POLARIMETER
A. TUJUAN
1. Menjelaskan prinsip kerja set polarimeter.
2. Membuat larutan dengan konsentrasi tertentu.
3. Melakukan pembacaan skala derajat pada set polarimeter.
4. Membuktikan hubungan antar variabel yang mempengaruhi besarnya sudut putar cahaya yang melalui zat/larutan optis aktif.
5. Menghitung konsentrasi larutan gula.
6. Membuat grafik hubungan antara konsentrasi larutan (Ct) dengan sudut putar (α).
7. Membandingkan antara konsentrasi larutan gula hasil ukut (C1 dengan menggunakan neraca) dan hasil hitungnya (Ch dengan menggunakan polarimeter) dan hasil perhitungan persamaan 1.
B. TEORI DASAR
Polarisasi oleh refleksi telah ditemukan pada 1808 oleh Etienne Malus (1775-1812). Malus, yang telah melakukan percobaan pembiasan ganda bekerja pada saat bekerja pada teori efek, mengamati dari pengaturan cahaya matahari, tercermin dari jendela yang dekat jendela, melalui kristal dari Islandia Spar.
Polarimetri adalah suatu cara analisa yang didasarkan pada pengukuran sudut putaran cahaya terpolarisasi oleh senyawa yang trasparan dan optis aktif apabila senyawa tersebut dilewati sinar monokromatis yang terpolarisir tersebut.
Senyawa optis aktif adalah senyawa yang dapat memutar bbidang getar sinar terpolarisir. Zat yang optis aktif ditandai dengan adanya atom karbon asimetris atau atom C kiral dalam senyawa organik.
Cahaya monokromatis pada dasrnya mempunyai bidang getar yang banyak sekali. Bila dikhyalkan maka bidang getar tersebut akan bergerak lurus pada bidang datar. Bidang getra yang banyak sekali ini secara mekanik dapat dipisahkan mmenjadi dua bidang getar yang saling tegak lurus. Yang dimaksud dengan cahaya terpolarisasi adalah senyawa yang mempunyai satu arah getar dan arah getar tersebut tegak lurus terhadap arah rambatnya.
Prinsip dasar polarimetris ini adalah pengukuran daya putar optis suatu zat yang menimbulkan terjadinya putaran bidang getar sinar terpolarisir. Pemutaran bidang getar sinar terpolarisir oleh senyawa optis aktif ada 2 macam, yaitu :
1. Dexro rotary (+), jika arah putarnya ke kanan atau sesuai putaran jarum jam.
2. Levo rotary (-), jika arah putarnya ke kiri atau berlawanan dengan putaran jarum jam.
Sinar mempunyai arah getar atau arah rambat ke segala arah dengan variasi warna dan panjang gelombang yang dikenak dengan sinar polikromatis. Untuk menghasilakn sianr monokromatis, maka digunakan suatu filter atau sumber sinar tertentu. Sinar monokromatis ini akan melewati suatu prisma yang terdiri dari suatu kristal yang mempunyai sifat seperti layar yang hanya mempunyai satu arah bidang putar yang disebut sebagai sinar terpolarisasi.
Jika suatu sinar dilewatkan pada suatu larutan, larutan itu akan meneruskan sinar atau komponen gelombang yang arah getarnya searah dengan larutan dan menyerap sinar yang arahnya tegak lurus dengan arah ini. Di sini larutan digunakan sebagai suatu plat pemolarisasi atau polarisator. Akhirnya sinar yang keluar dari larutan adalah sinar yang terpolarisasi bidang. Cahaya dalam keadaan terpolarisasi mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:
Gelombang ke semua arah dan tegak lurus arah rambbatnya.
Terdiri dari banyyak gelombang dan banyak arah getar.
Besarnya sudut putar (α) cahaya yang melewati zat (larutan gula) bergantung pada beberapa hal antara lain:
1. Jenis zat yang dilarutkan (solute)
Masing-masing zat memberikan sudut putaryang berbeda terhadap bidang getar sinar terpolarisir.
2. Konsentrasi larutan (solution)
Konsentrasi sebanding dengan sudut putaran, jika konsentrasi dinaikkan maka putarannya semakin besar.
3. Panjang larutan yang dilalui cahaya
Jika panjang larutan diperbesar maka putarannya juga makin besar.
4. Jenis zat cair sebagai pelarut
Zat yang sama mempunyai nilai putaran yang berbeda dalam pelarut yang berbeda.
5. Panjang gelombang cahaya yang melewati larutan
Pada panjang gelombang yang berbeda zat yang sama mempunyai nilai yang berbeda.
6. Temperatur larutan.
Makin tinggi suhu maka sudut putarannya semakin kecil, hai ini disebabkan karena zat akan memuai dengan naiknya suhu sehingga zat yang berada dalam tabung akan berkurang.
Hubungan besaran-besaran di atas dapat diruliskan dalam persamaan,
( ) ( )
Keterangan :
= sudut putar cahaya setelah melewati larutan gula/sudut putar berdasarkan pengamatan di polarimeter.
= panjang larutan gula (dm)
= konsentrasi larutan gula (%) = gram solut per 100 ml solution.
Apabila digunakan garis D dari cahaya lampu Natrium yang panjang gelombangnya 589 m pada temperature t , sudut putar jenis larutan gula dapat dihitung gengan menggunakan persamaan,
( ) ( ) * ( )+ ( )
Keterangan :
( ) sudut putar jenis (derajad)
( ) sudut putar jenis larutan gula tebu pada suhu 20 = 66,52
Fakta bahwa cahaya mengalami polarisasi menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang universal. Cahaya dapat terpolarisasi karena peristiwa pemantulan, peristiwa pembiasan dan pemantulan, peristiwa bias kembar, peristiwa absorbsi selektif, dan peristiwa hamburan.
a. Polarisasi karena pemantulan
Bila sinar datang pada cermin datar dengan sudut datang 570, maka sinar pantul merupakan sinar terpolarisasi .
b. Polarisasi karena pembiasan dan pemantulan
Cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dari pembiasan dan pemantulan. Hasil percobaan para ahli fisika menunjukkan bahwa cahaya pemantulan terpolarisasi sempurna jika sudut datang θ1 mengakibatkansinar bias dengan sinar pantul saling tegak lurus. Sudut datang seperti itu disebut sudut polarisasi atau sudut Brewster.
c. Polarisasi karena pembiasan ganda (bias kembar)
Jika cahaya melalui kaca, maka cahaya lewat dengan kelajuan yang sama ke segala arah. Ini disebabkan kaca hanya memiliki satu indeks bias. Tetapi bahan-bahan kristal tertentu seperti kristal kalsitt dan kuarsa memiliki dua indeks bias sehingga kelajuan cahaya tidak sama untuk segala arah. Jadi, cahaya yang melalui bahan ini akan mengalami pembiasan ganda.
Komponen-komponen alat polarimeter adalah:
1. Sumber cahaya monokromatis
Yaitu sinar yang dapat memancarkan sinar monokromatis. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah lampu Natrium dengan panjang gelombang 589,3 nm. Selain itu juga dapat digunakan lampu uap raksa dengan panjang gelombang 546 nm.
2. Polisator dan analisator
Polarisator berfungsi untuk menghasilkan sinar terpolarisir. Sedangkan analisator berfungsi untuk menganalisa sudut yang terpolarisasi. Yang digunakan sebagai polarisator dan analisator adalah prisma nikol.
3. Prisma setengah nikol
Merupakan alat untuk menghasilkan bayangan setengah yaitu bayangan gelap dan gelap terang.
4. Skala lingkar
Merupakan skala yang bentuknya melingkar dan pembacaan skalanya dilakukan jika telah didapatkan pengamatan tepat baur-baur.
5. Wadah sampel (tabung polarimeter)
Wadah sampel ini berbentuk silinder yang terbuat dari kaca yang tertutup dikedua ujungnya berukuran besar dan yang lain berukuran kecil, biasanya mempunya
ukuran panjang 0,5 ; 1 ; 2 dm. Wadah sampel ini harus dibersihkan secara hari-hati dan tidak boleh ada gelembung udara yang terperangkap didalamnya.
6. Detektor
Pada polarimeter manual yang digunakan sebagai detektor adalah mata, sedangkan polarimeter lain dapat digunakan detektor fotoelektrik.
Prinsip kerja polarimeter adalah sebagai berikut:
1. Sinar manokromatis dari sumber cahaya (lampu natrium) akan melewati lensa kolimator sehingga berkas sinar yang dihasilkan akan disejajarkan arah rambatnya.
2. Dari lensa terus ke polarisator untuk mendapatkan berkas cahaya yang terpolarisasi.
3. Cahaya terpolarisasi ini akan terus ke prisma ⁄ nikol untuk mendapatkan bayangan gelap dan terang, kemudian melewati larutan senya optis aktif yang berada dalam tabung polarimeter.
C. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang digunakan dalam melakukan percobaan ini adalah sebagai berikut :
1. Set polarimeter (dengan tabung larutan)
2. Sumber cahaya (lampu Natrium)
3. Neraca teknis
4. Termometer batang
5. Gelas ukur 100 ml
6. Becker glass
7. Magnetik stirer (beserta tabung erlemeyer dan bayang magnetnya)
8. Refraktometer
D. PROSEDUR PERCOBAAN
Persiapan Kegiatan Percobaan
1. Membuat larutan gula dengan konsentrasi (Ct) 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% dengan cara menimbang gula menggunakan neraca teknis dan melarutkannya dengan aquades dalam gelas ukur sampai 100 ml. Mengaduk larutan dengan menggunakan magnetik stirer sampai gula larut semuanya. Masing-masing konsentrasi larutan dipastikan kebnarannya dengan menggunakan refraknometer.
2. Membuat larutan garam dan larutan gula dengan konsentrasi sembarang (sekitar 1%). Cara membuat larutan sama dengan cara 1.
3. Memcuci tabung gelas dengan air bersih sampai benar-benar bersih.
a. Menyelidiki Aktivitas Optik Beberapa Cairan
1. Menyalakan lampu Natrium
2. Mengondisikan ruangan antara polarisator dan analisator (tempat tabung larutan) dalam keadaan gelap dengan cara menutupnya.
3. Memutar sekrup polarisator sambil mengamati lewat okuler teropong, kemudian mengatur kedudukan analisator sehingga muncul medan pandang yang sama terang antara tengah dan kedua sisinya (kondisi 2). Mencatat kedudukan analisator dengan
cara membaca skala yang ada (seperti membaca skala pada jangka sorong). Untuk ketelitian, menggunakan kaca pembesar.
4. Mengisi tabung gelas dengan aquades dan meletakkan di antara analisator dan polarisator. Mengusahakan agar tidak ada gelembung udara di dalam tabung gelas.
5. Mengamati perubahan medan pandang melalui lensa okuler. Jika medan pandang berubah, maka mengatur kedududukan abalisator sehingga muncul medan pandang sama terang seperti semula. Mencatat kedudukan skla analisator dan mengulangi pembacaan skalanya sampai 5 kali.
6. Mengulangi langkah 4 dan 5 untuk larutan garam dengan konsentrasi sembarang (sekitar 1%).
7. Mencuci tabung gelas dengan air bersih sehingga benar-benar bersih dan membilasnya dengan akquades.
8. Mengulangi langkah 4 dan 5 untuk larutan gula dengan konsentrasi sembarang (sekitar 1%).
b. Menyelidiki Pengaruh Konsentrasi Larutan (Ct) terhadap Sumbu Putar ( )
1. Mencuci tabung gelas dahulu dengan air sampai bersih dan membilasnya dengan aquades.
2. Mengulangi langkah 4 dan 5 pada bagian a untuk masing-masing konsentrasi larutan gula, dan setiap perubahan konsentrasi.
E. DATA PENGAMATAN
a. Menyelidiki Aktivitas Optik Beberapa Larutan
Tabel 1. Sebaran data sudut putar beberapa cairan
Zat Cair
Sudut Putar (α dalam derajad)
Konsentrasi
1
2
3
4
5
Aquades
0,4
0,7
0,5
0,4
0,6
1%
Larutan Garam
1,8
1,9
0,9
1,5
1,9
1%
Larutan Gula
1,9
1,7
1,7
2,2
2,4
1%
b. Menyelidiki Pengaruh Konsentrasi Larutan (Ct) terhadap Sumbu Putar ( )
Panjang tabung = cm ; nst =
Tabel 2. Sebaran data sudut putar dengan konsentrasi larutan
Konsentraasi Larutan Gula (Ct dalam %)
Temperatur Larutan Gula ( )
Sudut Putar (α dalam derajad)
1
2
3
4
5
1%
23
1,9
1,7
1,7
2,2
2,4
2%
23
3,2
3,2
3,1
3,3
3,3
3%
23
3,1
3,8
3,7
3,6
3,5
4%
23
4,7
4,7
4,9
5
4,45
5%
23
6,7
6,5
6
6,2
7,5
6%
23
8,6
8,6
8,4
8,5
8
7%
23
10,4
10,7
10,6
10,8
10,5
8%
23
11,8
10,8
11,7
11,6
11,4
9%
23
13,2
13,1
13,4
13
13,3
10%
23
14,3
15
14,8
15,4
14
F. ANALISA DATA
a. Menyelidiki aktivitas optik beberapa cairan
Aquades
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan garam 1%
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 1%
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Berdasarkan hasil pengamatan pada tabel 1 bahwa larutan gula yang dapat memutar bidang getar sehingga membentuk sudut putar malebihi ( ). Sedangkan aquades dan larutan garam hanya dapat memutar bidang getar dengan sudut putar kecil ( ).
b. Menyelidiki Pengaruh Konsentrasi Larutan (Ct) terhadap Sumbu Putar (α)
Larutan gula (Ct = 1%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi
√Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula (Ct = 2%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula (Ct = 3%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula (Ct = 4%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula (Ct = 5%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula (Ct = 6%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( )
√( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula (Ct = 7%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula (Ct = 8%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
177764
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula (Ct = 9%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Larutan gula (Ct = 10%)
Rerata ̅ Σ
Standar Deviasi √Σ( ̅ ( ) √( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √
248998
Ralat relatif ̅ ( )
Jadi, ( )
Persamaan yang menghubungkan antara konsentrasi larutan dengan sudut putar adalah
( )
Persamaan sudut putar jenis larutan gula adalah
( ) ( ) * ( )+
Dengan ( )
Sudut putar jenis larutan gula pada
( ) ( ) * ( )+ * ( )+
Menentukan Konsentrasi Larutan (C)
Larutan gula 1% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) | √| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 2% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) |
√| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 3% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) | √| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 4% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) | √| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 5% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) |
√| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 6% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) | √| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 7% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) | √| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 8% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) |
√| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 9% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) | √| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
Larutan gula 10% L = 2,11dm
̅ ( ) ( ) √| | | ̅ | √| ̅ ( ) | | ̅ ̅ ( ) |
√| ̅ ( ) | | ( ) | √| ( ) | | | √ √
Ralat relatif ( )
Jadi, ( )
G. PEMBAHASAN
Praktikum polarimeter ini menunjukkan perbandingan besar kecilnya sudut putar yang dibentuk oleh zat optis aktif. Di antara zat optis aktif yang di gunakan adalah aquades, larutan garam, dan larutan gula. Larutan gula dapat memutas sudut putar lebih dari . Sedangakn aquades dan larutan garam dapat membentuk sudut putar . Pernyataan di atas didasarkan pada hasil pengamatan yang telah dilakukan. Sehingga zat yang paling bersifat optis aktif adalah larutan gula.
Berikut ini besarnya sudut putar beberapa zat beserta ralatnya:
Aquades ( ) .
Larutan garam ( ) .
Larutan gula ( ) .
Berikut ini besarnyasudut putar dan konsentrasi larutan gula, besar ralatnya:
Larutan gula 1%
( ) ( )
Larutan gula 2%
( ) ( )
Larutan gula 3%
( )
( )
Larutan gula 4%
( ) ( )
Larutan gula 5%
( ) ( )
Larutan gula 6%
( ) ( )
Larutan gula 7%
( ) ( )
Larutan gula 8%
( ) ( )
Larutan gula 9%
( ) ( )
Larutan gula 10%
( ) ( )
H. JAWABAN PERTANYAAN
1. Jelaskan secara fisis konsep polarimeter!
Peristiwa polarimeter adalah terserapnya sebagian arah getar cahaya. Jika cahaya sudah melalui zat optis aktif maka sebagian arah getarnya akan diserap yang ditunjukkan dengan adanya pembelokkan/pembiasaan pada cahaya.suatu cahaya dikatakan terpolarisasi apabila cahaya itubergerak merambat ke arah tertentu. Arah polarisasi ini dicirikan oleh arah vektor bidang medan listrik gelombang, serta arah vektor bidang magnetnya. Untuk mendeteksi konsep terjadinya polarisasi yaitu jika cahaya yang terpolarisasi dibelokkan pada zat optis aktif, maka cahaya akan dibelokkan tetapi jika dibelokkan pada larutan zat optis aktif maka cahaya itu akan diteruskan.
2. Apa yang dimaksud dengan zat optis aktif?
Zat optis aktif adalah zat yang dapat memutar bidang getar sinar terpolarisasi sehingga cahaya yang melalui larutan tersebut arah bidang getarnya diputar dengan sudut tertentu.
3. Jelaskan perbedaan antara polarimeter biasa dengan polarimeter triple shadow?
Perbedaannya hanya pada layar saja. Pada polarimeter biasa yang tampak hanya gelap dan terang saja. Sedangkan pada polarimeter tripel shadow, tampak tiga kondisi pada layar, yaitu :
Pada bagian tengah terang sedangkan kedua sisinya gelap.
Pada bagian tengah dan kedua sisinya sama terang.
Pada bagian tengah gelap sedangkan kedua sisinya terangnya.
4. Jelaskan fungsi refraktometer!
Fungsi refraktometer adalah untuk menguji nilai konsentrasi suatu larutan dengan tepat. Caranya yaitu dengan meneteskan larutan tersebut pada kaca refraktometer dan menghadapkannya ke sumber cahaya sehingga larutan tampak lebih jelas.
I. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
a. Jika diketahui sudut putar untuk menghitung konsentrasi larutan dapat menggunakan persamaan :
( )
Keterangan :
C : konsentrasi larutan (%)
L : panjang tabung (dm)
( ) : konsentrasi jenis larutan gula (◦)
b. Dari data pengamatan dan hasil perhitungan diperoleh data bahwa konsentrasi larutan hasil hitung lebih besar dan pada konsentrasi larutan berdasarkan data percobaan.
2. Saran
a. Sebaiknya praktikan memahami konsep percobaan sebelum melakukan percobaan.
b. Praktikan seharusnya lebih teliti dalam membaca skala polarimeter.
J. DAFTAR PUSTAKA
Khorfid. 2011. Percobaan Polarimeter, (Online), (http://ofidfisika.blogspot.com/2011/01/percobaan-polarimeter.html), diakses 2 Maret 2012.
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas Negeri Malang.
Senin, 30 April 2012
MELDE DAN SONOMETER
PERCOBAAN MELDE DAN SONOMETER
A. TUJUAN
1. Melde
a. Mahasiswa terampil menentukan rapat massa tali dan besaran yang mewakili gaya tegang tali.
b. Mahasiswa mampu menjelaskan kembali gerak gelombang transversal pada tali serta membedakannya dengan partikel tali tersebut.
c. Mahasiswa terampil menghitung besaran-besaran gelombang dari hasil pengamatannya.
d. Mahasiswa mampu mendefinisikan fenomena gelombang berdiri dan sebab kejadiannya.
e. Mahasiswa mampu menggunakan metode grafik yang menyatakan hubungan antara gaya tegang tali dengan kuadrat panjang gelombangnya untuk menentukan besaran fisis tertentu.
2. Sonometer
a. Mahasiswa mampu menerapkan metode grafik yang menyatakn hubungan antara gaya tegang kawat dengan panjang kawat yang bergetar (4L) untuk menentukan besaran gelombang yang bersesuaian dengan hubungan kedua besaran tersebut.
b. Mahasiswa dapat menganalisis mekanisme pembentukan gelombang pada set sonometer yang memerlukan arus bolak-balik dan magnet U sebagai pembentuk medan magnet homogen.
B. DASAR TEORI
Gelombang didefinisikan sebagai energi getaran yang merambat. Namun sebenarnya yang merambat adalah energi dari getaran tersebut. Pada gelombang mekanik, dimungkinkan terjadi perpindahan partikel medium saat energi getaran merambat. Gelombang dapat dikelompokkan berdasarkan sifat-sifat fisisny, yaitu:
1. Berdasarkan zat perantara atau medium rambatnya, gelombang dibedakan menjadi dua, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.
a. Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, misalnya gelombang air, gelombang pada tali, dan gelombang bunyi.
b. Gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang dalam perambatannya tanpa memerlukan medium, misalnya gelombang cahaya.
2. Berdasarkan arah getarannya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni gelombang longitudinal dan gelombang transversal.
a. Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarannya berhimpit dengan arah rambatannya, misalnya gelombang bunyi.
b. Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatannya, misalnya gelombang pada tali dan gelombang cahaya.
3. Berdasarkan amplitudonya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni gelombang berjalan dan gelombang diam/berdiri.
a. Gelombang berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang dilalui gelombang, misalnya gelombang pada tali.
b. Gelombang diam/berdiri, yaitu gelombang yang amplitudonya berubah, misalnya gelombang pada senar gitar yang dipetik.
Gelombang mekanik
Gelombang mekanik adalah sebuah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, yang menyalurkan energi untuk keperluan proses penjalaran sebuah gelombang. Suara merupakan salah satu contoh gelombang mekanik yang merambat melalui perubahan tekanan udara dalam ruang (rapat renggangnya molekul-molekul udara). Tanpa udara, suara tidak bisa dirambatkan. Dipantai dapat dilihat ombak, yang merupakan gelombang mekanik yang memerlukan air sebagai mediumnya.
Gelombang elektromagnetik
Orang yang pertama kali menguji hipotesis Maxwall mengenai gelombang elektromagnetik adalah Heinrich Herz, pada tahun 1887 (Foster, 2004). Percobaan-percobaan yang dilakukan oleh Hertz memberikan definisi gelombang elektromagnetik. Supriyono (2006) menyatakan bahwa “gelombang elektromagnetik terdiri atas medan magnetik dan medan listrik yang berubah secara periodik dan serempak dengan arah getar tegak lurus satu sama lain dan masing-masing medan tegak lurus arah rambat gelombang”.
Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan, Hertz berhasil mengukur bahwa radiasi gelombang elektromagnetik frekuaensi radio (100MHz) yang dibangkitkan memiliki kecepatan rambat sesuai dengan nilai yang diramalkan oleh Maxwell. Disamping itu, eksperimen Hertz ini juga menunjukkan sifat-sifat gelombang dari cahaya, yaitu pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polarisasi. Dengan demikian, hipotesis Maxwall mengenai gelombang elektromagnetik telah terbukti kebenarnnya melalui eksperimen Hertz.
Gelombang transversal
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatnya tegak lurus arah getarannya (usikannya).
Contoh gelombang transversal:
- Getaran sinar gitar yang dipetik
- Getaran tali yang digoyang-goyangkan pada salah satu ujungnya
Gelombang longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarnya (arah usikannya).
Contoh gelombang longitudinal:
- Gelombang pada slinki yang diikatkan kedua ujungnya pada statif kemudian diberikan usikan pada salah satu ujungnya.
Gelombang berjalan
Gelombang berjalan merupakan jenis gelombang yang memiliki sifat amplitudo yang sama pada setiap titik yang dilalui.
Gelombang berjalan memiliki persamaan:
Persamaan ini didapat dari persamaan umum gelombang yaitu: dan . Sehingga ( ). Dari persamaan ( ), yang dimaksud t adalah waktu. Karena gelombang berjalan mengalami perubahan kecepatan, jarak dan waktu sehingga dapat diambil kesimpulan persamaan gelombang , kemudian , sehingga
( ) karena ; maka
( ) k=konstanta gelombang=
( )
Gelombang stasioner
Gelombang stasioner dibagi menjadi dua, yaitu: gelombang stasioner akibat pemantulan pada ujung terikat dan gelombang stasioner pada ujung bebas. Persamaan umum gelombang stasioner: Karena gelombang stasioner terdiri lebih dari satu gelombang baik yang dapat maupun terpantul maka persamaannya mengalami berbagai perubahan.
untuk gelombang datang.
( )untuk gelombang pantul.
Untuk gelombang stasioner dengan ujung terikat :
Untuk gelombang stasioner dengan ujung bebas :
Panjang Gelombang
Panjang satu gelombang sama dengan jarak yang ditempuh dalam waktu satu periode.
1. Panjang gelombang dari gelombang transversal
Pada gelombang transversal, satu gelombang terdiri atas 3 simpul dan 2 perut. Jarak antara dua simpul atau dua perut yang berurutan disebut setengah panjang gelombang atau 1/2λ (lambda).
2. Panjang gelombang dari gelombang longitudinal
Pada gelombang longitudinal, satu Gelombang (1λ) terdiri dari 1 rapatan dan 1 renggangan.
Cepat Rambat Gelombang
Jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam satu sekon disebut cepat rambat gelombang. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan dan satuannya m/s atau ms-1.
Pemantulan Gelombang
Jika gelombang melalui suatu rintangan atau hambatan, misalnya benda padat, maka gelombang tersebut akan dipantulkan. Pemantulan ini merupakan salah satu sifat dari gelombang.
Pemantulan gelombang pada ujung tetap akan mengalami perubahan bentuk atau fase. Akan tetapi pemantulan gelombang pada ujung bebas tidak mengubah bentuk atau fasenya.
Pembiasan Gelombang
Untuk mempelajari pembiasan gelombang dapat dilakukan dengan menempatkan balok kaca/logam pada tangki riak yang seluruhnya berada di dalam air, sehingga akan membedakan kedalaman permukaan air dalam tangki riak. Hal ini untuk menggambarkan adanya dua medium rambatan gelombang, permukaan dalam menggambarkan medium yang rapat dan permukaan air yang dangkal menggambarkan medium yang kurang rapat. Sinar gelombang yang melewati bidang batas antara kedalaman air terlihat dibelokkan/dibiaskan dimana front gelombangnya menjadi lebih rapat. Hal ini menunjukkan adanya perubahan panjang gelombang, akan tetapi
frekuensinya tetap, yaitu sama dengan frekuensi sumber getarnya. Dalam pembiasan gelombang berlaku hukum pembiasan yang menyatakan :
Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap.
Secara umum sering dituliskan :
Dengan :
i = sudut datang gelombang (derajat atau radian)
r = sudut bias gelombang ( derajat atau radian )
= panjang gelombang pada medium 1 (m)
= panjang gelombang pada medium 2 (m)
= cepat rambat gelombang pada medium 1 (m/s)
= cepat rambat gelombang pada medium 2 (m/s)
= indeks bias medium 1
= indeks bias medium 2
Interferensi Gelombang
Untuk menunjukkan gejala interferensi gelombang dapat dipergunakan dua sumber getar berbentuk bola atau sumber getar berupa keping/plat yang diberi dua lubang/celah dimana celah tersebut dapat dianggap sebagai sumber getaran (gelombang). Untuk mengamati gejala interferensi gelombang agar teramati dengan jelas, maka kedua gelombang yang berinterferensi tersebut harus merupakan dua gelombang yang koheren. Dua gelombang disebut koheren apabila kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama serta memiliki selisih fase yang tetap/konstan. Ada dua sifat hasil interferensi gelombang, yaitu interferensi bersifat konstruktif dan destruktif. Interferensi bersifat konstruktif artinya saling memperkuat, yaitu saat kedua gelombang bertemu (berinterferensi) memiliki fase yang sama. Sedang interferensi bersifat destruktif atau saling melemahkan jika kedua gelombang bertemu dalam fase yang berlawanan.
