Percobaan 4 Revisi.docx

LAPORAN LENGKAP PRAKTIKUM MEKANIKA II PERCOBAAN IV AYUNAN PUNTIR

Di Ajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mengikuti Ujian Praktikum Mekanika Analitik Laboratorium Pengembangan Jurusan Pendidikan Fisika

OLEH KELOMPOK 4 USMA SIU SITI ASTIA RAHMA NINDY MEGA PUTRI SITI NUR FATIN LA KARDINA

LABORATORIUM JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2018

AYUNAN PUNTIR

A. PENDAHULUAN 1. Latar belakang Fisika merupakan sains atau ilmu pengetahuan paling fundamental karena merupakan dasar dari semua bidang sains (Tipler, 1998). Beberapa teori yang digunakan secara keseluruhan dalam fisika, bukan di satu bidang saja. Setiap teori ini diyakini benar adanya, Contohnya, teori mekanika klasik dapat menjelaskan pergerakan benda dengan tepat, asalkan benda ini lebih besar daripada atom dan bergerak dengan kecepatan jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya. Menurut Agustinus ( 2013 ) gerak harmonik sederhana adalah gerak bolak balik benda melalui titik kesetimbangan tertentu dengan banyaknya getaran dalam setiap sekon selalu konstan, beberapa contoh gerak harmonik sederhana seperti ayunan bandul, ayunan puntir, dan pegas. Ayunan puntir merupakan sebuah bandul puntir yang terdiri dari benda yang digantung dengan kawat yang di sangkutkan pada titik tetap. Bila di puntir hingga sudut θ , kawat akan mengerjakan suatu torka yang menyebabkan benda berosilasi, karena adanya gaya pemulih. Menurut kamaludin (2013) dalam jurnalnya yang Berjudul Studi Efective Torsi Konstan dan Konstanta untuk Berbagai Jenis Tali diperoleh hasil penelitian yang menyatakan bahwa

bahwa setiap jenis

yang

dibandingkan dengan alat vibration-meter memiliki kecenderung nilai yang berbeda, sehingga disimpulkan dapat digunakan sebagai metode

alternatif dalam mengetahui simpangan getaran pada poros yang

tali

berputar atau berosilasi untuk menentukan konstanta tali. Penelitian dilakukan dengan menggunakan berbagai jenis tali dengan pengaruh gaya yang berikan untuk melihat kapasitas tali dalam menggantung beban serta pengaruh konstanta puntir pada tali yang digunakan. Dari penelitian inilah perlu adanya penjelasan yang lebih lanjut lagi agar pemahaman kita lebih baik mengenai ayunan puntir ini. Berkaitan dengan masalah tersebut, maka dilakukan percobaan ayunan puntir. ini bisa mengatasi masalah tersebut walaupun jenis bahan sangat sederhana dan bisa digunakan untuk melihat konstanta puntir dan modulus geser pada bahan yang digunakan. Dari percobaan ayunan puntir kita dapat

memahami bahwa setiap tali atau bahan memiliki kapasitas

konstanta dan modulus puntir

yang berbeda beda. Faktor yang

mempengaruhi besar konstanta puntir dan modulus geser pada tali atau bahan. 2. Tujuan Percobaan Tujuan percobaan ayunan puntir adalah untuk menentukan Konstanta puntir  dan modulus geser M dari kawat logam.

B. LANDASAN TEORI Gerak harmonik sederhana adalah gerak bolak balik benda melalui titik kesetimbangan tertentu dengan banyaknya getaran dalam setiap sekon selalu konstan. Bila suatu benda bergerak bolak balik terhadap suatu titik tertentu, maka benda tersebut dinamakan bergetar. Pada gerak harmonik sederhana terjadi beberapa gaya, salah satunya adalah gaya pemulih, gaya pemulih ini selalu melawan perubahan posisi benda agar kembali ke titik setimbang. Karena itulah terjadi gerak harmonik ( Agustinus, 2013 ). Persamaan gerak harmonik sederhana disusun oleh empat variabel yaitu amplitudo , frekuensi sudut , dan pergeseran horizontal dan vertikal, gerak harmonik sederhana memiliki persamaan

