitu: 1. Ralat Sistematik
Ralat sistematik adalah ralat yang bersifat tetap dan disebabkan oleh:
a. Alat : kalibrasi alat salah, misalkan pembagian skala keliru, kondisi alat berubah dan lain-lain b. Pengamat : Ketidakcermatan pengamat dalam membaca, misalkan membaca skala
c. Kondisi fisis pengamat : Kondisi fisif pada saat pengamtan tidak sesuai dengan pada waktu alat ditera d. Metode pengamatan : Ketidaktepatan pemilihan metode pengamatan akan mempengaruhi hasil pengamatan 2. Ralat Kebetulan
Dalam pengukuran berulang-ulang untuk suatau besaran fisis yang dianggap tetap ternyata memberikan hasil yang berbeda-beda. Kesalahan-kesalahan yang terjadi pada pengamatan ini disebut dengan ralat kebetulan. Adapun faktor-faktor penyebabnya adalah:
a. Kesalahan menaksir : Misalkan penaksiran harga skala terkecil oleh pengamat akan berbeda dari waktu ke waktu atau oleh satu orang dengan yang lain
b. Kondisi fisik berubah : Misalkan karena tekanan berubah maka akan mempengaruhi pengukuran suhu titik didih air
c. Gangguan : Misalkan getaran mekanik mempengaruhi gerakan jarum miliamperemeter sehingga arus yang terbaca berubah
d. Definisi : Misalkan pengukuran diameter pipa, karena penampang pipa tidak bulat sempurna tetapi dianggap bulat, sehingga mempengaruhi pengukuran diameter
3. Ralat kekeliruan Tindakan
Kekeliruan tindakan dalam percobaan bagi pengamat ada dua hal
a. Salah berbuat : Misalkan salah membaca skala, salah pengaturan kondisi alat, salah perhitungan (misalkan ayunan 10 kali dihitung 9 kali)
b. Salah dalam perhitungan terutama dalam perhitungan ralat Perhitungan Ralat
Dari uraian dapat disimpulkan bahwa kesalahan dalam pengukuran tidak dapat dihindari, yang dapat dilakukan hanya memperkecil kesalahan tersebut hingga sekecil-kecilnya. Apabila ralat kekeliruan tindakan dan ralat sistematik dapat dihindari maka yang tidak dapat dihindari adalah ralat kebetulan. Untuk memperkecil ralat ini harus dilakukan pengukuran berulang-ulang, makin banyak makin baik. Tetapi tidak semua pengamatan dapat diulang, dalam beberapa hal ini praktikan hanya dapat melakukan pengamatan sekali saja. Karena itu ralatnya adalah setengah skala terkecil (untuk hal ini hanya dapat dilakukan apabila keadaan benar-benar terpaksa).
Dalam perhitungan ralat yang ditimbulkan oleh ralat kebetulan terdapat dua hal yang harus diperhitungkan, yaitu ralat hasil pengamatan langsung dan ralat perhitungan (ralat rambat) sebagai berikut :
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 6 Untuk besaran yang diperoleh secara langsung dari pengukuran (pengamatan), maka nilai terbaiknya adalah nilai rata-rata besaran tersebut (yang diukur secara berulang). Misalkan suatu besaran x diukur sebanyak k kali dengan nilai rata-rata terukur adalah x1, x2, x3, … xk = xi , maka nilai terbaiknya adalah
x
yaitu:1 1 k i i x x k
(1)Sedang selisih antara nilai-nilai terukur dengan x dinamakan deviasi δ yang dapat dituliskan sebagai
xi xi x
(2)Dapat dibuktikan bahwa jika yang diambil sebagai nilai terbaik adalah x dari nilai-nilai terukur, maka jumlah dari deviasi-deviasi kuadratnya adalah minimum, yaitu 2
1 k xi i
adalah minimum.Untuk menunjukkan kesalahan (ralat) kebetulan secara kuantitatif, didefinisikan beberapa pengertian:
Deviasi standar rata-rata :
2 1 1 k xi i x S k k
(3) Deviasi rata-rata fraksional atau relatif : A(a/x)100% (4)Deviasi standar fraksional atau relatif : S(S/x)100% (5)
Hasil pengukuran yang dikemukakan adalah : x x x (6)
Dengan Δx dapat diambil s/2, s, 2s atau sekian kali s bergantung kepada pengamat. Sedangkan ralat nisbinya digunakan persamaan (5).
Untuk menyatakan ketidakpastian (ralat) hasil ukur dari suatu pengukuran ralat relatifnya digunakan persamaan (4). Dalam percobaan yang dilakukan pada praktikum fisika dasar ini, untuk Δx diambil sama dengan
x
S
(persamaan (3)) dan Δx ini sering disebut sebagai ralat mutlak, sedangkan ralat nisbi atau relatifnya tentu saja sama dengan :100% Sx 100% x
x x
(7) Jadi hasil akhir pengukuran adalah:
x
x x S (8)
Dengan ralat relatifnya sama dengan persamaan (7) dan keseksamaannya adalah 100% dikurangi ralat relatif.
Suatu batang logam diukur 10 kali dengan hasil sebagai berikut:
Pengukuran (i) Nilai terukur x (cm) i Deviasi (xi x) (cm) Kuadrat deviasi
2 i x x 1 47,51 0,02 0,0004 2 47,49 0,00 0,0000 3 47,48 -0,01 0,0001 4 47,50 0,01 0,0001 5 47,47 -0,02 0,0004 6 47,49 0,00 0,0000 7 47,48 -0,01 0,0001 8 47,46 -0,03 0,0009 9 47,53 0,04 0,0016 10 47,49 0,00 0,0000 Jumlah pengukuran k =10 1 474, 90 k i i x
;
2 1 0, 0036 k xi i
Jadi niai terbaiknya 1 474, 90 47, 49 10
x cm
Sedangkan deviasi standar rata-rata 0, 0036 0, 007 10(10 1)
x
S
Oleh sebab itu nilai x yang yang benar adalah 47, 490 0, 007
x
x x S dengan keseksamaan : 100%-(0,007/47,490)100%=99,986%
2. Ralat Perambatan
Jika suatu besaran fisis tidak terukur secara langsung tetapi dihitung dari unsur-unsurnya, misalkan volume kubus dihitung dari sisi-sisinya yang diukur, kecepatan dihitung dari jarak yang ditempuh dibagi dengan waktu tempuh dan lain-lain. Pada pengukuran sisi-sisi kubus atau jarak dan waktu tempuhnya jelas ada ralatnya, maka dalam perhitungan volume dan kecepatan akan timbul kesalahan juga. Kesalahan (ralat) yang timbul dari perhitungan ini dinamakan ralat perhitungan atau ralat perambatan.
Secara matematis, jika suatu besaran merupakan fungsi dari variabel-variebel x, y dan z, atau f = f(x,y,z), maka nilai terbaiknya adalah f f x y z( , , ). Sedangkan deviasi standar rata-ratanya sebagai nilai ketidakpastiannya dapat dirumuskan sebagai berikut :
1 2 2 2 2 f f f S x y z x y z
(9)Dengan x, y dan z masing-masing sebagai variabel terukur dan Δx, Δy dan Δz sebagai ralat pengukuran dari variabel x, y dan z. bila pengukuran dilakukan sekali saja maka nilai Δx, Δy dan Δz diambil dari setengah skala pengukuran.
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 8 i x x n
;
2 ( 1) i x x x n n
(10) i y y n
;
2 ( 1) i y y y n n
(11) i z z n
;
2 ( 1) i z z z n n
(12) Dengan n adalah banyaknya pengukuran.Hal-hal yang harus diperhatikan
1. Untuk pengamatan tunggal yaitu pengukuran yang dilakukan hanya satu kali (hanya dapat dilakukan jika keadaan memaksa), maka sebagai ralat mutlaknya lazim diambil setengah skala terkecil.
