MODUL
PRAKTIKUM
2023
Laboratorium Ilmu Dasar Universitas Sumatera Utara
F I S I K A D A S A R
LABORATORIUM FISIKA DASAR SEMESTER
GANJIL
1. PENGUKURAN DAN KETIDAKPASTIAN I. TUJUAN
1. Untuk dapat menentukan hasil pengukuran berulang pada masing-masing alat ukur.
2. Untuk dapat menentukan ketidakpastian mutlak dan relatif pengukuran berulang pada masing-masing alat ukur.
3. Untuk dapat menentukan angka penting dalam hasil pengukuran
II. TEORI
Pengukuran adalah proses untuk memperoleh informasi suatu besaran fisis tertentu, misalnya seperti tekanan (p), suhu (T), tegangan (V), arus listrik (I), dan lain sebagainya. Informasi yang diperoleh dapat berupa nilai dalam bentuk angka (kuantitatif) maupun berupa pernyataan yang merupakan sebuah simpulan (kualitatif). Untuk memperoleh informasi tersebut, maka kita memerlukan alat ukur, misalnya untuk mengetahui tegangan V, arus I, hambatan R kita dapat menggunakan alat multimeter (Pandiangan, 2018).
Pengukuran sangat penting dilakukan sehingga harus dilakukan dengan tepat dan cermat. Dengan demikian gejala ataupun peristiwa yang terjadi dapat diprediksi dengan lebih akurat. Meskipun telah diupayakan secara hati-hati, pengukuran akan selalu disertai dengan ketidakpastian. Ketidakpastian disini adalah kita tidak dapat menentukan secara tepat hasil dari suatu pengukuran.
Beberapa penyebab ketidakpastian adalah kesalahan kalibrasi alat ukur, fluktuasi parameter pengukuran, kesalahan paralaks, kesalahan titik nol dan Nilai Skala Terkecil (NST).
Kesalahan juga dapat terjadi karena lingkungan yang saling mempengaruhi dan tingkat keterampilan pengamat yang berbeda-beda. Oleh karena itu diperlukan suatu metode mengukur dengan benar sehingga diperoleh hasil pengukuran seteliti mungkin. Selain itu, diperlukan pengetahuan bagaimana cara melaporkan hasil pengukuran beserta ketidakpastiannya. Alat ukur adalah suatu perangkat yang dipergunakan untuk menentukan nilai atau besaran suatu variabel fisis. Alat ukur dasar dapat dibagi menjadi dua, yaitu alat ukur analog dan
alat ukur digital. Hasil dari alat ukur analog merupakan hasil pengukuran bernilai kontinu. Contoh dari alat ukur analog adalah pengukuran arus listrik yang ditunjukkan dalam bentuk skala berupa nilai jarum pada ampermeter. Alat ukur digital menunjukkan hasil pengukuran bernilai diskrit dalam jumlah digit tertentu.
Dalam praktikum pengukuran dasar dibutuhkan beberapa alat ukur dasar.
Masing masing alat ukur tersebut memiliki cara tersendiri dalam pengoperasiannya serta cara untuk membaca hasil pengukurannya. Terdapat beberapa pengertian yang sering ditemukan dalam pengukuran yaitu:
1. Presisi, yaitu tingkat atau derajat yang membedakan suatu alat pengukuran tertentu dibandingkan dengan alat ukur lainnya.
2. Akurasi, yaitu kecermatan suatu alat ukur untuk membaca pada nilai yang sebenarnya.
3. Kepekaan, yaitu ratio dari sinyal tanggapan alat ukur terhadap perubahan input dari variable yang diukur.
4. Resolusi, yaitu perubahan terkecil dari nilai pengukuran yang mampu diukur oleh suatu alat ukur.
5. Kesalahan, yaitu penyimpangan dari nilai sebenarnya dalam variabel yang diukur.
A. Nilai Skala Terkecil (NST)
Setiap alat ukur memiliki nilai skala terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Nilai ini disebut sebagai nilai skala terkecil (NST). Ketelitian suatu alat ukur bergantung pada nilai skala terkecil. Sebagai contoh pada gambar di bawah ini adalah mistar yang memiliki skala terkecil 1 mm.
Gambar 2.1 Skala pada mistar B. Skala Nonius
Untuk meningkatkan ketelitian dari suatu alat ukur, manusia berusaha menemukan cara-cara barusehingga alat ukur tersebut menjadi lebih baik dari
sebelumnya. Skala nonius digunakan untukmeningkatkan ketelitian pembacaan alat ukur. Umumnya terdapat suatu pembagian sejumlah skalautama dengan sejumlah skala nonius yang akan menyebabkan garis skala nonius berimpit denganskala utama. Untuk memahami bagaimana ide dari skala nonius, perhatikan gambar alat ukur panjang berikut ini.
Gambar 2.2 Alat Ukur Panjang
Tampak bahwa titik nol pada skala utama dengan skala nonius berimpit,
sedangkan skala 0 lainnya pada nonius
berimput di skala 0,9 cm di skala utama. Maka panjang tiap bagian skala nonius (∆𝑁) dapat dihitung sebagai :
∆𝑁 =0,9 𝑐𝑚
10 = 0,09 𝑐𝑚 (1)
Lalu bagaimana skala terkecil yang dapat diukur oleh alat ukur tersebut?
Perhatikan gambar berikutini. Ketika skala nonius digeser ke kiri sehingga angka ”1” pada skala nonius berimpit dengan stripgaris skala utama, maka akan didapat hasil pengukuran terkecil dari alat ukur ini.
Gambar 2.3 Pengukuran Terkecil Maka hasil pengukuran terkecil yang dapat diukur adalah :
∆𝑈 − ∆𝑁 = 0,1 𝑐𝑚 − 0,09 𝑐𝑚 = 0,01 𝑐𝑚 = 0,1 𝑚𝑚 (2)
Jadi panjang terkecil yang dapat diukur adalah 0,1 mm yang biasanya tertulis pada alat ukur seperti jangka sorong. Untuk lebih memahami bagaimana hasil pengukuran menggunakan jangka sorong perhatikan gambar berikut ini.
Gambar 2.4 Hasil Pengukuran Jangka Sorong
Pada gambar diatas hasil pembacaan pada skala utama (U) (pembacaan tanpa nonius) adalah 6,7 satuan, sedangkan pada skala nonius (N) nilai berimpit dengan skala utama adalah angka 7. Maka hasil nilai yang terbaca adalah :
𝐻𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 = 6,7 + 7
10 𝑥 (10 − 9) 𝑥 0,1 = 6,77 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 (3) C. Ketidakpastian
Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya bahwa setiap pengukuran selalu disertai denganketidakpastian. Karena itu, pengukuran akan mengalami gangguan, sehingga sulit atau tidakmungkin memperoleh nilai sebenarnya dalam suatu pengukuran. Ketidakpastian terdiri dari dua bagian, yakni ketidakpastian mutlak dan ketidakpastian relatif. Masing-masing ketidakpastiantersebut dapat digunakan dalam pengukuran berulang maupun dalam pengukuran tunggal.
1. Ketidakpastian Mutlak
Keterbatasan alat ukur menyebabkan ketidakpastian a. Pengukuran Tunggal
Dalam satu kali pengukuran terhadap variabel (pengukuran tunggal), maka ketidakpastiannya umumnya dinyatakan sebagai setengah dari nilai skala terkecilnya (1
2𝑁𝑆𝑇). Misalkan suatu pengukuran besaran X maka ketidakpastian mutlaknya dalam pengukuran tunggal adalah :
∆𝑥 = 1
2 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑠𝑘𝑎𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙 (4) Dimana ∆𝑥 adalah nilai ketidakpastian pengukuran, sehingga hasil pengukurannya dapat dilaporkan sebagai :
𝑋 = 𝑥 + ∆𝑥 (5)
b. Pengukuran Berulang
Untuk pengukuran berulang, hasil pengukuran dapat dinyatakan dengan menggunakan kesalahansetengah rentang atau dapat juga menyatakannya dengan menggunakan standar deviasi.
