PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI DAN

PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI DAN PENENTUAN KONSTANTA PEGAS DENGAN METODE

GERAK OSILASI PADA PEGAS

A. PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Gravitasi adalah fenomena yang sudah tidak asing lagi di telinga kita, dimana gravitasi diartikan sebagai fenomena yang menyebabkan benda tertarik dan bergerak menuju pusat bumi. Sedangkan gaya tarik bumi terhadap suatu benda di sebut gaya gravitasi atau bisa juga gaya berat yang menimbulkan percepatan yang di kenal dengan percepatan gravitasi bumi sebagai akibat dari fenomena gravitasi.

Percepatan gravitasi bumi yang di sepakati dan di tetapkan secara internasional adalah sekitar 9,8 m/s2_{. Namun, kebanyakan orang tidak} mengetahui bagaimana cara mendaptkan nilai tersebut. Nilai percepatan gravitasi 9,8 m/s2 _{sudah cukup sering kita gunakan khususnya di} lingkungan fisika, namun sebagian dari kita tidak mengetahui asal-usul nilai tersebut . Padahal, sebenarnya terdapat beberapa metode atau cara yang bisa kita gunakan untuk penentuan nilai percepatan gravitasi, diantaranya dengan metode gerak osilasi pada pegas.

Gerak osilasi merupakan gerak bolak-balik benda melalui titik kesetimbangan tertentu dengan banyaknya getaran dalam setiap sekon selalu konstan. Dimana titik kesetimbangan yang di maksud adalah posisi dimana benda yang di gantung pada pegas dalam keadaan diam ketika tidak ada gaya yang bekerja padanya. Gerak osilasi pada pegas dapat di gunakan untuk mengetahui percepatan gravitasi bumi dan konstanta pegas tersebut.

gerak osilasi pada 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, serta menyelidiki pengaruh massa beban terhadap besarnya nilai konstanta pegas.

2. Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari praktikum tentang penentuan percepatan gravitasi bumi dan penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas adalah sebagai berikut.

a. Untuk menentukan percepatan gravitasi bumi dengan metode gerak osilasi pada pegas.

b. Untuk menentukan besarnya nilai konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas.

c. Untuk 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.

d. Untuk menyelidiki pengaruh massa beban terhadap besarnya nilai konstanta pegas.

B. KAJIAN TEORI

Jika dua pegas atau lebih dengan konstanta pegas k₁ dan k₂ di susun secara paralel atau susunan dua pegas seri tetapi terpisah massa pega-pegas tersebut dapat di gantikan dengan sebuah pega-pegas yang memiliki konstanta berikut.

k

_tot

=

k

₁

+

k

_{2 ………...(4.2)}

1

k_tot=

1

k₁+

1

k_{2 ...(4.3)}

(Zemansky,1999).

Bila suatu benda dikenai sebuah gaya dan kemudian gaya tersebut di dihilangkan, maka benda akan kembali ke bentuk semula. Berarti benda itu adalah benda elastic. Namun pada umumnya benda bila dikenai gaya tidak dapat kembali ke bentuk semula walaupun gaya yang bekerja sudah hilang. Benda seperti ini di sebut benda pelastis. Contoh benda elastis adalah karet dan pegas. Bila pegas di tarik melebihi batasan elastisnya maka benda tidak akan elastis lagi. Modulus elastis adalah perbandingan antara tegangan dan regangan. Modulus ini dapat disebut dengan modulus young. Terdapat gambar dua pegas atau lebih dirangakai seri dan paralel.

Gambar 4.1. Susunan seri dua pegas

Pegas merupakan benda yang bersifat elastis, artinya pegas dapat kembali kebentuk semula selama pegas mendapat sejumlah gaya yang masih berada dalam batas elastisitasnya. Namun jika gayanya melebihi batas elastisitasnya, maka sifat keelastisitasan dari pegas bisa hilang atau bahkan patah dan putus.

