Makalah Fisika Bandul (Gerak Harmonik Sederhana)
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak terlepas dari ilmu fisika, dimulai dari yang ada dari diri kita sendiri seperti gerak yang kita lakukan setiap saat, energi yang kita pergunakansetiap hari sampai pada sesuatu yang berada diluar diri kita, salah satu contohnya adalah permainan ditaman kanak-kanak, yaitu ayunan. Sebenarnya ayunan ini juga dibahas dalam ilmu fisika, dimana dari ayunan tersebut kita dapat menghitung periode yaitu selang waktu yang diperlukan beban untuk melakukan suatu getaran lengkap dan juga kita dapat menghitung berapa besar gravitasi bumi di suatu tempat.
Pada percobaan ini, ayunan yang dipergunakan adalah ayunan yang dibuat sedemikian
rupa dengan bebannya adalah bandul fisis.Pada dasarnya percobaan dengan bandul ini tadak terlepas dari getaran, dimana pengertian getaran itu sendiri adalah gerak bolak balik secara periodik melalui titik kesetimbangan. Getaran dapat bersifat sederhana dan dapat bersifat kompleks. Getaran yang dibahas tentang bandul adalah getaran harmonik sederhana yaitu suatu getaran dimana resultan gaya yang bekerja pada titik sembarangan selalu mengarah ke titik kesetimbangan dan besar resultan gaya sebanding dengan jarak titik sembarang ketitik kesetimbangan tersebut.
1.2 Rumusan Masalah
1. Konsep gerak harmonik sederhana dan faktor yang memengaruhi periode (waktu)?
2. Periode gerak bandul sederhana?
1.3 Tujuan
1. Memahami konsep gerak harmonik sederhana dan faktor yang memengaruhi periode (waktu).
2. Mengukur periode gerak bandul sederhana.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Gerak Harmonik Sederhana
Gerak Harmonik Sederhana (GHS) adalah gerak periodik dengan lintasan yang ditempuh selalu sama (tetap). Gerak Harmonik Sederhana mempunyai persamaan gerak dalam bentuk sinusoidal dan digunakan untuk menganalisis suatu gerak periodik tertentu. Gerak periodik adalah gerak berulang atau berosilasi melalui titik setimbang dalam interval waktu tetap. Bandul adalah benda yang terikat pada sebuah tali dan dapat berayun secara bebas dan periodik yang menjadi dasar kerja dari sebuah jam dinding kuno yang mempunyai ayunan. Dalam bidang fisika, prinsip ini pertama kali ditemukan pada tahun 1602 oleh Galileo Galilei, bahwa perioda (lama gerak osilasi satu ayunan, T) dipengaruhi oleh panjang tali dan percepatan gravitasi. Gerak osilasi (getaran) yang populer adalah gerak osilasi pendulum (bandul). Pendulum sederhana
terdiri dari seutas tali ringan dan sebuah bola kecil (bola pendulum) bermassa m yang digantungkan pada ujung tali, gaya gesekan udara kita abaikan dan massa tali sangat kecil sehingga dapat diabaikan relatif terhadap bola.Gerak harmonik sederhana adalah gerak bolak – balik benda melalui suatu titik keseimbangan tertentu dengan banyaknya getaran benda dalam setiap sekon selalu konstan. Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu :
1. Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, misalnya penghisap dalam silinder gas, gerak osilasi
air raksa / air dalam pipa U, gerak horizontal / vertikal dari pegas, dan sebagainya.
2. Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Angular, misalnya gerak bandul/ bandul fisis, osilasi ayunan
torsi, dan sebagainya.
2.2 Contoh Gerak Harmonik
Beberapa Contoh Gerak Harmonik:
1. Gerak harmonik pada bandul: Sebuah bandul adalah massa (m) yang digantungkan pada salah
satu ujung tali dengan panjang l dan membuat simpangan dengan sudut kecil. Gaya yang menyebabkan bandul ke posisi kesetimbangan dinamakan gaya pemulih yaitu dan panjang busur adalah Kesetimbangan gayanya. Bila amplitudo getaran tidak kecil namun tidak harmonik sederhana sehingga periode mengalami ketergantungan pada amplitudo dan dinyatakan dalam amplitudo sudut.
