Fisika Fix.docx

PERCOBAAN BANDUL SEDERHANA I.

Tujuan Adapun tujuan dari percobaan ini adalah agar siswa dapat menentukan nilai percepatan gravitasi (g) dengan ayunan bandul sederhana.

II.

Landasan Teori

Bandul sederhana adalah salah satu bentuk gerak harmonik sederhana. Gerak harmonik sederhana adalah benda bergerak bolak-balik disekitar titik keseimbangannya. Titik terjauh dari kesetimbangan yang disebut amplitudo (A). Sedangkan jarak benda yang bergetar dari titik kesetimbangan disebut simpangan (x), yang berubah secara periodik dalam besar dan arahnya. Kecepatan (V) dan percepatan (a) benda juga berubah dalam besar dan arah. Selama benda bergetar, ada kecenderungan untuk kembali ke posisi setimbang. Untuk itu ada gaya yang bekerja pada benda untuk mengembalikan benda ke posisi setimbang. Periode adalah selang waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran lengkap. Sedangkan kebalikan dari periode (1/periode) disebut frekuensi. Gaya (F) ini disebut gaya pemulih dan arahnya menuju posisi setimbang. Gerak bolak-balik benda m disebabkan pada benda m bekerja gaya pegas. Gaya pegas selalu sebanding dengan simpangan dan berlawanan arah dengan arah simpangan . Gaya yang besarnya sebanding dengan simpangan dan selalu berlawanan arah dengan arah simpangan (posisi) disebut sebagai gaya pemulihan. Gaya pemulihan menyebabkan benda bergerak bolak-balik disekitar titik keseimbangannya (gerak harmonik sederhana). Gaya pemulihan selalu berlawanan arah dengan arah posisi (arah gerak) benda. Bandul sederhana berupa benda dan tali sepanjang. Bila diberi simpangan kecil kemudian dilepaskan, akan bergerak bolakbalik disekitar titik keseimbangan. Untuk bandul sederhana dengan panjang tali diperoleh periode sehingga gravitasi dapat dihitung dengan persamaan :

g =

4π² T²

L

1

g = 4π² tan α ; tan α = Keterangan

ΔL T²

:

T : periode (detik) g : percepatan gravitasi bumi (ms-2) l : panjang tali bandul (m) T Ketika bandul matematis dengan panjang tali (l) , massa (m) digerakkan ke samping dari posisi kesetimbangannya dan dilepaskan maka bandul akan berayun dalam bidang vertikal karena pengaruh gaya gravitasi.

Gambar 1.1 gerak bandul sederhana Pada gambar 1.1 merupakan bandul sederhana yang terdiri dari tali dengan panjang L dan beban bermassa m, gaya yang bekerja pada beban adalah beratnya m.g dan tegangan T pada tali. Tegangan tali T disebabkan oleh komponen berat Fn = mg cos ϴ , sedangkan komponen mg sin ϴ bekerja untuk melawan simpangan. Mg sin ϴ inilah yang dinamakan gaya pemulihan (FT) , gaya pemulihan adalah gaya yang bekerja pada gerak harmonik yang selalu mengarah pada titik keseimbangan dan besarnya sebanding dengan simpangannya. Jika bandul tersebut berayun secara kontinu pada titik tetap (0) dengan gerakan melewati titik keseimbangan C sampai ke berbalik ke B’ dengan sudut simpangan ϴ0 relatif kecil, maka terjadi ayunan harmonis sederhana.

2

III.

Alat dan Bahan 1. Bandul ( 1 buah ) 2. Statip lengkap ( 1 buah ) 3. Dynamometer 4. Stopwatch ( 1 buah ) 5. Mistar ( 1 buah ) 6. Busur derajat ( 1 buah ) 7. Benang 8. Gunting

IV.

Langkah kerja 1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dalam praktikum. 2. Menimbang beban/bandul menggunakan dynamometer. 3. Mengikat bandul dengan benang kemudian benang dipotong dengan gunting. 4. Susun alat seperti gambar di bawah !

5. Catat panjang tali ( dalam m ) 6. Simpangkan bandul ke kiri atau ke kanan sehingga benang membentuk sudut 𝜃 (𝜃 < 10˚) terhadap titik kesetimbangan. Catat besar sudut 𝜃 ( dalam derajat ). 7. Lepaskan bandul, kemudian ukur waktu yang diperlukan bandul untuk 5 kali ayunan sebagai t5 ( dalam detik )! 8. Lakukan percobaan sebayak 5 kali, catat hasilnya pada sebuah tabel !

3

V.

Data Hasil Pengamatan Panjang tali ( L )

:

0,3 m

Berat beban ( w )

:

0,5 N

Sudut ( 𝜃 )

:

8˚

No. Percobaan

1.

VI.

1 2 3 4 5

Waktu untuk 5x ayunan ( detik ) 4.99 5.15 5.18 4.83 5.03

Pengamatan dan Pencarian Data  Pengamatan Pengamatan dilakukan dengan mengamati waktu yang digunakan bandul untuk berayun sebanyak 5 kali dalam 𝜃 < 10˚ denan panjan tali 30 cm yang dilakukan sebanyak 5 kali percobaan. 

Pada percobaan pertama, bandul ditarik ke kanan dengan membentuk sudut 8˚ , dilepaskan dan dibiarkan berayun sebanyak 5 kali. Waktu yang diperlukan untuk berayun selama 5 kali adalah 4,99 .



Pada percobaan kedua, bandul ditarik ke kanan dengan membentuk sudut 8˚ , dilepaskan dan dibiarkan berayun sebanyak 5 kali. Waktu yang diperlukan untuk berayun selama 5 kali adalah 5,15 detik.



Pada percobaan ketiga, bandul ditarik ke kanan dengan membentuk sudut 8˚ , dilepaskan dan dibiarkan berayun sebanyak 5 kali. Waktu yang diperlukan untuk berayun selama 5 kali adalah 5,18 detik.



Pada percobaan keempat, bandul ditarik ke kanan dengan membentuk sudut 8˚ , dilepaskan dan dibiarkan berayun sebanyak 5 kali. Waktu yang diperlukan untuk berayun selama 5 kali adalah 4,83 detik.



Dan yang terakhir, bandul ditarik ke kanan dengan membentuk sudut 8˚ , dilepaskan dan dibiarkan berayun sebanyak 5 kali. Waktu yang diperlukan untuk berayun selama 5 kali adalah 5,03.

4

 Pencarian Data Dari percobaan dan pengamatan data tersebut, dapat dicari data-data sebagai berikut : No. Periode T ( detik ) 1. 0.998 2. 1.03 3. 1.036 4. 0.966 5. 1.006



Mencari nilai periode dari tiap percobaan di atas : 𝑡

Data tersebut dapat dicari dengan menggunakan rumus T = 𝑛 1. Pada percobaan ke-1 T

𝑡

=𝑛 =

4. Pada percobaan ke-4 T

4,99

=

5

= 0,998 detik 2. Pada percobaan ke-2 T

𝑡

=𝑛 =

5

=1,03 detik

4,83 5

= 0,966 detik 5. Pada percobaan ke-5 T

5,15

𝑡

=𝑛

𝑡

=𝑛 =

5,3 5

=1,006 detik

3. Pada percobaan ke-3 T

𝑡

=𝑛 =

5,18 5

= 1,036 detik

5

VII.

