LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR MODUL 6 PIPA U

Transkripsi

1 LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR MODUL 6 PIPA U Nama : Nova Nurfauziawati NPM : Tanggal / jam : 18 November 2010 / WIB Asisten : Dicky Maulana JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN JATINANGOR 2010

2 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam kehidupan sehari-hari kita sering tidak menyadari banyak penerapan-penerapan Gerak Harmonik Sederhana, seperti sistem pegas yang digunakan pada tempat tidur yang dimaksudkan agar tempat tidur terasa nyaman, sistem bandul pada ayunan di taman kanak-kanak dan sebagainya. Gerak harmonik sederhana yang selanjutnya disingkat GHS adalah gerak bolak-balik suatu benda di sekitar titik keseimbangan. Gerak Harmonik Sederhana mempunyai persamaan gerak dalam bentuk sinusoidal dan digunakan untuk menganalisis suatu gerak periodik tertentu. Gerak periodik adalah gerak berulang atau berosilasi melalui titik setimbang dalam interval waktu tetap. Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu : Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, misalnya penghisap dalam silinder gas, gerak osilasi air raksa/air dalam pipa U, gerak horizontal/vertikal dari pegas, dan sebagainya. Sementara, Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Angular, misalnya gerak bandul/bandul fisis, osilasi ayunan torsi, dan sebagainya. Dalam kehidupan sehari-hari kita tentu pernah melihat tukang bangunan yang sedang bekerja. Banyak sekali alat-alat yang digunakan tukang bangunan saat membuat sebuah rumah, gedung atau bangunan lainnya. Salah satu alat yang sering digunakan adalah waterpas. Waterpas berguna untuk mengetahui datar atau tidak suatu bangunan. Alat tersebut menggunakan hukum bejana berhubungan seperti halnya pipa U. Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana berbentuk huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat cair di kedua pipa mempunyai tinggi yang sama dan cairan dalam pipa U (air) bergerak dalam selang waktu tertentu dan menghasilkan suatu gerak harmonis. Jika zat cair dalam pipa U diletakkan pada posisi yang tidak sama tinggi lalu dilepaskan, maka zat cair dalam pipa U akan melakukan gerak harmonik sederhana, gerak naik turun di sekitar kedudukan seimbang. Suatu

3 benda melakukan gerak bolak-balik terhadap suatu titik tertentu, maka gerak benda itu dikatakan bergetar dan menyebabkan adanya periode yaitu waktu yang diperlukan untuk melakukan getaran. Selain itu, apabila rumus persamaan dari periode tersebut kita utak-atik sedikit atau kita turunkan, maka diperoleh suatu persamaan baru untuk menentukan percepatan gravitasi. Dengan demikian, sangat jelaslah bahwa untuk banyak bidang ilmu fisika, pengetahuan mengenai gerak harmonik khususnya gerak osilasi ini amat penting untuk dipelajari. 1.2 Tujuan Menentukan percepatan gravitasi dengan menggunakan osilasi cairan yang berada pada pipa U.

4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pipa U Pada modulus pipa U kali ini termasuk gerak harmonis sederhana linier. Gerak harmonis sederhana ini tidak menghasilkan sudut dalam gerak osilasinya. Berdasarkan teori atom modern, orang menduga bahwa molekulmolekul benda padat bergetar dengan gerak yang hampir harmonik terhadap posisi kisi-kisi tetapnya, walaupun gerak molekul-molekul itu tentunya tidak dapat kita lihat secara langsung. Gambar 2.1 pipa U dalam keadaan horizontal Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana berbentuk huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat cair di kedua pipa mempunyai tinggi yang sama, berarti mengikuti hukum bejana berhubungan. Alat yang digunakan oleh para tukang bangunan untuk mendapatkan sifat datar juga menggunakan hukum bejana berhubungan. Alat tersebut dinamakan water pas. Gejala-gejala dalam kehidupan sehari-hari yang pemanfaatannya menggunakan hukum bejana berhubungan akan bermanfaat sekali untuk mendapatkan sifat datar. Bunyi hukum bejana berhubungan yaitu : Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama, dalam keadaan setimbang, permukaan zat cair dalam bejanabejana itu terletak pada sebuh bidang mendatar. Para tukang bangunan juga sering menggunakan prinsip hukum bejana berhubungan ini untuk mengukur ketinggian dua tempat yang berbeda letaknya dengan cara menggunakan selang bening yang berisi air. Tinggi air di kedua bagian ujung selang selalu sama.