1) Ketidakpastian Setengah Rentang
Pada pengukuran berulang, cara menghitung ketidakpastian berbeda dengan pengukuran tunggal. Dengan menggunakan metode kesalahan setengah rentang, maka ketidapastian dari suatu pengukran berulang dapat di peroleh. Caranya adalah sebagai berikut:
a) Kumpulkan sejumlah hasil pengukuran berulang pada besaran yang akan diukur. Misalnya dilakukan pengukuran sebanyak n kali, yaitu 𝑥1, 𝑥2, … 𝑥𝑛.
b) Kemudian mencari nilai rata-ratanya 𝑥 𝑥 = ∑𝑛𝑖=1 𝑥𝑖
𝑛
(6)
Ketidakpastian pengukuran dapat dituliskan sebagai:
∆𝑥 = 𝑥𝑚𝑎𝑥−𝑥𝑚𝑖𝑛
2 (7)
Dimana 𝑥𝑚𝑎𝑥 adalah nilai data terbesar (maksimum) dan 𝑥𝑚𝑖𝑛 adalah nilai data terkecil. Dengan demikian, maka untuk menyatakan hasilnya dapat dilaporkan sebagai:
𝑋 = 𝑥 ± ∆𝑥 (8) 2) Ketidakpastian Pengukuran dengan Standar Deviasi
Dalam menyatakan kesalahan dengan standar deviasi (simpangan baku), maka kesalahan tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan:
∆𝑥 = √∑
𝑛
𝑖=1 (𝑥𝑖−𝑥)2
𝑛−1 = √𝑛 ∑
𝑛
𝑖=1 𝑥𝑖2−(∑𝑛𝑖=1 𝑥𝑖)2 𝑛(𝑛−1)
(9)
Sehingga laporan hasil pengukruan dilaporkan sebagai:
𝑋 = 𝑥 ± ∆𝑥 (10) Arti dari persamaan diatas adalah bahwa nilai pengukuran yang benar dari besaran X adalah terletak dalam selang (𝑥 − ∆𝑥) dengan (𝑥 + ∆𝑥).
2. Ketidakpastian Relatif
Ketidakpastian relatif didefinisikan sebagai perbandingan ketidakpastian mutlak dengan hasil pengukuran yang dapat dinyatakan sebagai :
𝐾𝑇𝑃𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑓 = ∆𝑥
𝑥
(11)
Dengan demikian, maka hasil pengukuran dapat dinyatakan sebagai:
𝑋 = 𝑥 ± (𝐾𝑇𝑃 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑓 𝑥 100%) (12) a. Perambatan Ketidakpastian (Ketidakpastian pada Fungsi Variabel)
Jika variabel dalam pengukuran merupakan fungsi dari variabel lain yang juga memiliki ketidakpastian, maka variabel tersebut tentu akan memiliki ketidakpastian. Kedaaan seperti ini disebut sebagai perambatan ketidakpastian. Ketidakpastian variabel yang merupakan hasil operasivariabel-variabel lain yang disertai oleh ketidakpastian dapat dilihat dalam Tabel 1.1 di bawah ini.
Tabel 1.1 Perambatan Ketidakpastian Nilai yang
terukur
KTP Relatif (%)
Angka penting
Hasil Penulisan
1,341 x 103
0,1 4 (1,341 ± 0,001) 𝑥 103) 1 3 (1,34 ± 0,01) 𝑥 103)
10 2 (1,3 ± 0,1) 𝑥 103)
Tabel 1.2 Perambatan Ketidakpastian
Variabel Operasi Hasil Ketidakpastian
𝑎 ± ∆𝑎 𝑏 ± ∆𝑏
Penjumlahan 𝑝 = 𝑎 + 𝑏 ∆𝑝 = ∆𝑎 + ∆𝑏 Pengurangan 𝑞 = 𝑞 − 𝑏 ∆𝑞 = ∆𝑎 + ∆𝑏
Perkalian 𝑟 = 𝑎 𝑥 𝑏 ∆𝑟
𝑟 = ∆𝑎 𝑎 +∆𝑏
𝑏
Pembagian 𝑠 =𝑎
𝑏
∆𝑠 𝑠 = ∆𝑎
𝑎 +∆𝑏 𝑏
Pangkat 𝑡 = 𝑎𝑛 ∆𝑡
𝑡 = 𝑛∆𝑎 𝑎
3. Angka Penting (Significant Figures)
Angka penting adalah jumlah digit angka yang dilaporkan sebagai hasil pengukuran. Angka penting berkaitan dengan ketidakpastian relatif (dalam
%). Apabila ketidakpastian relatif semakin kecil,maka hal tersebut menjukkan bahwa mutu pengukuran semakin tinggi. Hal ini juga berarti bahwaketelitian pengukuran semakin tinggi. Secara praktis, hubungan antara ketidakpastian (KTP relatif) dengan angka penting (AB) adalah:
𝐴𝐵 = 1 − 𝑙𝑜𝑔 (𝐾𝑇𝑃 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑓) (13)
III. TUGAS PERSIAPAN
1. Jelaskan mengenai pengukuran dan ketidakpastian!
2. Sebutkan ketelitian dari beberapa alat ukur berikut:
a. Mistar
b. Jangka sorong c. Mikrometer sekrup d. Neraca digital
3. Pak Arifin mengukur ketebalan uang logam menggunakan mikrometer sekrup dan diperoleh hasil bahwa ketebalan uang logam adalah 1,80 mm. Penulisan hasil pengukuran yang tepat adalah?
4. Pengukuran diameter dan tinggi sebuah silinder adalah (80,0 ± 0,05) cm dan (25,0 ± 0,05) cm. Nilai presentase ketidakpastian volume silinder tersebut adalah?
IV. PERALATAN DAN BAHAN 5. 1 Peralatan
1. Penggaris
Fungsi : sebagai alat ukur panjang.
2. Jangka Sorong
Fungsi : sebagai alat ukur panjang.
3. Mikrometer Sekrup
Fungsi : sebagai alat ukur panjang 4. Neraca Digital
Fungsi : sebagai alat ukur massa.
5. Amperemeter
Fungsi : sebagai alat ukur arus.
5. 2 Bahan 1. Besi
Fungsi: sebagai benda yang diukur panjang 2. Beban
Fungsi: sebagai benda yang diukur massanya.
3. Power Supply
Fungsi: sebagai alat yang diukur arusnya V. PROSEDUR PERCOBAAN
5. 1Pengukuran panjang dan dimeter besi dengan mistar, jangka sorong, dan micrometer sekrup
1. Diambil mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup
2. Dilakukan pengukuran panjang terhadap besi dengan 3 kali pengukuran menggunakan mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup. Dicatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengamatan disertai ketidakpastiannya.
3. Dilakukan pengukuran diameter terhadap besi dengan 3 kali pengukuran menggunakan mistar, jangka sorong, dan micrometer sekrup.
4. Dicatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengamatan.
5. 2 Pengukuran massa beban dengan neraca digital 1. Diambil neraca digital
2. Dilakukan pengukuran massa pada beban dengan variasi (20 g dan 50 g) sebanyak 3 kali pada tiap variasi menggunakan neraca digital.
3. Dicatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengamatan.
5. 3Pengukuran arus power supply dengan amperemeter 1. Diambil amperemeter
2. Dilakukan pengukuran arus pada power supply dengan variasi (10 A dan 20 A) sebanyak 3 kali pada tiap variasi menggunakan amperemeter.
3. Dicatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengamatan.
VI. DATA PERCOBAAN
6.1 Hasil pengukuran panjang dan dimeter besi dengan mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup
No
Benda yang diukur
Besaran yang diukur
Hasil pengukuran Mistar
(m)
Jangka sorong
(m)
Mikrometer sekrup
(m)
1 Besi Panjang
Diameter
6.2 Hasil pengukuran massa beban dengan neraca digital No Benda yang
diukur Variasi massa Hasil pengukuran Neraca (g)
1 Beban 20 g
6.3 Hasil pengukuran arus power supply dengan amperemeter No Benda yang
diukur Variasi arus Hasil pengukuran Amperemeter (A)
1 Power Supply 20 A
VII. ANALISA DATA
1. Menghitung ketidakpastian mutlak pada tiap pengukuran (panjang diameter, massa, dan arus) berulang
∆𝑥 = 1
𝑁√𝑁 ∑ 𝑥𝑖2− (∑ 𝑥𝑖)2 𝑁 − 1
Keterangan
∆𝑥 = ketidakpastian mutlak
N = banyaknya pengukuran berulang
∑ 𝑥𝑖= Jumlah data pengukuran yang terbaca
2. Menghitung ketidakpastian relatif pada tiap pengukuran (panjang diameter, massa, dan arus) berulang
𝐾𝑇𝑃 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑓 =∆𝑥
𝑥 × 100%
Keterangan
KTP Relatif = ketidakpastian relatif
∆𝑥 = ketidakpastian mutlak
𝑥 = rata-rata hasil pengukuran yang terbaca (𝑥 =∑ 𝑥𝑖
𝑁 )
3. Menentukan hasil pengukuran pada tiap pengukuran (panjang diameter, massa, dan arus) berulang
𝐻𝑃 = 𝑥 ± ∆𝑥
VIII. ULASAN
1. Mengapa digunakan sistem pengukuran berulang pada praktikum pengukuran ini?
2. Bagaimana pengaruh ketidakpastian mutlak (∆𝑥) terhadap hasil pengukuran?
3. Tentukan berapa angka penting pada masing-masing hasil pengukuran pada praktikum ini!
2. ALAT UKUR DAN PENGUKURAN I. TUJUAN
1. Untuk mengetahui macam-macam alat ukur panjang.
2. Untuk mengetahui cara penggunaan dan cara membaca alat ukur panjang (mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup).