2. Ralat nisbi (ralat relatif), sebaiknya ditulis dengan dua angka penting, misal hasil perhitungan ralat nisbi 1,53% maka diambil menjadi 1,5%.
3. Jika pengukuran langsungnya ada yang teliti sampai 4 angka dibelakang koma, maka sebaiknya hasil terakhir maksimum 3 angka. Jika ternyata dalam perhitungan diperoleh 6 angka atau lebih maka harus dibulatkan menjadi 5 angka dibelakang koma.
4. Jumlah desimal dari ralatnya diambil sama dengan jumlah desimal harga rata-ratanya. Grafik
1. Pendahuluan
Tiap praktikum fisika dasar diharapkan tahu bagaimana menggunakan grafik secara baik dan tepat, karena grafik sangat membantu dalam mengevaluasi data. Kegunaannya sangat besar sekali, diantaranya:
a. Sangat menolong melalui pandangan (visual aid); maksudnya dengan mengamati bentuk grafik, si pengamat sudah bisa mengambil banyak informasi. Dengan memasang di atas kertas grafik besaran-besaran yang diamati selama eksperimen dapat dilihat dengan satu pandangan saja, di tempat mana atau di saat kapan mulai ada perbedaan antara pengamatan dan hasil perhitungan.
b. Untuk membandingkan eksperimen dengan teori.
c. Untuk menunjukkan hubungan empiris antara dua besaran walaupun orang belum sempat menyelidiki bagaimana hubungan teoritis antara dua besaran eksperimental satu sama lain
2. Membuat Grafik
Yang harus diperhatikan dalam membuat grafik pertama-tama besaran mana yang hendak diplotkan di sumbu vertikal dan besaran mana di sumbu horizontal. Sebagai perjanjian besaran yang diplotkan pada sumbu horizontal adalah besaran penyebab dan pada sumbu vertikal adalah besaran akibat. Kemudian harus dipilih skala yang sesuai untuk sumbu keduanya.
Grafik berbentuk garis lurus
Banyak percobaan yang hasilnya dapat ditampilkan dalam bentuk grafik yang mengikuti persamaan garis lurus:
yaxb (13)
Dengan a sebagai gradient garis dan b sebagai konstanta titik potong terhadap sumbu y, nilai a dan b biasanya digunakan untuk menentukan berbagai parameter sesuai dengan tujuan percobaan.
Jika persamaan yang berlaku dalam teori percobaan dapat dibawa ke dalam persamaan (13), maka dapat menghubungkan besaran fisis yang akan dicari dengan slope (tangen arah) dari grafik yang diperoleh
berdasarkan data-data hasil eksperimen. Harus sudah ditentukan besaran-besaran terukur langsung yang akan diplot pada sumbu vertikal dan horizontal.
Dengan mengetahui slope grafik (a dalam persamaan (13)) maka nilai besaran fisis yang dicari dapat diperoleh. Untuk menentukan besar slope grafik yang terpenting adalah dalam menarik garis lurus terbaiknya. Garis lurus yang dibuat harus sedemikian rupa sehingga banyak titik data terkena garis. Penyebaran titik-titik data harus sebanyak mungkin disekitar garis. Dari garis terbaik ini dapat dihitung slope nya yang sebanding dengan besaran fisis yang akan dicari.
Untuk mencari ralat slope, dicari dengan titik-titik data terluarnya sehingga diperoleh nilai-nilai slope ekstrimnya (maksimum dan minimum) dan nilai ralat slope adalah:
maks min
slope -slope Δslope =
2
(14) Dengan demikian penyajian terbaik dari slope adalah:
slope = slope terbaik ± Δslope
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam membuat grafik a. Titik-titik hendaknya dibuat lingkaran atau lainya
b. Skala dan titik nol hendaknya diatur sedemikian rupa sehingga grafiknya mudah dibaca, artinya titik nol tidak harus dipusat salib sumbu dan harga skala ordinat tidak harus sama dengan skala absisnya.
c. Grafik hendaknya diberi keterangan selengkap-lengkapnya termasuk satuan-satuan pada skala ordinat dan absis.
d. Kalau tidak yakin akan bentuk grafik, maka hendaknya ditarik garis lengkung (bukan garis patah-patah) yang melalui hampir semua titik.
e. Selalu dicoba dimana perlu untuk memberi intepretasi dari grafik, misal hubungan linier, eksponensial dan lain-lain.
Grafik bukan berupa garis lurus
Tidak semua percobaan dapat dibuat grafik garis lurus (misalnya K-2 dan L-3 dll), maka tidak perlu memaksakan untuk membuat garis lurus. Dengan memasukkan besaran-besaran pada ordinat dan absis, bentuk grafik hanya berupa pengamatan tidak untuk perhitungan. Jadi disini yang ditekankan arti fisis dari grafik, maka perlu pengamatan yang cermat untuk dapat menganalisa yang teramati.
Slope Terbaik Slope Minimum Slope Maksimum X (satuan) Y (satuan) JUDUL GRAFIK
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 10 PERCOBAAN M-1
PEGAS Tujuan Percobaan
Menentukan nilai konstanta pegas Alat-alat yang diperlukan
Dua buah pegas, Pemberat, Stopwatch Dasar teori
Jika suatu bahan dapat meregang atau menyusut karena pengaruh gaya dari luar dan dapat kembali ke keadaan semula jika gaya yang bekerja padanya dihilangkan, maka keadaan tersebut dikatakan mempunyai sifat elastis (Misalnya Pegas). Selama batas elastisitasnya belum terlampaui maka perubahan panjang pegas akan sebanding dengan gaya yang bekerja padanya, menurut hukum Hooke dinyatakan sebagai berikut:
k
F x (1)
Dengan F adalah gaya (N), k adalah konstanta pegas (N/m) dan x adalah perubahan panjang pegas (m).
Ketika pada sebuah pegas dibebani dengan sebuah massa m, maka gaya yang menyebabkan pegas bertambah panjang adalah gaya berat dari massa tersebut, sehingga berlaku:
mgkx (2)
Dengan g adalah percepatan gravitasi (m/s2).
Selain dengan cara pembebanan, konstanta pegas k dapat dicari dengan cara getaran pada pegas. Sebuah benda bermassa m dibebankan pada pegas dan disimpangkan dari posisi setimbangnya, maka akan terjadi getaran pegas dengan periode getaran T sebagai berikut:
2 m T k (Buktikan!) (3) Cara kerja Metode Pembebanan
1. Tentukan massa pemberat
2. Letakkan masing-masing pegas pada statif
3. Ukur panjang pegas tanpa beban, dan setelah dibebani 4. Ulangi dengan massa beban yang berbeda.
k
k
Metode Getaran
1. Tntukan massa pemberat
2. Letakkan masing-masing pegas pada statif
3. Tarik beban kemudian dilepaskan dan mencatat waktu untuk getaran pegas 4. Ulangi dengan massa beban yang berbeda.
Tugas dan diskusi
1. Bagaimana kesimpulan anda tentang nilai k untuk dua pegas secara seri dan parallel? 2. Cara manakah yang lebih baik untuk menentukan k?
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 12 PERCOBAAN M-2
VISKOSIMETER STOKES Tujuan percobaan
Menentukan koefisien kekentalan zat cair Alat-alat yang diperlukan
Pipa gelas berskala, Mikrometer skrup, Bola-bola logam, Gliserin, Stopwatch. Dasar teori
Sebuah bola bergerak dalam cairan statis, maka pada bola tersebut akan bekerja gaya hambat, menurut Stokes besar gaya tersebut:
6
R rv (1)
Dengan η adalah kekentalan zat cair (Pa.s), v adalah kecepatan bola (m/s), r adalah jari-jari bola (m). Bila bola jatuh secara vertikal maka pada bola juga bekerja gaya berat sebesar:
3
4 3
W r g (2)
Dengan ρ adalah massa jenis bola logam (kg/m3), g adalah
percepatan gravitasi (m/s2)
Selain kedua gaya di atas, juga terdapat gaya apung Archimedes yang besarnya.
