15.5. Osilasi Spring Longitudinal

15. 5. OSILASI SPRING LONGITUDINAL

15.5.1. Perkenalan

15.5.2. Bagian eksperimental 15.5.2.1. Instalasi

15.5.2.2. Prosedur 15.5.3. Hasil 15.5.4. Referensi

Peralatan 1. Penggetar

1.1. Penggetar dengan bahan dasar alumunium stabilizer x 1 1.2. Kabel RCA x 1

2. Objek demo 2.4. Spring x 1 4. Aksesoris

4.1. Katrol∅=50mm x1

4.2. Penahan beban aluminium berbentuk U 20g x 1 4.3. Berat alumunium 10g x 4

4.4. Konektor tiga arah x 1

4.5. Dudukan batang penopang dengan penjepit meja x 1 4.6. Batang pendukungl=600mm x1

4.7. Pemanjang batang penyangga 5. Opsional

5.1. Generator gelombang sinus x 1 5.2. Kabel listrik 11 A / 125 V x 1

15.5.1. Perkenalan

Ciri-ciri gelombang berdiri seperti node dan antinode juga dapat diamati pada pegas yang dipasang di salah satu ujungnya dan dihubungkan ke vibrator di ujung lainnya. Gelombang longitudinal yang merambat sepanjang pegas dapat dilihat sebagai zona kompresi diikuti oleh zona penghalusan. Gelombang tersebut akan terpantul di ujung mata air yang lain dan merambat kembali dan kedua gelombang tersebut akan saling berinterferensi. Jika salah satu ujung pegas bergetar pada frekuensi tertentu, gelombang berdiri (atau resonansi) muncul di pegas. Ketika frekuensi osilasi mendekati frekuensi resonansi lainnya, gelombang berdiri muncul kembali di pegas.

Gambar 13. Gelombang longitudinal.

Gelombang longitudinal yang dihasilkan oleh pegas heliks mempunyai kecepatan v yang diberikan oleh:

v=L

√

^mk Persamaan. (4) Dimana L adalah panjang bagian pegas yang bergetar, k adalah konstanta pegas, dan m adalah massa pegas.

Frekuensi gelombang berdiri yang mempunyai simpul pada kedua ujungnya diberikan oleh

f_n=nv

2L(n=1,2,3, …) Persamaan. (5) Saat digabungkan.

f_n=n

2

√

^mk Persamaan. (6) Frekuensi gelombang berdiri bergantung pada konstanta pegas dan bukan pada panjang pegas.

15.5.2. Bagian eksperimental 15.5.2.1. Instalasi

1. Ambil salah satu ujung pegas yang mempunyai lingkaran dan gantung secara vertikal pada pemanjang batang logam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.

Gambar 14. Pengaturan percobaan

2. Pastikan untuk menggunakan sekrup di ujung pemanjang untuk menjepit loop atas pegas, sehingga tidak bergerak selama percobaan.

3. Hubungkan generator gelombang sinus ke vibrator menggunakan kabel RCA.

4. Nyalakan generator gelombang sinus dan sesuaikan frekuensi dan amplitudo ke nol.

15.5.2.2. Prosedur Bagian pertama

1. Pertama, tentukan konstanta pegas dari pegas tersebut. Tanpa menyambungkan bagian bawah pegas ke vibrator, ukur panjang pegas tanpa beban apa pun.

2. Kemudian digantungkan beban seberat 10,20,30, dan 40 gr secara berurutan menggunakan gantungan alumunium dan ukur perpindahan x tangkai tersebut dengan mengukur kembali panjangnya.

3. Hitung konstanta pegas dengan data eksperimen menggunakan hukum Hook ( F=−kx ; F=mg). Pastikan untuk memasukkan massa gantungan aluminium dalam perhitungan.

Bagian kedua

1. Sekarang sambungkan kait bawah pegas ke vibrator dengan kait di atas konektor tiga arah. Lihat Gambar 15.

Gambar 15. Pengaturan percobaan.

2. Mulailah meningkatkan frekuensi secara perlahan dan sesuaikan amplitudo hingga terbentuk gelombang berdiri. Catat frekuensi resonansinya.

