SKRIPSI
RUSSELL ONG
110801031
DEPRTEMEN FISIK
FKULTS MTEMTIK DN ILMU PENGETHUN LM
UNIVERSITS SUMTER UTR
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
RUSSELL ONG 110801031
DEPRTEMEN FISIK
FKULTS MTEMTIK DN ILMU PENGETHUN LM UNIVERSITS SUMTER UTR
PERSETUJUAN
Judul : ANALISIS DAN VISUALISASI GERAK TRIPLE PENDULUM NONLINIER MENGGUNAKAN
MATHEMATICA 9
Kategori : SKRIPSI
Nama : RUSSELL ONG
NIM : 110801031
Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA
Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA
UTARA
Disetujui di
Medan, Maret 2016
Komisi Pembimbing:
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phil Tua Raja Simbolon, S.Si, M.Si NIP. 195503161982031002 NIP. 197211152000121001
Disetujui oleh :
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua
PERNYATAAN
ANALISIS DAN VISUALISASI GERAK TRIPLE PENDULUM NONLINIER MENGGUNAKAN MATHEMATICA 9
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa Kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, Maret 2016
RUSSELL ONG
PENGHARGAAN
Penulis mengucapkan segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa/Allah karena atas limpahan rahmat dan karuniaNya penulisa dapat menyelesaikan studi selama perkuliahan dan dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul, “Analisis dan Visualisasi Gerak Triple Pendulum Nonlinier Menggunakan Mathematica 9”. Saya menyadari bahwa tidak akan pernah ada keberhasilan tanpa dukungan, oleh karena itu dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada mereka yang telah mendukung penulis bahkan sampai pada penyelesaian skripsi ini.
1. Kepada kedua orang tua yang tercinta dan tersayang Bapak Rusdy Usman dan Ibu Lisma Yukarnaen, serta adik penulis Ryan Ongdrus yang telah memberikan doa dan dukungannya baik moril maupun materil selama penulis kuliah sampai penyelesaian skripsi ini.
2. Kepada Bapak Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phil selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Tua Raja Simbolon, S.Si, M.Si selaku Pembimbing II penulis dalam menyelesaikan skripsi ini yang selalu terbuka dalam memberikan bimbingan maupun motivasi dalam penulisan skripsi ini.
3. Kepada Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua departemen Fisika USU dan kepada Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris jurusan beserta semua dosen departemen Fisika USU yang telah mendidik penulis menjadi fisikawan. kemudian, kepada Bapak Dr. Nasruddin M. Noor, M. Eng.Sc selaku dosen wali saya selama mengikuti perkuliahan banyak memberikan masukan dan nasehat.
4. Kepada Kak Tini, Bang Johaidin Saragih, dan Kak Yusfa selaku staff departemen fisika yang telah membantu dalam mengurus administrasi kuliah dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam berbagai kegiatan kampus.
6. Kepada Keluarga besar FMIPA USU, Bapak Dr. Sutarman M.Sc selaku Dekan yang telah memberikan nasehat yang yang baik bagi penulis selama menjalani perkuliahan terutama dalam mengikuti suatu kompetisi, Ibu Dr. Marpongahtun, M.Sc selaku Wakil Dekan I yang telah meringankan masalah administrasi dan mengingatkan penulis masalah akademik, Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS. yang banyak membantu penulis dan merekomendasikan penulis dalam berbagai kegiatan diluar akademik dan beasiswa, beserta jajarannya.
7. Kepada Keluarga besar Physics Prolix fisika angkatan 2011: Togar(komting), David(Ketua IMF), Ancela(Sekretaris IMF), Putri(Bendahara IMF), Nova, Desi, Misael, Henni, Rahel, Tabita, Rinto, William – Wahyu(kawan sisten Lab Fiskom), Hendri PB, Dosni, Iwan, Simon, Stefen, Ingot, Ilham, Darma, Fahmi, Tri, Sri, Intan, Indah, Jepri, Jerri, Hendra Damos, Hendra Panggabean, David L., Nensi, Juliana, Ivo, Lurani, Tabita, Pesta, Ita, Randy, Dyana, Widya, Lilis, Eman, Trisno, Parasian, Jansius, Fitri, Rusti, Jusprin, dan Hendra Nababan yang telah setia menemani penulis berjuang selama menjalai perkuliahan dari 0 hingga selesai.
8. Kepada kawan2 di fisika teoritis : Adimas Agung, Tirto A. Syahid, Piko A B, dan Ade Ferry Irawan
9. Kepada adik2 angkatan 2012, 2013, 2014, dan 2015.
10.Kepada adik Lin Huan-Yu(Wahyutin Ekananda) yang setia menemani penulis dalam suka-duka kehidupan penulis terutama dalam proses pengerjaan skripsi.