Y  A sin( 2  t ) .............................................(4.1) Berdasarkan pada variabel ampiltudo, frekuensi sudut dan pergeseran horizontal dan vertikal. Contoh dari gerak harmonik sederhana adalah benda yang osilasi pada ujung plat, dimana gerak suatu benda bermassa yang diikat pada titik tengah piringan. Jika suatu sistem berosilasi disekitar posisi setimbangnya maka akan bekerja gaya pemulih, sehingga kembali ke posisi setimbangnya ( Susilo, 2012 ).

Gambar 4.1. Rangkaian Ayunan Puntir Ayunan puntir adalah sebuah bandul puntir yang terdiri dari benda yang digantung dengan kawat yang di sangkutkan pada titik tetap. Bila di puntir hingga sudut θ , kawat akan mengerjakan suatu torka pemulih yang sebanding dengan θ ( berdasarkan Gambar 4.1)

  k ..............................................................................( 4.2 ) Konstanta kesetimbangan k disebut konstanta puntir , nilai konstanta yang di cari dengan menerapkan torka yang akan memuntir kawat , dan melukis simpangan sudut θ yang terjadi. Jika momen inersia benda terhadap benda dan terhadap sumbu sepanjang kawat. Hukum II Newton untuk gerak rotasi

d 2t   k  I 2 ...............................................................( 4.3 ) dt Atau

d 2 k      2 d ..............................................................(4.4) dt I

Persamaan (4.3) dan (4.4) menjelaskan gerak harmonik sederhana dengan frekuensi sudut, periode gerak sudut T  2

I ...............................................................................( 4.5) k

Gerak bandul puntir merupakan salah satu aplikasi gerak harmonik sederhana, sepanjang torka pemulih berbanding lurus dengan sudut puntiran (Tippler,1998). C. METODE PRAKTIKUM 1. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ayunan puntir dapat di lihat pada Tabel 4.1 berikut. Tabel 4.1 Alat dan Bahan Percobaan Ayunan Puntir No Alat dan Bahan Fungsi 1 Mistar Untuk mengukur panjang kawat atau tali 2 Stopwatch Untuk menghitung waktu osilasi 3 Plat atau piringan Untuk objek pengamatan 4 Mikrometer sekrup Untuk mengukur diameter tali senar dan kawat tembaga 5 1 set statif Untuk menggantung piringan kayu 6 Tali senar gitar Sebagai objek puntiran dan menggantung piringan 7 Kawat tembaga Sebagai objek puntiran dan menggantung piringan 8 Busur derajat Untuk mengukur simpangan pada piringan kayu 9 Neraca analitik Untuk mengukur massa piringan kayu

2. Prosedur Kerja Prosedur kerja pada percobaan ayunan puntir adalah sebagai berikut. a. Menyiapkan alat dan bahan percobaan ayunan puntir. b. Merangkai statif untuk membantu peragaan eksperimen agar dapat menggantungkan ayunan puntir. c. Mengukur diameter tali senar gitar dan kawat tembaga. d. Menggantungkan piringan pejal sesuai dengan panjang kawat tembaga yang diamati, sesuai pada Gambar 4.2 berikut.

Gambar 4.2. Rangkaian Ayunan Puntir e. Memutar benda atau piringan pejal dengan sudut 20o, kemudian dilepas sehingga berosilasi dengan panjang kawat tembaga 0,3 m. Mencatat waktu yang di perlukan untuk 5 kali osilasi. f. Mengulangi langkah d sampai e dengan panjang tali senar gitar 0,2m dan 0,1m. g. Mengulangi langkah d sampai e dengan panjang kawat tembaga 0,2m dan 0,1m h. Mengukur diameter piringan pejal dan massa piringan.

D. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil a. Data pengamatan Data pengamatan pada percobaan ayunan puntir terdapat pada Tabel 4.2. berikut. Tabel 4.2 Data Pengamatan Percobaan Ayunan Puntir No Jenis Tali θo l (m) D (m) t1(s) t2(s) 1

Senar Gitar

2

20

0,3 0,2 0,1 0,3 0,2 0,1

0,0021

Kawat 20 0,00945 Tembaga Keterangan : Jari jari piringan kayu : 0,05 m Massa piringan kayu : 103 gr = 0,103 kg

57 49,96 36,05 12,77 10,43 08,73

56,94 46,96 36,05 13,12 10,91 8,63

t (s) 56,98 48,135 36,71 12,945 10,92 08,705

b. Analisis data 1). Tali Senar a). Menentukan Momen Inersia Piringan Kayu

1 2 mr 2 1 I  0,103.(0,05) 2 2 I  0,0012875kgm2

I

b). Menentukan Periode secara Praktek untuk l = 0,3 m

t n 56,98 T 5 T  11,396 Sekon

T

n 5

5

Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 4.3. berikut. Tabel 4.3. Data Analisis Penentuan Periode secara Praktek. No 1

Jenis Tali Senar Gitar

l(m) 0,2 0,1

t (s) 48,135 36,71

n (kali) 5 5

T(s) 9,627 7,342

c). Menentukan Konstanta Puntir untuk l = 0,3 m

4 2 I T2 4(3,14) 2 (0,00012875)  (11,396) 2 0,005077694  129,823236



  3,911237 x 10 5 kgm2 / s 2 Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 4.4. berikut. Tabel 4.4 Data Analisis Penentuan Konstanta Puntir No

Jenis Tali

l (m)

I (kgm2)

t (s)

 (kgm2/s2)

1

Senar Gitar

0,2 0,1

0,0012875 0,0012875

0,627 7,342

0,00005478789 0,00009419715

d). Menentukan Periode secara Teori

T  2

I



T  2(3,14)

0,00012875 0,0004456463

T  2(3,14)(1,81433113)

T  11,3939 sekon

Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada

Tabel

4.5 berikut. Tabel 4.5 Data Analisis Penentuan Periode secara Teori No 1

Jenis Tali Senar Gitar

l (m) 0,2 0,1

I (Kgm2) 0,00012875 0,00012875

 (Kgm2/s2)

5,478784 x 10-5 9,419715 x 10-5

T (s) 9,62698 7,342

e). Menentukan Modulus Geser Piringan Kayu untuk l = 0,3 m

M 

 2 r 4

M 

0,0004456463.2.0,3 3,14(0,05) 4

M 

2,3151598 x 10 5 1,9625 x 10 5

M  1,1982665 kg / ms 2 Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat di lihat pada Tabel. 4.6 berikut. Tabel 4.6 Data Analisis Modulus Geser Piringan Kayu No 1

Jenis tali Senar Gitar

l (m) 0,2 0,1

r (m) 0,05 0,05

 ( kgm2/s2 ) -5

5,478784 x 10 9,419715 x 10-5

f). Menentukan Modulus Geser pada Tali Senar untuk l = 0,3 m

M 

 2 r 4

M 

0,000445463 x 2 x 0,3 3,14(0,105) 4

M 

2,3151598 x 10 5 0,0003816689

M ,06148633 kg / ms 2

M ( kg/ms2 ) 1,11669605 0,95997096

Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 4.7 berikut. Tabel 4.7 Data Analisis Penentuan Modulus Geser Tali Senar No 1

Jenis tali Senar Gitar

l (m) 0,2 0,1

r (m) 0,105 0,105

 ( kgm2/s2 )

-5

5,478784 x 10 9,419715 x 10-5

M ( kg/ms2 ) 0,5697144 0,0436066

2). Kawat Tembaga a) Menentukan Momen Inersia Piringan Kayu

1 2 mr 2 1 I  0,103.(0,05) 2 2 I  0,0012875 kgm2

I

b). Menentukan Periode secara Praktek untuk l = 0,3 m t n 12,945 T 5 T  2,589 sekon T

Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat di lihat pada Tabel. 4.8 berikut. Tabel 4.8 Data Analisis Penentuan Periode secara praktek No Jenis Tali l (m) n (kali) T (s) t (s) 1

