Percobaan 3 [PDF]

Zitiervorschau

AYUNAN PUNTIR

A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Fisika adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang alam, sifat, gejala, serta interaksi yang terjadi antar benda di alam ini. Secara garis besar, fisika dibagi atas dua kelompok, yaitu fisika klasik dan fisika modern. Dalam kehidupan sehari-hari, fisika selalu menjadi bagian hampir disetiap aktivitas kita atau pun fenomena yang terjadi di sekitar kita. Sebagai contoh, ferr atau pegas pada kendaraan yang kita miliki akan bergetar dan berosilasi ketika melewati jalan berlubang. Selain pegas ataupun bandul yang dapat berosilasi, salah satu contoh lain adalah ayunan puntir. Ayunan puntir merupakan sebuah benda tegar yang di gantung pada titik pusat massanya dan ketika diberi simpangan maka akan berosilasi. Ketika sebuah benda kita gantungkan pada suatu titik tertentu dengan menggunakan sebuah tali yang tegang, kemudian diberikan simpangan dari titik kesetimbangannya, maka akan terjadi osilasi. (Anonim, 2015). Sebuah benda tegar yang dapat berpuntir, memiliki suatu nilai atau harga tetapan yang dimilikinya untuk dapat berpuntir. Begitupun pada tali tegang yang digunakan, misalnya kawat logam, akan ada pergeseran yang terjadi ketika berosilasi, yang disebut dengan modulus geser. Setiap benda tegar memiliki konstanta puntir dan modulus geser yang berbeda. Maka berdasarkan uraian di atas, akan dilakukan praktikum mekanika analitik percobaan ayunan puntir, untuk mengetahui konstanta puntir dan modulus geser suatu benda tegar dari kawat logam.

2. Tujuan Praktikum mekanika analitik percobaan ayunan puntir bertujuan untuk menentukan konstanta puntiran K dan modulus pergeseran M dari sebuah kawat logam. B. KAJIAN TEORI Sebuah benda yang digantung pada suatu titik yang merupakan pusat masssanya

dan

berosilasi

jika

kita

beri

simpangan

dari

titik

kesetimbangannya. Osilasi ini merupakan gerak bolak-balik yang terjadi disekitar titik kesetimbangannya. Sistem seperti ini disebut bandul puntir (Yunus, 2013). Sebuah benda memiliki elastisitas, termasuk logam. Elastisitas logam dapat dilihat dengan cara ayunan puntir. Sebuah bandul puntir, yang terdiri dari benda yang digantung dengan kawat logam yang disangkutkan pada titik tetap. Bila dipuntir dengan sudut 𝜃, kawat akan mengerjakan torka pemulih yang sebandig dengan 𝜃 ; 𝜏 = −𝑘. 𝜃 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.1) Dimana k = konstanta puntir Nilai kosntanta itu dapat dicari dengan menerapkan torka yang diketahui untuk memuntir kawat dan mengukur simpangan sudut 𝜃 yang terjadi. Geark bandul puntir merupakan gerak harmonik sederhana sepanjang torka pemulih sebanding dengan sudut puntiran (Khusnul, 2011). Jika kita memutar sebuah cakram dengan beberapa perpindahan sudut dari posisinya (dimana garis awal adalah di 𝜃 = 0) dan melepaskannya, maka benda tersebut akan berosilasi di sekitar posisinya pada sudut 𝜃 di kedua arah memasukan pemulihan tasi yang diberikan oleh 𝜏 = −𝑘. 𝜃. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.2) Nilai k (kappa yunani) adalah konstan, disebut juga sebagai konstanta torsi, yang tergantung pada panjang, diameter dan bahan dari kawat suspensi (Halliday, 2010).

C. METODE PRAKTIKUM 1. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan ini dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut. Tabel 3.1 Alat dan Bahan Percobaan Ayunan Puntir No

Nama Alat / Bahan

1.

Mikrometer presisi

2.

1 set statif

3.

