Journal Bandul Fisis [PDF]

Zitiervorschau

II.BANDUL FISIS

III. TUJUAN a. Mengenal sifat-sifat bandul fisis b. Menghitung gaya gravitasi (g)

IV. ALAT a. Bandul Fisis terdiri dari : dua keeping logam berat tang dapat diletakkan pada batang logam yang berlubang-lubang dengan pasak. b. Stop Watch c. Mistar Gulung

1

Cara kerja bandul fisis

2

V.TEORI Sebuah benda yang digantungkan pada sebuah poros horizontal dan berayun (karena gravitasi) dengan sudut kecil, maka periodenya: T=2π 1)

√ k ο2 +a 2

(6-

ga

T=priode ayunan Ko=”radius of gyation” tergadap pusat massa C a =jarak pusat massa C dengan poros ayuna A Suatu titik yang terletak pada garis AB(gambar diatas) dan dengan jarak 1 dari poros, disebut pusat osilasi (garis AB melalui pusat massa).Bila pusat osilasi ini dipakai sebagai poros,maka didapat bandul fisis baru dengan T yang sama dengan Tsemula,jadi pusat osilasi “conjugate” dengan titik poros. Maka dengan ini dan persamaan (6-1) diperoleh empat buah titik gantung sepanjang garis AB dengan harga T yang sama (dalam batas-batas tertentu).

Dasar Teori Bandul fisis atau bisa juga disebut ayunan fisis adalah yang paling sering dijumpai ,karena pada ayunan ini massa batang pengantung tidak diabaikan seperti hanya pada ayunan matematis. Bandul fisis terdiri dari 1 batang logam sebagai penggantung dan beban logam berbentuk silinder. Bandul fisis digunakan untuk menggambarkan gerakan berayun dari bandul yang disebabkan oleh gravitasi. Untuk membuat bandul (pendulum), beratnya (m.g), tergantung 3

dari titik tetap, disebut pivot. Dengan menarik pendulum kembali dan melepaskan, itu akan berayun bolak-balik karena tarikan gravitasi dan tegangan di sepanjang tali atau kawat yang menggantungkan berat tadi. Gerakan ini terus berlanjut sebagai akibat inersia.

Menurut hukum dasar inersia, ketika benda dalam keadaan istirahat atau bergerak, ia akan terus dalam keadaan itu kecuali ditindaklanjuti oleh kekuatan eksternal. Dalam kasus bandul fisis, bandul akan terus berayun kecuali kekuatan eksternal bertindak untuk menghentikannya. Karena tidak ada kekuatan eksternal bertindak di atasnya, itu dapat terus berayun tanpa batas melalui busur yang sama. Aksi pendulum adalah contoh yang baik dari kekekalan energi mekanik. Ini hukum fisika menyatakan bahwa energi di dalam sistem selalu tetap konstan. Dengan kata lain, jumlah energi selalu sama dan energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan. Ada berbagai jenis energi yang menyatakan bahwa sebuah objek dapat dalam bentuk, seperti energi kinetik, potensial, kimia, nuklir dan termal. Energi Potensial dan kinetik, atau gerak, merupakan energi keadaan adalah mereka yang diukur dan diamati dalam bandul fisika. Ketika pendulum berayun, energi keadaan yang berubah berdasarkan tempat di busur benda, tapi semuanya tetap sama dalam jumlah total potensial dan kinetik energi benda – dengan kata lain, energi kekal. Pada titik tertinggi bandul, ia tidak memiliki kecepatan dan semua energi dalam sistem adalah energi potensial. Ketika jatuh melalui busur, benda memperoleh energi kinetik dan kecepatan sambil kehilangan energi potensial. Setelah melewati bagian bawah busur, ia mulai lambat dan kehilangan energi kinetik sambil mendapatkan energi potensial dan ketinggian. Meskipun energi kinetik dan potensial bervariasi, pengukuran fisika bandul menunjukkan bahwa total tetap sama di semua titik di busur pendulum. Dalam bandul fisis, hambatan udara dan gesekan diasumsikan tidak ada pada benda. Karena energi dari sistem bandul adalah kekal, dikatakan memiliki gerak terus-menerus, yang dapat dilanjutkan tanpa batas selama tidak ada energi yang hilang ke objek atau lingkungan lainnya. Fakta bahwa pendulum terus berayun 4

dengan cara yang sama dari waktu ke waktu adalah mengapa hal itu digunakan dalam jam untuk menjaga waktu, dan pada awalnya digunakan untuk melakukan pengukuran gaya gravitasi.

