Proposal Tugas Akhir Menentukan Kuat Med

(1)

RANCANG BANGUN ALAT PRAKTIKUM FISIKA DASAR

MENENTUKAN KUAT MEDAN GRAVITASI DAN GERAK

LURUS BERUBAH BERATURAN MENGGUNAKAN SENSOR

JARAK HC-SR04

PROPOSAL

Ditujukan sebagai Proposal Tugas Akhir

Oleh : Fikri Ibrahim N (1137030028)

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

RANCANG BANGUN ALAT PRAKTIKUM FISIKA DASAR

MENENTUKAN KUAT MEDAN GRAVITASI, DAN GERAK

LURUS BERUBAH BERATURAN MENGGUNAKAN SENSOR

JARAK HC-SR04

PROPOSAL TUGAS AKHIR

Telah disetujui oleh Pembimbing pada 30 August 2018

Pembimbing,

(3)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Bumi yang memiliki massa yang besar akan menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda di sekitarnya, sehingga mahluk hidup dan benda-benda diatas permukaan bumi akan dipengaruhi oleh gaya tarik gravitasi bumi. Berat suatu benda akan berbeda harganya dari satu tempat ke tempat lain pada permukaan bumi, berat benda ini dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti massa dan percepatan gravitasi. Massa tidak tergantung pada tempat di permukaan bumi maka dapat dikatakan bahwa percepatan gravitasi bumilah yang berubah antara tempat yang satu dengan yang lain di permukaan bumi. Sehingga dapat disimpulkan bahwa percepatan gravitasi dipengaruhi oleh jarak benda disuatu tempat dengan pusat bumi dan kemasifan susunan bumi di tempat tersebut. Ini berarti bahwa besar percepatan gravitasi tidak sama di setiap tempat.

(4)

1.2. Kerangka dan Ruang Lingkup Penelitian 1.2.1. Kerangka Penelitian

Perencanaan dan Perancangan

Awal dari perancangan yang dilakukan untuk penelitian ini adalah merancang bangun alat. Lagkah pertama adalah mengumpulkan referensi mengenai pemanfaatan sensor jarak HC-SRO4 untuk menentukan kuat medan gravitasi. Kemudian dilakukan perancangan alat yang menempatkan sensor jarak HC-SR04 diatas permukaan bumi dan benda tinjau yang berda diatasnya.

Analisa Dasar

Pada tahap ini akan dilakukan analisis data yang didapatkan melalui hasil sensor jarak secara otomatis dengan cara manual rumus, serta membandingkan hasil yang diperoleh dari benda yang dijatuhkan dengan benda yang tanpa dijatuhkan dari jarak h dipermukaan bumi. Sehingga dapat diperoleh nilai keakuratan alat.

Simulasi

Simulasi yang dilaukan adalah simulasi deteksi sensor jarak terhadap suatu benda tinjau yang berada diatasnya pada software Proteus.

Aplikasi

Pada tahap ini, dilakukan pengaplikasian sensor jarak HC-SR04 terhadap benda tinjau untuk menentukan besar kuat medan gravitasi, percepatan dan kecepatan benda, serta waktu tempuh benda sampai ke permukaan bumi

1.2.2. Ruang Lingkup Penelitian

(5)

1.3. Batasan Masalah

Untuk meneliti permasalahan yang telah dirumuskan, penelitian ini akan dibatasi pada beberapa masalah seperti penggunaan sensor jarak HC-SRO4 untuk menentukan jarak benda yang berada diatas permukaan bumi, menggunakan Mikrokontroler Arduino uno sebagai otak dari alat, menggunakan software Arduino sebagai interface data yang ditampilkan di serial monitor, melakuakan pengujian diberbagai tempat dipermukaan bumi, membandingkan dan menganalis hasil dari benda yang dijatuhkan dari atas permukaan bumi dan benda yang berada diatas permukaan bumi tanapa harus diajatuhkan.

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui dan menentukan kuat medan gravitasi terhadap jarak h dari permukaan bumi secara otomatis menggunakan sensor jarak HC-SR04 dan dapat mengetahui pengaruh jarak h dan tempat dipermukaan bumi terhadap percepatan, kecepatan, waktu tempuh serta percepatan gravitasi bumi pada benda tinjau.