Difraksi Gelombang
Untuk menunjukkan adanya difraksi gelombang dapat dilakukan dengan meletakkan penghalang pada tangki riak dengan penghalang yang mempunyai celah, yang lebar celahnya dapat diatur. Difraksi gelombang adalah peristiwa
pembelokkan/penyebaran (lenturan) gelombang jika gelombang tersebut melalui celah. Gejala difraksi akan semakin tampak jelas apabila lebar celah semakin sempit. Dengan sifat inilah ruangan dalam rumah kita menjadi terang pada siang hari dikarenakan ada lubang kecil pada genting. Serta suara alunan musik dari tape recorder dapat sampai ke ruangan lain, meskipun kamar tempat tape tersebut pintunya tertutup rapat.
C. ALAT DAN BAHAN
1. Percobaan Melde
a. Set percobaan Melde
b. Beban
c. Tali/benang
d. Sumber tegangan
e. Neraca teknis
f. Kabel penghubung
g. Kawat email
h. Penggaris panjang
2. Percobaan Sonometer
a. Set sonometer
b. Neraca pegas
c. Power Supplay
d. Magnet U
e. Hambatan geser
f. Kabel Penghubung
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Percobaan Melde
a. Menghidupkan sumber tegangan listrik (power supplay), maka nampak bahwa sumber getar bergetar.
b. Mengatur beban sehingga berbentuk gelombang diam pada tali.
c. Mengukur panjang tali yang terisi oleh n x 1/2 gelombang. Mencatat banyaknya n tersebut.
d. Mengulangi kegiatan di atas untuk beban-beban lain yang berbeda massanya.
e. Mengukur panjang tali yang digunakan dan menimbang massanya.
f. Mengulangi kegiatan di atas untuk jenis tali yang berbeda.
2. Percobaan Sonometer
a. Memeriksa kembali rangkaian yang disusun, jika sudah sesuai dengan bagan, diperiksakan kepada pembimbing.
b. Menyalakan power supplay agar kawat email mendapat aliran listrik.
c. Mengatur tarikan neraca pegas pada nilai tertentu dan mengatur letak penumpu sampai terjadi gelombang diam pada kawat. Mengamati sampai terjadi setengah gelombang saja.
d. Mengukur panjang kawat yang bergetar tersebut.
e. Mencatat angka yang ditunjukkan oelh neraca pegas. Angka ini menunjukkan besarnya gaya tegang kawat. Menabelkan semua data yang diperoleh.
E. DATA PENGAMATAN
1. Percobaan Melde
A. Tali I
Panjang tali =1,855 m nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
Massa tali =0,00017 kg nst penggaris = 0,1 cm = 10-3 m
g = 9,8 m/s2
No
Beban (kg)
Jumlah ½ gelombang yang terjadi (n)
Panjang tali untuk n x ½ gelombang (meter)
1
0,00856
0,39
2
0,00963
0,41
3
0,0107
0,417
4
0,01177
0,435
5
0,01284
0,448
C. Tali II
Panjang tali =1,74 m nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
Massa tali = 0,00025kg nst penggaris = 0,1 cm = 10-3 m
g = 9,8 m/s2
No
Beban (kg)
Jumlah ½ gelombang yang terjadi (n)
Panjang tali untuk n x ½ gelombang (meter)
1
0,00856
0,31
2
0,00963
0,33
3
0,0107
0,34
4
0,01177
0,363
5
0,01284
0,37
2. Percobaan Sonometer
Panjang kawat = 1,19 m nst penggaris = 0,1 cm =10-3 m
Massa kawat = 0,00626 kg nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
g = 9,8 m/s2 nst neraca pegas = 0,2 kg
No
Gaya tegang kawat (Newton)
v (m/s)
Panjang kawat yang bergetar (Ɩ)
(m)
λ (m)
f (Hz)
1
5,88
33,43297142
0,4
0,8
41,79121428
2
7,84
38,6050701
0,425
0,85
45,41772953
3
9,8
43,16178051
0,475
0,95
45,43345317
4
11,76
47,28136162
0,5
1
47,28136162
5
13,72
51,06970742
0,53
1,06
48,17896926
6
15,68
54,59581372
0,571
1,142
47,8071924
F. ANALISA DATA
1. Percobaan Melde
a. Tali 1
Panjang tali =1,855 m nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
Massa tali =0,00017 kg nst penggaris = 0,1 cm = 10-3 m
g = 9,8 m/s2
No
Beban (kg)
Jumlah ½ gelombang yang terjadi (n)
Panjang tali untuk n x ½ gelombang (meter)
v (m/s)
λ (m)
f (Hz)
F (N)
λ2 (m)
1
0,00856
0,39
30,25
0,78
38,78
0,08
0,61
2
0,00963
0,41
32,09
0,82
39,13
0,09
0,67
3
0,0107
0,417
33,82
0,834
40,55
0,10
0,69
4
0,01177
0,435
35,47
0,870
40,77
0,12
0,75
5
0,01284
0,448
37,05
0,896
41,35
0,13
0,80
Menghitung panjang gelombang
λ = 2 x panjang tali ½ gelombang
λ1 = 2 x 0,39 λ4 = 2 x 0,435
= 0,78 m = 0,870 m
λ2 = 2 x 0,41 λ5 = 2 x 0,448
= 0,82 m = 0,896 m
λ3 = 2 x 0,417
= 0,834 m
Menghitung rapat massa tali
𝜇 =
𝜇
= 9,164 x 10-5 kg/m
Ralat mutlaknya
Sμ = √| | | |
√| | | | √| | | | √
Ralat relatifnya:
Rμ = x 100%
𝜇 dengan ralat relatif 1,96 %.
Menghitung cepat rambat gelombang transversal pada tali
v = √
F1 = m.g = 0,00856 x 9,8 = 0,083888 N
F2 = m.g = 0,00963 x 9,8 = 0,094374 N
F3 = m.g = 0,0107 x 9,8 = 0,10486 N
F4 = m.g = 0,01177 x 9,8 = 0,115346 N
F5 = m.g = 0,01284 x 9,8 = 0,125832 N
Cepat rambat:
√ 𝜇 √ √ 𝜇 √
√ 𝜇 √
√ 𝜇 √ √ 𝜇 √
Menghitung frekuensi sumber penggetar:
Persamaan matematika yang sesuai dengan grafik
v = √
v2 =
f2λ2 =
λ2 =
Menghitung frekuensi sumber penggetar berdasarkan grafik bila koofisien arah garis grafik adalah
̅ =
b. Tali 2
Panjang tali =1,74 m nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
Massa tali = 0,00025kg nst penggaris = 0,1 cm = 10-3 m
g = 9,8 m/s2
No
Beban (kg)
Jumlah ½ gelombang yang terjadi (n)
Panjang tali untuk n x ½ gelombang (meter)
v (m/s)
λ (m)
f (Hz)
F (N)
λ2 (m)
1
0,00856
0,31
24,16
0,62
38,97
0,083
0,3844
2
0,00963
0,33
25,63
0,66
38,83
0,094
0,4356
3
0,0107
0,34
27,02
0,68
39,72
0,104
0,4624
4
0,01177
0,363
28,33
0,726
39,02
0,115
0,5270
5
0,01284
0,37
29,59
0,74
39,99
0,125
0,5476
Menghitung panjang gelombang
λ = 2 x panjang tali ½ gelombang
Menghitung rapat massa tali
𝜇 𝜇
Ralat mutlaknya
Sμ = √| | | | √| | | |
√| | | | √ √
Ralat relatifnya:
Rμ = x 100% 𝜇
Menghitung cepat rambat gelombang transversal pada tali
v = √
F1 = m.g = 0,00856 x 9,8 = 0,083888 N
F2 = m.g = 0,00963 x 9,8 = 0,094374 N
F3 = m.g = 0,0107 x 9,8 = 0,10486 N
F4 = m.g = 0,01177 x 9,8 = 0,115346 N
F5 = m.g = 0,01284 x 9,8 = 0,125832 N
Cepat rambat gelombang: √ 𝜇 √ √ 𝜇 √
√ 𝜇 √
√ 𝜇 √ √ 𝜇 √
Menghitung frekuensi sumber penggetar:
Persamaan matematika yang sesuai dengan grafik
v = √
v2 =
f2λ2 =
λ2 =
Menghitung frekuensi sumber penggetar berdasarkan grafik bila koofisien arah garis grafik adalah
̅ =
2. Percobaan Sonometer
Panjang kawat = 1,19 m nst penggaris = 0,1 cm =10-3 m
Massa kawat = 0,00626 kg nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
g = 9,8 m/s2 nst neraca pegas = 0,2 kg
No
Gaya tegang kawat (Newton)
v (m/s)
Panjang kawat yang bergetar (Ɩ)
(m)
λ (m)
f (Hz)
4l 2 (m)
1
5,88
33,43297142
0,4
0,8
41,79121428
0,64
2
7,84
38,6050701
0,425
0,85
45,41772953
0,7225
3
9,8
43,16178051
0,475
0,95
45,43345317
0,9025
4
11,76
47,28136162
0,5
1
47,28136162
1
5
13,72
51,06970742
0,53
1,06
48,17896926
1,1236
6
15,68
54,59581372
0,571
1,142
47,8071924
1,304164
Menghitung panjang gelombang
Menghitung rapat massa tali
𝜇 𝜇
Ralat mutlaknya:
Sμ = √| | | |
√| | | | √| | | | √ √
Ralat relatif:
Rμ = x 100% 𝜇
Menghitung cepat rambat gelombang transversal pada kawat
√ 𝜇 √ 𝜇 √ √ 𝜇 √ 𝜇 √
√ 𝜇 √ 𝜇 √
√ 𝜇 √ 𝜇 √ √ 𝜇 √ 𝜇 √ √ 𝜇 √ 𝜇 √
G. PEMBAHASAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, cepat rambat gelombang diperoleh dari melakukan pengukuran terhadap gaya tegang tali/kawat, pajang tali/kawat, dan banyaknya gelombang yang terjadi.
Pada percobaan Melde untuk tali I
H. JAWABAN PERTANYAAN
TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM
P-01. Jika pada seutas tali panjangnya L, massanya M, diberi tegangan sebesar T, kemudian digetarkan sehingga terbentuk gelombang. Tentukan cepat rambat gelombangnya, nyatakan dalam L,M,T !
Jawab: √ 𝜇 𝜇 √ √
P-02. Jelaskan mengapa gelombang pantulan tersebut mempunyai frekuensi dan panjang gelombang yang tetap sama?
Jawab:
Karena amplitudo yang dippantulkan oleh ujung tetap tidak mengalami perubahan (karena pada ujung tetap ini dapat dikatakan tidak terjadi penyerapan energi.
Karena cepat rambat sama (tidak mengalami perubahan) yang menyebabkan frekuensi dan panjang gelombangnya sama. Hal ini dikarenkan V berbanding lurus dengan frekuensi dan panjang gelombang.
Karena salah satu ujungnya terikat dan tidak ada gaya lain yang bekerja pada gelombang.
P-03. Apakah perrbedaan antara gelombang yang dipantulkan dengan gelombang datang. Jelaskan!
Jawab:
Ada, yaitu mengenai fase dan arah rambatnya. Gelombang pantul mempunyai fase yang berlawanan dengan gelombang datang.
P-04. Jelaskan pengertian simpul dan perut!
Jawab:
Simpul merupakan titik-titik yang bergetar dengan simpangan sama dengan nol.
Perut merupakan titik-titik yang bergerak dengan simpangan maksimum.
P-06. Bagaimana keadaan gelombang yang terjadi jika ujung tali tidak terikat. Jelaskan!
Jawab:
Keadaan gelombang dengan ujung yang besar (tidak mengalami pembalikan fase) sama seperti ujung tetap disini tidak terjadi perubahan amplitudo dan cepat
rambat. Amplitudo tidak berubah karena tidak ada energi yang hilang. Sedangkan cepat rambat juga tetap karena merambat melalui medium yang sama.
P-07. Jelaskan terjadinya gelombang stasioner/ berdiri pada tali!
Jawab:
Gelombang stasioner terjadi karena adanya perpaduan dua gelombang (interferensi gelombang) yang mempunyai amplitudo dan frekuensinya sama tetapi arahnya berlawanan.
TUGAS
1. Mengapa jika magnet U tidak dipasang, pada kawat tidak terjadi gelombang, jelaskan!
Jawab:
Magnet U merupakan magnet yang menimbulkan medan magnet homogen, sedangkan kawat merupakan logam yang dapat ditarik kuat oleh magnet. Oleh karena itu, jika magnet U dipasang maka akan timbul gaya tarik menarik dengan kawat. Dimana salah satu faktor yang mempengaruhi terjadinya gelombang adalah gaya, sehingga apabila magnet U tidak dipasang maka tidak akan terjadi gelombang.
2. Mengapa kita harus menggunakan magnet U untuk dapat mengamati terjadinya gelombang tersebut? Jelaskan!
Jawab:
Karena magnet U mempunyai medan magnet, disamping itu disekitar penghantar berarus listrik terdapat medan magnet. Bila kedua medan tersebut didekatkan, maka akan timbul gaya magnetik dengan arah (vektor) yang tegak lurus dengan arah (vektor) medan magnet dan arah arus listrik. Jika arah arus bolak-balik, maka gaya magnetik ini akan bolak-balik pula.
3. Mengapa jika kita meletakkan dua magnet U yang sama kekuatannya secara simetris sepanjang kawat yang bergetar, kawat tersebut tidak lagi bergetar. Jelaskan!
Jawab:
Hal ini disebabkan oelh adanya sifat menghilang (meniadakan) kekuatan antar magnet, apabila kedua magnet yang sama kekuatannya diletakkan simetris, medan magnet ditimbulkan oleh adanya perpindahan muatan listrik, sehingga kedudukan magnet mempengaruhi adanya medan magnet di sekitar kawat berarus listrik, ketidakberadaan medan magnet pada magnet U karena adanya magnet U yang lain yang menyebabkan tidak terjadinya gelombang.
4. Bagaimana jika kawat yang kita gunakan kita ganti dengan kawat yang lain dan luas penampangnya berbeda, jelaskan!
Jawab:
Benda yang bergetar berfungsi sebagai sumber gelombang, getaran yang merambat keluar dari sumbernya, ini dikenal sebagai gelombang. Sehingga dalam gelombang dikenal cepat getar dan cepat rambat. Kecepatan rambat suatu gelombang dipengaruhi oleh sifat medium yang dilaluinya, misalnya kerapatan dan elastisistasnya, dalam hal kerapatan, gelombang dipengaruhi oleh massa kawat dan luas penampangnya. Hal ini dirumuskan dengan √
Jika gelombang rambat dari medium 1 ke medium yang lain, cepat rambatnya pasti akan berubah, tetapi frekuensinya tidak beruubah kecuali dipengaruhi oleh sumber getarnya. Semakain besar massa jenis dan luas penampangnya suatu kawat, maka semakin kecil cepat rambat gelombang yang melaluinya. Demikian juga sebaliknya, apabila massa jenis dan luas penampang kawat semakin kecil, maka cepat rambat gelombang itu akan semakin besar.
I. KESIMPULAN DAN SARAN
1. KESIMPULAN
Setelah melakukan percobaan-percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa untuk
a. Rapat massa tali/kawat merupakan hasil bagi antara massa tali/kawat dengan panjang tali/kawat.
𝜇
b. Gaya tegang tali/kawat merupakan hasil kali massa beban dengan percepatan gravitasi.
c. Menentukan cepat rambat gelombang menggunakan rumus
√ 𝜇
d. Pada grafik hubungan gaya tegang tali dengan kuadrat panjang gelombang pada percobaan Melde dan grafik hubungan gaya tegang kawat dengan empat kali kuadrat panjang kawat yang bergetar, dapat dirumus dirumuskan
√ 𝜇 𝜇 𝜇
Sehingga
Jadi, frekuensi sumber getar adalah √ 𝜇
e. Pada percobaan Melde diperoleh frekuensi sumber getar sebesar
f. Pada percobaan Sonometer deperoleh frekuensi sumber getar sebesar
2. SARAN
Setelah melakukan percobaan ini, saran yang dapat kami sampaikan
a. Hendaknya praktikan mengerti seluruh prosedur kerja selama praktikum.
b. Lebih teliti dalam menentukan besaran-besaran yang akan diukur.
J. DAFTAR PUSTAKA
K. LAMPIRAN
A. TUJUAN
1. Melde
a. Mahasiswa terampil menentukan rapat massa tali dan besaran yang mewakili gaya tegang tali.
b. Mahasiswa mampu menjelaskan kembali gerak gelombang transversal pada tali serta membedakannya dengan partikel tali tersebut.
c. Mahasiswa terampil menghitung besaran-besaran gelombang dari hasil pengamatannya.
d. Mahasiswa mampu mendefinisikan fenomena gelombang berdiri dan sebab kejadiannya.
e. Mahasiswa mampu menggunakan metode grafik yang menyatakan hubungan antara gaya tegang tali dengan kuadrat panjang gelombangnya untuk menentukan besaran fisis tertentu.
2. Sonometer
a. Mahasiswa mampu menerapkan metode grafik yang menyatakn hubungan antara gaya tegang kawat dengan panjang kawat yang bergetar (4L) untuk menentukan besaran gelombang yang bersesuaian dengan hubungan kedua besaran tersebut.
b. Mahasiswa dapat menganalisis mekanisme pembentukan gelombang pada set sonometer yang memerlukan arus bolak-balik dan magnet U sebagai pembentuk medan magnet homogen.
B. DASAR TEORI
Gelombang didefinisikan sebagai energi getaran yang merambat. Namun sebenarnya yang merambat adalah energi dari getaran tersebut. Pada gelombang mekanik, dimungkinkan terjadi perpindahan partikel medium saat energi getaran merambat. Gelombang dapat dikelompokkan berdasarkan sifat-sifat fisisny, yaitu:
1. Berdasarkan zat perantara atau medium rambatnya, gelombang dibedakan menjadi dua, yakni gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.
a. Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, misalnya gelombang air, gelombang pada tali, dan gelombang bunyi.
b. Gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang dalam perambatannya tanpa memerlukan medium, misalnya gelombang cahaya.
2. Berdasarkan arah getarannya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni gelombang longitudinal dan gelombang transversal.
a. Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarannya berhimpit dengan arah rambatannya, misalnya gelombang bunyi.
b. Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatannya, misalnya gelombang pada tali dan gelombang cahaya.
3. Berdasarkan amplitudonya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua, yakni gelombang berjalan dan gelombang diam/berdiri.
a. Gelombang berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang dilalui gelombang, misalnya gelombang pada tali.
b. Gelombang diam/berdiri, yaitu gelombang yang amplitudonya berubah, misalnya gelombang pada senar gitar yang dipetik.
Gelombang mekanik
Gelombang mekanik adalah sebuah gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium, yang menyalurkan energi untuk keperluan proses penjalaran sebuah gelombang. Suara merupakan salah satu contoh gelombang mekanik yang merambat melalui perubahan tekanan udara dalam ruang (rapat renggangnya molekul-molekul udara). Tanpa udara, suara tidak bisa dirambatkan. Dipantai dapat dilihat ombak, yang merupakan gelombang mekanik yang memerlukan air sebagai mediumnya.
Gelombang elektromagnetik
Orang yang pertama kali menguji hipotesis Maxwall mengenai gelombang elektromagnetik adalah Heinrich Herz, pada tahun 1887 (Foster, 2004). Percobaan-percobaan yang dilakukan oleh Hertz memberikan definisi gelombang elektromagnetik. Supriyono (2006) menyatakan bahwa “gelombang elektromagnetik terdiri atas medan magnetik dan medan listrik yang berubah secara periodik dan serempak dengan arah getar tegak lurus satu sama lain dan masing-masing medan tegak lurus arah rambat gelombang”.
Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan, Hertz berhasil mengukur bahwa radiasi gelombang elektromagnetik frekuaensi radio (100MHz) yang dibangkitkan memiliki kecepatan rambat sesuai dengan nilai yang diramalkan oleh Maxwell. Disamping itu, eksperimen Hertz ini juga menunjukkan sifat-sifat gelombang dari cahaya, yaitu pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, dan polarisasi. Dengan demikian, hipotesis Maxwall mengenai gelombang elektromagnetik telah terbukti kebenarnnya melalui eksperimen Hertz.
Gelombang transversal
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatnya tegak lurus arah getarannya (usikannya).
Contoh gelombang transversal:
- Getaran sinar gitar yang dipetik
- Getaran tali yang digoyang-goyangkan pada salah satu ujungnya
Gelombang longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatannya sejajar dengan arah getarnya (arah usikannya).
Contoh gelombang longitudinal:
- Gelombang pada slinki yang diikatkan kedua ujungnya pada statif kemudian diberikan usikan pada salah satu ujungnya.
Gelombang berjalan
Gelombang berjalan merupakan jenis gelombang yang memiliki sifat amplitudo yang sama pada setiap titik yang dilalui.
Gelombang berjalan memiliki persamaan:
Persamaan ini didapat dari persamaan umum gelombang yaitu: dan . Sehingga ( ). Dari persamaan ( ), yang dimaksud t adalah waktu. Karena gelombang berjalan mengalami perubahan kecepatan, jarak dan waktu sehingga dapat diambil kesimpulan persamaan gelombang , kemudian , sehingga
( ) karena ; maka
( ) k=konstanta gelombang=
( )
Gelombang stasioner
Gelombang stasioner dibagi menjadi dua, yaitu: gelombang stasioner akibat pemantulan pada ujung terikat dan gelombang stasioner pada ujung bebas. Persamaan umum gelombang stasioner: Karena gelombang stasioner terdiri lebih dari satu gelombang baik yang dapat maupun terpantul maka persamaannya mengalami berbagai perubahan.
untuk gelombang datang.
( )untuk gelombang pantul.
Untuk gelombang stasioner dengan ujung terikat :
Untuk gelombang stasioner dengan ujung bebas :
Panjang Gelombang
Panjang satu gelombang sama dengan jarak yang ditempuh dalam waktu satu periode.
1. Panjang gelombang dari gelombang transversal
Pada gelombang transversal, satu gelombang terdiri atas 3 simpul dan 2 perut. Jarak antara dua simpul atau dua perut yang berurutan disebut setengah panjang gelombang atau 1/2λ (lambda).
2. Panjang gelombang dari gelombang longitudinal
Pada gelombang longitudinal, satu Gelombang (1λ) terdiri dari 1 rapatan dan 1 renggangan.
Cepat Rambat Gelombang
Jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam satu sekon disebut cepat rambat gelombang. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan dan satuannya m/s atau ms-1.
Pemantulan Gelombang
Jika gelombang melalui suatu rintangan atau hambatan, misalnya benda padat, maka gelombang tersebut akan dipantulkan. Pemantulan ini merupakan salah satu sifat dari gelombang.
Pemantulan gelombang pada ujung tetap akan mengalami perubahan bentuk atau fase. Akan tetapi pemantulan gelombang pada ujung bebas tidak mengubah bentuk atau fasenya.
Pembiasan Gelombang
Untuk mempelajari pembiasan gelombang dapat dilakukan dengan menempatkan balok kaca/logam pada tangki riak yang seluruhnya berada di dalam air, sehingga akan membedakan kedalaman permukaan air dalam tangki riak. Hal ini untuk menggambarkan adanya dua medium rambatan gelombang, permukaan dalam menggambarkan medium yang rapat dan permukaan air yang dangkal menggambarkan medium yang kurang rapat. Sinar gelombang yang melewati bidang batas antara kedalaman air terlihat dibelokkan/dibiaskan dimana front gelombangnya menjadi lebih rapat. Hal ini menunjukkan adanya perubahan panjang gelombang, akan tetapi
frekuensinya tetap, yaitu sama dengan frekuensi sumber getarnya. Dalam pembiasan gelombang berlaku hukum pembiasan yang menyatakan :
Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap.
Secara umum sering dituliskan :
Dengan :
i = sudut datang gelombang (derajat atau radian)
r = sudut bias gelombang ( derajat atau radian )
= panjang gelombang pada medium 1 (m)
= panjang gelombang pada medium 2 (m)
= cepat rambat gelombang pada medium 1 (m/s)
= cepat rambat gelombang pada medium 2 (m/s)
= indeks bias medium 1
= indeks bias medium 2
Interferensi Gelombang
Untuk menunjukkan gejala interferensi gelombang dapat dipergunakan dua sumber getar berbentuk bola atau sumber getar berupa keping/plat yang diberi dua lubang/celah dimana celah tersebut dapat dianggap sebagai sumber getaran (gelombang). Untuk mengamati gejala interferensi gelombang agar teramati dengan jelas, maka kedua gelombang yang berinterferensi tersebut harus merupakan dua gelombang yang koheren. Dua gelombang disebut koheren apabila kedua gelombang tersebut memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama serta memiliki selisih fase yang tetap/konstan. Ada dua sifat hasil interferensi gelombang, yaitu interferensi bersifat konstruktif dan destruktif. Interferensi bersifat konstruktif artinya saling memperkuat, yaitu saat kedua gelombang bertemu (berinterferensi) memiliki fase yang sama. Sedang interferensi bersifat destruktif atau saling melemahkan jika kedua gelombang bertemu dalam fase yang berlawanan.
Difraksi Gelombang
Untuk menunjukkan adanya difraksi gelombang dapat dilakukan dengan meletakkan penghalang pada tangki riak dengan penghalang yang mempunyai celah, yang lebar celahnya dapat diatur. Difraksi gelombang adalah peristiwa
pembelokkan/penyebaran (lenturan) gelombang jika gelombang tersebut melalui celah. Gejala difraksi akan semakin tampak jelas apabila lebar celah semakin sempit. Dengan sifat inilah ruangan dalam rumah kita menjadi terang pada siang hari dikarenakan ada lubang kecil pada genting. Serta suara alunan musik dari tape recorder dapat sampai ke ruangan lain, meskipun kamar tempat tape tersebut pintunya tertutup rapat.
C. ALAT DAN BAHAN
1. Percobaan Melde
a. Set percobaan Melde
b. Beban
c. Tali/benang
d. Sumber tegangan
e. Neraca teknis
f. Kabel penghubung
g. Kawat email
h. Penggaris panjang
2. Percobaan Sonometer
a. Set sonometer
b. Neraca pegas
c. Power Supplay
d. Magnet U
e. Hambatan geser
f. Kabel Penghubung
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Percobaan Melde
a. Menghidupkan sumber tegangan listrik (power supplay), maka nampak bahwa sumber getar bergetar.
b. Mengatur beban sehingga berbentuk gelombang diam pada tali.
c. Mengukur panjang tali yang terisi oleh n x 1/2 gelombang. Mencatat banyaknya n tersebut.
d. Mengulangi kegiatan di atas untuk beban-beban lain yang berbeda massanya.
e. Mengukur panjang tali yang digunakan dan menimbang massanya.
f. Mengulangi kegiatan di atas untuk jenis tali yang berbeda.
