Laporan Praktikum Hukum Melde.pdf PDF

Preview

Summary

LAPORAN PRAKTIKUM GELOMBANG DAN OPTIK 1 Percobaan Melde Maulititus Eko Pramono, Ika Widya Wahyuningsih, Gontjang Prajitno Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetaguan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: ikawidya.wahyuni...

Description

LAPORAN PRAKTIKUM GELOMBANG DAN OPTIK

1

Percobaan Melde Maulititus Eko Pramono, Ika Widya Wahyuningsih, Gontjang Prajitno Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetaguan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected]

Abstrak—Dalam kehidupan sehari-hari secara tidak sadar kita sering menerapkan prinsip-prinsip fisika, salah satunya adalah prinsup Hukum Melde yang dapat kita terapkan saat kita melakukan penyetelan senar gitar. Percobaan ini mempelajari tentang Hukum Melde dengan tujuan mengetahui panjang gelombang stasioner, mengetahui hubungan antara cepat rambat gelombang dengan gaya tegangan tali dan menganalisa faktor-faktor yang memengaruhi kecepatan gelombang pada tali. Prinsip yang digunakan dalam percobaan ini adalah Hukum Melde. Pada saat percobaan dilakukan pada tali bol yang memiliki rapatan massa 0,000496 kg/m dengan tegangan tali 0,6589 N; 0,5922 N dan 0,6139 N diperoleh cepat rambat secara berturut-turut 36,44 m/s; 34,55 m/s dan 35,18 m/s. Sedangkan saat percobaan dilakukan pada tali nylon yang memiliki rapatan massa 0,0002585 dengan tegangan tali yang sama, diperoleh cepat rambat secara berturut-turut 50,48 m/s; 47,86 m/s dan 48,73 m/s. Kesimpulan yang didapat dalam percobaan ini adalah faktor-faktor yang memengaruhi cepat rambat gelombang diantaranya adalah massa dan panjang tali (rapatan massa) serta tegangan pada tali tersebut. Kata Kunci—Cepat Rambat Gelombang, Hukum Melde, Gelombang Tali Stasioner, Rapatan Massa.

I. PENDAHULUAN

B

UNYI merupakan salah satu contoh peristiwa fisika yang ada dalam kehidupan sehari-hari. Setiap saat kita mendengar bunyi bahkan setiap detik setiap waktupun terdapat bunyi. Bunyi ada yang terdengar pelan, keras, lemah, nyaring. (pelan berbeda dengan lemah atau keras berbeda dengan nyaring). Bunyi berasal dari suatu sumber bunyi dimana sumber bunyi tersebut haruslah bergetar agar suara bunyi dapat merambat dan akhirnya sampai di telinga kita. Bunyi merupakan sebuah getaran yang merambat, atau dalam kata lain bunyi merupakan suatu gelombang. Seperti yang telah dibahas pada paragraf sebelumnya,gelombanng merupakan sebuah getaran yang merambat. Gelombang akan terbentuk apabila sebuah sumber getaran bergerak bolak-balik melewati titik setimbangnya secara terus menerus. Gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat lainnya. Contoh sederhana gelombang, apabila kita mengikatkan satu ujung tali ke tiang, dan satu ujung talinya lagi digoyangkan, maka akan terbentuk banyak bukit dan lembah di tali yang digoyangkan tadi, inilah yang disebut gelombang. Gelombang dibagi menjadi beberapa macam, tergantung dari segi mana kita meninjaunya. Jika ditinjau dari medium perantaranya, gelombang dibagi menjadi dua jenis, yaitu gelombang mekanik dan gelombang transversal. Gelombang Mekanik adalah gelombang yang dalam proses perambatannya memerlukan medium (zat perantara) . Artinya jika tidak ada medium, maka gelombang tidak akan terjadi. Contoh dari gelombang mekanik adalah gelombang bunyi