3 0 4 3 A F r g (3)
Dengan ρ0 adalah massa jenis zat cair (kg/m3).
Perubahan kecepatan bola sebanding dengan gaya hambat sehingga akan dicapai besarnya kecepatan terminal (vT), yaitu keadaan keseimbangan antara gaya berat, gaya
apung Archimedes dengan gaya hambat Stokes, yang dapat dituliskan sebagai:
A
W R F (4)
Dengan subtitusi persamaan (1), (2) dan (3) ke persamaan (4), maka diperoleh persamaan :
2 0 2 9 T r g v (5)Dengan vT adalah kecepatan terminal bola logam (m/s). Persamaan (5) berlaku untuk vT yang tidak terlalu besar
supaya tidak terjadi arus turbulensi. Satuan kekentalan dalam cgs adalah Poise. Cara Kerja
1. Ukur massa dan volume bola untuk memperoleh massa jenis bola 2. Ukur massa dan volume gliserin untuk memperoleh massa jenis gliserin
3. Jatuhkan bola pada permukaan gliserin dan mengukur waktu bola hingga kedalaman tertentu 4. Ulangi percobaan dengan bola logam berbagai ukuran.
Tugas dan diskusi
1. Hitung nilai η cairan berdasarkan persamaan (5) dan dengan menggunakan grafik! 2. Bandingkan kedua hasil ini apakah terdapat perbedaan? Analisalah!
R
W FA
PERCOBAAN M-3
TEGANGAN MUKA (METODE LEMPENG) Tujuan Percobaan
Menentukan tegangan permukaan zat cair Alat-alat yang diperlukan
Neraca torsi, Rangka pengapit lempeng gelas, Rangka kawat, Anak timbangan, Jarang Sorong, Mikrometer sekrup
Dasar Teori
Tegangan permukaan zat cair didefinisikan sebagai gaya persatuan panjang sepanjang tiap garis pada permukaan zat cair dan dinyatakan dalam dyne/cm. Ditinjau rangka kawat segi empat dimana salah satu sisi dapat bergerak, dicelupkan dalam larutan sabun, maka terbentuk selaput sabun dalam segi empat dan akan terdapat gaya disepanjang sisi kawat yang bergerak berusaha mengurangi luas selaput.
Untuk menahan sisi kawat yang dapat bergerak supaya setimbang digunakan gaya F. karena ada selaput pada tiap kawat, maka:
2
F LS (1)
Dengan L adalah panjang kawat yang dapat bergerak, s adalah tegangan permukaan. Bila kawat yang dapat bergerak ditarik perlahan-lahan sepanjang d dan F tetap konstan selama luas selaput bertambah (2Ld=A) maka besarnya W adalah:
W AS (2)
Dari persamaan (2) maka tegangan permukaan dapat dipandang sebagai usaha yang dilakukan per satuan luas untuk menambah luas selaput dan dapat dinyatakan erg/cm2. Selain dengan mempergunakan rangka kawat
percobaan tegangan permukaan dapat dilakukan dengan: Lempeng gelas
Bila lempeng gelas mempunyai panjang L dan tebal t, maka besar gaya penarik F akan tetap dapat mengimbangi tegangan muka S yang bekerja pada dua panjang dan dua tebal lempeng gelas adalah:
2 2
FS L t (3)
Cara kerja
1. Tentukan kedudukan Nol jarum dengan cara memuat neeraca torsi setimbang.
2. Rangka kawat dicelupkan dalam bejana yang terisi air, diatur sedemikian rupa sehingga selaput air yang terbentuk pecah. Pada saat selaput air pecah neraca torsi menunjukkan skala tertentu dan kembali ke keadaan setimbang.
3. Tempatkan beban piring neraca sehingga jarum menunjukkan skala di atas 4. Hitung tegangan permukaan zat cair dan ulangi percobaan untuk lempeng gelas Tugas dan diskusi
Hitung tegangan permukaan dari larutan sabun dan aquades masing-masing untuk lempeng gelas dan rangka kawat.
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 14 PERCOBAAN M-4
OSILASI CAIRAN Tujuan percobaan
Menentukan percepatan gravitasi bumi Alat-alat yang diperlukan
Tabung U, Cairan Pengisi, Stopwatch, Penggaris, Benang Dasar teori
Jika permukaan zat cair pada kaki kiri tabung U naik x cm dari permukaan awal, maka permukaan zat cair pada kaki kanan akan turun x cm, sehingga terdapat perbedaan tinggi kedua permukaan sebesar 2x cm.
Perbedaan tinggi permukaan ini menyebabkan gaya sebesar 2xAρg yang berlawanan dengan simpangan zat cair.
Menurut hukum II Newton
maF (1) 2 2 2 d x lA g Ax g dt (2) 2 2 2 0 d x g x dt l (3) Jika 2 /g l
2 dimana ω adalah frekuensi sudut osilasi dan mengingat bahwa2 / T
, maka periode osilasi tanpa redaman adalah: 2l
T
g
(Buktikan!) (4)
Bila faktor redaman a diperhitungkan maka frekuensi osilasi adalah:
2 2 1 2
4
a a
(Buktikan!) (5)
Dengan ωa adalah frekuensi sudut osilasi dengan redaman, ω adalah frekuensi sudut osilasi tanpa redaman dan a
adalah faktor redaman. Cara kerja
1. Isi tabung U dengan air raksa
2. Ukur panjang cairan sebelah dalam dan luar tabung
3. Miringkan posisi tabung supaya terdapat perbedaan ketinggian 4. Tutup salah satu kaki tabung dan tegakkan tabung U kembali 5. Buka tutup tabung supaya air raksa berosilasi dan catat waktu isolasi. Tugas dan diskusi
Tentukan nilai g dan faktor redaman untuk cairan air raksa melalui grafik
x
2x
PERCOBAAN M-5 MOMEN KELEMBAMAN Tujuan percobaan
Menentukan momen kelembaman benda Alat-alat yang digunakan
Lempeng logam lingkaran dan persegi, stopwatch, jangka sorong, micrometer sekrup Dasar teori
Bentuk geometri
Sebuah titik massa bermassa m berada pada jarak r dari sumbu putar maka momen kelembaman (I) adalah
2
I
mr (1)Untuk benda kontinyu, momen kelembaman terhadap suatu sumbu putar dapat diperoleh dengan membagi-bagi benda atas elemen-elemen massa yang bermassa dm yang berada pada jarak r dari sumbu putar tersebut, sehingga dapat dinyatakan:
2
I
r dm (2)Untuk lempeng berbentuk segiempat persegi panjang yang bermassa m, panjang p dan lebar l, maka momen kelembamannya terhadap sumbu putar yang melalui pusat lempeng dan tegak lurus pada bidang lempeng adalah:
2 2
1 12
I m p l (Buktikan!) (3)
Sedangkan lempeng lingkaran yang berjari-jari r serta bermasa m, maka momen kelembamannya terhadap sumbu yang melalui pusat lempengan tegak lurus lempeng adalah:
2
1 2
I mr (Buktikan!) (4)
Misalkan diambil lempeng persegi panjang, maka momen kelembamannya terhadap sumbu yang melalui pusat lempeng dan sejajar sisi panjang lempeng p adalah:
2 2
1 12 I m l t (5) p l t rLaboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 16 Momen kelembaman dapat juga dicari dengan cara osilasi. Lempeng digantung dengan kawat pada statif sehingga kawat penggantung berimpit dengan sumbu yang melalui pusat lempeng. Bila lempeng diputar sebesar sudut θ, maka kawat akan mengadakan gaya pemulih sebesar τθ, dimana τ adalah suatu konstanta torsi kawat. Maka persamaan gerak ayunan torsi adalah: 2 2 0 d dt I (Buktikan!) (6)
Dari persamaan 6 diperoleh frekuensi dudut dan periode getaran sebesar:
I dan T 2 I (Buktikan!) (7) Cara kerja Bentuk Geometri
Ukur panjang, lebar serta diameter dan timbang masing-masing lempeng serta hitung momen kelembamannya. Ayunan Torsi
Gantungkan lempeng pada statif, putar lempeng hingga terbentuk sudut θ, θ tidak boleh terlalu besar dan catat waktu yang diperlukan untuk beberapa ayunan.
