Jurnal Tetapan Pegas Praktikum Fisika Dasar 1 PDF

Preview

Summary

JURNAL FISIKA DASAR Edisi Desember 2015 TETAPAN PEGAS Vivi Eka Oktavia1)Miftachul Khoiriah1)Putri Ayu Rachmawati1) 1) Prodi Pendidikan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Surabaya e-mail: [email protected] Abstrak Tujuan dari percobaan ini adalah menentukan ...

Description

JURNAL FISIKA DASAR Edisi Desember 2015

TETAPAN PEGAS Vivi Eka Oktavia1)Miftachul Khoiriah1)Putri Ayu Rachmawati1) 1)

Prodi Pendidikan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Surabaya e-mail: [email protected]

Abstrak Tujuan dari percobaan ini adalah menentukan tetapan pegas secara statis dan dinamis, serta menggunakan analisis grafik. Metode percobaan yang dilakukan pada cara statis adalah dengan menimbang terlebih dahulu massa beban menggunakan neraca. Kemudian mengukur panjang pegas mula-mula menggunakan penggaris dan memasang pegas pada statif, kemudian menggantungkan beban pada ujung pegas. Mengukuru panjang pegas setelah diberi beban, dan kemudian dihitung pertambahan panjang pegas dari panjang mula-mula. Percobaan dilakukan sebanyak 6 kali, dengan massa beban yang berbeda. Sedangkan pada cara dinamis dilakukan metode yang sama seperti pada cara statis, kemudian diberi sedikit usikan sehingga terjadi getaran selaras. Selanjutnya menguukur waktu getar untuk sepuluh kali getaran. Percobaan dilakukan sebanyak 6 kali dengan massa yang berbeda, dan pengulangan sebanyak 3 kali dengan massa beban yang sama. Adapun variabel-variabel yang digunakan pada percoban ini adalah jenis pegas sebagai variabel kontrol, dengan memanipulasi massa beban, untuk mendapatkan respon pada cara statis yaitu pertambahan panjang pegas dan pada cara dinamis yaitu waktu 10 getaran. Pada percobaan ini didapatkan nilai konstanta pegas pada cara statis sebesar (6,35 ± 0,73) N/m dengan taraf ketelitian 88,5% dan nilai tetapan pegas dengan analisis grafik sebesar 3,4 N/m. Sedangkan pada cara dinamis didapat nilai tetapan pegas sebesar (3,15 ± 0,06) N/m dengan taraf ketelitian 98,1% dan nilai tetapan pegas dengan analisis grafik sebesar 2,45 N/m. Dari percobaab ini diketahui bahwa hubungan antara massa beban dengan pertambahan panjang pegas dan dengan kuadrat periode adalah berbanding lurus. Kata kunci : Pegas, konstanta pegas, cara statis, cara dinamis, pertambahan panjang, periode. kekeadaan semula setelah mengalami perubahan

PENDAHULUAN Pegas

adalah

suatu

komponen

yang

berfungsi untuk menerima beban dinamis. Pegas memiliki sifat kelastisitasan. Elastisitas adalah sifat

dari

benda

yang

cenderung

kembali

bentuk karena mendapat karena mendapat gaya dari luar berupa tarikan,tekanan, dan dorongan. Dalam kehidupan sehari-hari pegas sudah umum digunakan, seperti dalam springbed, jam tangan, dan sepeda motor. Pada umumnya pegas terbuat 1

dari baja. Pegas akan bertambah panjang atau

Dimana : T = Periode (s)

bertambah pendek jika diberi gaya, dari sini dapat

t = waktu (s)

dicari konstanta pegas secara statis. Dalam hal

n = Jumlah getaran

lain, ketika pegas diberi usikan, maka sistem akan mengalami getaran. Dari waktu getaran dapat dihitung periode dan dari periode dapat dihitung konstanta pegas secara dinamis.

Untuk mencari konstanta pegas dapat dicari menggunakan cara statis dan dengan cara dinamis.

