344635444-bahan-ajar-gerak-harmonik-sederhana.docx

GERAK HARMONIK SEDERHANA Tujuan Pembelajaran 1.

2.

Peserta didik dapat enyebutkan contoh gerak harmonik sederhana melalui kegiatan mengamati peristiwa/fenomena dalam kehidupan sehari-hari. Peserta didik dapat menjelaskan pengertian gerak harmonik sederhana melaui pengamatan

3.

Peserta didik dapat menyebutkan jenis-jenis gerak harmonik sederhana melalui pengamatan

4.

Peserta didik dapat menjelaskan karakteristik gerak harmonic sederhana

PERTEMUAN I 1. CONTOH GERAK HARMONIK 2. PENGERTIAN GERAK HARMONIK SEDERHANA 3. JENIS-JENIS GERAK HARMONIK SEDERHANA 4. KARAKTERISIK GERAK HARMONIK SEDERHANA

Gambar 1: Contoh-contoh gerak harmonic sederhana dalam kehidupan sehari-hari

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

1

PETA KONSEP

GERAK HARMONIK SEDERHANA (GHS)

PENGERTIAN GERAK HARMONIK SEDERHANA DAN CONTOHNYA

Gerak bolak-balik benda melalui suatu titik keseimbangan tertentu CONTOHNYA: GETARAN PADA BANDUL DAN PEGAS

JENIS-JENIS GERAK HARMONIK SEDERHANA

1. GHS Linier, dan 2. GHS Angular.

SYARAT-SYARAT GERAK HARMONIK SEDERHANA

1. Gerakannya periodik (bolakbalik). 2. Gerakannya selalu melewati posisi keseimbangan. 3. Percepatan atau gaya yang bekerja pada benda sebanding dengan posisi/ simpangan benda. 4. Arah percepatan atau gaya yang bekerja pada benda selalu mengarah ke posisi keseimbangan.

A. PENGERTIAN GERAK HARMONIK SEDERHANA Pernahkan adik-adik mengamati jam bandul seperti pada gambar di samping? Bagaimana gerakkannya? Tentunya adik-adik

akan melihat bandul gerak berulang-ulang

dalam waktu yang sama dan melewati lintasan yang sama.

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

2

Nah, gerakan seperti ini dinamakan gerak periodik. Gerak periodik disebut juga gerak harmonic. Gerak harmonik sederhana adalah gerak bolak-balik benda melalui suatu titik keseimbangan tertentu dengan banyaknya getaran benda dalam setiap sekon selalu konstan. Contoh lain sistem yang melakukan gerak harmonik, antara lain, dawai pada alat musik, gelombang radio, arus listrik AC, dan denyut jantung. Galileo di duga telah mempergunakan denyut jantungnya untuk pengukuran waktu dalam pengamatan gerak. Benda yang melakukan gerak lurus berubah beraturan, mempunyai percepatan yang tetap, ini berarti pada benda senantiasa bekerja gaya yang tetap

baik

arahnya

maupun

besarnya.

Bila

gayanya

selalu

berubah-ubah,

percepatannyapun berubah-ubah pula. Jika gerak yang periodik ini bergerak bolak-balik melalui lintasan yang sama disebut Getaran atau Osilasi. Pengaplikasian gerak harmonik cukup banyak dalam kehidupan berupa alat bantu manusia. Berikut beberapa aplikasinya : 1. Shock Absorber (pegas) Peredam kejut pada mobil memiliki komponen pegas yang terhubung pada piston dan dipasangkan dekat roda kendaraan. Hal ini membantu untuk mengendalikan atau meredam guncangan pada roda.

Gambar 1. Shock Absorber (Pegas) Sumber : http://www.softilmu.com

2. Jam bandul Karena tidak menggunakan baterai, jam bandul bekerja dengan memanfaatkan tenaga gravitasi atau pegas. Baik jam pegas atau jam rantai memiliki mekanisme pemutar dan terdapat roda gigi yang berputar dan menggerakkan jarum jam seperti halnya bandul yang bergerak kekiri dan kekanan.

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

3

Gambar 2. Jam Bandul Sumber : http://www.softilmu.com

3. Pita elastis Berkalu seperti pegasmirip dengan sistem massa pegas. Keduanya akan bergetar dari titik setimbangnya hingga gaya gesekan mengeluarkan daya redam. Strukturkaret membuatnya memiliki energi potensial elastis yang tinggi sehingga dapat diaplikasikan ke penggunaan kabel bugee jumping.

Gambar 3. Pita Elastis Sumber : http://www.softilmu.com

4. Trampolin Bahan trampolin merupakan pegas yang tingkat elastisitasnya tinggi. Ditarik dari posisi setimbang,pegas mendapatkan energi potensial elastisnya. Energi ini pula yang mendorong seseorang memantul kembali ke atas.

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

4

Gambar 4. Trampolin Sumber : http://www.softilmu.com

5. Garpu tala Perbedaan ukuran garpu tala menyebabkannya menghasilkan titinada yang berbeda pula. Makin besar massa garpu tala semakin rendah frekuensi osilasi dan makin rendah pula nada yang dihasilkan.