2. Percobaan Sonometer
a. Memeriksa kembali rangkaian yang disusun, jika sudah sesuai dengan bagan, diperiksakan kepada pembimbing.
b. Menyalakan power supplay agar kawat email mendapat aliran listrik.
c. Mengatur tarikan neraca pegas pada nilai tertentu dan mengatur letak penumpu sampai terjadi gelombang diam pada kawat. Mengamati sampai terjadi setengah gelombang saja.
d. Mengukur panjang kawat yang bergetar tersebut.
e. Mencatat angka yang ditunjukkan oelh neraca pegas. Angka ini menunjukkan besarnya gaya tegang kawat. Menabelkan semua data yang diperoleh.
E. DATA PENGAMATAN
1. Percobaan Melde
A. Tali I
Panjang tali =1,855 m nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
Massa tali =0,00017 kg nst penggaris = 0,1 cm = 10-3 m
g = 9,8 m/s2
No
Beban (kg)
Jumlah ½ gelombang yang terjadi (n)
Panjang tali untuk n x ½ gelombang (meter)
1
0,00856
0,39
2
0,00963
0,41
3
0,0107
0,417
4
0,01177
0,435
5
0,01284
0,448
C. Tali II
Panjang tali =1,74 m nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
Massa tali = 0,00025kg nst penggaris = 0,1 cm = 10-3 m
g = 9,8 m/s2
No
Beban (kg)
Jumlah ½ gelombang yang terjadi (n)
Panjang tali untuk n x ½ gelombang (meter)
1
0,00856
0,31
2
0,00963
0,33
3
0,0107
0,34
4
0,01177
0,363
5
0,01284
0,37
2. Percobaan Sonometer
Panjang kawat = 1,19 m nst penggaris = 0,1 cm =10-3 m
Massa kawat = 0,00626 kg nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
g = 9,8 m/s2 nst neraca pegas = 0,2 kg
No
Gaya tegang kawat (Newton)
v (m/s)
Panjang kawat yang bergetar (Ɩ)
(m)
λ (m)
f (Hz)
1
5,88
33,43297142
0,4
0,8
41,79121428
2
7,84
38,6050701
0,425
0,85
45,41772953
3
9,8
43,16178051
0,475
0,95
45,43345317
4
11,76
47,28136162
0,5
1
47,28136162
5
13,72
51,06970742
0,53
1,06
48,17896926
6
15,68
54,59581372
0,571
1,142
47,8071924
F. ANALISA DATA
1. Percobaan Melde
a. Tali 1
Panjang tali =1,855 m nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
Massa tali =0,00017 kg nst penggaris = 0,1 cm = 10-3 m
g = 9,8 m/s2
No
Beban (kg)
Jumlah ½ gelombang yang terjadi (n)
Panjang tali untuk n x ½ gelombang (meter)
v (m/s)
λ (m)
f (Hz)
F (N)
λ2 (m)
1
0,00856
0,39
30,25
0,78
38,78
0,08
0,61
2
0,00963
0,41
32,09
0,82
39,13
0,09
0,67
3
0,0107
0,417
33,82
0,834
40,55
0,10
0,69
4
0,01177
0,435
35,47
0,870
40,77
0,12
0,75
5
0,01284
0,448
37,05
0,896
41,35
0,13
0,80
Menghitung panjang gelombang
λ = 2 x panjang tali ½ gelombang
λ1 = 2 x 0,39 λ4 = 2 x 0,435
= 0,78 m = 0,870 m
λ2 = 2 x 0,41 λ5 = 2 x 0,448
= 0,82 m = 0,896 m
λ3 = 2 x 0,417
= 0,834 m
Menghitung rapat massa tali
𝜇 =
𝜇
= 9,164 x 10-5 kg/m
Ralat mutlaknya
Sμ = √| | | |
√| | | | √| | | | √
Ralat relatifnya:
Rμ = x 100%
𝜇 dengan ralat relatif 1,96 %.
Menghitung cepat rambat gelombang transversal pada tali
v = √
F1 = m.g = 0,00856 x 9,8 = 0,083888 N
F2 = m.g = 0,00963 x 9,8 = 0,094374 N
F3 = m.g = 0,0107 x 9,8 = 0,10486 N
F4 = m.g = 0,01177 x 9,8 = 0,115346 N
F5 = m.g = 0,01284 x 9,8 = 0,125832 N
Cepat rambat:
√ 𝜇 √ √ 𝜇 √
√ 𝜇 √
√ 𝜇 √ √ 𝜇 √
Menghitung frekuensi sumber penggetar:
Persamaan matematika yang sesuai dengan grafik
v = √
v2 =
f2λ2 =
λ2 =
Menghitung frekuensi sumber penggetar berdasarkan grafik bila koofisien arah garis grafik adalah
̅ =
b. Tali 2
Panjang tali =1,74 m nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
Massa tali = 0,00025kg nst penggaris = 0,1 cm = 10-3 m
g = 9,8 m/s2
No
Beban (kg)
Jumlah ½ gelombang yang terjadi (n)
Panjang tali untuk n x ½ gelombang (meter)
v (m/s)
λ (m)
f (Hz)
F (N)
λ2 (m)
1
0,00856
0,31
24,16
0,62
38,97
0,083
0,3844
2
0,00963
0,33
25,63
0,66
38,83
0,094
0,4356
3
0,0107
0,34
27,02
0,68
39,72
0,104
0,4624
4
0,01177
0,363
28,33
0,726
39,02
0,115
0,5270
5
0,01284
0,37
29,59
0,74
39,99
0,125
0,5476
Menghitung panjang gelombang
λ = 2 x panjang tali ½ gelombang
Menghitung rapat massa tali
𝜇 𝜇
Ralat mutlaknya
Sμ = √| | | | √| | | |
√| | | | √ √
Ralat relatifnya:
Rμ = x 100% 𝜇
Menghitung cepat rambat gelombang transversal pada tali
v = √
F1 = m.g = 0,00856 x 9,8 = 0,083888 N
F2 = m.g = 0,00963 x 9,8 = 0,094374 N
F3 = m.g = 0,0107 x 9,8 = 0,10486 N
F4 = m.g = 0,01177 x 9,8 = 0,115346 N
F5 = m.g = 0,01284 x 9,8 = 0,125832 N
Cepat rambat gelombang: √ 𝜇 √ √ 𝜇 √
√ 𝜇 √
√ 𝜇 √ √ 𝜇 √
Menghitung frekuensi sumber penggetar:
Persamaan matematika yang sesuai dengan grafik
v = √
v2 =
f2λ2 =
λ2 =
Menghitung frekuensi sumber penggetar berdasarkan grafik bila koofisien arah garis grafik adalah
̅ =
2. Percobaan Sonometer
Panjang kawat = 1,19 m nst penggaris = 0,1 cm =10-3 m
Massa kawat = 0,00626 kg nst neraca = 0,01 gram = 10-5 kg
g = 9,8 m/s2 nst neraca pegas = 0,2 kg
No
Gaya tegang kawat (Newton)
v (m/s)
Panjang kawat yang bergetar (Ɩ)
(m)
λ (m)
f (Hz)
4l 2 (m)
1
5,88
33,43297142
0,4
0,8
41,79121428
0,64
2
7,84
38,6050701
0,425
0,85
45,41772953
0,7225
3
9,8
43,16178051
0,475
0,95
45,43345317
0,9025
4
11,76
47,28136162
0,5
1
47,28136162
1
5
13,72
51,06970742
0,53
1,06
48,17896926
1,1236
6
15,68
54,59581372
0,571
1,142
47,8071924
1,304164
Menghitung panjang gelombang
Menghitung rapat massa tali
𝜇 𝜇
Ralat mutlaknya:
Sμ = √| | | |
√| | | | √| | | | √ √
Ralat relatif:
Rμ = x 100% 𝜇
Menghitung cepat rambat gelombang transversal pada kawat
√ 𝜇 √ 𝜇 √ √ 𝜇 √ 𝜇 √
√ 𝜇 √ 𝜇 √
√ 𝜇 √ 𝜇 √ √ 𝜇 √ 𝜇 √ √ 𝜇 √ 𝜇 √
G. PEMBAHASAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, cepat rambat gelombang diperoleh dari melakukan pengukuran terhadap gaya tegang tali/kawat, pajang tali/kawat, dan banyaknya gelombang yang terjadi.
Pada percobaan Melde untuk tali I
H. JAWABAN PERTANYAAN
TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM
P-01. Jika pada seutas tali panjangnya L, massanya M, diberi tegangan sebesar T, kemudian digetarkan sehingga terbentuk gelombang. Tentukan cepat rambat gelombangnya, nyatakan dalam L,M,T !
Jawab: √ 𝜇 𝜇 √ √
P-02. Jelaskan mengapa gelombang pantulan tersebut mempunyai frekuensi dan panjang gelombang yang tetap sama?
Jawab:
Karena amplitudo yang dippantulkan oleh ujung tetap tidak mengalami perubahan (karena pada ujung tetap ini dapat dikatakan tidak terjadi penyerapan energi.
Karena cepat rambat sama (tidak mengalami perubahan) yang menyebabkan frekuensi dan panjang gelombangnya sama. Hal ini dikarenkan V berbanding lurus dengan frekuensi dan panjang gelombang.
Karena salah satu ujungnya terikat dan tidak ada gaya lain yang bekerja pada gelombang.
P-03. Apakah perrbedaan antara gelombang yang dipantulkan dengan gelombang datang. Jelaskan!
Jawab:
Ada, yaitu mengenai fase dan arah rambatnya. Gelombang pantul mempunyai fase yang berlawanan dengan gelombang datang.
P-04. Jelaskan pengertian simpul dan perut!
Jawab:
Simpul merupakan titik-titik yang bergetar dengan simpangan sama dengan nol.
Perut merupakan titik-titik yang bergerak dengan simpangan maksimum.
P-06. Bagaimana keadaan gelombang yang terjadi jika ujung tali tidak terikat. Jelaskan!
Jawab:
Keadaan gelombang dengan ujung yang besar (tidak mengalami pembalikan fase) sama seperti ujung tetap disini tidak terjadi perubahan amplitudo dan cepat
rambat. Amplitudo tidak berubah karena tidak ada energi yang hilang. Sedangkan cepat rambat juga tetap karena merambat melalui medium yang sama.
P-07. Jelaskan terjadinya gelombang stasioner/ berdiri pada tali!
Jawab:
Gelombang stasioner terjadi karena adanya perpaduan dua gelombang (interferensi gelombang) yang mempunyai amplitudo dan frekuensinya sama tetapi arahnya berlawanan.
TUGAS
1. Mengapa jika magnet U tidak dipasang, pada kawat tidak terjadi gelombang, jelaskan!
Jawab:
Magnet U merupakan magnet yang menimbulkan medan magnet homogen, sedangkan kawat merupakan logam yang dapat ditarik kuat oleh magnet. Oleh karena itu, jika magnet U dipasang maka akan timbul gaya tarik menarik dengan kawat. Dimana salah satu faktor yang mempengaruhi terjadinya gelombang adalah gaya, sehingga apabila magnet U tidak dipasang maka tidak akan terjadi gelombang.
2. Mengapa kita harus menggunakan magnet U untuk dapat mengamati terjadinya gelombang tersebut? Jelaskan!
Jawab:
Karena magnet U mempunyai medan magnet, disamping itu disekitar penghantar berarus listrik terdapat medan magnet. Bila kedua medan tersebut didekatkan, maka akan timbul gaya magnetik dengan arah (vektor) yang tegak lurus dengan arah (vektor) medan magnet dan arah arus listrik. Jika arah arus bolak-balik, maka gaya magnetik ini akan bolak-balik pula.
3. Mengapa jika kita meletakkan dua magnet U yang sama kekuatannya secara simetris sepanjang kawat yang bergetar, kawat tersebut tidak lagi bergetar. Jelaskan!
Jawab:
Hal ini disebabkan oelh adanya sifat menghilang (meniadakan) kekuatan antar magnet, apabila kedua magnet yang sama kekuatannya diletakkan simetris, medan magnet ditimbulkan oleh adanya perpindahan muatan listrik, sehingga kedudukan magnet mempengaruhi adanya medan magnet di sekitar kawat berarus listrik, ketidakberadaan medan magnet pada magnet U karena adanya magnet U yang lain yang menyebabkan tidak terjadinya gelombang.
4. Bagaimana jika kawat yang kita gunakan kita ganti dengan kawat yang lain dan luas penampangnya berbeda, jelaskan!
Jawab:
Benda yang bergetar berfungsi sebagai sumber gelombang, getaran yang merambat keluar dari sumbernya, ini dikenal sebagai gelombang. Sehingga dalam gelombang dikenal cepat getar dan cepat rambat. Kecepatan rambat suatu gelombang dipengaruhi oleh sifat medium yang dilaluinya, misalnya kerapatan dan elastisistasnya, dalam hal kerapatan, gelombang dipengaruhi oleh massa kawat dan luas penampangnya. Hal ini dirumuskan dengan √
Jika gelombang rambat dari medium 1 ke medium yang lain, cepat rambatnya pasti akan berubah, tetapi frekuensinya tidak beruubah kecuali dipengaruhi oleh sumber getarnya. Semakain besar massa jenis dan luas penampangnya suatu kawat, maka semakin kecil cepat rambat gelombang yang melaluinya. Demikian juga sebaliknya, apabila massa jenis dan luas penampang kawat semakin kecil, maka cepat rambat gelombang itu akan semakin besar.
I. KESIMPULAN DAN SARAN
1. KESIMPULAN
Setelah melakukan percobaan-percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa untuk
a. Rapat massa tali/kawat merupakan hasil bagi antara massa tali/kawat dengan panjang tali/kawat.
𝜇
b. Gaya tegang tali/kawat merupakan hasil kali massa beban dengan percepatan gravitasi.
c. Menentukan cepat rambat gelombang menggunakan rumus
√ 𝜇
d. Pada grafik hubungan gaya tegang tali dengan kuadrat panjang gelombang pada percobaan Melde dan grafik hubungan gaya tegang kawat dengan empat kali kuadrat panjang kawat yang bergetar, dapat dirumus dirumuskan
√ 𝜇 𝜇 𝜇
Sehingga
Jadi, frekuensi sumber getar adalah √ 𝜇
e. Pada percobaan Melde diperoleh frekuensi sumber getar sebesar
f. Pada percobaan Sonometer deperoleh frekuensi sumber getar sebesar
2. SARAN
Setelah melakukan percobaan ini, saran yang dapat kami sampaikan
a. Hendaknya praktikan mengerti seluruh prosedur kerja selama praktikum.
b. Lebih teliti dalam menentukan besaran-besaran yang akan diukur.
J. DAFTAR PUSTAKA
K. LAMPIRAN
KALORIMETER
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 1
PERCOBAAN KALORIMETER
Dilaksanakan oleh:
Kelompok F/II/C
1. Sutinah (110331420548)
2. Try Hartiningsih (110331420545)
3. Yessie Sekti P.P (110331420561)
4. Yuli Feritawati (110331420553)
Hari/Tanggal : Rabu/ 11 April 2012
Jurusan/ Prodi : Kimia/ Pendidikan Kimia
Dosen : Bapak Mudjihartono
LABORATORIUM FISIKA DASAR
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
April 2012
PERCOBAAN KALORIMETER
A. TUJUAN PERCOBAAN
Dalam percobaan kalorimeter, tujuan percobaan secara khusus adalah sebagai beruikut:
1. Mahasiswa memperoleh penguatan pemahaman tentang kalor, kapasitas kalor zat, dan kalor jenis zat.
2. Mahasiswa mencoba menentukan kapasitas kalor kalorimeter dan kalor jenis zat padat.
3. Mahasiswa terampil menggunakan set kalorimeter.
4. Mahasiswa terampil menggunakan teori ralat dan mengetahui ralat alat.
5. Mahasiswa terampil menggunakan termometer.
B. DASAR TEORI
Kalor adalah energi yang ditransfer dari suatu objek kepada objek lain yang hanya disebabkan oleh perbedaan temperatur. Kalor mengalir dari sistem bertemperatur tinggi menuju sistem yang bertemperatur lebih rendah.
Setiap zat memiliki perbedaan dalam jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur pada jumlah massa yang dimiliki oleh zat itu. Perbandingan banyaknya kalor yang diperlukan benda sehingga temperaturnya naik sebesar ΔT dinamakan Kapasitas Kalor C dari benda itu, yaitu:
Berdasarkan persamaan 1, maka kapasitas kalor bermakna tenaga dalam bentuk kalor yang diberikan pada benda sehingga temperatur benda naik sebesar 1˚C.
Hal yang lebih khusus mengarah pada karakteristik bahan pembentuk dinyatakan sebagai Kalor Jenis Zat. Kalor jenis C adalah kapasitas kalor persatuan massa benda, yaitu:
Kalor yang harus diberikan kepada benda bermassa m yang memiliki kalor jenis C, untuk menaikkan temperatur benda dari T1 menjadi T2 dimana T1 > T2 adalah: ∫
Pada interval temperatur biasa kalor jenis bahan relatif konstan terhadap temperatur sehingga persamaan 3 dapat dinyatakan dengan:
Ketika dua bagian berbeda temperatur dicampur dalam suatu sistem terisolasi, maka terjadi serah terima kalor.kalor mengalir dari bagian bertemperatur tinggi menuju bagian yang bertemperatur lebih rendah. Jika berada dalam keadaan terisolasi sempurna, tidak terjadi aliran energi dan lingkungan menuju sistem dan sebaliknya, bersandar pada Hukum Kekekalan Energi, kalor yang diterima oleh bagian yang bertemperatur lebih tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh bagian yang bertemperatur lebih rendah. Ungakapan azas Black menyatakan: Kalor yang dilepas = Kalor yang disearap
Bila kapasitas dan kalorimeter diketahui, maka kalorimeter dapat digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Metode yang digunakan dikenal dengan metode pencampuran, yaitu benda yang ingin diketahui kalor jenisnya dipanasi sampai temperatur t2, kemudian dimasukkan dalam kalorimeter berisi air yang berada dalam kesetimbangan temperatur t1. Pencampuran dua sistem bertemperatur berbeda tersebut akan menghasilkan kesetimbangan temperatur t3.
Faktor terpenting yang harus diperhitungkan dalam percobaan menggunakan kalorimeter adalah semaksimal mungkin sistem kalorimeter berada dalam kondisi terisolasi dengan lingkungannya (tidak terjadi pertukaran kalor antara kalorimeter dengan lingkungannya). Dengan demikian kalor yang dilepas benda sama dengan kalor yang diterima oleh kalorimeter dan air dingin.
Dalam praktikum ini kita akan melakukan dua set percobaan, yaitu menentukan kapasitas dan mencari kalor jenis zat padat. Secara garis besar prosedur percobaannya adalah sebagai berikut.
1. Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter (Ck)
Pada percobaan 1 ini, mula-mula air dingin bermassa m, dimasukkan ke dalam kalorimeter sehingga terjadi kesetimbangan termal antara air dan kalorimeter pada temperatur t1. Tambahkan air pada yang bertemperatur t2 > t1, sehingga terjadi perpindahan kalor zat yang bersuhu tinggi (air panas) menuju zat bersuhu rendah (air dingin dan kalorimeter). Pernyataan azas Black ntuk fenomena ini adalah kalor yang dilepas air panas sama dengan kalor yang diserap air dingin dan kalorimeter.
Jika kalor jenis air untuk kisaran suhu inni diasumsikan konstan Cair = 1 kal/g˚C, maka persamaan eksplisit kapasitas kalor kalorimeter (Ckal) adalah :
Jelas bahwa besaran-besaran yang harus kita ukur untuk menentukan Ck adalah massa air dingin (mad), massa air panas (map), temperatur setimbang antara air dingin dan kalorimeter (t1), suhu air panas tepat ketika akan dimasukkan ke dalam kalorimeter (t2), temperatur setimbang dari campuran air dingin dan air panas dalam kalorimeter t3.
2. Menentukan Kalor Jenis Zat Padat (Cb)
Dari percobaan 1, dapat ditentukan kapasitas kalor kalorimeter yang digunakan untuk menentukan panas jenis suatu zat padat pada percobaan dua berikut ini. Mula-mula sejumlah (mad) air dingin bertemperatur lebih rendah dari temperatur kamar yang dimasukkan ke dalam kalorimeter sehingga mencapai kesetimbangan termal dengan kalorimeter pada temperatur t1, kemudian zat padat mermasa mb yang telah dipanaskan sampai bertemperatur t3 (t3 > t1) dimasukkan ke dalam kalorimeter. Pertnyataan azas Balck untuk fenomena ini adalah kalor yang dilepas benda padat sama dengan kalor yang diserap air dingin dan kalor yang diserap oleh kalorimeter.
Dengan demikian persamaan eksplisit kalor jenis benda (Cb) adalah
Dengan nilai kalor jenis air kisaran suhu ini diasumsikan konstan sebesar Cair = 1 kal/g˚C.
Jelas bahwa besaran-besarn yang harus kita hitung untuk menentukan Cb adalah massa air dingin (mad), massa benda padat (mb), temperatur setimbang antara air dingin dan kalorimeter (t1), suhu benda padat tepat ketika akan dimasukkan ke dalam kalorimeter (t2), temperatur setimbang dari campuran air dingin dan benda padat panas dalam kalorimeter (t3), sementara data kapasitas kalor kalorometer diperoleh berdasarkan hasil percobaan 1.
C. ALAT DAN BAHAN
Alat-alat yang digunakan pada percobaan kalorimeter adalah:
1. Set kalorimeter lengkap dengan tutup, pengaduk, termometer, dan bejana pelindung.
2. Gelas kaca 100 ml/ beaker glass
3. Termometer batang
4. Pemanas bunsen
5. Kaki tiga dan kasa pembakar
6. Timbangan digital
7. Bejana pemanas
8. Gelas ukur
9. Penjepit zat padat
Bahan-bahan yang digunakan pada percobaan kalorimeter adalah:
1. Air
2. Zat padat
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Percobaan 1 ( Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter)
a. Menyiapkan alat dan bahan, kemudian menyusun percobaan.
b. Memanaskan sejumalah air menggunakan pemanas bunsen yang tersedia.
c. Meletakkan bagian set kalorimeter yang terdiri dari bejana pelindung, bejana kalorimeter, termometer dan pengaduk di atas timbangan.
d. Menimbang air dingin (suhunya harus lebih rendah dari suhu kamar) sekitar 50 gr, kemudian memasukkannnya kedalam kalorimeter. Mencatat massa air dingin sebagai mad.
e. Mengamati termometer dan mencatat temperatur keseimbangan awal antara air dingin dan kalorimeter sebagai t1.
f. Mengambil 50 gr air yang telah dipanaskan dari langkah (b) kurang lebih 50 ˚C (diukur dengan termometer lain) dan memasukkan dengan cepat ke dalam kalorimeter. Mencatat suhunya sebagai t2.
g. Mengaduk pelan-pelan campuran air dingin dan panas sambil mengamati terus perubahan temperatur pada termometer. Setelah penunjukkan termometer stabil dan suhunya hampir turun, mencatat suhunya sebagai t3.
h. Membuang air di dalam kalorimeter dan mengusap dengan lap bejana kalorimeter hingga kering, lalu mengulangi langkah (d) sampai langkah (i) sebanyak 4 kali.
i. Mencatat data yang diperoleh pada lembar data pengamatan yang tersedia.
2. Percobaan 2 ( Menentukan Kalor Jenis Zat Padat)
a. Menyiapkan alat dan bahan (zat padat).
b. Memanaskan sejumalah air menggunakan pemanas bunsen yang tersedia kemudian memasukkan zat padat yang sudah ditimbang (mencatat massa zat padat sebagai mb).
c. Meletakkan bagian set kalorimeter yang terdiri dari bejana pelindung, bejana kalorimeter, termometer dan pengaduk di atas timbangan.
d. Menimbang air dingin (suhunya harus lebih rendah dari suhu kamar) sekitar 50 gr, kemudian memasukkannnya kedalam kalorimeter. Mencatat massa air dingin sebagai mad.
e. Mengamati termometer dan mencatat temperatur keseimbangan awal antara air dingin dan kalorimeter sebagai t1.
f. Mengambil zat padat yang dipanaskan dalam air dari langkah (b) dengan suhu 80˚C (mengukur dengan termometer lain) dan mencatat suhu tersebut sebagai t2. Kemudian memasukkan dengan cepat ke dalam kalorimeter.
g. Mengaduk pelan-pelan campuran air dingin dan zat padat tersebut sambil mengamati terus perubahan temperatur pada termometer. Setelah penunjukkan termometer stabil dan suhunya hampir turun, mencatat suhunya sebagai t3.
h. Membuang air di dalam kalorimeter dan mengusap dengan lap bejana kalorimeter hingga kering, lalu mengulangi langkah (d) sampai langkah (i) sebanyak 4 kali. Serta mengulangi langkah (b) karena massa zat padat yang berbeda.
i. Mencatat data yang diperoleh pada lembar data pengamatan yang tersedia.
