LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ISLAM KADIRI KEDIRI

Transkripsi

1 MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ISLAM KADIRI KEDIRI

2 PENDAHULUAN A. UMUM Sesuai dengan tujuan pendidikan di UNISKA, yaitu : - Pembinaan hidup bermasyarakat - Pembinaan sikap ilmiah - Pembinaan sikap kepemimpinan - Pembinaan keahlian Maka tugas dari Laboratorium Fakultas Teknik UNISKA antara lain : - Memperkuat konsep - Melengkapi kuliah - Melatih keterampilan / penerapan teori Dengan demikian praktikum Fisika Dasar adalah melatih keterampilan dalam menerapkan teori-teori yang diperoleh dari kuliah dan untuk melengkapi kuliah. Disamping itu praktikum Fisika Dasar merupakan saat pertama kali bagi mahasiswa dalam melakukan/melaksanakan percobaan sendiri. Oleh sebab itu, melaksanakan praktikum dengan sungguh-sungguh merupakan prasyarat bagi keberhasilan praktikum anda, karena Praktikum bagaimanapun juga, merupakan dasar dari praktikum yang akan anda lakukan dan temui selama anda kuliah di UNISKA. Selama anda melaksanakan praktikum di laboratorium Fisika dasar ada beberapa hal yang perlu anda perhatikan : 1. Selama praktikum, praktikan dibimbing oleh asisten dan untuk itu praktikan harus mempersiapkan segala sesuatu tentang percobaan yang akan dilakukan seperti yang ada pada BUKU PETUNJUK PRAKTIKUM bersama rekan praktikumnya. 2. Sebelum melaksanakan praktikum, periksalah semua peralatan yang akan digunakan dan pinjamlah peralatan yang belum ada. 3. Dalam melaksanakan praktikum perlu diperhatikan penggunaan waktu yang ada, karena waktu pelaksanaan Praktikum Fisika Dasar adalah 3 jam. Rincian penggunaan adalah seperti berikut : - Persiapan : Untuk persiapan, praktikan diberi waktu 30 menit dan pada saat persiapan tugas praktikan adalah : menyerahkan tugas pendahuluan dan meminjam peralatan yang belum ada. PENDAHULUAN ii

3 - Melakukan Percobaan : Dalam melakukan percobaan praktikan diberi waktu ± 120 menit dan sisanya (30 menit) digunakan untuk mencata hasil praktikum dalam lembar Laporan Sementara. 4. Tugas pendahuluan dikumpulkan sebelum praktikum dimulai kepada asistenya masing-masing. 5. Praktikan dilarang mengerjakan Tugas Pendahuluan di lingkungan Laboratorium Fisika Dasar. 6. Sebelum melakukan percobaan, setiap praktikan harus mempersiapkan Laporan Resmi yang telah ditulisi dengan tujuan percobaan, teori, cara kerja, serta persiapkan pula kertas karbon dan kertas grafik bila diperlukan. B. TATA TERTIB Tata tertib yang harus diperhatikan dan ditaati selama melakukan praktikum Fisika Dasar adalah : 1. Praktikan harus hadir 10 menit sebelum praktikum dimulai. 2. Praktikan baru diperkenankan masuk Laboratorium setelah percobaan yang akan dilaksanakan dinyatakan SIAP oleh asisten. 3. Sebelum melakukan praktikum, semua perlengkapan kecuali buku petunjuk praktikum, alat tulis dan peralatan penunjang harus diletakkan di tempat yang telah ditentukan. 4. Setiap praktikan harus melakukan percobaan dengan rekan praktikum yang telah ditentukan. 5. Selama mengikuti praktikum, praktikan harus berpakaian sopan dan tidak diperbolehkan memakai sandal, bertopi, merokok, membuat gaduh, dan lain-lain. 6. Selama praktikum, praktikan hanya diperbolehkan menyelesaikan tugasnya pada meja yang telah disediakan (melakukan percobaan, membuat laporan sementara dan resmi). 7. Selama melakukan percobaan, semua data hasil percobaan ditulis dalam kolom-kolom tabel yang dipersiapkan terlebih dahulu. Laporan sementara dibuat rangkap n + 1 dan dilaporkan pada asisten untuk ditanda tangani. n adalah jumlah praktikan dalam satu kelompok. 8. Berdasarkan Laporan Sementara yang telah disetujui oleh asisten, setiap praktikan membuat Laporan Resmi sesuai dengan tugas yang diberikan dalam buku petunjuk, kemudian diserahkan kepada asisten masing-masing dengan dilampiri laporan sementara. PENDAHULUAN iii

4 9. Jika praktikan akan meninggalkan ruang praktikum, harus melaporkan pada asisten dan demikian pula sebaliknya. 10. Praktikan yang sudah menyelesaikan tugas-tugasnya, diharuskan meninggalkan ruang praktikum. 11. Lunas uang praktikum. C. SANKSI Ada beberapa sanksi yang dapat diterapkan terhadap praktikan yang melanggar peraturan tata tertib : 1. Pelanggaran tehadap : a. Point A-5, asisten berhak melakukan pencoretan terhadap tugas yang telah dikerjakan. b. Point A-6, B-1, B-5, B-6, dan B-9 dikenakan sanksi pembatalan percobaan yang dilakukan. c. Point A-2, B-3, B-4, dan B-9 dikenakan sanksi peringatan dan apabila telah mendapatkan peringatan 3 kali, praktikan akan dikeluarkan dan mendapat Nilai E. 2. Praktikan yang melakukan kecurangan dapat dikenakan sanksi berupa pembatalan seluruh praktikum dan diberi Nilai E. 3. Praktikan yang karena kelalaiannya menyebabkan kerusakan atau menghilangkan alat milik laboratorium harus mengganti alat tersebut. Apabila dalam waktu yang ditentukan belum mengganti, maka tidak diperkenankan mengikuti praktikum berikutnya. 4. Praktikan yang tidak mengikuti praktikum sebanyak 4 kali diberi sanksi pembatalan seluruh praktikum dan diberi Nilai E. 5. Sanksi lain yang ada di luar sanksi-sanksi diatas ditentukan kemudian oleh Kepala Laboratorium Fisika Dasar. PENDAHULUAN iv