Kawat Tembaga

0,2 0,1

10,92 8,705

5 5

2,194 1,741

c). Menentukan Konstanta Puntir untuk l = 0,3 m

4 2 I  2 T 4(3,14) 2 (0,0012875)  (2,589) 2 0,005077694  6,702921

  0,0007575345 kgm2 / s 2 Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat di lihat pada Tabel. 4.9 berikut. Tabel 4.9 Data Analisis Penentuan Konstanta Puntir No 1

l (m) 0,2 0,1

Jenis Tali Kawat Tembaga

I ( kgm2/s2) 0,0012875 0,0012875

t (s) 10,92 8,705

 (kg/ms2)

0,001064538 0,001675209

d). Menentukan Periode secara Teori T  2 T  2

I

 0,0012875 0,00003911237

T  2 ( 0,41226116 ) T  2(3,14)( 0,41226116 ) T  2,589008 s

Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 4.10 berikut. Tabel 4.10 Data Analisis Penentuan Periode secara Teori No 1

Jenis tali Kawat Tembaga

l (m) 0,2 0,1

I (kgm2/s2) 0,00012875 0,00012875

 (kgm2/s2)

0,001064538 0,001675209

T (s) 21,6975898 17,0721938

e). Menentukan Modulus Geser Piringan Kayu untuk l = 0,3 m

M 

 2 r 4

0,0007575345 x 2 x 0,3 3,14(0,05) 4 0,0004545207 M  0,000019625

M 

M  23,1602904 kg / ms 2 Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 4.11 berikut. Tabel 4.11 Data Analisis Penentun Modulus Geser Piringan Kayu  (kgm2/s2) l (m) r (m) T (s) No Jenis tali Kawat 0,2 0,05 0,001064538 21,6975898 1 Tembaga

0,1

0,05

0,001675209

17,0721938

f). Menentukan Modulus Geser Pada Kawat Tembaga

M 

 2 r 4

0,0007575345x 2 x 0,3 3,14(0,04725) 4 0,0004545207 M  4,984335 x 10 6 M 

M  91,1697749 kg / ms 2 Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 4.12 berikut. Tabel 4.12 Data Analisis penentuan Modulus Geser Kawat Tembaga  ( kgm2/s2 ) No Jenis Tali r (m) M ( kg/ms2 ) l (m) 1 Kawat 0,2 0,04725 0,00069538 85,4306944 Tembaga 0,1 0,04725 0,001675209 67,221408

2. Pembahasan Gerak harmonik sederhana adalah gerak bolak balik melalui titik kesetimbangan yang bergerak bolak balik terhadap suatu titik tertentu, terdapat beberapa komponen dalam gerak harmonik sederhana seperti ampitudo, frekuensi sudut, dan priode. Salah satu contoh gerak harmonik sederhana yaitu ayunan puntir atau bandul puntir yang sterdiri, dari benda yang digantung dengan kawat yang disangkut pada titik tetap sehingga kawat mengerjakan gaya pemulih. Dalam ayunan puntir dikenal konstanta puntir dan modulus geser. Konstanta puntir adalah tetapan harga suatu benda yang memuntir sampai batas elastisitasnya dan modulus geser adalah beda panjang suatu benda sebelum dan sesudah memuntir. Berdasarkan data pengamatan dalam percobaan ayunan puntir di beri dua perlakuan pada tali senar dan tembaga, dapat dilihat bahwa semakin pendek tali yang digunakan, maka waktu yang digunakan untuk berosilasi semakin cepat. Dari hasil percobaan ayunan puntir diperoleh nilai momen inersia yang sama untuk piringan kayu sebesar 0,00012875 kgm2. Untuk perlakuan pada tali senar berdasarkan hasil analisis data diperoleh nilai periode pada tali senar secara praktek, untuk periode yang diperoleh semakin panjang tali yang digunakan maka periode osilasinya akan semakin lama. Untuk periode secara teori diperoleh nilai yang sama dengan periode secara praktek. Dari analisis data diperoleh nilai untuk konstanta puntir pada tali senar panjang tali yang divariasikan memiliki nilai 3,91327 x 10 -5 kgm2/s2, 5,478784 x 10 -5 kgm2/s2,