3. Untuk membaca dan menulis skala dengan benar dan menghitung hasil pengukuran yang telah didapatkan.
II. TEORI
Pengukuran adalah bagian dari keterampilan Proses Sains yang merupakan pengumpulan informasi baik secara kuantitatif maupun secara kualitatif. Dengan melakukan pengukuran, dapat diperoleh besarnya atau nilai suatu besaran atau bukti kualitatif. Pengukuran adalah membandingkan antara suatu besaran dengan besaran lain yang sejenis yang dijadikan acuan.
Apabila seseorang melakukan pengukuran terhadap suatu obyek dengan cara berulang-ulang dan diperoleh hasil yang hampir sama dari masing-masing pengukuran bila dibandingkan harga rata-rata pengukuran yang berulang-ulang tersebut, maka dikatakan proses pengukuran itu mempunyai ketepatan yang tinggi.
Sedangkan, teliti dalam suatu pengukuran memiliki dua makna, pertama teliti yang dikaitkan dengan apakah hasil suatu pengukuran persis atau mendekati sama dengan ukuran yang sudah ditentukan dan yang kedua teliti yang dikaitkan dengan proses pengukuran itu sendiri (Riskawati, 2018).
Sebagai contoh, pengukuran besaran panjang dengan menggunakan penggaris (mistar), mikrometer sekrup dan jangka sorong. Ketiga alat ukur ini memiliki tingkat ketelitian yang berbeda-beda.
Gambar 1. Penggaris (Mistar)
Penggaris adalah sebuah alat pengukur dan alat bantu gambar untuk menggambar garis lurus. Terdapat berbagai macam penggaris, dari mulai yang lurus sampai yang berbentuk segitiga (biasanya segitiga siku-siku sama kaki dan segitiga siku- siku 30° & 60°).
Gambar 2. Micrometer Sekrup
Micrometer sekrup adalah alat yang digunakan untuk mengukur panjang sebuah benda kecil secara elektronika. Micrometer scrup memiliki ketelitian sepuluh kali lebih teliti daripada jangka sorong, ketelitian micrometer scrup adalah 0,01 cm sehingga 25,00 mm atau ketelitian micrometer scrup adalah setengah dari skala terkecilnya, jadi ketelitian micrometer scrup adalah
½ * 0,01 mm= 0,005 mm atau 0,0005 cm
Micrometer scrup juga digunakan untuk mengukur ketebalan suatu benda.
Karena mikrometer scrup adalah alat ukur yang melihat dan mengukur benda dengan suatu ukuran yang sangat kecil.
Gambar 3. Jangka Sorong
Jangka sorong adalah alat ukur yang ketelitiannya dapat mencapai seperseratus milimeter. Terdiri dari dua bagian, bagian diam dan bagian bergerak. Pembacaan hasil pengukuran sangat bergantung pada keahlian dan ketelitian pengguna maupun alat.
Sebagian keluaran terbaru sudah dilengkapi dengan display digital. Pada versi analog, umumnya tingkat ketelitian adalah 0.05mm untuk jangka sorong dibawah 30cm dan 0.01 untuk yang diatas 30cm (Wahyuni, 2022).
III. TUGAS PERSIAPAN
1. Jelaskan pengertian skala utama dan skala nonius!
2. Tuliskan fungsi lock nut pada mikrometer sekrup!
3. Apa saja perbedaan antara mistar, jangka sorong dan mikrometer sekrup?
4. Jelaskan cara membaca skala nonius yang benar!
IV. PERALATAN DAN BAHAN 4.1 Peralatan
1. Penggaris (Mistar)
Fungsi: sebagai alat untuk mengukur panjang suatu benda atau jarak antara dua titik.
2. Jangka sorong
Fungsi: sebagai alat untuk mengukur ketebalan, diameter dan panjang suatu
benda dengan tingkat akurasi 0,01 cm 3. Mikrometer Sekrup
Fungsi: sebagai alat untuk mengukur ketebalan, diameter dan panjang suatu
benda dengan tingkat akurasi 0,01 mm 4.2 Bahan
1. Gelas Kaca
Fungsi: sebagai bahan yang akan diukur ketebalannya 2. Uang Logam
Fungsi: sebagai bahan yang akan diukur ketebalannya
3. Kertas HVS
Fungsi: sebagai bahan yang akan diukur ketebalannya V. PROSEDUR PERCOBAAN
a. Pengukuran dengan Penggaris (Mistar)
1. Tempatkan skala nol pada mistar sejajar dengan salah satu ujung benda.
2. Perhatikan ujung benda lainnya, lalu bacalah skala pada mistar yang sejajar dengan ujung benda tersebut.
3. Ukurlah panjang dan lebar kertas HVS masing-masing sebanyak 3 kali dan catatlah hasil pengukuran kedalam tabel.
4. Dari tabel di atas hitung rata-rata diameter ketiga objek yang diukur.
5. Hitunglah selisih nilai setiap data dengan nilai rata-rata, kemudian tuliskan hasilnya dalam tabel.
6. Tulislah hasil pengukuran (hasil pengukuran = rata-rata ketidakpastian)
b. Pengukuran dengan Jangka Sorong
1. Awal persiapan, kendurkan baut pengunci dan geser rahang geser, pastikan rahang geser bekerja dengan baik. Cek ketika rahang tertutup harus menunjukkan angka nol.
2. Tutup rahang hingga mengapit benda yang diukur. Pastikan posisi benda sesuai dengan pengukuran yang ingin diambil. Lalu membaca skalanya.
3. Ukurlah diameter bagian luar gelas, diameter bagian dalam gelas, kedalaman air dalam gelas, masing-masing sebanyak 3 kali dan catat hasil pengukurannya dalam tabel.
4. Dari tabel di atas hitung rata-rata diameter ketiga objek yang diukur.
5. Hitunglah selisih nilai setiap data dengan nilai rata-rata, kemudian tuliskan hasilnya dalam tabel.
6. Tulislah hasil pengukuran (hasil pengukuran = rata-rata ketidakpastian)
c. Pengukuran dengan Mikrometer Sekrup
1. Letakkan objek yang akan diukur diantara landasan dan sekrup,
2. Putar timbal dan pemutar roda hingga objek terjepit oleh landasan dan sekrup,
3. Putar pengunci pada lock nut agar pemutar tidak bergerak lagi, 4. Baca hasil pengukuran pada skala utama dan skala nonius.
5. Ukurlah ketebalan dinding gelas minumam, ketebalan kertas HVS dan tebal uang logam masing-masing sebanyak 3 kali dan catat hasil pengukurannya dalam tabel.
6. Dari tabel di atas hitung rata-rata dari ketebalan gelas, uang logam dan ketebalan kertas A4.
7. Hitunglah selisih nilai setiap data dengan nilai rata-rata dan catat pada tabel.
8. Tulislah hasil pengukuran (hasil pengukuran = rata-rata ketidakpastian)
VI. DATA PERCOBAAN
a. Tabel Pengukuran dengan Penggaris (Mistar)
No. Nama Bahan Panjang Lebar
1. Gelas Kaca 2. Uang Logam 3. Kertas HVS
b. Tabel Pengukuran dengan Jangka Sorong
No. Ketebalan Gelas Ketebalan Logam Ketebalan Kertas Skala
Utama
Skala Nonius
Skala Utama
Skala Nonius
Skala Utama
Skala Nonius 1.
2.
3.
c. Tabel Pengukuran dengan Mikrometer Sekrup
No. Ketebalan Gelas Ketebalan Logam Ketebalan Kertas Skala
Utama
Skala Nonius
Skala Utama
Skala Nonius
Skala Utama
Skala Nonius 1.
2.
3.
VII. ANALISIS DATA 1. Menghitung % Deviasi
%𝐷𝑒𝑣𝑖𝑎𝑠𝑖 = ∆𝑥̅ = √(𝑥1−𝑥̅)2+(𝑥2−𝑥̅)2+(𝑥3−𝑥̅)2
𝑛(𝑛−1)
2. Menghitung Ketelitian Ketelitian = |1 −∆𝑥̅
𝑥̅| × 100%
VIII. ULASAN
1. Dari percobaan yang dilakukan alat manakah yang lebih akurat?
Jelaskan alasan anda
2. Jelaskan bagaimana cara penggunaan jangka sorong yang tepat!
3. Jelaskan bagaimana cara penulisan skala dengan benar!
3. ELASTISITAS I. TUJUAN
● Untuk mengetahui sifat fisik keelastisan suatu bahan.
● Untuk menghitung modulus elastisitas jenis logam yang digunakan.
● Untuk mengetahui hubungan antara perubahan panjang kawat dengan penambahan beban dan hubungannya dengan hukum Hooke.