Gambar 5. Garpu Tala Sumber : http://www.softilmu.com

6. Jam mekanik Pada roda keseimbangan dari suatu jam mekanik memiliki komponen pegas yang akan memberikan suatu torsi pemulih yang sebanding dengan perpindahan sudut dan posisi kesetimbangan. Gerak ini merupakan gerak harmonik sederhana jenis angular.

Gambar 6. Jam Mekanik Sumber : http://www.softilmu.com

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

5

B. JENIS-JENIS GERAK HARMONIK SEDERHANA Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu : 1) Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, pergerakannya ada pada satu garis lurus vertikal maupun horizintal. Misalnya penghisap dalam silinder gas, gerak osilasi air raksa / air dalam pipa U, gerak horizontal / vertikal dari pegas (pegas pada mobil), dan sebagainya.

Gambar 7: Contoh Gerak Harmonik Sederhana Linier Sumber : https://id.wikipedia.org/wiki/Gerak_harmonik_sederhana 2) Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Angular, pergerakannya mengayun membentuk

pola setengah lingkaran ataupun bisa saja perputaran. Misalnya gerak bandul/ bandul fisis(bandul jam), osilasi ayunan torsi, dan sebagainya.

Gambar 2: Contoh Gerak Harmonik Sederhana Angular

Gambar 7: Contoh Gerak Harmonik Sederhana Angular Sumber : https://id.wikipedia.org/wiki/Gerak_harmonik_sederhana

C. Karakteristik suatu gerak dikatakan sebagai gerak harmonik

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

6

Karakteristik suatu gerak dikatakan sebagai gerak harmonik, antara lain: 1. Gerakannya periodik (bolak-balik). 2. Gerakannya selalu melewati posisi keseimbangan. 3. Percepatan atau gaya yang bekerja pada benda sebanding dengan posisi/ simpangan benda. 4. Arah percepatan atau gaya yang bekerja pada benda selalu mengarah ke posisi keseimbangan.

GERAK HARMONIK SEDERHANA Tujan Pembelajaran 5. Menjelaskan pengertian simpangan dan amplitude pada gerak harmonik sederhana 6. Menjelaskan pengertian periode dan frekuensi pada gerak harmonik sederhana

PERTEMUAN II 1. SIMPANGAN DAN AMPLITUDIO 2. PERIODE DAN FREKUENSI 3. PERIODE DAN FREKUENSI PADA AYUNAN BANDUL

7. Menghitung besar simpangan dan PERIODE DAN FREKUENSI amplitudo pada ayunan bandul FISIKA 4. GERAK HARMONIK SEDERHANA SMA KELAS X PADA PEGAS 7 sederhana dan pegas melalui percobaan SEMESTER 2 8. Menghitung besar periode dan frekuensi pada ayunan bandul sederhana dan

PETA besaran

KONS EP

BANDUL SEDERHANA Contohnya

PERIODA (T) FREKUENSI (f)

Dipengaruhi: Panjang Tali

SIMPANGAN (x) AMPLITUDO (A)

GERAK

GERAK HARMONIK SEDERHANA HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

8

PERIODA (T) PEGAS besaran FREKUENSI (f)

Dipengaruhi: Massa

SIMPANGAN (x) AMPLITUDO (A)

D. Besaran pada Gerak Harmonis 1. Periode (T)

Benda yang bergerak harmonis sederhana pada ayunan memiliki periode. Periode (T) adalah waktu yang diperlukan benda untuk melakukan satu getaran. Benda dikatakanmelakukan satu getaran jika benda bergerak dari titik di mana benda tersebut mulai bergerak dan kembali lagi ke titik tersebut.Satuan periode adalahsekon atau detik (s). 2. Frekuensi (f)

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

9

Frekuensi adalah banyaknya getaran yang dilakukan oleh benda selama satu detik, yang dimaksudkan dengan getaran di sini adalah getaran lengkap. Satuan frekuensi adalah Hertz (Hz). 3. Amplitudo

Amplitudo adalah perpindahan maksimum dari titik kesetimbangan.Satuan amplitudo adalah meter (m). 4. Simpangan Simpangan adalah jarak massa dari titik setimbang pada setiap saat. Jika arahnya merupakan vertikal maka dilambangkan dengan huruf Y, dan apabila ia horizontal maka lambangnnya adalah X.Satuan dari simpangan adalah meter (m). E. PERIODA DAN FREKUENSI 1. Perioda dan Frekuensi pada Bandul

Mari kita mulai pembahasan mengenai getaran dengan ayunan sederhana yang melakukan gerak bolakbalik. Ayunan sederhana sering disebut dengan bandul. Ayunan yang terdiri atas beban yang diikat pada benang disimpangkan dengan sudut θ tertentu sehingga ayunan tersebut melakukan gerakan bolak-balik sepanjang busur AC. Perhatikan gambar 3.1!

.

