LAPORAN PRAKTIKUM 2 Fisika Dasar

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

MODUL 2

PENGUKURAN KONSTANTA PEGAS

Kelas/Kelompok: 28

Fatah Dian Catur (23/517802/TK/56963)

Ali Ar Ramadhani (23/512211/TK/56304)

Felisitas Aurora Pinasdika (23/518188/TK/57015)

Ridwan Maulana (23/520389/TK/57370)

Tanggal Praktikum: 18 Maret 2024

Asisten: Fadhlul Muzakki (22/499854/TK/54769)

LABORATORIUM ENERGI TERBARUKAN

DEPARTEMEN TEKNIK NUKLIR DAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA

2023

BAB 1. LATAR BELAKANG 1.1 Tujuan

Setelah melakukan eksperimen ini diharapkan mahasiswa dapat menentukan konstanta sebuah pegas, pegas yang disusun seri, dan pegas yang disusun paralel.

Selain itu pada eksperimen ini akan dibuktikan pula kebenaran dari hukum Hooke.

BAB 2. DASAR TEORI 2.1 Hukum Hooke

Hukum Hooke menentukan gaya yang dihasilkan oleh sifat elastis pegas.Besarnya gaya kait ini biasanya berbanding lurus dengan jarak yang ditempuh pegas dan posisi normalnya. Gaya-gaya yang diberikan ketika pegas digerakkan, dikompresi, atau diregangkan merupakan hasil dari gaya antarmolekul, atau gaya kompleks di dalam pegas. (Tipler, 1998: 102) .Namun untuk sebagian besar aplikasi, hanya diperlukan pemahaman empiris mengenai perilaku makroskopis pegas. Gambaran pegas ideal yang dikompresi atau diregangkan hingga jarak tertentu dipasang pada pegas ideal dengan konstanta gaya R, yang memungkinkan bergerak bebas di atas permukaan tanpa gesekan.

Ini adalah contoh isolator harmonik sederhana . (Halliday, 1978: 447). Jika benda bergeser ke kanan, maka gaya yang dilakukan pegas akan ke kiri dan diberi persamaan

� = −�∆� (2.1)

di mana k disebut konstanta pegas (N/m). Tanda negatif menunjukkan bahwa arah gaya selalu berlawanan dengan arah perubahan panjang pegas. Jika pegas ditarik ke kanan melampuai posisi setimbang maka gaya pegas berarah ke kiri.

Sebaliknya jika pegas ditekan kiri melampaui posisi setimbang maka gaya pegas berarah ke kanan yang dijelaskan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Pengaruh pegas terhadap gaya dan jarak.

2.2 Pegas

Pegas merupakan benda elastis yang dapat merenggang jika dikenai gaya dan kembali ke bentuk semula jika gaya dihillangkan. Hal ini disebut sebagai perpanjangan pegas yag dipengaruhi oleh gaya yang diberikan. Pertambahan panjang pegas bergantung pada besar gaya berat beban yang digantungkan, selain itu juga karena kelakuan pegas, untuk gaya beban yang sama, pertambahan panjang pegas yang lebih kaku akan lebih kecil dari pada pertambahan panjang pegas yang kekakuannya lebih kecil. Kekakuan sebuah pegas ditunjukkan dengan suatu nilai. Karakteristik yang disebut konstanta gaya pegas atau disingkat konstanta pegas (k), semakin besar nilai k maka semakin kaku pegas tersebut. . (Raharja, 2013: 128)

Pada rangkaian seri, gaya yang bekerja pada masing-masing pegas adalah sama dan pertambahan panjangnya merupakan jumlah seluruh pegas yang digabungkan. Tujuan dari sambungan seri adalah untuk menurunkan konstanta pegas dan menambah pertambahan panjang sistem pegas. Secara matematis, turunan rumus konstanta pertukaran pegas pada rangkaian seri adalah:

Gambar 2.2 Pegas Rangkaian Seri

� = �1 = �2 (2.2)

∆x = ∆x1 + ∆x2 (2.3)

F

Ks

=

_K^F1₁

+

_K^F2₂

(2.4) W

Ks

=

_K^W₁

+

_K^W₂

(2.5) W

Ks = W 1 K1

¿

+

_K²₂

)

(2.6) 1

Ks

=

_K¹₁

+

_K¹₂

(2.7)

Pada rangkaian paralel, pegas dihubungkan dengan cara pararel dengan jarak antara pegas adalah sama, namun resultan gaya yang bekerja pada pegas adalah total dari setiap gaya yang bekerja pada tiap-tiap pegasnya. . Susunan paralel bertujuan untuk mem- perbesar konstanta pegas sehingga pertambahan panjang sistem pegas lebih kecil dibandingkan dengan susunan seri. Secara matematis penurunan rumus konstanta pengganti pegas pada rangkaian paralel yaitu :

Gambar 2.3 Pegas Rangkaian Pararel

� = �1 + �2 (2.8)

∆x = ∆x1 = ∆x2 (2.9)

𝐾� = 𝐾1 +𝐾2 (2.10)

Osilasi atau getaran adalah gerak bolak-balik di sekitar posisi setimbang.

Pada posisi setimbang gaya netto yang bekerja pada sistem. Gerak osilasi adalah gerak menuju ke titik kesetimbangan. Tetapi saat mencapai posisi setimbang sistem masih memiliki kelebihan energi sehingga melampaui posisi setimbang.

Tetapi sistem akan kembali berbalik arah menuju titik setimbang. Massa mempunyai peran dalam peristiwa osilasi dan hal ini berkaitan dengan periode osilasi yang dipengaruhi oleh beban. (Mikrajuddin,2016:495). Berikut persamaan matematisnya.

T = 2(π)

√

^{m/k (2.11)}

K = (m (π)²)/T² (2.12)

k = 1 p (2.13)

BAB 3. SET-UP EKSPERIMEN 3.1 Alat dan skema alat

1. Pegas 2. Mistar

3. Statif dan penggantung

4. Stopwatch

5. Beban (75 gram, 100 gram, 128 gram) 6. Kawat/tali

7. Bolpoin (membawa sendiri) 3.2 Foto Rangkaian Alat

Gambar 3.1 Rangkaian Satu Pegas Gambar 3.2 Dua Pegas Dipasang Seri

Gambar 3.3 Dua Pegas Dipsanag Pararel 3.3 Prosedur Kerja

Persiapkan seluruh peralatan praktikum dengan menyusunnya sehingga terlihat seperti gambar 3.2. Gantungkan satu pegas pada bagian lengan paling atas yang telah dipersiapkan. Ukur panjang pegas awal untuk membandingkannya setelah beban ditempatkan nantinya. Tempatkan beban 75 gram dan simpangkan beban dari posisi seimbang dan biarkan pegas berosilasi. Selanjutnya, ukur waktu pegas setiap berosilasi selama 10 kali dan 10 selanjutnya menggunakan stopwatch. Ulangi pengukuran tersebut 2 kali dan catat pada laporan sementara.

Ulangi percobaan tersebut menggunakan beban 100 dan 128 gram. Langkah selanjutnya yaitu mengganti rangkaian pegas satuan menjadi dua pegas dengan rangkaian seri dan juga menggunakan metode yang sama dan beban yang sama.

Setelah rangkaian seri selesai, ganti rangkaian tersebut menjadi rangkaian pararel dengan cara menggantungkan dua buah pegas sejajar dan ikatkan satu massa pada kedua ujung bawah kedua pegas tersebut sehingga menjadi satu kesatuan.

Langkah terakhir adalah hitung periode osilasi 10 kali dari ke-3 jenis percobaan.