Gambar 4.3 Sistem pegas

Gambar 4.3.a merupakan pegas tanpa beban. Gambar 4.3.b menunjukkan bahwa pada keadaan setimbang, pegas tidak mengerjakan gaya pada benda. Apabila benda di simpangkan sejauh y dari kedudukan y setimbangnya seperti gambar 4.3.c, pegas akan mengerjakan gaya sebesar –ky atau dapat di tuliskan.

F

=−

ky

_{... (4.1)}

Dimana F : gaya (N)

K : Konstanta Pegas (N/m) y : Pertambahan panjang (m)

Tanda (-) negatif menunjukkan bahwa arah gaya pegas berlawanan dengan arah simpangan (Yulianto,2013).

C. METODE PRAKTIKUM

Adapun alat dan bahan yang di gunakan pada praktikum ini dapat dilihat pada tabel 4.1 berikut.

Tabel 4.1. Alat dan bahan percobaan penentuan percepatan gravitasi bumi dan penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas

NO. Alat dan Bahan Kegunaan

1 1 set statif Sebagai penyangga atau tempat menggantungkan _pegas 2 Jepit penahan Untuk menjepit batang statif

3 Stopwatch Untuk menghitung waktu osilasi pegas 4 Penggaris Sebagai alat mengukur panjang pegas 5 Pegas Sebagai objek pengamatan

6 Beban Sebagai objek pengamatan dan pemberat

2. Prosedur Kerja

Adapun prosedur kerja pada percobaan ini adalah sebagai berikut. a. Penentuan percepatan gravitasi bumi dengan metode gerak osilasi

pegas

1) Menyediakan semua perlatan dan bahan yang akan di gunakan. 2) Menyusun alat-alat seperti pada gambar berikut.

Gambar 4.4 Susunan Pralatan dan Bahan pada Sistem Pegas 3) Menggantungkan pegas pada statif yang telah disedikan.

4) Mengukur panjang pegas setelah diberi beban

(

y₀

)

.

5) Menggantungkan sebuah beban dengan massa 0,05 kg pada pegas. Kemudian mengamati pertambahan panjangnya (∆ y) .

7) Mengukur pertambahan panjang pegas setelah diberi beban.

8) Melepaskan beban yang berada di telapak tangan sehingga beban tersebut akan berputar bersamaan dengan menekan stopwatch. 9) Menghitung jumlah waktu yang diperlukan dengan 10 kali getaran. 10)Melakukan langkah (5) sampai (9) untuk mesing-masing beban 0,1

kg dan 0,15 kg.

b. Penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas 1) eksperimen pegas tunggal 1

a) menggantungkan pegas tunggal satu pada statif yang tersedia. b) menggantungkan beban ( m=¿ 0,05 kg) pada pegas,

kemudian melepaskan bersamaan dengan menekan tombol

stopwatch.

c) mengukur waktu untuk 10 kali getaran menggunakan stopwatch sebanyak 3 pengukuran, setelah pegas tersebut berhenti berayun, lalu mengamati pertambahan panjangnya. d) melakukan langkah (c) sampai (d) untuk beban 0,1 kg dan 0,15

kg.

e) menetukan rata-rata waktu ( ´t ) yang diperlukan untuk 10 kali getaran unutk masin1.

2) Eksperimen Pegas Tunggal Dua.

a) Menggantungkan pegas tunggal dua pada statif yang tersedia. b) Menggantungkan beban (m = 0,05 kg) pada pegas, kemudian

melepaskan bersamaan dengan menekan tombol stopwatch. c) Mengukur waktu untuk 10 kali getaran menggunakan

stopwatch sebanyak 3 pengukuran, setelah pegas tersebut berhenti berayun, lalu mengamati pertambahan panjangnya. d) Melakukan langkah (c) sampai (d) unutk beban 0,1 kg dan 0,15

kg.

e) Menetukan rata-rata waktu ( ´_{t ) yang diperlukan untuk 10} kali getaran unutk masing-masing beban.

a) menggantungkan pegas tunggal satu dan dua yang disusun secara seri pada statif yang tersedia.

b) menggantungkan beban (0,05 kg) pada pegas, kemudian melepaskan bersamaan dengan menekan tombol stopwatch. c) mengukur waktu untuk 10 kali getaran menggunakan

stopwatch sebanyak 3 pengukuran, setelah pegas tersebut berhenti berayun, lalu mengamati pertambahan panjangnya d) melakukan langkah (c) sampai (d) untuk beban 0,1 kg dan 0,15

kg.

e) menetukan rata-rata waktu ( ´_{t ) yang diperlukan untuk 10} kali getaran unutk masing-masing beban.