dan 9,419715 x 10

-5

kgm2/s2, yang telah memiliki ketetapan kapasitas

masing-masing. Adapun modulus geser pada tali senar dengan panjang tali yang di variasikan diperoleh nilai yaitu 0,06148633 kg/ms2, 0,5697144 kg/ms2 dan 0,436066 kg/ms2, modulus geser dipengaruhi oleh panjang tali, jika semakin pendek tali, semakin kecil modulus geser. Perlakuan kedua, untuk kawat tembaga berdasarkan analisis data yang diperoleh nilai periode pada kawat tembaga secara praktek. Untuk periode yang diperoleh , semakin panjang tali yang digunakan maka periode osilasinya semakin lama. Untuk periode secara teori sama nilai yang dihasilkan dengan analisis data yang diperoleh secara praktek. Dari analisis data yang diperoleh untuk untuk nilai konstanta puntir nilai panjang kawat tembaga yang di variasikan, diperoleh nilai konstanta puntir adalah 0,0007575345

kgm2/s2,0,000064538

kgm2/s2,

0,001675209

kgm2/s2.

Adapun modulus geser pada tembaga masing masing dengan panjang kawat tembaga yang di variasikan, diperoleh nilai yaitu 91,1697749 kg/ms2, 85,4306944 kg/ms2, 67,2214408 kg/ms2, modulus geser dipengaruhi panjang kawat tembaga , jika semakin pendek tembaga maka semakin rendah modulus geser yang diperoleh. Berdasarkan data tersebut dapat dikatakan bahwa hubungan atau pengaruh periode dengan panjang kawat, terhadap konstanta puntir yaitu semakin besar

periode osilasi maka konstanta puntirnya akan semakin

kecil, dalam hal ini periode osilasi berbanding terbalik dengan konstanta puntir. Adapun pengaruh panjang tali dan periode pada modulus geser yaitu

semakin panjang tali maka modulus gesernya akan semakin besar, karena panjang tali berbanding lurus dengan modulus geser. Dan

pengaruh

konstanta puntir terhadap modulus geser yaitu semakin besar konstanta puntir maka akan semakin besar modulus gesernya, maka konstanta puntir dan modulus geser berbanding lurus.

E. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan Kesimpulan yang diperoleh pada percobaan ayunan puntir yaitu, dapat di simpulkan bahwa menentukan komstanta puntir k dari tali senar dan tembaga dengan cara membandingkan periode dengan konstanta puntir, dimana semakin besar periode maka semakin kecil konstanta puntirnya. Dan untuk menentukan modulus geser M dari senar dan tembaga yaitu dengan cara membandingkan konstanta dengan panjang tali, dimana modulus geser berbanding lurus dengan konstanta puntir maka modulus gesernya akan semakin besar. 2. Saran Saran yang dapat saya sampaikan pada percobaan ayunan puntir adalah sebagai berikut. a. Untuk praktikan, agar lebih teliti dan berhati-hati saat melakukan praktikum. b. Untuk asisten, cara menjelaskan kepada praktikan harus lebih ditingkatkan lagi. Dengan cara memberi permasalahan mengenai percobaan yang akan dilakukan yang dapat dianalisis oleh praktikan dan di perjelas pemecahan masalahnya oleh asisten. c. Untuk laboratorium, agar mengganti alat-alat yang rusak.

DAFTAR PUSTAKA Agustinus, Purba. dkk. 2013. Rancangan Bangun Alat Pengayun Bayi Dengan Sensor Suara dan Kelembaman. E jurnal Teknik Elektro dan Komputer Susilo, Anto. dkk. 2012. Simulasi Gerak Harmonik Sederhana dan Osilasi Teredam pada Cassy-E S24000. Indonesian Jurnal Of Applied Physics. Vol 2. No 2 Tippler. Paul. A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Erlangga ; Jakarta.