Konstanta pegas adalah besarnya gaya

Suatau

mempunyai

pegas

nilai

yang

konstanta

digantungkan

pegas

k,

yang

yang dibutuhkan atau yang harus diberikan

merupakan besar gaya tiap pertambahan panjang

sehingga terjadi perubahan panjang sebesar satu

(∆x) sebesar satu satuan panjang. Maka jika pegas

satuan panjang. Satuan SI untuk konstanta pegas

kita tarik dengan gaya F tangan, maka pada pegas

adalah N/m atau

𝑘𝑔.𝑚/𝑠2 𝑚

. Sebuah gaya pemulih

yang ditimbulkan oleh sebuah pegas ditentukan oleh Hukum Hooke. Hukum Hooke adalah hukum atau ketentuan mengenai gaya dalam ilmu fisika

akan terjadi gaya pegas (Fp) yang arahnya berlawanan dengan arah gaya (∑F). Hal ini sesuai dengan Hukum Hooke, dimana : Fp = -k ∆x

(3)

yang terjadi karena sifat elastisitas suatu pegas. Hubungan antara gaya (F) yang meregangkan

Sehingga untuk mencari nilai k dapat dicari

pegas dan pertambahan panjang pegas (∆x) di

dengan persamaan,

daerah yang ada dalam batas kelenturan adalah, F = k ∆x

(1)

k =

𝐹 ∆x

=

𝑚𝑔 ∆x

(4)

Dimana : k = Konstanta pegas (N/m), F = Gaya

Yang dimana ini merupakan suatu perbandingan

pada pegas (N/m), ∆x = Pertambahan Panjang

yang disebut tetapan pegas.

Pegas (m)

Gerak benda yang terjadi secara berulang

Jika beban yang digantungkan pada pegas

dan dalam selang waktu yang sama disebut gerak

dalam keadaan setimbang, kemudian diberi sedikit

periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur,

usikan dengan menarik massa kebawah atau

maka gerak ini di sebut juga sebagai gerak

menekannya keatas kemudian melepaskannya

harmonik. Periode (T) suatu gerak harmonik

kembali, maka pegas akan mengalami getaran.

adalah waktu yang dibutuhkan untuk menempuh

Getaran ini akan menyebabkan adanya periode

satu lintasan lengkap dari geraknya, yaitu satu

dan amplitudo dan juga percepatan yang arahnya

getaran penuh atau satu putaran sehingga dapat

selalu menuju ketitik setimbang yang dapat

ditulis dengan rumus sebagai berikut.

diungkapkan dalam persamaan,

T=

𝑡 𝑛

(2)

x=

A cos ωt

(5) 2

𝑑𝑥

v =

𝑑𝑡

d(A cos ωt)

=

v = -Aω sinωt a =

𝑑𝑣 𝑑𝑡

METODE PENELITIAN

𝑑𝑡

(6)

Rancangan Percobaan

d( −Aω sinωt)

=

𝑑𝑡

a = -Aω2 cosωt a = - ω 2x

(7)

Dimana : (x) adalah jarak, (v) kecepatan, dan (a) dalah percepatan. Jika suatu pegas mengalami percepatan maka akan berlaku Hukum 2 Newton dengan persamaan, ∑F = Fp

(8)

ma = -k ∆x

Alat dan Bahan

m(- ω2x) = -k ∆x

Pegas bentuk spiral

(1 buah)

- ω2m x = -k ∆x

Beban

(1 set)

- ω2m = -k

Statif dengan klem

(1 buah)

Mistar/penggaris

(1 buah)

Stopwatch

(1 buah)

Neraca

(1 buah)

ω2 =

𝑘 𝑚

𝑘

ω = √𝑚 2𝜋 𝑇

𝑘

Variabel Percobaan

= √𝑚

Pada cara statis variabel yang digunakan 𝑚

T = 2π√ 𝑘

adalah jenis pegas, dengan variabel manipulasi massa

2 𝑚

T = 4π 2

𝑚

dan

variabel

respon

adalah

pertambahan panjang pegas dan konstanta pegas.

𝑘

K = 4π2 𝑇 2

beban,

Sedangkan pada cara dinamis, variabel kontrol (9)

yang digunakan adalah jenis pegas, dengan

Dari penurunan rumus diatas dapat digunakan

variabel manipulasi massa beban, dan variabel

untuk mencari tetapan pegas dengan cara dinamis.

respon berupa waktu 10 getaran dan konstanta pegas. 3

2.

54,20

7,50

3.

64,85

10,50

4.

74,65

13,50

Pada cara statis, pertama yang harus

5.