11.Kepada kakak Ong Ci-Wie(Alween Ong) yang telah memberikan masukan solusi dalam menghadapi kritikan sebagai saudara seiman.
12.Kepada Keluarga Besar PEMA FMIPA USU: Ganda Wijaya(Gubernur) dan Abdul Rahim(Wakil Gubernur) beserta jajarannnya.
13.Kepada Keluarga Besar PEMA USU: Brillian A Rasyid (presiden USU) dan Abdul Rahim(Wakil Presiden USU) beserta jajarannya.
dalam melanjutkan Fisika Teoritis. dan Humaira Efendi yang telah membuat penulis mengetahui akan kebenaran hidup yakni kebenaran Agama Islam. 15.Kepada Bang Adri Huda (Ketua IMK), Bang Diky (Komting Matematika
2010), Bang Aan, bang Suman, Kak Sumiyati, dan kak Annisa yang membukakan pikiran penulis ke dunia eksperimen sehingga tidak melulu di teori terus-menerus. tidak bisa disebutkan penulis. Terima Kasih atas kebersamaan selama 4 tahun ini. Kalian akan selalun dikenang penulis untuk selamanya.
17.Keluarga besar KMB(Keluarga Mahasiswa Buddhis) USU: Vivian Felicia, Julius Gunawan, Thomson, Shelly, Ci Shelly Chandra, Stefen, Adriyanus, Weillun, Gilbert, Seriching, Hendra, Jeffrey, dkk yang memberikan pengalaman dan pemahaman yang banyak tentang agama Buddha.
18.Keluarga Besar ILMMIPA Wilayah I: Randika Irwa Rizky(Gubernur BEM FMIPA UNP) dan jajarannya beserta Rido Nofalshah(Gubernur BEM FMIPA UNAND) dan jajarannya
19.Kepada abang kakak Senior 2010,2009, 2008 dan alumni.
Penulis menyadari bahwa penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan ilmu yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran- saran dari pembaca untuk menyempurnakan skripsi ini. Kiranya Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Medan,
ANALISIS DAN VISUALISASI GERAK TRIPLE PENDULUM NONLINIER DENGAN MENGGUNAKAN MATHEMATICA 9
ABSTRAK
Telah dibuat program untuk simulasi dan animasi gerak triple pendulum nonlinier dengan perangkat lunak Wolfram Mathematica versi 9. Persamaan gerak triple pendulum diperoleh dari persamaan Lagrange yang dioperasikan pada fungsi Lagrangain. Hasil persamaan gerak diplot berupa grafik perbandingan posisi pendulum 1 dengan posisi pendulum 2, posisi pendulum 2 dengan posisi pendulum 3, perbandingan simpangan x pada pendulum 1 dengan pendulum 2 dan perndulum 2 dengan pendulum 3, Perbandingan simpangan y pada pendulum 1 dengan pendulum 2 dan pendulum 2 dengan pendulum 3, grafik perbandingan simpangan x dan y pada masing-masing pendulum, perbandingan lintasan pada dua kondisi awal yang berbeda dan diagram fasa tiap-tiap pendulum. Grafik – grafik ini dipakai untuk menganalisis sistem mulai dari keadaan periodik hingga keadaan chaos. Animasi dari sistem diberikan untuk memperjelas dimana keadaan chaos terjadi pada gerak pendulum. Variasi yang digunakan dalam animasi berupa variasi sudut, massa, dan panjang tali. Dari pengujian dan eksplorasi terhadap dinamika gerak sistem dapat dikatakan bahwa program ini sudah baik untuk mempelajari karakteristik gejala chaos.
ANALYSIS AND VISUALISATION OF NONLINEAR TRIPLE PENDULUM WITH MATHEMATICA 9
ABSTRACT
The Program for simulation and animation of nonlinier triple pendulum motion have been done by Wolfram Mathematica software version 9. The Triple pendulum equation was derived from Lagrange equation that operated to Langrangian function. The result of the equation were plotted in graphics of the comparison of position pendulum 1 with pendulum 2, the comparison of position pendulum 2 with pendulum 3, the comparison of graphics x deviation on pendulum 1 with pendulum 2 and pendulum 2 with pendulum 3, the comparison of graphics y deviation on pendulum pendulum 1 with pendulum 2 and pendulum 2 with pendulum 3, the comparison of graphics x and y deviation’s on every pendulum, the comparison of trajectories derived by two different initial conditions, and the phase diagram of each pendulum. These Graphics were used to observe the system from periodic to chaos state. The animation of these system were given in order to show chaos state in its motion clearly. The variation that were used at animation i.e. variation angle, mass and rope length. From the experiment of this program and the exploration of dynamics in the system, it can be said that this program works well to learn chaos.