1.5. Metode Pengumpulan Data 1.5.1. Studi Literatur

Studi literatur pada penelitian ini berupa pembelajaran mengenai perkembangan penelitian yang akan dilakukan. Perkembangan penelitian tersebut diambil dari jurnal maupun skripsi yang dijadikan sebagai referensi dan buku serta modul-modul yang terkait dengan penelitian ini.

1.5.2. Perakitan Perangkat Keras (Hardware)

(6)

1.5.3. Pembuatan Program

Tahap ini merupakan tahap pembuatan program untuk mengolah data masukan (input) dan menghasilkan data keluaran (output) yang di inginkan dengan menggunakan perangkat lunak (software) pemrograman yaitu meggunakan software Arduino.

.

1.5.4. Eksperimen

Eksperimen merupakan tahap akhir dari penelitian dimana akan dilakukan pengambilan data pengaruh jarak dan pengaruh tempat pada nilai kuat medan gravitasi disuatu tempat, kecepatan dan percepatan benda, serta waktu tempuh benda dari jarak h dari permukaan bumi.

1.6.

Sistematika Penulisan

Berikut penjelasan sistematika penulisan pada penelitian ini terbagi dalam bab-bab :

a. BAB I. Pendahuluan

Bab ini berisi tentang latar belakang, kerangka dan ruang lingkup penelitian, tujuan, metode pengumpulan data, dan sistematika penulisan.

b. BAB II. Dasar Teori

Bab ini berisi teori yang dipakai dalam penelitian dan teori yang menjelaskan tentang semua penelitian yang dilakukan.

c. BAB III. Metode Penelitian

(7)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Hukum Gravitasi

Newton mengemukakan bahwa ‘Gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya tarik-menarik yang besarnya berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. Besarnya gaya gravitasi dapat ditulis dengan persamaan matematis :

F12 = F21 = F = G m1 m2/r2 Dengan :

F21 = F = Besar gaya tarik-menarik antara kedua benda (N) G = F12 = Tetapan umum gravitasi

m1 = massa benda 1 (Kg) m2 = massa benda 2 (Kg) r = jarak antara kedua benda (m)

A. Kuat Medan Gravitasi Bumi

Arah medan gravitasi bumi menuju pusat bumi (searah dengan gaya gravitasi bumi). Medan gravitasi bumi yaitu pengaruh gaya gravitasi bumi pada massa suatu benda. Jika sebuah benda yang massanya m terletak dipermukaan bumi yang bermassa M dan berjari-jari R akan mengalami gaya gravitasi bumi yang besarnya sama dengan berat benda.

sehingga :

F = w

dan

w = m.g

G. M .m_r2

=

m.g

G

=

G. M_R2

Jika massa bumi M = 5,97.1024_{Kg, jari-jari bumi R = 6,37.10}6_{m dan G =} 6,67.10-11 _Nm2_/kg2_{, maka dapat dihitung besarnya percepatan gravitasi} dipermukaan bumiadalah sekitar 9,8 m/s2_.

(8)

R = Jari-jari bumi.

r = jarak benda dari pusat bumi. h = jarak benda dari permukaan bumi. m = massa benda.

M = massa planet bumi.

maka r = R + h, sehingga percepatan gravitasi yang dialami benda m

yang terletak pada jarak r dari pusat bumi adalah :

g =

G. M_R₊_h

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa semakin jauh jarak benda dari permukaan bumi, maka kuat medan yang dialami benda tersebut semakin kecil, sehingga berat benda juga mengecil. Perbandingan percepatan gravitasi antara di permukaan bumi dan di suatu titik yang berjarak h dari permukaan bumi adalah:

gR

=

Kuat medan gravitasi di permukaan bumi.

gr

=

Kuat medan gravitasi pada jarak r dari pusat bumi (pada jarak h dari

permukaan bumi).

