FI-2283 PEMROGRAMAN DAN SIMULASI FISIKA

Transkripsi

1 FI-2283 PEMROGRAMAN DAN SIMULASI FISIKA MODUL RBL Peraturan RBL 1. RBL dilakukan dalam kelompok. Setiap kelompok boleh memiliki anggota max. 2 orang yang berada pada shift praktikum yang sama. 2. Setiap kelompok memilih topik RBL yang berbeda. Topik-topik yang dapat diajukan untuk RBL akan dijelaskan pada bagian berikutnya. 3. Pertemuan praktikum menjadi tidak wajib. Asisten dan praktikan melakukan kesepakatan kapan akan diadakan pertemuan. Asisten/praktikan boleh meminta diadakan pertemuan untuk laporan perkembangan RBL. 4. Asisten memandu jalannya RBL. Namun panduan/bimbingan/bantuan yang dilakukan oleh asisten bukanlah bantuan teknis. 5. Hasil RBL dalam bentuk kode, laporan, dan presentasi dikumpulkan dalam bentuk CD (1 CD untuk 1 kelas, atau 1 CD untuk setiap shift jika tidak memungkinkan). Presentasi RBL dilakukan pada akhir masa perkuliahan.

2 Topik-topik RBL Secara garis besar, proses RBL terdiri dari 3 tahap, yaitu Langkah Awal, Capaian Minimum, dan Capaian Akhir. Peserta mataa kuliah dianggap telah menyelesaikan RBL jika setidaknya telah menyelesaikan tahap Capaian Minimum. Kelompok RBL juga harus membuat visualisasi dari RBL yang dikerjakan. Secara umum seluruh topik RBL harus menggunakan proses integrasi waktu menggunakan metode Euler. Berikut ini adalah topik-topik RBL yang dapat dipilih: TOPIK A : Simulasi Gelombang/Pecut Sebuah pecut dapat dimodelkan oleh n-buah partikel yang dihubungkan oleh pegas dengan salah satu ujungnya dibuat tetap. Kelompok RBL membuat model simulasi dari 3 buah partikel yang dihubungkan oleh pegas dengan posisi inisialnya adalah berjejer horizontal dengan salah satunya ujungnya dibuat tetap. Massa dan koefisien elastisitas dari partikel dan pegas dibuat sama. Medan gravitasi mempengaruhi gerakan partikel juga. Kelompok RBL membuat model simulasi dari n-buah partikel (semakin banyak semakin baik) yang massa tiap partikel dan koefisien tiap pegas bisa berbeda, dan bisa memodelkan perambatan gelombang (misal salah satu partikel diinisialisasi mendapatkan gaya eksternal, sehingga terjadi simulasi perambatan energi gelombang) Kelompok RBL membuat model pecut dari n-buah partikel (semakin banyak semakin baik) yang massa tiap partikel dan koefisien tiap pegas dibuat mendekati pecut (misal, semakin ke ujung massa dan koefisien elastisitasnya makin kecil), dan bisa membuat simulasi proses memecut dengan baik (misal, akibat massa partikel yang semakin kecil di ujung, maka kecepatan partikel yang berada di ujung semakin besar karena besarnyaa energi kinetik yang diterima adalah konstan).

3 TOPIK B : Bandul Matematis Bandul matematis dapat dimodelkan oleh 2 buah partikel yang dihubungkan oleh pegas yang berada dalam pengaruh medan gravitasi dan salah satu partikel dibuat tetap posisinya. Kelompok RBL mencoba membuat simulasi 2 buah partikel yang dihubungkan pegas dengan posisi awal berjejer horizontal dan dipengaruhi medan gravitasi. Partikel harus dapat jatuh secara natural. Pada bandul matematis, bandul dihubungkan oleh batang rigid dengan titik ayun. Kelompok RBL membuat model batang rigid dengan menggunakan koefisien pegas tertentu yang sangat besar. Bandul matematis dapat terus berayun dengan sudut maksimum ayunan tetap, jika sudut awal ayunan cukup kecil. Peserta mencoba menjalankan simulasi dan mencari sudut awal ayunann yang tepat agar bandul dapat terus berayun dan menjadi bandul matematis. Peserta dapat membuat simulasi bandul matematis yang sesuai dengan teori dasar dan mencari hubungan antara panjang batang, massa bandul, besar percepatan gravitasi, dan sudut ayunan. Hubungan antara parameter-parameter fisis tersebut lalu dibandingkan dengann hubungan teoritis yang sudah ada (dapat dicari sendiri referensinya),dan dianalisis hasilnya.