yang zat perantaranya udara, jadi jika tidak ada udara bunyi tidak akan terdengar. Sedangkan gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dalam proses perambatannya tidak memerlukan medium (zat perantara). Artinya gelombang ini bisa merambat dalam keadaan bagaimanapun tanpa memerlukan medium. Contohnya adalah gelombang cahaya yang terus ada dan tidak memerlukan zat perantara. Selain dapat ditinjau dari medium perantaranya, gelombang juga dapat kita tinjau berdasarkan arah getar dan arah rambatnya. Berdasarkan arah getar dan arah rambatnya gelombang dibagi menjadi dua macam yaitu gelombang Transversal (gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatannya. Bentuk Getarannya berupa lembah dan bukit), dan gelombang Longitudinal (gelombang yang arah rambatnya sejajar dengan arah getarannya. Bentuk getarannya berupa rapatan dan renggangan). Selain itu getaran juga dapat ditinjau berdasarkan amplitudonya. Jika ditinjau dari amplitudonya, gelombang dibagi menjadi dua jenis yaitu gelombang berjalan atau gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang dilalui gelombang, dan gelombang diam (Stasioner) atau gelombang yang amplitudonya berubah-ubah. Gelombang stasioner terjadi jika dua gelombang yang memiliki amplitudo, panjang gelombang dan frekuensi yang sama namun arahnya berlawanan. Gelombang stasioner memiliki ciri-ciri yaitu terdiri atas simpul dan perut. Pada simpul memiliki kedudukan titik yang memiliki amplitudo minimal (0) sedangkan perut diposisikan sebagai titik yang memiliki amplitudo maksimal. Secara matematis simpangan gelombang dapat ditulis: 𝑦𝑠 = 𝑦1 + 𝑦2 (1) Dimana 𝑦𝑠 = simpangan gelombang stasioner 𝑦1 = simpangan gelombang pertama, dan 𝑦2 = simpangan gelombang kedua Untuk meninjau terjadinya gelombang stasioner, tinjaulah dua gelombang yang bergerak dalam arah yang berlawanan, kedua gelombang tersebut dapat dinyatakan oleh: 𝑦1 = 𝐴 sin(𝑘𝑥 − 𝑤𝑡) (2) 𝑦2 = 𝐴 sin(𝑘𝑥 + 𝑤𝑡) (3) Hasil superposisi dari gelombang tersebut adalah: 𝑦𝑠 = 𝑦1 + 𝑦2 𝑦𝑠 = [sin(𝑘𝑥 − 𝑤𝑡) + (𝑘𝑥 + 𝑤𝑡)] (4) Secara trigonometri, dapat dinyatakan: 𝛼+ 𝛽

sin 𝛼 + sin 𝛽 = 2 sin (

2

) 𝑐𝑜𝑠 (

𝛼−𝛽 2

)

(5)

Dengan mensubtitusi persamaan (5) ke persamaan (4) diperoleh: 𝑦𝑠 = [2A sin(𝑘𝑥)] 𝑐𝑜𝑠(−𝑤𝑡) = 𝐴𝑠 𝑐𝑜𝑠(−𝑤𝑡) (6) Dengan:

LAPORAN PRAKTIKUM GELOMBANG DAN OPTIK 𝐴𝑠 = 2𝐴 sin(𝑘𝑥) (7) 𝐴𝑠 merupakan amplitudo gelombang perpaduan/resultan. Dari persamaan (7) terlihat bahwa amplitudo resultan bergantung pada posisi (x), memiliki maksimum 2A (terjadi jika sin (kx) = 1), dan memiliki nilai minimum nol (ketika sin kx = 0) dan tidak bergantung pada waktu

2

Dan

𝜐=𝑓𝑥𝜆 𝐹

𝜐 = √𝜇

(10) (11)

Dengan: 𝜐 = cepat rambat gelombang (m/s) F = Gaya tegangan tali (N) 𝜇 = rapat massa tali (kg/m) λ = panjang gelombang (m) f = frekuensi (Hz)