E. DATA PENGAMATAN
1. Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter
No
mad (gram)
map (gram)
t1 (˚C)
t2 (˚C)
t3 (˚C)
Ckal
1
50,02
50,03
25
50
39
-10,72
2
50,01
50,01
27
50
40
-11,54
3
50,01
50
25
50
40
-16,67
4
50
50
27
50
40
-11,53
Nst massa : 0,01 gram
Nst termometer : 1˚C
Keterangan:
mad = massa air dingin
map = massa air panas
t1 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter dan air dingin.
t2 = suhu air panas tepat ketika akan dimasukkan ke kalorimeter
t3 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter, air dingin dan air panas
2. Menentukan Kalor Jenis Zat Padat
No
mad (gram)
mb (gram)
t1 (˚C)
t2 (˚C)
t3 (˚C)
Cb
1
50,02
100,06
26
55
32
0,097
2
50,01
100,32
26
55
33
0,11
3
50,01
100,12
25
64
34
0,03
4
50
100,35
25
59
32
0,13
Nst massa : 0,01 gram
Nst termometer : 1˚C
Keterangan:
mad = massa air dingin
mb = massa benda panas
t1 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter dan air dingin.
t2 = suhu benda padat panas tepat ketika akan dimasukkan ke kalorimeter
t3 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter, air dingin dan benda padat panas
F. ANALISA DATA
1. Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter (Ckal)
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
1
50,02
50,03
25
50
39
2
50,01
50,01
27
50
40
3
50,01
50
25
50
40
4
50
50
27
50
40
Praktikum kalorimeter merupakan salah satu tipe model eksperimen eksplisit yang dilakukan secara numerik dengan menerapkan analisis ralat rambat. Pengukuran kapasitas kalor kalorimeter merupakan pengukuran tidak langsung, sehingga pengukuran Ckal dipengaruhi oleh pengukuran mad, map, t1, t2, t3 dan percobaan ini variabel bebasnya diukur satu kali, sehingga ralatnya ditentukan oleh ralat-ralat:
Untuk :
Persamaan Ckal yang digunakan adalah:
Untuk
Berikut tabel hasil perhitungan Ckal :
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
Ckal
1
50,02
50,03
25
50
39
-10,71071429
2
50,01
50,01
27
50
40
-11,54076923
3
50,01
50
25
50
40
-16,67666667
4
50
50
27
50
40
-11,53846154
Persamaan untuk menghitung ralat mutlak: √| | | | | | | | | |
Turunan dari rumus tersebut adalah :
Percobaan 1:
misal :
( ) [ [ √| | | | | | | | | |
Percobaan ini diperoleh 4 harga Ck dengan ralat masing –masing. Hasil ukur dinyatakan sebagai (Ck ΔCk) dimana:
Untuk mengetahui nilai Ck rata-rata dihitung dengan rumus rata-rata berbobot: ̅̅̅ Σ( ) Σ( )
Dari percobaan diatas, diambil contoh pada data percobaan 1 diperoleh: ̅̅̅ ̅̅̅ | | ̅̅̅̅̅̅̅ Σ( )
:
(3 angka penting)
(Ck ΔCkal)
( 1,7) kal/g˚C dengan ralat relatif %
2. Menentukan Kalor Jenis Zat Padat (Cb)
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
1
50
100,1
26
55
32
2
50
100,3
26
55
33
3
50
100,1
25
64
34
4
50
100,4
25
59
32
Rumus yang digunakan untuk menghitung ralat pada penukuran kalor jenis zat padat adalah ralat alat:
̅̅̅̅ Σ √Σ ̅̅̅̅̅
√
Rumus untuk mencari kalor jenis zat padat (Cb):
Berikut tabel hasil perhitungan kalor jenis zat padat (Cb):
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
Cb
(Kal/g˚C)
1
50
100,1
26
55
32
0,164220366
2
50
100,3
26
55
33
0,199779966
3
50
100,1
25
64
34
0,188740245
4
50
100,4
25
59
32
0,162735012
Untuk menentukan ralat mutlak digunakan persamaan sebagai berikut: √| | | | | | | | | | | |
Dari persamaan diatas diperoleh turunan sebagai berikut:
[ [
[ [
√| | | | | | | | | | | |
Percobaan ini diperoleh 4 harga Cb dengan ralat masing –masing. Hasil ukur dinyatakan sebagai (Cb ΔCb) dimana:
Untuk mengetahui nilai Cb rata-rata dihitung dengan rumus rata-rata berbobot: ̅̅̅ Σ( ) Σ( )
Dari percobaan diatas, diambil contoh pada data percobaan 1 diperoleh: ̅̅̅ ̅̅̅ ̅̅̅̅̅ Σ( )
:
(4 angka penting)
( Δ )
( 0,005) kal/g˚C dengan ralat relatif %
G. PEMBAHASAN
Saat membahas tentang kalorimeter, tentu tidak lepas dari istilah kalor, temperatur, kalor jenis dan kapasitas kalor zat. Berikut ini merupakan penjelasan dari masing-masing istilah tersebut :
Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah. Jika suatu benda menerima atau melepas kalor, maka temperatur benda itu akan naik atau turun dan dapat juga wujudnya berubah. Kalor adalah suatu bentuk energi yang dapat dipindahkan, tetapi tidak dapat dihilangkan. Kalor merupakan suatu kuantitas baik yang diserap maupun diterima suatu benda. Dan saat suhu campuran sama itulah saat dimana kalor mencapai keseimbangan termal.
Temperatur itu sendiri adalah besaran yang menyatakan derajat panas dinginnya suatu benda dan alat yang digunakan untuk mengukur temperatur adalah termometer. Dalam kehidupan sehari-hari masyarakat cenderung menggunakan indera peraba untuk mengukur temperatur. Tetapi dengan adanya perkembangan teknologi maka terciptalah termometer untuk mengukur temperatur yang lebih valid.
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1˚C (satuan kalori/g˚C). Sedangkan kapasitas kalor kalorimeter adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh untuk menaikkan suhunya 1˚C atau per satuan perubahan suhu (satuan kal/˚C). Pengukuran kapasitas kalor kalorimeter dapat dilakukan berdasarkan Azas Black, yang berbunyi kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima.
Dalam percobaan ini dilakukan pengukuran kapasitas kalor kalorimeter bukan kalor jenis kalorimeter karena tidak mungkin menaikkan massa dari kalorimeter tersebut, yang dapat dinaikkan hanya suhunya bersarkan persamaan. Jika menggunakan zat lain maka yang dihitung adalah kalor jenisnya.
Percobaan kalorimeter ini dilakukan untuk mencari kapasitas kalor kalorimeter dan kalor jenis suatu zat. Yang pertama, percobaan kapasitas kalor kalorimeter dilakukan dengan mencampurkan air panas dan air dingin sehingga diperoleh keseimbangan termal
(suhu campuran). Harus diusahan bahwa saat pencampuran, cairan benar-benar terisolasi (tidak ada kalor yang terbebas keluar atau masuk).
Pada percobaan pertama yaitu menentukan kapasitas kalor kalorimeter diperoleh ralat sebesar 12,91%. Sedangkan pada percobaan kedua yaitu menentukan kalor jenis zat padat, diperoleh ralat sebesar 0,026%. Ada beberapa faktor penyebab ralat:
a. Kesalahan paralaks, yaitu kesalahan cara memandang pada saat membaca alat ukur.
b. Pada saat pencampuran kemungkinan terjadi kontak antara sistem dengan lingkungan.
H. JAWABAN PERTANYAAN
Jawaban Tugas Sebelum Praktikum
1. Penurunan persamaan (5) berdasarkan Azas black :
Cad = Cap
2. Penurunan persamaan (6) berdasarkan Azas Black :
Cad = 1
3. Kesetimbangan termal adalah kesetimbangan antara suhu yang berada di luar dan suhu yang berada di luar bejana atau dapat diartikan sebagai keseimbangan antara suhu air panas dengan suhu air dingin ditambah suhu kalorimeter.
Jawaban Tugas Setelah Praktikum
1. Apabila air pada kalorimeter jumlahnya lebih banyak atau terlalu banyak maka nantinya air dingin lebih dominan (t1 tinggi) maka nantinya akan mempengaruhi suhu campuran. Berdasarkan Azas Black : kalor lepas = kalor terima, apabila kelebihan air dingin maka teori tersebut dikhawatirkan tidak berlaku akibat air dingin (t1) yang berlebih, sehingga tidak terjadi keseimbangan termal yang sempurna.
2. Diket :
mb : 100 gr
ma : 400 gr
t1 : 0˚C
t2 : 10,1 ˚C
cb : 0,040 kal/ gr˚C
Ditanya:
t2 =...??
Jawab: ( )
I. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan dari percobaan kalorimeter ini adalah :
1. Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah.
2. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh zat untuk menaikkan suhu 1˚C atau per satuan perubahan suhu.
3. Kalor jenis zat adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1˚C/ per satuan perubahan waktu.
4. Termometer digunakan dalam pengukuran temperatur (derajat panas dinginnya suatu benda)
5. Berdasarkan hasil perhitungan didapat:
Saran yang dapat diberikan dalam percobaan kalorimeter:
1. Sebaiknya saat memasukkan air panas atau benda panas sesegera mungkin agar kalor yang ada tidak terlepas ke lingkungan.
2. Kalorimeter diusahakan sebersih mungkin.
3. Saat pembacaan termometer harus lebih teliti dan ditunggu (pembacaan t3) sampai benar-benar terjadi keseimbangan termal.
J. DAFTAR PUSTAKA
Halliday, David.1992. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas Negeri Malang.
PERCOBAAN KALORIMETER
Dilaksanakan oleh:
Kelompok F/II/C
1. Sutinah (110331420548)
2. Try Hartiningsih (110331420545)
3. Yessie Sekti P.P (110331420561)
4. Yuli Feritawati (110331420553)
Hari/Tanggal : Rabu/ 11 April 2012
Jurusan/ Prodi : Kimia/ Pendidikan Kimia
Dosen : Bapak Mudjihartono
LABORATORIUM FISIKA DASAR
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
April 2012
PERCOBAAN KALORIMETER
A. TUJUAN PERCOBAAN
Dalam percobaan kalorimeter, tujuan percobaan secara khusus adalah sebagai beruikut:
1. Mahasiswa memperoleh penguatan pemahaman tentang kalor, kapasitas kalor zat, dan kalor jenis zat.
2. Mahasiswa mencoba menentukan kapasitas kalor kalorimeter dan kalor jenis zat padat.
3. Mahasiswa terampil menggunakan set kalorimeter.
4. Mahasiswa terampil menggunakan teori ralat dan mengetahui ralat alat.
5. Mahasiswa terampil menggunakan termometer.
B. DASAR TEORI
Kalor adalah energi yang ditransfer dari suatu objek kepada objek lain yang hanya disebabkan oleh perbedaan temperatur. Kalor mengalir dari sistem bertemperatur tinggi menuju sistem yang bertemperatur lebih rendah.
Setiap zat memiliki perbedaan dalam jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur pada jumlah massa yang dimiliki oleh zat itu. Perbandingan banyaknya kalor yang diperlukan benda sehingga temperaturnya naik sebesar ΔT dinamakan Kapasitas Kalor C dari benda itu, yaitu:
Berdasarkan persamaan 1, maka kapasitas kalor bermakna tenaga dalam bentuk kalor yang diberikan pada benda sehingga temperatur benda naik sebesar 1˚C.
Hal yang lebih khusus mengarah pada karakteristik bahan pembentuk dinyatakan sebagai Kalor Jenis Zat. Kalor jenis C adalah kapasitas kalor persatuan massa benda, yaitu:
Kalor yang harus diberikan kepada benda bermassa m yang memiliki kalor jenis C, untuk menaikkan temperatur benda dari T1 menjadi T2 dimana T1 > T2 adalah: ∫
Pada interval temperatur biasa kalor jenis bahan relatif konstan terhadap temperatur sehingga persamaan 3 dapat dinyatakan dengan:
Ketika dua bagian berbeda temperatur dicampur dalam suatu sistem terisolasi, maka terjadi serah terima kalor.kalor mengalir dari bagian bertemperatur tinggi menuju bagian yang bertemperatur lebih rendah. Jika berada dalam keadaan terisolasi sempurna, tidak terjadi aliran energi dan lingkungan menuju sistem dan sebaliknya, bersandar pada Hukum Kekekalan Energi, kalor yang diterima oleh bagian yang bertemperatur lebih tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh bagian yang bertemperatur lebih rendah. Ungakapan azas Black menyatakan: Kalor yang dilepas = Kalor yang disearap
Bila kapasitas dan kalorimeter diketahui, maka kalorimeter dapat digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Metode yang digunakan dikenal dengan metode pencampuran, yaitu benda yang ingin diketahui kalor jenisnya dipanasi sampai temperatur t2, kemudian dimasukkan dalam kalorimeter berisi air yang berada dalam kesetimbangan temperatur t1. Pencampuran dua sistem bertemperatur berbeda tersebut akan menghasilkan kesetimbangan temperatur t3.
Faktor terpenting yang harus diperhitungkan dalam percobaan menggunakan kalorimeter adalah semaksimal mungkin sistem kalorimeter berada dalam kondisi terisolasi dengan lingkungannya (tidak terjadi pertukaran kalor antara kalorimeter dengan lingkungannya). Dengan demikian kalor yang dilepas benda sama dengan kalor yang diterima oleh kalorimeter dan air dingin.
Dalam praktikum ini kita akan melakukan dua set percobaan, yaitu menentukan kapasitas dan mencari kalor jenis zat padat. Secara garis besar prosedur percobaannya adalah sebagai berikut.
1. Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter (Ck)
Pada percobaan 1 ini, mula-mula air dingin bermassa m, dimasukkan ke dalam kalorimeter sehingga terjadi kesetimbangan termal antara air dan kalorimeter pada temperatur t1. Tambahkan air pada yang bertemperatur t2 > t1, sehingga terjadi perpindahan kalor zat yang bersuhu tinggi (air panas) menuju zat bersuhu rendah (air dingin dan kalorimeter). Pernyataan azas Black ntuk fenomena ini adalah kalor yang dilepas air panas sama dengan kalor yang diserap air dingin dan kalorimeter.
Jika kalor jenis air untuk kisaran suhu inni diasumsikan konstan Cair = 1 kal/g˚C, maka persamaan eksplisit kapasitas kalor kalorimeter (Ckal) adalah :
Jelas bahwa besaran-besaran yang harus kita ukur untuk menentukan Ck adalah massa air dingin (mad), massa air panas (map), temperatur setimbang antara air dingin dan kalorimeter (t1), suhu air panas tepat ketika akan dimasukkan ke dalam kalorimeter (t2), temperatur setimbang dari campuran air dingin dan air panas dalam kalorimeter t3.
2. Menentukan Kalor Jenis Zat Padat (Cb)
Dari percobaan 1, dapat ditentukan kapasitas kalor kalorimeter yang digunakan untuk menentukan panas jenis suatu zat padat pada percobaan dua berikut ini. Mula-mula sejumlah (mad) air dingin bertemperatur lebih rendah dari temperatur kamar yang dimasukkan ke dalam kalorimeter sehingga mencapai kesetimbangan termal dengan kalorimeter pada temperatur t1, kemudian zat padat mermasa mb yang telah dipanaskan sampai bertemperatur t3 (t3 > t1) dimasukkan ke dalam kalorimeter. Pertnyataan azas Balck untuk fenomena ini adalah kalor yang dilepas benda padat sama dengan kalor yang diserap air dingin dan kalor yang diserap oleh kalorimeter.
Dengan demikian persamaan eksplisit kalor jenis benda (Cb) adalah
Dengan nilai kalor jenis air kisaran suhu ini diasumsikan konstan sebesar Cair = 1 kal/g˚C.
Jelas bahwa besaran-besarn yang harus kita hitung untuk menentukan Cb adalah massa air dingin (mad), massa benda padat (mb), temperatur setimbang antara air dingin dan kalorimeter (t1), suhu benda padat tepat ketika akan dimasukkan ke dalam kalorimeter (t2), temperatur setimbang dari campuran air dingin dan benda padat panas dalam kalorimeter (t3), sementara data kapasitas kalor kalorometer diperoleh berdasarkan hasil percobaan 1.
C. ALAT DAN BAHAN
Alat-alat yang digunakan pada percobaan kalorimeter adalah:
1. Set kalorimeter lengkap dengan tutup, pengaduk, termometer, dan bejana pelindung.
2. Gelas kaca 100 ml/ beaker glass
3. Termometer batang
4. Pemanas bunsen
5. Kaki tiga dan kasa pembakar
6. Timbangan digital
7. Bejana pemanas
8. Gelas ukur
9. Penjepit zat padat
Bahan-bahan yang digunakan pada percobaan kalorimeter adalah:
1. Air
2. Zat padat
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Percobaan 1 ( Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter)
a. Menyiapkan alat dan bahan, kemudian menyusun percobaan.
b. Memanaskan sejumalah air menggunakan pemanas bunsen yang tersedia.
c. Meletakkan bagian set kalorimeter yang terdiri dari bejana pelindung, bejana kalorimeter, termometer dan pengaduk di atas timbangan.
d. Menimbang air dingin (suhunya harus lebih rendah dari suhu kamar) sekitar 50 gr, kemudian memasukkannnya kedalam kalorimeter. Mencatat massa air dingin sebagai mad.
e. Mengamati termometer dan mencatat temperatur keseimbangan awal antara air dingin dan kalorimeter sebagai t1.
f. Mengambil 50 gr air yang telah dipanaskan dari langkah (b) kurang lebih 50 ˚C (diukur dengan termometer lain) dan memasukkan dengan cepat ke dalam kalorimeter. Mencatat suhunya sebagai t2.
g. Mengaduk pelan-pelan campuran air dingin dan panas sambil mengamati terus perubahan temperatur pada termometer. Setelah penunjukkan termometer stabil dan suhunya hampir turun, mencatat suhunya sebagai t3.
h. Membuang air di dalam kalorimeter dan mengusap dengan lap bejana kalorimeter hingga kering, lalu mengulangi langkah (d) sampai langkah (i) sebanyak 4 kali.
i. Mencatat data yang diperoleh pada lembar data pengamatan yang tersedia.
2. Percobaan 2 ( Menentukan Kalor Jenis Zat Padat)
a. Menyiapkan alat dan bahan (zat padat).
b. Memanaskan sejumalah air menggunakan pemanas bunsen yang tersedia kemudian memasukkan zat padat yang sudah ditimbang (mencatat massa zat padat sebagai mb).
c. Meletakkan bagian set kalorimeter yang terdiri dari bejana pelindung, bejana kalorimeter, termometer dan pengaduk di atas timbangan.
d. Menimbang air dingin (suhunya harus lebih rendah dari suhu kamar) sekitar 50 gr, kemudian memasukkannnya kedalam kalorimeter. Mencatat massa air dingin sebagai mad.
e. Mengamati termometer dan mencatat temperatur keseimbangan awal antara air dingin dan kalorimeter sebagai t1.
f. Mengambil zat padat yang dipanaskan dalam air dari langkah (b) dengan suhu 80˚C (mengukur dengan termometer lain) dan mencatat suhu tersebut sebagai t2. Kemudian memasukkan dengan cepat ke dalam kalorimeter.
g. Mengaduk pelan-pelan campuran air dingin dan zat padat tersebut sambil mengamati terus perubahan temperatur pada termometer. Setelah penunjukkan termometer stabil dan suhunya hampir turun, mencatat suhunya sebagai t3.
h. Membuang air di dalam kalorimeter dan mengusap dengan lap bejana kalorimeter hingga kering, lalu mengulangi langkah (d) sampai langkah (i) sebanyak 4 kali. Serta mengulangi langkah (b) karena massa zat padat yang berbeda.
i. Mencatat data yang diperoleh pada lembar data pengamatan yang tersedia.
E. DATA PENGAMATAN
1. Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter
No
mad (gram)
map (gram)
t1 (˚C)
t2 (˚C)
t3 (˚C)
Ckal
1
50,02
50,03
25
50
39
-10,72
2
50,01
50,01
27
50
40
-11,54
3
50,01
50
25
50
40
-16,67
4
50
50
27
50
40
-11,53
Nst massa : 0,01 gram
Nst termometer : 1˚C
Keterangan:
mad = massa air dingin
map = massa air panas
t1 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter dan air dingin.
t2 = suhu air panas tepat ketika akan dimasukkan ke kalorimeter
t3 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter, air dingin dan air panas
2. Menentukan Kalor Jenis Zat Padat
No
mad (gram)
mb (gram)
t1 (˚C)
t2 (˚C)
t3 (˚C)
Cb
1
50,02
100,06
26
55
32
0,097
2
50,01
100,32
26
55
33
0,11
3
50,01
100,12
25
64
34
0,03
4
50
100,35
25
59
32
0,13
Nst massa : 0,01 gram
Nst termometer : 1˚C
Keterangan:
mad = massa air dingin
mb = massa benda panas
t1 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter dan air dingin.
t2 = suhu benda padat panas tepat ketika akan dimasukkan ke kalorimeter
t3 = suhu kesetimbangan antara kalorimeter, air dingin dan benda padat panas
F. ANALISA DATA
1. Menentukan Kapasitas Kalor Kalorimeter (Ckal)
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
1
50,02
50,03
25
50
39
2
50,01
50,01
27
50
40
3
50,01
50
25
50
40
4
50
50
27
50
40
Praktikum kalorimeter merupakan salah satu tipe model eksperimen eksplisit yang dilakukan secara numerik dengan menerapkan analisis ralat rambat. Pengukuran kapasitas kalor kalorimeter merupakan pengukuran tidak langsung, sehingga pengukuran Ckal dipengaruhi oleh pengukuran mad, map, t1, t2, t3 dan percobaan ini variabel bebasnya diukur satu kali, sehingga ralatnya ditentukan oleh ralat-ralat:
Untuk :
Persamaan Ckal yang digunakan adalah:
Untuk
Berikut tabel hasil perhitungan Ckal :
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
Ckal
1
50,02
50,03
25
50
39
-10,71071429
2
50,01
50,01
27
50
40
-11,54076923
3
50,01
50
25
50
40
-16,67666667
4
50
50
27
50
40
-11,53846154
Persamaan untuk menghitung ralat mutlak: √| | | | | | | | | |
Turunan dari rumus tersebut adalah :
Percobaan 1:
misal :
( ) [ [ √| | | | | | | | | |
Percobaan ini diperoleh 4 harga Ck dengan ralat masing –masing. Hasil ukur dinyatakan sebagai (Ck ΔCk) dimana:
Untuk mengetahui nilai Ck rata-rata dihitung dengan rumus rata-rata berbobot: ̅̅̅ Σ( ) Σ( )
Dari percobaan diatas, diambil contoh pada data percobaan 1 diperoleh: ̅̅̅ ̅̅̅ | | ̅̅̅̅̅̅̅ Σ( )
:
(3 angka penting)
(Ck ΔCkal)
( 1,7) kal/g˚C dengan ralat relatif %
2. Menentukan Kalor Jenis Zat Padat (Cb)
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
1
50
100,1
26
55
32
2
50
100,3
26
55
33
3
50
100,1
25
64
34
4
50
100,4
25
59
32
Rumus yang digunakan untuk menghitung ralat pada penukuran kalor jenis zat padat adalah ralat alat:
̅̅̅̅ Σ √Σ ̅̅̅̅̅
√
Rumus untuk mencari kalor jenis zat padat (Cb):
Berikut tabel hasil perhitungan kalor jenis zat padat (Cb):
No.
mad (gram)
map (gram)
t1 (oC)
t2 (oC)
t3 (oC)
Cb
(Kal/g˚C)
1
50
100,1
26
55
32
0,164220366
2
50
100,3
26
55
33
0,199779966
3
50
100,1
25
64
34
0,188740245
4
50
100,4
25
59
32
0,162735012
Untuk menentukan ralat mutlak digunakan persamaan sebagai berikut: √| | | | | | | | | | | |
Dari persamaan diatas diperoleh turunan sebagai berikut:
[ [
[ [
√| | | | | | | | | | | |
Percobaan ini diperoleh 4 harga Cb dengan ralat masing –masing. Hasil ukur dinyatakan sebagai (Cb ΔCb) dimana:
Untuk mengetahui nilai Cb rata-rata dihitung dengan rumus rata-rata berbobot: ̅̅̅ Σ( ) Σ( )
Dari percobaan diatas, diambil contoh pada data percobaan 1 diperoleh: ̅̅̅ ̅̅̅ ̅̅̅̅̅ Σ( )
:
(4 angka penting)
( Δ )
( 0,005) kal/g˚C dengan ralat relatif %
G. PEMBAHASAN
Saat membahas tentang kalorimeter, tentu tidak lepas dari istilah kalor, temperatur, kalor jenis dan kapasitas kalor zat. Berikut ini merupakan penjelasan dari masing-masing istilah tersebut :
Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah. Jika suatu benda menerima atau melepas kalor, maka temperatur benda itu akan naik atau turun dan dapat juga wujudnya berubah. Kalor adalah suatu bentuk energi yang dapat dipindahkan, tetapi tidak dapat dihilangkan. Kalor merupakan suatu kuantitas baik yang diserap maupun diterima suatu benda. Dan saat suhu campuran sama itulah saat dimana kalor mencapai keseimbangan termal.
Temperatur itu sendiri adalah besaran yang menyatakan derajat panas dinginnya suatu benda dan alat yang digunakan untuk mengukur temperatur adalah termometer. Dalam kehidupan sehari-hari masyarakat cenderung menggunakan indera peraba untuk mengukur temperatur. Tetapi dengan adanya perkembangan teknologi maka terciptalah termometer untuk mengukur temperatur yang lebih valid.
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1˚C (satuan kalori/g˚C). Sedangkan kapasitas kalor kalorimeter adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh untuk menaikkan suhunya 1˚C atau per satuan perubahan suhu (satuan kal/˚C). Pengukuran kapasitas kalor kalorimeter dapat dilakukan berdasarkan Azas Black, yang berbunyi kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima.
Dalam percobaan ini dilakukan pengukuran kapasitas kalor kalorimeter bukan kalor jenis kalorimeter karena tidak mungkin menaikkan massa dari kalorimeter tersebut, yang dapat dinaikkan hanya suhunya bersarkan persamaan. Jika menggunakan zat lain maka yang dihitung adalah kalor jenisnya.
Percobaan kalorimeter ini dilakukan untuk mencari kapasitas kalor kalorimeter dan kalor jenis suatu zat. Yang pertama, percobaan kapasitas kalor kalorimeter dilakukan dengan mencampurkan air panas dan air dingin sehingga diperoleh keseimbangan termal
(suhu campuran). Harus diusahan bahwa saat pencampuran, cairan benar-benar terisolasi (tidak ada kalor yang terbebas keluar atau masuk).
Pada percobaan pertama yaitu menentukan kapasitas kalor kalorimeter diperoleh ralat sebesar 12,91%. Sedangkan pada percobaan kedua yaitu menentukan kalor jenis zat padat, diperoleh ralat sebesar 0,026%. Ada beberapa faktor penyebab ralat:
a. Kesalahan paralaks, yaitu kesalahan cara memandang pada saat membaca alat ukur.
b. Pada saat pencampuran kemungkinan terjadi kontak antara sistem dengan lingkungan.
H. JAWABAN PERTANYAAN
Jawaban Tugas Sebelum Praktikum
1. Penurunan persamaan (5) berdasarkan Azas black :
Cad = Cap
2. Penurunan persamaan (6) berdasarkan Azas Black :
Cad = 1
3. Kesetimbangan termal adalah kesetimbangan antara suhu yang berada di luar dan suhu yang berada di luar bejana atau dapat diartikan sebagai keseimbangan antara suhu air panas dengan suhu air dingin ditambah suhu kalorimeter.
Jawaban Tugas Setelah Praktikum
1. Apabila air pada kalorimeter jumlahnya lebih banyak atau terlalu banyak maka nantinya air dingin lebih dominan (t1 tinggi) maka nantinya akan mempengaruhi suhu campuran. Berdasarkan Azas Black : kalor lepas = kalor terima, apabila kelebihan air dingin maka teori tersebut dikhawatirkan tidak berlaku akibat air dingin (t1) yang berlebih, sehingga tidak terjadi keseimbangan termal yang sempurna.
2. Diket :
mb : 100 gr
ma : 400 gr
t1 : 0˚C
t2 : 10,1 ˚C
cb : 0,040 kal/ gr˚C
Ditanya:
t2 =...??
Jawab: ( )
I. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan dari percobaan kalorimeter ini adalah :
1. Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah.
2. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh zat untuk menaikkan suhu 1˚C atau per satuan perubahan suhu.
3. Kalor jenis zat adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1˚C/ per satuan perubahan waktu.
4. Termometer digunakan dalam pengukuran temperatur (derajat panas dinginnya suatu benda)
5. Berdasarkan hasil perhitungan didapat:
Saran yang dapat diberikan dalam percobaan kalorimeter:
1. Sebaiknya saat memasukkan air panas atau benda panas sesegera mungkin agar kalor yang ada tidak terlepas ke lingkungan.
2. Kalorimeter diusahakan sebersih mungkin.
3. Saat pembacaan termometer harus lebih teliti dan ditunggu (pembacaan t3) sampai benar-benar terjadi keseimbangan termal.