Tugas dan diskusi
1. Tentukan nilai momen kelembaman I untuk lempeng persegi panjang dan lingkaran terhadap posisi sumbu putar yang arahnya berbeda dengan cara geometri dan ayunan torsi!
2. Bandingkan hasil yang anda peroleh dari kedua cara tersebut. Apakah ada perbedaannya?
p
l
Gambar M-5.3. Ayunan Torsi Lempeng segi empat
PERCOBAAN M-6 PESAWAT ADWOOD Tujuan Percobaan
Menentukan percepatan gravitasi bumi g Alat-alat yang diperlukan
Dua massa m1 dan m2, Beban ekstra, Tali, Katrol, Meteran, Stopwatch
Dasar teori
Mesin Adwood terdiri atas dua massa m1 dan m2, yang dihubungkan dengan tali. Jika m1 > m2 maka dua
massa ini mulai bergerak dengan percepatan a :
1 2 1 2 m m a g m m (Buktikan!) (1)
Persamaan (1) mengandaikan bahwa massa katrol nol dan tidak ada gesekan. Jika pengaruh katrol diperhitungkan maka persamaan (1) menjadi:
1 2
1 2 2 m m a g I m m R (Buktikan!) (2)Dengan I adalah momen kelembaman katrol, R adalah jari-jari katrol. Koreksi kedua adalah pengaruh gaya gesek, dengan
mengandaikan gaya gesek (Fges) konstan maka percepatan a
menjadi :
1 2
1 2 2 ges m m g F a I m m R (Buktikan!) (3)Perhatikan bahwa dua koreksi tersebut membuat percepatan a menjadi lebih kecil daripada yang diberikan dalam persamaan (1). Dalam percobaan ini diselidiki persamaan (3) dan menentukan g.
Cara kerja
1. Timbang massa m1, m2 dan beban ekstra.
2. Ukur diameter dan massa katrol
3. Ukur jarak yang akan ditempuh oleh katrol (Misal dari A dan B) 4. Catat waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak tersebut.
5. Ulangi percobaan dengan menambahkan atau mengurangi beban ekstra. Tugas dan diskusi
1. Nyatakan percepatan melalui lintasa AB dalam jarak AB dan waktu tAB. Subtitusikan harga-harga tersebut ke
dalam persamaan (3) dan selidikilah persamaan (3) secara grafik. Dari grafik dapat ditentukan harga g dan Fges!
2. Apa yang terjadi dengan persamaan (3) jika m diambil dari titik B? Selidikilah hal ini secara grafik dan tentukanlah Fges dari grafik!
m1 m2 m1 m2 A B C
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 18 PERCOBAAN M-7
ALIRAN AIR DALAM PIPA KAPILER Tujuan percobaan
Menentukan waktu paroh pemerosotan eksponensial aliran air pada pipa kapiler. Alat-alat yang diperlukan
Gelas Ukur 100 ml, Pipa Kapiler, Jangka sorong. Dasar teori
Suatu pipa kapiler dihubungkan dengan buret berkeran, dengan sebuah mistar dan tinggi air dalam buret diukur. Jika tinggi air dalam buret h, pengurangan tinggi air dalam buret Δh, maka untuk selang waktu pengaliran Δt dipenuhi bahwa:
h t
(1)
Debit air yang mengalir secara laminar lewat pipa kapiler:
4 8 V r P Q t L (2)
Dengan ΔV adalah volume air yang mengalir melalui pipa kapiler selama waktu pengaliran Δt, dan Δt adalah selang waktu pengaliran, r adalah jari-jari pipa kapiler, ΔP adalah beda tekanan antara dua ujung pipa kapiler, L adalah panjang pipa kapiler dan η adalah viskositas.
Untuk aliran air dalam buret : h Q A t (3)
Dengan A adalah luas penampang buret
Dengan mensubtitusi persamaan (2) dan (3) diperoleh:
4 8 r P h t AL (4) Beda tekanan antara kedua ujung pipa kapiler ΔP :
P gh
(5)
Karena h P, maka h h, dengan tanda negatif menunjukkan pengurangan ketinggian h. sehingga dari persamaan (4) dan (5) diperoleh:
4 8 r g h h t AL atau dh hdt (6)
Dengan λ disebut tetapan peluruhan Penyelesaian persamaan (6) adalah
0
t
hh e (7)
Dengan h0 adalah tinggi permukaan air dalam buret pada saat t = 0, dan t adalah waktu pengaliran.
Cara kerja
1. Isilah buret dengan air dan ukur h0 yaitu tinggi permukaan air dari ujung pipa kapiler
2. Ukurlah tinggi permukaan air setiap waktu pengaliran 10 detik
3. Lakukan hal tersebut untuk pipa kapiler berbagai ukuran panjang dengan diameter penampang sama dan juga untuk pipa kapiler berbagai ukuran diameter penampang dengan panjang sama.
Tugas dan diskusi
1. Buat grafik h vs t untuk mendapatkan λ
2. Apakah yang dimaksud dengan waktu paroh dan tentukan waktu paroh secara grafis.
3. Jika massa jenis air 1 g/cm3 tentukan harga viskositas dari nilai λ yang diperoleh dari percobaan di atas dan
bandingkan dengan referensi.
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 20 PERCOBAAN M-8
TABUNG RESONANSI Tujuan percobaan
Menentukan kecepatan bunyi dengan menggunakan tabung resonansi Alat-alat yang diperlukan
Termometer, Dasar teori
Dari gambar M-8.1 ditunjukkan gelombang bunyi merambat ke bawah tabung dan dipantulkan pada batas air-udara, dan getaran stasioner akan dihasilkan dari interferensi gelombang datang dan gelombang pantul tersebut. Batas udara-air pada tabung adalah simpul dan ujung terbuka dari tabung adalah perut.
Dari gambar didapatkan:
1 / 4
L e (1)
2 3 / 4
L e (2)
Dengan λ adalah panjang gelombang nada.
Pengurangan persamaan (2) dan (1) didapatkan
2 1 / 2
L L (3)
Jika c adalah kecepatan bunyi dan f adalah frekuensi nada, terdapat hubungan :
cf (4)
Subtitusi persamaan (3) dan (4) didapatkan
2 1
2
c f L L (5)
L1
L2
Cara kerja
1. Isi tabung resonansi dengan air
2. Ukur panjang tabung dari ujung terbuka sampai batas udara-air pada tabung
3. Tentukan frekuensi sumber suara (Ditentukan asisten), atur tinggi air dalam tabung sampai terjadi resonansi (resonansi terjadi ketika suara yang terdengar paling nyaring)
4. Ukur panjang L1 tabung di atas level air
5. Lakukan percobaan untuk mendapatkan resonansi yang kedua, dan harga rata-rata panjang L2 dari kolom air.
6. Ulangi percobaan dengan frekuensi suara yang lain. 7. Ukur suhu air
Tugas dan diskusi
1. Hitung kecepatan bunyi dari percobaan dan bandingkan hasilnya dari rumus:
331 1 273
T c
m/s (Buktikan!)2. Tentukan frekuensi garpu tala yang diberikan dari persamaan (5) dengan menggunakan kecepatan bunyi pada suhu percobaan.