Gambar 1. Ilustrasi grafis gelombang stasioner

II. METODE PENELITIAN

Pada gelombang stasioner, partikel yang dilalui gelombang bergetar naik turun dengan amplitudo berbeda, bergantung pada posisinya. Jarak antara dua titik perut yang berdekatan (Xpp) sama dengan dua jarak simpul yang berdekatan (Xss) dan memiliki hubungan: 1 𝑋𝑝𝑝 = 𝑋𝑠𝑠 = 2 𝜆 (8) Sementara itu, jarak titik simpul dan titik perut: 1 𝑋𝑠𝑠 = 4 𝜆 (9) Seutas tali dengan salah satu ujungnya diikat pada suatu penggetar (vibrator) di A, sedangkan pada ujung yang lain dipentalkan pada sebuah katrol dan diberi beban yang bermassa M. Besar tegangan tali adalah besar gaya berat dari massa beban yang digantungkan. Jika vibrator digetarkan listrik dengan frekuensi f, maka energi gelombang melalui akan bergerak dari A ke B, energi gelombang ini menyebabkan tali menjadi bergelombang. Pantulan gelombang oleh simpul di B menyebabkan adanya gelombang yang arahnya berlawanan dengan gelombang datang dari sumber (titik A).

Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini diantaranya adalah sumber getaran AC 220 volt dengan frekuensi 50 hertz yang berguna sebagai sumber getaran yang menggetarkan tali sehingga terbentuklah gelombang tali, tali sebagai alat utama yang diukur dan sebagai alat untuk menimbulkan gelombang, beban yang berfungsi sebagai pemberat agar terbentuklah gelombang tali, katrol tetap sebagai loncata penghubung antara tali dengan beban, neraca sebagai alat untuk mengukur berat beban, dan jembatan mistar untuk mengukur panjang tali ketik gelombang tali terbentuk.

Gambar 3. Skema rangkaian percobaan melde

Gambar 2. Contoh gelombang yang terjadi pada tali

Jika frekuensi penggetar dapat diketahui dan panjang gelombang dapat dihitung maka cepat rambat gelombang pada tali dapat ditentukan. Percobaan Melde merupakan percobaan fisika yang membuktikan tentang hubungan cepat rambat bunyi dalam suatu benda lurus misalnya tali, tegangan tali serta besaran fisika lainnya. Alat untuk membuktikan ini pada awalnya menggunakan prinsip gitar sederhana yang bernama Sonometer. Sonomerter adalah sebuah alat yang terdiri dari tali atau kawat yang diikat kuat kuat dan dihubungkan dengan beban, dimana beban ini digunakan untuk mengukur dan mengontrol tegangan tali dan sebuah kotak suara yang terbuat dari kayu, dimana kotak ini berguna untuk memperkuat bunyi. Hukum Melde mempelajari tentang besaran-besaran yang memengaruhi cepat rambat gelombang transversal pada tali. Melde menemukan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai sebanding dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai. Secara matematis dapat ditulis:

Percobaan Melde yang dilakukan ini terdiri dari 2 percobaan. Pertama untuk mengetahui panjang gelombang stasioner dan kedua untuk mengetahui hubungan antara cepat rambat gelombang dengan gaya tegangan tali. Langkah kerja untuk percobaan pertama yaitu: panjang dan massa tali diukur, kemudian massa beban yang dipakai ditimbang dengan menggunakan neraca. Alat dan bahan dirangkai seperti pada gambar 3. Lalu sumber getaran dinyalakan. Dan gelombang stasioner dicari dengan cara mendekatkan sumber getaran mendekati katrol, kemudian diulangi percobaan tersebut untuk variasi massa beban yang berbeda serta jenis tali yang berbeda. Untuk percobaan kedua langkah kerjanya meliputi pertama massa dan panjang tali diukur, kemudian massa beban diukur dengan menggunakan neraca, dan alat dan bahan dirangkai seperti pada gambar 3. Lalu diukur jarak antara katrol dengan sumber getaran sepanjang 165 cm. Sumber getar dinyalakan dan banyaknya panjang gelombang dihitung. Kemudian dilakukan percobaan untuk massa beban dan jenis tali yang lain. Dari percobaan secara keseluruhan tersebut, maka akan didapatkan massa tali, panjang tali, massa masing-masing beban. Dari percobaan tahap pertama yaitu untuk menentukan berapa cepat rambat gelombang tali maka didapatkan data panjang gelombang. Dan untuk percobaan kedua maka data yang akan didapatkan adalah jumlah gelombang dengan jaralk 165 cm antara katrol dengan sumber getar yang memiliki frekuensi sebesar 50 hertz yang sebenarnya belum diketahui apakah benar 50 hertz atau tidak

LAPORAN PRAKTIKUM GELOMBANG DAN OPTIK

karena alat yang dipakai dalam percobaan ini merupakan suatu alat yang memiliki umur yang sudah tua.