2. Gerak harmonik pada pegas. Sistem pegas adalah sebuah pegas dengan konstanta pegas (k) dan
diberi massa pada ujungnya dan diberi simpangan sehingga membentuk gerak harmonik. Gaya yang berpengaruh pada sistem pegas adalah gaya Hooke.
3. Gerak harmonik terendam : Secara umum gerak osilasi sebenarnya teredam. Energi mekanik
terdisipasi (berkurang) karena adanya gaya gesek. Maka jika dibiarkan, osilasi akan berhenti, yang artinya GHS-nya teredam. Gaya gesekan biasanya dinyatakan sebagai arah berlawanan dan b adalah konstanta menyatakan besarnya redaman. dimana = amplitudo dan = frekuensi angular pada GHS teredam.
2.3 Mengukur Gerak Harmonik Sederhana
Benda dikatakan bergerak atau bergetar harmonis jika benda tersebut berayun melalui titik kesetimbangan dan kembali lagi keposisi awal.Gerak Harmonik Sederhana adalah gerak bolak balik benda melalui titik keseimbangan tertentu dengan beberapa getaran benda dalam setiap sekon selalu konstan.
Benda mulai bergerak dari titik A lalu ke titik B, titik C dan kembali lagi ke B dan A. Urutannya adalah A-B-C-B-A
Benda yang bergerak harmonis sederhana pada ayunan sederhana memiliki periode alias waktu yang dibutuhkan benda untuk melakukan satu getaran secara lengkap. Benda melakukan getaran secara lengkap apabila benda mulai bergerak dari titik di mana benda tersebut dilepaskan dan kembali lagi ke titik tersebut.
Gerak harmonis sederhana yang banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah getaran benda pada pegas dan getaran pada ayunan sederhana. Periode ( T ) adalah waktu yang diperlukan untuk melakukan satu kali gerak bolak-balik. Benda melakukan getaran secara lengkap apabila benda mulai bergerak dari titik di mana benda tersebut dilepaskan dan kembali lagi ke titik tersebut.
f = atau T =
Frekuensi getaran adalah jumlah getaran yang dilakukan oleh sistem dalam satu detik, diberi simbol f. Satuan frekuensi adalah 1/sekon atau s-1 atau disebut juga Hertz, Hertz adalah
nama seorang fisikawan. Amplitudo, Pada ayunan sederhana, selain periode dan frekuensi, terdapat juga amplitudo. Amplitudo adalah perpindahan maksimum dari
titik kesetimbangan. Hubungan antara Periode dan Frekuensi Getaran, Dari definisi periode dan frekuensi getaran di atas, diperoleh hubungan :
Dengan menggunakan persamaan getaran harmonik :
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah :
1. Bandul atau beban
2.
Tali penggantung
3.
Statif
4.
Mistar/meteran
5.
Stopwatch
6. Busur derajat
7. Neraca
3.2 Prosedur Percobaan
1. Ukurlah massa benda yang akan diikat pada bandul.
2. Tentukan panjang tali yang digantungkan pada statif.
3. Ikatlah beban pada bandul di ujung tali yang lain.
4. Berilah simpangan kecil pada bandul.
5. Lepaskanlah bandul dari simpangan dan bandul akan berayun bolak-balik.
6. Catatlah waktu yang dibutuhkan bandul untuk berayun sebanyak 5 kali.
7. Ulangilah langkah di atas dengan perlakuan:
a. Panjang tali tetap, tetapi massa berubah.
b. Massa beban tetap, tetapi panjang tali berubah.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Tabel Hasil Pengamatan 1. Pada Panjang tetap l = 50 cm = 0,5 meter
No Massa (gram) Waktu (sekon) g (percepatan gravitasi)
1 50 gram 07.5 detik 0.35 m/s2
2 20 gram 07.7 detik 0.33 m/s2
3 10 gram 07.8detik 0.32 m/s2
2. Pada massa tetap l = 10 gram
No Panjang (cm) Waktu(sekon)
1 50 cm 07.9 detik
2 40 cm 06 9 detik
3 30 cm 06.6 detik
4.2 Pembahasan Pertanyaan :
1. Jelaskan hasil periode yang diperoleh pada percobaan!
Jawaban : Jadi dari hasil praktikum dapat disimpulkan bahwa semakin panjang tali, semakin besar pula nilai (t) atau waktu yang digunakan dan semakin pendek tali, semakin sedikit pula nilai (t) atau waktu yang digunakan.