II. TEORI
Hukum Hooke menyatakan perbandingan tegangan terhadap regangan bernilai konstan jika deformasi kecil. Maksud dari deformasi kecil adalah perubahan bentuk masih elastis, sehingga bahan tersebut dapat kembali ke posisi semula, apabila gaya yang dikerjakan ditiadakan.
Tegangan= 𝜎 = 𝐹
𝐴……….….……….(2.1) Regangan = 𝜀 = ∆𝐿
𝐿………...…………...(2.2) Modulus Young= 𝛾 =
𝐹 𝐴
∆𝐿 𝐿
……… (2.3)
Gambar Diagram tegangan-vs-regangan
Gambar diagram diatas memperlihatkan persentase perubahan panjang (ΔL). Tegangan dan regangan <1% adalah batas proporsional sampai titik A.
Hubungan proporsional antara tegangan dan regangan dalam daerah ini disebut Hukum Hooke. Mulai A sampai B tegangan dan regangan tidak proporsional, tetapi walaupun demikian, bila beban ditiadakan antara titik 0 dan B, bahan akan
kembali kepada panjang semula. Diantara titik 0 dan B adalah daerah elastis dimana titik B merupakan batas elastis.
Jika bahan ditambah dengan beban, regangan akan bertambah dengan cepat, tetapi apabila beban dilepaskan melalui titik B, misalkan di titik C, bahan tidak akan kembali ke panjang awalnya, melainkan akan mengikuti garis putus- putus. Penambahan beban melampaui titik C sampai titik D, menyebabkan bahan putus. Dari titik B sampai titik D, bahan bersifat plastis. Jika antara batas elastis dan titik putus terjadi deformasi plastis yang besar, bahan dikatakan kenyal.
Sebaliknya jika bahan putus setelah melewati batas elastis, bahan dikatakan rapuh.
Semua benda "kaku" adalah elastis pada kondisi tertentu, yang berarti bahwa kita dapat ubah dimensinya sedikit dengan cara menarik, mendorong, memutar, atau menekan. Regangan ΔL/L dalam suatu spesimen seringkali dapat diukur dengan mudah dengan suatu alat pengukur regangan. Meskipun modulus Young untuk suatu benda mungkin hampir sama untuk tegangan dan kompresi, kekuatan suatu objek mungkin berbeda untuk kedua jenis stres. Beton, misalnya, sangat kuat dalam menahan atau modulus tekan yang besar tetapi sangat lemah dalam ketegangan atau kekuatan Tarik (Halliday, 2018).
III. TUGAS PERSIAPAN
1. Apa yang kamu ketahui tentang Modulus Young (𝛾) !
2. Tuliskan nilai Modulus Young untuk baja, kuningan, dan aluminium dalam Satuan Internasional !
3. Jelaskan bagaimana suatu bahan dikatakan elastis !
IV. PERALATAN
1. Kawat (Baja dan kuningan) 2. Alat Modulus Young 3. Mikrometer sekrup 4. Meteran
5. Beban Tetap 6. Beban Variabel 7. Tiang penyangga 8. Stopwatch
V. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Ditentukan jenis bahan (kawat) yang akan digunakan.
2. Diukur panjang kawat dengan menggunakan meteran.
3. Diukur diameter kawat dengan menggunakan mikrometer sekrup.
4. Digantung beban tetap di pengait sebelah kiri pada alat modulus bersamaan dengan dihidupkannya stopwatch selama waktu yang ditentukan.
5. Dilihat kesetimbangan air, jika belum setimbang diputar mikrometer sekrup agar air berada dalam posisi setimbang.
6. Dilihat skala pada mikrometer sekrup lalu dicatat di data percobaan untuk penambahan beban (m= 0 kg).
7. Dilakukan prosedur yang sama untuk massa beban 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 dan 1 kg.
8. Pada saat massa beban 1 kg, hasil pertambahan panjang untuk penambahan dan pengurangan massa beban hasilnya sama.
9. Dilakukan pengurangan massa beban dari 0,8; 0,6; 0,4; 0,2; hingga 0 kg dengan prosedur yang sama dengan penambahan massa beban.
10. Dicatat hasilnya pada data percobaan.
VI. DATA PERCOBAAN
Jenis Bahan = ………
Panjang (l) = ………….m Diameter (d) = ………….m
Jari-jari (r) = ………….m
Tabel Data Massa
beban (kg)
Pertambahan panjang ( m ) 𝑥 = 𝑥1+ 𝑥2
2 (m)
∆𝐿 = 𝑥𝑛 − 𝑥1 (m) Penambahan
beban ( 𝑥1)
Pengurangan beban (𝑥2) 0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
VII. ANALISIS DATA g = 9,8𝑚
𝑠2
𝑙 =………..m 𝐴 = 𝜋𝑟2 Slope =
1. Membuat grafik ΔL – vs – m
2. Menghitung nilai Modulus Young dari bahan yang digunakan 𝛾𝑝 = 𝑔 𝑥 𝑙
𝐴 𝑥 𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒 3. Menghitung persen deviasi
% 𝐷𝑒𝑣𝑖𝑎𝑠𝑖 = |𝛾𝑡− 𝛾𝑝
𝛾𝑡 | 𝑥 100%
VIII. ULASAN
1. Bandingkan hasil untuk Modulus Young ( γ ) yang diperoleh dengan data dari referensi .
2. Tuliskan faktor-faktor yang menjadi sumber ralat dalam penentuan nilai γ.
4. KALOR LISTRIK
I. TUJUAN
1. Untuk mengetahui prinsip kerja dari kalor listrik.
2. Untuk menentukan nilai tara kalor listrik dengan calorimeter.
II. TEORI
Arus listrik akan menimbulkan panas pada suatu kawat tahanan yang dialirinya. Jika kawat tahanan ini dimasukkan dalam zat cair, maka energi panas itu diberikan kepada zat cair sehingga suhunya akan naik. Apabila perpindahndahan panas tersebut dapat berlangsung, maka banyaknya panas yang ditimbulkan oleh kawat berarus sama dengan jumlah panas yang diambil oleh calorimeter beserta isinya berupa air, pengaduk, calorimeter dan thermometer.
Jumlah panas yang ditimbulkan oleh arus listrik adalah:
𝐸 = 𝑉 𝑖 𝑡 = 𝑖2𝑅𝑡 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒, 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑄 = 𝑎𝑖2𝑅𝑡 𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖 (1) Dimana, Q adalah jumlah panas yang ditimbulkan oleh tahanan,
i adalah kuat arus listrik (ampere) V adalah tegangan pada tahanan (Volt) t adalah lamanya percobaan (detik) R adalah tahanan (ohm)
(1/a) adalah nilai tara kalor litrik
Jumlah panas yang diterima calorimeter beserta isinya adalah:
𝑄 = 𝐻(𝑡𝑎− 𝑡𝑚)𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖 (2)
Dimana, 𝑡𝑎 adalah temperature akhir kalirimeter dan 𝑡𝑚 adalah temperature awal calorimeter.
𝐻 = 𝑚𝑎𝑐𝑎+ 𝑚𝑝𝑐𝑝+ 𝑚𝑐𝑢𝑐𝑐𝑢+ 𝑉𝑡ℎ𝑐𝑡ℎ (3) Dimana: H adalah harga air calorimeter dengan isinya, 𝑚𝑎 adalah massa air, 𝑐𝑎 adalah panas jenis air, 𝑚𝑝 adalah massa pengaduk, 𝑐𝑝 adalah panas jenis pengaduk, 𝑚𝑐𝑢 adalah massa kalorineter tembaga, 𝑐𝑐𝑢 adalah panas jenis
tembaga, 𝑉𝑡ℎ adalah volume thermometer tercelup, 𝑐𝑡ℎ adalah panas jenis thermometer.
Dengan menyamakan pers (1) dan (2), diproleh persamaan:
𝐻(𝑡𝑎− 𝑡𝑚) = 𝑎𝑖2𝑅𝑡 (4)
Pertukaran panas antara calorimeter dengan lingkungan selama percobaan, bila suhu calorimeter tidak begitu jauh dengan suhu sekitarnya. Maka pengaruh suhu ruangan dapat dinyatakan dengan rumus pertukaran kalor Newton, yaitu:
∆𝑡 = −𝐾( 𝑡𝑐− 𝑡𝑟) 𝑇 (5)
Dimana: ∆𝑡 adalah kelebihan atau kekurangan suhu (akibat pengaruh suhu ruang K adalah konstanta pertukaran kalor
𝑡𝑐 adalah suhu calorimeter rata-rata 𝑡𝑟 adalah suhu rata-rata
T adalah selang waktu lama percobaan.
III. TUGAS PERSIAPAN
1. Apa yang dimaksud dengan kalor?
2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan tara kalor listrik!
3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan tara kalor mekanik, dan jelaskan perbedaanya dengan tara kalor listrik!