5 Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika terdapat pipa kapiler di salah satu bejana, dan tidak berlaku pula jika diisi dengan lebih dari satu jenis zat cair yang berbeda. Pada pipa U bila dari salah satu mulut pipa U dituangkan zat cair yang berbeda (massa jenisnya berbeda dengan massa jenis zat cair yang sudah ada di dalam pipa). Tekanan pada kedua permukaan zat cair di kedua mulut pipa U selalu sama, yaitu merupakan tekanan hidrostatis. Jika pipa U diisi dengan dua zat cair yang tidak bercampur, tinggi permukaan zat cair pada kedua mulut pipa berbeda. Hubungan antara massa jenis dan tinggi zat cair dalam pipa U adalah sebagai berikut: Misalkan, massa jenis zat cair pertama adalah ρ 1 dan massa jenis zat cair kedua adalah ρ 2. Dari titik pertemuan kedua zat cair, kita buat garis mendatar yang memotong kedua kaki pipa U. Misalkan, tinggi permukaan zat cair pertama dari garis adalah h 1 dan tinggi permukaan zat cair kedua dari garis adalah h 2. Zat cair pertama setinggi h 1 melakukan tekanan yang sama besar dengan tekanan zat cair kedua setinggi h 2. P 1 = P 2 Dengan menggunakan persamaan di atas, maka diperoleh : ρ 1 g h 1 = ρ 2 g h 2, ρ 1 h 1 = ρ 2 h 2 Gambar 2.2 Pipa U yang berisi cairan Sebuah tabung berbentuk U diisi air sampai ketinggian tertentu. Kemudian air disebelah kanan ditekan kebawah hingga turun setinggi x, lalu dilepas sedemikian, sehingga air bergerak harmonik sedehana. Jika luas permukaan tabung A dan massa air seluruhnya m, maka besar perioda gerak harmonik ini adalah sebagai berikut.

6 Gaya pemulih adalah gaya berat air di kolom sebelah kiri setinggi 2x yang mendorong air bergerak ke sebelah kanan, besarnya adalah F = -mg = -ρvg = -ρa(2x)g = -(2ρAg) x Sesuai dengan persaman gaya pemulih bahwa F = -k x, maka diperoleh: k = 2ρAg Massa total cairan : m = ρv = ρa(2l) = 2ρAl Periode gerak harmonik adalah atau T = 2π m k T = 2π 2ρAl 2ρAg sehingga periode getaran memenuhi hubungan : T = 2π l g Dengan: T = perioda (sekon) l = panjang kolom zat cair (m) g = percepatan gravitasi (ms -2 ) 2.2 Hukum Pascal Hukum Pascal berbunyi Tekanan yang diberikan kepada zat cair oleh gaya dari luar akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata.pada kegiatan menggunakan pompa Pascal, Kamu dapat membuktikan kebenaran hukum Pascal dalam tekanan yang diberikan kepada zat cair akan diteruskan. Pancaran air akan keluar pada setiap lubang dan kekuatan pancaran tersebut sama rata ke segala arah. Hukum Pascal tidak hanya berlaku pada zat cair saja tetapi berlaku pula pada zat gas. Zat cair dan zat gas keduanya sering disebut dengan fluida.alat-alat teknik yang bekerjanya berdasarkan hukum Pascal antara lain; dongkrak hidrolik, kempa/alat pengepres hidrolik, rem hidrolik, pompa hidrolik, alat pengangkat mobil di tempat-tempat cucian mobil atau di bengkel, dan berbagai alat yang lain.

7 2.3 Paradoks Hidrostatis Semua bejana yang mempunyai luas dasar (A) yang sama dan berisi zat cair dengan ketinggian yang sama pula (h). Menurut Hukum Utama Hidrostatis: Tekanan hidrostatis pada dasar masing-masing bejana adalah sama yaitu : Ph = r. g. h Paradoks Hidrostatis: Gaya hidrostatis pada dasar bejana tidak tergantung pada banyaknya zat cair maupun bentuk bejana, melainkan tergantung pada massa jenis zat cair, tinggi zat cair di atas dasar bejana, luar dasar bejana. Jadi, gaya hidrostatis pada dasar bejana tersebut sama yaitu: F h = r. g. h. A Besarnya tekanan di suatu titik di dalam zat cair tak bergerak sebanding dengan kedalaman titik itu (h) dan sebanding dengan massa jenis zat cair tersebut. Secara matematis, besarnya tekanan oleh fluida tak bergerak dapat dirumuskan sebagai berikut : P h = ρgh Keterangan : P h = tekanan yang dialami zat cair (tekanan hidrostatis) (Pa) ρ = massa jenis zat cair (kh/m 3 ) g = percepatan gravitasi bumi (m/s 2 ) h = kedalaman/tinggi titik diukur dari permukaan (mm) Oleh karena tekanan udara luas P atm memengaruhi besar tekanan hidrostatis, tekanan total yang dialami suatu zat cair titik tertentu merupakan jumlah dari tekanan udara laut dengan tekanan hidrostatis yang dirumuskan: P total = P atm + P pgh 2.4 Hukum Utama Hidrostatis Hukum ini berbunyi Tekanan hidrostatis pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam sejenis zat cair yang dalam keadaan setimbang adalah sama. (P h ) di A = (P h ) di B = (P h ) di C = P 0 + P g h P 0 = tekanan udara luar