2. Jelaskan hasil percepatan gravitasi yang diperoleh pada percobaan!
Jawaban : Massa 50 gram : Cara 1:
3. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi periode gerak bandul!
Jawaban : Panjang tali bandul mempengaruhi periode getaran bandul sederhana. Hubungannya adalah semakin panjang tali bandul maka semakin besar periodenya. Panjang tali bandul berbanding lurus dengan besar periode.
4. Tuliskan kesimpulan dari percobaan ini!
Jawaban : Dari percobaan yang telah kami lakukan dapat disimpulkan bahwa periode di pengaruhi oleh panjang tali dan tidak di pengaruhi massa benda. Pada panjang tali yang sama semakin banyak ayunan waktu yang di perlukan juga semakin lama dan percepatan gravitasinya tergantung pada periode dan panjang tali. Gerakan harmonis juga akan membentuk waktu yang tetap dengan gerakan bolak balik karena di lakukan di dalam ruangan gerakan harmonis akan udah untuk diamati selain itu, gerakannya pun akan konstan
BAB V KESIMPULAN
Dari hasil kegiatan praktikum yang dilakukan dapat disempulkan bahwa:
1. Benda dikatakan bergerak atau bergetar harmonis jika benda tersebut berayun melalui titik
kesetimbangan dan kembali lagi keposisi awal.Gerak Harmonik Sederhana adalah gerak bolak
balik benda melalui titik keseimbangan tertentu dengan beberapa getaran benda dalam setiap sekon selalu konstan.
2. Semakin panjang tali, semakin besar pula nilai (t) atau waktu yang digunakan dan semakin
pendek tali, semakin sedikit pula nilai (t) atau waktu yang digunakan.
3. Periode di pengaruhi oleh panjang tali dan tidak di pengaruhi massa benda. Pada panjang tali
yang sama semakin banyak ayunan waktu yang di perlukan juga semakin lama dan percepatan gravitasinya tergantung pada periode dan panjang tali. Gerakan harmonis juga akan membentuk waktu yang tetap dengan gerakan bolak balik karena di lakukan di dalam ruangan gerakan harmonis akan udah untuk diamati, selain itu gerakannya pun akan konstan.
Diposkan oleh Dea Chrestella di 22.39
Kirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke Facebook
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena, berkat rahmat dan karunia-Nya,kami dapat menyelesaikan laporan hasil praktikum yang kami kerjakan yaitu tentang Hukum Hooke yang di harapkan dapat berguna khususnya bagi kami dan umumnya bagi pelajar lain.
Penyusunan laporan praktek ini juga telah di sesuaikan dengan karakteristik dan tujuan kami, terutama untuk ilmu yang dihasilkan dari melakukan praktek tersebut.
Hal-hal tersebut diatas akan tercapai apabila didukung oleh cara kerja kami yang memiliki kemampuan, keterampilan dan megetahui bagaimana caranya untuk melakukan sebuah praktek dan permanfaatan dari Hukum Hooke dengan benar. Karena mereka merupakan sasaran yang akan di capai dan yang berhadapan langsung dengan kami.
Akhirkata kami mohon maaf sebesar-besarnya bila ada kesalahan dalam penyusunan laporan hasil praktek ini.Kami harapkan adanya kritik dan saran yang khususnya disampaikan oleh Bapak/ibu Guru dan umumnya bagi yang membaca.
Mungkin hanya ini saja yang dapat kami hantarkan semoga laporan ini berguna bagi siapa saja yang membacanya.
13, Oktober 2012
Kelompok III
DAFTAR ISI
Kata Pengantar...1
Daftar isi ...2
1. Tema ...3
2. Judul Praktikum ...3
3. Tanggal Praktikum...3
4. Tujuan ...3
5. Landasan Teori...3
5.1.Tegangan ...4 5.2.Regangan ...5 5.3.Modulus Elastis ...5 5.4.Hukum Hooke untuk benda non pegas...5-6
6. Alat dan Bahan ... 6
7. Prosedur Kerja...7-9
8. Hasil Pengamatan Kerja ...10
8.1.Tabel Pengamatan ...10-11 8.2.Grafik Pengamatan ...10
9. Analisis Data ...12-13
10. Pembahasan ...14-15 11. Kesimpulan ... 16
Daftar Pustaka ... 17
1.
TEMA
Gerak Harmonik Sederhana
2.