Pengertian Bandul Bandul adalah benda yang terikat pada sebuah tali dan dapat berayun secara bebas dan periodik yang menjadi dasar kerja dari sebuah jam dinding kuno yang mempunyai ayunan. Dalam bidang fisika, prinsip ini pertama kali ditemukan pada tahun 1602 oleh Galileo Galilei, bahwa perioda (lama gerak osilasi satu ayunan, T) dipengaruhi oleh panjang tali dan percepatan gravitasi. Bandul sederhana adalah sebuah benda kecil, biasanya benda berupa bola pejal, digantungkan pada seutas tali yang massanya dapat diabaikan dibandingkan dengan massa bola dan panjang bandul sangat besar .dibandingkan dengan jari-jari bola. Ujung lain tali digantungkan pada suatu penggantung yang tetap, jika bandul diberi simpangan kecil. dan kemudian dilepaskan, bandul akan berosilasi (bergetar) di antara dua titik, misalnya titik A dan B, dengan periode T yang tetap.

Gerak Harmonik Sederhana Gerak harmonik sederhana adalah gerak bolak– balik benda melalui suatu titik keseimbangan tertentu dengan banyaknya getaran benda dalam setiap sekon selalu konstan. Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu (1) Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, misalnya penghisap dalam silinder gas, gerak osilasi air raksa/ air dalam pipa U, gerak horizontal / vertikal dari pegas, dan

5

sebagainya; (2) Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Angular, misalnya gerak bandul/ bandul fisis, osilasi ayunan torsi, dan sebagainya. Telah terhadap bunyi dan getaran sangat berkait bahkan tidak dapat dipisahkan dengan kajian tentang ayunan atau yang disebut juga dengan istilah osilasi. Gejala ini dalam kehidupan kita sehari-hari contohnya adalah gerakan bandul jam, gerakan massa yang digantung pada pegas, dan bahkan gerakan dawai gitar saat dipetik. Ketiganya merupakan contoh-contoh dari apa yang disebut sebagai ayunan.

Beberapa Contoh Gerak Harmonik Sederhana

1.Gerak harmonik pada bandul Ketika beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan gaya, maka benda akan dian di titik keseimbangan B. Jika beban ditarik ke titik A dan dilepaskan, maka beban akan bergerak ke B, C, lalu kembali lagi ke A. Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodik, dengan kata lain beban pada ayunan di atas melakukan gerak harmonik sederhana.

6

Gerak Osilasi Gerak osilasi (getaran) yang populer adalah gerak osilasi pendulum (bandul). Pendulum sederhana terdiri dari seutas tali ringan dan sebuah bola kecil (bola pendulum) bermassa m yang digantungkan pada ujung tali, sebagaimana tampak pada gambar di bawah. Dalam menganalisis gerakan pendulum sederhana, gaya gesekan udara kita abaikan dan massa tali sangat kecil sehingga dapat diabaikan relatif terhadap bola. Gaya yang bekerja pada bola adalah gaya berat (w = mg) dan gaya tegangan tali FT. Gaya berat memiliki komponen mg cos teta yang searah tali dan mg sin teta yang tegak lurus tali. Pendulum berosilasi akibat adanya komponen gaya berat mg sin teta. Karena tidak ada gaya gesekan udara, maka pendulum melakukan osilasi sepanjang busur lingkaran dengan besar amplitudo tetap sama.Hubungan antara panjang busur x dengan sudut teta dinyatakan dengan persamaan : x= LӨ ingat bahwa sudut teta adalah perbandingan antara jarak linear x dengan jari-jari lingkaran (r) jika dinyatakan dalam satuan radian. Karena lintasan pendulum berupa lingkaran maka kita menggunakan pendekatan ini untuk menentukan besar simpangannya.