3

No

1 2 3

Mulai

Massa dan panjang tali diukur

Panjang tali (m)

0,06589 0,05922 0,06139

1,5

Panjang gelombang (cm) 59 59,33 61,33

Tabel 2. Data panjang gelombang stasioner tali nylon

No

Massa beban diukur

Massa beban (kg)

1 2 3

Massa beban (kg)

Panjang tali (m)

0,06589 0,05922 0,06139

1,5

Panjang gelombang (cm) 80,67 72,33 76,33

Tabel 3. Data jumlah gelombang percobaan Melde Alat dirangkai seperti pada gambar 3

Sumber getaran dinyalakan

Jarak antara sumber getar dengan katrol diukur 165 cm

Gelombang Stasioner dicari

Sumber getaran dinyalakan

Panjang gelombang dan jumlah gelombang didapatkan

Didapatkan jumlah gelombang

Belum

Apakah variasi telah dilakukan semuanya?

Sudah Hasil Selesai Gambar 4. Flowchart Percobaan Hukum Melde

No

Jenis tali

Massa jenis linier (kg/m)

1

Tali bol

0,000496

2

Tali nylone

0,0002585

Massa beban (Kg) 0,06589 0,05922 0,06139 0,06589 0,05922 0,06139

Jumlah gelombang 3,25 3,5 3,5 4,25 4,5 4,5

3.2. Perhitungan Dari data yang telah diperoleh, dilakukan perhitungan untuk mendapatkan cepat rambat gelombang dengan Hukum Melde untuk 2 tali yang berbeda. Adapun contoh perhitungan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut: Diketahui: Massa beban: 0,06589kg Panjang tali:200cm Massa tali(nylon):0,517gram=5,17x10^-4kg Ditanya :Cepat rambat gelombang? 𝐹

Jawab: V=√𝜇

0,06589.10

V=√ 5,17𝑥10^−4 2

V=36,44m/s Secara keseluruhan dapat dilihat dalam tabel dibawah ini Tabel 4. Hasil perhitungan cepat rambat gelombang tali No

Rapatan massa tali (kg/m)

1

0,000496

2

0,0002585

Gaya beban (N) 0,6589 0,5922 0,6139 0,6589 0,5922 0,6139

Cepat rambat (m/s) 36,44 34,55 35,18 50,48 47,86 48,73

(Cepat rambat)2 (m2/s2) 1328,427 1193,951 1237,701 2548,936 2290,909 2374,854

III. HASIL DAN DISKUSI 3.1. Analisa data Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh data hasil percobaan berupa massa jenis linear, panjang gelombang, dan jumlah gelombang. Secara lengkap dapat dilihat ditabel berikut ini: Tabel 1. Data panjang gelombang stasioner tali bol

3.3. Grafik Dari data perhitungan yang telah didapatkan dalam tabel 4 diatas, maka didapatkan data gambar grafik yang ada yaitu lebih tepatnya grafik perbandingan antara cepat rambat gelombang yang dikuadratkan dengan 𝜇 atau yang biasa kita sebut rapatan massa yang memiliki rumus massa tali dibagi panjang tali. Adapun grafiknya adalah seperti yang ada pada gambar berikut:

Cepat Rambat (v2)

LAPORAN PRAKTIKUM GELOMBANG DAN OPTIK

4

percobaan ini diperoleh dengan cara membagi panjang tali yang digetarkan dengan banyaknya jumlah gelombang yang dihasilkan. Hubungan antara cepat rambat gelombang (𝜐) dengan rapat massa (𝜇) adalah berbanding terbalik. Faktorfaktor yang memengaruhi cepat rambat gelombang pada tali yaitu panjang dan massa tali (rapatan massa) serta besarnya tegangan tali tersebut.