JUDUL PRAKTIKUM
Hukum Hooke
3.
TANGGAL & TEMPAT PRAKTIKUM
LAB. FISIKA SMAN 5 MATARAM : Rabu, 6 November 2013 Jam Ke 1-2
4.
TUJUAN
Pada Bandul :
1. menunjukan pengaruh massa, panjang, dan simpangan pada ayunan sederhana terhadap
periode getarannya
2. menentukan besar percepatan gravitasi di lab fisika SMAN 5 MATARAM
Pada Pegas :
1. Menentukan hubungan antara berat beban dengan pertambahan panjang pegas
2. Menentukan tetapan gaya sebuah pegas
3. Menemukan hukum hooke
5.
LANDASAN TEORI
Gerak Harmonik Sederhana merupakan gerak untuk mengetahui suatu elastisitas bendadengan menggunakan bandul. Gerak harmonik sederhana dengan bandul dapat diperlihatkan dengan melakukan ayunan bandul atau gerak elastisitas bandul dengan pegas.
Robert Hooke pada tahun 1676, mengusulkan suatu hukum fisika menyangkut pertambahan panjang sebuah benda elastik yang dikenai oleh suatu gaya. Menurut Hooke, pertambahan panjang berbanding lurus dengan gaya yang diberikan pada benda.Secara matematis, hukum Hooke ini dapat ditulis sebagai
F=-k x
”jika gaya tarik tidak melampaui batas elastis pegas,pertambahan panjang pegas berbanding lurus (sebanding) dengan gaya tariknya”.
Pernyataan ini dikemukakan oleh Robert Hooke, oleh karena itu, pernyataan di atas dikenal sebagai Hukum Hooke.Untuk menyelidiki berlakunya hukum hooke, kita bisa melakukan percobaan pada pegas. Selisih panjang pegas ketika diberi gaya tarik dengan panjang awalnya disebut pertambahan panjang( l).
Seperti kita menyelidiki sifat elastisitas bahan, kita juga mengukur pertambahan panjang pegas dan besarnya gaya yang diberikan.Dalam hal ini,gaya yang diberikan sama dengan berat benda = massa x percepatan gravitasi.
Pegas ada disusun tunggal, ada juga yang disusun seri ataupun paralel. Untuk pegas yang disusun seri, pertambahan panjang total sama dengan jumlah masing-masing pertambahan panjang pegas sehingga pertambahan total x adalah:
x = x1 + x2
Sedangkan untuk pegas yang disusun paralel ,pertambahan panjang masing-masing pegas sama (kita misalkan kedua pegas identik),yaitu
x1 = x2 = x. Dengan demikian:
Kp= k1 + k 2
Perlu selalu di ingat bahwa hukum hooke hanya berlaku untuk daerah elastik, tidak berlaku untuk daerah plastik maupun benda-benda plastik. Menurut Hooke, regangan sebanding dengan tegangannya, dimana yang dimaksud dengan regangan adalah persentase perubahan dimensi.
Tegangan adalah gaya yang menegangkan per satuan luas penampang yang dikenainya.
Sebelum diregangkan dengan gaya F,energi potensial sebuah pegas adalah nol,setelah diregangkan energi potensial nya berubah menjadi:
E= kx2 4.1.Tegangan
Tegangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara gaya tarik F yang dialami kawat dengan luas penampang (A)
Tegangan= atau σ =
Tegangan adalah besaran skalar dan memiliki satuan Nm-2 atau Pascal (Pa).Berdasarkan arah gaya dan pertambahan panjangnya (perubahan bentuk),tegangan dibedakan menjadi 3 macam,yaitu tegangan rentang,tegangan mampat,dan tegangan geser.
4.2.Regangan
Regangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan panjang ΔL dengan panjang awalnya L.
Regangan= atau e =
Karena L sama-sama merupakan dimensi panjang, maka regangan tidak mempunyai satuan (regangan tidak mempunyai dimensi).Regangan merupakan ukuran perubahan bentuk benda dan merupakan tanggapan yang diberikan oleh benda terhadap tegangan yang diberikan.
Jika hubungan antara tegangan dan regangan dirumuskan secara matematis, maka akan diperoleh persamaan berikut :
Ini adalah persamaan matematis dari Modulus Elastis (E) atau modulus Young (Y). Jadi, modulus elastis sebanding dengan Tegangandan berbanding terbalik Regangan.