Gambar 8. menunjukkan gerakan bolak-balik ayunan melalui titik A, B, dan C http://asyiiiik.blogspot.co.id/2014/01/kdpf.html

Gerakan yang terjadi pada ayunan disebut getaran. Getaran merupakan gerakan bolakbalik secara periodik melalui titik kesetimbangan. Satu getaran lengkap adalah gerakan bolak-balik dari A ke C dan kembali lagi ke A. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran lengkap disebut periode. Sedangkan banyaknya getaran atau gerak bolakbalik yang dapat dilakukan dalam waktu satu detik disebut frekuensi. Frekuensi yang

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

10

ditimbulkan oleh ayunan tidak dipengaruhi gaya dari luar. Frekuensi yang demikian disebut frekuensi alamiah. Perhatikan gambar berikut!

Gambar 9. menunjukkan gerakan bolak-balik ayunan melalui titik A, B, dan C http://asyiiiik.blogspot.co.id/2014/01/kdpf.html

Selang waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran dinamakan periode (T), dan banyaknya getaran setiap detik disebut frekuensi (f). Hubungan antara periode dan frekuensi dinyatakan oleh persamaan:

√

1 L T = =2 π f g Contoh soal 1 Sebuah ayunan bandul sederhana memiliki panjang tali 64 cm, massa beban 0,1 kg. Saat beban diberi simpangan 10ᴼ dan dilepaskan, terjadi getaran selaras ( g = 10 Hitunglah ayunan tersebut! Periode dan m/s2). frekuensi bandulperiode sederhana tidakbenda bergantung pada massa dan simpangan bandul, tetapi Solusi hanya bergantung pada panjang tali dan percepatan gravitasi setempat. Diketahui: l = 64 cm =0,64 m m = 0,1 kg 2 g = 10 m/s2 Ditanya: T ? Jawab: Perioda getaranya (T)

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2 b. Frekuensi Getarannya (f)

FISIKA SMA KELAS X

11

2. Perioda dan Frekuensi pada pegas

Gerak harmonik merupakan proyeksi gerak melingkar beraturan pada salah satu sumbu utama. Besaran besaran yang sangat terkait dengan getaran pegas adalah periode dan frekuensi. Frekuensi adalah jumlah getaran dalam 1 detik sedangkan periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk satu kali getaran. Periode dan frekuensi pada pegas dapat ditentukan karena besarnya gaya pemulih yang dialami benda akan sama dengan gaya sentrifugal. Gaya pemulih

F=-ky

Gaya sentrifugal

F = m a = m (- w2 y) -k y = m (- w2 y) k = m ( 2  f )2

√

1 k GERAK HARMONIK SEDERHANA f= 2π m SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X π T =2

√

m k

12

karena f =

Jadi, Periode dan frekuensi sistem beban

Ket :

T F m k

maka

pegas hanya bergantung pada massa dan

= periode (s) = frekuensi (Hz) = massa beban (kg) = konstanta pegas (N/m)

konstanta gaya pegas.

Contoh soal 2

Sebuah pegas dengan tetapan gaya pegas sebesar 50 N/m dengan massa beban sebesar 50 gr. Dari keadaan setimbangannya pegas ditarik dengan gaya 2N. Tentukanlah periode dan frekuensi getarannya? Diketahui: m = 50 gr = 0,05 kg k = 50 N/m F =2N Ditanya: T dan f ? Jawab: a. Perioda getaranya (T)

b. Frekuensi Getarannya (f)

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

13

SOAL LATIHAN 1

1. Sebuah ayunan sederhana dibuat dari seutas tali sepanjang 40 cm. Ayunan diberi beban 20 gr. Beban tersebut disimpangkan sejauh 5 cm. Apabila percepatan gravitasi bumi sebesar 10 m/s 2. Hitunglah: a. Perioda ayunan sederhana GERAK HARMONIK SEDERHANA b. Kecepatan maksimum ayunan sederhana. SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

14

Diketahui:

Ditanya : Jawan:

RANGKUMAN 1.

Gerak harmonik sederhana adalah gerak bolak-balik benda melalui suatu titik keseimbangan tertentu dengan banyaknya getaran benda dalam setiap sekon selalu

GERAK HARMONIK SEDERHANA FISIKA SMA KELAS X konstan. Contoh : Shock Absorber (Pegas), Jam Bandul, Pita Elastis, Trampolin, SEMESTER 2 Garpu Tala, Jam Mekanik. 2.

Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 jenis, Gerak Harmonik

15

DAFTAR REFERENSI Joko Sumarno. 2009. Fisika 2 untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional. Sri Handayani. 2009. Fisika SMA kelas XI. Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional. https://id.wikipedia.org/wiki/Gerak_harmonik_sederhana

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

16

http://www.softilmu.com/2015/11/Pengertian-Jenis-Besaran-Rumus-Simpangan-Energi-AplikasiContoh-GERAK-HARMONIK-SEDERHANA-Adalah.html http://www.gardapengetahuan.xyz/2016/07/syarat-suatu-gerak-dikatakan-getaran.html# http://asyiiiik.blogspot.co.id/2014/01/kdpf.html

GERAK HARMONIK SEDERHANA SEMESTER 2

FISIKA SMA KELAS X

17