Analisis Data dan Penghitungan Data Tugas dan Pertanyaan 1. Untuk sudut 𝜃 < 10 ˚ berlaku persamaan matematis sebagai berikut : 𝑙

T = 2π√𝑔 a) Dengan menganalisis gaya-gaya yang bekerja pada bandul, buktikan rumus tersebut ! b) Dari rumus diatas, tentukan rumus untuk menentukan nilai g ! 2. Hitung nilai g1 sampai g5 untuk setiap kegiatan pada langkah 3, hasilnya catat pada sebuah tabel ! 3. Hitung harga rata-rata g ( ḡ ) dengan menggunakan rumus ḡ =

∑ 𝑔1 𝑛

4. Tentukan kesalahan/ketidakpastian mutlak (absolute) pengukuran (Δg) dengan menggunakan rumus : 1

𝑛Ʃ𝑔2 –(Ʃ𝑔)2

𝑛

𝑛−1

Δg = √

5. Tuliskan hasil pengukuran nilai g dalam bentuk : g = ḡ ± Δg

Pembahasan 1. a) Berdasarkan gambar 1.1 , pada pergerakan bandul terdapat gaya : Ft = -mg sin 𝜃 ................................................(1) Tanda minus (-) pada persamaan (1) di atas menyatakan bahwa arah Ft selalu melawan perpindahan yang dalam hal ini x = CA. Berdasarkan hukum Ohm II Newton tentang gerak, maka persamaan gerak pada arah tangensial memenuhi persamaan : Ft = m.at .....................................................(2)

6

Dengan at adalah percepatan partikel pada arah tangensial. Selama partikel berpindah sepajang lingkaran berjari-jari L, maka berlaku : 𝑑2 𝜃

𝑑𝜔

at = 𝛼𝑙 = l( 𝑑𝑡 ) = l( 𝑑𝑡 2 )...................................(3) Dengan mensubstitusikan persamaan (3) ke (2) dan menyamakannya dengan persamaan (1), maka persamaan gerak partikel menjadi : 𝑑2 𝜃

ml 𝑑𝑡 2 = -mg sin 𝜃.......................................(4a) 𝑑2 𝜃

ml 𝑑𝑡 2 + mg sin 𝜃 = 0 ml

𝑑2 𝜃 𝑑𝑡2

𝑚𝑙 𝑑2 𝜃 𝑑𝑡 2

+

+ g l

mg sin 𝜃 𝑚𝑙

0

sin 𝜃 = 0...........................................(4b)

Agar bandul berayun secara kontinu, maka sudut simpangan 𝜃 harus sangat kecil relatif terhadap panjang tali L. Untuk 𝜃 kecil, maka sin 𝜃 ͌ 𝜃, sehingga persamaan (4b) menjadi : 𝑑2 𝜃 𝑑𝑡 2

+

g 𝑙

𝜃 = 0..................................................(5)

Persamaan diferensiasi (5) mewakili gerakan osilasi bandul harmonic sederhana (bandul otomatis) dengan frekuensi osilasi memenuhi persamaan : 𝑔

𝜔 = √ 𝑙 ........................................................(6) Dengan 𝜔 adalah kecepatan sudut bandul rad/s, L adalah panjang tali bandul (m), dan g adalah percepatan gravitasi bumi di tempat melakukan percobaan, yaitu di laboratorium fisika (m/s2). 𝜃 = 𝜃0 cos (𝜔𝑡 + 𝛼) ...............................(7) Yang merupakan penyelesaian diferensial.

7

Jika persamaan (6) dinyatakan dalam bentuk periode (T) osilai bandul sederhana tersebut dengan T =

2𝜋 𝜔

, maka diperoleh :

𝑙

T = 2𝜋√𝑔 ...............................................(8) Persamaan (8) menyatakan bahwa periode ayunan bandul sederhana hanya bergantung pada anjang tali dan percepatan gravitasi bumi di suatu tempat dan tidak bergantung pada massa bandul dan sudut simpangannya. Maka rumus tersebut terbukti berdasarkan gaya-gaya yang bekerja pada bandul. b) Dengan suatu pendekatan bahwa sudut simpangan relatif kecil terhadap panjang tali, maka dengan mengubah bentuk persamaan (8) didapat suatu persamaan

untuk

menentukan

nilai

percepatan

gravitasi

melalui

pengukuran periode ayunan (T) :

g=

4𝜋2 𝑇2

l

2. Tabel nilai g No.

No. Percobaan

T ( Detik )

g ( m/s2 )

1.

0,998

11,9

2.

1,03

11,1

3.

1,036

10,5

4.

0,966

12,67

5.

1,006

11,7

1.

Nilai g dapat dicari dengan rumus : 

g1 =

4𝜋 2 𝑇2



l

4(3,14)2

= (0,998)2 0,3 = 11,9 m/s

2

g2 = =

4𝜋 2 𝑇2

l

4(3,14)2 (1,03)2

0,3

= 11,1 m/s2

8



g3 =

4𝜋 2



l 𝑇2

g5 =

4𝜋 2 𝑇2

l

= (1,006)2 0,3 = 11,7 m/s2

= 10,5 m/s2 g4 =

𝑇2

4(3,14)2

4(3,14)2

= (1,036)2 0,3



4𝜋 2

l

4(3,14)2

= (0,966)2 0,3 = 12,67 m/s2 3. Nilai rata-rata g ( ḡ ) : ḡ

= = =

=

∑ 𝑔𝑖 𝑛 g1 + g2 + g3 + g4 + g5 5 11,9+11,1+10,5+12,67+11,7 5

57,87 5

= 11,574 m/s2 4. Kesalahan / ketidakpastian mutlak pengukuran Δg Data (1)

Dari kolom (1) diperoleh n = 5

Dihitung (2)

Dari kolom (2) diperoleh Ʃgi = 57,87

(3) 2

g ke-

gi

gi

1

11,9

141,61

2

11,1

123,21

3

10,5

110,25

4

12,67

160,5289

5

11,7

136,89

:

Dari kolom (3) diperoleh Ʃgi2 = 672,4889 ∑ 𝑔𝑖

ḡ

=

𝛥𝑔

=𝑛√

𝑛

=

1

57,87 5

= 11,574

𝑛Ʃ𝑔𝑖 2 –(Ʃ𝑔𝑖 )2 𝑛−1

1

5(672,4889) – (57,87)2

5

5−1

= √ 1

= 5 √3,368875 = 0,37 Ketidakpastian relatif =

𝛥𝑔 ḡ

x 100 %

0,37

= 11,574 x 100 % = 3,1 %

9

5. Hasil pengukuran nilai g : Menurut persamaan (1-5), ketidakpastian relatif 3,1 % berhak atas 3 angka. Jadi, hasil pengukuran harus dilaporkan dalam 3 angka, yaitu g

= ḡ ± Δg = (11,574 ± 0,37) m/s2 = (11,6 ± 0,4) m/s2

VIII.

Kesimpulan Dari pengamatan dan pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa : a. Untuk rumus

l

T=2π √g telah terbukti benar dengan analisis yang

dilakukan dan rumus untuk menentukan nilai g adalah g =

4𝜋2 𝑇2

l

b. Untuk menentukan nilai dari periode dan gravitasi yang dilkakukan selama lima kali hasilnya berbeda-beda untuk setiap percobaan, yaitu : Periode T (detik)

g (m/s2)

1

0,998

11,9

2

1,03

11,1

3

1,063

10,5

4

0,966

12,67

5

1,006

11,7

No

c. Hasil yang didapat dari menghitung harga rata-rata g (ḡ) dengan menggunakan rumus ḡ =

∑ 𝑔𝑖 𝑛

adalah 11,574 m/s2.

d. Kesalahan / ketidakpastian mutlak pengukuran (∆𝑔) yang didapatkan adalah sebesar 0,37. e. Hasil pengukuran nilai g dalam bentuk g = g ± ∆𝑔 adalah g = (11,6 ± 0,4) m/s2 . karena ketidakpastian relatifnya adalah 3,1 % jadi hanya berhak atas tiga angka.

10

IX.

Aplikasi dalam Kehidupan Sehari-hari Pengaplikasian gerak harmonik cukup banyak dalam kehidupan berupa alat bantu manusia. Berikut beberapa aplikasinya :



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.



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.



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.



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.



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.



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.

11

PERCOBAAN KUMPARAN INDUKSI I.

Tujuan Adapun tujuan dari percobaan ini adalah agar siswa dapat menyelidiki gejala gaya gerak listrik induksi pada sebuah kumparan.

II.