Pengujian Sistem Menimbang massa batang logam m1 dan massa beban m2 . memasang beban m2 pada batang logam dengan sekrup. Mengukur jarak l dan 7

jarak h. membuat ayunan (sudut sekitar 5º-15º ) dan amati waktu yang dibutuhkan untuk n ayunan. (n ditentukan oleh asisten ). MEengulangi butir diatas beberapa kali. Mengubah posisi dari beban m2 pada batang logam . melakukan seperti lankah-lanhkah diatas.

Pengertian Getaran Getaran adalah gerak bolak-balik secara periodik yang selalu melalui titik keseimbangan. 

Satu getaran adalah gerakan dari titik mula-mula dan kembali

ke titik tersebut. 

Periode (waktu getar) adalah waktu yang digunakan untuk

mencapai satu getaran penuh, dilambangkan T (sekon atau detik). 

Frekuensi adalah banyaknya getaran tiap detik, dilambangkan f

(Hertz). 

Amplitudo adalah simpangan maksimum dari suatu getaran,

dilambangkan A (meter). 

Kecepatan sudut adalah sudut yang ditempuh tiap satuan waktu

. 

Simpangan adalah jarak besarnya perpindahan dari titik

keseimbangan ke suatu posisi, dilambangkan Y (meter). 

Sudut fase getaran adalah sudut tempuh getaran dalam waktu

tertentu, dilambangkan ɸ (radian).

8



Fase getaran adalah perbandingan antara lamanya getaran

dengan periode, dilambangkan ɸ .

Getaran Harmonis Gerak harmonik sederhana (GHS) adalah gerak periodik dengan lintasan yang ditempuh selalu sama (tetap). GHS mempunyai persamaan gerak dalam bentuk sinusiodal dan digunakan untuk menganalisis suatu gerak periodik tertentu Gerak harmonik sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian yaitu



Gerak Harmoni Sederhana Linier Yang termasuk ke dalam Gerak Harmoni Sederhana Linier: penghisap

dalam silinder gas, gerak osilasi air raksa/air dalam

pipa U, gerak

horisontal/vertikal dari pegas, dsb. 

Gerak Harmoni Sederhana Anguler Gerak bandul termasuk ke dalam salah satu jenis gerak harmonis

sederhana , yaitu Gerak Harmoni Sederhana Anguler . Contoh lainnya, misalnya osilasi ayunan. . 1. Hukum-hukum Ayunan Hukum-hukum (ayunan) Galilei tahun 1596, yaitu:  Tempo ayunan tidak bergantung dari besarnya amplitude (jarak ayunan), asalkan amplitude tersebut tidak terlalu besar.  . Tempo ayunan tidak bergantung dari beratnya bandulan ayunan.

9

 Tempo ayunan adalah sebanding laras dengan akar dari panjangnya

bandulan (l )  Tempo ayunan adalah sebanding-balik dengan akar dari percepatan yang disebabkan oleh berat ayunan.

2. Macam-Macam Ayunan a. Pengertian Ayunan Sederhana Bandul sebenarnya ada dua jenis, yaitu bandul mekanis dan bandul fisis. Bandul mekanis adalah disebut juga bandul sederhana merupakan sebuah bandul ideal yang terdiri dari sebuah partikel yang digantung pada seutas tali panjang yang ringan dan berayun dengan sudut simpangan kecil maka susunan ini disebut bandul matematis. Bandul matematik adalah sebuah bandul dengan panjang I dan massa m dan membuat GHS dengan sudut kecil (f). Gaya yang menyebabkan bandul ke posisi kesetimbangan dinamakan gaya pemulih yaitu mg sin q dan panjang busur adalah s = lq.

b.Priode Ayunan Sederhana Perioda yang mengalami gerak selaras sederhana, termasuk bandul, tidak bergantung pada amplitudo. Galileo dikatakan sebagai yang pertama mencatat kenyataan ini, sementara ia melihat ayunan lampu dalam katedalan di pissa. Penemuan ini mengarah pada bandul jam yang pertama mirip dengan lonceng. Periode bandul atau ayunan adalah waktu yang dibutuhkan untuk 1 kali getaran. Satu kali getaran yang dimaksudkan adalah pergerakan dari titik A-BC-B-A, jadi, getaran yang dilakukan dimulai dari titik A hingga ke titik A lagi (kembali ke titik awal). 10

Bila bandul ditarik kesamping dari posisi seimbangnya kemudian dilepas, maka bandul akan berayun karena pengaruh gravitasi atau bandul bergetar dengan ragam getaran selaras. Gaya pemulih yang bekerja pada m: F = -mg sin 0. karena gaya pemulihnya sebanding dengan sin 0 bukan dengan simpangannya. Gaya yang menyebabkan bandul ke posisi kesetimbangan dinamakan gaya pemulih yaitu mg sin ɸ dan panjang busur adalah s = lɸ.