BAB 4. DATA PENGUKURAN

4.1 Tabel

Tabel 4.1 Pengukuran Periode Osilasi 10x pegas satuan

Beban m (gram)

Perpanjangan

pegas x(cm) Waktu 10x Osilasi(s)

Periode

t1 (s) t2 (s) T rata-rata

T

(sekon) STD

75 14,6 7,24 7,57 7,41 0,7405 0,023335

14,6 7,35 7,49 7,42 0,742 0,009899

100 16,8 8,8 9,37 9,125 0,9125 0,0407

16,8 8,84 9,18 9,01 0,901 0,024042

128 22,4 10,23 10,46 10,345 1,0345 0,016263

22,4 10,44 10,4 10,42 1,042 0,002828

Konstanta Pegas Experimental (N/m) 4,736456

Konstanta Pegas Teoritis (N/m) 5,833333

Tabel 4.2 Pengukuran Periode Osilasi 10x dua pegas disusun seri Beban

m (gram)

Perpanjanga n Pegas

x(cm)

Waktu 10x Osilasi(s)

Periode

t1 t2 trata-rata

T

(sekon) STD

75 25 12,01 12,06 12,035 1,2035

0,00353 6

23 12,01 12,18 12,095 1,2095

0,01202 1

100 34 13,58 13,61 13,595 1,3595

0,00212 1

34 13,4 13,63 13,515 1,3515

0,01626 3

128 45 15,05 15,33 15,19 1,519

0,01979 9

45 14,84 15 14,92 1,492

0,01131 4 Konstanta Pegas Experimental (N/m)

2,13383 5 Konstanta Pegas Teoritis (N/m)

2,88235 3

Tabel 4.3 Pengukuran Periode Osilasi 10 x dua oegas disusun paralel

Beban m (gram)

Perpanjangan Pegas X(cm)

Waktu 10x osilasi(s)

Periode

t1 t2 E

T

(sekon) STD

75 5,4 5,62 5,95 5,785 0,5785 0,023335

5,4 5,45 5,89 5,66 0,566 0,031145

100 7,6 6,62 6,8 6,71 0,671 0,012728

7,6 6,57 6,61 6,59 0,659 0,002828

128 10,6 7,07 7,45 7,26 0,726 0,02687

10,6 7,02 7,41 7,215 0,7215 0,027577

Konstanta Pegas Experimental (N/m) 8,759398

Konstanta Pegas Teoritis (N/m) 12,89474

4.2 Analisi Data

1. Dari persamaan (1) hitunglah konstanta pegas melalui gradien hasil plot antara T2 vs m pada pegas tunggal, pegas yang disusun seri, dan pegas yang disusun paralel.

 Pegas Satuan

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

f(x) = 0.98 x − 0.17 R² = 0.99

Pegas Satuan

Beban (kg)

T^2 (s^2)

Grafik 4.1 Gradien Pegas Satuan Massa Terhadap Periode k = 1

p k = 1

0,9819 = 1,01 N/m

 Pegas Seri

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 0

0.5 1 1.5 2 2.5

f(x) = 1.62 x + 0.23 R² = 1

Pegas Seri

Beban (kg)

T^2 (s^2)

Grafik 4.2 Gradien Pegas Seri

k = 1 p k = 1

1,621 = 0,61 N/m

 Pegas Pararel

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

f(x) = 0.36 x + 0.07 R² = 0.98

Pegas Pararel

Beban (kg)

T^2 (s^2)

Grafik 4.3 Gradien Pegas Pararel

k = 1 p k = 1

0,3613 = 0,096 N/m

2. Bagaimana hasil eksperimen Anda ketika pegas yang Anda gunakan (dengan menambah massa beban) sehingga panjang pegas bertambah menjadi 2 kali panjang semula.