Landasan Teori Fluks magnet dapat didefinisikan sebagai banyaknya gaya garis magnet yang menembus permukaan bidang seluas A secara tegak lurus. Dari definisi tersebut, maka fluks magnetic dapat dirumuskan sebagai berikut : Φ m = B. dA

Dimana Φ adalah fluks magnetik , B adalah medan magnet dengan satuan Tesla dan A adalah luasan yang dibatasi oleh rangkaiannya dengan satuan m2. Satuan fluks itu sendiri adalah weber (Wb) Bila fluks magnetik jatuh pada suatu penghantar berbentuk kumparan, maka dalam penghantar akan timbul gaya gerak listrik yang disebut gaya gerak listrik induksi atau imbas. Perubahan fluks magnetik pada kumparan dapat diperoleh dengan cara menggerakkan magnet pada kumparan, sedangkan kumparan atau kawat dalam keadaan diam. Atau sebaliknya kumparan atau kawat yang bergerak, sedangkan magnet tetap diam. Jika suatu penghantar berbentuk kumparan dialiri listrik DC, maka dia berperilaku seperti magnet batang. Dalam rangkaian tertutup dengan sumber tegangan DC, nilai resistansi dari induktor hanyalah resistansi ohmik. Jika suatu kumparan dihubungkan dengan sumber arus DC, maka dalam rangkaian tertutup kumparan tersebut dapat batang,

berprilaku yang

seperti

magnet

sifatnya

adalah

Gambar 1. Kumparan dialiri arus DC 12

sementara, hanya jika ada arus yang lewat pada kumparan. Berdasarkan hukum Biot Savart, kawat lurus panjang dialiri arus listrik maka akan timbul induksi magnet di sekitar kawat tersebut. Kalau kawat lurus tersebut kita buat kumparan (Solenoid) bagaimana arah medan magnetnya? Kita lihat pada gambar berikut.

Gambar 2. Arah arus kumparan dan arah garis gaya magnet. Pada kumparan di atas arus dari atas keluar bidang menuju ke bawah masuk bidang. Sesuai dengan kaidah tangan kanan maka arah medan magnet mengumpul menjadi satu menuju ke arah kanan. Hal inilah yang menyebabkan kumparan bila dialiri arus DC seperti magnet batang. Hukum faraday yang menyatakan bahwa tegangan induksi memiliki kesebandingan dengan kecepatan induksi, luas induksi dan besar medan magnet maka dilakukan percobaan induksi elektromagnetik. Induksi elektromagnetik adalah besar arus listrik yang ditimbulkan oleh perubahan medan magnet (fluks magnet). Arus induksi adalah arus listrik yang dihasilkan induksi elektromagnetik dan gaya gerak listrik induksi (ggl induksi) adalah tegangan yang dihasilkan oleh arus induksi. Menurut hukum Lenz menjelaskan bahwa arus induksi yang dalam kumparan menghasilkan medan magnet yang berlawanan arah dengan medan magnet yang menghasilkan arus induksi tersebut. Dalam percobaan Faraday, menjelaskan bahwa menggerakan magnet keluar-masuk kumparan menyebabkan penyimpangan pada jarum galvanometer. Dalam hukumnya, besar ggl induksi yang timbul dalam suatu rangkain sama dengan laju

13

perubahan fluks magnet yang terjadi pada rangkaian tersebut, oleh karena itu ggl induksi berhubungan dengan laju perubahan fluks magnet. Ggl induksi dapat dihasilkan dengan cara : pertama menggerakan magnet keluar-masuk kumparan, kedua memutar magnet di depan kumparan, ketiga memutus-hubungkan arus listrik pada kumparan primer yang di dekatnya terdapat kumparan sekunder, keempat dengan mengalirkan arus listrik AC pada kumparan primer yang di dekatnya terdapat kumparan sekunder. Dalam pengamatan kali ini digunakan cara pertama dan keempat. Cara keempat merupakan prinsip dasar cara kerja transformator (selanjutnya disebut trafo). Dalam induksi elektromagnetik, ggl induksi dipengaruhi oleh perubahan lajur fluks magnet, oleh karena itu ggl induks juga dipengaruhi perubahan luas bidang kumparan, perubahan medan magnet, dan perubahan orientasi sudut kumparan terhadap medan magnet. Ggl induksi uga dipengaruhi oleh kawat yang bergerak dalam medan magnet (mengakibatkan perubahan luas bidang kumparan). Menghasilkan ggl induksi dengan cara mengalirkan arus listrik AC ke kumparan primer yang di dekatnya terdapat kumparan sekunder merupakan prinsip dasar kerja trafo. Trafo adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik arus AC. Komponen trafo terdiri atas kumparan primer, kumparan sekunder, dan inti besi. Cara kerja trafo adalah dengan cara mengalirkan arus listrik AC yang mempengaruhi perubahan arus listrik pada kumparan primer, maka fluks magnet pada kumparan sekunder juga berubah-ubah. Perubahan fluks magnet pada kumparan sekunder menghasilkan ggl induksi dan arus induksi. Selanjutnya terjadilah perpindahan daya dari kumparan primer ke kumparan sekunder tanpa ada kontak langsung. Trafo dibagi menjadi dua jenis, yaitu trafo step up dan step down, di mana trafo step up berfungsi sebagai penaik tegangan dan step down sebagai penurun tegangan.

14

III.

Alat dan Bahan 1. Kumparan 500 lilitan dan 1000 lilitan 2. Batang magnet Alnico 3. Papan rangkaian 4. Jembatan penghubung 5. Kabel penghubung ( merah dan hitam ) 6. Meter dasar

IV.

Langkah Kerja 1. Buat rangkaian seperti gambar ! magnet N = 500

V 1 V DC 2. Gerakan magnet keluar kumparan, selama gerakannya amati penyimpangan jarum volt meter. Catatlah hasil pengamatan ke dalam tabel. 3. Masukan kembali magnet ke dalam kumparan seperti semula. Catatlah hasil pengamatan ke dalam tabel. 4. Lakukan langkah 2 dan 3 dengan gerakan yang lebih cepat, Catatlah hasil pengamatan ke dalam tabel. 5. Ganti kumparan 500 lilitan dengan kumparan 1000 lilitan, kemudian lakukan langkah 2 s/d 4 dan catatlah hasilnya ke dalam tabel.

15

V.

Data Hasil Pengamatan Kumparan No.

500

1000

Gerak Magnet Keluar Lambat

Masuk

Cepat

Lambat

Kecil





Besar

Kecil



masuk

 

5. 

Besar

keluar

4.

masuk Keluar



7.

Keluar



masuk



8.

VI.

Cepat

Ke Kanan

keluar

3.

6.

Ke Kiri



1. 2.

Penyimpangan Volt Meter

masuk

Pengamatan dan Pencarian Data  Pengamatan Pengamatan dilakukan dengan mengamati pergerakan jarum volt meter pada saat gerakan magnet cepat atau lambat dan pengaruh jumlah lilitan pada kumparan. a. Percobaan pertama yaitu dengan kumparan 500 lilitan dan magnet digerakkan keluar secara lambat dan jarum volt meter sedikit bergerak ke ruas kiri. b. Percobaan kedua yaitu dengan kumparan 500 lilitan tetapi magnet digerakkan keluar secara cepat dan jarum volt meter bergerak banyak ke ruas kiri. c. Percobaan ketiga yaitu dengan kumparan 500 lilitan dan magnet digerakkan masuk secara lambat dan jarum volt meter sedikit bergerak ke ruas kanan. d. Percobaan keempat yaitu dengan kumparan 500 lilitan dan magnet digerakkan masuk secara cepat dan jarum volt meter banyak bergerak ke ruas kanan. e. Percobaan kelima yaitu dengan kumparan 1000 lilitan dan magnet digerakkan keluar secara lambat dan jarum volt meter sedikit bergerak ke ruas kiri.

16

f. Percobaan keenam yaitu dengan kumparan 1000 lilitan tetapi magnet digerakkan keluar secara cepat dan jarum volt meter bergerak banyak ke ruas kiri. g. Percobaan ketujuh yaitu dengan kumparan 1000 lilitan dan magnet digerakkan masuk secara lambat dan jarum volt meter sedikit bergerak ke ruas kanan. h. Percobaan kedelapan yaitu dengan kumparan 1000 lilitan dan magnet digerakkan masuk secara cepat dan jarum volt meter banyak bergerak ke ruas kanan.  Pencarian Data Kumparan No.

500

1000

Keluar Lambat

Masuk

Cepat

Lambat

Cepat

Kecil





Besar

Ke Kanan Kecil



masuk

 

5.

Besar

keluar

4.

masuk Keluar





Keluar



7.

masuk



8.

VII.

Ke Kiri

keluar

3.

6.

Penyimpangan Volt Meter



1. 2.