5 DAFTAR ISI PENDAHULUAN... DAFTAR ISI... ii v PERCOBAAN I. KECEPATAN SUARA DI UDARA... 1 PERCOBAAN II. PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK... 3 PERCOBAAN III. VOLTAMETER... 6 PERCOBAAN IV. PERCEPATAN GRAVITASI BUMI... 9 PERCOBAAN V. INDEKS BIAS LENSA DAN ZAT CAIR PERCOBAAN VI. TETAPAN PEGAS PERCOBAAN VII. KOEFISIEN GESEKAN DAN MODULUS ELASTISITAS LAMPIRAN I. CARA PERHITUNGAN LAMPIRAN II. CARA MENGGUNAKAN ALAT DAFTAR ISI v

6 PERCOBAAN I KECEPATAN SUARA DI UDARA I. Tujuan Percobaan 1. Menentukan kecepatan suara di udara. 2. Menera bilangan getar garpu tala. II. Peralatan Yang Digunakan 1. Tabung resonansi dengan perlengkapannya 1 set. 2. Garpu tala standard 1 buah. 3. Garpu tala yang akan ditera. III. Teori Bila sumber digetarkan dalam kolom udara yang salah satu ujungnya tertutup dan ujung yang lain terbuka, maka dalam keadaan resonansi : Dimana : L B A λ C V f L = (2m + 1) λ / a... (1). L = (2m + 1) / 4v / f = panjang kolom udara. = panjang gelombang bunyi. = kecepatan suara di udara. = frekuensi suara di udara. L... (1a). m = (bilangan resonansi). Keterangan : a = tabung baja berisi air. b = pipa baja kecil dengan kolom yang dapat diubahubah. c = jarak tabung dengan garpu tala. Dalam percobaan ini kolom udara adalah pipa kecil yang kedudukanya dapat diubah sesuai dengan kebutuhan. Sumber getar adalah garpu tala dengan bilangan getar standard. Apabila garpu tala digetarkan maka pada ujungnya terjadi perut, sehingga diperlukan koreksi kolom udara sebesar c, dimana: L = L + e... (2). KECEPATAN SUARA DI UDARA 1

7 Dalam hal ini L adalah panjang kolom udara sebenarnya. Sehingga persamaan (1a) menjadi : L = v / (2f) m + v / (4f) e (3). Apabila L, f, m diketahui maka dapat dibuatgrafik L = f (m) untuk bermacam-macam harga m, v, e. Atau jika L, v dan m diketahui, maka harga f dan e ditemukan. IV. Cara Melakukan Percobaan 1. Menentukan kecepatan suara di udara. a. Ambil garpu tala, standard yang frekuensinya diketahui dan getarkan diatas pipa kecil (tanya asisten). b. Angkat pipa, dengan perlahan bersama garpu tala yang telah digetarkan (usahakan jaraknya tetap), hingga diperoleh resonansi ke 1, 2, 3. Catatlah L tiap resonansi (pada bunyi terkeras). 2. Menera bilangan getar garpu tala. a. Getarkan garpu tala yang akan ditera di atas kolom udara. b. Atur permukaan air agar didapat resonansi ke 1,2, 3, Catat tiap harga L pada tiap resonansi (usahakan jarak C tetap). V. Tugas Untuk Laporan Resmi 1. Tentukan v dari grafik L vs m pada percobaan pertama dan hitung pula harga e. 2. Dari harga diatas, tentukan f dari grafik L vs m untuk percobaan kedua. Hitung harga e dan bandingkan dengan percobaan pertama. 3. Buat kesimpulan dari dua percobaan ini. VI. Tugas Pendahuluan 1. Dari persamaan (3), bagaimana bentuk grafik L vs m. Jelaskan! 2. Jelaskan juga bagaimana harga f dan e dapat ditentukan dari grafik diatas! 3. Gambar dan tentukan bentuk gelombang yang ada dalam kolom udara (tabung baja untuk m = 0, 1, 2, 3)! 4. Jelaskan tentang terjadinya resonansi dalam percobaan ini! VII. Daftar Pustaka Sears & Zemansky, University Physics (2 nd edition), halaman KECEPATAN SUARA DI UDARA 2

8 PERCOBAAN II PANAS YANG DITMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK I. Tujuan Percobaan 1. Menentukan panas yang ditmbulkan oleh arus panas. 2. Membuktikan hukum Joule dan menentukan harga 1 joule. II. Peralatan Yang Digunakan 1. Kalorimeter dengan perlengkapannya 1 set. 2. Themometer 1 buah. 3. Adaptor 1 buah. 4. Stop Watch 1 buah. 5. Tahanan geser (Rg) 1 buah. 6. Amperemeter (A) dan Voltmeter (V) masing-masing 1 buah. III. Teori - + A - + V Thermometer Bila antara ujung kawat konduktor diberi beda potensial, maka elektron bebas akan bergerak. Elektron akan menumbuk partikel konduktor (a) K selama terjadi beda potensial. Dengan demikian elektron dapat dianggap berkecepatan rata-rata tetap. Adanya tumbukan, sebagian energi gerak E V + Thermometer A - elektron diberikan pada partikel. Getaran partikel akan bertambah besar dan inilah yang menyebabkan panas. Dalam percobaan ini kawat spiral yang dialiri arus listrik dimasukkan dalam air, sehingga terjadi perpindahan panas (b) K dari spiral ke air. Hingga derajat pertambahan panas (dh / dt) berbanding lurus dengan arus listrik dan beda potensial : DH / dt = VI... (1). Bila I dan V tetap, maka persamaan (1) dapat diintegrasikan : H = Vit... (2). PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK 3