J. DAFTAR PUSTAKA
Halliday, David.1992. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas Negeri Malang.
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 1
PERCOBAAN GAYA GESEKAN
Dilaksanakan oleh:
Kelompok F/II/C
1. Sutinah (110331420548)
2. Try Hartiningsih (110331420545)
3. Yessie Sekti P.P (110331420561)
4. Yuli Feritawati (110331420553)
Hari/Tanggal : Rabu/ 14 Maret 2012
Jurusan/ Prodi : Kimia/ Pendidikan Kimia
Dosen : Bapak Mudjihartono
LABORATORIUM FISIKA DASAR
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
Maret 2012
PERCOBAAN GAYA GESEKAN
A. TUJUAN
1. Dalam menentukan koefisien gaya gesekan kinetik pada bidang datar, mahasiswa diharapkan mampu :
a. Menerapkan metode grafik
b. Menyesuaikan antara persamaan pada grafik garis lurus dengan persamaan modifikasi yang tersedia
c. Mampu mengembangkan pola pikir bahwa pada kasus ini, yang dipelajari adalah hubungan antara massa beban terhadap waktu.
2. Dalam menentukan koefisien gaya gesekan kinetik pada bidang miring, mahasiswa diharapkan mampu :
a. Menerapkan metode grafik
b. Menentukan sendiri persamaan untuk sumbu Y dan persamaan untuk sumbu X
c. Menyesuaikan antara persamaan pada grafik garis lurus dengan persamaan modifikasi yang tersedia
d. Mampu mengembangkan pola pikir bahwa pada kasus ini yang dipelajari dalah hubungan antara sudut kemiringan bidang terhadap waktu.
3. Terampil menggunakan alat-alat dan merangkai alat-alat yang tersedia sehingga menghasilkan data yang benar.
B. DASAR TEORI
Jika sebuah balok bermassa m ditembakkan dengan kecepatan awal vo sepanjang meja horisontal yang panjang, lama kelamaan balok akan berhenti. Hal ini berarti bahwa dalam gerakannya, balok mengalami percepatan rata-rata ̅ yang berlawanan arah dengan arah geraknya. Jika suatu benda dipercepat, pada geraknya selalu dikaitkan gaya uang didefinisikan melalui hukum Newton yang kedua. Dalam hal ini dikatakan bahwa meja
mengalami gaya gesekan (friction) pada balok yang meluncur, yang harga rata-ratanya adalah m ̅.
Sebenarnya jika permukaan suatu benda bergesekan dengan permukaan benda lain maka masing-masing benda akan melakukan gaya gesekan satu terhadap yang lain. Gaya gesekan pada masing-masing benda berlawanan arah dengan gerak relatifnya terhadap benda lain. Gaya gesekan secara otomatis melawan arah gerak, tidak pernah ia menyokongnya. Sekalipun tidak ada gaya untuk gerak relatifnya, tetapi tidak menutup kemungkinan adanya gaya gesekan antar permukaan.
Gaya gesekan antara dua permukaan yang saling diam satu terhadap yang lain disebut gaya gesekan statik (static fiction). Gaya gesekan statik yang maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Sekali gerak telah dimulai, gaya gesekan antara kedua permukaan biasanya berkurang sehingga diperlukan gaya yang lebih kecil untuk menjaga agar benda bergerak seragam. Gaya yang bekerja antara dua permukaan yang saling bergerak relatif disebut gaya gesekan kinetik (kinetic fiction).
1. Gaya Gesekan Statik (Static Friction)
Gaya gesekan statik maksimum antara dua permukaan kering tanpa pelumas memenuhi dua hukum empiris berikut:
a. Gaya tersebut dapat diakatakan tidak bergantung kepada luas daerah kontak dalam batas yang cukup lebar.
b. Besarnya sebanding denagn gaya normal. Gaya normal akdang-kadang disebut juga gaya pembeban (loading forch) adalah gaya yang dilakukan oleh benda yang satu pada benda yang lainnya dalam arah tegak lurus kepada bidang anatar muka keduanya. Gaya ini muncul akibat dari perubahan bentuk (deformasi) elastik benda-benda yang bersinggungan karena apada kenyataannya benda tidak pernah tegar sempurna. Untuk benda yang diam atau meluncur diatas meja horisontal, gaya normalnya sama dengan berat benda.
Perbandingan antara besar gaya gesekan statik maksimum dengan besar gaya normal disebut koefisien gesekan statik antar kedua permukaan. Jika menyatakan besar gaya gesek statik, maka dapat dituliskan :
Dengan adalah koefisien gesekan statik dan N adalah besar gaya normal. Tanda sama dengan berlaku jika mencapai harga maksimum.
2. Gaya Gesekan Kinetik (Kinetic Friction)
Gaya gesekan kinetik antara dua permukaan kering tanpa pelumas memenuhi juga kedua hukum yang sama seperti hukum pada gesekan statik yaitu :
a. Gaya tersebut dapat diakatakan tidak bergantung kepada luas daerah kontak dalam batas yang cukup lebar.
b. Besarnya sebnading dengan gaya normal. Gaya gesekan kinetik juga dapat dikatakan tidak bergantung kepada laju relatif permukaan yang satu dengan yang lain.
Perbandingan antara besar gaya gesekan kinetik dengan gaya normal disebut koefisien gesekan kinetik. Jika menyatakan besra gaya gesekan kinetik, maka :
Dengan adalah koefisien gesekan kinetik.
Baik maupun adalah konstanta tak berdimensi, kedua-duanya merupakan perbandingan (besar) dua buah gaya. Biasanya untuk pemasangan permukaan tertentu, harga yang sesungguhnya bergantung kepada sifat kedua permukaan yang bersentuhan. Baik dapat berharga lebih dari satu, walaupun biasanya harganya kurang dari satu.
Yang memperngaruhi gaya gesek adalah sebagai berikut :
1. Koefisien gesekan ( μ ) adalah tingkat kekasaran permukaan yang bergesekan. Makin kasar kontak bidang permukaan yang bergesekan makin besar gesekan yang ditimbulkan.
Jika bidang kasar sekali , maka μ = 1.
Jika bidang halus sekali , maka μ = 0.
2. Gaya normal (N) adalah gaya reaksi dari bidang akibat gaya aksi dari benda. Makin besar gaya normalnya makin besar gesekannya.
Cara merumuskan gaya normal adalah dengan memakai persamaan hukum I Newton, yaitu ;
Benda di atas bidang datar ditarik gaya mendatar : N = w = m.g
Benda di atas bidang datar ditarik gaya membentuk sudut
Benda di atas bidang miring membentuk sudut
Walaupun sampai saat ini efek dari gaya gesekan masih diabaikan, gesekan sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Jika dibiarkan bekerja sendiri, maka setiap batang yang berputar akhirnya akan berhenti. Kira-kira 20% dari daya mesin mobil digunakan untuk melawan gaya gesekan. Gesekan dapat menimbulkan keausan dan kemacetan pada bagian-bagian yang bergerak. Sebaliknya tanpa gesekan manusia tidak akan bisa berjalan, tidak akan dapat memegang sesuatu.
Hubungan antara Gaya Gesek dengan Hukum Newton 1 dan Hukum Newton 2.
Hukum pertama Newton menyatakan bahwa sebuah benda dalam keadaaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap diam atau akan terus bergerak dengan kecepatan kostan kecuali ada gaya eksternal yang berkerja pada benda itu. Kecenderungan yang digambarkan dengan mengatakan bahwa benda mempunyai kelembaman.
Pada Hukum pertama dan kedua Newton dapat dianggap sebagai definisi gaya. Gaya adalah suatu pengaruh pada sebuah benda yang menyebabkan benda mengubah kecepatannya, artinya, dipercepat. Arah gaya adalah percepatan yang disebabkan jika gaya itu adalah satu-satunya gaya yang bekerja pada benda tersebut. Besaran gaya adalah hasil kali massa benda dan besaran percepatan yang dihasilkan gaya.
Sedangkan Massa adalah sifat instrinsik sebuah benda yang mengukur resistansinya terhadap percepatan.
F = m.a
Hukum kedua Newton menetapkan hubungan antara besaran dinamika gaya dan massa dan kinematika percepatan, kecepatan dan perpindahan. Hal ini bermanfaat karena memungkinkan menggambarkan aneka gejala fisika yang luas dengan menggunakan sedikit hukum gaya yang relative mudah.
C. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah :
1. Set luncur
2. Mika penggaris
3. Tali atau benang
4. Katrol
5. Penyangga papan
6. Mistar atau meteran pita
7. Stopwatch
8. Neraca teknis
9. Beban pemberat
10. Waterpass
D. PROSEDUR EKSPERIMEN DAN SUSUNAN ALAT
1. Prosedur eksperimen pada bidang datar
a. Menimbang massa balok (dengan neraca teknis) dan mencatat hasilnya sebagai m1
b. Memasang papan luncur diatas meja praktikum dan mengusahakan agar papan benar-benar horisontal dengan menggunakan alat pengukur rata benda (waterpass)
c. Meletakkan balok pada papan dengan menggunakan tali. Menghubungkan balok dengan beban pemberat melalui katrol yang terletak di ujung atas papan. Mula-mula memilih massa beban pemberat yang sekecil mungkin tetapi dapat menyebabkan sistem bergerak (dipercepat). Mengukur massa beban pemberat dan mencatatnya sebagai m2.
d. Sebelum terjadi gerakan, menahan terlebih dahulu balok beberapa saat, mengukur jarak (vertikal) beban pemberat ke lantai dan mencatatnya sebagai H. Setelah itu, melepaskan balok dan pada saat yang sama memulai untuk mengaktifkan stopwatch untuk mengukur selang waktu sampai dengan beban pemberat menyentuh lantai dan mencatat selang waktu itu sebagai t.
e. Mengulangi langkah c dan d (sembilan kali) dengan memvariasi massa beban pemberat semakin besar. Mengusahakan H tetap, tetapi t masih dapat diamati.
f. Menhitung Y dan X dan mencatatnya pada lembar jawab pengamatan.
2. Prosedur eksperimen pada bidang miring
a. Menggunakan balok yang sama dengan percobaan pada bidang datar.
b. Menimbang massa beban pemberat yang akan digunakan.
c. Memasang papan diatas meja praktikum, memulai dengan memilih sudut kemiringan θ yang besar. Mengukur panjang papan sebagai p dan jarak ujung atas papan terhadap permukaan meja sebagai h.
d. Mengaitkan tali pada balok dan menghubungkan dengan beban pemberat melalui katrol. Menahan sementara waktu balok itu ada di ujung bawah papan. Mengukur jarak vertikal beban pemberat dengan lantai sebagai H. Kemudian melepaskan balok, mengukur waktu tempu h beban pemberat sampai menyentuh lantai dan mencatatnya sebagai t.
e. Mengulangi langkah c dan d (sepuluh kali) dengan memvariasi sudut kemiringan kearah lebih kecil, nilai H,m1 dan m2 harus tetap.
E. DATA PENGAMATAN
1. Gesekan pada bidang datar
Massa balok : 80 gram ; nst = 10 gram
Panjang papan : 189,5 cm ;
No.
Data Pengukuran
Data Terhitung
Massa Beban (gr)
Jarak Vertikal Beban ke Lantai (cm)
Waktu Tempuh (s)
x
y
1
50
74
2,4
-0,02
0,00076
2
70
74
1,6
-0,014
0,0016
3
90
74
1,2
-0,011
0,0024
4
140
74
1
-0,007
0,003
5
190
74
0,7
-0,005
0,005
6
240
74
0,7
-0,004
0,0051
7
290
74
0,6
-0,0034
0,0063
8
340
74
0,5
-0,0029
0,009
9
390
74
0,4
-0,0026
0,014
2. Gesekan pada bidang miring
Massa balok (m1) =80 gram
Massa beban (m2) = 120 gram
m1+m2 = 200 gram
percepatan gravitasi = 1000 cm/s2
No
Data Pengukuran Sudut (θ)
P = 189,5 cm
Pengukuran Percepatan
Data Terhitung
h (cm)
Sin θ
Cos θ
H (cm)
t (s)
x
y
1
45
0,23
0,97
74
1,2
0,23
102,1
2
43
0,22
0,97
74
1
0,22
92,5
3
40
0,21
0,98
74
0,9
0,21
84,4
4
37
0,19
0,98
74
0,8
0,19
75,05
5
33
0,17
0,98
74
0,8
0,17
73,54
6
30
0,16
0,99
74
0,7
0,16
58,94
7
27
0,14
0,99
74
0,7
0,14
58,94
8
25
0,13
0,99
74
0,6
0,13
36,36
9
22
0,11
0,99
74
0,6
0,11
36,36
10
19
0,1
0,99
74
0,6
0,1
36,36
F. ANALISA DATA
1. Gesekan pada bidang datar
Massa balok = m1=80 gram
Massa beban =m2 √| | | | | |
1)
√| | | | | | √ √
Ralat (1)
2)
√| | | | | | √ √
Ralat (2)
3)
√| | | | | | √ √
Ralat (3)
4)
√| | | | | | √
√
Ralat (4)
5)
√| | | | | | √ √
Ralat (5)
6)
√| | | | | | √ √
Ralat (6)
7)
√| | | | | | √ √
Ralat (7)
8)
√| | | | | | √ √
Ralat (8)
9)
√| | | | | | √ √
Ralat (9)
2. Gesekan pada Bidang Miring
Massa balok (m1) =80 gram
Massa beban (m2) = 120 gram
m1+m2 = 200 gram
percepatan gravitasi = 1000 cm/s2
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
̅̅̅ Σ Σ
√( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ̅̅̅ ̅̅̅ ̅̅̅ ̅̅̅ √ √ √
G. PEMBAHASAN
Pada percobaan gaya gesekan ini terdapat hukum tentang gaya gesekan yang dikemukakan oleh Leonardo Da Vinci. Hukum tersebut menyatakan bahwa gaya gesekan yang bekerja jika di antara dua benda bersinggungan adalah sebanding adalah sebanding dengan normal benda. Atinya semakin besar gaya normal benda maka semakin pula gaya gesekan yang bekerja pada benda tersebut. Sebaliknya, semakin kecil gaya normal benda maka semakin kecil pula gaya gesekan yang bekerja pada benda tersebut.
Pada sistem tersebut berlaku: Σ
Percepatan (a) berbanding terbalik dengan jumlah massa balok dan massa beban pemberat (m1+m2). Dalam sistem ini massa balok tetap, sehingga percepatan berbanding terbalik dengan massa beban pemberat. Maka waktu yang dibutuhkan beban pemberat untuk sampai ke lantai (t) juga berbanding terbalik dengan massa beban pemberat. Artinya semakin besar massa beban pemberat maka semakin kecil waktu yang dibutuhkan beban pemberat untuk sampai ke lantai. Sebaliknya, semakin kecil massa beban pemberat maka semakin besar waktu yang dibutuhkan beban pemberat untuk sampai ke lantai.
Berdasarkan sistem tersebut: Σ
Jadi gaya normal dipengaruhi oleh besarnya sudut θ. Semakin besar gaya normal akan semakin kecil θ yang digunakan, dan sebaliknya. Sehingga semakin besar gaya normal, semakin besar gaya gesekan yang terjadi.
Pada percobaan ini diperoleh nolai ralat yang besar karena selama percobaan berlangsung tidak lepas dari melakukan kesalahan-kesalahan yang dapat mempengaruhi hasil pengukuran.
Kesalahan-kesalahan tersebut antara lain:
1. Pada percobaan gesekan pada bidang datar posisi papan luncur belum benar-benar horizontal, sehingga pada percobaan ini masih dipengaruhi oleh sudut kemiringan.
2. Kurang bersamaan pada saat melepaskan balok dan mengaktifkan sopwacth, serta kurang bersamaan pada saat mematikan stopwatch dengan sampainya beban pemberat ke lantai, sehingga data waktu yang diperoleh kurang tepat.
3. Balok tidak benar-benar bersih sehingga masih ada debu (kotoran) yang mengganggu lajunya balok.
4. Jarak vertikal beban pemberat ke lantai tidak benar-benar tetap.
H. JAWABAN PERTANYAAN
P-01. Salah satu hukum tentang gaya gesekan yang telah dikemukakan oleh Leonardo Da Vinci menyatakan bahwa gaya gesekan yang bekerja di antara dua benda yang bersinggungan sebanding dengan gaya normal. Ketika benda diam: Σ
Ketika benda tetap akan bergerak (gaya gesekan maksimum)
Ketika benda bergerak
Keterangan :
: gaya gesekan statis
maks : gaya gesekan statis maksimum
: gaya gesekan kinetis
: koefisien gesekan kinetis
: koefisien gesekan statis
: gaya normal benda
Tetapan pembanding antara gesekan (f) dengan gaya normal (N) disebut koefisien gesek(μ). Koefisien gesek ini ada dua macam, yaitu:
a. Koefisien gesekan statis : bekerja pada saat benda hitam atau tepat akan bergerak.
b. Koefisien gesekan kinetis : bekerja pada saat benda bergerak.
Secara umum: >
P-02. Gaya normal (N) adalah gaya sentuh yang timbul akibat dua benda saling bersinggungan, arahnya selalu tegak lurus bidang sentuh.
Apabila benda tidak bergerak terhadap sumbu y, maka: Σ
Jadi pada bidang datar apabila suatu benda tidak diketahui gaya pada sumbu y atau benda tidak bergerak terhadap sumbu y, maka besar gaya normal yang terjadi pada benda itu adalah sama dengan berat benda tersebut.
Apabila benda tidak bergerak pada sumbu y bidang miring, maka: Σ
Jadi pada bidang miring apabila tidak ada gaya luar yang bekerja pada sumbu y bidang miring, maka besarnya gaya normal (N) sama dengan W cos θ.
P-03.Jika permukaan papan cukup besar, maka persamaannya gaya gesekan balok dengan papan datar dapat dituliskan sebagai berikut:
Dengan:
: gaya gesekan, jika benda diam atau tepat akan bergerak maka gaya gesekan ini adalah gaya gesekan statis. Jika bergerak, maka disebut gaya gesekan kinetis.
μ : koefisien gesekan, merupakan pembanding antara gaya gesek dan gaya normal. Untuk benda diam dan tepat akan bergerak digunakan .
N
N : gaya normal dalam kasus ini besar gaya normal W
P-04. Jika sistem balok dan beban dalam keadaan diam maka nilai berat meban (mg) lebih kecil dari gaya gesekan (mg
P-05. Syarat beban agar sistem mengalami percepatan (a) adalah berat benda harus lebih besar daripada gaya gesekan (mg>fk).
P-06. Dalam keadaan sistem dipercepat, dapat diperoleh persamaan gerak berdasrkan Hukum II Newton pada masing-masing balok dan beban sebagai berikut Σ
P-08. Berdasarkan model eksperimen persamaan (3) dengan analisis data metode kuadrat terkecil, dapat diperkirakan :
a. Besaran-besaran ysng harus diukur dalam percobaan ini adalah massa (berupa massa balok dan massa beban), panjang (berupa jarak vertikal beban ke lantai) dan waktu (waktu yang dibutuhkan benda untuk jatuh sampai ke tanah).
b. Besaran yang nilainya harus divariasi adalah massa beban , sedangkan besaran yang harus dikontrol (tidak variasi) adalah vertikal beban ke lantai(H).
P-09. Persamaan koefisien kemiringan garis lurus (b) dan persamaan (4) berdasrkan metode kuadrat terkecil serta ralat mutlaknya (sb) dibahas dalam analisa data.
P-10.
Jika maka dapat dituliskan persamaan gerak sistem sebagai berikut: Σ
Sedangkan percepatan benda (a) diperoleh dari:
;
, pada sistem ini
Persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut:
P-11. Persamaan di atas dapat diturunkan sebagai model eksperimen berikut:
Persamaan di atas identik dengan persamaan garis lurus ( y = a+bx)
P-12. Berdasarkan model eksperimen di atas, maka dengan menggunakan analisis data metode kuadrat terkecil dapat diperkirakan :
a. Besaran yang harus diukur adalah massa (balok dan beban) , panjang (meliputi jarak vertikal beban ke lantai dan tinggi serta panjang bidang miring), waktu (yang dibutuhkan beban jatuh sampai penyentuh lantai) dan sudut kemiringan (θ) bidang miring.
b. Besaran yang nilainya harus divariasi adalah sudut kemiringan (θ) sedangkan besaran yang harus dikendalikan adalah massa balok, massa beban, jarak vertikal beban ke lantai.
P-13. Persamaan koefisien kemiringan garis lurus (θ) dan persamaan (4) berdasarkan metode kuadrat terkecil serta ralat mutlaknya dibahas dalam analisis data.
I. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
Gaya gesek pada bidang datar dapat ditentukan dengan persamaan : fg=μ.N
Dengan :
fg = gaya gesekan , jika benda diam atau tepat akan bergerak , maka gaya gesekan ini adalah gaya gesekan statis.
μ = koefisien gesekan, merupakan perbandingan antara gaya gesekan dengan gaya normal
N = gaya normal, karena benda berada pada bidang datar, maka besar gaya normal sama dengan W(berat benda)
Gaya normal (N) mempunyai nilai yang berbeda pada:
Bidang datar
ΣF = 0
N-W=0
N=W
Bidang miring
ΣF = 0
N-W cos α = 0
N= W cos α = m.g.cos α
2. Saran
Sebelum melakukan percobaan sebaiknya membersihkan debu yang melekat pada papan luncur
J. DAFTAR PUSTAKA
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas Negeri Malang.
Halliday, David. 1998. Fisika. Jakarta: Erlangga.
Yoedono. 1991. Pedoman Praktikum Fisika Universitas. Bandung: Armico.
PERCOBAAN GAYA GESEKAN
Dilaksanakan oleh:
Kelompok F/II/C
1. Sutinah (110331420548)
2. Try Hartiningsih (110331420545)
3. Yessie Sekti P.P (110331420561)
4. Yuli Feritawati (110331420553)
Hari/Tanggal : Rabu/ 14 Maret 2012
Jurusan/ Prodi : Kimia/ Pendidikan Kimia
Dosen : Bapak Mudjihartono
LABORATORIUM FISIKA DASAR
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
Maret 2012
PERCOBAAN GAYA GESEKAN
A. TUJUAN
1. Dalam menentukan koefisien gaya gesekan kinetik pada bidang datar, mahasiswa diharapkan mampu :
a. Menerapkan metode grafik
b. Menyesuaikan antara persamaan pada grafik garis lurus dengan persamaan modifikasi yang tersedia
c. Mampu mengembangkan pola pikir bahwa pada kasus ini, yang dipelajari adalah hubungan antara massa beban terhadap waktu.
2. Dalam menentukan koefisien gaya gesekan kinetik pada bidang miring, mahasiswa diharapkan mampu :
a. Menerapkan metode grafik
b. Menentukan sendiri persamaan untuk sumbu Y dan persamaan untuk sumbu X
c. Menyesuaikan antara persamaan pada grafik garis lurus dengan persamaan modifikasi yang tersedia
d. Mampu mengembangkan pola pikir bahwa pada kasus ini yang dipelajari dalah hubungan antara sudut kemiringan bidang terhadap waktu.
3. Terampil menggunakan alat-alat dan merangkai alat-alat yang tersedia sehingga menghasilkan data yang benar.
B. DASAR TEORI
Jika sebuah balok bermassa m ditembakkan dengan kecepatan awal vo sepanjang meja horisontal yang panjang, lama kelamaan balok akan berhenti. Hal ini berarti bahwa dalam gerakannya, balok mengalami percepatan rata-rata ̅ yang berlawanan arah dengan arah geraknya. Jika suatu benda dipercepat, pada geraknya selalu dikaitkan gaya uang didefinisikan melalui hukum Newton yang kedua. Dalam hal ini dikatakan bahwa meja
mengalami gaya gesekan (friction) pada balok yang meluncur, yang harga rata-ratanya adalah m ̅.
Sebenarnya jika permukaan suatu benda bergesekan dengan permukaan benda lain maka masing-masing benda akan melakukan gaya gesekan satu terhadap yang lain. Gaya gesekan pada masing-masing benda berlawanan arah dengan gerak relatifnya terhadap benda lain. Gaya gesekan secara otomatis melawan arah gerak, tidak pernah ia menyokongnya. Sekalipun tidak ada gaya untuk gerak relatifnya, tetapi tidak menutup kemungkinan adanya gaya gesekan antar permukaan.
Gaya gesekan antara dua permukaan yang saling diam satu terhadap yang lain disebut gaya gesekan statik (static fiction). Gaya gesekan statik yang maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Sekali gerak telah dimulai, gaya gesekan antara kedua permukaan biasanya berkurang sehingga diperlukan gaya yang lebih kecil untuk menjaga agar benda bergerak seragam. Gaya yang bekerja antara dua permukaan yang saling bergerak relatif disebut gaya gesekan kinetik (kinetic fiction).
1. Gaya Gesekan Statik (Static Friction)
Gaya gesekan statik maksimum antara dua permukaan kering tanpa pelumas memenuhi dua hukum empiris berikut:
a. Gaya tersebut dapat diakatakan tidak bergantung kepada luas daerah kontak dalam batas yang cukup lebar.
b. Besarnya sebanding denagn gaya normal. Gaya normal akdang-kadang disebut juga gaya pembeban (loading forch) adalah gaya yang dilakukan oleh benda yang satu pada benda yang lainnya dalam arah tegak lurus kepada bidang anatar muka keduanya. Gaya ini muncul akibat dari perubahan bentuk (deformasi) elastik benda-benda yang bersinggungan karena apada kenyataannya benda tidak pernah tegar sempurna. Untuk benda yang diam atau meluncur diatas meja horisontal, gaya normalnya sama dengan berat benda.
Perbandingan antara besar gaya gesekan statik maksimum dengan besar gaya normal disebut koefisien gesekan statik antar kedua permukaan. Jika menyatakan besar gaya gesek statik, maka dapat dituliskan :
Dengan adalah koefisien gesekan statik dan N adalah besar gaya normal. Tanda sama dengan berlaku jika mencapai harga maksimum.
2. Gaya Gesekan Kinetik (Kinetic Friction)
Gaya gesekan kinetik antara dua permukaan kering tanpa pelumas memenuhi juga kedua hukum yang sama seperti hukum pada gesekan statik yaitu :
a. Gaya tersebut dapat diakatakan tidak bergantung kepada luas daerah kontak dalam batas yang cukup lebar.
b. Besarnya sebnading dengan gaya normal. Gaya gesekan kinetik juga dapat dikatakan tidak bergantung kepada laju relatif permukaan yang satu dengan yang lain.
Perbandingan antara besar gaya gesekan kinetik dengan gaya normal disebut koefisien gesekan kinetik. Jika menyatakan besra gaya gesekan kinetik, maka :
Dengan adalah koefisien gesekan kinetik.
Baik maupun adalah konstanta tak berdimensi, kedua-duanya merupakan perbandingan (besar) dua buah gaya. Biasanya untuk pemasangan permukaan tertentu, harga yang sesungguhnya bergantung kepada sifat kedua permukaan yang bersentuhan. Baik dapat berharga lebih dari satu, walaupun biasanya harganya kurang dari satu.