Stopwatch

4. 5.

Piringan pejal Mistar

6.

Jenis kawat logam

Fungsi Untuk mengukur diameter kawat dan piringan pejal Sebagai tempat menggantungkan benda tegar Untuk mengukur waktu osilasi piringan pejal Sebagai objek pengamatan Untuk mengukur panjang kawat Untuk menggantungkan piringan pejal pada statif

2. Prosedur Kerja Langkah-langkah dalam melakukan percobaan ayunan puntir ini adalah : a. Menggantungkan piringan pejal pada suatu poros yang melalui pusat massa dan tegak lurus pada bidang-bidang benda, seperti pada gambar 3.1. b. Mengukur diameter dan panjang kawat yang dipakai, panjang kawat mulai dari 1 m, 0,75 m, 0,5 m dan 0,25 m. c. Memutar benda dengan sudut 90o, kemudian melepaskan benda berosilasi, mencatat waktu yang diperlukan untuk 10 kali osilasi. d. Mengulangi langkah (c) untuk panjang kawat yang lain. e. Mengumpulkan data pengamatan.

Gambar 3.1 Piringan Pejal yang digantungkan Pada Statif D. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Pengamatan a. Data Pengamatan Setelah melakukan percobaan, data yang kami peroleh dapat dilihat pada tabel 3.2 berikut. Tabel 3.2 Data Pengamatan Ayunan Puntir No. 1. 2. 3. 4.

Panjang Kawat (m) 1 0,75 0,5 0,25

Diameter kawat (m) 0,0061 0,0061 0,0061 0,0061

Catatan : Diameter beban : 0,104 m Massa beban : 0,1026 kg

Waktu 10 osilasi (s) 41,17 35,82 28,92 22,34

b. Analisis data 1) Menentukan kosntanta puntir k a) Penentuan periode osilasi puntiran (T) 𝑇1 = 𝑇1 =

𝑡1 𝑛

41,17 10

= 4,771 𝑠 Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 3.3 berikut. Tabel 3.3 Data Penentuan Periode No.

T a 1. b 2. e 3. 4.

Panjang Kawat (m) 1 0,75 0,5 0,25

Waktu 10 osilasi (s) 41,17 35,82 28,92 22,34

Ayunan (kali) 10 10 10 10

b) Penentuan momen inersia (I) 𝐼=

1 𝑚 𝑟2 2

𝐼=

1 0,1026. (0,052)2 2

0,000277 2 𝐼 = 0,000139 𝑘𝑔. 𝑚2

𝐼=

c) Penentuan konstanta puntir (k) 𝑘=

4𝜋 2 𝐼 𝑇2

4. (3,14)2 . 0,000139 𝑘= (4,117)2

Periode (s) 4,117 3,582 2,392 2,234

0,005410 16,94969

𝑘=

𝑘 = 0,00322 𝑁𝑚 Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 3.4 berikut. Tabel 3.4 Data Penentuan Konstanta Puntir T a b e l

No. 1. 2. 3. 4.

Panjang Kawat (m) 1 0,75 0,5 0,25

Momen Inersia (kg.m2) 0,000139 0,000139 0,000139 0,000139

Periode (s) 4,117 3,582 2,392 2,234

Konstanta (Nm) 0,0003222 0,000426 0,000654 0,001096

d) Penentuan modulus pergeseran (M)

𝑘=

𝑘. 2𝐿 𝜋𝑟 2

𝑘=

0,0003222 . 2. 1 3,14. (0,000305)2

𝑘=

0,000644 3,14. 8,6536 × 10−15

𝑘 = 2,7352 × 10−15 𝑁𝑚. 𝑚 Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 3.5 berikut. Tabel 3.5 Data Penentuan Modulus Geser No 1 2 3 4