9 Dimana : H = jumlah panas yang timbul (joule). t = lama waktu ketika dialiri listrik (detik). Bila V, i, t dapat diukur, maka H dapat dihitung. Panas yang diterima air : Q1 = w (Ta Tm) (kalori)... (3). Panas yang diterima kalorimeter dan pengaduknya : Q2 = 0,26 w (Ta Tm) (kalori)... (4). Dimana : w = massa air (gram). Ta = Temperatur akhir (C). Tm = Temperatur awal (C). 0,26w = Harga air. Berdasarkan Asas Black panas yang diterima = panas yang diberikan, maka persamaan (2) = jumlah persamaan (3) dan (4), maka harga 1 joule dalam satuan kalori dapat kita tentukan. IV. Cara Melakukan Percobaan 1. Buat rangkaian seperti gambar IV. 22 (a)! hubungan tegangan PLN seijin asisten. 2. Isi kalorimeter K dengan air, catat massa air dalam kalorimeter. 3. Berbeda potensial selama 10 menit, usahakan arus konstan dengan mengatur tahanan geser Rg. 4. Catat kenaikan suhu tiap 30 detik selama 10 menit. 5. Lakukan untuk rangkaian gambar IV. 22 (b). V. Tugas Untuk Laporan Resmi 1. Buat hasil pengukuran dalam tabel! 2. Hitung harga H dengan menggunakan persamaan (2)! 3. Buat grafik pada kertas milimeter, T sebagai t, selama arus mengalir. Apa kesimpulan dari grafik yang terjadi? 4. Hitung Q1 dan Q2 dengan menggunakan persamaan (3) dan (4), lalu bandingkan dengan harga H yang telah dihitung. Lalu tentukan Tara Klor Mekanik! (Ingat 1 joule = 0,24 kalori). 5. Buat kesmpulan percobaan ini! PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK 4

10 VI. Tugas Pendahuluan 1. Mana yang lebih menguntungkan dari kedua rangkaian diatas? Jelaskan! 2. Apa definisi dari standard resistor? 3. Apa hukum Joule? pengertian apa yang anda peroleh dari hukum Joule tersebut? 4. Benarkah tahanan kawat terpantung temperatur? jelaskan! PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK 5

11 PERCOBAAN III VOLTAMETER I. Tujuan Percobaan Menetukan keseksamaan dari penunjukan jarum Amperemeter dengan menggunakan Voltmeter tembaga. II. Peralatan Yang Digunakan 1. Kalorimeter dengan perlengkapannya 1 set. 2. Amperemeter 1 buah. 3. Timbanagn analisis 1 set. 4. Timbangan geser 1 buah. 5. Stop Watch 1 buah. 6. Tahanan Variabel 10 x 10 1 buah (Rv). III. Teori Sifat hantaran listrik zat cair dapat digolongkan : - Isolator : air murni, minyak dll. - Larutan ion : larutan asam basa, larutan garam. Ion yang ada sebagai konduktor dengan disertai perubahan kimiawi. - Air raksa, logam cair dapat dialiri arus tanpa perubahan kimiawi. Menurut Hukum Faraday : Apabila arus i mengalir dalam t detik, maka pada kutub negatif (katoda) terdapat endapan sebesar G. G = a i t (gram)... (1). Dimana a = ekuivalen elektron kimia. Larutan yang digunakan adalah CuSO4. reaksi kimia yang terjadi bila terdapat arus listrik adalah : CuSO4 Cu ++ + SO4 Pada Anoda : H2O 2H + O2 Pada Katoda : Cu ++ Cu + 2e Artinya : Cu ++ dari larutan garam menuju Katoda dan Anoda kehilangan Cu ++ yang dipakai untuk menetralkan SO4. Dari persamaan (1) diperolah : i = G / (at)... (2). VOLTAMETER 6

12 Dimana : G dalam satuan miligram. a dalam satuan miligram / coulomb (untuk Cu, a = 0,3294) i t dalam satuan ampere dalam satuan detik LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO + - E Rg Rv + A Gambar IV. 23 IV. Cara Melakukan Percobaan 1. Hitung arus maksimum, dengan mengukur luas permukaan Katode bila kepadatan arus 0,01 0,02 A/cm Bersihkan relektrode dengan kertas gosok, ukur massa elektroda dengan neraca analitis. 3. Buat rangkaian seperti gambar IV. 23, gunakan i tentukan dengan mengatur Rv. Catat harga amperemeter dan usahakan harga i tetap dengan mengatur Rg. 4. Setelah 10 menit, putus aliran listrik lalu keringkan katoda dan timbang massa endapan yang menempel pada katoda. 5. Lakukan langkah 2 4, 5 kali dengan selang waktu yang sama. 6. Lakukan langkah 2 5, untuk arus amperemeter yang lain. V. Tugas Untuk Laporan Resmi 1. Hitung besar i sebenarnya menurut persamaan (2) dan bandingkan dengan penunjukkan Ampere tercatat. 2. Buat grafik antara i amperemeter (absis) vs i sesungguhnya (ordinat). 3. Buat kesimpulan dari percobaan ini. VOLTAMETER 7

13 VI. Tugas Pendahuluan 1. Bagaimana menentukan harga a untuk Cu? 2. Mengapa kutub anoda-katoda rangkaian perlu diperhatikan? 3. Bagaimana cara menentukan i maksimum yang diijinkan. Jelaskan mengapa i maksimum harus ditentukan lebih dahulu. VII. Daftar Pustaka Sears & Zemansky, University Physics (2 nd edition 532). VOLTAMETER 8