4. Apa hubungan antara energy listrik dengan energi panas?
5. Sebutkan dan jelaskan hukum yang berkaitan dengan percobaan ini?
IV. PERALATAN DAN BAHAN A. Alat dan Fungsi
1. Calorimeter Yang terdiri dari:
● Pengaduk
Fungsi: Untuk mengaduk air agar suhu air pada calorimeter merata.
● BOX-kalorimeter
Fungsi: untuk meletakan pengaduk dan thermometer pada calorimeter.
● Kalorimeter kosong
Fungsi: Sebagai wadah untuk meletakkan air dan untuk menyerap kalor yang dihasilkan.
2. Stopwatch
Fungsi: Untuk mengukur waktu selama terjadinya perubahan temperature pada kalorimeter.
3. DC Voltmeter
Fungsi: Untuk mengukur tegangan yang dihasilkan.
4. DC Amperemeter
Fungsi: Untuk mengukur arus yang dihasilkan.
5. Power supply
Fungsi: Untuk menghasilkan energi listrik.
6. Tahanan geser
Fungsi: Untuk mengatur besar arus yang diinginkan.
7. Gelas ukur
Fungsi: Untuk mengukur banyak volume yang tercelup.
8. Termometer
Fungsi: Untuk mengukur suhu.
9. Lup
Fungsi: Untuk mengamati temperature pada thermometer.
10. Neraca TBB
Fungsi: Untuk mengukur massa calorimeter dan air.
11. Kabel penghubung
Fungsi: Untuk menghubungkan rangkaian.
B. Bahan dan Fungsi 1. Air
Fungsi: Sebagai bahan dalam zat cair.
V. PROSEDUR PERCOBAAN 1. Menyiapkan alat dan bahan.
2. Timbanglah calorimeter kosong (𝑚𝑐𝑢) dan juga massa pengaduknya (𝑚𝑝).
3. Isi calorimeter dengan air (kira-kira 1/3 dari volume kalorimeter) dan timbang lagi calorimeter untuk mengetahui massa calorimeter setelah diisi air.
4. Pasangkan thermometer hingga ujungnya tercelup kedalam air.
5. Ukur thermometer yang tercelup dalam air (𝑉𝑡ℎ). Dilakukan dengan memasukkan bagian tersebut kedalam gelas pengukur yang telah berisi air. Volume thermometer yang tercelup dalam air dapat diketahui dengan mengukur selisih ketinggian air (sebelum thermometer dicelupkan dengan setelah thermometer dicelupkan) dalam gelas pengukur.
6. Hubungkan power supply dengan ampermeter. Lalu pada voltmeter dihubungkan dengan BOX-kalorimeter dari dua elektroda. Lalu atur hambatan geser agar arus dapat diubah.
7. Catat suhu calorimeter mula-mula (𝑡𝑚) sebelum dialiri arus dan suhu ruang sebelum percobaan.
8. Hubungkan rangkaian ke sumber tegangan dan atur tahanan geser sehingga arus listrik (i) sebesar 2 A. percobaan dilakukan selama 5 menit. Selama percobaan arus harus dijaga konstan, dengan mengatur tahanan geser. Aduklah calorimeter setiap saat dengan perlahan-lahan dan teratur.
9. Perhatikan setiap kenaikan suhu calorimeter dan tegangannya setiap 2 menit (V).
10. Setelah 6 menit, matikan power supply.
11. Amati terus thermometer, dan setelah suhu air tidak naik lagi, catat suhu sebagai suhu akhir (𝑡𝑎).
VI. DATA PERCOBAAN
Suhu Ruang (awal) : (℃) Waktu selama elemen dialiri arus (t ) : 6 menit = sekon Panas jenis tembaga (𝑐𝑐𝑢) : 0.093 kal/gram ℃
Panas jenis pengaduk (𝑐𝑝) : 0.107 kal/gram ℃ Panas jenis termometer (𝑐𝑡ℎ) : 0.46 kal/cc ℃
No 𝑚𝑐𝑢 (gram)
Massa Kalori
meter + air yang ditamb
ahkan (gram)
Massa air dalam kalorimet
er (𝑚𝑎) (gram)
𝑉𝑡ℎ (cm)
𝑚𝑝 (gram)
𝑡𝑚 (℃)
i (A) 𝑡𝑎 (℃)
Tegangan tiap 2 menit (V)
1
2
VII. ANALISIS DATA
1. Menentukan tegangan rata-rata yang dihasilkan selama 2 menit 𝑉 = 𝑉1+ 𝑉2 + 𝑉3
3
2. Menghitung jumlah panas yang dihasilkan (Q) 𝑄 = 𝐻(𝑡𝑎− 𝑡𝑚)𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖 𝐻 = 𝑚𝑎𝑐𝑎+ 𝑚𝑝𝑐𝑝+ 𝑚𝑐𝑢𝑐𝑐𝑢+ 𝑉𝑡ℎ𝑐𝑡ℎ
3. Menghitung harga tahanan elemen panas (R ) dari hasil pembacaan Voltmeter dan ampermeter
𝑉 = 𝑖 𝑅
4. Menghitung energi listrik yang dihasilkan oleh elemen panas selama percobaan
𝐸 = 𝑉 𝑖 𝑡
5. Menghitung besar tara kalor listrik 𝐻(𝑡𝑎− 𝑡𝑚) = 𝑎𝑖2𝑅𝑡
VIII. ULASAN
1. Apa artinya jika nilai konstanta pertukaran kalor (k) bernilai negative?
Jelaskan!
2. Jelaskan kegunaan konstanta pertukaran kalor, jika diperhitungkan?
3. Dapatkah dalam percobaan ini digunanakan arus bolak-balik (AC)?
Jelaskan!
5. RESONANSI BUNYI
I. TUJUAN
Menentukan kecepatan bunyi di udara secara praktek
Mengetahui terjadinya peristiwa resonansi bunyi
Mengetahui prinsip kerja tabung resonansi
II. TEORI
Dalam fisika bunyi merupakan salah satu topik yang sangat menarik untuk di pelajari dan secara langsung bunyi sudah kita terapkan dalam kehidupan seharihari. Bunyi sangat menarik di pelajari karena banyak dari contoh-contoh bunyi yang dapat kita temukan di sekitar kita. Bunyi merupakan salah satu fenomena yang abstrak karena tidak dapat di amati secara langsung dengan mata tetapi dapat di amati melalalu indra pendengaran. Salah satu cara untuk dapat mengetahui cepat rambat gelombang bunyi adalah dengan mengamati resonansi gelombang bunyi. Resonansi sangat berguna karena dapat digunakan untuk mencari nilai dari besaranbesaran yang berkaitan dengan gelombang bunyi seperti, nilai dari cepat rambat, panjang gelombang, dan nada dasar dari suatu sumber bunyi. Peristiwa resonansi dapat di amati salah satunya dengan menggunakan bantuan pipa organa (Wisesa,2019).
Resonansi gelombang bunyi pada tabung terjadi ketika panjang gelombang dan panjang pipa sesuai sedemikian sehingga terdapat superposisi antara gelombang datang yang dihasilkan oleh sumber bunyi dan gelombang pantul yang menjalar berlawanan dengan arah gelombang datang, superposisi ini membentuk pola-pola gelombang stasioner yang memiliki perut dan simpul gelombang. Selain perut dan simpul, rapatan dan regangan molekul udara terdapat di sepanjang kolom resonansi. Rapatan menunjukan densitas molekul udara rendah yang mengakibatkan tekanan udara meningkat, sedangkan regangan menunjukkan densitas molekul udara tinggi yang mengakibatkan tekanan udara menurun.
Sehingga titik perut untuk simpangan gelombang merupakan titik simpul untuk
tekanan udara, dan titik simpul simpangan gelombang merupakan titik puncak dari tekanan udara (Sintya, 2022).
Dalam suatu tabung, ujung yang tertutup merupakan simpul simpangan, karena pada ujung-ujung ini molekul-molekul udara tidak dapat bergerak bebas.
Sedangkan ujung tabung yang terbuka merupakan perut simpangan karena pada ujung-ujung ini molekul-molekul udara dapat bergerak bebas. Oleh karena itu dalam peristiwa resonansi dalam tabung udara, panjang tabung merupakan kelipatan dari 1/4λ.
L = (2n − 2)(λ/4) −ΔL , kedua ujung terbuka (2.1) L = (2n − 1)(λ/4) −ΔL, satu ujung tertutup (2.2) Dimana:
L = panjang kolom udara ketika terjadi resonansi (m) n = resonansi ke-n (n = 1,2,3, ... , dst)
λ = panjang gelombang (m)
ΔL = panjang koreksi ujung tabung (m) Karena :
λ=v
f (2.3)
dengan : v = kecepatan bunyi (m/s) f = frekuensi bunyi speaker (Hz)
$ $ $ $
On
Frekuensi Attenuator Off Amplitudo
PLN
Resevoir air
Kolom Udara
Speaker
Tabung berskala
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarannya berimpit dengan arah perambatannya. Umumnya gelombang longitudinal terdiri atas rapatan dan regangan. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang pada pada bunyi, gelombang pada slinky dan gelombang pada air. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah perambatannya. Pada gelombang transversal akan kita jumpai bukit dan lembah. Contoh gelombang transversal adalah gelombang pada tali dan gelombang pada permukaan air.