4 TOPIK C : Gerakan Partikel Bermuatan dalam Medan Magnet Sebuah partikel bermuatan (contoh proton) yang memiliki kecepatan awal dan bergerak dalam medan magnet akan dibelokkan lintasannya dan membentuk lintasan lingkaran. Peserta RBL membuat simulasi gerakan proton dalam medan magnet yang statis sehingga diperoleh lintasan melingkar. Peserta dapat membuat simulasi gerakan proton dalam medan magnet dinamis, dengan besar dan arah medan magnet yang dapat berubah-ubah terhadap waktu, dan menganalisis pengaruh medan magnet terhadap bentuk lintasan. Peserta dapat membuat simulasi gerakan proton dalam medan magnet dan dapat menjelaskan fenomena fisis tersebut serta membandingkan hubungan antara pengaruh berbagai parameter fisis (massa, muatan partikel, kecepatan partikel, besar medan magnet) dengan bentuk lintasan dari partikel tersebut (jari-jari lintasan dan arah gerak partikel) dengan teori atau hubungan fisis yang sudah ada (referensi dapat dicari).

5 TOPIK D : Simulasi Gerhana Proses perputaran berbagai benda langit dapat disimulasikan menjadi gerakan benda bermassa yang dipengaruhi gaya gravitasi antar benda tersebut. Untuk mempermudah simulasi diasumsikan terjadi interaksi antara matahari dengan bumi serta antara bumi dengan bulan, namun tidak ada interaksi antara matahari dengan bulan. Peserta dapat membuat simulasi matahari dan bumi, dan bumi dapat bergerak mengelilingi matahari. Peserta dapat membuat simulasi ideal pergerakan matahari, bumi, dan bulan dengan periode pergerakan yang sesuai, serta dapat mengamati kapan kemungkinan terjadinya gerhana dalam satu tahun. Dalam kondisi ideal, dalam satu tahun terdapat 12 kemungkinan terjadinya gerhana. Peserta dapat membuat simulasi realistis pergerakan ketiga benda langit tersebut dengan sangat fisis, serta dapat menjelaskan terjadinya fenomena aphelium-perihelium dengan simulasi, serta menunjukkan kemungkinan terjadinya gerhana dalam kondisi sesungguhnya. Dalam satu tahun terdapat kemungkinan terjadi gerhana secara real sebanyak 1-2 kali.

6 Simulasi Partikel Gas dalam Kotak Tertutup yang Bergerak Harmonik Sebuah sistem yang terdiri dari sekumpulan partikel gas yang bergerak acak dalam kotak tertutup secara statistik dapat dijelaskan fenomena termodinamikanya. Jika kotak tersebut dikocok dengan frekuensi tertentu, maka energi sistem akan asimtot mendekati suatu nilai terhadap waktu. Peserta membuat model simulasi 10 buah partikel gas dalam kotak yang posisi dan kecepatannya dibangkitkan secara acak. Diasumsikan tidak ada tumbukan antar partikel gas, dan terjadi tumbukan lenting sempurna antara partikel gas dengan dinding kotak. Peserta membuat simulasi partikel gas dalam kotak dengan jumlah partikel yang banyak. Posisi awal dan kecepatan awal partikel dibuat acak. Namun sekarang kotaknya dapat dikocok (digoyangkan) dengan frekuensi dan amplitudo yang dapat diatur. Lalu dicari hubungan antara energi kinetik total sistem terhadap waktu untuk berbagai nilai frekuensi dan amplitudo. Peserta dapat membuat simulasi partikel gas dalam kotak tertutup yang dapat dikocok dengan jumlah partikel yang sangat banyak. Lalu dengan memvariasikan nilai frekuensi dan amplitudo kocokan kotak, peserta dapat mencari hubungan antara suhu sistem terhadap frekuensi dan amplitudo kocokan kotak.