3. Pada frekuensi yang berbeda, Anda akan menemukan bahwa beberapa bagian pegas tampak statis (simpul), namun ada pula yang bergetar (antinode). Ketika frekuensi meningkat, jumlah node dan antinode juga meningkat.

4. Mungkin perlu untuk menurunkan amplitudo gelombang penggerak saat pegas mendapatkan resonansi sehingga Anda dapat mengamati gelombang berdiri dengan lebih jelas.

CATATAN: Saat mengamati node dan antinode, disarankan untuk memiliki latar belakang yang terang, seperti dinding berwarna terang. Latar belakang akan membantu membedakan node dan antinode, terutama pada frekuensi yang lebih tinggi.

5. Hitung frekuensi harmonik menggunakan konstanta pegas yang diperoleh pada bagian pertama menggunakan Persamaan 6. Bandingkan frekuensi yang dihitung dengan frekuensi yang diamati dan tentukan seberapa besar perbedaan hasilnya.

Bagian ketiga

1. Sekarang ubah panjang pegas dengan menempatkan pengait pegas bagian bawah ke posisi yang lebih tinggi pada pegas sehingga bagian yang bergetar menjadi lebih pendek.

2. Ulangi langkah 5-7 dari prosedur bagian kedua, dan amati serta catat apakah frekuensi resonansi berbeda atau tidak ketika jumlah node yang sama dihasilkan.

15.5.3. Hasil

Bagian pertama: Penentuan konstanta pegas UntukF=−kx dan F=mg , kemudian k=mg

x

Massa pegas =9,44 g m_load

(G)

mg (gm/dtk ² )

mg (N)

Pemindahan x (cm)

Pemindahan x (m)

Konstanta pegask(N

m) 1

2 3

4

Rata-ratak

Bagian kedua: Penentuan frekuensi resonansi.

N Frekuensi terukur (Hz)

Frekuensi dihitung dengank(Hz)

Penyimpangan pengukuran

% 1

2 3 4 5 6

7 8

Penyimpangan %=|frekuensi terukur−frekuensi dihitung dengan k|

frekuensi dihitung dengan k x100 %

Bagian ketiga: Frekuensi harmonik pegas yang direntangkan dengan panjang yang berbeda-beda

N Frekuensi (Hz)

L = cm L = cm L = cm

1 2 3 4 5 6 7 8

15.5.4. Referensi

Bagian pertama: Penentuan konstanta pegas UntukF=−kx dan F=mg , kemudian k=mg

x Massa pegas =9,44 g

m_load (G)

mg (gm/dtk ² )

mg (N)

Pemindahan x (cm)

Pemindahan x (m)

Konstanta pegask(N

m)

1 30 294 0,294 6,1 0,061 4,82

2 40 392 0,392 8,3 0,083 4,72

3 50 490 0,49 10,4 0,104 4,71

4 60 588 0,588 12,4 0,124 4,74

Rata-ratak 4,75

Bagian kedua: Penentuan frekuensi resonansi.

f_n=n

2

√

^mk untuk contoh , ketika n=1akan menjadi f₁=1

2

√

^{0,009444,75N/kgm=11,21Hz}

N Frekuensi terukur (Hz)

Frekuensi dihitung dengank(Hz)

Penyimpangan pengukuran

%

1 11 11,21 1,91

2 23 22,43 2,54

3 33 33,64 1,91

4 45 44,86 0,32

5 57 56,07 1,65

6 68 67,29 1,06

7 80 78,50 1,91

8 90 89,72 0,32

Penyimpangan %=|frekuensi terukur−frekuensi dihitung dengan k|

frekuensi dihitung dengan k x100 %

Bagian ketiga: Frekuensi harmonik pegas yang direntangkan dengan panjang yang berbeda-beda

N Frekuensi (Hz)

L = cm L = cm L = cm

1 11 11 11

2 23 23 23

3 34 35 35

4 45 46 46

5 57 58 58

6 68 69 68

7 80 80 80

8 90 91 91