4) Ekperimen Pegas Tunggal Satu dan Dua Disusun Secara Paralel a) menggantungkan pegas tunggal satu dan dua yang di susun

secara paralel pada statif yang tersedia.

b) menggantungkan beban (m = 0,05 kg) pada pegas, kemudian melepaskan bersamaan dengan menekan tombol stopwatch. c) mengukur waktu untuk 10 kali getaran menggunakan

stopwatch sebanyak 3 pengukuran, setelah pegas tersebut berhenti berayun, lalu mengamati pertambahan panjangnya. d) melakukan langkah (c) sampai (d) untuk beban 0,1 kg dan 0,15

kg

e) menetukan rata-rata waktu ( ´t ) yang diperlukan untuk 10 kali getaran untuk masing-masing beban.

D. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

1. Hasil Pengamatan

a. Data Pengamatan

Data pengamatan penentuan percepatan gravitasi bumi dengan metode gerak osilasi pada pegas dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut.

Tabel 4.2 Data PengamatanPenentuan Percepatan Gravitasi Bumi dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas.

Massa metode osilasi pada pegas tunggal satu dapat dilihat pada tabel 4.3 berikut.

Tabel 4.3 Data Pengamatan Penentuan Konstanta Pegas dengan Metode Osilasi pada Pegas Tunggal Satu. Massa metode osilasi pada pegas tunggal dua dapat dilihat pada tabel 4.4 berikut.

Tabel 4.4 Data Pengamatan Penentuan Konstanta Pegas dengan Metode Osilasi pada Pegas Tunggal Dua. Massa

0,05 0,075 10 3,98 4,27 3,09

0,1 0, 121 10 7,31 7,33 7,29

c) Pegas Tunggal Satu Seri dengan Tunggal Dua

Data pengamatan penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas tunggal satu seri dengan tunggal dua dapat dilihat pada tabel 4.5 berikut.

Tabel 4.5. Data Pengamatan Penentuan Konstanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas Tunggal Satu Seri dengan Tunggal Dua.

Massa

0,05 0,165 10 7,78 7,51 7,06

0,1 0, 1263 10 9,71 9,67 10,0₃

Catatan : X0 = 0,126 m

d) Pegas Tunggal Satu Paralel dengan Tunggal Dua

Data pengamatan penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas tunggal satu paralel dengan tunggal dua dapat dilihat pada tabel 4.6 berikut.

Tabel 4.6. Data Pengamatan Penentuan Konstanta Pegas dengan Metode Gerak Osilasi pada Pegas Tunggal Satu Paralel dengan Tunggal Dua.

Massa

1) Penentuan Percepatan Gravitasi Bumi

2. Menentukan nilai konstanta pegas

3. Menentukan gaya pada pegas

F=K . ∆ y

= 13,419.0,007 = 0,093 N

4. Menentukan nilai percepatan gravitasi bumi

g=4π

Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 4.7 berikut.

Tabel 4.7. Hasil Analisis Penentuan Periode, Nilai Konstanta, Gaya, dan Percepatan Gravitasi Bumi pada Pegas Tunggal Satu. 0,05 0,07 10 0,383 3,833 13,419 0,093 0,1 0,115 10 0,655 0,556 9,173 0,477 0,15 0,163 10 0,802 8,023 8,189 0,018

6. Menentukan nilai konstanta pegas

7. Menentukan gaya pada pegas F=K . ∆ x .

= 12,202 . 0,012 = 0,146 N

Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 4.8 berikut.

Tabel 4.8. Hasil Analisis Penentuan Periode, Nilai Konstanta, Gaya, dan Percepatan Gravitasi Bumi pada Pegas Tunggal Dua.