Yang memperngaruhi gaya gesek adalah sebagai berikut :
1. Koefisien gesekan ( μ ) adalah tingkat kekasaran permukaan yang bergesekan. Makin kasar kontak bidang permukaan yang bergesekan makin besar gesekan yang ditimbulkan.
Jika bidang kasar sekali , maka μ = 1.
Jika bidang halus sekali , maka μ = 0.
2. Gaya normal (N) adalah gaya reaksi dari bidang akibat gaya aksi dari benda. Makin besar gaya normalnya makin besar gesekannya.
Cara merumuskan gaya normal adalah dengan memakai persamaan hukum I Newton, yaitu ;
Benda di atas bidang datar ditarik gaya mendatar : N = w = m.g
Benda di atas bidang datar ditarik gaya membentuk sudut
Benda di atas bidang miring membentuk sudut
Walaupun sampai saat ini efek dari gaya gesekan masih diabaikan, gesekan sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Jika dibiarkan bekerja sendiri, maka setiap batang yang berputar akhirnya akan berhenti. Kira-kira 20% dari daya mesin mobil digunakan untuk melawan gaya gesekan. Gesekan dapat menimbulkan keausan dan kemacetan pada bagian-bagian yang bergerak. Sebaliknya tanpa gesekan manusia tidak akan bisa berjalan, tidak akan dapat memegang sesuatu.
Hubungan antara Gaya Gesek dengan Hukum Newton 1 dan Hukum Newton 2.
Hukum pertama Newton menyatakan bahwa sebuah benda dalam keadaaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap diam atau akan terus bergerak dengan kecepatan kostan kecuali ada gaya eksternal yang berkerja pada benda itu. Kecenderungan yang digambarkan dengan mengatakan bahwa benda mempunyai kelembaman.
Pada Hukum pertama dan kedua Newton dapat dianggap sebagai definisi gaya. Gaya adalah suatu pengaruh pada sebuah benda yang menyebabkan benda mengubah kecepatannya, artinya, dipercepat. Arah gaya adalah percepatan yang disebabkan jika gaya itu adalah satu-satunya gaya yang bekerja pada benda tersebut. Besaran gaya adalah hasil kali massa benda dan besaran percepatan yang dihasilkan gaya.
Sedangkan Massa adalah sifat instrinsik sebuah benda yang mengukur resistansinya terhadap percepatan.
F = m.a
Hukum kedua Newton menetapkan hubungan antara besaran dinamika gaya dan massa dan kinematika percepatan, kecepatan dan perpindahan. Hal ini bermanfaat karena memungkinkan menggambarkan aneka gejala fisika yang luas dengan menggunakan sedikit hukum gaya yang relative mudah.
C. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah :
1. Set luncur
2. Mika penggaris
3. Tali atau benang
4. Katrol
5. Penyangga papan
6. Mistar atau meteran pita
7. Stopwatch
8. Neraca teknis
9. Beban pemberat
10. Waterpass
D. PROSEDUR EKSPERIMEN DAN SUSUNAN ALAT
1. Prosedur eksperimen pada bidang datar
a. Menimbang massa balok (dengan neraca teknis) dan mencatat hasilnya sebagai m1
b. Memasang papan luncur diatas meja praktikum dan mengusahakan agar papan benar-benar horisontal dengan menggunakan alat pengukur rata benda (waterpass)
c. Meletakkan balok pada papan dengan menggunakan tali. Menghubungkan balok dengan beban pemberat melalui katrol yang terletak di ujung atas papan. Mula-mula memilih massa beban pemberat yang sekecil mungkin tetapi dapat menyebabkan sistem bergerak (dipercepat). Mengukur massa beban pemberat dan mencatatnya sebagai m2.
d. Sebelum terjadi gerakan, menahan terlebih dahulu balok beberapa saat, mengukur jarak (vertikal) beban pemberat ke lantai dan mencatatnya sebagai H. Setelah itu, melepaskan balok dan pada saat yang sama memulai untuk mengaktifkan stopwatch untuk mengukur selang waktu sampai dengan beban pemberat menyentuh lantai dan mencatat selang waktu itu sebagai t.
e. Mengulangi langkah c dan d (sembilan kali) dengan memvariasi massa beban pemberat semakin besar. Mengusahakan H tetap, tetapi t masih dapat diamati.
f. Menhitung Y dan X dan mencatatnya pada lembar jawab pengamatan.
2. Prosedur eksperimen pada bidang miring
a. Menggunakan balok yang sama dengan percobaan pada bidang datar.
b. Menimbang massa beban pemberat yang akan digunakan.
c. Memasang papan diatas meja praktikum, memulai dengan memilih sudut kemiringan θ yang besar. Mengukur panjang papan sebagai p dan jarak ujung atas papan terhadap permukaan meja sebagai h.
d. Mengaitkan tali pada balok dan menghubungkan dengan beban pemberat melalui katrol. Menahan sementara waktu balok itu ada di ujung bawah papan. Mengukur jarak vertikal beban pemberat dengan lantai sebagai H. Kemudian melepaskan balok, mengukur waktu tempu h beban pemberat sampai menyentuh lantai dan mencatatnya sebagai t.
e. Mengulangi langkah c dan d (sepuluh kali) dengan memvariasi sudut kemiringan kearah lebih kecil, nilai H,m1 dan m2 harus tetap.
E. DATA PENGAMATAN
1. Gesekan pada bidang datar
Massa balok : 80 gram ; nst = 10 gram
Panjang papan : 189,5 cm ;
No.
Data Pengukuran
Data Terhitung
Massa Beban (gr)
Jarak Vertikal Beban ke Lantai (cm)
Waktu Tempuh (s)
x
y
1
50
74
2,4
-0,02
0,00076
2
70
74
1,6
-0,014
0,0016
3
90
74
1,2
-0,011
0,0024
4
140
74
1
-0,007
0,003
5
190
74
0,7
-0,005
0,005
6
240
74
0,7
-0,004
0,0051
7
290
74
0,6
-0,0034
0,0063
8
340
74
0,5
-0,0029
0,009
9
390
74
0,4
-0,0026
0,014
2. Gesekan pada bidang miring
Massa balok (m1) =80 gram
Massa beban (m2) = 120 gram
m1+m2 = 200 gram
percepatan gravitasi = 1000 cm/s2
No
Data Pengukuran Sudut (θ)
P = 189,5 cm
Pengukuran Percepatan
Data Terhitung
h (cm)
Sin θ
Cos θ
H (cm)
t (s)
x
y
1
45
0,23
0,97
74
1,2
0,23
102,1
2
43
0,22
0,97
74
1
0,22
92,5
3
40
0,21
0,98
74
0,9
0,21
84,4
4
37
0,19
0,98
74
0,8
0,19
75,05
5
33
0,17
0,98
74
0,8
0,17
73,54
6
30
0,16
0,99
74
0,7
0,16
58,94
7
27
0,14
0,99
74
0,7
0,14
58,94
8
25
0,13
0,99
74
0,6
0,13
36,36
9
22
0,11
0,99
74
0,6
0,11
36,36
10
19
0,1
0,99
74
0,6
0,1
36,36
F. ANALISA DATA
1. Gesekan pada bidang datar
Massa balok = m1=80 gram
Massa beban =m2 √| | | | | |
1)
√| | | | | | √ √
Ralat (1)
2)
√| | | | | | √ √
Ralat (2)
3)
√| | | | | | √ √
Ralat (3)
4)
√| | | | | | √
√
Ralat (4)
5)
√| | | | | | √ √
Ralat (5)
6)
√| | | | | | √ √
Ralat (6)
7)
√| | | | | | √ √
Ralat (7)
8)
√| | | | | | √ √
Ralat (8)
9)
√| | | | | | √ √
Ralat (9)
2. Gesekan pada Bidang Miring
Massa balok (m1) =80 gram
Massa beban (m2) = 120 gram
m1+m2 = 200 gram
percepatan gravitasi = 1000 cm/s2
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
̅̅̅ Σ Σ
√( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ( ̅̅̅) ̅̅̅ ̅̅̅ ̅̅̅ ̅̅̅ √ √ √
G. PEMBAHASAN
Pada percobaan gaya gesekan ini terdapat hukum tentang gaya gesekan yang dikemukakan oleh Leonardo Da Vinci. Hukum tersebut menyatakan bahwa gaya gesekan yang bekerja jika di antara dua benda bersinggungan adalah sebanding adalah sebanding dengan normal benda. Atinya semakin besar gaya normal benda maka semakin pula gaya gesekan yang bekerja pada benda tersebut. Sebaliknya, semakin kecil gaya normal benda maka semakin kecil pula gaya gesekan yang bekerja pada benda tersebut.
Pada sistem tersebut berlaku: Σ
Percepatan (a) berbanding terbalik dengan jumlah massa balok dan massa beban pemberat (m1+m2). Dalam sistem ini massa balok tetap, sehingga percepatan berbanding terbalik dengan massa beban pemberat. Maka waktu yang dibutuhkan beban pemberat untuk sampai ke lantai (t) juga berbanding terbalik dengan massa beban pemberat. Artinya semakin besar massa beban pemberat maka semakin kecil waktu yang dibutuhkan beban pemberat untuk sampai ke lantai. Sebaliknya, semakin kecil massa beban pemberat maka semakin besar waktu yang dibutuhkan beban pemberat untuk sampai ke lantai.
Berdasarkan sistem tersebut: Σ
Jadi gaya normal dipengaruhi oleh besarnya sudut θ. Semakin besar gaya normal akan semakin kecil θ yang digunakan, dan sebaliknya. Sehingga semakin besar gaya normal, semakin besar gaya gesekan yang terjadi.
Pada percobaan ini diperoleh nolai ralat yang besar karena selama percobaan berlangsung tidak lepas dari melakukan kesalahan-kesalahan yang dapat mempengaruhi hasil pengukuran.
Kesalahan-kesalahan tersebut antara lain:
1. Pada percobaan gesekan pada bidang datar posisi papan luncur belum benar-benar horizontal, sehingga pada percobaan ini masih dipengaruhi oleh sudut kemiringan.
2. Kurang bersamaan pada saat melepaskan balok dan mengaktifkan sopwacth, serta kurang bersamaan pada saat mematikan stopwatch dengan sampainya beban pemberat ke lantai, sehingga data waktu yang diperoleh kurang tepat.
3. Balok tidak benar-benar bersih sehingga masih ada debu (kotoran) yang mengganggu lajunya balok.
4. Jarak vertikal beban pemberat ke lantai tidak benar-benar tetap.
H. JAWABAN PERTANYAAN
P-01. Salah satu hukum tentang gaya gesekan yang telah dikemukakan oleh Leonardo Da Vinci menyatakan bahwa gaya gesekan yang bekerja di antara dua benda yang bersinggungan sebanding dengan gaya normal. Ketika benda diam: Σ
Ketika benda tetap akan bergerak (gaya gesekan maksimum)
Ketika benda bergerak
Keterangan :
: gaya gesekan statis
maks : gaya gesekan statis maksimum
: gaya gesekan kinetis
: koefisien gesekan kinetis
: koefisien gesekan statis
: gaya normal benda
Tetapan pembanding antara gesekan (f) dengan gaya normal (N) disebut koefisien gesek(μ). Koefisien gesek ini ada dua macam, yaitu:
a. Koefisien gesekan statis : bekerja pada saat benda hitam atau tepat akan bergerak.
b. Koefisien gesekan kinetis : bekerja pada saat benda bergerak.
Secara umum: >
P-02. Gaya normal (N) adalah gaya sentuh yang timbul akibat dua benda saling bersinggungan, arahnya selalu tegak lurus bidang sentuh.
Apabila benda tidak bergerak terhadap sumbu y, maka: Σ
Jadi pada bidang datar apabila suatu benda tidak diketahui gaya pada sumbu y atau benda tidak bergerak terhadap sumbu y, maka besar gaya normal yang terjadi pada benda itu adalah sama dengan berat benda tersebut.
Apabila benda tidak bergerak pada sumbu y bidang miring, maka: Σ
Jadi pada bidang miring apabila tidak ada gaya luar yang bekerja pada sumbu y bidang miring, maka besarnya gaya normal (N) sama dengan W cos θ.
P-03.Jika permukaan papan cukup besar, maka persamaannya gaya gesekan balok dengan papan datar dapat dituliskan sebagai berikut:
Dengan:
: gaya gesekan, jika benda diam atau tepat akan bergerak maka gaya gesekan ini adalah gaya gesekan statis. Jika bergerak, maka disebut gaya gesekan kinetis.
μ : koefisien gesekan, merupakan pembanding antara gaya gesek dan gaya normal. Untuk benda diam dan tepat akan bergerak digunakan .
N
N : gaya normal dalam kasus ini besar gaya normal W
P-04. Jika sistem balok dan beban dalam keadaan diam maka nilai berat meban (mg) lebih kecil dari gaya gesekan (mg
P-05. Syarat beban agar sistem mengalami percepatan (a) adalah berat benda harus lebih besar daripada gaya gesekan (mg>fk).
P-06. Dalam keadaan sistem dipercepat, dapat diperoleh persamaan gerak berdasrkan Hukum II Newton pada masing-masing balok dan beban sebagai berikut Σ
P-08. Berdasarkan model eksperimen persamaan (3) dengan analisis data metode kuadrat terkecil, dapat diperkirakan :
a. Besaran-besaran ysng harus diukur dalam percobaan ini adalah massa (berupa massa balok dan massa beban), panjang (berupa jarak vertikal beban ke lantai) dan waktu (waktu yang dibutuhkan benda untuk jatuh sampai ke tanah).
b. Besaran yang nilainya harus divariasi adalah massa beban , sedangkan besaran yang harus dikontrol (tidak variasi) adalah vertikal beban ke lantai(H).
P-09. Persamaan koefisien kemiringan garis lurus (b) dan persamaan (4) berdasrkan metode kuadrat terkecil serta ralat mutlaknya (sb) dibahas dalam analisa data.
P-10.
Jika maka dapat dituliskan persamaan gerak sistem sebagai berikut: Σ
Sedangkan percepatan benda (a) diperoleh dari:
;
, pada sistem ini
Persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut:
P-11. Persamaan di atas dapat diturunkan sebagai model eksperimen berikut:
Persamaan di atas identik dengan persamaan garis lurus ( y = a+bx)
P-12. Berdasarkan model eksperimen di atas, maka dengan menggunakan analisis data metode kuadrat terkecil dapat diperkirakan :
a. Besaran yang harus diukur adalah massa (balok dan beban) , panjang (meliputi jarak vertikal beban ke lantai dan tinggi serta panjang bidang miring), waktu (yang dibutuhkan beban jatuh sampai penyentuh lantai) dan sudut kemiringan (θ) bidang miring.
b. Besaran yang nilainya harus divariasi adalah sudut kemiringan (θ) sedangkan besaran yang harus dikendalikan adalah massa balok, massa beban, jarak vertikal beban ke lantai.
P-13. Persamaan koefisien kemiringan garis lurus (θ) dan persamaan (4) berdasarkan metode kuadrat terkecil serta ralat mutlaknya dibahas dalam analisis data.
I. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
Gaya gesek pada bidang datar dapat ditentukan dengan persamaan : fg=μ.N
Dengan :
fg = gaya gesekan , jika benda diam atau tepat akan bergerak , maka gaya gesekan ini adalah gaya gesekan statis.
μ = koefisien gesekan, merupakan perbandingan antara gaya gesekan dengan gaya normal
N = gaya normal, karena benda berada pada bidang datar, maka besar gaya normal sama dengan W(berat benda)
Gaya normal (N) mempunyai nilai yang berbeda pada:
Bidang datar
ΣF = 0
N-W=0
N=W
Bidang miring
ΣF = 0
N-W cos α = 0
N= W cos α = m.g.cos α
2. Saran
Sebelum melakukan percobaan sebaiknya membersihkan debu yang melekat pada papan luncur
J. DAFTAR PUSTAKA
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas Negeri Malang.
Halliday, David. 1998. Fisika. Jakarta: Erlangga.
Yoedono. 1991. Pedoman Praktikum Fisika Universitas. Bandung: Armico.
praktikum pemantulan dan pembiasan cahaya
PERCOBAAN 1
POLARIMETER
Dilaksanakan oleh:
Kelompok F/II/C
1. Sutinah (110331420548)
2. Try Hartiningsih (110331420545)
3. Yessie Sekti P.P (110331420561)
4. Yuli Feritawati (110331420553)
Hari/Tanggal : Rabu/ 29 Februari 2012
Jurusan/ Prodi : Kimia/ Pendidikan Kimia
Dosen : Bapak Mudjihartono
LABORATORIUM FISIKA DASAR
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
2012
PEMANTULAN DAN PEMBIASAN CAHAYA
A. TUJUAN
1. Pemantulan Cahaya
a. Mempelajari sifat cermin cekung dan cermin cembung
b. Menentukan jarak fokus cermin cekung dan cermin cembunng
c. Menghitung perbesaran bayangan (M) dari cermin cekung dan cermin cembung
2. Pembiasan Cahaya
a. Mempelajari sifat lensa cekung dan lensa cembung
b. Menentukan jarak fokus lensa cekung dan lensa cembunng
c. Menghitung perbesaran bayangan (M) dari lensa cekung dan lensa cembung
B. TEORI DASAR
Peristiwa pemantulan cahaya adalah peristiwa kembalinya cahaya ketika mengenai benda bening tidak tembus cahaya.
Hukum pemantulan ada dua, yaitu :
a. Hukum pertama : bila cahaya dipantulkan oleh suatu bidang pemantul maka sinar datang, sinar pantul, dan garis normal bertemu pada satu titik dan terletak pada satu bidang yang sama.
b. Hukum kedua : sudut pantul (r) sama dengan sudut datang (i)
Kembalinya cahaya pantul ada yang bersifat mengumpul dan ada yang menyebar tergantung permukaan yang memantulkan cahaya. Cermin cekung adalah cermin yang akan mengumpulkan kembali sinar-sinar pantul yang terjadi saat berkas cahaya mengenai permukaan pantulnya (konvergen). Cermin cekung biasa digunakan sebagai reflector (benda yang memantulkan cahaya) misalnya pada senter, lampu sepeda, dan lampu mobil.
Posisi bayangan yang dibentuk cermin cekung letaknya tergantung letak bendanya. Hubungan antara jarak fokus (f), jarak benda (so), dan jarak bayangan (si) ditujukkan oleh rumus sebagai berikut :
Letak benda sejati yang telah diketahui diletakkan di depan cermin, maka posisi bayangannya dapat diketahui letaknya. Bayangan benda yang akan berada di ruang III bila bendanya berada di ruang II. Bayangan benda yang akan berada di ruang II, bila benda berada ruang III. Sedangkan ruang IV adalah ruang di belakang cermin.
Sinar istimewa pada cermin cekung, yaitu :
a) Sinar datang yang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.
b) Sinar datang yang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
c) Sinar datang yang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan kembali melalui titik tersebut.
Cermin cembung akan menyebarkan cahaya pantul (divergen). Oleh karena itu, untuk mengetahui posisi bayangan yang dibentuk cermin cembung pada layar harus diusahakan benda dari cermin ini bersifat maya. Jika ruang IV cermin cekung, maka ruang IV cermin cembung ini ada di depan. Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, dan jarak fokus sama seperti yang digunakan cermin cekung di atas.
Sinar istimewa cermin cembung, yaitu :
Cahaya selain dapat dipantulkan, dapat juga dibelokkan atau dibiaskan. Pembiasan cahaya ini dapat terjadi bila berkas cahaya tersebut mengenai benda bening tembus cahaya, misal lensa. Jenis lensa ada yang disebut lensa positif (lensa cembung) dan lensa negatif ( lensa cekung). Kedua lensa ini berbeda sifat, lensa positif akan membiaskan cahaya yang jatuh pada permukaan biasnya dengan arah yang mengumpulkan.
Sifat bayangan pada cermin cembung selalu maya, tegak, dan diperkecil. Sedangkan sifat bayangan pada cermin cekung sebagai berikut.
a) Jika benda berada di ruang I, maka bayangan berada di ruang IV. Sifat bayangannnya adalah maya, tegak, dan diperbesar.
b) Jika benda berada di ruang II, maka bayangan berada di ruang III. Sifat bayangannnya adalah nyata, terbalik, dan diperbesar.
c) Jika benda benda berada di ruang III, maka bayangan berada di ruang II. Sifat bayangannya adalah nyata, terbalik, dan diperkecil.
Sinar istimewa lensa cembung, yaitu :
a) Sinar sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus F
b) Sinar melalui F dibiaskan sejajar sumbu utama
c) Sinar melalui pusat optik tidak dibiaskan
Lensa negatif akan membiaskan cahaya dengan arah yang menyebar. Akibat sifat lensa negatif ini, maka bayangan yang dibentuknya akan selalu bersifat maya (semu) selama bendanya bersifat sejati, demikian juga cermin cembung.
Sifat bayangan lensa cembung, yaitu:
a) Jika benda di ruang I, maka bayangan yang terbentuk adalah maya, tegak, diperbesar.
b) Jika benda di ruang II, maka bayangan yang terbentuk adalah nyata, terbalik, diperbesar.
c) Jika benda di ruang III, maka bayangan yang terbentuk adalah nyata, terbalik, diperkecil.
Sinar istimewa lensa cekung, yaitu :
a) Sinar datang sejajar sumbu utama lensa dibiaskan seakan-akan berasal dari titik fokus aktif F1
b) Sinar datang seakan-akan menuju titik fokus pasif F2 dibiaskan sejajar sumbu utama
c) Sinar datang melalui titik pusat optik O diteruskan tanpa pembiasan.
Sifat bayangan lensa cekung, yaitu: selalu maya, tegak, dan diperkecil.
Ruang-ruang yang berlaku untuk lensa cekung sama seperti pembagian pada lensa cembung. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang digunakan dalam melakukan percobaan ini adalah sebagai berikut :
1. Set bangku optik
2. Cermin cekung
3. Cermin cembung
4. Lensa cekung
5. Lensa cembung
6. Lilin
7. Layar
8. Penggaris
C. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Pemantulan cahaya
a. Memasang cermin cekung yang disediakan pada bangku optik kemudian mengamati sebuah benda di jauh terhingga, misal pohon atau jendela.
b. Menggeser-geser layar yang terpasang pada bangku optik sampai tampak bayangan dari pohon dan jendela tadi dengan jelas di layar.
c. Mengukur dan mencatat jarak layar sampai ke cermin saat keadaan ini sudah tercapai.
d. Mengulangi prosedur percobaan di atas, minimal 4 kali lagi dan mencatat hasilnya.
e. Dari prosedur percobaaan butir a-c di atas akan diketahui jarak fokus ( ) dari cermin cekung. Selanjutnya, menempatkan benda yang disediakan (lilin) di ruang II, kemudian menggeser-geser layar sampai tampak dengan jelas bayangan lilin di layar. Mencatat jarak layar ke cermin bila kondisi ini sudah tercapai. Mengulangi prosedur ini dengan memindahkan benda ke tempat lain minimal 2 kali lagi. Mencatat hasilnya.
f. Menempatkan benda di ruang III dan melakukan seperti prosedur butir e di atas. Mencatat hasilnya di lembar kerja.
g. Selanjutnya menyiapkan cermin cembung yang telah disediakan untuk dipasang di bangku optik yang akan dicari titik fokusnya (F).
h. Melakukan prosedur butir e, yaitu dengan menempatkan benda di ruang III cermin cekung. Menangkap bayangannya dengan menggeser-geser layar dan mencatat posisi layar setelah nampak bayangan yang paling jelas.
i. Menempatkan cermin cembung yang telah disiapkan di depan layar tersebut. Mencatat jarak layar dan cermin cembung di lembar pengamatan.
j. Memasang layar di antara kedua cermin dan menggeser-geser layar sedemikian sehingga dapat menangkap bayangan dari sistem tersebut. Bila kondisi bayangan paling jelas telah ditemukan, mencatat posisi layar terhadap cermin cembung.
k. Melakukan prosedur butir j minimal 2 kali lagi dengan mengubah posisi benda semula. Mencatat hasil pengamatan ini di lembar pengamatan.
2. Pembiasan cahaya
a. Menempatkan benda di jauh tak terhingga, misalnya jendela atau pohon. Kemudian menggeser-geser layar sampai terlihat bayangan yang paling jelas. Mencatat posisi layar saat kondisi tersebut telah tercapai.
b. Memindahkan letak lensa dan kembali menggeser-geser layar sampai terlihat bayangan dari benda yang paling jelas. Melakukan prossedur ini minimal 3 kali lagi dan mencatat hasilnya pada lembar kerja.
c. Dari prosedur a dan b di atas telah dapat ditentukan posisi titik fokus (F) dari lensa. Selanjutnya, menempatkan benda di ruang II dan atau di ruang III, kemudian menggeser-geser layar sehingga tampak bayangan yang paling jelas. Mencatat posisi layar bila kondisi tersebut telah tercapai.
d. Melakukan kembali butir c di atas, minimal 2 kali lagi untuk masing-masing benda di ruang II dan III. Mencatat hasilnya di lembar kerja posisi layar terhadap lensa.
e. Menempatkan benda di depan lensa positif dan menggeser-geser layar, sehingga tampak bayangan yang paling jelas dari benda. Mencatat posisi layar.
f. Mengambil lensa negatif yang telah disediakan dan menempatkan di depan layar. Mencatat jarak layar ke lensa negatif.
g. Menggeser-geser layar sampai tampak kembali bayangan yang jelas di layar. Setelah kondisi ini tercapai, mencatat jarak lensa negatif ke layar.
h. Mengulang kembali prosedur butir e-g di atas minimal 2 kali lagi.
D. DATA PENGAMATAN
1. Pemantulan Cahaya
Benda di jauh tak terhingga
= 16 cm
= 16 cm
= 16,2 cm
= 16,2 cm
̅ = 16,1 cm
Cermin Cekung
No.
(cm)
(cm)
(cm)
KETERANGAN
1
20
81
16,66
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
2
25
49
16,55
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
3
50
25
16,67
Benda di ruang III, bayangan di ruang II, nyata, terbalik, diperkecil.
4
55
23
16,21
Benda di ruang III, bayangan di ruang II, nyata, terbalik, diperkecil.
5
60
22,5
16,36
Benda di ruang III, bayangan di ruang II, nyata, terbalik, diperkecil.
Cermin Cembung
No.
(cm)
(cm)
(cm)
KETERANGAN
1
-6,1
9
-17,7
Nyata, terbalik, diperkecil
2
-7
11
-19,25
Nyata, terbalik, diperkecil
3
-7,5
11,5
-21,56
Nyata, terbalik, diperkecil
2. Pembiasan Cahaya
Benda jauh tak terhingga
= 21 cm
= 21,5 cm
= 21 cm
= 21 cm
̅ = 21,125 cm
Lensa Cembung
No.
(cm)
(cm)
(cm)
KETERANGAN
1
26
90
20,17
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
2
31
50
19,13
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
3
35
43
19,29
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
4
38
42
19,95
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
5
40
38
19,49
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
Lensa Cekung
No.