14 PERCOBAAN IV PERCEPATAN GRAVITASI BUMI I. Tujuan Percobaan Menentukan percepatan gravitasi bumi dengan menggunakan : - Bandul Matematis. - Bandul Fisis. II. Peralatan Yang Digunakan 1. Bandul matematis dan perlengkapannya 1 set. 2. Bandul Fisis dan perlengkapannya. 3. Beban setangkup. 4. Rollmeter 1 buah. 5. Stop Watch 1 buah. III. Teori 1. Bandul Matematis. 2. Bandul Fisis l Apabila sebuah bandul digantung dengan kawat dan diberi simpangan kecil kemudian dilepaskan, maka akan berayun dengan getaran selaras (gambar IV. 1). Maka akan berlaku persamaan : f = ½ π. (g/l) 1/2 T = 2π (l/g) 1/2... (1). f = Jumlah getaran per detik, satuan (det -1 ) T = Periode, satuan (detik) G = Percepatan gravitasi, satuan (cm / det 2 ) l = Panjang kawat, satuan (cm). Bila kita punya batang dan diayun pada suatu poros (gambar IV. 2), maka berlaku persamaan : Ke 2 + a 2 1/2 T = 2π G a... (2). PERCEPATAN GRAVITASI BUMI 9

15 Dimana : T Ke a G = periode ayunan. = jari-jari garis terhadap pusat massa (C). = jarak pusat massa. = percepatan gravitasi bumi. Untuk menghitung percepatan gravitasi bumi dapat digunakan persamaan (3) seperti berikut ini : T1 2 + T2 2 T1 2 + T2 2 π = (3). 8 (a1 +a2) 8 (a1 a2) g Dimana : T1 = waktu getar untuk titik gantung A. a1 A T2 = waktu getar untuk titik gantung B. a1 = jarak antara pusat massa C dengan titik gantung A (cm). a2 C a2 = jarak antara pusat massa B dengan titik gantung A (cm). B IV. Cara Melakukan Percobaan 1. Bandul Matematis a. Atur alat seperti gambar dengan panjang kawat 100 cm. b. Atur agar ujung bandul berada tepat ditengah. c. Beri simpangan kecil pada bandul dan lepaskan. Usahakan agar ayunan mempunyai lintasan bidang dan tidak berputar. d. Catat waktu yang dibutuhkan untuk 5 kali getaran. e. Ulangi langkah 1 4 sebanyak lima kali. f. Ulangi langkah 1 5 dengan panjang kawat berbeda. 2. Bandul Fisis a. letakkan beban pada suatu kedudukan dan dari pusat massa C untuk kedudukan tersebut. Perlu diingat letak C selalu berubah tergantung letak beban. b. Gantung beban pada titik A dan ukur a1. PERCEPATAN GRAVITASI BUMI 10

16 c. Ayun batang dngan simpangan kecil, catat waktu untuk 6 kali getaran sempurna. d. Ambil titik lain (B) terhadap titik C sebagai titik gantung dan ukur a2. ulangi langkah 1 3. e. Ulangi percobaan untuk pasangan titik A dan B yang berbeda (tanya asisten). V. Tugas Untuk Laporan Resmi 1. Hitung percepatan gravitasi bumi g dengan persamaan (1) dan gunakan Ralat perhitungan. 2. Hitung g dengan membuat grafik beserta perhitungannya antara T2 dengan 1 pada bandul matematis. 3. Hitung g untuk tiap pasang titik A dan B dengan persamaan (3) dan gunakan Ralat perhitungan. 4. Berdasarkan hitungan (2) & (3), tentukan g di UNISKA. 5. Buat kesimpulan dari percobaan ini. VI. Tugas Pendahuluan 1. Buktikan persamaan (1). 2. Berdasarkan persamaan (1) : - Bagaimana pengaruh panjang kawat terhadap periode (T). - Bagaimana pengaruh panjang kawat terhadap periode (T). 3. Buktikan pesamaan (2) dan (3). 4. Terangkan konsepnya bila bandul fisis uniform. PERCEPATAN GRAVITASI BUMI 11

17 PERCOBAAN V INDEKS BIAS LENSA DAN ZAT CAIR I. Tujuan Percobaan 1. Menentukan jarak titik api lensa. 2. Menentukan jari-jari kelengkungan bidang lensa. 3. Menentukan indeks bias lensa dan zat cair. II. Peralatan Yang Digunakan 1. Lensa, bi-conveks 1 buah. 2. Cermin datar 1 buah. 3. Jarum berbentuk Garpu 1 buah. 4. Statip 1 buah. 5. Air. III. Teori Mata Lensa F F Lensa cairan Cermin Datar Cermin Datar 1. pada gambar diatas, bayangan jarum dibentuk oleh lensa dan cermin dapat dilihat diatas. Bila jarum kita geser sepanjang statip, akan diperoleh kedudukan dimana bayangan jarum sama besar dengan jarum. Pada keadaan ini jarak jarum lensa = jarak titik api lensa. 2. Jika cermin kita ambil, bidang bawah lensa sebagai cermin cekung terhadap sinar datang dari atas. Bila p adalah jarak lensa jarum, dimana besar bayangan besar objek, maka pl. f R1 = f- pl... (1). INDEKS BIAS LENSA DAN ZAT CAIR 12