5000 4000 3000 2000 1000 0 Rapatan Massa (kg/m) Tali Bol

Tali Nylon

Gambar 5. Grafik perbandingan antarta cepat rambat (v2) dengan rapatan massa (𝜇) pada tali Bol dan tali Nylon

3.4. Pembahasan Gelombang stasioner pada percobaan melde yang menggunakan medium tali tersebut terjadi akibat interferensi antara 2 gelombang yang mempunyai amplitudo dan frekuensi yang sama. Dari sumber getar menjalar gelombang berjalan. Kemudian setelah tiba di titik pantul gelombang dipantulkan. Selanjutnya antara gelombang datang dan gelombang pantul terjadi interferensi. Dalam hal ini amplitudo dan frekuensi kedua gelombang sama, karena berasal dari sumber yang sama. Titik pantul berupa ujung tetap atau ujung bebas hanya membedakan letak perut dan letak simpul saja. Pola/bentuk gelombangnya sama. Berdasarkan data yang telah didapatkan dari percobaan Melde tersebut. dapat diketahui bahwa pada percobaan pertama dengan menggunakan tali jenis Bol yang panjangnya 150cm dengan variasi massa beban 1, menghasilkan panjang gelombang 59 cm dengan jumlah gelombang 1,5 gelombang, begitu pula seterusnya. Begitu pula pada percobaan kedua,saat digunakan tali nylon dan variasi massa 1, dengan jarak 165 cm menghasilkan gelombang sebanyak 3,25 gelombang, bila dengan variasi massa 2 menghasilkan panjang gelombang 3,5 gelombang dan seterusnya. Berdasarkan data perhitungan yang diperoleh, didapatkan bahwa tali bol yang memiliki rapatan massa 0,000496 kg/m, ketika diberikan variasi beban 1 dengan gaya beban 0,6589 N cepat rambatnya 36,44 m/s, bila tali bol tersebut diberikan variasi massa 2 dengan gaya beban 0,5922 N, cepat rambatnya 34,55 m/s. Dari bukti grafik yang diperoleh dari percobaan ini (gambar 5), dapat disimpulkan bahwa semakin besar nilai rapatan massa suatu tali atau medium rambat gelombang, dengan gaya beban yang sama, maka semakin kecil nilai cepat rambat gelombangnya. Begitu pula sebaliknya, bila rapatan massa suatu medium rambat gelombang semakin kecil dengan gaya beban yang sama, maka akan semakin besar nilai cepat rambat gelombangnya. Atau dalam kata lain besarnya rapatan massa (𝜇) berbanding terbalik dengan nilai cepat rambat (𝜐) gelombangnya. Dalam percobaan ini, dapat kita ketahui bahwa faktorfaktor yang memengaruhi cepat rambat gelombang adalah panjang dan massa tali (rapat massa tali) dan tegangan tali. IV. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat kita peroleh dalam percobaan ini diantaranya adalah panjang gelombang stasioner dalam

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan syukur Alhamdulillah kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan untuk mengikuti praktikum tentang Hukum Melde ini, terimakasih pula kepada Aslab praktikum Percobaan Melde, mbak Ika Widya Wahyuningsih yang telah mempermudah penulis dalam mendalami materi tersebut. Terimakasih kepada teman seperjuangan kelompok praktikum gelombang penulis yang telah sangat banyak membantu. Dan terakhir terima kasih kepada mas-mas yang sudah menciptakan copy paste yang berkat beliau penulis makin mudah dalam mengerjakan Laporan praktikum ini. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3]

Saripudin Aip, 2007. “Praktis Belajar Fisika untuk Kelas 12 SMA”. Jakarta:Visindo. 9-12. Tim Guru Eduka, 2015. “Mega Bank Soal SMP Kelas 1,2,3”. Jakarta:C Media. 56-58 Young Hugh D, 2003. “Fisika Universitas edisi ke-10”. Jakarta:Erlangga. 178-179....