Kita kenal 3 macam regangan yaitu regangan panjang,regangan volume,dan regangan sudut.
a.regangan panjang
Dengan panjang semula sewaktu tiada regangan, l,dan penambahan panjang Δl akibat regangan,regangannya diberikan oleh ,sedangkan jika luas penampang A dan gaya tegangan yang meregangkan adalah W,maka tegangannya adalah W/A.Berdasarkan hukum hooke ditulis;
Y() =
b.regangan volume
Menurut hukum hooke,kita dapat menulis:
B() = p
Dengan B adalah yang disebut dengan modulus ketegaran yang besarnya kurang lebih 1/3 modulus young.Berbeda dengan modulus young yang dapat diukur langsung dengan mengukur
penambahan panjangnya,Δl,dan gaya tegangan W serta luas penampang A,modulus ketegaran B hampir tidak dapat diukur secara langsung karena sukarnya mengukur pengerutan volumnya,ΔV.
c.regangan sudut
Yang dimaksud dengan regangan sudut atau regangan luncuran sesudut adalah deformasi,yaitu perubahan bentuk yang berkaitan dengan sudut luncuran..
4.3.Modulus Elastik
Ketika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda,maka ada kemungkinan bentuk sebuah benda berubah.Secara umum,reaksi benda terhadap gaya yang diberikan dicirikan oleh suatu besaran yang disebut modulus elastik.
Untuk tegangan rentang,besar modulus elastik Y dinyatakan denganY = atau = Y
Biasanya,modulus elastik untuk tegangan dan regangan ini disebut modulus young. Dengan demikian,modulus Young merupakan ukuran ketahanan suatu zat terhadap perubahan panjangnya ketika suatu gaya (beberapa gaya)diberikan pada benda.
Hukum Hooke untuk benda non pegas
Hukum hooke ternyata berlaku juga untuk semua benda padat, tetapi hanya sampai pada batas-batas tertentu. Pada benda bekerja gaya berat (berat = gaya gravitasi yang bekerja pada benda), yang besarnya = mg dan arahnya menuju ke bawah(tegak lurus permukaan bumi). Akibat adanya gaya berat, batang logam tersebut bertambah panjang. Jika besar pertambahan panjang (L) lebih kecil dibandingkan dengan panjang batang logam, hasil eksperimen membuktikan bahwa pertambahan panjang (L) sebanding dengan gaya berat yang bekerja pada benda.
Persamaan ini disebut sebagai hukum Hooke. Kita juga bisa menggantikan gaya berat dengan gaya tarik, seandainya pada ujung batang logam tersebut tidak digantungkan beban.Besarnya gaya yang diberikan pada benda memiliki batas-batas tertentu. Jika gaya sangat besar maka regangan benda sangat besar sehingga akhirnya benda patah. Jika sebuah benda diberikan gaya maka hukum Hooke hanya berlaku sepanjang daerah elastis sampai pada titik yang menunjukkan batas hukum hooke. Jika benda diberikan gaya hingga melewatibatas hukum hooke dan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula jika gaya yang diberikan tidak melewati batas elastisitas. tapi hukum Hooke tidak berlaku pada daerah antara batas hukum hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki daerah plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan kembali seperti semula, benda tersebut akan berubah bentuk secara tetap. Jika pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan patah.
Berdasarkan persamaan hukum Hooke di atas, pertambahan panjang (L) suatu benda bergantung pada besarnya gaya yang diberikan (F) dan materi penyusun dan dimensi benda (dinyatakan dalam konstanta k). Benda yang dibentuk oleh materi yang berbeda akan memiliki pertambahan panjang yang berbeda walaupun diberikan gaya yang sama, misalnya tulang dan besi. Demikian juga, walaupun sebuah benda terbuat dari materi yang sama (misalnya besi), tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda maka benda tersebut akan mengalami pertambahan panjang yang berbeda sekalipun diberikan gaya yang sama. Jika kita membandingkan batang yang terbuat dari materi yang sama tetapi memiliki panjang dan luas penampang yang berbeda, ketika diberikan gaya yang sama, besar pertambahan panjang sebanding dengan panjang benda mula-mula dan berbanding terbalik dengan luas penampang.
Makin panjang suatu benda, makin besar besar pertambahan panjangnya, sebaliknya semakin tebal benda, semakin kecil pertambahan panjangnya. Persamaan ini