(cm)
(cm)
(cm)
KETERANGAN
1
-6
8,5
-20,4
Nyata, terbalik, diperbesar
2
-7
10,5
-21
Nyata, terbalik, diperbesar
3
-8
13
-20,8
Nyata, terbalik, diperbesar
E. ANALISA DATA
1. Pematulan Cahaya
a. Benda jauh di tak terhingga
̅ Σ √Σ ̅ √ √ √
Jadi, dengan ralat relatif 0,35%.
b. Benda di ruang II dan ruang III
Jarak fokus cermin cekung
√|( ) | |( ) | √|( ) | |( ) |
√|( ) | |( ) |
√ √
Jadi, dengan ralat 0,12%.
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi, dengan ralat 0,8%.
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi, dengan ralat 0,08%.
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi, dengan ralat 0,09%.
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi, dengan ralat 0,1%.
̅ Σ
Menghitung perbesaran bayangan pada cermin cekung :
| |
Data 1
| |
Data 2
| |
Data 3
| |
Data 4
| |
Data 5
| |
Jarak fokus cermin cembung
√|( ) | |( ) | √|( ) | |( ) |
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi dengan ralat relatif
√|( ) | |( ) | √
√
Jadi dengan ralat relatif
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi dengan ralat relatif ̅ Σ
Menghitung perbesaran bayangan pada cermin cembung :
| |
Data 1 | |
Data 2 | |
Data 3 | |
2. Pembiasan Cahaya
a. Benda di jauh tak terhingga
̅ Σ √Σ( ̅)
√ √ √ ̅ ̅ ̅
̅ dengan ralat relatif 0,58%.
b. Jarak fokus pada lensa
Jarak fokus lensa cembung
√|( ) | |( ) | √|( ) | |( ) |
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
̅ Σ
Menghitung perbesaran cermin cembung
| |
Data 1 | |
Data 2 | |
Data 3 | |
Data 4 | |
Data 5 | |
Jarak fokus lensa cekung
√|( ) | |( ) | √|( ) | |( ) |
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √ ̅
Menghitung perbesaran lensa cekung
| |
Data 1 | |
Data 2 | |
Data 3 | |
F. PEMBAHASAN
1. Berdasarkan analisa data, dapat diketahui jarak fokus rata-rata dari pemantulan cahaya masing-masing cermin. Jarak fokus rata-rata cermin cekung saat benda berada di jauh tak terhingga dengan ralat relatif 0,35%.
2. Berdasarkan analisa data, dapat diketahui jarak fokus dari pembiasan cahaya masing-masing lensa. Jarak fokus rata-rata lensa cembung saat benda di jauh tak terhingga adalah ̅ dengan ralat relatif 0,58%. Perbesaran yang diperoleh :
Cermin Cekung
Cermin cembung
Lensa cembung
Lensa cekung
JAWABAN PERTANYAAN
1. Jelaskan apa yang dimaksudkan dengan: benda sejati, benda maya, bayangan sejati, bayangan maya?
Benda sejati adalah benda yang berada di depan cermin atau lensa.
Benda maya adalah benda yang berada di belakang cermin atau lensa.
Bayangan sejati adalah bayangan yang dibentuk oleh titik-titik kumpul sinar-sinar nyata atau sejati.
Bayangan maya adalah bayangan yang dibentuk oleh titik-titik kumpul sinar-sinar semu (maya) dan tidak dapat ditangkap layar.
2. Setelah kamu melakukan percobaan, kesimpulan apa yang kamu peroleh saat mengamati bayangan yang terbentuk dengan keadaan teoritisnya baik untuk peristiwa pemantulan dan pembiasan cahaya?
Cermin cekung :
Di ruang II : nyata, terbalik, diperbesar
Di ruang III : nyata, terbalik, diperkecil
Cermin cembung : Nyata, terbalik, diperkecil
Lensa cembung :
Di ruang II : nyata, terbalik, diperbesar
Di ruang III : nyata, terbalik, diperkecil
Lensa cekung : nyata, terbalik, diperbesar
G. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan :
a. Sifat-sifat bayangan pada proses pemantulan dan pembiasan.
Cermin cekung :
Di ruang II : nyata, terbalik, diperbesar
Di ruang III : nyata, terbalik, diperkecil
Cermin cembung : Nyata, terbalik, diperkecil
Lensa cembung :
Di ruang II : nyata, terbalik, diperbesar
Di ruang III : nyata, terbalik, diperkecil
Lensa cekung : nyata, terbalik, diperbesar
b. Jarak fokus cermin cekung dan cermin cembung pada pemantulan serta lensa cekung dan lensa cembung pada pembiasan dapat ditentukan dengan mencari jarak benda dan jarak bayangan.
c. Perbesaran bayangan cermin cekung dan cermin cembung pada pemantulan serta lensa cekung dan lensa cembung pada pembiasan dapat dihitung dengan rumus:
| |
2. Saran
Apabila melakukan percobaan pemantulan dan pembiasan cahaya agar lebih teliti dalam menentukan letak bayangan yang tertangkap oleh layar dan akurasi angka yang ditunjukkan pada penggaris agar diperhatikan juga.
H. DAFTAR PUSTAKA
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas Negeri Malang.
Bueche, frederick. 1988. Teori dan Soal-Soal Fisika. Jakarta: Erlangga.
Soejoto & Sustini, Euis. 1993. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Malang: Universitas Negeri Malang.
Suparman. 2012. Pengerian Cermin dan Sifat Bayangan, (Online), (http://www.g-excess.com/20470/pengertian-cermin-dan-sifat-bayangan/), diakses 19 Februari 2012.
Hasto. 2011. Pembiasan Lensa Cekung (Negatif), (Online), (http://fisikasemesta.blogspot.com/2011/03/pembiasan-lensa-cekung-negatif.html), diakses 19 Februari 2012.
POLARIMETER
Dilaksanakan oleh:
Kelompok F/II/C
1. Sutinah (110331420548)
2. Try Hartiningsih (110331420545)
3. Yessie Sekti P.P (110331420561)
4. Yuli Feritawati (110331420553)
Hari/Tanggal : Rabu/ 29 Februari 2012
Jurusan/ Prodi : Kimia/ Pendidikan Kimia
Dosen : Bapak Mudjihartono
LABORATORIUM FISIKA DASAR
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
2012
PEMANTULAN DAN PEMBIASAN CAHAYA
A. TUJUAN
1. Pemantulan Cahaya
a. Mempelajari sifat cermin cekung dan cermin cembung
b. Menentukan jarak fokus cermin cekung dan cermin cembunng
c. Menghitung perbesaran bayangan (M) dari cermin cekung dan cermin cembung
2. Pembiasan Cahaya
a. Mempelajari sifat lensa cekung dan lensa cembung
b. Menentukan jarak fokus lensa cekung dan lensa cembunng
c. Menghitung perbesaran bayangan (M) dari lensa cekung dan lensa cembung
B. TEORI DASAR
Peristiwa pemantulan cahaya adalah peristiwa kembalinya cahaya ketika mengenai benda bening tidak tembus cahaya.
Hukum pemantulan ada dua, yaitu :
a. Hukum pertama : bila cahaya dipantulkan oleh suatu bidang pemantul maka sinar datang, sinar pantul, dan garis normal bertemu pada satu titik dan terletak pada satu bidang yang sama.
b. Hukum kedua : sudut pantul (r) sama dengan sudut datang (i)
Kembalinya cahaya pantul ada yang bersifat mengumpul dan ada yang menyebar tergantung permukaan yang memantulkan cahaya. Cermin cekung adalah cermin yang akan mengumpulkan kembali sinar-sinar pantul yang terjadi saat berkas cahaya mengenai permukaan pantulnya (konvergen). Cermin cekung biasa digunakan sebagai reflector (benda yang memantulkan cahaya) misalnya pada senter, lampu sepeda, dan lampu mobil.
Posisi bayangan yang dibentuk cermin cekung letaknya tergantung letak bendanya. Hubungan antara jarak fokus (f), jarak benda (so), dan jarak bayangan (si) ditujukkan oleh rumus sebagai berikut :
Letak benda sejati yang telah diketahui diletakkan di depan cermin, maka posisi bayangannya dapat diketahui letaknya. Bayangan benda yang akan berada di ruang III bila bendanya berada di ruang II. Bayangan benda yang akan berada di ruang II, bila benda berada ruang III. Sedangkan ruang IV adalah ruang di belakang cermin.
Sinar istimewa pada cermin cekung, yaitu :
a) Sinar datang yang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.
b) Sinar datang yang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
c) Sinar datang yang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan kembali melalui titik tersebut.
Cermin cembung akan menyebarkan cahaya pantul (divergen). Oleh karena itu, untuk mengetahui posisi bayangan yang dibentuk cermin cembung pada layar harus diusahakan benda dari cermin ini bersifat maya. Jika ruang IV cermin cekung, maka ruang IV cermin cembung ini ada di depan. Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, dan jarak fokus sama seperti yang digunakan cermin cekung di atas.
Sinar istimewa cermin cembung, yaitu :
Cahaya selain dapat dipantulkan, dapat juga dibelokkan atau dibiaskan. Pembiasan cahaya ini dapat terjadi bila berkas cahaya tersebut mengenai benda bening tembus cahaya, misal lensa. Jenis lensa ada yang disebut lensa positif (lensa cembung) dan lensa negatif ( lensa cekung). Kedua lensa ini berbeda sifat, lensa positif akan membiaskan cahaya yang jatuh pada permukaan biasnya dengan arah yang mengumpulkan.
Sifat bayangan pada cermin cembung selalu maya, tegak, dan diperkecil. Sedangkan sifat bayangan pada cermin cekung sebagai berikut.
a) Jika benda berada di ruang I, maka bayangan berada di ruang IV. Sifat bayangannnya adalah maya, tegak, dan diperbesar.
b) Jika benda berada di ruang II, maka bayangan berada di ruang III. Sifat bayangannnya adalah nyata, terbalik, dan diperbesar.
c) Jika benda benda berada di ruang III, maka bayangan berada di ruang II. Sifat bayangannya adalah nyata, terbalik, dan diperkecil.
Sinar istimewa lensa cembung, yaitu :
a) Sinar sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus F
b) Sinar melalui F dibiaskan sejajar sumbu utama
c) Sinar melalui pusat optik tidak dibiaskan
Lensa negatif akan membiaskan cahaya dengan arah yang menyebar. Akibat sifat lensa negatif ini, maka bayangan yang dibentuknya akan selalu bersifat maya (semu) selama bendanya bersifat sejati, demikian juga cermin cembung.
Sifat bayangan lensa cembung, yaitu:
a) Jika benda di ruang I, maka bayangan yang terbentuk adalah maya, tegak, diperbesar.
b) Jika benda di ruang II, maka bayangan yang terbentuk adalah nyata, terbalik, diperbesar.
c) Jika benda di ruang III, maka bayangan yang terbentuk adalah nyata, terbalik, diperkecil.
Sinar istimewa lensa cekung, yaitu :
a) Sinar datang sejajar sumbu utama lensa dibiaskan seakan-akan berasal dari titik fokus aktif F1
b) Sinar datang seakan-akan menuju titik fokus pasif F2 dibiaskan sejajar sumbu utama
c) Sinar datang melalui titik pusat optik O diteruskan tanpa pembiasan.
Sifat bayangan lensa cekung, yaitu: selalu maya, tegak, dan diperkecil.
Ruang-ruang yang berlaku untuk lensa cekung sama seperti pembagian pada lensa cembung. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang digunakan dalam melakukan percobaan ini adalah sebagai berikut :
1. Set bangku optik
2. Cermin cekung
3. Cermin cembung
4. Lensa cekung
5. Lensa cembung
6. Lilin
7. Layar
8. Penggaris
C. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Pemantulan cahaya
a. Memasang cermin cekung yang disediakan pada bangku optik kemudian mengamati sebuah benda di jauh terhingga, misal pohon atau jendela.
b. Menggeser-geser layar yang terpasang pada bangku optik sampai tampak bayangan dari pohon dan jendela tadi dengan jelas di layar.
c. Mengukur dan mencatat jarak layar sampai ke cermin saat keadaan ini sudah tercapai.
d. Mengulangi prosedur percobaan di atas, minimal 4 kali lagi dan mencatat hasilnya.
e. Dari prosedur percobaaan butir a-c di atas akan diketahui jarak fokus ( ) dari cermin cekung. Selanjutnya, menempatkan benda yang disediakan (lilin) di ruang II, kemudian menggeser-geser layar sampai tampak dengan jelas bayangan lilin di layar. Mencatat jarak layar ke cermin bila kondisi ini sudah tercapai. Mengulangi prosedur ini dengan memindahkan benda ke tempat lain minimal 2 kali lagi. Mencatat hasilnya.
f. Menempatkan benda di ruang III dan melakukan seperti prosedur butir e di atas. Mencatat hasilnya di lembar kerja.
g. Selanjutnya menyiapkan cermin cembung yang telah disediakan untuk dipasang di bangku optik yang akan dicari titik fokusnya (F).
h. Melakukan prosedur butir e, yaitu dengan menempatkan benda di ruang III cermin cekung. Menangkap bayangannya dengan menggeser-geser layar dan mencatat posisi layar setelah nampak bayangan yang paling jelas.
i. Menempatkan cermin cembung yang telah disiapkan di depan layar tersebut. Mencatat jarak layar dan cermin cembung di lembar pengamatan.
j. Memasang layar di antara kedua cermin dan menggeser-geser layar sedemikian sehingga dapat menangkap bayangan dari sistem tersebut. Bila kondisi bayangan paling jelas telah ditemukan, mencatat posisi layar terhadap cermin cembung.
k. Melakukan prosedur butir j minimal 2 kali lagi dengan mengubah posisi benda semula. Mencatat hasil pengamatan ini di lembar pengamatan.
2. Pembiasan cahaya
a. Menempatkan benda di jauh tak terhingga, misalnya jendela atau pohon. Kemudian menggeser-geser layar sampai terlihat bayangan yang paling jelas. Mencatat posisi layar saat kondisi tersebut telah tercapai.
b. Memindahkan letak lensa dan kembali menggeser-geser layar sampai terlihat bayangan dari benda yang paling jelas. Melakukan prossedur ini minimal 3 kali lagi dan mencatat hasilnya pada lembar kerja.
c. Dari prosedur a dan b di atas telah dapat ditentukan posisi titik fokus (F) dari lensa. Selanjutnya, menempatkan benda di ruang II dan atau di ruang III, kemudian menggeser-geser layar sehingga tampak bayangan yang paling jelas. Mencatat posisi layar bila kondisi tersebut telah tercapai.
d. Melakukan kembali butir c di atas, minimal 2 kali lagi untuk masing-masing benda di ruang II dan III. Mencatat hasilnya di lembar kerja posisi layar terhadap lensa.
e. Menempatkan benda di depan lensa positif dan menggeser-geser layar, sehingga tampak bayangan yang paling jelas dari benda. Mencatat posisi layar.
f. Mengambil lensa negatif yang telah disediakan dan menempatkan di depan layar. Mencatat jarak layar ke lensa negatif.
g. Menggeser-geser layar sampai tampak kembali bayangan yang jelas di layar. Setelah kondisi ini tercapai, mencatat jarak lensa negatif ke layar.
h. Mengulang kembali prosedur butir e-g di atas minimal 2 kali lagi.
D. DATA PENGAMATAN
1. Pemantulan Cahaya
Benda di jauh tak terhingga
= 16 cm
= 16 cm
= 16,2 cm
= 16,2 cm
̅ = 16,1 cm
Cermin Cekung
No.
(cm)
(cm)
(cm)
KETERANGAN
1
20
81
16,66
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
2
25
49
16,55
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
3
50
25
16,67
Benda di ruang III, bayangan di ruang II, nyata, terbalik, diperkecil.
4
55
23
16,21
Benda di ruang III, bayangan di ruang II, nyata, terbalik, diperkecil.
5
60
22,5
16,36
Benda di ruang III, bayangan di ruang II, nyata, terbalik, diperkecil.
Cermin Cembung
No.
(cm)
(cm)
(cm)
KETERANGAN
1
-6,1
9
-17,7
Nyata, terbalik, diperkecil
2
-7
11
-19,25
Nyata, terbalik, diperkecil
3
-7,5
11,5
-21,56
Nyata, terbalik, diperkecil
2. Pembiasan Cahaya
Benda jauh tak terhingga
= 21 cm
= 21,5 cm
= 21 cm
= 21 cm
̅ = 21,125 cm
Lensa Cembung
No.
(cm)
(cm)
(cm)
KETERANGAN
1
26
90
20,17
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
2
31
50
19,13
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
3
35
43
19,29
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
4
38
42
19,95
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
5
40
38
19,49
Benda di ruang II, bayangan di ruang III, nyata, terbalik, diperbesar.
Lensa Cekung
No.
(cm)
(cm)
(cm)
KETERANGAN
1
-6
8,5
-20,4
Nyata, terbalik, diperbesar
2
-7
10,5
-21
Nyata, terbalik, diperbesar
3
-8
13
-20,8
Nyata, terbalik, diperbesar
E. ANALISA DATA
1. Pematulan Cahaya
a. Benda jauh di tak terhingga
̅ Σ √Σ ̅ √ √ √
Jadi, dengan ralat relatif 0,35%.
b. Benda di ruang II dan ruang III
Jarak fokus cermin cekung
√|( ) | |( ) | √|( ) | |( ) |
√|( ) | |( ) |
√ √
Jadi, dengan ralat 0,12%.
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi, dengan ralat 0,8%.
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi, dengan ralat 0,08%.
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi, dengan ralat 0,09%.
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi, dengan ralat 0,1%.
̅ Σ
Menghitung perbesaran bayangan pada cermin cekung :
| |
Data 1
| |
Data 2
| |
Data 3
| |
Data 4
| |
Data 5
| |
Jarak fokus cermin cembung
√|( ) | |( ) | √|( ) | |( ) |
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi dengan ralat relatif
√|( ) | |( ) | √
√
Jadi dengan ralat relatif
√|( ) | |( ) | √ √
Jadi dengan ralat relatif ̅ Σ
Menghitung perbesaran bayangan pada cermin cembung :
| |
Data 1 | |
Data 2 | |
Data 3 | |
2. Pembiasan Cahaya
a. Benda di jauh tak terhingga
̅ Σ √Σ( ̅)
√ √ √ ̅ ̅ ̅
̅ dengan ralat relatif 0,58%.
b. Jarak fokus pada lensa
Jarak fokus lensa cembung
√|( ) | |( ) | √|( ) | |( ) |
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
̅ Σ
Menghitung perbesaran cermin cembung
| |
Data 1 | |
Data 2 | |
Data 3 | |
Data 4 | |
Data 5 | |
Jarak fokus lensa cekung
√|( ) | |( ) | √|( ) | |( ) |
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √
√|( ) | |( ) | √ √ ̅
Menghitung perbesaran lensa cekung
| |
Data 1 | |
Data 2 | |
Data 3 | |
F. PEMBAHASAN
1. Berdasarkan analisa data, dapat diketahui jarak fokus rata-rata dari pemantulan cahaya masing-masing cermin. Jarak fokus rata-rata cermin cekung saat benda berada di jauh tak terhingga dengan ralat relatif 0,35%.
2. Berdasarkan analisa data, dapat diketahui jarak fokus dari pembiasan cahaya masing-masing lensa. Jarak fokus rata-rata lensa cembung saat benda di jauh tak terhingga adalah ̅ dengan ralat relatif 0,58%. Perbesaran yang diperoleh :
Cermin Cekung
Cermin cembung
Lensa cembung
Lensa cekung
JAWABAN PERTANYAAN
1. Jelaskan apa yang dimaksudkan dengan: benda sejati, benda maya, bayangan sejati, bayangan maya?
Benda sejati adalah benda yang berada di depan cermin atau lensa.
Benda maya adalah benda yang berada di belakang cermin atau lensa.
Bayangan sejati adalah bayangan yang dibentuk oleh titik-titik kumpul sinar-sinar nyata atau sejati.
Bayangan maya adalah bayangan yang dibentuk oleh titik-titik kumpul sinar-sinar semu (maya) dan tidak dapat ditangkap layar.
2. Setelah kamu melakukan percobaan, kesimpulan apa yang kamu peroleh saat mengamati bayangan yang terbentuk dengan keadaan teoritisnya baik untuk peristiwa pemantulan dan pembiasan cahaya?
Cermin cekung :
Di ruang II : nyata, terbalik, diperbesar
Di ruang III : nyata, terbalik, diperkecil
Cermin cembung : Nyata, terbalik, diperkecil
Lensa cembung :
Di ruang II : nyata, terbalik, diperbesar
Di ruang III : nyata, terbalik, diperkecil
Lensa cekung : nyata, terbalik, diperbesar
G. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan :
a. Sifat-sifat bayangan pada proses pemantulan dan pembiasan.
Cermin cekung :
Di ruang II : nyata, terbalik, diperbesar
Di ruang III : nyata, terbalik, diperkecil
Cermin cembung : Nyata, terbalik, diperkecil
Lensa cembung :
Di ruang II : nyata, terbalik, diperbesar
Di ruang III : nyata, terbalik, diperkecil
Lensa cekung : nyata, terbalik, diperbesar
b. Jarak fokus cermin cekung dan cermin cembung pada pemantulan serta lensa cekung dan lensa cembung pada pembiasan dapat ditentukan dengan mencari jarak benda dan jarak bayangan.
c. Perbesaran bayangan cermin cekung dan cermin cembung pada pemantulan serta lensa cekung dan lensa cembung pada pembiasan dapat dihitung dengan rumus:
| |
2. Saran
Apabila melakukan percobaan pemantulan dan pembiasan cahaya agar lebih teliti dalam menentukan letak bayangan yang tertangkap oleh layar dan akurasi angka yang ditunjukkan pada penggaris agar diperhatikan juga.
H. DAFTAR PUSTAKA
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas Negeri Malang.
Bueche, frederick. 1988. Teori dan Soal-Soal Fisika. Jakarta: Erlangga.
Soejoto & Sustini, Euis. 1993. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Malang: Universitas Negeri Malang.
Suparman. 2012. Pengerian Cermin dan Sifat Bayangan, (Online), (http://www.g-excess.com/20470/pengertian-cermin-dan-sifat-bayangan/), diakses 19 Februari 2012.
Hasto. 2011. Pembiasan Lensa Cekung (Negatif), (Online), (http://fisikasemesta.blogspot.com/2011/03/pembiasan-lensa-cekung-negatif.html), diakses 19 Februari 2012.
Selasa, 24 April 2012
AMPEREMETER DAN VOLTMETER
AMPEREMETER DAN VOLTMETER
ARUS SEARAH (DC)
A. TUJUAN
1. Menentukan hambat dalam amperemeter.
2. Menentukan hambat dalam voltmeter.
3. Mengenal cara mengolah batas ukur amperemeter.
4. Mengenal cara mengolah batas ukur voltmeter.
5. Mengukur hambatan Rx.
6. Mempu menggunakan alat ukur listrik dengan benar.
7. Mampu menerapkan metode grafik dengan benar.
B. DASAR TEORI
1. Pengukuran Arus dan Tegangan
Untuk mengukur kuat arus di suatu rangkaian digunakan amperemeter.
Amperemeter itu dipasang seri seperti gambar 1a. Mengukur tegangan antara 2
titik dalam rangkaian digunakan voltmeter. Voltmeter pengukur tegangan
dipasang paralel seperti gambar 1b.
Jadi jika pengukuran arus yang dimaksud melalui R, tegangan yang dimaksud pada
ujung-ujung R, maka baik pada gambar 1c maupun gambar 1d, hanya satu alat
yang mengukur sebenarnya. Untuk itu hasil pengukuran perlu dikoreksi dan untuk
mengoreksinya perlu diketahui hambatan dalam dari alat (amperemeter dan
voltmeter).
2. Mengukur hambatan dalam amperemeter dan voltmeter
Baik amperemeter maupun voltmeter hambatan dalamnya dapat diukur masing-
masing dengan dua cara.
a. Pengukuran hambatan dalam amperemeter
Cara pertama, lihat gambar 2a. Jika hasil pengukuran voltmeter adalah V dan
hasil pengukuran amperemeter adalah I,maka hambatan dalam amperemeter
itu adalah :
Cara kedua, lihat gambar 2b. Pengukuran hambatan dilakukan dua kali, mula-
mula ketika RB belum dipasang, misalnya hasil penunjukkan amperemeter I1.
Kemudian RB dipasang maka penunjukkan amperemeter, misalnya menjadi I2,
maka hambatan dalam amperemeter itu adalah :
2b. Pengukuran bertahap dangan hambatan RB.
b. Pengukuran hambatan dalam voltmeter Cara pertama, lihat gambar 3a. Jika hasil pengukuran amperemeter adalah I
dan hasil pengukuran voltmeter adalah V maka hambatan dalam voltmeter itu
adalah :
Cara kedua, lihat gambar 3b. Pengukuran hambatan dilakukan dua kali, mula-
mula ketika RB belum dipasang, misalnya hasil pengukuran voltmeter V1.
Kemudian RB dipasang maka penunjukkan voltmeter akan berubah, misalnya
menjadi V2, maka hambatan dalam amperemeter itu adalah :
3. Mengubah batas Ukur Amperemeter dan Voltmeter
Alat-alat ukur mempunyai batas kemampuan pengukuran, begitu juga alat
pengukur arus (amperemeter) dan alat pengukur tegangan (voltmeter) ini. Angka
terbesar yang ada pada skala alat ukur itu adalah batas maksimum pengukur alat
tersebut.
Untuk mengubah batas ukur baik amperemeter maupun voltmeter perlu
tambahan hambatan. Pada amperemeter tambahan hambatan disusun paralel
(shunt) seperti yang terlihat pada gambar 4a, sedangkan pada voltmeter tambahan
hambatan disusun seri seperti yang terlihat pada gambar 4b.
Misalnya (gambar 4a) batas ukur amperemeter mula-mula adalah I dan kita
inginkan supaya batas ukur menjadi n x I, maka perlu diberi hambatan paralel
(shunt) sebesar :
Misalnya (gambar 4b) batas ukur voltmeter mula-mula adalah V dan kita
inginkan supaya batas ukur menjadi n x V, maka perlu diberi hambatan seri
(depan) sebesar :
C. ALAT DAN BAHAN
1. Amperemeter DC/milliamperemeter DC
2. Voltmeter DC/millivoltmeter DC
3. Sumber tegangan DC
4. Bangku hambat
5. Hambat geser
6. Penutup arus
7. Kabel-kabel
D. PROSEDUR EKSPERIMEN DAN SUSUNAN ALAT
Mengikuti semua petunjuk yang diberikan asisten. Meminjam alat-alat yang diperlukan.
Setiap rangkaian yang sudah disusun ditanyakan dahulu kepada asisten tentang
kebenarannya, sesuadah itu barulah switch S ditutup.
Hambat geser digunakan untuk mengatur besar arus dan tegangan.
Pencatatan hasil pengukuran dituliskan pada kertas yang sudah disediakan
dilembar kerja.
Menanyakan kepada asisten beberapa kali pengulangan suatu percobaan tertentu
itu.
1. Menyusun rangkaian seperti yang terlihat pada gambar 2a menutup switch S,
mengatur hambat geser. Mencatat kedudukan amperemeter (arus I) dan kedudukan
voltmeter (tegangan V). Mengulangi percobaan ini beberapa kali untuk harga-
harga arus I dan tegangan V yang berbeda, dengan cara menggeser hambatan
geser.