Ayunan Fisis A.Pengertian Ayunan Fisis Bandul fisis merupakan sembarang benda tegar yang digantung yang dapat berayun/bergetar/berisolasi dalam bidang vertical terhadap sumbu tertentu. Bandul fisis sebenarnya memiliki bentuk yang lebih kompleks, yaitu sebagai benda tegar.

Percepatan Gravitasi Hukum Newton tentang gravitasi bumi dapat diungkapkan sebagai berikut: “Setiap partikel materi di jagat raya melakukan tarikan terhadap setiap partikel lainnya dengan suatu gaya yang berbanding langsung dengan hasil kali massa partikel-partikel itu dan berbanding Terbalik dengan kuadrat yang memisahkan.” Gaya-gaya gravitasi yang bekerja pada partikel itu membentuk sepasang aksi-reaksi. Walaupun massa partikel-partikel itu berbeda, gaya yang sama besarnya bekerja pada masing-masing partikel itu dan garis kerja

11

keduanya terletak di sepanjang garis yang menghubungkan partikel-partikel itu. Hukum Gravitasi Newton ialah hukum untuk dua partikel. Faktanya bahwa gaya gravitasi yang dilakukan pada atau oleh suatu bola homogeny sama seperi seandainya seluruh massa bola itu terkonsentrasi pada titik pusatnya.

12

VI.PROSEDUR EKSPERIMEN : 1 .Pilihlah sebuah titik A sebagai titik gantung,ukurlah jarak A dengan ujung batang. 2. Amatilah waktu ayunan penuh untuk n ayunan. (n ditentukan oleh asisten) 3. Amatilah waktu ayunan penuh (kira-kira 5 menit),untuk x ayunan penuh *). 4. Ulangilah (V-2) Pilihlah titik B (dinagian lain terhadap C),sebagai titik gantung. Ukurlah jarak AB (a1 + a2) 5. Lakukanlah (V-2),(V-3),(V-4),untuk tititk B **) 6. Lakukanlah (V-2),(V-3),(V-4) dan (V-5) ini untuk beberapa pasang titik A dan B. 7. Ukurlah panjang batang,ukurlah keduddukan keeping-keping,timbanglah keepingKeeping dan timbang pula batang.

Catatan : 13

1. Jangan lah membuat simpangan terlalu besar. 2. *) Cara menghitung T besar dngan teliti, misalkan n=50.

Pengamatan : (i).50 ayunan dalam 81,3 detik. (ii).X ayunan dalam 300,9 detik. (iii).50 ayunan dalam 82,0 detik. Maka Tsementara =

81, 3+8 2,0 = 1,633 detik 5 0+5 0

Jadi dalam 300,9, detik ada

3 00, 9 = 184 ayunan (bilangan bulat). Jadi 1, 633

waktu ayun T=

3 00, 9 = 1,635 detik (teliti). 18 4

3.**) Pilihlah titik Adan B tidak sepihak dan setangkup.Bila A dekat dengan C, maka Harus jauh. 4.Batang logam dianggap homogen sehingga pusat massa C dapat dihitung,bila ukuran Serta massanya diketahui (massa batang dan massa keeping-kepingnya)

14

VII.DATA Panjang batang logam : 1 meter Massa batang logam : 1,5 kg Massa keeping logam : 3 kg

Jarak

Jumlah I

Waktu (detik) II

III

Perioda, T

( meter) 95 cm

Ayunan,n 10

20.45

18.61

18.88

(detik) 19.31

85 cm

10

17.74

17.44

17.27

17.48

75 cm

10

16.83

16.62

16.49

16.64

70 cm

10

16.03

16.07

16.16

16.08

15

Jumlah

Jumlah I

ayunan (kali) II

( meter) 95 cm

Waktu t 10

85 cm

Perioda, T III

5,5

5,5

5,5

(detik) 5,5

10

6

6

6

6

75 cm

10

6,5

6,5

6,5

6,5

70 cm

10

6,5

6,5

6,5

6,5

VIII.LAPORAN 1. Analisa Data a.Hitung lah harga g untuk tiap pasang A dan B beserta ketelitiannya. Jawab : menghitung nilai dari g bandul fisis kita gunakan rumus sebagai berikut:

g = 4π g1 = 4 (3.14) = 12.56

ko ²+ a ² T ²a

1²+o . 8² 1 . 72² o . 8 1 . 64 2. 36

= 8.70 m/s ² g2 = 4 (3.14)