18 dan : f (pl + p2 ) p1 p2 n = (2). f (p1 + p2) 2 pl p2 Dimana : f = jarak titik api lensa. R1 = jari-jari kelengkungan bawah lensa. p1 = harga p bila jari-jari kelengkungan bidang bawah lensa adalah R1. p2 = harga p bila lensa dibalik. n = indeks bias lensa. 3. Apabila diatas cermin kita teteskan zat cair, lalu diatas tetesan diletakkan lensa, maka akan terbentuk susunan lensa bi-conveks, plan konkaf (cairan) dan cermin. Bila jari-jari kelengkungan bidang bawah lensa R1, maka indeks bias cairan : f (pl f ) n = f (p1 f )... (3). Dimana f adalah jarak titik api gabungan antara lensa dengan cairan yang dapat diperolah dari kedudukan jarum yang menimbulkan bayangan sama besar seperti gambar IV. 21. IV. Cara Melakukan Percobaan 1. Susun peralatan seperti gambar diatas. 2. Letakkan ujung jarum pada sumbu optis lensa. 3. Letakkan mata pada sumbu lensa dan geser jarum sehingga ujung jarum berimpit dengan bayangan. Cata jarak antara ujung jarum dengan lensa, lakukan 5 kali. 4. Balik lensa kerjakan langkah 1 3 (bedakan bidang atas dan bawah lensa). 5. Ulangi langkah 1 4, tanpa cermin datar (lihat gambar). 6. Ulangi langkah 1 3, tetapi antar cermin datar lensa diberi cairan. INDEKS BIAS LENSA DAN ZAT CAIR 13

19 V. Tugas Untuk Laporan Resmi 1. Tentukan jarak titik api lensa tersebut. 2. Hitung jari-jari kelengkungan kedua bidang setiap lensa. 3. Hitung indeks bias lensa. 4. Hitung indeks bias air. 5. Beri kesimpulan dari percobaan ini. VI. Tugas Pendahuluan 1. Jelaskan tentang indeks bias dan buktikan persamaan 1, 2, Gambar pembentukan bayangan pada ketiga percobaan. 3. Sebutkan sifat bayangan lensa positif dan negatif. Jelaskan dengan gambar beberapa kedudukan benda yang berbeda. 4. Tugas baca Bab 39.2 hal : Bab 39.5 hal :741. jelaskan prinsip susunan optis pada teori percobaan diatas. VII. Daftar Pustaka Sears & Zemansky, University Physics (2 nd edition). INDEKS BIAS LENSA DAN ZAT CAIR 14

20 PERCOBAAN VI TETAPAN PEGAS I. Tujuan Percobaan Menentukan besar tetapan pegas. II. Peralatan Yang Digunakan 1. Anak timbangan 1 set. 2. Ember kecil 1 buah. 3. Pegas 2 buah. 4. Stop Watch 1 buah. 5. Statip 1 set. 6. Timbangan standard 0 50 gram 1 set. III. Teori 1. Cara Statis. Apabila suatu pegas dengan tetapan pegas k diberi beban w, maka ujung pegas akan bergeser sepanjang x sesuai dengan persamaan : mg = kx... (1). 2. Cara dinamis. Apabila suatu pegas yang telah diberi beban tadi dihilangkan bebannya, maka pegas akan mengalami getaran selaras dengan periode : T = 2 (m/k) 1/2... (2). Dimana :m = massa beban. g = percepatan gravitasi bumi. T = periode. Catatan : bila tanpa beban berlaku persamaan (2) tetap, (1) berlaku. Karena ember dapat dianggap sebagai beban. Bila digunakan 2 beban, maka didapat : T2 2 T0 2 W2 = W T1 2 T (3). Dimana :W2 = Berat pembebanan ke 2 tanpa pegas dan ember. W1 = Berat pembebanan ke 1 tanpa pegas dan ember. TETAPAN PEGAS 15

21 T1 = periode pembebanan ke 1. T2 = periode pembebanan ke 2. T0 = periode tanpa pembebanan. IV. Cara Melakukan Percobaan 1. Cara Statis a. Gantungkan ember pada pegas (gunakan statif) sehingga menunjukkan skala nol. b. Tambahkan satu persatu beban yang ada, catat massa beban dan kedudukan ember setiap penambahan beban. c. Keluarkan beban satu persatu, catat massa beban dan kedudukan ember setiap pengurangan beban. d. Lakukan langkah 1 3, untuk pegas yang lain. 2. Cara Dinamis a. Gantungkan ember pada pegas, beri simpangan lalu lepaskan. Catat waktu untuk 15 getaran. b. Tambahkanlah sebuah beban pada ember, lalu catat waktu untuk 15 getaran. Kerjakan langkah ini dengan menambahkan beban. Usahakan langkah 1 2 dengan simpangan yang sama. c. Lakukan langkah 1 3 untuk pegas yang lain. V. Tugas Untuk Laporan Resmi 1. Hitung tetapan pegas k dengan cara statis menurut persamaan (1). 2. Buat grafik no. 1, dengan w sebagai ordinat dan x sebagai absis. 3. Buat ralat pengukuran dan percobaan cara dinamis. 4. Hitung tetapan pegas k dengan cara dinamis dengan persamaan (2). 5. Buat kesimpulan untuk percobaan ini. VI. Tugas Pendahuluan 1. Buktikan persamaan (2) dan (3). 2. Turunkan persamaan pegas gabungan bila 2 pegas dihubungkan seri dan paralel. 3. Apa yang dimaksud dengan getaran selaras. 4. Gambar grafik w = f(x) dari cara statis dan tentukan harga k dari grafik tersebut. VII. Daftar Pustaka Sears & Zemansky, University Physics (2 nd edition), halaman TETAPAN PEGAS 16

