ALAT PERAGA FISIKA HUKUM KEKEKALAN ENERGI, GAYA, KECEPATAN, DAN PERCEPATAN PADA BIDANG MIRING. Oleh Hendika Iryanto NIM:

Transkripsi

1 ALAT PERAGA FISIKA HUKUM KEKEKALAN ENERGI, GAYA, KECEPATAN, DAN PERCEPATAN PADA BIDANG MIRING. Oleh Hendika Iryanto NIM: Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Juli 2015

2

3

4

5 PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT Saya, yang bertanda tangan di bawah ini: NAMA : Hendika Iryanto NIM : JUDUL SKRIPSI : Alat Peraga Fisika Hukum Kekekalan Energi, Gaya, Kecepatan, dan Percepatan Pada Bidang Miring. Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi apapun sesuai aturan yang berlaku. Salatiga, Juli 2015 Materai Rp, 6000,- Hendika Iryanto

6 INTISARI Di kalangan peserta didik telah berkembang kesan yang kuat bahwa pelajaran fisika merupakan pelajaran yang sulit untuk dipahami dan kurang menarik. Keberadaan peralatan laboratorium IPA merupakan sarana yang harus diupayakan guna meningkatkan mutu pembelajaran IPA di sekolah. Alat peraga praktik (APP) IPA mempunyai peranan yang sangat penting dalam pembelajaran, yaitu untuk menjelaskan konsep, sehingga siswa memperoleh kemudahan dalam memahami hal-hal yang dikemukakan guru, memantapkan penguasaan materi yang ada hubungannya dengan bahan yang dipelajari dan mengembangkan keterampilan Oleh karena itu, skripsi ini bertujuan untuk merancang alat peraga/media yang dinamakan Alat Peraga Fisika Hukum Kekekalan Energi, Gaya, Kecepatan, dan Percepatan Pada Bidang Miring. Alat ini terdiri dari sebuah bidang miring yang dapat diatur sudut kemiringannya mulai dari 0 o hingga 90 o, jenis permukaan yang bervariasi (akrilik, kayu, dan kertas) dan beban yang memiliki massa yang bisa diubah dengan kelipatan 100 gram mulai dari 100 gram hingga 500 gram yang nantinya akan diluncurkan di atas bidang miring tersebut untuk mendapatkan beberapa parameter besaran fisika yaitu percepatan, kecepatan, energi kinetik, energi potensial, energi yang hilang karena gesekan dan koefisien gaya gesek kinetik yang dapat kita amati untuk menunjang pembelajaran tentang fisika. Dengan dilengkapi GUI (Graphical User Interface) yang dapat menampilkan parameter besaran fisika secara langsung seiring meluncurnya beban (real time) dalam bentuk data mentah maupun grafik. Diharapkan alat peraga ini dapat menarik minat dan kemauan siswa untuk lebih tertarik dalam mempelajari fisika.

7 ABSTRACT High school students have strong impression that physics is difficult to learn and unattractive. The existence of science laboratory equipment is something that must be pursued to improve the quality of science studies at school. Science visual aid tools has important role in science study to explain the concept, so that the students are able to learn about the subject from their instructor easier, establish physics material mastery and develope their skill. Because of that, this final project is intended to design visual aid tool that is named Physics Visual Aid Tools on Energy Conservation Law, Force, Velocity, and Acceleration on Ramp. This visual aid tool contains a ramp that have adjustable angles, several kinds of surface, and masses which will be slided on a ramp to get some physics parameter that can be observed to support about physics studies. Equipped with desktop program showing physics parameter in real time in form of raw data and graphs, this visual aid tool is expected to attract student s will and interest about learning physics.

8 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Bapa Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : 1. Yesus Kristus atas rahmat kasih karunia yang diberikan sehingga penulis bisa mengerjakan dan menyelesaikan skripsi dengan baik, penyertaan-mu sungguh ada dan nyata dalam pengerjaan skripsi ini. 2. Ayah saya Herwanto, ibu saya Lilis, kakak saya Hesti Iryani, dan keponakan saya Ellen Avelia yang sudah memberkan suntikan semangat serta motivasi secara langsung maupun tidak langsung, terima kasih untuk segalanya, dukungan kalian membuatku selalu bersemangat mengerjakan skripsi ini. 3. Bapak Deddy Susilo, S.T., M.Eng dan Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, arahan dan ideide cemerlang serta inovatif yang menginspirasi penulis selama mengerjakan skripsi ini. 4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Dita, Mbak Vera, Pak Budi, Pak Harto, Pak Bambang, dan Mas Hari. 5. Ruth Reima Afluria Widhiyanti dan Aletheia Anggelia Tonoro yang sudah menjadi kakak dan adik selama saya merantau menimba ilmu di FTEK UKSW. 6. Staff InfinIT yang sudah memberikan tempat untuk belajar dan berkembang, terima kasih atas bimbingan, ide cemerlang, dan ilmu yang kalian berikan kepada penulis. 7. Teman-teman RCSM yang selalu ada dikala senang maupun duka menghadapi kerasnya kehidupan sebagai mahasiswa FTEK UKSW. 8. Teman-teman angkatan 2008 yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu persatu. 9. Para penghuni Lab XT selama mengerjakan skripsi.