1²+0. 75² 1 . 66² 0.75 16

=12.56

1 . 56 2 .0 6

=9.51 m/s ² 1²+0. 7 0 ² 1 . 62² 0.7 0

g3 = 4 (3.14) =12.56

1 . 49 1. 83

= 10.2 m/s ² 1²+0. 65² 1 . 56² 0.65

g4 = 4 (3.14) =12.56

1 . 42 1 . 58

= 11.2 m/s 1²+0. 6 0 ² 1 . 51² 0.6 0

g5 = 4 (3.14) =12.56

1 . 36 1 . 36

= 12.5 m/s ²

b.Hitunglah harga g di laboratorium menurut percobaan ini (g ratarata). Jawab : Untuk menghitung rata rata g digunakan rumus sebagai berikut: g

=

g=

g 1+ g 2+ g 3+…+ gn n 8. 70+9.51+10.2+11.2+ 12.56 5 17

g

=

52 . 7 5

g = 10.43

c.Mengitung harga g untuk ketelitian ͞Δg =

Δg =

gg −g 2∨+¿ ¿ g |g −g1|+ ¿ ¿ gg −g 2∨+¿ ¿ |gg −g1|+ ¿ ¿

1 0. 43−9.51∨+¿ ¿ Δg = |1 0. 43−8.70|+¿ ¿ Δg =

1 . 1 9+ 0.91+0.23+0.77+ 2.13 5

Δg = 1.04

d.Sebutkan letak keempat titik yang disebut pada (III) untuk masingmasing titik A. Hitunglah dengan memakai rumus (6-1). 2. Ulasan a.Apakah akibat kalo sudut ayunan terlalu besar? 18

Jawab : Akibatnya akan terjadi proses simpangan yang terlalu jauh yang akan mempengaruhi Waktu arah bolak-balik suatu bandul. Bila sudut ayunan terlalu besar, maka ayunan tersebut bukan lagi ayunan harmonik kadang-kadang bila sudut terlalu besar ,dapat menjadi gerak melingkar. b.Berilah suatu pembahasan tentang hasil percobaan ini.Terutama hasil perhitungan g dengan gseharusnya (g=9,61 m/detik2) jawab : Dari hasil percobaan ini,nilai g pada percobaan berbeda dengan g yang seharusnya yaitu 9.61 m/ s 2 . Hal tersebut dapat terjadi karna kesalahan dalam penggukuran sudut yang di tentuan atau pun kesalahaan pada perhitungan g.

IX.KESIMPULAN

19

Setelah dilakukan percobaan dapat disimpulkan sebagai berikut : a. Dari hasil percobaan yang ditentukan dapat dihitung nilai percepatan gravitasi atau g, yaitu dengan menggunakan prinsip bandul fisis. Dalam percobaan ini juga dapat dipahami prinsip bandul fisis, dan cara untuk menghitung percepatan gravitasi atau g. b. bahwa dengan melakukan percobaan bandul fisis dapat membuat kita mengerti cara kerja bandul fisis dan manfaatnya. Dan juga fungsinya yang digunakan untuk Untuk menghitung percepatan gravitasi dapat digunakan ayunan sederhana dan ayunan fisis.

X.DAFTAR PUSTAKA http://fredi-36-a1.blogspot.com/2009/11/ayunan-dan-bandul-fisis.html http://www.sridianti.com/pengertian-teori-bandul-fisis.html 20

http://andriatun.weebly.com/7/category/bandul%20fisis/1.html http://susitapratiwi.blogspot.com/2011/10/ayunan-dan-percepatangravitasi.html Lubis,Syamsulsyah.(2014).Penuntun Praktikum Fisika Dasar.ISTP Medan.

21