22 PERCOBAAN VII KOEFISIEN GESEKAN DAN MODULUS ELASTISITAS I. Tujuan Percobaan 1. Menentukan koefisien gesekan statis µs dan kinetik µk. 2. Menentukan modulus elastisitas E dari batang kayu. II. Peralatan Yang Digunakan 1. Papan gesekan, balok kayu dan beban (anak timbangan). 2. Stop Watch. 3. Batang kayu yang akan ditentukan modulus elastisitasnya. 4. Papan skala, kaca dan pinggan tempat beban. 5. Mistar dan jangka sorong 1 buah. III. Teori A. Koefisien gesekan statis (µs) Adalah perbandingan gaya statis maksimum (fs maks) dengan gaya normal. fs (maks) µs = N... (1). Gaya normal (N), untuk bidang datar dan bidang miring adalah seperti ilustrasi berikut: - Gambar ( a ) : Pada saat tepat akan bergerak, fs berharga maksimum sehingga : m2 µs = m1... (2). - Gambar ( b ) : Keadaan tepat akan bergerak dapat dicapai pada sudut kemiringan tertentu (misal Ø), maka : a µs = tg Ø =... tg (3). b KOEFISIEN GESEKAN DAN MODULUS ELASTISITAS 17

23 B. Koefisien gesekan kinetis (µk) Adalah perbandingan antara gaya gesekan kinetis dengan gaya normal (N). fk µk = (4). N Jika ditambahkan beban pada m2 (gb. b), balok mulai bergerak. Apabila gesekan antara katrol dengan tali penghubung diabaikan, maka dari hukm Newton : F total = m total. a Sehingga didapat : m2 m1 + m2 a µk = m1 m1 g Atau dapat ditulis :... (5). m2 a g = µk m1 g g a... (6). N fs A m1 W1 L m2 B mg sin θ θ N mg fs mg cos θ a W2 b Gambar (a) Gambar (b) C. Modulus elastisitas Jika bidang persegi panjang diberi beban ditengahnya serta ditahan dengan tumpuan pada kedua ujungnya, maka titik tengah batang akan mengalami lenturan ( ) sebesar : l 3 w l 3 = = E I 4 E h 2 b 2... (7). KOEFISIEN GESEKAN DAN MODULUS ELASTISITAS 18

24 Dimana : w E I l b h = berat = modulus elastisitas batang = momen inersia batang terhadap garis netral = panjang batang = lebar batang (horizontal) = tebal batang (vertikal) Skala Batang Kayu A B l h Tempat Beban b Dengan mengukur, l, b, k, dan w maka E dapat dihitung. Gambar (c). IV. Cara Melakukan Percobaan A. Koefisien gesekan statis 1. Susun peralatan seperti pada gambar (a) letakkan benda A pada posisi tertentu. 2. Beri beban di A dan B sedemikian rupa sehingga sistem tepat akan bergerak. 3. Catat massa benda di A dan di B. (Timbang juga tempat beban A dan B). B. Koefisien gesekan kinetis 1. Susun peralatan seperti gambar (a). 2. Letakkan benda A di posisi tertentu (tanyakan asisten) lalu beri beban di A dan B sehingga sistem bergerak dengan percepatan a. Catat posisi benda A sebelum bergerak dan waktu tempuh sistem bergerak hingga berhenti (ulangi lima kali). 3. Lakukan langkah 2 untuk posisi yang lain (tanya asisten). 4. Lakukan langkah 2 3 untuk massa beban yang berbeda (tanya asisten). KOEFISIEN GESEKAN DAN MODULUS ELASTISITAS 19

25 C. Modulus Elastisitas 1. Ukur panjang (l), lebar (b), tebal (k) dengan teliti. 2. Letakkan batang pada penumpu dan catat posisi skala. 3. Beri beban (anak timbangan) pada tempat beban di tengah tumpuan satu persatu dan catat kedudukan skala tiap penambahan beban. 4. Kurangi beban satu persatu dan catat kedudukan skala pada tiap penambahan beban. 5. Ulangi langkah 2 4 dengan mengambil lebar sebagai tebal batang. V. Tugas Untuk Laporan Resmi 1. Hitung besarnya µs dengan persamaan (2). 2. Hitung besarnya percepatan a untuk percobaan menentukan koefisien gesekan kinetis. 3. Hitung besarnya µk dengan persamaan (5). m2 g 4. Buat grafik sebagai fungsi g a m1 5. Tentukan besarnya µk. Berdasarkan grafik tersebut (kemudian bandingkan dengan hasil nomor 3). 6. Hitung modulus elastisitas batang dengan persamaan (7) untuk kedua keadaan tersebut. 7. Beri kesimpulan dari percobaan ini. VI. Tugas Pendahuluan 1. Buktikan persamaan (2), (3), (6). m2 g 2. Tunjukkan bagaimana µk dapat ditentukan dari grafik ---- sebagai fungsi g a dari persamaan (6). 3. Bagaimana cara menetukan percepatan a dari percobaan koefisien gesekan kinetis. 4. Tulis definisi modulus elastisitas beserta satuannya. m1 VII. Daftar Pustaka Sears & Zemansky, University Physics (2 nd edition), halaman dan KOEFISIEN GESEKAN DAN MODULUS ELASTISITAS 20