Gambar 2.1 Gelombang transversal Gambar 2.2 Gelombang longitudinal
III. TUGAS PERSIAPAN
1. Tuliskan sifat dan syarat terjadinya resonansi bunyi !
2. Tuliskan nilai cepat rambat bunyi di udara beserta sertakan juga rumusnya ! 3. Jelaskan pembagian gelombang berdasarkan arah getarnya dan berikan
contohnya !
IV. PERALATAN 1. Tabung berskala 2. Speaker
3. Signal generator 4. Jangka sorong 5. Reservoir air 6. Termometer digital 7. Kabel Penghubung
V. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Diukur diameter tabung dengan menggunakan jangka sorong.
2. Diukur suhu kamar dengan menggunakan termometer digital.
3. Diangkat reservoir air hingga mengalir dekat dengan ujung atas tabung.
4. Disambungkan speaker dan hidupkan signal generator.
5. Diatur frekuensi pada signal generator dan frekuensi yang digunakan sebesar 3000 Hz.
6. Diturunkan secara perlahan-lahan reservoir air tersebut hingga terdengar bunyi yang melengking yang menandai bahwa telah terjadi resonansi.
7. Dilihat perubahan panjangnya pada tabung skala.
8. Dicatat perubahan panjangnya dalam satuan meter.
9. Diulangi langkah ke 6 ,7, dan 8 hingga terdengar bunyi melengking sebanyak 5 kali.
VI. DATA PERCOBAAN
Diameter tabung : 0,0366 m ; R = 0,0183 m
Frekuensi : 3000 Hz
Suhu Kamar (awal) : oC Suhu Kamar (akhir) : oC Tabel Data
NO L(m) λ (m) v (msˉ1)
1.
2.
3.
4.
5.
VII. ANALISIS DATA
1. Dihitung koreksi ujung tabung ΔL = 0,6 ∙ R
2. Menghitung panjang gelombang (λ)
Rumus menghitung panjang gelombang untuk ujung tertutup L = (2n − 1) (1
4λ) − ΔL
3. Menghitung cepat rambat bunyi di udara (v) v =λ . f
4. Menghitung kecepatan bunyi di udara
v = √
γRT
M
VIII. ULASAN
1. Bandingkanlah hasil kecepatan bunyi yang anda peroleh dari kedua persamaan diatas. Berikan penjelasan!
2. Tulis dan jelaskan faktor yang mempengaruhi nilai kecepatan bunyi!
6. VISKOSITAS I. TUJUAN
1. Untuk menentukan koefisien kekentalan (η) cairan dengan menggunakan metode bola jatuh berdasarkan Hukum Stokes.
2. Untuk mengetahui faktor apa saja yang mempengaruhi nilai koefisien kekentalan (η) cairan
3. Untuk membandingkan nilai teori koefisien kekentalan cairan dari referensi dengan nilai koefisien kekentalan cairan yang di peroleh di laboratorium.
II. TEORI
Koefisien viskositas fluida disingkat ŋ. koefisien kekentalan cairan didefenisikan sebagai perbandingan tegangan luncur F/A, dengan perubahan tegangan luncur :
𝜂 = 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑙𝑢𝑛𝑐𝑢𝑟
𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡 𝑝𝑒𝑟𝑢𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑙𝑢𝑛𝑐𝑢𝑟 =
𝐹 𝐴 𝑉 𝑙
(2.1) 𝐹 = 𝜂𝐴𝑣
𝑙 (2.2)
Satuan SI untuk 𝜂 adalah Newton meter detik atau Nm s. Nilai 𝜂 tergantung pada jenis cairan dan dipengaruhi suhu. Untuk cairan yang mudah mengalir mislanya minyak tanah atau air, tegangan luncur ini relatif kecil untuk cepat perubahan regangan luncur tertentu. Sehingga viskositasnya juga relatif kecil. Dalam hal ini cairan seperti molase atau gliserin diperlukan tegangan luncur yang lebih besar untuk cepat terjadinya perubahan tegangan luncur yang sama dan viskositas cairannya lebih besar pula.
Viskositas semua fluida sangat dipengaruhi oleh temperatur. Untuk fluida cair, saat temperatur naik maka viskositasnya berkurang karena pergerakan ikatan molekul lainnya. Sedangkan untuk gas, saat temperatur tinggi maka viskositasnya akan bertambah (Laksono, 2021).
Konsep yang dikemukakan oleh Sir Goerge Stokes (13 Agustus 1819 - 1 Februari 1903), Hukum Stokes berbunyi: “Bila sebuah bola bergerak dalam suatu fluida Yang diam terhadap bola itu akan bekerja gaya yang berlawanan arahnya dengan arah gerak bola tersebut. Benda yang jatuh memiliki kecepatan yang makin lama makin besar, tapi dalam fluida sebagi mediumnya ada gaya gesek yang makin besar bila kecepatan benda jatuh makin besar. Sampai pada satu titik akan didapat keseimbangan yang menyebabkan kecepatan benda tersebut akan tetap”.
Bila Fluida sempurna yang viskositasnya nol mengalir melewati bola, atau apabila bola bergerak dalam suatu fluida yang diam, garis-garis arusnya akan membentuk suatu pola yang simetris disekelilingi bola itu.
Persamaan untuk gaya kekentalan tidak akan kita rumuskan langsung berdasarkan hukum aliran fluida kental. Besaran yang mempengaruhi gaya V adalah viskositas fluida yang berhubungan dengan radius bola itu, sehingga kecepatan V relatif terhadap fluida.
Menurut hokum stokes, sebuah bola dan ruji r yang bergerak dengan kecepatan rendah V didalam fluida (gas atau cairan) akan mengalami gaya menghadapi yang melawan geraknya akibat kekentalan fluida. Besar gaya main Fv yang diberikan oleh fluida kental dinyatakan dengan persamaan :
Fv = 𝑘 𝜂 𝑣 (2.3)
Dimana koefisien k tergantung pada bentuk gometrik benda. Bila dianalisa selengkapnya, maka persamaan untuk gaya kekentalan itu adalah :
Fv= -6 𝜋 𝜂 𝑟 𝑣 (2.4)
Persamaan ini adalah rumus pertama kali oleh sir George Stokes dalam tahun 1845 dan Mulus dengan hokum stokes. Dimana :
Fv = Gaya yang melawan (N) r = Jari Jari bola (cm)
v = Kecepatan bola relatif terhadap medium (cm/s) 𝜂 = koefisien kekentalan cairan (Ncms)
tanda minus menunjukan Arah Fv berlawanan Arah dengan Arah v.
Syarat-syarat pengunaan hukum stokes : a. Ruangan tempat medium tidak terbatas
b. Tidak ada turbulensi (penggelinciran) pada medium, praktisnya ini berarti kecepatan v tidak besar (Djonoputro, 1980).
Dalam bola jatuh, sebuah bola kecil yang akan dimasukkan kedalam tabung tranparansi berisi cairan. Pertama kevepatan bola rendah tapi percepatan gravitasi menyebabkan peningkatan sehingga gaya Fv semakin besar. Gaya yang dialami bola adalah gaya gravitasi Fg (arahnya ke bawah), gaya apung (arahnya ke atas) dan gaya menghadap (arahnya ke atas). Pada suatu kecepatan tertentu akan terjadi keseimbangan :
Fg+ Fb + Fv =0 (2.5) Dimana gaya bawah dianggap positif sehingga resultan gaya menjadi nol, maka kecepatan bola tidak berubah lagi melainkan tetap pada nilai maksimum atau nilai akhir yang ditulis dengan Va. Kecepatan ini disebut kecepatan akhir yang disebut juga dengan terminal velocity. Gaya Fg dan Fb dapat ditilis dengan fungsi jari-jari bola r, rapat massa bola dan rapat massa Cairan 𝜌𝑐
Fg = 4
3𝜋𝑟3𝜌b g (2.6)
Fb = 4
3𝜋𝑟3𝜌c g (2.7)
Perhatikan arah kebawah diberi tanda (+) dalam semua persamaan, setelah subtitusi kerumus (2.1) dan (2.2), diperoleh :
6 𝜋 𝜂 𝑟 𝑣a = 4
3𝜋𝑟3(𝜌b-𝜌c)g (2.8)
Sehingga 𝜂 = 2
9 𝑟2
𝑣𝑎(𝜌b-𝜌c)g (2.9)
Beberapa hal yang perlu dalam pengukuran kekentalan dengan metode ini adalah:
a. Perlu dipastikan bahwa kecepatan yang diukur benar-benar adalah kecepatan konstan (akhir)
b. Persamaan (2.1) diatas hanya berlaku jika bola lebih kecil dari ukuran tabung (paling tidak 1/10) dari diameter tabung.
c. Suhu harus konstan untuk jenis-jenis minyak (Laksono, 2021).
bola tabung cairan
x bola
Gambar 2.1 Tabung cairan untuk menentukan koefisien kekentalan cairan.