Gerak Magnet

masuk

Analisis Data dan Penghitungan Data Tugas dan Pertanyaan 1. Apa yang mempengaruhi besar simpangan pada jarum volt meter ? 2. Apa yang mempengaruhi arus induksi dalam kumparan ? Pembahasan 1. Apa yang mempengaruhi besar simpangan pada jarum voltmeter : Sesuai dengan hukum faraday besar ggl induksi dirumuskan sebagai berikut 𝜀 =

−𝑁 ∆Φ ∆𝑡

, berarti besar ggl induksi berbanding lurus

dengan fluks magnetik dan jumlah lilitan. Jadi jika jumlah lilitan dalam kumparan diperbanyak , jarum voltmeter akan menyimpang lebih jauh. Hal ini menunjukkan bahwa arus listrik induksi yang mengalir melalui 17

kumparan meningkat dan ggl induksi bertambah besar. Selain dengan memperbanyak jumlah lilitan, ggl induksi dapat bertambah lebih besar jika kecepatan magnet yang memasuki kumparan dipercepat karena telah kita ketahui melalui hasil pengamatan yang dilakukan pada percobaan menunjukkan bahwa semakin cepat magnet dimasukkan penyimpangan jarum semakin besar dan semakin lambat magnet dimasukkan atau dikeluarkan maka penyimpangan jarum akan semakin kecil. Jadi yang mempengaruhi simpangan jarum voltmeter adalah :  Banyaknya lilitan kumparan.  Kecepatan gerak keluar masuk magnet ke dalam kumparan.

2. Apa yang mempengaruhi arus induksi dalam kumparan : Ketika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya - gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garis- garis gaya

ini

menimbulkan

GGL

induksi

pada

ujung-ujung

kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum voltmeter. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan cara memerhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya. Pada

saat magnet masuk,

gaya

dalam

kumparan bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus

induksi

bersifat mengurangi garis gaya

magnet

itu. Ketika

garis

kutub

utara

batang digerakkan keluar dari dalam kumparan jumlah garis - garis gaya magnet yang

terdapat di dalam kumparan berkurang.

Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang di timbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakan jarum voltmeter. Sama halnya ketika magnet batang masuk ke kumparan. Pada saat magnet keluar garis gaya dalam kumparan berkurang. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat menambah garis gaya itu. Dengan demikian ujung kumparan itu merupakan kutub selatan. Ketika kutub utara magnet batang diam di dalam kumparan jumlah garis-garis

18

gaya magnet di dalam kumparan tidak terjadi perubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum voltmeter tidak bergerak. Jadi, GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan

terjadi perubahan

jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik). GGL yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan

disebut

GGL induksi.

Jadi yang mempengaruhi arus

induksi adalah garis-garis gaya magnet, banyaknya garis – garis gaya magnet tergantung pada jumlah lilitan dan fluks magnetic, sehingga arus induksi di dalam kumparan dipengaruhi oleh jumlah lilitan dan fluks magnetik.

VIII.

Kesimpulan Dari hasil percobaan yang dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 

Besar simpangan jarum pada volt meter disebabkan oleh cepat lambat kutub magnet digerakkan ke kumparan dan banyak lilitan pada kumparan.



Aruh induksi pada kumparan di pengaruhi oleh jumlah lilitan dan jumlah fluks.

IX.

Aplikasi dalam Kehidupan Sehari-hari 1. Transformator Transformator (trafo) adalah alat untuk memperbesar atau memperkecil tegangan listrik arus bolak-balik yang berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.Tranformator penurun tegangan " trafo step down, sedangkan transsformator penaik tegangan " trafao step up. Transformator pada dasarnya terdiri atas lilitan primer dan lilitan sekunder yang dihubungkan dengan menggunakan inti besi. Lilitan primer yang mendapat tegangan AC akan menginduksi inti besi hingga menjadi

19

magnet. Perubahan arah arus AC membuat medan magnet yang terbentuk berubah-ubah, sehingga menghasilkan tegangan AC pada ujung-ujung kumparan sekunder.

2. Generator Generator adalah alat yang digunakan untuk merubah energi gerak (kinetik) menjadi energi listrik. Energi gerak yang dimiliki generator dapat diperoleh dari berbagai sumber energi alternatif, misalnya dari energi angin, energi air, dan sebagainya. Generator dibedakan menjadi generator AC (Alternating Current) dan generator DC (Direct Current). Generator AC atau alternator dapat menghasilkan arus listrik bolak-balik dengan cara menggunakan cincin ganda, sedangkan generator DC dapat menghasilkan arus listrik searah dengan cara menggunakan komutator (cincin belah)

3. Dinamo AC-DC Dinamo adalah generator yang relatif kecil seperti yang digunakan pada sepeda. Cara kerja dinamo dan generator hampir sama, termasuk penggunaan satu cincin yang dibelah menjadi dua (komutator) pada dinamo DC dan cincin ganda pada dinamo AC. Perbedaan dinamo dengan generator terletak pada dua komponen utama dinamo, yaitu rotor (bagian yang bergerak) dan stator (bagian yang diam).

20

PERCOBAAN HUKUM OHM I.

Tujuan Adapun tujuan dari percobaan ini adalah : 1. Siswa dapat menggambarkan grafik hubungan antara kuat arus dengan tegangan penghantar. 2. Siswa dapat menemukan hubungan antara kuat arus dengan tegangan penghantar.

II.

Landasan Teori Untuk menghasilkan arus listrik dalam satu rangkaian diperlukan suatu beda potensial. Adalah George Simon Ohm (1787 – 1854) yang pertama kali secara eksperimen menunjukkan bahwa arus listrik dalam kawat logam (I) sebanding dengan beda potensial atau tegangan (V) yang diberikan pada kedua ujungnya. Secara tepat berapa besarnya arus yang mengalir dalam kawat tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang diberikan oleh kawat terhadap aliran elektron. Mengambil analogi dengan aliran air, dinding pipa, pinggir sungai dan batu di tengahnya memberikan hambatan terhadap aliran air. Hal yang serupa, elektron diperlambat oleh interaksi dengan atom dalam kawat. Hambatan yang lebih tinggi akan mengurangi arus listrik untuk suatu tegangan tertentu. Sehingga hambatan dapat didefinisikan sebagai suatu besaran yang berbanding terbalik dengan arus.

I=

𝑉 𝑅

Di mana R adalah hambatan dari kawat atau komponen elektronik lainnya, V adalah beda potensial yang melewati komponen dan I adalah arus yang mengalir melalui komponen tersebut. Persamaan dapat ditulis sebagai berikut : V = IR

Persamaan tersebut dikenal sebagai Hukum Ohm.

21

Banyak Fisikawan mengatakan bahwa persamaan V = IR bukanlah suatu hukum melainkan hanya definisi untuk hambatan. Jika kita menyatakan Hukum Ohm, cukup dengan mengatakan bahwa arus yang melalui konduktor logam sebanding dengan tegangan yang diberikan. Karenanya hambatan (R) dari suatu bahan atau komponen adalah konstan, tidak tergantung pada tegangan. Tetapi persamaan V = IR tidak berlaku umum untuk bahan dan komponen lain seperti diode, tabung vakum, transistor, dan lain-lain. Karenanya Hukum Ohm bukanlah hukum fundamental, tetapi merupakan deskripsi dari suatu kelompok material tertentu (konduktor logam).

III.

Alat dan Bahan 1. Sumber tegangan : (baterai / power supply) 2. Resistor (100 Ω) 3. Basic meter (berlaku sebagai Volt meter dan Ampere meter) 4. Jembatan penghubung 5. Kabel warna merah (+) dan kabel warna hitam (-) 6. Papan rangkaian 7. Saklar 1 kutub

IV.

Langkah Kerja 1. Susun rangkaian seperti pada gambar di bawah !

A V

2. Pasang sumber tegangan 2V ! 3. Ukurlah kuat arus yang mengalir dalam rangkaian ! 4. Pasang sumber tegangan 4V ! 5. Ukurlah kuat arus yang mengalir dalam rangkaian ! 6. Pasang sumber tegangan 6V !

22

7. Ukurlah kuat arus yang mengalir dalam rangkaian !

V.

VI.

Data Hasil Pengamatan No.

Voltage ( V )

Volt meter ( V )

Ampere meter ( A )

1.

2

20

18

2.