DAFTAR ISI
2.1.2 Chaos dan Pengaruhnya Dalam Sains ... 10
2.2 Dinamika Sistem Triple Pendulum ... 12
2.3 Fungsi Lagrangian ... 13
2.4 Persamaan Lagrange ... 14
Bab 3. Analisis Masalah dan Perancangan Program
3.1 Analisis Masalah ... 17
3.1.1 Persamaan Gerak Triple Pendulum Nonlinier ... 17
3.1.2 Penentuan Ruang Fasa ... 18
3.2 Perancangan Program... 19
3.2.1 Perancangan Diagram Alir (Flowchart)... 19
3.3.2 Algoritma Program Bantu ... 23
Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Keadaan Periodik ... 27
4.2 Keadaan Kuasperiodik ... 32
4.3 Keadaan Chaos... 36
4.4 Perbandingan Keadaan Sistem untuk Variasi Nilai Beberapa Parameter ... 41
Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan ... 48
5.2 Saran ... 49
Daftar Pustaka Lampiran : A Menterjemahkan Setiap Langkah demi Langkah ke Bahsa Mathematica 9.52 B Listing Program Simulasi Gerak Triple Pendulum Nonlinier ………..59
C Penjabaran Persamaan Lagrange Sistem Triple Pendulum……….………66
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil pengujian keadaan sistem untuk variasi sudut simpangan awal, sudut pendulum2 dan sudut pendulum3 ... 41 Tabel 4.2 Hasil pengujian keadaan sistem untuk variasi panjang tali pendulum1,
sudut pendulum2 dan sudut pendulum3 ... 43 Tabel 4.3 Hasil pengujian keadaan sistem untuk variasi panjang tali pendulum2,
sudut pendulum2 dan sudut pendulum3 ... 44 Tabel 4.4 Hasil pengujian keadaan sistem untuk variasi panjang tali pendulum3,
sudut pendulum2 dan sudut pendulum3 ... 44 Tabel 4.5 Hasil pengujian keadaan sistem untuk variasi massa pendulum1, sudut
pendulum2 dan sudut pendulum3 ... 45 Tabel 4.6 Hasil pengujian keadaan sistem untuk variasi massa pendulum2, sudut
pendulum2 dan sudut pendulum3 ... 46 Tabel 4.7 Hasil pengujian keadaan sistem untuk variasi massa pendulum3, sudut
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Model Cuaca Edward Lorentz... 5 Gambar 2.2 Bawah, skala dari energi potensial V(θ) untuk sistem terkendali pada
pendulum, atas, menunjukkan lintasan ruang fasa pada tiga tingkatan energi ... 8 Gambar 2.3 Sistem triple pendulum dengan θ1 sebagai posisi pendulum 1, θ2
sebagai posisi pendulum 2 dan θ3 sebagai posisi pendulum 3 ... 12
Gambar 3.1 Diagram alir simulasi dan animasi persamaan gerak triple pendulum nonlinier dengan metode Euler-Lagrange ... 21 Gambar 4.1 Hasil eksekusi program ”Animasi & Visualisasi Gerak Triple
Gambar 4.31 Ruang fasa pada m1 dengan m1 = m2 = m3 =1, l1 = l2 = l3 = 1, g =
Gambar 4.42 Grafik θ1 vs θ2 dengan m1 = m2 = m3 =1, l1 = l2 = l3 = 1, g = 1, ω1
= ω2= ω3 = 0, θ1 = Pi/2, θ2 = 5Pi/12, dan θ3 = 3Pi/11.... ... 40
Gambar 4.43 Grafik θ2 vs θ3 dengan m1 = m2 = m3 =1, l1 = l2 = l3 = 1, g = 1, ω1
= ω2= ω3 = 0, θ1 = Pi/2, θ2 = 5Pi/12, dan θ3 = 3Pi/11.... ... 40
Gambar 4.44 Animasi Pendulum saat gerakan chaos dengan m1 = m2 = m3 =1, l1
= l2 = l3 = 1, g = 1, ω1= ω2= ω3 = 0, θ1 = 0-0.84, θ2 = 1.31, dan θ3 =
1.17 .... ... 42 Gambar 4.45 Animasi Pendulum saat gerakan kuasiperiodik dengan m1 = m2 = m3
=1, l1 = l2 = l3 = 1, g = 1, ω1 = ω2 = ω3 = 0, θ1 = 0.85-1.14, θ2 =
1.31, dan θ3 = 1.17 .... ... 42
Gambar 4.46 Animasi Pendulum saat gerakan periodik dengan m1 = m2 = m3 =1,
l1 = l2 = l3 = 1, g = 1, ω1 = ω2 = ω3 = 0, θ1 = 0.85-1.14, θ2 = 1.31,