III. TUGAS PERSIAPAN
1. Sebuah peluru ditembakkan keatas,menurut analisa sederhana berdasarkan kecepatan gravitasi ,kecepatan pada saat peluru jatuh kembalikan sama dengan kecepatan pada saat ditembakkan. Bagaimanakkah hal ini dalam prakteknya?
2. Ada berapa macam aliran terdapat pada suatu zat yang mengalir? Sebutkan ciri-ciri khasnya.
3. Apakah akibat bila kecepatan bola-bola sangat besar relatif terhadap medium?
4. Data dibawah ini menunjukkan waktu yang dibutuhkan oleh sebuah bola untuk menempuh suatu jarak tertentu.
x(m) t(sekon)
0,4 1,5
0,5 1,9
0,6 2,4
0,7 2,5
0,8 3,1
Dari data diatas gambarkanlah grafik jarak (x) -vs- waktu(t) dengan menghitung slope diperoleh kecepatan akhir bola yang jatuh Va.
IV. PERALATAN DAN BAHAN 4.1 Peralatan
1. Gelas Ukur
Fungsi: Untuk mengukur volume cairan yang akan digunakan dalam percobaan viskositas.
2. Tabung Berisi Zat Cair
Fungsi: Sebagai wadah cairan yang akan diamati gejala viskositasnya.
3. Bola-bola mimis
Fungsi: Sebagai objek yang akan diamati.
4. Neraca
Fungsi: Untuk menimbang massa cairan, massa bola dan massa gelas ukur.
5. Mikrometer Sekrup
Fungsi: Untuk mengukur diameter bola mimis yang akan diamati .
6. Termometer
Fungsi: Untuk mengukur suhu cairan yang digunakan pada percobaan.
7. Stopwatch
Fungsi: Untuk menghitung lamanya bola jatuh pada jarak-jarak tertentu didalam tabung zat cair.
8. Magnet
Fungsi: Untuk mengambil bola yang jatuh dibawah permukaan tabung zat cair.
4.2 Bahan
1. Gliserin
Fungsi: Sebagai objek yang akan dicar i nilai koefisien cairannya
2. Oli
Fungsi: Sebagai objek yang akan dicari nilai koefisien cairannya
3. MinyakGoreng
Fungsi: Sebagai objek yang akan dicari nilai koefisien cairannya
V. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Disiapkan peralatan yang akan digunakan 2. Ditentukan jenis cairan yang akan digunakan
3. Diukur jari-jari bola mimis dengan menggunakan mikrometer sekrup.
4. Diukur massa bola mimis.
5. Ditimbang massa gelas ukur dengan menggunakan neraca.
6. Diisi gelas ukur sebanyak 100 ml cairan yang akan digunakan kemudian ditimbang kembali.
7. Diukur suhu ruangan dan suhu cairan yang digunakan.
8. Diletakkan kawat pada tabung untuk jarak yang akan diukur.
9. Dimasukkan bola tepat ditengah permukaancairan yang diukur (0 cm).
10. Dicatat waktu yang dibutuhkan untuk mencapai jarak yang ditentukan dengan menggunakan stopwatch.
11. Diulangi percobaan sampai beberapa kali.
12. Diambil bola dengan menggunakan magnet VI. DATA PERCOBAAN
1. Jenis Cairan : 2. Volume Cairan : 3. A. Diameter Bola :
i. d bola 1 (𝑑1) : ii. d bola 2 (𝑑2) : iii. d bola 3 (𝑑3) :
B. Jari-jari Bola : 𝑅 = 𝑑𝑟𝑎𝑡𝑎𝑟𝑎𝑡𝑎
2 =
4. Massa Jenis Cairan : 𝜌 =𝑚
𝑉 =
5. Massa Jenis Bola : 𝜌 =𝑚
𝑉 = 6. Suhu Awal(𝑇0) :
Suhu Akhir (𝑇1) :
Tabel Jarak TerhadapWaktu
x (m) t1 (s) t2 (s) t3 (s) 𝑡 (s) 0.6
0.7 0.8 0.9 1.0
VII. ANALISIS DATA
1. Membuat grafik x(m) -vs- t(sekon), lalu hitunglah nilai kecepatan Va dari slope grafik.
2. Menghitung nilai koefisien kekentalan cairan secara praktikum dengan menggunakan rumus:𝜂 = 2
9 𝑟2
𝑣𝑎(𝜌b- 𝜌c )g 3. Menghitung % deviasi
%deviasi=|𝜂𝑡−𝜂𝑝
𝜂𝑡 | 𝑥100%
VIII. ULASAN
1. Tulislah hasil anda untuk 𝜂 apakah sesuai dengan range nilai yang tersedia di laboratorium?
2. Buktikan bahwa kecepatan Va yang anda peroleh benar-benar konstan (kecepatan terminal)
3. Sebutkanlah sumber-sumber ralat dalam percobaan ini?
7. INTERFEROMETER AKUSTIK I. TUJUAN
1. Untuk menyelidiki adanya peristiwa interferensi pada gelombang suara.
2. Untuk menyelidiki hubungan panjang gelombang dengan frekuensi.
3. Untuk menentukan nilai cepat rambat bunyi di udara saat praktikum dibandingkan dengan nilai cepat rambat bunyi secara referensi pada suhu kamar.
II. TEORI
Interferometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur panjang gelombang dengan ketelitian yang tinggi berdasarkan penentuan garis-garis interferensi atau
pola frinji yang dihasilkan. (Maria,
2015)
Akustik adalah ilmu yang mempelajari hal-hal yang berkaitan dengan bunyi, berkenaan dengan indra pendengaran serta keadaan ruangan yang mempengaruhi bunyi. (Rezita, 2019)
Interferometer adalah alat ukur berdasarkan pada gejala interferensi. Interferensi yaitu suatu kejadian dimana dua gelombang atau lebih berjalan melalui bagian yang sama dari suatu ruangan pada waktu yang bersamaan.
(Handayani, 2014)
Arus PLN Arus
PLN Arus
PLN
osiloskop
Signal generator
Mikrofon speaker
A
B
Gambar 2.1 Rangkaian Interferometer Akustik
Dalam percobaan ini suara dipancarkan dari pembangkit gelombang suara (signal generator) lalu mengalir ke loudspeaker, setelah itu masuk ke dalam pipa yang memiliki dua jalur lintasan A dan B.
Pada jalur pipa B, posisi pipa dapat digeser untuk mendapatkan perubahan panjang lintasan B. Penerima gelombang suara adalah mikrofon yang dihubungkan dengan input osiloskop.
Fenomena interferensi antara dua gelombang di udara dapat diselidiki dengan peralatan pada gambar di atas. Didalam pipa tersebut gelombang terbagi menjadi dua, dimana salah satu melalui lintasan konstan A dan satu lagi melalui lintasan B yang dapat berubah-ubah. Misalkan frekuensi sumber adalah 1000 Hz, sedangkan kecepatan rambat bunyi di udara adalah 340 m/s, maka panjang gelombang:
λ = 340
1000 = 0,34 m (2.1)
Jika lintasan B digeser agar kedua gelombang menjadi sefase pada titik interferensi, maka akan terjadi peristiwa penguatan gelombang (interferensi konstruktif).
Dari keadaan tersebut lintasan B digeser keluar 7,5 cm, karena ada dua ujung pipa yang digeser maka lintasan B menjadi lebih besar 15 cm dari pada lintasan A. Maka gelombang yang melewati B akan memliki selisih ½ panjang gelombang dibanding dengan lintasan A. Maka interferensi yang terjadi di titik interferensi akan berlawanan fasenya antara gelombang yang melalui lintasan A dengan yang melalui lintasan A. Interferensi ini akan menyebabkan terjadinya pelemahan gelombang (interferensi dekstruktif).
Apabila pipa lintasan B ditarik keluar sejauh 7,5 cm lagi, maka kedua gelombang yang berinteferensi akan saling menguatkan kembali. Secara periodik penguatan gelombang akan terjadi bila selisih lintasan gelombangnya adalah : 0, λ, 2λ, 3λ, dst. Sedangkan pelemahan gelombang akan terjadi bila terdapat selisih lintasan : λ/2, 3λ/2, 5λ/2, dst. Pelemahan gelombang terjadi untuk selisih lintasan:
∆𝑙 = ( 2𝑛−1
2 ). Λ (2.2) dengan: n = 0,1,2,3, ... dst.
III. TUGAS PERSIAPAN 1. Tuliskan hubungan antara:
a. Periode dengan frekuensi.
b. Kecepatan rambat gelombang dengan panjang gelombang.