3. Tentukan nilai koreksi e dari ujung tabung yang dihitung dari persamaan (1) dan (2)
2 1
1 3 2
e L L (Buktikan!)
4. Kecepatan bunyi di udara dan koreksi dari ujung tabung dapat ditentukan dari grafik dengan menggunakan garpu tala yang berbeda-beda frekuensinya. Posisi resonansi pertama masing-masing garpu tala antara panjang (L) dan frekuensi (f) diberikan sebagai L e c/ 4f tentukan kecepatan bunyi dari slope = c/4 !
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 22 PERCOBAAN M-9
NERACA ANALITIS Tujuan percobaan
Menentukan massa benda secara teliti dengan cara menimbang Alat-alat yang diperlukan
Neraca analitis, Anak timbangan Dasar teori
Bagian yang penting dari neraca analitis berlengan adalah batang tegar dan ringan dimana padanya dipasang tiga buah mata pisau yang berjarak sama satu dengan yang lain, sejajar sesamanya dan tegak lurus pada panjang batang. Mata pisau yang ditengah-tengah terletak pada plat yang digosok halus yang ditopang oleh kotak neraca. Piringan neraca digantung pada plat-plat serupa yang terletak pada mata pisau-mata pisau di ujung. Sebuah jarum vertikal yang ditambat pada batang, bergerak pada suatu skala.
Gambar M-6.1. Prinsip neraca analisis
Mata pisau-mata pisau berfunggsi sebagai sumbu-sumbu yang tidak mempunyai geseran. Karena piringan-piringan dapat bergerak bebas terhadap mata pisau, maka pusat berat piringan-piringan-piringan-piringan dan benda-benda selalu tepat terletak di bawah mata pisau. Pusat berat batang terletak tepat di bawah mata pisau tengah pada waktu batang mengambil pada posisi mendatar. Bendan yang massanya tidak diketahui m1 diletakkan di piringan kiri dan benda
yang diketahui massanya m2 diletakkan di pirinfan kanan. Dimisalkan m1>m2, kalau batang setimbang pada
pengaruh m1g, m2g dan berat batang Mg, maka momen gaya yang searah jarum jam terhadap mata pisau tengah
sama dengan momen gaya berlawanan arah jarum jam terhadap sumbu yang sama.
Kalau panjang masing-masing lengan neraca = L, sedangkan jarak dari titik berat batang dan jarum sumbu O = l, maka:
2 cos 1 cos sin
m gL m gL Mgl (1)
2 1
tan m L m L
Ml
(2)
Kepekaan neraca didefinisikan sebagai :
2 1 tan L S m m Ml (3) L L m1g m2g l Mg θ θ θ
Dan merupakan ukuran bagi besarnya simpangan persatuan massa. Maka besar kepekaan neraca, maik besar simpangan persatuan massa. Dan kepekaan akan besar jika L besar, maka M kecil, yang berarti lengannya panjang tetapi ringan dan jarak l pendek.
Cara kerja
1. Letakkan massa benda yang dicari pada salah satu piringan (misalnya piring kiri) dan massa yang diketahui diletakkan pada piringan yang lain, sampai jarum penunjuk menunjukkan kesetimbangan (diam). Maka massa yang tidak diketahui sama dengan massa yang diketahui (standar).
2. Jika neraca berayun selama waktu yang lama, biasanya tidak ditunggu sampai neraca diam. Untuk penimbang biasa, neraca dikatakan setimbang jika jarum penunjuk berayun dengan jarak yang sama pada tiap-tiap sisi titik diam.
3. Sesudah gerakan menjadi teratur, lalu ditentukan dua titik balik yang beraturan dari jarum penunjuk pada skala dan titik diam dianggap di tengah antara kedua titik balik ini pada waktu mencari massa sesungguhnya selalu ditambahkan massa yang cukup agar jarum jam penunjuk berayun dengan jarak yang sama dari titik diam yang sesungguhnya dan bukan dari garis pusat.
Untuk pekerjaan yang teliti dipakai cara sebagai berikut
Titik diam R0 dengan piringan-piringan kosong ditentukan dengan merata 23 buah titikbalik yang berurutan
pada satu sisi dengan rata-rata dua titik balik yang menengahinya pada sisi yang lain. Titik R1 kemudian dicari
dengan cara yang sama pada proses penimbangan. R1 diussahakan agar tidak berhimpit dengan R0 dengan mengatur
massa, tetapi lebih ditentukan kepekaan neraca atau jumlah bagian skala bergesernya titik diam oleh penambahan 1 mg. Dimisalkan garis skala paling kanan adalah 0, yang di tengah 10, dan paling kiri 20. Maka pada penimbangan piringan-piringan yang kososng, menentukan titik diam R0 diperoleh hasil pembacaan :
Maka titik diam 0
16, 3 4, 7 10, 5 2
R
Pada penimbangan sebuah benda, kalau diberikan anak timbsngsn 14,784 gram hasilnya kurang berat (anak timbangan lebih ringan dari bendanya), sedangkan jika diberi ukuran 14,785 gram ternyata lebih berat bendanya. Misalnya hasil penimbangan adalah : Dengan anak timbangan yang terlalu ringan yaitu 14,784 gram
Maka titik diam 1
13, 6 4, 8 8, 7 2
R
Dengan anak timbangan yang terlalu berat yaitu 14,785 gram.
Maka titik diam 2 15, 7 7, 7 11, 7 2 R gram Kepekaan neraca 1 2 1 2 11, 7 8, 7 3 skala 3 skala/mg 14, 785 14, 784 0, 001 mg R R S m m
Oleh karena itu tiap bagian skala setara dengan 1/3 mg = 1/3000 g ,disebut harga skala H
1 0 1 2 2 0 M m R R H m R R Atau
14, 785 11, 7 10, 5 1 / 3000 M
kiri kanan 1. 16,6 3. 16,2 5. 16,1 2. 4,6 4. 4,8 Rata-rata 16,3 4,7 kiri kanan 1. 14,0 3. 13,5 5. 13,3 2. 3,7 4. 3,9 Rata-rata 13,6 3,8 kiri kanan 1. 15,8 3. 15,6 2. 7,6 4. 7,8 Rata-rata 15,7 7,7Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 24 PERCOBAAN M-10
MODULUS YOUNG Tujuan percobaan
Menentukan modulus Young dari kawat Alat-alat yang diperlukan
Skala utama dan nonius, Pemberat masing-masing 100 gram, Batang penggaris, Mikrometer sekrup Dasar teori
Pada umumnya tiap zat yang dikenai tegangan akan mengalami perubahan bentuk. Apabila tegangan dihilangkan zat itu kembali ke bentuk semula. Psroses ini disebut dengan elastis. Bilangan yang menyatakan banyak sedikitnya deformasi yang terjadi disebabkan oleh tegangan tertentu disebut modulus elastisitas. Dalam percobaan ini anda menentukan modulus Young (E) dari kawat.
Sebuah kawat yang panjang L diberi pemberat Mg akan bertambah panjang sebesar ΔL. Modulus Young (E) didefinisikan sebagai:
tegangan tarik / regangan tarik / Mg A E L L (1) 2 MgL E r L (2)
Dengan A adalah luas penampang kawat dan r adalah jari-jari kawat.
Bila pembebanan masih dalam batas elastisitas sempurna, maka grafik pertambahan panjang terhadap berat beban akan merupakan garis lurus. Nilai modulus Young dapat ditentukan dari grafik.
Cara kerja
1. Pasang dua kawat pada gantungan 2. Pasang skala utama dan nonius pada kawat
3. Ukur panjang dan diameter kawat dan timbang massa pemberat 4. Pasangkan beban standar pada kawat yang satu
5. Atur kedudukan nol skala utama nonius 6. Pasangkan beban pada kawat yang lainnya
7. Catat pertambahan panjang kawat. Pertambahan panjang kawat diamati dengan mengembalikan kedudukan gelembung udara pada waterpass dengan cara mengatur skala nonius.