4

34

30

3.

6

52

48

Pengamatan dan Pencarian Data 

Pengamatan Pengamatan dilakukan dengan mengamati arah jarum pada voltmeter dan amperemeter pada saat voltage menunjukan angka 2 V, 4 V, dan 6 V. Pada saat voltage menunjukkan angka 2 V, voltmeter menunjukkan angka 20 pada skala batas ukur 100 dan amperemeter menunjukkan angka 18 pada skala batas ukur 100. Pada saat voltage menunjukkan angka 4 V, voltmeter menunjukkan angka 34 pada skala batas ukur 100 dan amperemeter menunjukkan angka 30 pada skala batas ukur 100. Pada saat voltage menunjukkan angka 6 V, voltmeter menunjukkan angka 52 pada skala batas ukur 100 dan amperemeter menunjukkan angka 48 pada skala batas ukur 100.



Pencarian Data Dari hasil pengamatan data diatas didapatkan data sebagai berikut :

Data yang dihasilkan dari batas ukur skala 100 pada amperemeter dan voltmeter : Voltage

Voltmeter

Amperemeter

2V

20

18

4V

34

30

6V

52

48

23

Untuk mencari nilai I dan V dapat dicari dengan menggunakan rumus : I atau V =

skala yang ditunjuk x batas ukur Skala maksimum

Dengan nilai : batas ukur untuk arus

= 0,1 A

batas ukur untuk tegangan

= 10 V

skala maksimum arus dan tegangan = 100 

Untuk nilai voltage 2 V I =

18 x 0,1 A 100



Untuk nilai voltage 6 V I

=

= 0,018A V =

20 x 10 V 100

𝐼

2

= 0,018 = 111,1



100

= 0,048 A V =

=2V 𝑉

48 x 0,1 A

52 x 10 V 100

= 5,2V 𝑉 𝐼

5,2

= 0,048 = 108,33

Untuk nilai voltage 4 V I

=

30 x 0,1 A 100

= 0,03 A V =

34 x 10 V 100

= 3,4 V 𝑉 𝐼

3,4

= 0,03 = 113,3

24

Basic meter

V

I

R

2V

2

0,018

111,1

4V

3,4

0,03

113,3

6V

5,2

0,048

108,33

Kesalahan tetap (mutlak) Dinyatakan dengan ∆x, sehingga hasil pengukuran dilaporkan :      Pada basicmeter antara gores panjang 0-20 terdapat 10 skala : Untuk 2V 

I

  =

0,018A

Skala terkecil =

1  0,018 A 9

1  0,002 A 2

= 0,001A I = (0,034 ± 0,001) A

= 0,002A  

1  0,002 A 2

= 0,001A



V = 3,4 V

Skala terkecil =

I = (0,018 ± 0,001) A

1  3,4V 17

= 0,2V 

V = 2V

 

Skala terkecil =

1  2V 10

= 0,2V  

1  0,2V 2

= 0,1V V = (2,000±0,100)V

= 0,1V V = (3,400 ± 0,100) V Untuk 6V: 

I = 0,048 A

Skala terkecil =

1  0,048 A 24

= 0,002A

Untuk 4V: 

1  0,2V 2

I = 0,03A

 

Skala terkecil =

1  0,03 A 15

= 0,002A

1  0,002 A 2

= 0,001A I = (0,048 ± 0,001) A

25



V = (5,200 ± 0,100) V

V = 5,2 V

Skala terkecil =

1  5,2V 26

= 0,2V

 

1  0,2V 2

= 0,1 V

Kesalahan relative Dinyatakan dengan :

  100% 

Untuk 2V 

= 3,3%

I = 0,018A (diketahui ∆x =



0,001A) KR =

V = 3,4V (diketahui ∆x= 0,1V) KR =

0,001A  100% 0,018 A

0,1V  100% 3,4V

= 2,9%

=5,5 % 

V = 2 V (diketahui ∆x = 0,1V) KR =

0,1V  100% 2V

Untuk 6V 

I = 0,048 A (diketahui ∆x= 0,001A)

= 5% KR= Untuk 4V 

I

0,001A  100% 0,048 A

= 2,08% = 0,03A

(diketahui ∆x= 0,001A) KR =

0,001A  100% 0,03 A



V = 5,2 ( diketahui ∆x= 0,1) KR =

0,1V  100% 5,2V

= 1,9%

26

VII.

Analisis Data dan Penghitungan Data Tugas dan Pertanyaan 1. Buatlah tabel data ! 2. Buatlah grafik hubungan antara tegangan ( V ) dan kuat arus ( I ) ! 3. Rumuskan persamaan hubungan antara tegangan ( V ) dan kuat arus ( I ) ! Pembahasan 1. Tabel Data : Voltage

V

I

𝑉 𝐼

R

2V

2

0,018

111,1

100

4V

3,4

0,03

113,3

100

6V

5,2

0,048

108,33

100

2. Grafik Data :

V(V)

5,2 3,4 2 0

0,018

0,03

0,048

I(A)

3. Dari percobaan di atas, bisa disimpulkan bahwa nilai hambatan berbanding terbalik dengan nilai kuat arusnya. Jika nilai hambatannya besar, maka nilai kuat arusnya akan kecil. Begitu juga sebaliknya, sedangkan kuat arus berbanding lurus dengan tegangan yang dapat dirumuskan sebagai :

R=

V 𝐼

27

VIII.

Kesimpulan Dari pengamatan dan pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa : 



Dari percobaan didapat data sebagai berikut : Voltage

V

I

𝑉 𝐼

R

2V

2

0,018

111,1

100

4V

3,4

0,03

113,3

100

6V

5,2

0,048

108,33

100

Dari percobaan di atas, bisa disimpulkan bahwa nilai hambatan berbanding terbalik dengan nilai kuat arusnya. Jika nilai hambatannya besar, maka nilai kuat arusnya akan kecil. Begitu juga sebaliknya, sedangkan kuat arus berbanding lurus dengan tegangan yang dapat dirumuskan sebagai :

R=

IX.

V 𝐼

Aplikasi dalam Kehidupan Sehari-hari Percobaan diatas merupakan arus listrik DC (Direct current) merupakan arus listrik searah. Pada awalnya aliran arus pada listrik DC dikatakan mengalir dari ujung positif menuju ujung negatif. Semakin kesini

pengamatan-pengamatan

yang

dilakukan

oleh

para

ahli

menunjukkan bahwa pada arus searah merupakan arus yang alirannya dari negatif (elektron) menuju kutub positif. Nah aliran-aliran ini menyebabkan timbulnya lubang-lubang bermuatan positif yang terlihat mengalir dari positif ke negatif.Listrik DC (direct current) biasanya digunakan oleh perangkat elektronika. Meskipun ada sebagian beban selain perangkat elektronika yang menggunakan arus DC (contohnya; Motor listrik DC) namun kebanyakan arus DC digunakan untuk keperluan beban elektronika. Beberapa beban elektronika yang menggunakan arus listrik DC diantaranya: Lampu LED (Light Emiting Diode), Komputer, Laptop, TV, Radio, dan masih banyak lagi. Selain itu listrik DC juga sering disimpan dalam suatu baterai, contohnya saja baterai yang digunakan

28

untuk menghidupkan jam dinding, mainan mobil-mobilan dan masih banyak lagi. Intinya kebanyakan perangkat yang menggunakan listrik DC merupakan beban perangkat elektronika.

29

PERCOBAAN HUBUNGAN ANTARA JARAK BENDA, JARAK BAYANGAN DENGAN FOKUS LENSA I.

Tujuan Adapun tujuan dari percobaan ini adalah untuk menyelidiki hubungan antara jarak benda ( sob ), jarak bayangan ( s’ob ), dan jarak titk api ( f ).

II.