2. Tuliskan sifat-sifat gelombang longitudinal dan gelombang transversal!
3. Terangkanlah interferensi gelombang longitudinal pada gelombang suara.
Apa perbedaanya dengan perpaduan antara 2 buah gelombang?
4. Apakah syarat-syarat yang diperlukan agar dua buah gelombang bunyi dapat berinterferensi?
IV. PERALATAN DAN FUNGSI 1. Osiloskop
Fungsi: sebagai alat untuk menampilkan gelombang sinusoidal dari inputannya yaitu gelombang suara melalui alat peraga.
2. Signal Generator
Fungsi: sebagai alat yang menghasilkan sinyal/gelombang sinus (ada juga gelombang segiempat, gelombang segitiga) dimana frekuensi serta amplitudonya dapat diubah‐ubah.
3. Pipa bentuk huruf O
Fungsi: sebagai alat untuk memperoleh interferensi maksimum gelombang yang didapat dari signal generator.
4. Speaker
Fungsi: sebagai alat untuk mengubah gelombang listrik menjadi gelombang suara.
5. Mikrofon
Fungsi: sebagai alat yang digunakan untuk mengubah gelombang suara menjadi gelombang listrik.
6. Penggaris
Fungsi: sebagai alat yang digunakan untuk mengukur simpangan maksimum dari gelombang yang dihasilkan melalui osiloskop dengan menggeser ujung pipa.
7. Kabel Penghubung
Fungsi: sebagai alat yang digunakan untuk menghubungkan berbagai alat elektronika.
V. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Disusun rangkaian seperti gambar dibawah.
Arus PLN Arus
PLN Arus
PLN
osiloskop
Signal generator
Mikrofon speaker
A
B
2. Dihidupkan signal generator dengan frekuensi yang sudah ditentukan hingga terdengar bunyi pada pipa bentuk huruf O.
3. Diatur frekuensi sebesar 500 Hz dan diamati gelombang sinusoidal yang dihasilkan oleh osiloskop.
4. Digeser ujung pipa secara perlahan-lahan untuk mendapatkan interferensi maksimum yang ditandai gelombang dengan simpangan terbesar pada osiloskop. Diukur jarak pergeseran pipa ini sebagai jarak awal (x0).
5. Digeser kembali ujung pipa ini secara perlahan-lahan untuk mendapatkan simpangan terbesar. Diukur jarak pergeseran pipa ini sebagai jarak kedua (x1).
6. Diteruskan langkah 5 untuk mendapatkan simpang terbesar pada jarak ketiga (x2), jarak keempat (x3), dan jarak kelima (x4).
7. Ditutup kembali ujung pipa yang bergeser dan diulangi langkah 3, 4, 5, dan 6 dengan frekuensi yang lain (1000 Hz, 1500 Hz, 2000 Hz, dan 2500 Hz).
VI. DATA PERCOBAAN
NO Frekuensi f(Hz) X0(m) X1(m) X2(m) X3(m) X4(m) 1.
2.
3.
4.
1000 1500 2000 2500
VII. ANALISIS DATA
I. Menghitung panjang gelombang untuk setiap frekuensi yang dipergunakan dalam percobaan dari pergeseran pipa (x) dengan λ = 2 (Xn – Xn-1)
No Frekuensi T(s) λ(m) 1/λ
1 1000 2 1500 3 2000 4 2500
II. Membuat grafik f-vs-1/λ.
III. a. Menghitung kemiringan grafik diatas.
b. hitunglah kecepatan perambatan gelombang suara rata-rata berdasarkan rumus
𝑣 = 𝜆 × 𝑓 untuk setiap frekuensi.
IV. Menghitung % deviasi dari hasil percobaan.
a. Secara matematis.
b. Secara kemiringan grafik.
VIII. ULASAN
1. Bahaslah lebih lanjut bagaimana terjadinya peristiwa interferensi pada gelombang suara dalam percobaan ini.
2. Bandingkan hasil kecepatan perambatan suara yang diperoleh dari perhitungan dengan hasil dari kemiringan grafik.
8. GELOMBANG STASIONER I. Tujuan
1. Untuk mengetahui prinsip kerja percobaan gelombang stationer.
2. Untuk mengetahui hubungan antara tegangan tali dengan cepat rambat gelombang pada tali.
3. Untuk mengetahui aplikasi dari percobaan.
II. Teori
Gelombang tali merupakan suatu jenis gelombang yang memiliki medium perantara untuk menyalurkan atau menghantarkan gelombang yang ada. Adapun medium yang dimaksud adalah tali itu sendiri. Dengan begitu, gelombang tali dapat dikelompokan sebagai gelombang mekanik yang membutuhkan medium sebagai rambatan gelombang. Gelombang tali banyak digunakan dalam dilakukannya berbagai percobaaan yang berkaitan dengan gelombang. Hal ini dikarenakan selain sederhana, gelombang tali sudah mencakup berbagai sifat dari gelombang-gelombang yang ada. (Giancoli, 2014).
Gelombang Stationer adalah sebuah tali yang salah satu ujungnya digoyangkan dan ujung satunya tetap, suatu gelombang yang kontinu akan merambat ke ujung yang tetap dan di pantulkan kembali dengan terbalik.
(Prabowo, 2021) III. Tugas Persiapan
1. Jelaskan pengertian gelombang stationer serta jenis gelombang stationer.
2. Sebutkan jenis-jenis gelombang dan berikan contohnya!
3. Jika tali yang panjangnya L, ditegangkan dan terikat pada kedua ujungnya, tulislah nilai-nilai 𝜆 yang dibolehkan untuk gelombang stationer.
4. Sebuah gelombang pada tali menghasilkan 2 gelomabang sempurna, dengan jarak tali 50 cm. Dengan frekuensi 40 Hz, hitunglah cepat rambang gelombang yang dihasilkan! (𝑚/𝑠)
IV. Peralatan 1. Vibrator
Fungsi : Sebagi alat untuk menghasilkan gelombang transversal pada tali/kawat.
2. Mistar
Fungsi : Untuk mengukur panjang lintasan tali.
3. Beban Gantung
Fungsi : Sebagai variasi beban/massa pada tali saat digetarkan.
4. Katrol
Fungsi : Untuk mengurangi gaya gesek yang ditimbulkan saat penambahan beban/massa setelah digetarkan tali/kawat.
5. Tali nilon
Fungsi : Sebagai media gelombang transversal yang akan diselidiki kecepatan rambat gelombangnya bedasarkan simpul simpul yang terbentuk.
6. Neraca Digital
Fungsi : Untuk menghitung massa tali.
V. Prosedur
1. Disiapkan peralatan yang digunakan.
2. Ditimbang massa tali yang telah ditentukan panjangnya kira-kira 2 meter.
3. Diikat pada wadah yang telah ditimbang terlebih dahulu dan digantung pada katrol, selanjutnya ujung lainnya diikat ke sumber getar elektromagnet (Vibrator Ticker Timer).
4. Disusun peralatan seperti pada gambar ilustrasi.
5. Digantung beban/massa pada salah satu ujung tali yang telah disimpul.
6. Dihidupkan Vibrator Ticker Timer dengan menghubungkan ke arus listrik, kemudian diamati simpul yang terbentuk pada tali/kawat.
7. Dihitung jumlah gelombang yang terbentuk pada tali dengan jarak dan beban yang telah divariasikan.
8. Diulangi percobaan diatas sebanyak 5 kali.
VI. Data Percobaan Tabel data
Panjang Tali Sebenarnya = ……… 𝑚
Frekuensi = 50 𝐻𝑧
No Massa (kg) Panjang Tali (m) Jumlah Gelombang 1
2 3 4 5
VII. Analisa Data
1. Menghitung tegangan pada tali.
𝐹 = 𝑚 𝑔 = ⋯ (𝑁)
2. Menghitung panjang gelombang.
𝜆 = 𝑙
𝑛= ⋯ (𝑚)
3. Menghitung cepat rambat gelombang.
𝑣 = 𝑓 𝜆 = ⋯ (𝑚/𝑠)
4. Menghitung kuadrat cepat rambat gelombang.
𝑣2 = ⋯ (𝑚2/𝑠2)
5. Menghitung nilai massa persatuan panjang tali.
𝜇𝑡 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑎𝑙𝑖 (𝑘𝑔)
𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑎𝑙𝑖 (𝑚)= ⋯ (𝑘𝑔/𝑚)
6. Membuat grafik 𝑣2 − 𝑣𝑠 − 𝐹 (sekaligus 𝜇𝑝).
7. Menghitung nilai penyimpanan praktik.
%𝐷 = [𝜇𝑡− 𝜇𝑝
𝜇𝑡 ] × 100%
VIII. Ulasan
1. Sebutkan sumber-sumber ralat pada percobaan ! 2. Jelaskan hubungan antara frekuensi dengan periode !