8. Ulangi percobaan dengan memvariasi beban. Tugas dan diskusi
Bandingkan nilai E dari grafik dan perhitungan melalui persamaan (2) L
ΔL mg
Gambar M-10.1. Percobaan Modulus Young
PERCOBAAN M-11 AYUNAN MATEMATIS Tujuan percobaan
Menentukan percepatan gravitasi bumi Alat yang diperlukan
Stopwatch, Mistar gulung Dasar teori
Gravitasi merupakan fenomena atau gejala alamiah, yaitu peristiwa tarik menarik antara dua massa. Sedangkan yang dimaksud dengan percepatan gravitasi g adalah gaya gravitasi per satuan massa.
Menurut Newton gaya gravitasi adalah:
1 2 2 m m F G r (1)
Dengan G adalah konstanta gravitasi, m1 m2 adalah massa benda dan r adalah jarak antar keduan massa.
Nilai G ditentukan oleh Cavendish dengan menggunakan neraca punter, dan percobaan ini dikenal dengan nama “Menimbang Bumi”, karena dengan diketahuinya G maka massa bumi dapat dihitung dengan persamaan
2 0 0 2 mM R F G mg M g R G (2) Dengan M adalah massa bumi, R adalah jari-jari bumi dan g0 adalah besarnya percepatan gravitasi pada permukaan
bumi.
Pada jarak r=h+R dari pusat bumi, maka berat suatu benda yang bermassa m adalah:
2 2 mM mg G gr GM r (3) Untuk r=R (di permukaan bumi) maka g = g0, sehingga
0 2 0
mM
mg G g R GM
R
(4) Subtitusi persamaan (3) dan (4) maka akan diperoleh persamaan
0 1 2 h g g R
(Buktikan!) (5)Untuk mengukur g digunakan ayunan bandul m mengayun pada benang tak bermassa yang panjangnya L. bila simpangan sudut kecil, lintasan m boleh dianggap lurus, sehingga
sin x
l
(6)
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 26 Gaya yang mengembalikan m ke keadaan setimbang
sin F mg (7) 2 2 d x x m mg dt l (8) 2 2 0 d x g x dt l (9)
Bentuk umum persamaan diferensial getaran selaras
2 2 2 0 d x x dt (10) Atau 2 g g l l (11)
Atau system (benda bermassa m) berayun dengan periode:
2 2 4 T l g (12) Cara kerja
1. Ikat bandul pada ujung tali dan ukur panjang tali 2. Ayunkan bandul dengan sudut ayunan kecil
3. Catat waktu yang diperlukan untuk beberapa kali ayunan (Lebih banyak lebih baik) 4. Ulangi percobaan dengan panjang tali yang berbeda
Tugas dan diskusi
Tentukan nilai percepatan gravitas bumi dengan cara ayunan bandul matematis melalui grafik! mg Gambar M-11.1. Ayunan bandul matematis F α α
PERCOBAAN M-12 MODULUS PUNTIR Tujuan percobaan
Menentukan modulus punter / geser dari batang logam Alat-alat yang diperlukan
Beban pemberat masing-masing 500 g, Jangka sorong dan penggaris, Mikrometer sekrup Dasar teori
Ditinjau dari batang logam B, salah satu ujungnya dijepit keras-keras di T. ujung yang lain bebas berputar dan dipasang keras-keras pada P. bila beban m gram dipasangkan pada ujung tali yang terdapat pada pemutar P, maka roda pemutar P akan menghasilkan momen punter atau putar dan memuntir batang B dengan sudut puntiran sebesar θ dengan ditunjukkan oleh skalal S.
Kaitan antara modulus geser G dengan sudut puntiran dapat dituliskan
4 2ML G R (Buktikan!) (1) 0 2 4 360 rgmL G R (Buktikan!) (2)
Dengan G adalah modulus punter, M adalah momen gaya, θ adalah sudut puntiran (persamaan (1) dinyatakan dalam radian, persamaan (2) dinyatakan dalam derajad), g adalah percepatan gravitasi bumi, r adalah jari-jari roda pemutar, R adalah jari-jari batang logam, m adalah massa beban dan L adalah panjang batang logam.
Gambar M-12.1. Alat untuk modulus punter / geser (G) Cara kerja
1. Ukur panjang dan diameter batang logam
2. Ukur diameter roda pemutar dan timbang massa beban
3. Letakkan beban dengan tali pada roda pemutar dan catat kedudukan skala 4. Ulangi percobaan dengan variasi beban pemberat
Tugas dan diskusi
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 28 PERCOBAAN M-13
TEGANGAN PERMUKAAN Tujuan percobaan
Menentukan besarnya tegangan permukaan dari suatu cairan Alat-alat yang dipperlukan
Gelas Piala 2 buah Dasar teori
Timbulnya tegangan permukaan disebabkan karena adanya gaya kohesi antara satu molekul cairan terhadap molekul lainya. Pada percobaan ini dipakai metode tekanan maksimum gelembung yang susunan alatnya seperti pada gambar M.13.1
Harga tegangan permukaan aquadest dapat ditentukan dengan cara menyamakan tekanan-tekanan yang bekerja pada bejana dan manometer M. dengan menurunkan air dari buret ke dalam botol Erlenmeyer E, tekanan udara dalam pipa kapiler C menjadi besar. Jika pada ujung pipa kapiler terjadi gelembung udara dengan jari-jari R, maka pada permukaan gelembung ini bekerja tekanan-tekanan dari atas = P dan dari bawah yang terdiri dari : tekanan hidrostatik (2gh2), tekanan udara (PB) dan tekanan tegangan permukaan ( 2 /S R ) (Buktikan!). Dalam
keadaan setimbang tekanan P adalah sama dengan tekanan di titik N dan pada manometer M, yaitu : tekanan hidrostatik (1gh1) dan tekanan udara (PB), jadi dapat dituliskan:
1 1 2 2 2 B S P gh P gh R (1) Tekanan P akan maksimum jika R minimum, yaitu sama dengan jari-jari pipa kapiler = r. maka pada saat R=r diperoleh persamaan 1 1 2 2 2 maks S P gh gh r (2)
1 1 2 2
1 2 S gr h h (3)Untuk air sabun di dapatkan persamaan
1 1 2 2
1 4
S gr h h (Buktikan!) (4)
Dengan h2 adalah selisih tinggi permukaan zat cair dalam pipa kapiler / gelas piala B, h1 adalah selisih tinggi
permukaan zat cair dalam manometer, ρ1 adalah massa jenis zat cair pada manometer dan ρ2 adalah massa jenis
cairan dalam gelas piala.
Gambar M-13.1. Skema alat untuk menentukan tegangan permukaan dengan metode tekanan maksimum gelembung udara
Cara kerja
1. Buat permukaan cairan di dalam pipa manometer M sama tinggi 2. Pipa kapiler C dicelupkan sedalam h2 ke dalam gelas piala B
3. Teteskan air dari buret ke botol E, cairan dalam salah satu kaki manometer akan naik
4. Amati pada manometer: tekanan maksimum tercapai ditandai dengan pecahnya gelembung udara yang keluar dari pipa kapiler dan permukaan cairan manometer turun lagi
5. Ukur selisih permukaan tertinggi dalam manometer
6. Tentukan rapat cairan dalam manometer dan dalam gelas piala
7. Ukur jari-jari pipa kapiler dan hitung tegangan permukaan untuk aquadest dan air sabun. Tugas dan diskusi
Berdasarkan persamaan (3) dan (4) masing-masing untuk aquadest dan larutan sabun dapat dibuat suatu persamaan yang mengandung besaran S, yang menunjukkan kaitan antara besaran terukur langsung satu dengan yang lain. Tentukan nilai S dari grafik dan banadingkan hasil yang diperoleh dari persamaan (3) dan (4) dengan yang diperoleh dari grafik.