2. Menyusun rangkaian seperti yang terlihat pada gambar 2b, tetapi belum
dihubungkan dengan RB (dari bangku hambat), menutup switch S, mengatur
hambat geser. Mencatat kedudukan amperemeter (I1), sesudah itu menghubungkan
RB (tanpa mengubah yang lain), mencatat lagi kedudukan amperemeter (I2).
Mengukur dan mencatat harga hambatan bangku yang digunakan (RB).
Mengulangi percobaan ini beberapa kali dengan cara menggeser hambatan geser.
3. Menyusun rangkaian seperti yang terlihat pada gambar 3a, menutup switch S,
mengatur hambat geser. Mencatat kedudukan amperemeter (I) dan votlmeter (V).
Mengulangi percobaan ini beberapa kali untuk harga-harga I dan V yang berbeda,
dengan cara menggeser hambatan geser.
4. Menyusun rangkaian seperti yang terlihat pada gambar 3b, tetapi belum
dihubungkan dengan RB, menutup switch S, mengatur hambat geser. Mencatat
kedudukan voltmeter (V1), sesudah itu menyambungkan RB, mencatat lagi
kedudukan voltmeter (V2). Mengukur dan mencatat harga hambatan bangku yang
digunakan (RB). Mengulangi percobaan ini beberapa kali dengan cara menggeser
hambatan geser.
5. Mengambil hambatan yang besarnya belum diketahui (Rx). Mengganti hambatan
RB dengan Rx. Melakukan percobaan ini seperti percobaan V-4. Mengulangi
percobaan ini beberapa kali dengan cara menggeser hambatan geser.
E. DATA PENGAMATAN
1. Pengukuran Hambatan Dalam Amperemeter
a. Cara 1
No. V(Volt) I (ampere) RA (Ω)
1. 28 x 10-3
30 x 10-3
0,93 2. 30 x 10-3
33 x 10-3
0,90
3. 32 x 10-3
35 x 10-3
0,91
4. 34 x 10-3
37 x 10-3
0,91
5. 36 x 10-3
39 x 10-3
0,92
b. Cara 2
RB = 0,22 Ω
No. I1(ampere) I2 (ampere) RA (Ω)
1. 30 x 10-3
8 x 10-3
0,605
2. 33 x 10-3
8,5 x 10-3
0,63
3. 35 x 10-3
9 x 10-3
0,63
4. 37 x 10-3
10 x 10-3
0,59
5. 40 x 10-3
11 x 10-3
0,58
2. Pengukuran Hambat Dalam Voltmeter
a. Cara 1
No. I (ampere) V(Volt) RV (Ω)
1. 9 x 10-6
0,3 33333
2. 14 x 10-6
0,45 32142
3. 18 x 10-6
0,55 30555
4. 24 x 10-6
0,75 31250
5. 30 x 10-6
0,9 30000
b. Cara 2
RB = 47000Ω
No. V1(Volt) V2(Volt) RV (Ω)
1. 0,3 0,2 141000
2. 0,5 0,3 117500
3. 0,6 0,3 94000
4. 0,7 0,35 94000
5. 0,8 0,38 89532
3. Mengukur Hambatan RX
No. V1(Volt) V2(Volt) RX (Ω)
1. 0,3 0,25 5242,7
2. 0,5 0,4 6291
3. 0,7 0,55 6740
4. 0,8 0,65 5898
5. 1 0,8 6291,2
F. ANALISA DATA
1. Pengukuran Hambatan Dalam Voltmeter
A. Cara 1
No. V(Volt) I (ampere)
1. 28 x 10-3
30 x 10-3
2. 30 x 10-3
33 x 10-3
3. 32 x 10-3
35 x 10-3
4. 34 x 10-3
37 x 10-3
5. 36 x 10-3
39 x 10-3
̅̅̅
∑
NO (Ω) ( ̅̅̅ (Ω) ̅̅̅
( )
1 0,013592174 0,000184747
2 -0,010650251 0,000113428
3 -0,005455445 0,0000297619
4 -0,000822241 0,00000067608
5 0,003335763 0,0000111273
∑ 0,00033974
√∑ ̅̅̅
√
∑
̅̅̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 0,45%.
B. Cara 2
RB = 0,22 Ω
No. I1(ampere) I2 (ampere)
1. 30 x 10-3
8 x 10-3
2. 33 x 10-3
8,5 x 10-3
3. 35 x 10-3
9 x 10-3
4. 37 x 10-3
10 x 10-3
5. 40 x 10-3
11 x 10-3
̅̅̅
∑
NO (Ω) ( ̅̅̅ (Ω) ̅̅̅
( )
1 0,605 -0,004734641 0,0000224168
2 0,634117647 0,024383007 0,000594531
3 0,635555556 0,025820915 0,00066672
4 0,594 -0,015734641 0,000247579
5 0,58 -0,029734641 0,000884149
∑ 0,002415395
√∑ ̅̅̅
√
∑
̅̅̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 1,80 %.
2. Pengukuran Hambat Dalam Voltmeter
A. Cara 1
No. I (ampere) V(Volt)
1. 9 x 10-6
0,3
2. 14 x 10-6
0,45
3. 18 x 10-6
0,55
4. 24 x 10-6
0,75
5. 30 x 10-6
0,9
̅ ̅ ̅ ̅
∑
= 31456,34921 Ω
NO (Ω) ( ̅ ̅ ̅ ̅ (Ω) ̅ ̅ ̅ ̅
( )
1 1876,984127 3523069,413
2 686,5079365 471293,1469
3 -900,7936508 811429,2013
4 -206,3492063 42579,99496
5 -1456,349206 2120953,011
∑ 6969324,767
√∑ ̅ ̅ ̅ ̅
√
∑
̅ ̅ ̅ ̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 1,88 %.
B. Cara 2
RB = 47000Ω
No. V1(Volt) V2(Volt)
1. 0,3 0,2
2. 0,5 0,3
3. 0,6 0,3
4. 0,7 0,35
5. 0,8 0,38
̅̅̅
∑
NO (Ω) ( ̅ ̅ ̅ ̅ (Ω) ̅ ̅ ̅ ̅
( )
1 141000 33795,2381 1142118118
2 117500 10295,2381 105991927,4
3 94000 -13204,7619 174365737
4 94000 -13204,7619 174365737
5 89523,80952 -17680,95238 312616077,1
∑ 1909457596
√∑ ̅ ̅ ̅ ̅
√
∑
̅ ̅ ̅ ̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 9,1 %.
3. Mengukur Hambatan Rx
No. V1(Volt) V2(Volt)
1. 30 x 10-2
25 x 10-2
2. 50 x 10-2
40 x 10-2
3. 70 x 10-2
55 x 10-2
4. 80 x 10-2
65 x 10-2
5. 100 x 10-2
80 x 10-2
̅ ̅ ̅ ̅
̅ ̅̅ ̅
̅ ̅̅ ̅
̅ ̅ ̅ ̅
∑
NO (Ω) ( ̅ ̅ ̅ ̅ (Ω) ̅ ̅ ̅ ̅
( )
1 -1873,575728 3510286,007
2 437,442791 191356,1954
3 1427,879299 2038839,292
4 -429,1891534 184203,3294
5 437,442791 191356,1954
∑ 6116041,019
√∑ ̅ ̅ ̅ ̅
√
∑
̅ ̅ ̅ ̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 4,12 %.
G. PEMBAHASAN
Berdasarkan praktikum amperemeter dan voltmeter arus searah (DC),
diperoleh 5 data: yaitu data kuat arus dan tegangan yang keduanya digunakan untuk
menentukan besarnya hambatan dalam amperemeter dan hambatan dalam votlmeter.
Pada percobaan ketiga yaitu mengukur hambatan RX dimana cara menyusun
atau merangkai alatnya seperti pada percobaan kedua dengan cara kedua, hanya RB
diganti dengan RX. Untuk mengetahui besarnya hambatan RX digunakan rumus
. Dari hasil analisis data diperoleh nilai hambatan dalam RX sebesar
dengan ralat relatif sebesar 4,12 %.
Adanya perbedaan nilai, baik hambatan dalam amperemeter, hambatan dalam
voltmeter, maupun hambatan RX dan analisis data, disebabkan oleh beberapa faktor:
1. Kurangnya ketelitian praktikan dalam merangkai alat yang digunakan saat
praktikum.
2. Kurangnya ketelitian praktikan dalam membaca skala alat ukur.
H. JAWABAN PERTANYAAN
1. Dengan melihat letak dari amperemeter pada gambar 1a dan voltmeter pada
gambar 1b masing-masing sebagai alat ukur melalui R dan tegangan ujung-ujung
R, maka bagaimana sebaiknya hambatan masing-masing pada kedua alat tersebut? Jawab:
Pada gambar 1a sebaiknya hambatan dipasang seri terhadap amperemeter
karena energi yang berasal dari baterai akan disalurkan pada amperemeter yang
berkutub positif dan juga ujung R yang berkutub positif, sama-sama akan keluar
menuju hambatan geser dan akan kembali ke baterai lagi. Selain itu berdasrkan
gambar 1a, jika amperemeter memiliki hambatan maka hambatan total akan
bertambah sesuai dengan rumus R total = R1 + R2. Dengan bertambahnya
hambatan maka arus akan semakin kecil sehingga arus yang terukur salah.
Sebaiknya hambatan amperemeter sangat kecil.
2. Dapatkah amperemeter berfungsi sebagai voltmeter. Jika dapat, bagaimana
rangkaiannya dan apakah syarat-syaratnya?
Jawab:
Amperemeter dapat berfungsi sebagai voltmeter. Caranya yaitu dengan
pengukuran secarra bersamaan kuat arus dan tegangan dengan amperemeter
berada di luar. Amperemeter disusun secara seri sedangkan voltmeter disusun
secara pararel . dengan rangkaiannya sebagai berikut:
Voltmeter mengukur tegangan ujung-ujung R tetapi amperemeter bukan
mengukur arus yang melalui R. Dengan syarat arus yang dimaksud melaui R, dan
amperemeter berada di dalam (berhubungan langsung dengan ujung-ujung R).
3. Turunkan persamaan (2) dan (4), sertakan juga syarat-syarat yang diperlukan serta
koreksi yang mungkin diberikan!
Jawab:
Untuk persamaan (2) :
I1 adalah arus sebelum dihubungkan dengan RB.
I2 adalah arus sesuadah dihubungkan dengan RB.
Untuk persamaan (4) :
Maka
I. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
Berdasarkan analisa data dan pembahasan, dapat disimpulkan bahwa
1) Untuk menentukan hambatan dalam amperemeter dapat digunakan 2 cara,
yaitu:
a. Cara pertama adalah pengukuran langsung dengan menggunakan
voltmeter dimana amperemeter dan voltmeter dipasang secara paralel.
b. Cara kedua adalah pengukuran bertahap dengan hambatan RB.
Untuk mengetahui nilai hambatan dalam amperemeter digunakan rumus
2) Untuk menentukan hambatan RX digunakan rumus
2. Saran
Sebelum melaksanakan percobaan, hendaknya mahasiswa mempelajari dan
memahami konsep dan prinsip dari bahan praktikum.
J. DAFTAR PUSTAKA
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas
Negeri Malang.
ARUS SEARAH (DC)
A. TUJUAN
1. Menentukan hambat dalam amperemeter.
2. Menentukan hambat dalam voltmeter.
3. Mengenal cara mengolah batas ukur amperemeter.
4. Mengenal cara mengolah batas ukur voltmeter.
5. Mengukur hambatan Rx.
6. Mempu menggunakan alat ukur listrik dengan benar.
7. Mampu menerapkan metode grafik dengan benar.
B. DASAR TEORI
1. Pengukuran Arus dan Tegangan
Untuk mengukur kuat arus di suatu rangkaian digunakan amperemeter.
Amperemeter itu dipasang seri seperti gambar 1a. Mengukur tegangan antara 2
titik dalam rangkaian digunakan voltmeter. Voltmeter pengukur tegangan
dipasang paralel seperti gambar 1b.
Jadi jika pengukuran arus yang dimaksud melalui R, tegangan yang dimaksud pada
ujung-ujung R, maka baik pada gambar 1c maupun gambar 1d, hanya satu alat
yang mengukur sebenarnya. Untuk itu hasil pengukuran perlu dikoreksi dan untuk
mengoreksinya perlu diketahui hambatan dalam dari alat (amperemeter dan
voltmeter).
2. Mengukur hambatan dalam amperemeter dan voltmeter
Baik amperemeter maupun voltmeter hambatan dalamnya dapat diukur masing-
masing dengan dua cara.
a. Pengukuran hambatan dalam amperemeter
Cara pertama, lihat gambar 2a. Jika hasil pengukuran voltmeter adalah V dan
hasil pengukuran amperemeter adalah I,maka hambatan dalam amperemeter
itu adalah :
Cara kedua, lihat gambar 2b. Pengukuran hambatan dilakukan dua kali, mula-
mula ketika RB belum dipasang, misalnya hasil penunjukkan amperemeter I1.
Kemudian RB dipasang maka penunjukkan amperemeter, misalnya menjadi I2,
maka hambatan dalam amperemeter itu adalah :
2b. Pengukuran bertahap dangan hambatan RB.
b. Pengukuran hambatan dalam voltmeter Cara pertama, lihat gambar 3a. Jika hasil pengukuran amperemeter adalah I
dan hasil pengukuran voltmeter adalah V maka hambatan dalam voltmeter itu
adalah :
Cara kedua, lihat gambar 3b. Pengukuran hambatan dilakukan dua kali, mula-
mula ketika RB belum dipasang, misalnya hasil pengukuran voltmeter V1.
Kemudian RB dipasang maka penunjukkan voltmeter akan berubah, misalnya
menjadi V2, maka hambatan dalam amperemeter itu adalah :
3. Mengubah batas Ukur Amperemeter dan Voltmeter
Alat-alat ukur mempunyai batas kemampuan pengukuran, begitu juga alat
pengukur arus (amperemeter) dan alat pengukur tegangan (voltmeter) ini. Angka
terbesar yang ada pada skala alat ukur itu adalah batas maksimum pengukur alat
tersebut.
Untuk mengubah batas ukur baik amperemeter maupun voltmeter perlu
tambahan hambatan. Pada amperemeter tambahan hambatan disusun paralel
(shunt) seperti yang terlihat pada gambar 4a, sedangkan pada voltmeter tambahan
hambatan disusun seri seperti yang terlihat pada gambar 4b.
Misalnya (gambar 4a) batas ukur amperemeter mula-mula adalah I dan kita
inginkan supaya batas ukur menjadi n x I, maka perlu diberi hambatan paralel
(shunt) sebesar :
Misalnya (gambar 4b) batas ukur voltmeter mula-mula adalah V dan kita
inginkan supaya batas ukur menjadi n x V, maka perlu diberi hambatan seri
(depan) sebesar :
C. ALAT DAN BAHAN
1. Amperemeter DC/milliamperemeter DC
2. Voltmeter DC/millivoltmeter DC
3. Sumber tegangan DC
4. Bangku hambat
5. Hambat geser
6. Penutup arus
7. Kabel-kabel
D. PROSEDUR EKSPERIMEN DAN SUSUNAN ALAT
Mengikuti semua petunjuk yang diberikan asisten. Meminjam alat-alat yang diperlukan.
Setiap rangkaian yang sudah disusun ditanyakan dahulu kepada asisten tentang
kebenarannya, sesuadah itu barulah switch S ditutup.
Hambat geser digunakan untuk mengatur besar arus dan tegangan.
Pencatatan hasil pengukuran dituliskan pada kertas yang sudah disediakan
dilembar kerja.
Menanyakan kepada asisten beberapa kali pengulangan suatu percobaan tertentu
itu.
1. Menyusun rangkaian seperti yang terlihat pada gambar 2a menutup switch S,
mengatur hambat geser. Mencatat kedudukan amperemeter (arus I) dan kedudukan
voltmeter (tegangan V). Mengulangi percobaan ini beberapa kali untuk harga-
harga arus I dan tegangan V yang berbeda, dengan cara menggeser hambatan
geser.
2. Menyusun rangkaian seperti yang terlihat pada gambar 2b, tetapi belum
dihubungkan dengan RB (dari bangku hambat), menutup switch S, mengatur
hambat geser. Mencatat kedudukan amperemeter (I1), sesudah itu menghubungkan
RB (tanpa mengubah yang lain), mencatat lagi kedudukan amperemeter (I2).
Mengukur dan mencatat harga hambatan bangku yang digunakan (RB).
Mengulangi percobaan ini beberapa kali dengan cara menggeser hambatan geser.
3. Menyusun rangkaian seperti yang terlihat pada gambar 3a, menutup switch S,
mengatur hambat geser. Mencatat kedudukan amperemeter (I) dan votlmeter (V).
Mengulangi percobaan ini beberapa kali untuk harga-harga I dan V yang berbeda,
dengan cara menggeser hambatan geser.
4. Menyusun rangkaian seperti yang terlihat pada gambar 3b, tetapi belum
dihubungkan dengan RB, menutup switch S, mengatur hambat geser. Mencatat
kedudukan voltmeter (V1), sesudah itu menyambungkan RB, mencatat lagi
kedudukan voltmeter (V2). Mengukur dan mencatat harga hambatan bangku yang
digunakan (RB). Mengulangi percobaan ini beberapa kali dengan cara menggeser
hambatan geser.
5. Mengambil hambatan yang besarnya belum diketahui (Rx). Mengganti hambatan
RB dengan Rx. Melakukan percobaan ini seperti percobaan V-4. Mengulangi
percobaan ini beberapa kali dengan cara menggeser hambatan geser.
E. DATA PENGAMATAN
1. Pengukuran Hambatan Dalam Amperemeter
a. Cara 1
No. V(Volt) I (ampere) RA (Ω)
1. 28 x 10-3
30 x 10-3
0,93 2. 30 x 10-3
33 x 10-3
0,90
3. 32 x 10-3
35 x 10-3
0,91
4. 34 x 10-3
37 x 10-3
0,91
5. 36 x 10-3
39 x 10-3
0,92
b. Cara 2
RB = 0,22 Ω
No. I1(ampere) I2 (ampere) RA (Ω)
1. 30 x 10-3
8 x 10-3
0,605
2. 33 x 10-3
8,5 x 10-3
0,63
3. 35 x 10-3
9 x 10-3
0,63
4. 37 x 10-3
10 x 10-3
0,59
5. 40 x 10-3
11 x 10-3
0,58
2. Pengukuran Hambat Dalam Voltmeter
a. Cara 1
No. I (ampere) V(Volt) RV (Ω)
1. 9 x 10-6
0,3 33333
2. 14 x 10-6
0,45 32142
3. 18 x 10-6
0,55 30555
4. 24 x 10-6
0,75 31250
5. 30 x 10-6
0,9 30000
b. Cara 2
RB = 47000Ω
No. V1(Volt) V2(Volt) RV (Ω)
1. 0,3 0,2 141000
2. 0,5 0,3 117500
3. 0,6 0,3 94000
4. 0,7 0,35 94000
5. 0,8 0,38 89532
3. Mengukur Hambatan RX
No. V1(Volt) V2(Volt) RX (Ω)
1. 0,3 0,25 5242,7
2. 0,5 0,4 6291
3. 0,7 0,55 6740
4. 0,8 0,65 5898
5. 1 0,8 6291,2
F. ANALISA DATA
1. Pengukuran Hambatan Dalam Voltmeter
A. Cara 1
No. V(Volt) I (ampere)
1. 28 x 10-3
30 x 10-3
2. 30 x 10-3
33 x 10-3
3. 32 x 10-3
35 x 10-3
4. 34 x 10-3
37 x 10-3
5. 36 x 10-3
39 x 10-3
̅̅̅
∑
NO (Ω) ( ̅̅̅ (Ω) ̅̅̅
( )
1 0,013592174 0,000184747
2 -0,010650251 0,000113428
3 -0,005455445 0,0000297619
4 -0,000822241 0,00000067608
5 0,003335763 0,0000111273
∑ 0,00033974
√∑ ̅̅̅
√
∑
̅̅̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 0,45%.
B. Cara 2
RB = 0,22 Ω
No. I1(ampere) I2 (ampere)
1. 30 x 10-3
8 x 10-3
2. 33 x 10-3
8,5 x 10-3
3. 35 x 10-3
9 x 10-3
4. 37 x 10-3
10 x 10-3
5. 40 x 10-3
11 x 10-3
̅̅̅
∑
NO (Ω) ( ̅̅̅ (Ω) ̅̅̅
( )
1 0,605 -0,004734641 0,0000224168
2 0,634117647 0,024383007 0,000594531
3 0,635555556 0,025820915 0,00066672
4 0,594 -0,015734641 0,000247579
5 0,58 -0,029734641 0,000884149
∑ 0,002415395
√∑ ̅̅̅
√
∑
̅̅̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 1,80 %.
2. Pengukuran Hambat Dalam Voltmeter
A. Cara 1
No. I (ampere) V(Volt)
1. 9 x 10-6
0,3
2. 14 x 10-6
0,45
3. 18 x 10-6
0,55
4. 24 x 10-6
0,75
5. 30 x 10-6
0,9
̅ ̅ ̅ ̅
∑
= 31456,34921 Ω
NO (Ω) ( ̅ ̅ ̅ ̅ (Ω) ̅ ̅ ̅ ̅
( )
1 1876,984127 3523069,413
2 686,5079365 471293,1469
3 -900,7936508 811429,2013
4 -206,3492063 42579,99496
5 -1456,349206 2120953,011
∑ 6969324,767
√∑ ̅ ̅ ̅ ̅
√
∑
̅ ̅ ̅ ̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 1,88 %.
B. Cara 2
RB = 47000Ω
No. V1(Volt) V2(Volt)
1. 0,3 0,2
2. 0,5 0,3
3. 0,6 0,3
4. 0,7 0,35
5. 0,8 0,38
̅̅̅
∑
NO (Ω) ( ̅ ̅ ̅ ̅ (Ω) ̅ ̅ ̅ ̅
( )
1 141000 33795,2381 1142118118
2 117500 10295,2381 105991927,4
3 94000 -13204,7619 174365737
4 94000 -13204,7619 174365737
5 89523,80952 -17680,95238 312616077,1
∑ 1909457596
√∑ ̅ ̅ ̅ ̅
√
∑
̅ ̅ ̅ ̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 9,1 %.
3. Mengukur Hambatan Rx
No. V1(Volt) V2(Volt)
1. 30 x 10-2
25 x 10-2
2. 50 x 10-2
40 x 10-2
3. 70 x 10-2
55 x 10-2
4. 80 x 10-2
65 x 10-2
5. 100 x 10-2
80 x 10-2
̅ ̅ ̅ ̅
̅ ̅̅ ̅
̅ ̅̅ ̅
̅ ̅ ̅ ̅
∑
NO (Ω) ( ̅ ̅ ̅ ̅ (Ω) ̅ ̅ ̅ ̅
( )
1 -1873,575728 3510286,007
2 437,442791 191356,1954
3 1427,879299 2038839,292
4 -429,1891534 184203,3294
5 437,442791 191356,1954
∑ 6116041,019
√∑ ̅ ̅ ̅ ̅
√
∑
̅ ̅ ̅ ̅
Jadi, dengan ralat relatif sebesar 4,12 %.
G. PEMBAHASAN
Berdasarkan praktikum amperemeter dan voltmeter arus searah (DC),
diperoleh 5 data: yaitu data kuat arus dan tegangan yang keduanya digunakan untuk
menentukan besarnya hambatan dalam amperemeter dan hambatan dalam votlmeter.
Pada percobaan ketiga yaitu mengukur hambatan RX dimana cara menyusun
atau merangkai alatnya seperti pada percobaan kedua dengan cara kedua, hanya RB
diganti dengan RX. Untuk mengetahui besarnya hambatan RX digunakan rumus
. Dari hasil analisis data diperoleh nilai hambatan dalam RX sebesar
dengan ralat relatif sebesar 4,12 %.
Adanya perbedaan nilai, baik hambatan dalam amperemeter, hambatan dalam
voltmeter, maupun hambatan RX dan analisis data, disebabkan oleh beberapa faktor:
1. Kurangnya ketelitian praktikan dalam merangkai alat yang digunakan saat
praktikum.
2. Kurangnya ketelitian praktikan dalam membaca skala alat ukur.
H. JAWABAN PERTANYAAN
1. Dengan melihat letak dari amperemeter pada gambar 1a dan voltmeter pada
gambar 1b masing-masing sebagai alat ukur melalui R dan tegangan ujung-ujung
R, maka bagaimana sebaiknya hambatan masing-masing pada kedua alat tersebut? Jawab:
Pada gambar 1a sebaiknya hambatan dipasang seri terhadap amperemeter
karena energi yang berasal dari baterai akan disalurkan pada amperemeter yang
berkutub positif dan juga ujung R yang berkutub positif, sama-sama akan keluar
menuju hambatan geser dan akan kembali ke baterai lagi. Selain itu berdasrkan
gambar 1a, jika amperemeter memiliki hambatan maka hambatan total akan
bertambah sesuai dengan rumus R total = R1 + R2. Dengan bertambahnya
hambatan maka arus akan semakin kecil sehingga arus yang terukur salah.
Sebaiknya hambatan amperemeter sangat kecil.
2. Dapatkah amperemeter berfungsi sebagai voltmeter. Jika dapat, bagaimana
rangkaiannya dan apakah syarat-syaratnya?
Jawab:
Amperemeter dapat berfungsi sebagai voltmeter. Caranya yaitu dengan
pengukuran secarra bersamaan kuat arus dan tegangan dengan amperemeter
berada di luar. Amperemeter disusun secara seri sedangkan voltmeter disusun
secara pararel . dengan rangkaiannya sebagai berikut:
Voltmeter mengukur tegangan ujung-ujung R tetapi amperemeter bukan
mengukur arus yang melalui R. Dengan syarat arus yang dimaksud melaui R, dan
amperemeter berada di dalam (berhubungan langsung dengan ujung-ujung R).
3. Turunkan persamaan (2) dan (4), sertakan juga syarat-syarat yang diperlukan serta
koreksi yang mungkin diberikan!
Jawab:
Untuk persamaan (2) :
I1 adalah arus sebelum dihubungkan dengan RB.
I2 adalah arus sesuadah dihubungkan dengan RB.
Untuk persamaan (4) :
Maka
I. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
Berdasarkan analisa data dan pembahasan, dapat disimpulkan bahwa
1) Untuk menentukan hambatan dalam amperemeter dapat digunakan 2 cara,
yaitu:
a. Cara pertama adalah pengukuran langsung dengan menggunakan
voltmeter dimana amperemeter dan voltmeter dipasang secara paralel.
b. Cara kedua adalah pengukuran bertahap dengan hambatan RB.
Untuk mengetahui nilai hambatan dalam amperemeter digunakan rumus
2) Untuk menentukan hambatan RX digunakan rumus
2. Saran
Sebelum melaksanakan percobaan, hendaknya mahasiswa mempelajari dan
memahami konsep dan prinsip dari bahan praktikum.
J. DAFTAR PUSTAKA
Tim fisika dasar. 2012. Modul Praktikum Fisika Untuk Kimia. Malang : Universitas
Negeri Malang.
Langganan:
Postingan (Atom)