Berat benda tergantung pada percepatan gravitasi. Semakin jauh letak benda dari permukaan bumi, makin kecil percepatan gravitasinya, sehingga makin kecil berat benda. Perbandingan berat benda antara di permukaan bumi dan di suatu titik yang berjarak h dari permukaan bumi adalah:

(9)

WR = Berat benda dipermukaan bumi (N).

Wr = Berat benda pada jarak r dari pusat bumi (pada jarak h dari permukaan bumi).

B. Arduino Uno dan Sensor Ultrasonic HC-SR04 1. Arduino Uno

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel.

Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai ‘otak’ yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik.

2. Sensor HC-SR04

(10)

sensor pada robot. Sensor HC-SR04 adalah versi low cost dari sensor ultrasonic PING buatan parallax. Jangkauan jarak sensor HC-SR04 mempunyai kisaran jangkauan maksimal 400-500cm. Spesifikasinya : Jangkauan deteksi: 2cm sampai kisaran 400-500cm, Sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat Tegangan kerja 5V DC, Resolusi 1cm, Frekuensi Ultrasonik 40 kHz, Dapat dihubungkan langsung ke kaki mikrokontroler.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada tabel berikut.

No. Alat dan Bahan Jumlah

1. Notebook atau Laptop 1 buah

2. Sensor HC-SR04 1 buah

4. Software Pemrograman Arduino -5. Software Simulasi Proteus -6. Mikrokontroler Arduino Uno 1 buah

9. Kabel Jumper Male-Female Secukupnya

10. Kabel Jumper Male-Male Secukupnya

11. Kabel Serial USB Arduino 1 buah

Adapaun beberapa kelebihan yang bisa dipakai dari sensor jarak HC-SRO4 adalah jarak sensor yang cukup jauh disbanding dengan sensor jarak PING, dimana sensor PING hanya memiliki jarak maksimum 3.5 m sedangkan sensor HC-SR04 bisa sampai 4-5 m.

(11)

Penelitian ini didukung dengan simulasi pada software ISIS Proteus dengan Metodologinya sebagai berikut :

a. Mengatur rangkain seperti pada gambar 3.1 di bawah ini, dimana sensor HC-SR04 berada diatas permukaan bumi menghadap ke atas objek buku dengan jarak h 0,03 sampai 1,58 meter.

Gambar 3.1. Perancanagan simulasi Alat.

Gambar 3.2. Rangkaian Alat praktikum fisika dasar penentuan kuat medan gravitasi

b. Masukan program dari software arduino ke board Arduino Uno.

c. Atur jarak sensor dengan objek yang ditinjau sebanyak 10 variasi, dan secara otmatis data akan muncul di serial monitor software arduino.

Laptop

Objek

(12)

HC-Gambar 3.3. Hasil Output pengujian alat di serial monitor arduino.

Alur dari penelitian dapat dilihat pada flow chat dibawah ini

.

Mulai

Perancangan Desain Alat Pengambilan Data

Secara manual

Pengambilan Data Secara Otomatis

Perancangan

Program Perakitan Alat

Pengujian Alat Arduino

Analisis Data

Alat Jadi

(13)

Jadwal Penelitian

No Aktivitas Bulan Juni

1 15 20 30

1 Prepare Alat

2 Pembuatan Prototype Alat

3 Pengujian Alat

4 Penyususnan Laporan

Daftar Pustaka

1. Mahmud Zaki, Diktat Kuliah Fisika Dasar Jilid 1.

2. Dosen-Dosen Fisika ITS, Fisika Dasar I, Yanasika FMIPA ITS, Surabaya. 3. Dosen-Dosen Fisika ITS, Petunjuk Praktikum Fisika Dasar, Yanasika FMIPA

ITS, Surabaya.

4. www.Digi-Bytes.com [2014] 5. http://arduino.cc/en/Main/Software 6. http://arduino.cc/en/Reference/HomePage 7. http://arduinoelektronika.weebly.com

8. Grafitasi dan Gerak Planet/SMAN 1 Gondang Mojokerto. pdf

9. Sanjaya, M.” Modul Membuat Robot itu Asyik”, Bolabot Techno Robotic School, Bandung, 2012.