8 Hukum utama hidrostatika berlaku pula pada pipa U (Bejana berhubungan) yang diisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak bercampur. (P h ) A = (P h ) B r 1 h 1 + r 2 h 2 = r 3 h 3 Percobaan pipa U ini biasanya digunakan untuk menentukan massa jenis zat cair. 2.5 Gravitasi Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa di alam semesta. Fisika modern mendeskripsikan gravitasi menggunakan Teori Relativitas Umum dari Einstein, namun hukum gravitasi universal Newton yang lebih sederhana merupakan hampiran yang cukup akurat dalam kebanyakan kasus. Sebagai contoh, bumi yang memiliki massa yang sangat besar menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda disekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda benda yang ada di bumi. Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada diluar angkasa, seperti bulan, meteor, dan benda angkasa laiinnya, termasuk satelit buatan manusia. Beberapa teori yang belum dapat dibuktikan menyebutkan bahwa gaya gravitasi timbul karena adanya partikel gravitron dalam setiap atom. Satuan percepatan rata-rata gravitasi bumi yang disimbolkan sebagai g menunjukkan rata-rata percepatan yang dihasilkan medan gravitasi pada permukaan bumi (permukaan laut). Nilai sebenarnya percepatan gravitasi berbeda dari satu tempat ke tempat lain tergantung ketinggian dan kondisi geologi. Simbol g digunakan sebagai satuan percepatan. Dalam fisika, nilai

9 percepatan gravitasi standar g didefinisikan sebagai 9, m/s 2 (meter per detik 2 ), atau ,05 kaki per detik 2. Pada ketinggian p maka menurut International Gravity Formula, g = 978,0495 ( sin 2 (p) sin 2 (2p)) sentimeter per detik 2. (cm/s 2 ). Simbol g pertama kali digunakan dalam bidang aeronautika dan teknologi ruang angkasa, yang digunakan untuk membatasi percepatan yang dirasakan oleh kru pesawat ulang-alik, disebut juga sebagai g forces. Istilah ini menjadi populer di kalangan kru proyek luar angkasa. Sekarang ini berbagai pengukuran percepatan gravitasi diukur dalam satuan g. Istilah satuan gee dan grav juga menunjuk kepada satuan ini.

10 BAB III METODE PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan Pipa U Kabel / benang untuk menggukur tinggi permukaan zat cair Air Stopwatch Mistar panjang 3.2 Prosedur Mengambil alat-alat yang diperlukan Mengukur panjang kolom zat cair Membuat kedudukan zat cair tidak sama tinggi dengan cara memiringkan pipa U sekitar 45 0, kemudian lepaskan mengukur T sebanyak 5 kali, (setiap t terdiri dari 5 ayunan) T = t/ Mencatat hasil perhitungan dari T Menghitung percepatan gravitasi dari percobaan ini membandingkan dengan literatur (g = 9,78 m/s 2 ).

11 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Panjang kolom zat cair awal = (27,8 x 10-2 ± 5 x 10-4 ) m. l = 1 2 panjang kolom zat cair awal= (13,9 x 10-2 ± 5 x 10-4 ) m. No t ±... (s) <t> ±Δt T = <t>/5 1 3,75 2 3,63 3 3,75 3,634 0, ,44 5 3, Perhitungan <t> t t = 1 t2 4 t5 t3 t 5 3,75 + 3,63 + 3,75 + 3,44 + 3,60 5 = 3,634 sekon Perhitungan nilai ketidakpastian (±) ΔT = 1 n nσt2 (Σt) 2 n 1 = 1 (18,17)2 5.66, = , , = 1 5 0, = 1 5 0,08215 = 0,

12 4.1.3 Perhitungan T T = <t> = 3,634 = 0, Perhitungan g Perhitungan g dapat dirumuskan melalui persamaan : Keterangan : T = periode (s) l = panjang kolom zat cair (m) g = percepatan gravitasi (m/s 2 ) T 2 T 2 4 l g l g 2 T l g dengan menggunakan perrsamaan di atas, maka akan diperoleh: g = 4π2 l T 2 g = 4 (3,14)2 13,9x10 2 0, g= 10,396 m/s 2 Bandingkan dengan literatur (g=9,78 m/s 2 ). g percobaan (g= 10,396 m/s 2 ) lebih besar dari pada g literatur (g=9,78 m/s 2 ) 4.2 Pembahasan Dalam praktikum ini dilakukan gerak osilasi pada pipa U. Dari data yang diperoleh pada percobaan ini bahwa waktu yang dibutuhkan zat cair yang terdapat dalam pipa U melakukan satu getaran dipengaruhi oleh ketinggian zat cair ketika pipa U dimiringkan dan diberikan tekanan pada salah satu ujung pipa terbuka. Hal ini disebabkan ketinggian tersebut berbanding lurus dengan waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran. Semakin besar ketinggiannya, maka waktu yang dibutuhkan akan