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 30 PERCOBAAN M-14
VISKOSITAS Tujuan percobaan
Menentukan angka kekentalan dinamis cairan nisbi Alat-alat yang diperlukan
Gelas ukur panjang, Gelas ukur pendek, Pipet ukur, Gelas piala dua buah, thermometer. Dasar teori
Konstanta viskositas (η) suatu cairan menunjukkan seara kuantitatif kekentalan cairan tersebut. Angka kental dinamis suatu cairan didefinisikan sebagai gaya gesekan persatuan luas antara dua lapisan zat alir yang jaraknya satu-satuan panjang dan beda kecepatannya satu satuan kecepatan. Dan secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut: G dv A dy (1)
Dengan η adalah angka kekentalan dinamis, G adalah gaya gesek, A adalah luas lapisan zat alir, dv adalah perbedaan kecepatan dua lapisan zat alir dan dy adalah jarak antara dua lapisan zat alir.
Percobaan ini berdasarkan pada hukum Poiseullie II, yang rumusnsya:
4 8 PR Q l (2)
Dengan Q adalah debit aliran, P adalah selisih tekanan cairan, R adalah jari-jari pipa dan l adalah panjang pipa. Dalam percobaan ini digunakan viskosimeter Ostwald seperti ditunjukkan pada gambar M.14.1. Alat ini terdiri dari bejana pengukur B dengan garis S1 dan S2 dilanjutkan pipa kapiler K dan pipa penghisap P. Bejana B
berada dalam thermostat T. bila waktu yang diperlukan oleh dua zat alir sebanyak volume B dari garis S1 ke garis S2
untuk mengalir melalui pipa K, masing-masing diketahui dari pengamatan, maka debit masing-masing zat alir adalah: Qaq=V/taq dan untuk cairan Qx=V/tx.
Karena volum aquadest dan cairan sama, maka
aq aq x x
aq x
P t P t
(3)
Dengan Paq adalah selisih tekanan aquadest, taq adalah waktu yang diperlukan untuk mengalir dari S1 ke S2 untuk
aquadest, Px adalah selisih tekanan cairan, tx adalah waktu yang diperlukan untuk mengalir dari S1 ke S2 untuk
cairan.
Mengingat bahwwa selisih tekanan P cairan sebanding dengan massa jenis cairan, maka persamaan (3) dapat pula dituliskan: x x x aq aq aq t t (4) Cara kerja
1. Letakkan gelas piala B yang berisi aquadest dibawah viskosimeter sampai pipa kapiler K tercelup di dalamnya 2. Hisap P maka aquadest akan masuk ke dalam bejana B dan aquadest di atas tanda garis S1
3. Catat waktu yang diperlukan oleh aquadest untuk mengalir melalui viskosimeter dari tanda S1 sampai S2
Tugas dan diskusi
1. Hitung angka kekentalan dinamis untuk tiap larutan
2. Buat grafik hubungan antara kadar dengan angka kental dinamis.
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 32 PERCOBAAN M-15
BANDUL FISIS Tujuan percobaan
Menentukan percepatan gravitasi dengan menggunakan bandul fisis Alat-alat yang diperlukan
Batang berlubang, batang besi sebagai poros, Mistar ukur Dasar teori
Gambar M.15.1 menunjukkan benda tegar yang tergantung pada sumbu horisontalnya melalui titik O. Benda kemudian digerakkan dengan membentuk sudut 0 dari posisi vertikalnya. Benda akan mengalami momen gaya pemulihnya sebesar:
sin
pem Mgh
(1)
Karena θ kecil maka sin
Mgh Mgh
(2)
Persamaan gerak bendadapat dituliskan sebagai
2 2 d Mgh I dt (Buktikan!) (3)
Dengan I adalah momen inersia benda terhadap sumbu O.
Gerak benda adalah gerak harmonis dan mempunyai periode sebesar
2 I
T
Mgh
(Buktikan!) (4)
Gambar M-15.1 Skema percobaan Bandul Fisis
Dengan menggunakan teorema sumbu sejajar, momen inersia Ig adalah momen inersia tehadap titik pusat massa,
sehingga 2 g I I Mh (5) Dengan 2 g I Mk (Buktikan!) (6)
Dan k adalah jari-jari girasi.
2 2 2 k h T gh (7)
Periode ayunan matematis adalah:
2 l
T
g
(8)
Periode benda tegar sama dengan periode osilasi bandul matematis dengan panjang bandul fisis adalah
2
k
l h
h
(9)
Penyelesaian persamaan (9) adalah:
2 2
0
h hkk ;h1h2 l dan h1h2 k (10)
Jarak k2/h diukur sepanjang sumbu dari titik O’ yang merupakan pusat osilasi. Periode O’ sama dengan
periode O sehingga pusat suspense dan osilasi dapat dipertukarkan, sehingga percepatan gravitasi dari bandul fisis adalah: 2 2 4 g l T (11) Cara kerja
1. Ukur panjang batang dari C sampai dengan B 2. Ayunkan batang dan catat waktu untuk 20 osilasi
3. Ulangi percobaan dengan panjang batang yang berbeda-beda. Tugas dan diskusi
1. Hitung g dari persamaan (11)
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 34 PERCOBAAN K-1
KOEFISIEN MUAI PANJANG Tujuan percobaan
Menentukan koefisien muai panjang logam Alat-alat yang diperlukan
Thermometer, Jangka sorong, Mistar ukur. Dasar teori
Pemuaian panjang dari suatu benda padat dapat dituliskan dengan persamaan:
0 1
T
L L T (1)
Dengan LT adalah panjang benda pada suhu T, L0 adalah panjang benda pada suhu 0, dan α adalah koefisien muai
panjang bahan. Pada suhu T1 maka panjang suatu benda dinyatakan oleh persamaan
1 0 1
1
T
L L T (2)
Dari persamaan (1) dan (2) diperoleh:
1 0 1 0 T T L L L L T T L T (3)Jadi α dapat dihiutng bila pertambahan panjang pada pemanasan dari suhu T menjadi T1 dan panjang L terukur.
Dalam percobaan ini, batang logam dipanaskan dari suhu kamar sampai air mendidih. Karena panjang kawat pada suhu 0OC (L
0) tidak banyak bedanya dengan panjang pada suhu kamar, maka L0 diganti dengan LT. sehingga:
1 1 T T T T L L L L T T L T (4)Karena pertambahan panjang batang
1
T T
L L L
kecil sekali, maka pengukuran yang teliti dilakukan dengan menggunakan alat Mussschenbroeck. Pada alat ini, ujung kiri batang B dijepit pada statif kiri D, ujung kanan dipasang menekan roda (jari-jari r) dari jarum penunjuk skala j. Bila air di dalam bejana dipanaskan sampai mendidih, maka uap air akan memanasi batang sehingga batang akan bertambah panjang.
Pertambahan panjang ini akan menyebabkan roda berputar dan jarum penunjuk skala akan menyimpang dan menunjuk skala s, dan pertambahan panjang ΔL ini sebanding dengan besarnya simpangan pada skala, yaitu:
r
L s
R
(5)
Dengan r adalah jari-jari roda, R adalah panjang jarum penunjuk dan s adalah beda skala yang ditunjuk jarum pada suhu T1 dan T. Persamaan (5) kita subtitusikan pada persamaan (4) maka diperoleh:
T rs RL T (6) Cara kerja
1. Pada suhu kamar T, ukurlah panjang batang LT. Pada suhu ini buatlah skala yang ditunjuk jarum j pada angka 0.
2. Naikkan suhu batang dengan mengalirkan uap air masuk ke dalam batang hingga suhunya T1 dan batang akan
bertambah panjang. Amati skala yang ditunjuk oleh jarum j.