Panjang Kawat (m) 1 0,75 0,5 0,25

Momen Inersia (kg.m2) 0,000139 0,000139 0,000139 0,000139

Konstanta (Nm) 0,0003222 0,000426 0,000654 0,001096

Modulus Geser (Nm2) 2,7352x1010 2,3537x1010 2,4072x1010 2,0170x1010

2. Pembahasan Ayunan puntir adalah sebuah benda tegar yang digantung pada titik pusatnya yang apabila di beri simpangan dari titik kesetimbangannya maka akan berosilasi. Berdasarkan percobaan yang dilakukan, setelah menentukan periode osilasi benda, barulah nilai konstanta puntir dan modulus gesernya dapat ditentukan. Besarnya periode osilasi benda dipengaruhi oleh panjang kawat yang digunakan. Berdasarkan hasil yag diperoleh, untuk panjang kawat 1 meter, periode osilasi 4,117 sekon. Sedangkan panjang kawat 0,75 meter, 0,5 meter dan 0,25 meter, periode osilasi puntirannya secara berturut adalah 3,582 sekon, 2,892 sekon, dan 0,234 sekon. Hal ini menunjukan bahwa semakin panjang kawat yang digunakan, maka periode osilasi puntiran yang diperoleh akan besar juga, karena semakin lama waktu yang diperlukan untuk berosilasi. Selanjutnya, dikarenakn jenis benda tegar yang digunakan untuk setiap panjang kawat adalah sama yaitu piringan pejal, maka momen inersianya adalah 0,000139 kg.m2. sehingga besarnya konstanta puntiran untuk panjang kawat 1 meter, 0,75 meter, 0,5 meter, dan 0,25 meter secara berturut adalah 0,000322 Nm, 0,000426 Nm, dan 0,000654 Nm, dan 0,001096 Nm. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa konstanta puntiran juga dipengaruhi oleh besarnya periode osilasi puntiran. Jika periode osilasi puntiran yang diperoleh besar, maka konstanta puntirannya bernilai kecil. Hal ini berarti bahwa ada hubungan yang berbanding terbalik antara periode dengan nilainya konstanta puntiran. Kemudian, besarnya modulus pergeseran dari kawat logam yang digunakan ketika panjangnya 1 meter, 0,75 meter, 0,5 meter, dan 0,25 meter secara berturut adalah 2,7352x1010 Kg/s2m, 2,3537x1010 Kg/s2m 2,4072x1010 Kg/s2m, dan 2,0170x1010 Kg/s2m. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa panjang kawat juga mempengaruhi modulus pergeserannya. Jika panjang kawat yang digunakan panjang, maka modulus pergeserannya juga akan besar.

E. SIMPULAN DAN SARAN 1. Simpulan Setelah

melakukan

percobaan

dan

berdasarkan

hasil

yang

diperoleh,dapat sisimpulkan bahwa konstanta puntir dapat ditentukan jika periode osilasi puntirannya sudah diketahui. Setelah itu maka modulus pergeseran kawat akan diperloeh juga.Periode osilasi puntiran serta modulus pergeseran yang diperoleh berbanding lurus dengan panjang kawat yang digunakan, sedangkan dengan kontanta puntir yang diperoleh berbanding terbalik. 2. Saran Setelah melakukan praktikum, saran yang dapat saya berikan adalah : a. Alat-alat laboratorium sebaiknya ditambah lagi. b. Pertahankan saja cara membimbingnya. c. Sebaiknya ketika praktikum berlangsung, teman-teman praktikan harus lebih fokus, agar data yang diperoleh lebih akurat lagi.

DAFTAR PUSTAKA

Erdamansyah, Yunus. 2013. Pengaruh Panjang Tali Pada Bandul Matematis Terhadap Hasil Perhitungan Percepatan Gravitasi Bumi. Universitas Jamber.

Halliday. 2010. Fisika Dasar Jilid 1 Edisi 7. Jakarta : Erlangga.

Khotimah, Khusnul, dkk. 2011. Ayunan sederhana ; Pengaruh Panjang Tali, Sudut Awal dan Massa Bandul Terhadap Periode Serta Menentukan Konstanta Redaman. Bandung : ITB.