86,20

16,50

dilakukan adalah menyiapakan alat dan bahan.

6.

96,00

19,50

Langkah-langkah Percobaan

Setelah

itu

menggunakan panjang

menimbang neraca,

pegas

massa

kemudian

mula-mula

beban mengukur

Tabel 2. Cara dinamis

menggunakan Massa

penggaris. Lalu membuat sistem seperti pada gambar. Kemudian menggantungkan beban pada ujung pegas dan mengukur pertambahan panjang pegas.

Mengulangi

langkah-langkah

Perc.

Beban

Waktu 10 Getaran

Ke-

(m ±

(t ± 0,1) s

0,05)g

tersebut

7,0

sebanyak 6 kali dengan massa beban yang berbeda. Kemudia menentukan konstanta pegas.

1.

44,20

7,2 7,3

Pada cara dinamis, setelah menimbang massa beban, kemudian menggantungkan pegas

7,8 2.

54,20

pada statif kemudian memberi beban pada ujung

7,9

pegas. kemudian diberi sedikit usikan sehingga terjadi getaran selaras. Selanjutnya mengukur

9,0 3.

64,85

waktu getar untuk 10 kali getaran. Mengulangi

sebanyak

6

kali

dengan

3

kali

9,9 4.

74,65

pengulangan pada setiap massa yang sama.

9,8 9,7

Kemudian menentukan konstanta pegas. HASIL DAN PEMBAHASAN

9,0 9,1

langkah tersebut dengan massa beban beban yang berbeda

7,8

10,5 5.

86,20

10,5 10,6

Dari hasil percobaan, diperoleh data sebagai

11,6

berikut: 6.

96,00

Tabel 1. Cara statis

11,8 11,6

Massa Perc.

Beban

Panjang Simpangan

Ke-

(m ±

(x ± 0,05)cm Cara Statis, hubungan antara massa beban dengan

0,05)g 1.

44,20

ANALISIS

4,50

pertambahan panjang pegas. 4

Perc.

m (kg)

∆x (m)

Ke-

x

y

1.

0,0442

0,045

9,62

2.

0,0542

0,075

7,08

3.

0,0648

0,105

6,05

4.

0,0746

0,135

5,42

5.

0,0862

0,165

5,12

6.

0,0960

0,195

4,82

Pertambahan Panjang Pegas (∆x)

Grafik Hubungan Massa Beban (kg) dengan Panjang Simpangan (m) 0,25 y = 2,8771x - 0,0814 R² = 0,9996

0,2 0,15

4.

0,0746

0,98

0,96

3,06

5.

0,0862

1,05

1,10

3,06

6.

0,0960

1,17

1,37

2,79

Grafik Hubungan antara Massa Beban (Kg) dengan Periode Kuadrat (s) Periode Kuadrat (T²)

k (N/m)

1,5 y = 16,084x - 0,2311 R² = 0,9821

1 0,5 0 0

0,05

0,1

0,15

Massa Beban (Kg)

0,1 0,05 0 0

0,05

0,1

0,15

Grafik 2. Hubungan antara massa beban (kg) dengan periode kuadrat (s)

Massa Beban (m)

Berdasarkan grafik diatas dapat diketahui Grafik 1. Hubungan antara massa beban (kg)

bahwa hubungan antara massa beban dengan

dengan pertambahan panjang pegas (∆x).

periode kuadrat adalah berbanding lurus, yaitu

Berdasarkan grafik diatas, dapat dilihat bahwa

hubungan

antara

massa

beban

dan

pertambahan panjang pegas adalah berbanding lurus.

Yaitu

massa

beban

mempengaruhi

semakin besar massa beban maka akan semakin lama pula waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 10 getaran. Sehingga periodenya semakin besar. PEMBAHASAN

pertambahan panjang pegas, semakin besar massa beban maka pertambahan panjang pegasa akan

Berdasarkan

percobaan

diatas,

yaitu

menentukan tetapan pgas secara statis dan

semakin besar pula.

dinamis, diperoleh hasil tetapan pegas yang Cara Dinamis, Hubungan antara massa beban

dihitung dengan cara statis sebesar (6,35 ± 0,73)

dengan kuadrat periode

N/m dengan taraf ketelitian sebesar 88,5%,

Perc. m (kg)

T (s)

T2 (s)

k

y

(N/m)

Ke-

x

1.