Landasan Teori Titik fokus merupakan titik bayangan untuk benda pada jarak takhingga pada sumbu utama. Jarak titik fokus dari pusat lensa disebut jarak fokus, f. Lensa manapun yang lebih tebal di tengah daripada dit epinya akan membuat berkas-berkas paralel berkumpul ke satu titik, dan disebut lensa konvergen. Lensa yang lebih tipis di tengah daripada di sisinya disebut lensa divergen karena membut cahaya paralel menyebar. Diagram berkas. Menemukan bayangan dengan menelusuri berkas untuk lensa konvergen. Berkas-berkas meninggalkan setiap titik pada benda. Yang digambarkan adalah tiga berkas yang paling berguna, meninggalkan ujung benda, untuk menentukan di mana bayangan titik tersebut terbentuk. a) Berkas 1 berasal dari puncak benda paralel dengan sumbu utama, kemudian dibiaskan melalui titik fokus. b) Berkas 2 melewati F’ dengan demikian paralel dengan sumbu utama di luar lensa. c) Berkas 3 lurus melalui pusat lensa (dianggap sangan tipis). Ketika sebuah berkas cahaya mengenai sebuah permukaan bidang batas yang memisahkan dua medium berbeda, seperti misalnya permukaan udara kaca, energi cahaya tersebut dipantulkan dan memasuki medium kedua. Perubahan arah dari sinar yang ditranmisikan tersebut disebut pembiasan. Lensa adalah system optik yang dibatasi oleh dua permukaan bias yang mempunyai sumbu bersama. Titik pada sumbu lensa tempat dipusatkannya cahaya yang sejajar sumbu, ialah titik fokus lensa, F.

30

Sedang jarak dari fokus ke pusat lensa disebut jarak fokus atau panjang fokus. Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua permukaan dan minimal salah satu permukaannya itu merupakan bidang lengkung. Lensa tidak harus terbuat dari kaca yang penting ia merupakan benda bening (tembus cahaya) sehingga memungkinkan terjadinya pembiasan cahaya. Oleh karena lensa tipis merupakan bidang lengkung, ada baiknya sebelum kita membahas lensa tipis, kita bahas terlebih dahulu pembiasan pada bidang lengkung secara umum. Ketika sebuah berkas cahaya mengenai sebuah permukaan bidang batas yang memisahkan dua medium berbeda, seperti misalnya permukaan udara kaca, energi cahaya tersebut dipantulkan dan memasuki medium kedua. Perubahan arah dari sinar yang ditranmisikan tersebut disebut Pembiasan. Penurunan persamaan yang menghubungkan jarak bayangan dengan jarak benda dan panjang fokus lensa dapat menentukan posisi bayangan lebih cepat dan lebih akurat dibandingkan dengan penelusuran berkas. Ditentukan sebagai jarak benda, jarak benda dari pusat lensa, dan d1 sebagai jarak bayangan, jarak bayangan dari pusat lensa dan ditentukan h0 dan h1 sebagai panjang benda dan bayangan. Beberapa perjanjian tanda yang berlaku untuk lensa konvergen maupun divergen, dan untuk semua situasi, yaitu: A. Panjang fokus positif untuk lensa konvergen dan negatif untuk lensa divergen. B. Jarak benda positif jika berada di sisi lensa yang sama dengan datangnya cahaya (kasus umumnya seperti ini, walaupun jika lensa digunakan dengan kombinasi, mungkin tidak demikian) selain itu negatif. C. Jarak bayangan positif jika berada di sisi lensa yang berlawanan dengan arah datangnya cahaya; jka berada di sisi

31

yang sama, di negatif. Ekivalen, jarak bayangan positif untuk bayangan nyata dan negatif untuk bayangan maya. D. Tinggi bayangan, hi, positif jika bayangan tegak, dan negatif jika bayangan terbalik relatif terhadap benda. Dalil Esbach Seperti pada pemantulan cahaya, pada pembiasan cahaya juga digunakan dalil Esbach untuk membantu kita dalam menentukan posisi dan sifat-sifat bayangan yang dibentuk oleh lensa positif. Untuk lensa nomor ruang untuk benda dan nomor ruang untuk bayangan dibedakan. Nomor ruang untuk benda menggunakan angka Romawi (I, II, III, dan IV), sedangkan untuk ruang bayangan menggunakan angka (1, 2, 3 dan 4). untuk ruang benda, ruang I antara pusat optik dan F2, ruang II antara F2 dan 2F2 serta ruang III di sebelah kiri 2F2, sedangkan ruang IV benda (untuk benda maya) ada di belakang lensa. Untuk ruang bayangan, ruang 1 antara pusat optik dan F1, ruang 2 antara F1 dan 2F1 serta ruang 3 di sebelah kanan 2F1, sedangkan ruang 4 (untuk bayangan maya) ada di depan lensa. Sama seperti pada pemantulan cahaya pada cermin lengkung, posisi bayangan ditentukan dengan menjumlahkan nomor ruang benda dan nomor ruang bayangan, yakni harus sama dengan lima. Misalnya benda berada di ruang II, maka bayangan ada di ruang 3. Lengkapnya dalil Esbach untuk lensa dapat disimpulkan sebagai berikut : Jumlah nomor ruang benda dan nomor ruang bayangan sama dengan lima. Untuk setiap benda nyata dan tegak:  Semua bayangan yang terletak di belakang lensa bersifat nyata dan terbalik.  Semua bayangan yang terletak di depan lensa bersifat maya dan tegak.

32

Bila nomor ruang bayangan lebih besar dari nomor ruang benda, maka ukuran bayangan lebih besar dari bendanya dan sebaliknya. Jarak Fokus Lensa-lensa Fokus lensa (F) didefinisikan sebagai letak bayangan jika bendanya berada di titik tak hingga. Jarak fokus lensa (f) adalah jarak dari pusat optik ke titik fokus (F). Adapun perjanjian tanda seperti berikut ini : 

S = Benda bertanda positif (+) jika benda terletak di depan lensa (benda nyata).



S = Benda bertanda negatif (–) jika benda terletak di belakang lensa (benda maya).



S = Bayangan bertanda positif (+) jika bayangan terletak di belakang lensa bayangan nyata).



S = Bayangan bertanda negatif (–) jika benda terletak di depan lensa (bayangan maya).



f

= Jarak fokus bertanda positif (+) untuk lensa positif (lensa

cembung). 

f

=Jarak fokus bertanda negatif (–) untuk lensa negatif (lensa

cekung). 

R

=Jari-jari bertanda positif (+) untuk permukaan lensa yang

cembung. 

R =Jari-jari bertanda negatif (–) untuk permukaan lensa yang cekung.



R =Jari-jari tak terhingga untuk permukaan lensa yang datar. Perbesaran Bayangan Persamaan untuk menentukan perbesaran bayangan untuk lensa, yakni: M =

ℎ′ ℎ

=

𝑠′ 𝑠

s = jarak benda s' = jarak bayangan 33

h = tinggi benda h' = tinggi bayangan

Kuat Lensa Kuat lensa berkaitan dengan sifat konvergen (mengumpulkan berkas sinar) dan divergen (menyebarkan sinar) suatu lensa. Untuk Lensa positif, semakin kecil jarak fokus, semakin kuat kemampuan lensa itu untuk mengumpulkan berkas sinar. Untuk Lensa negatif, semakin kecil jarak fokus semakin kuat kemampuan lensa itu untuk menyebarkan berkas sinar. Oleh karenanya kuat lensa didefinisikan sebagai kebalikan dari jarak fokus, persamaan kuat lensa: 1

P =𝑓 Dengan

:

P = kuat lensa dalam satuan dioptri f = jarak fokus lensa dalam satuan meter Sinar cahaya dibiaskan pada permukaan lengkung, misalnya lensa, seperti halnya permukaan datar. Menurut hukum-hukum pembiasan cahaya. Walaupun begitu, tidak seperti pada permukaan datar, bayangan terbentuk. Ada dua jenis pokok lensa, yaitu lensa cekung dan cembung yang dapat berlaku sebagai lensa divergen atau lensa kovergen bergantung pada indeks bias lensa relatif terhadap medium sekitarnya. Untuk semua bagan bayangan yang dihasilkan oleh pembiasan, benda dianggap sebagai sumber cahaya, dan titik-titik tertentu , bersama dengan pengetahuan tentang sinar-sinar cahaya yang melalui titik-titik tersebut, digunakan untuk

mengambar

lintasan

sinar-sinar

bias.