13 lama. Waktu yang dibutuhkan itu akan mempengaruhi nilai Periode (T). Hal ini disebabkan semakin lama waktu yang dibutuhkan dalam melakukan satu getaran yang diberikan maka periodenya (T) akan semakin besar. Waktu yang dibutuhkan dalam melakukan satu getaran berbanding lurus dengan periode. Nilai percepatan gravitasi (g) pada percobaan ini ditentukan melalui 2 4 l perhitungan menggunakan rumus g yang telah dijabarkan pada 2 T bagian perhitungan. Data yang didapatkan sebesar 10,396 m/s 2 melebihi dari percepatan gravitasi literatur sebesar 9,78 m/s 2 dan cukup jauh dengan nilai percepatan gravitasi pada praktikum pegas sebelumnya, yaitu sebesar 11,434976m/s 2. Dapat kita lihat dari data teraebut bahwa selisih antara nilai percepatan gravitasi berdasarkan hasil praktikum dan berdasarkan literatur berbeda sebesar 0,616 m/s 2. Dengan melihat persamaan rumus di atas dapat diketahui bahwa percepatan gravitasi dapat dipengaruhi oleh panjang kolom zat cair dan periodenya. Semakin besar panjang kolom zat cair maka semakin besar pula percepatan gravitasinya, sedangkan semakin besar periode maka semakin kecil percepatan gravitasinya. Hal ini disebabkan percepatan gravitasi berbanding lurus dengan panjang kolom zat cair dan berbanding terbalik dengan periode (T). Perbedaan yang melebihi literatur yang ada tersebut dapat disebabkan kesalahan terhadap alat yang digunakan dalam praktikum terutama pada pipa U karena peralatan percobaan yang sudah sering dipakai sehingga mengurangi tingkat akurasinya dan ketinggian zat cair pada salah satu ujung pipa yang diberikan tidak konstan. Dapat juga dalam proses pengamatan, terjadi kesalahan dalam melihat skala yang dihasilkan atau lingkungan percobaan yang kurang mendukung. Ketidaktelitian penagamatan ini kemungkinan disebabkan akibat pada saat memiringkan pipa U, kemiringannya tidak sama setiap kali dilakukan pemiringan tersebut. Ada kalanya sudut kemiringannya sangat besar sehingga diperoleh nilai T yang sangat keci dan ini sangat mempengaruhi nilai g yang diperoleh. Nilai ±Δt yang diperoleh hanya menunjukkan nilai satuan terkecil, yaitu menunjukkan

14 angka ketelitian. Nilai ini sama sekali tidak mempengaruhi nilai t. Oleh karena itu nilai ±Δt tidak ikut masuk ke dalam perhitungan. Didasarkan atas ketidakpastian dalam pengukuran, bahwa setiap pengukuran terhadap suatu benda berpeluang terjadi kesalahan dalam pembacaan skala sehingga menyebabkan data yang didapat menjadi sedikit menyimpang. Kesalahan dalam perhitungan data juga dapat menjadi penyebab dari hal ini.

15 BAB V PENUTUP 4.1 Kesimpulan Gerak harmonik sederhana yang selanjutnya disingkat GHS adalah gerak bolak-balik suatu benda di sekitar titik keseimbangan. Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu : Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier dan Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Angular. Pipa U termasuk ke dalam GHS linear. Dari praktikum pipa U dapat diperoleh periode getaran dan percepatan gravitasi. Percepatan gravitasi pada pipa U dipengaruhi oleh periode dan panjang kolom zat cair, seperti yang tercantum dalam persamaan berikut: 2 4 l g = 2 T Keterangan : T = periode (s) l = panjang kolom zat cair (m) g = percepatan gravitasi (m/s 2 ) Dari hasil praktikum diperoleh nilai percepatan gravitasi yang lebih besar dari pada nilai gravitasi yang terdapat pada literatur. 4.2 Saran Untuk mendapatkan nilai percepatan gravitasi secara akurat, sebaiknya praktikan melaksanakan praktikum ini secara cermat dan teliti. Begitu juga dalam melakukan perhitungan yang menggunakan rumus.

16 DAFTAR PUSTAKA Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga. Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga. Umar, Efrizon Fisika dan Kecakapan Hidup. Jakarta : Ganeca Exact. Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga. Zaida Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Bandung: Fakultas Teknologi Industri Pertanian Universitas Padjadjaran. Kamis, 25 November :17 WIB