0,0442

0,72

0,52

3,39

2.

0,0542

0,78

0,61

3,49

3.

0,0648

0,90

0,81

3,13

sedangkan

dengan

cara

dinamis

diperoleh

konstanta pegas sebesar ( 3,15 ± 0,06) N/m dengan taraf ketelitian sebesar 98,1%. Selain itu juga didapat nilai konstanta pegas dengan cara analisis grafik statis sebesar 3,40 N/m dan nilai 5

tetapan pegas dengan cara analisi grafik dinamis

tetapan pegas dengan cara analisi grafik dinamis

sebesar 2,45 N/m.

sebesar 2,45 N/m.

Dari hasil percobaan di dapat nilai

Dalam percobaan tetapan pegas terbukti

konstanta pegas yang berbeda antara konstanta

bahwa

hukum

hooke

adalah

benar,

yaitu

pegas yang dihitung dengan cara statis, dinamis,

hubungan antara gaya yang diberikan pada pegas

dan analisis grafik. Hal ini disebabkan oleh

sebanding dengan pertambahan panjang pegas (

beberapa faktor, yaitu kurang telitinya praktikan

F= k.x). Pada cara statis, jika massa beban

dalam membaca hasil pengukuran, dan juga

ditambah maka panjang pegas akan semakin

dipengaruhi oleh faktor keelastisitasan pegas.

panjang pada cara statif dan apabila massa beban

Taraf ketelitian konstanta pegas dengan cara statis

ditambah berat maka waktu yan diperlukan

dan dengan cara dinamis pun berbeda, hal ini

semakin lama sehingga periode semakin kecil.

disebabkan karena pada cara dinamis adalah

Sedangkan pada cara dinamis, semakin banyak

dilakukan pengukuran berulang sehingga hasil

getaran yang dilakukan pada sistem getaran,

yang didapatkan pun pasti lebih teliti, sedangkan

waktu yang diperlukan semakin banyak sehingga

pada cara statis hanya dilakukan pengukuran

periodenya semakin besar. Artinya hubungan

tunggal.

antara massa beban dengan pertambahan panjang pegas dan kuadrat periode adalah berbanding

KESIMPULAN

lurus.

Berdasarkan percobaan di atas, maka dapat ditarik kesimpulan, yaitu untuk menentukan

UCAPAN TERIMA KASIH

tetapan pegas dapat dilakukan dengan dua cara

Kami mengucapkan terimakasih kepada Tuhan

yaitu cara statis dan dinamis. Untuk mencari nilai

Yang Maha Esa yang mana telah melancarkan

konstanta pegas secara statis dapat menggunakan

kegiatan percobaan ini, sehinggga kami dapat

persamaan k =

𝐹 ∆𝑥

=

𝑚𝑔 ∆𝑥

. Dan untuk mencari nilai

konstanta pegas dengan cara dinamis dapat menggunakan persamaan k =

4𝜋2𝑚 𝑇2

. Berdasarkan

yang dihitung dengan cara statis sebesar (6,35 ± 0,73) N/m dengan taraf ketelitian sebesar 88,5%, dengan

cara

dinamis

diperoleh

percobaan

ini

dengan

baik.

Selanjutnya kami mengucapkan terima kasih kepada ibu Nurita Apridiana Lestari,M.Pd yang telah

percobaan diatas, diperoleh hasil tetapan pegas

sedangkan

menyelesaikan

membantu

dan

membimbing

dalam

melakukan percobaan ini . kami mengucapkan terima kasih kepada petugas laboratorium fisika dasar yang telah menyediakan peralatan yang mendukung percobaan ini.

konstanta pegas sebesar ( 3,15 ± 0,06) N/m dengan taraf ketelitian sebesar 98,1%. Selain itu juga didapat nilai konstanta pegas dengan cara analisis grafik statis sebesar 3,40 N/m dan nilai 6

DAFTAR PUSTAKA Tim Fisika Dasar.2015.Panduan Praktikum Fisika Dasar 1. Surabaya : Unipress Unesa Giancoly Daugla C. 2001. Fisika Edisi ke-5. Jakarta : Erlangga Resnick Halliday.1989.Dasar-Dasar Fisika Jilid 1.Jakarta Erlangga

7...