Semua

lensa

yang

diperlihatkan dianggap sebagai lensa-lensa tipis (yaitu ketebalan lensa adalah kecil dibandingkan panjang fokusnya. Meskipun sinar cahaya

34

tersebut melentur, baik saat masuk maupun keluar, sinar digambarkan melentur sekali saja di garis vertikal yang melalui pusat optik lensa. Lensa adalah system optik yang dibatasi oleh dua permukaan bias yang mempunyai sumbu bersama.Titik pada sumbu lensa tempat dipusatkannya cahaya yang sejajar sumbu, ialah titik fokus lensa, F. Sedang jarak dari fokus ke pusat lensa disebut jarak fokus atau panjang fokus. Pusat optik O. Pusat lensa. Sinar cahaya yang melalui pusat optik tak berubah arah. Pusat kelengkungan . Pusat bola dimana permukaan lensa adalah bagian dari bola tersebut. Karena lensa mempunyai dua permukaan, terdapat dua pusat kelengkungan (C) selalu diberikan pada pusat kelengkungan pada sisi dimana sinar cahaya datang ( pusat kelengkungan lain adalah C’). Fokus utama atau titik fokus khusus di sumbu utama. Semua sinar yang bergerak sejajar dengan sumbu utama dibiaskan sedemikian sehingga mengumpul di fokus utama (lensa konvergen) atau seolah olah menyebar dari fokus utama (lensa divergen). Karena cahaya dapat memasuki lensa dari kedua sisi, ada dua fokus utama (lambang f) selalu diberikan untuk fokus utama dimana sinar mengumpul atau sinar seolah-olah menyebar dari fokus utama (fokus utama yang lain diberi simbol f’).

III.

Alat dan Bahan 

Meja optik



Rel presisi



Pemegang slide diafragma



Bola lampu 12 V, 18 W



Diafragma 1 celah



Tumpukan berjepit



Lensa f = 100mm bertangkai



Lensa f = 200mm bertangkai

35

IV.



Catu-daya



Kabel penghubung merah



Kabel penghubung biru



Tempat lampu bertangkai



Penyambung rel



Kaki rel



Mistar 30 cm

Langkah Kerja 

Persiapan Percobaan Setelah seluruh peralatan dipersiapkan sesuai daftar di atas, maka : a) Susunlah alat-alat yang diperlukan seperti Gambar 1, berurutan dari kiri, sumber cahaya, lensa f=100 mm, diafragma, lensa f=200 mm, meja optik/layar. b) Sebagai benda yang digunakan diafragma anak panah yang diterangi sumber cahaya. c) Sebagai layar penangkap bayangan digunakan meja optik yang diberdirikan seperti gambar 1. d) Potonglah kertas sehingga ukurannya kira-kira 2 cm lebih lebar dari lebar meja optik. e) Sisipkan kertas itu ke dalam meja optik seperti Gambar 1. f) Atur kesesuaian sumber cahaya dengan catu daya maupun sumber listriknya (PLN). g) Sambungkan rel presisi yang satu dengan rel presisi yang lain, agar diperoleh rel yang lebih panjang (penyambung tidak tergambar dalam Gambar 1).

Gambar 1

36



Langkah-Langkah Percobaan a) Aturlah agar jarak sumber cahaya ke lensa f = 100 mm sama dengan 10 cm. b) Atur jarak lensa (f=200 mm) dengan benda (diagram anak panah) 30 cm sebagai jarak benda (s). c) Geser-geser layar menjauhi atau mendekati lensa sehingga diperoleh bayangan yang jelas (tajam) pada layar. d) Ukur jarak layar ke lensa sebagai jarak bayangan (s’) dan catat ke dalam tabel. e) Ulangi langkah b sampai d untuk jarak benda seperti yang tertera dalam tabel. f) Lengkapilah isian tabel dengan hasil perhitungan yang berkaitan dengan data.

V.

Data Hasil Pengamatan 1)

Data hasil pengamatan

No.

s(cm)

1 𝑠

s’ (cm)

1 𝑠’

1 1 + 𝑠 𝑠′

1 𝑓

1.

30

1/30

40

1/40

1/30 + 1/40

7/120

2.

35

1/35

38

1/38

1/35 + 1/38

73/1330

3.

40

1/40

36

1/36

1/40 + 1/36

76/1440

4.

45

1/45

35

1/35

1/45 + 1/35

81/1620

5.

50

1/50

34

1/34

1/50 + 1/34

84/1700

Keterangan : 1. S = 30 cm, sifat bayangannya : nyata, terbalik, diperbesar. 2. S = 35 cm, sifat bayangannya : nyata, terbalik, diperbesar. 3. S = 40 cm, sifat bayangannya : nyata, terbalik, diperbesar. 4. S = 45 cm, sifat bayangannya : nyata, terbalik, diperbesar. 5. S = 50 cm, sifat bayangannya : nyata, terbalik, diperkecil.

37

VI.

Pengamatan Data 

Pengamatan Percobaan pertama untuk menentukan jarak bayangan, lensa f=200

mm diletakkan sejauh 30 cm yang merupakan jarak benda (s) dan di dapatkan jarak bayangan 40 cm. Percobaan kedua yaitu lensa f=200 cm diletakkan sejauh 35 cm dari benda(diafragma) dan jarak bayangan(s’) yang diperoleh sejauh 38 cm. Kemudian percobaan ketiga yaitu lensa f=200 cm diletakkan sejauh 40 cm sebagai s dan jarak bayangan yang diperoleh yaitu 36 cm. Percobaan keempat yaitu lensa f=200 cm diletakkan sejauh 45 cm diperoleh jarak bayangan sejauh 35 cm. Percobaan terakhir yaitu lensa f=200 cm diletakkan sejauh 50 cm dari benda dan jarak bayangan yang diperoleh yaitu sejauh 34 cm. Mengukur jarak bayangan itu sendiri yaitu dengan menggeser-geser layar sampai kemudian bayangan tampak jelas pada layar. Dari data yang diperoleh dari pengukuran jarak benda dan jarak bayangan tersebut maka dapat ditentukan jarak fokus yaitu dengan menggunakan rumus gauss,

1 1 1 = + 𝑓 𝑠 𝑠′

1. Pada jarak benda 30 cm dan jarak bayangan 63 cm, jarak fokusnya sebesar 20,49 cm. 2. Pada jarak benda 35 cm dan jarak bayangan 47 cm, jarak fokusnya sebesar 20,33 cm. 3. Pada jarak benda 40 cm dan jarak bayangan 41 cm, jarak fokusnya sebesar 20,41 cm. 4. Pada jarak benda 45 cm dan jarak bayangan 36 cm, jarak fokusnya sebesar 20,41 cm. 5. Pada jarak benda 50 cm dan jarak bayangan 33 cm, jarak fokusnya sebesar 19,88 cm.

38

VII.

Analisis Data dan Penghitungan Data Tugas dan Pertanyaan 1. Isikan data jarak benda (s) dan jarak bayangnnya (s’) serta penghitungan lainnya ke dalam tabel. 1

1

1

2. Adakah hubungan antara (𝑠 + 𝑠′) dengan 𝑓 . 1

1

3. Buatlah grafik hubungan 𝑠′ terhadap 𝑠 . Pembahasan 1.

Tabel data hasil pengamatan : No.

s(cm)

1 𝑠

s’ (cm)

1 𝑠’

1 1 + 𝑠 𝑠′

1 𝑓

1.

30

0,033

40

0,025

0,058

0,058

2.

35

0,028

38

0,026

0,054

0,054

3.

40

0,025

36

0,027

0,052

0,052

4.

45

0,022

35

0,028

0,050

0,050

5.

50

0,020

34

0,029

0,049

0,049

2. Dari data yang diperoleh tersebut dapat diketahui hubungan antara jarak benda(s), jarak bayangan(s’), dan jarak titik api(f). untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada table sebagai berikut. Hubungan antara jarak benda(s), jarak bayangan(s’), dan jarak titik fokus. No. 1. 2. 3. 4. 5.

s (cm) 30 35 40 45 50

s’ (cm) 40 38 36 35 34

1/f (cm) 0,058 0,054 0,052 0,050 0,049

Dari tabel diatas dapat kita lihat bahwa hubungan antara jarak benda(s) dan jarak bayangan(s’) berbanding terbalik artinya bahwa semakin besar atau semakin jauh jarak benda maka semakin kecil jarak bayangannya. Dan dari hubungan jarak benda(s), jarak

39

bayangan(s’), dan jarak fokus(f) dirumuskan dengan persamaan gauss yaitu :

1 𝑓

=

1 𝑠

1

+ 𝑠′

dari persamaan diatas bahwa jarak benda dan jarak bayangan berbanding lurus dengan jarak fokus. 3. grafik

VIII.