M(kg) y(m) _(kali)n T (s) ´t(s) K (N/m) F (N)

0,05 0,165 10 0,402 4,02 12,301 0,146 0,1 0,263 10 0,731 7,31 7,380 0,428 0,15 0,361 10 0,824 8,246 8,698 1,930

c) Pegas Tunggal Satu dan Dua Disusun Seri 1. Menentukan periode

2. Menentukan nilai konstanta pegas

3. Menentukan gaya pada pegas F=K . ∆ y

¿3,387.0,039

¿0,132 N

Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 4.9 berikut.

Tabel 4.9. Hasil Analisis Penentuan Periode, Nilai Konstanta, Gaya, dan Percepatan Gravitasi Bumi pada Pegas Tunggal Satu dan Dua secara Seri.

M (kg) y (m) _(kali)n T (s) ´t(s) K (N/m) F (N) 0,05 0,165 10 0,763 7,63 3,367 0,132 0,1 0,263 10 0,989 9,89 4,039 0,552 0,15 0,361 10 0, 115 11,466 4,499 1,067

d) Menentukan Pegas Tunggal Satu dan Dua Disusun Paralel 1. Menentukan periode

T=t n

¿4,366

10

¿0,436 s

2. Menentukan nilai konstanta pegas

K=4π 2_m

T2

¿4.(3,14) 2_0,1

(0,436)2

¿20,683 N/m

3. Menentukan gaya pada pegas F=K . ∆ y

¿20,683.0,008

¿0,165 N

Tabel 4.10 Hasil Analisis Penentuan Periode, Nilai Konstanta, Gaya, dan Percepatan Gravitasi Bumi pada Pegas Tunggal Satu dan Dua secara Paralel.

M (kg) y (m) N

(kali) T (s) ´t(s)

K

(N/m) F (N) 0,1 0,071 10 0,436 4,166 20,683 0,165 0,15 0,093 10 0,56 3,6 18,864 0,563

2. Pembahasan

Berdasarkan hukum hooke, apabila sebuah pegas dikenai gaya maka pegas akan mengalami pertambahan panjang. Pertambahan panjang tersebut berbanding lurus dengan gaya yang bekerja pada pegas tersebut. Bila pegas terus menerus kita tarik maka pada suatu saat bila tarikan kita hilangkan ternyata tidak kembali kebentuk semula hal ini disebabkan. Pegas telah kehilangan sifat elastisitasnya. Bahkan bila pegas itu terus menerus kita tarik, maka pegas tersebut akan putus. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa benda elastisitas mempunyai batas elastisitas.

Pada percobaan ini kami mengamati tentang percepatan gravitasi bumi dengan metode gerak osilasi pada pegas dan penentuan konstanta pegas dengan metode gerak osilasi pada pegas. Pertrama kita menentukan nilai percepatan gravitasi bumi dengan massa 0,05 kg sebesar 1,8787 m/s2_. Untuk beban 0,1 kg sebesar 4,7704 m/s2 _{dan pada beban 0,15 kg sebesar} 6,1264 m/s2_{. Dari data tersebut bahwa nilai yang didapatkan masih jauh} dari nilai percepatan gravitasi bumi yang sebenarnya. Hal ini terjadi karena tidak akuratnya pengukuran waktu dalam 10 kali osilasi

pegas memiliki konstanta yang berbeda-beda hal ini dipengaruhi oleh massa dari masing-masing pegas.

Pengukuran konstanta pegas dilakukan dengan merangkai pegas paralel dan seri. Pada pegas tunggal satu dan dua yang disusun secara seri dengan massa beban masing-masing 0,05 kg, 0,1 kg dan 0,15 kg. diperolah nilai konstanta pegas secara berturut-turut sebesar 3,3871 N/m, 4,0293 N/m, dan 4,492 N/m. sedangkan pada pegas tunggal satu dan dua yang disusun secara paralel dengan massa beban 0,1 kg dan 0,15 kg diperoleh nilai konstanta pegas secaa berturut-turut sebesar 20,683 N/m dan 18,864 N/m. dari data tersebut dapat dikatakan bahwa pada rangkaian paralel nilai konstanta lebih besar dibandingkan dengan konstanta pada rangkaian seri.