3. Ukur panjang jarum j (R) dan jari-jari roda (r) menggunakan jangka sorong. Selanjutnya tentukan besarnya nilai koefisien muai panjang batang.
Tugas dan diskusi 1. Buktikan persamaan (5)
2. Hitung koefisien muai panjang batang alogam yang disediakan 3. Mungkinkah nilai α ditentukan secara grafik? Jelaskan!
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 36 PERCOBAAN K-2
KALOR LEBUR Tujuan percobaan
Menentukan kalor lebur es Alat-alat yang digunakan
Kalorimeter dan Pengaduknya, Termometer. Dasar teori
Keadaan (Fase) suatu zat terdiri atas 3 macam yaitu padat, cair dan gas. Zat-zat pada kondisi suhu dan tekanan tertentu mengalami ketiga fase tersebut. Transisi fase dari satu fase ke fase yang lain disertai dengan pelepasan atau penyerapan kalor tanpa perubahan temperature.
Panas yang diserap oleh satu satuan massa benda dalam bentuk padat yang melebur (mencair) tanpa disertai perubahan temperature didefinisikan sebagai kalor lebur. Banyaknya kalor Q yang dibutuhkan untuk meleburkan massa m pada temperature konstan dengan L menyatakan kalor lebur zat adalah:
QmL (1)
Untuk menentukan kalor lebur zat (es) dapat digunakan metode calorimeter, yaitu memasukkan es (massa m) ke dalam kalorimeter berisi air (massa me). Bila kalorimeter dilengkapi dengan pengaduk,thermometer dan
mempunyai harga air mwck (mw: massa calorimeter beserta pengaduk dan thermometer dan ck: kapasitas panas jenis
calorimeter), maka temperature air dalam calorimeter akan menurun hingga suhu tertentu (Tf) yaitu saat es telah
mencair seluruhnya.
Setelah suhu T tercapai maka perlahan-lahan temperatur air akan meningkat atau naik kembali karena pengaruh suhu udara luar. Pada proses ini,besar panas yang diberikan air,calorimeter dan pengaduknya
Q1 = (mw+mkck) (T1-Tf) (2)
Dengan T1: suhu awal calorimeter. Sedang panas yang diserap / diterima oleh es untuk berubah wujud dari
padat menjadi air dan untuk menaikkan temperature air(yang berasal dari es) dari 0o sampai T
fo adalah:
Q2 = mel + mecwTf
(3) Menurut Azaz Black, Q1 = Q2 maka diperoleh:
(mw+mkck) (T1-Tf) = mel + mecwTf
(4) Dari persamaan (4) dapat dihitung nilai kalor lebur es dan satuannya adalah kalori/gram.
Cara kerja
1. Panasi kalorimeter yang berisi air dan pengaduknya sampai beberapa derajad di atas suhu kamar Tk,sehingga
dipenuhi syarat Tk-Tf = Ti-Tk.
2. Timbang kalorimeter berisi air + pengaduknya dan kalorimeter kosong untuk menentukan massa air
3. Masukkan es dalam kalorimeter yang berisi air dan pengaduk, sambil diaduk amatilah suhu pada termometer tiap 15 detik sampai es melebur semua.
4. Bila temperatur kalorimeter sama dengan temperatur es yang telah melebur, maka akan tercapai suhu minimum dan temperatur minimum ini adalah temperatur akhir Tf.
5. Lanjutkan pengamatan tiap 15 detik sampai beberapa menit setelah temperatur minimum tercapai. Tugas dan diskusi
1. Hitung kalor lebur es
PERCOBAAN K-3
PENENTUAN KOEFISIEN SUHU HAMBATAN Tujuan percobaan
Menentukan koefifsien suhu hambatan Alat-alat yang diperlukan
Jembatan Wheatstone, Sumber tegangan, Galvanometer, Hambatan standar, Termometer, Tabung reaksi, Parafin, Kumparan tembaga, Bejana didih, Pembakar busen atau Kompor.
Dasar teori
Untuk meningkatkan resistansi sebuah logam murni ditentukan sesuai dengan persamaan berikut:
2
0 1
T
R R TT (1)
Dengan α dan β adalah konstanta dan , RT adalah hambatan logam pada suhu T dan R0 adalah hambatan
logam pada suhu 0OC
Untuk jangkauan suhu yang tidak terlalu jauh, persamaan di atas dapat diberikan dalam bentuk
0 1
T
R R T (2)
Tetapan α disebut dengan koefisien suhu dari hambatan, yang dirumuskan sebagai:
T 0
o
R R
R T
(3)
Gambar K-3.1. Rangkaian percobaan Cara kerja
1. Air dipanaskan perlahan sampai mencapai posisi setimbang pada jembatan Wheatstone. 2. Catat deret pembacaan L1 dan L2 untuk kenaikan suhu dari 5OC sampai 95OC.
Laboratorium Fisika Dasar – FSM UNDIP 38 PERCOBAAN K-4
PENDINGINAN AIR Tujuan percobaan
Belajar menerapkan dan mengintepretasikan (mengartikan) grafik. Alat-alat yang diperlukan
3 buah gelas beker (100, 250 dan 600 ml) dengan tutupnya, 3 buah termometer. Dasar teori
Hukum Newton mengenai pendinginan menyebutkan bahwa kecepatan perpindahan panas suatu benda ke lingkungan sebanding dengan perbedaan suhu benda dengan lingkungannya.
Bila suatu benda berupa zat cair memiliki suhu yang lebih panas daripada suhu lingkungan maka akan mendingin karena perpindahan kalor. Suatu hipotesa menyatakan bahwa laju penurunan suhu dT/dt (turunnya suhu tiap satuan waktu) akan sebanding dengan selisih suhu antara cairan dengan lingkungannya, sesuai dengan persamaan :
0
dT T T dt (1)Dengan α adalah sebuah tetapan, T adalah suhu cairan dan T0 adalah suhu lingkungan.
Cara kerja
1. Isilah masing-masing gelas beker dengan air panas
2. Amatilah penurunan suhu air pada masing-masing gelas beker secara bersamaan untuk tiap selang waktu. Tugas dan diskusi
1. Periksalah dengan eksperimen apakah hipotesa dalam teori benar atau tidak! 2. Menurut pendapat anda, nilai α tergantung dari faktor apa saja?
3. Terangkan hasil pengamatan eksperimen anda itu!
4. Berdasarkan persamaan 1 dapat disusun suatu persamaan linier yang menyatakan hubungan antara selisih suhu air dan lingkungan terhadap waktu. Pilih variabel-variabel yang sesuai untuk diplotkan pada grafik sumbu x y!
PERCOBAAN K-5 TETAPAN KALORIMETER Tujuan percobaan
Mengetahui sifat-sifat dan penerapan kalorimeter Alat yang digunakan
Kalorimeter dan pengaduknya, Termometer Dasar teori
Alat untuk mengukur perubahan panas disebut kalorimeter. Setiap kalorimeter mempunyai sifat khas dalam mengukur panas. Ini dapat terjadi karena kalorimeter sendiri (baik gelas, politena maupun logam) menyerap panas, sehingga tidak semua panas terukur. Untuk itu perlu ditentukan berapa banyak panas yang diserap oleh kalorimeter beserta termometer dan pengaduknya..
Gambar K-5.1. Kalorimeter Cara kerja
1. Pasang alat seperti pada gambar 1 2. Masukkan 50 ml air ke dalam kalorimeter
3. Aduk dan catat suhu air dalam kalorimeter setiap 30 detik hingga 4 menit 4. Tepat menit keempat, masukkan 50 ml air panas (Suhunya diatara 35OC-45OC)
5. Aduk dan catat suhu air dalam kaorimeter tiap 30 detik sampai menit ke delapan.
6. Buatlah hubungan antara waktu dengan suhu untuk memperoleh suhu maksimum yang tepat. Tugas dan diskusi
1. Hitung panas yang diserap oleh air dingin