Kesimpulan

Hubungan antara jarak benda (S), jarak bayangan (S’), dan jarak titik api (f) dapat ditulis dengan persamaan gauss yaitu : Semakin jauh jarak benda, maka jarak bayangan semakin dekat terhadap lensa. Dalam menggunakan f+ 50 maupun f+100, dari percobaan 1 s.d 5 (1/S + 1/S’) menghasilkan nilai yang relatif sama besar walaupun dengan jarak yang berbeda. Berarti, besar 1/f tidak ditentukan oleh jarak benda maupun jarak bayangan.

IX.

Aplikasi dalam Kehidupan Sehari-Hari Ketika kamu berfoto dengan teman-temanmu menggunakan kamera mungkin kamu tidak menyadari sedang menggunakan alat optik. Sekarang, terdapat banyak jenis kamera, seperti kamera analog dan kamera digital. Meskipun jenis dan teknologinya beraneka macam, tetapi pada prinsipnya sama, yaitu menggunakan pembiasan dan pemantulan cahaya dengan cermin atau lensa. Berikut akan dibahas beberapa alat optik yang sering kamu temui dalam kehidupan sehari-hari.



Kamera Kamera merupakan salah satu alat optik yang besar manfaatnya. Dengan adanya kamera kamu dapat mengabadikan kejadian-kejadian penting dan bersejarah. Pernahkah kamu menggunakan kamera? Kamera terdiri atas tiga bagian utama, yaitu lensa, diafragma, dan film. Cara kerja kamera adalah sebagai berikut. Benda yang akan diambil gambarnya diletakkan di depan kamera. Cahaya yang berasal dari objek tersebut akan diterima oleh

40

lensa cembung dan akan dibiaskan sehingga membentuk bayangan nyata di film. Kedudukan lensa terhadap film dapat diubah-ubah. Hal ini dimaksudkan agar bayangan yang terbentuk jatuh tepat di atas film. Pada film, terdapat zat kimia yang peka terhadap cahaya. Cahaya gelap dan cahaya terang masing-masing akan meninggalkan jejak yang berbeda pada kamera. Dari film, gambar tersebut dapat dicuci dan dicetak. Jika diperhatikan, prinsip kerja antara kamera dan mata kita adalah sama. Mata kita menangkap bayangannya di retina yang akan diolah oleh otak melalui saraf, sedangkan pada kamera, bayangan yang ditangkap lensa dibentuk pada film. Telah kamu ketahui bahwa bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung bersifat nyata dan terbalik. Bayangan yang dibentuk pada film kamera bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil seperti ditunjukkan pada di bawah ini. 

Lup(KacaPembesar) Lup adalah alat optik yang menggunakan lensa cembung untuk melihat benda-benda kecil. Lup biasa digunakan untuk melihat nama-nama jalan di peta yang tercetak sangat kecil, melihat gambar di perangko, dan melihat komponen-komponen jam tangan yang kecil. Agar benda terlihat, maka benda diletakkan di antara titik pusat (O) dan titik fokus (F) sehingga terbentuk bayangan yang bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Saat bayangan terbentuk di titik dekat mata, maka mata berakomodasi maksimum. Jika ingin mengamati benda dengan lup tanpa berakomodasi, maka benda diletakkan tepat di titik fokus lensa sehingga yang masuk ke mata berupa sinar sejajar. Ini dikatakan mengamati dengan mata tidak berakomodasi. Sketsa pembentukan bayangan oleh lup ditunjukkan pada gambar berikut.



Mikroskop Pernahkah kamu bertanya-tanya bagaimana caranya para ilmuwan mengamati jasad renik? Para peneliti biasanya menggunakan mikroskop untuk melihat-benda-benda kecil yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Mikroskop terdiri atas dua buah lensa cembung yang berfungsi untuk memperbesar bayangan benda. Lensa ini dinamakan lensa objektif

41

dan lensa okuler. Lensa objektif adalah lensa yang diletakkan dekat dengan objek yang akan diamati, sedangkan lensa okuler adalah lensa yang diletakkan dekat mata. Jarak fokus lensa objektif lebih kecil dari jarak fokus lensa okuler (fob < fok). Benda yang diamati diletakkan di depan lensa objektif di antara Fobdan 2Fob. Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif bersifat nyata, terbalik dan diperbesar. Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif akan menjadi benda bagi lensa okuler. Bila diamati dengan mata berakomodasi, maka benda (bayangan dari lensa objektif) diletakkan di antara titik pusat lensa okuler (Ook) dan titik fokus okuler (Fok). Sedangkan jika diamati dengan mata tanpa berakomodasi, maka benda (bayangan dari lensa objektif) diletakkan di titik fokus lensa okuler(Fok). Bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Bayangan akhir yang dibentuk adalah maya, terbalik dan diperbesar. Bayangan ini dapat dilihat mata pengamat. Bayangan ini telah mengalami perbesaran beberapa kali lipat sehingga benda yang sangat kecil akan tampak besar. 

Teleskop(Teropong) Teropong merupakan alat optik yang digunakan sebagai alat untuk melihat benda yang letaknya jauh. Teropong dibedakan menjadi dua yaitu teropong bias (tersusun atas beberapa lensa) dan teropong pantul (tersusun atas beberapa cermin dan lensa). Teropong bias antara lain teropong bintang (astronomi), teropong bumi, dan teropong panggung (teropong Galileo). Teropong bintang digunakan untuk mengamati benda-benda langit. Bagaimana cara kerja teropong bintang? Cara kerja teropong bintang mirip dengan cara kerja mikroskop. Teropong ini terdiri atas dua buah lensa cembung yaitu lensa objektif dan lensa okuler. Lensa objektif digunakan untuk menangkap cahaya dari benda-benda yang jauh. Karena jaraknya jauh, benda dapat dianggap diletakkan di luar 2F. Dengan demikian bayangan yang dibentuknya adalah nyata, terbalik, dan diperkecil. Bayangan dari lensa objektif ini menjadi benda bagi lensa okuler. Oleh lensa okuler, bayangan ini dibiaskan lagi sehingga membentuk bayangan yang maya, tegak, dan diperbesar dan dapat dilihat

42

dengan mata. Dengan demikian benda-benda langit yang jaraknya jauh akan tampak dekat dan jelas jika dilihat menggunakan teropong bintang. Bayangan yang dihasilkan teropong bintang adalah terbalik. 

Periskop Apakah periskop itu? Periskop adalah alat optik yang digunakan pada kapal selam untuk melihat permukaan laut. Kapal selam perlu melihat keadaan permukaan laut sebelum kapal selam tersebut muncul mengapung di permukaan. Periskop terdiri atas dua buah lensa cembung dan dua buah prisma siku-siku sama kaki.

43

LAMPIRAN

Gambar 4. Percobaan hokum Ohm Gambar 1. Percobaan kumparan induksi

Gambar 2. Percobaan kumparan iduksi Gambar 5. Rangkaian listrik dalam perobaan hokum ohm pada tegangan 2 volt

Gambar 3. Percobaan alat optik Gambar 6. Rangkaian listrik dalam perobaan hokum ohm pada tegangan 4 volt

44

Gambar 7. Rangkaian listrik dalam perobaan

Gambar 8. Percobaan gaya gravitasi menggunakan

hokum ohm pada tegangan 6 volt

bandul sederhana

45

DAFTAR PUSTAKA 1) http://rahdy-blogger.blogspot.com/2012/06/jarak-bayangan.html 2) http://mafia.mafiaol.com/2012/12/hubungan-titik-fokus-jarak-benda-dan.html 3) https://asepgart.wordpress.com/2012/11/19/petunjuk-praktikum-fisika/ 4) http://mafia.mafiaol.com/2012/12/penerapan-induksi-elektromagnetik.html 5) http://mafia.mafiaol.com/2012/12/penerapan-cahaya-dan-alat-optik.html 6) https://slideshare.net/mobile/wakemran/02-hukum-ohm.html 7) https://es.pdfcoke.com/mobile/doc/99178739/percobaan-bandul-sederhana.html

46