Hasil eksperimen ketika pegas yang digunakan ditambahkan beban pada ujungnya akan mengalami perpanjangan pegas. Semakin besar massa yang digunakan maka pegas akan semakin panjang. Semakin terstruktur rangkaian pegas maka perpanjangan akan semakin mengecil. Namun, tidak semua perpanjangan pegas menghasilkan 2 kali panjang. Hanya pada beban 128 yang disusun secara satuan dan seri yang dapat melakukan perpanjangan 2 kali panjang semula.

3. Bagaimana cara menentukan ralat dan menghitung konstanta pegas pada percobaan?

Cara menentukan ralat pada percobaan dengan menggunakan standar deviasi dengan waktu dibagi 10 karena osilasi 10x. Setelah mendapat standar deviasi lalu dilakukan pengurangan dan penambahan pada batas tersebut. Cara menghitung konstanta pegas dengan cara K = (m (π)²)/T².

4. Jelaskan pengertian tentang gaya pemulih atau gaya pembalik (restoring force).

Gaya pemulih atau resotring force adalah gaya yang bertindak untuk mengembalikan pegas pada posisi setimbang atau equillibrium. Secara umum pengertian gaya pemulih adalah gaya yang berfungsi untuk mengembalikan benda pada posisi semula.

5. Jelaskan pengertian dari hukum Hooke dan jelaskan apakah yang dimaksud pegas hanyalah spiral yang terbuat dari besi?

Hukum Hooke adalah prinsip dalam fisika yang menyatakan bahwa gaya yang diberikan pada pegas elastis akan berbanding lurus dengan perubahan panjang pegas tersebut. Artinya, semakin besar gaya yang diberikan pada pegas, semakin besar pula perubahan panjangnya, asalkan pegas tersebut tidak melewati batas elastisitasnya.

6. Jelaskan apa saja aplikasi dalam kehidupan nyata yang mungkin dari percobaan ini.

a) Sok Beker

Pegas dalam bentuk tabung logam spiral yang digunakan dalam suspensi mobil untuk menyerap guncangan dari jalan.

b) Pegas Baja dalam Matras

Pegas baja yang terdapat di dalam matras atau kasur untuk memberikan dukungan dan kenyamanan saat tidur.

c) Pegas pada Kunci Putar

Pegas kecil dalam kunci putar untuk mengembalikan kunci ke posisi awal setelah digunakan.

d) Pegas dalam Alat Pemadam Api

Pegas kecil yang digunakan dalam sakelar alat pemadam api untuk memastikan kembali kunci setelah ditekan.

e) Pegas dalam Kait Gantungan Baju

Pegas kecil pada kait gantungan baju untuk membantu membuka dan menutup kait dengan mudah.

f) Pegas dalam Pegangan Pintu

Pegas dalam pegangan pintu yang membantu menahan pintu dalam posisi terbuka atau tertutup.

4.3 Kesimpulan

Hukum Hooke adalah prinsip dalam fisika yang menyatakan bahwa gaya yang diberikan pada pegas elastis akan berbanding lurus dengan perubahan panjang pegas tersebut. Hal ini berarti panjang pegas dipengaruhi oleh seberapa besar beban yang digunakan dan konstanta pegas itu sendiri. Semakin besar beban yang diberika pada pegas dan semakin kecil konstanta pegas maka perpajangan pegas akan semakin panjang. Sebaliknya, jika massa yang digunakan lebih kecil dengan konstanta pegas semakin besar maka perpanjangan pegas akan semakin kecil/pendek. Konstanta pegas dapat dicari dengan menggunakan periode osilasi dan massa yang digunakan. Pada rangkaian seri dan satuan dapat digunakan persamaan 2.7 dan rangkaian pararel dapat digunakan 2.10. Penerapa hukum hooke juga dijumpai pada kehidupan sehari-hari seperti shockbeker pada motor, matras/kasur, gagang pintu putar, dan kursi.

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar I. Bandung: ITB.

Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2013). Fundamentals of Physics (10th ed.). John Wiley & Sons.

Tipler, Paul.1998. Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 1. Jakarta : Erlangga.