26 LAMPIRAN CARA PERHITUNGAN A. Perhitungan Ralat Pada tiap pengukuran akan selalu timbul masalah ketidaktelitian yang disebabkan oleh tidak sempurnanya alat ukur, ketidak tepatan alat ukur, tidak sempurnanya panca indra dll. Untuk itu perlu teori ralat yeng dapat memberikan gambaran kuantitatif terhadapketelitian suatu pengukuran. Ada 2 jenis ralat yaitu : 1. Ralat Sistimatik. 2. Ralat Kebetulan. 1. Ralat Sistimatik. Ralat ini digunakan untuk sumber-sumber kesalahan yang ditimbulkannya dapat dipelajari secara sistematis. Misalnya : a. Jarum penunjuk Amperemeter yang seharusnya menunjukkan angka 0 A saat tidak ada arus, teryata menunjukkan angka 0,5 A. Maka harus ada koreksi titik 0 sebesar 0,5 A. Bila alat digunakan untuk mengukur arus maka arus yang sebenarnya terbaca = arus terbaca + koreksi titik nol. b. Jangka sorong dan mikrometer sering tak menunjukkan titik nol. c. Pembacaan Barometer air raksa perlu koreksi pembacaan karena adanya pemuaian air raksa. Dalam pekerjaan kita selalu melakukan koreksi terhadap ralat sistimatik. Ralat sistimatik tidak perlu masuk perhitungan, tetapi perlu dituliskan. 2. Ralat Kebetulan Sumber dari ralat ini tidak dapat kita ikuti dan kita kendalikan. Misalnya pada pengukuran yang berulang dengan hasil yang berbeda. Untuk mendekati harga sesunggahnya dari hasil pengukuran kita gunakan harga rata-rata. Tetapi untuk pengukuran berulang dengan hasil yang berbeda diperlukan Ralat Suatu Pengukuran. Ralat suatu pengukuran harus dicantumkan dalam hasil pengukuran. Ralat ini disebut pula Ralat Kebetulan. LAMPIRAN 21

27 Contoh : Hasil pengukuran panjang batang logam adalah : Pengukuran Ke Panjang (x) (x x) (x x) ,1 m + 0,1 m 0,01 m ,0 m 0,0 m 0,00 m ,2 m + 0,2 m 0,04 m ,8 m - 0,2 m 0,04 m ,9 m - 0,1 m 0,01 m 2 Rata-rata (x) = 20,0 m Σ (x x) 2 = 0,10 m 2 Ralat Mutlak : Σ (x x) 2 1/2 = n (n 1) Dimana : n = jumlah pengukuran 0,10 1/2 = = 0,05 m 5 (5 1) =0,0707 m = 0,07 m Ralat nibsi : I = / x. 100 % I = 0,07 / 20,00 x 100% = 0,35 % I = 0,4 % Keseksamaan : K = 100 % K = 100 % - 0,4 % = 99,6 % K = 99,6 % Keterangan : Dalam menuliska ralat mutlak diambil hanya satu angka yang bukan nol dibelakang koma angka 5 atau lebih dibulatkan ke atas, sedangkan lebih kecil dari 5 diabaikan. Jadi 0,0707 dibulatkan menjadi 0,07. hasil pengukuran dituliskan : hasil rata-rata ± ralat mutlak. Misalnya : panjang logam = (20,00 ± 0,07) m. LAMPIRAN 22

28 Jadi panjang batang logam sebenarnya terletak antara (20,00 0,07) m dan (20,00 + 0,07) m. Bila pengukuran hanya dilakukan 1 kali maka ralat mutlak adalah setengah harga skala terkecil. 3. Ralat Hasil Perhitungan. Untuk menetukan ralat hasil perhitungan dari hasil pengukuran harus kita perhatikan beberapa hal. Misalnya : Akan kita ukur besaran f didapat dengan mengukur besaran x dan y. Dikatakan f merupakan fungsi dari x dan y [f = f (x, y) ] Menurut kalkulus : untuk f Dalam perhitungan ralat diperoleh : = f (x, y) berlaku f dx f df = x x f x f v f = x y Ralat dari f ditimbulkan oleh ralat dari x dan y. Bila x dan y merupakan ralat mutlak x dan y maka : f = x + y f f = x - y f f = x. y f dimana : f = ralat mutlak hasil perhitungan f = harga rata-rata. = x + y = x + y = x/x + y/y Contoh 1 : Bila M = (x 2. x) / z, dimana x, y, z adalah besaran yang diukur dengan ralata mutlak masing-masing x, y, z. Penyelesaian : M 2 x y z M = (x 2. y) / z = M x y z Sehingga diperoleh : 2 x y z M = M x x x LAMPIRAN 23

29 contoh 2: Hasil perhitungan volume tabung adalah : Volume (V) = π r 2. l Jari-jari (r) = (65,00 ± 0,02) cm Panjang (l) = (10,00 ± 0,03) cm Artinya r = 65,00 cm, r = 0,02 cm dan i = 10,00cm, l = 0,03 cm. Ralat mutlaknya (V) dapat dihitung : V r l 0,02 0, = = = 0,08 + 0,003 V r l 65,00 10,00 V = 0,011 V V = π. (500) 2. (10,00) = 785,00 cm 3 V = ,001 = 8,635 cm 3 Jadi volume tabung = ( ) cm 3 Ralat nibsi l = V / V x 100 % = 0,011 x 100 % = 1,1 % Dengan pembulatan maka l = 1 % Keseksamaan K = 100 % - 1 % = 99 % Ringkasan : Dalam mencantumkan hasil pengukuran harus disertai : 1. Ralat sistematis (apabila ada) 2. Ralat mutlak Σ (x x) 2 1/2 x = n (n 1) Dimana : n = Jumlah pengukuran X = Harga rata-rata 3. Ralat Nibsi x / x. 100 % =... % 4. Keseksamaan = 100 % - ralat nibsi =... % B. MEMBUAT GRAFIK 1. Grafik harus dibuat pada kertas mili meter dan titik pada grafik harus diberi tanda yang jelas : O, o, dsb. LAMPIRAN 24

30 2. Besar skala dan titik nol harus dibuat sedenikian rupa sehingga grafik mudah dibaca dan dimengerti. Artinya skala absis = skala ordinat. Letak titik nol di pusat sumbu (gambar III. 1a dan III. 1b). 3. Grafik harus disertai keterangan lengkap tentang absis dan ordinat. 4. Jika kita mengharapkan garis lurus dari grafik itu, maka garis yang ditarik harus sedapat mungkin melalui titik-titik tersebut (gambar III. 2). 5. Jika kita tidak yakin akan bentuk grafik, maka harus ditarik garis lengkung penuh (bukan garis patah) melalui hampir semua titik (gambar III. 3). 6. Beri interprestasi dari grafik tersebut seperti linear eksponensial, maksimum, minimum, dan sebagainya. 7. Bila akan menggambar lebih dari satu grafik pada satu gambar maka untuk tiap titik pada setiap grafik kita beri tanda berbeda. Misalnya pada gambar III. 4, titik grafik y1 = f1 (x) kita beri tanda ٱ dan pada grafik y2 = f2 (y) bertanda o. Keterangan: Gambar III. 1. a : Grafik Salah - Skala absis tidak tepat. - Grafik sulit dibaca. - Puncak grafik terlalu tajam, karena dipaksa melalui semua titik Keterangan: - Skala absis sudah tepat. - Grafik mudah dibaca. - Grafik tidak dipaksa melalui semua titik. Gambar III. 1. b : Grafik Benar y 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 ά x Gambar III. 2 : grafik Linear LAMPIRAN 25

31 y 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Gambar III. 3 x LAMPIRAN 26

32 LAMPIRAN II CARA MENGGUNAKAN ALAT A. GALVANOMETER Galvanometer digunakan untuk mengukur ada tidaknya arus listrik pada suatu rangkaian dan biasanya tidak dilengkapi skala. Keterangan : N&S : kutub jangkar magnet. A :silinder kecil dilengkapi coil C. S : pegas. F :plat tipis, tempat jarum skala. Prinsip Kerja Galvanometer : Arus listrik yang mengalir pada kumparan C akan menimbulkan momen kopel M dan menyebabkan jarum penunjuk pada plat tipis F berputar dimana besar momen kopel sebanding dengan jumlah lilitan koil C, luas penampang silinder A, induksi magnet jangkar listrik dan besarnya arus listrik. Semakin besar arus listrik semakin besar pula simpangannya. Dan bila tidak ada arus jarum akan kembali pada posisi semula karena spiral S. Skema Galvanometer Rc Rc : tahanan kumparan. Ic Ic c ic : arus yang mengalir pada kumparan C. Galvanometer yang berada dilaboratorium mempunyai tahanan kumparan Rc = 55 Ω dan simpangan maksimum, pada arus ic = 0,06 A, sehingga beda potensial antara A dan B adalah : VAB = ic x Rc = 0,06 x 55 = 3,30 Volt. Maka angka skala dari 0,30 sampai + 0,30 A atau 1,65 sampai + 1,65 V Cara menggunakan Galvanometer : 1. Bila Galvanometer tidak berskala, maka harus digunakan tahanan depan yang besar sebelum arus masuk Galvanometer. LAMPIRAN 27

33 2. Tidak perlu diperhatikan kutub +/- pada waktu menghubungkan. 3. Perhatikan daya ukur maksimum dari galvanometer yang berskala. 4. Dalam rangkaian simbol Galvanometer adalah : G LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO B. VOLTMETER Alat ini digunakan untuk mengukur beda potensial dalam rangkaian listrik. Pada dasarnya konstruksi dan cara kerjanya tidak berbeda dengan Galvanometer. Skema Voltmeter A Ic Rs c B Rs : tahanan seri VAB : beda potensial antara titik A VAB C & B. : kumparan (koil). Voltmeter yang ada dilaboratorium mempunyai Rc = 55 Ω, Rs = 110 Ω dan ic = 0,06 A, sehingga beda potensial antara A dan B adalah : VAB = ic (Rc + Rs) = 0,06 x ( ) = 10 Volt. Maka angka skala Voltmeter dari 0 sampai V. Cara menggunakan Voltmeter : 1. perhatikan kutub positif dan negatifnya untuk pengukuran. 2. Perhatikan daya ukur maksimum untuk Voltmeter berskala. 3. Simbol Voltmeter adalah : a V b C. AMPEREMETER Alat ini digunakan untuk mengukur arus listrik pada suatu rangkaian. Prinsip kerja dan konstruksi alat tidak berbeda dengan Galvanometer. LAMPIRAN 28

34 Skema Amperemeter i ic c ic i ic Rsh i i Rsh : ic + is. : tahanan Shunt. Bila ic = 0,06 A, Rc = 55 Ω dan Rsh = 0,67 Ω, maka ic = Vc/Rc, sehingga : is = (ic x Rc) / Rsh = 491 A. Cara menggunakan amperemeter : 2. Letakkan tahanan depan (Rd) yang benar dimana, maka Rd = 0,06 Ω Rd Rc Rsh 3. Perhatikan kutub positif dan negatif sebelum pengukuran arus. 4. Perhatikan daya ukur maksimum amperemeter. 5. Simbol amperemeter adalah : A D. TAHANAN Tahanan adalah suatu bahan yang dapat menghambat arus listrik. Menurut hukum Ohm harga tahanan yang ada pada ujung-ujungnya diberi beda potensial dan dialiri arus listrik adalah : R = VAB/i VAB Simbol tahanan adalah : A i R B Tahanan Variabel Tahanan variabel adalah tahanan yang besarnya bisa diubah-ubah, di laboratorium umumnya dipakai : LAMPIRAN 29

35 1. Tahanan variabel 10 x 1 Ω 10 x 10 Ω 10 x 100 Ω 10 x 1000 Ω Simbol tahanan variabel adalah : 2. Tahanan Geser : 0-10 Ω, 0-18 Ω, 0-22 Ω. Simbol tahanan geser adalah : LAMPIRAN 30