9 10. Teman-teman main bola, teman-teman futsal teman-teman badminton, temanteman pendaki gunung dan teman-teman lainnya. 11. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan terima kasih. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika. Salatiga, Juli 2015 Penulis

10 DAFTAR ISI INTISARI... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... viii DAFTAR SINGKATAN... ix BAB I PENDAHULUAN Tujuan Latar Belakang Spesifikasi Sistem Sistematika Penulisan... 3 BAB II DASAR TEORI Kelajuan, Perpindahan, Kecepatan, dan Percepatan Hukum Newton II Usaha dan Energi Energi Kinetik Energi Potensial Kekekalan Energi Mekanik Sensor Akselerometer Digital ADXL Sensor Ultrasonik Mikrokontroler ATmega BAB III PERANCANGAN ALAT Gambaran Sistem Perancangan Mekanik Perancangan Elektronika Alat Peraga Fisika Pengendali Utama Perancangan Perangkat Lunak Pengolahan Data Akselerometer Sensor Ultrasonik HY-SRF

11 User Interface (Program Desktop) BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pengujian Sensor Akselerometer Pengujian Data Percepatan Gravitasi Pengujian Data Kemiringan Sudut ψ Akselerometer Pengujian Sensor Jarak HY-SRF Pengujian Data Program User Interface BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran Pengembangan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 45

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Balok bergerak dari titik x1 ke titik x Gambar 2.2. Model Sistem (Gaya pada bidang miring tanpa gesekan)... 5 Gambar 2.3. Model Sistem (Gaya pada bidang miring dengan gesekan)... 6 Gambar 2.4. Balok mengalami perpindahan setelah dikenai gaya sebesar F... 7 Gambar 2.5. Sumbu akselerometer ADXL Gambar 2.6. Keluaran data akslerometer ADXL345 pada berbagai orientasi posisi... 9 Gambar 2.7. Konfigurasi pin ADXL Gambar 2.8. Contoh Rangkaian ADXL345 dengan komunikasi I 2 C Gambar 2.9. Gambar pantulan gelombang ultrasonic Gambar Sensor Ultrasonik HY-SRF Gambar Konfigurasi pin ATmega Gambar 3.1. Blok diagram alat peraga fisika Gambar 3.2. Gambar sketsa sisi miring tampak atas Gambar 3.3. Gambar sketsa mekanik tampak depan Gambar 3.4. Realisasi mekanik alat peraga fisika Gambar 3.5. Skema perancangan elektronika alat peraga Gambar 3.6. Realisasi elektronika alat peraga Gambar 3.7. Berbagai posisi kemiringan sudut dari sensor akselerometer Gambar 3.8. HY-SRF05 Mode Gambar 3.9. Timing Diagram HY-SRF05 Mode Gambar HY-SRF05 Mode Gambar Timing Diagram HY-SRF05 Mode Gambar User Interface Alat Peraga Gambar Diagram alir alat peraga fisika... 28

13 Gambar 4.1. Pengambilan data berdasarkan perbedaan besar massa Gambar 4.2. Pengambilan data berdasarkan perbedaan jenis permukaan alas Gambar 4.3. Permodelan Hukum Kekekalan Energi Pada Bidang Miring Gambar 4.4. Pengambilan Data Energi... 40

14 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Deskripsi pin ADXL Tabel 2.2. Spesifikasi ADXL Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler AVR ATmega2560 yang digunakan Tabel 4.1. Data pengujian percepatan gravitasi akselerometer sebelum kalibrasi Tabel 4.2. Percepatan gravitasi dan kemiringan sudut ideal sensor akselerometer Tabel 4.3. Data pengujian percepatan gravitasi akselerometer setelah kalibrasi Tabel 4.4. Perbandingan data kemiringan sudut ψ Tabel 4.5. Perbandingan pengukuran jarak... 35

15 DAFTAR SINGKATAN ADC APP BSNP Depdiknas EEPROM EK EP I2C IPA LSB MOSFET PC PWM SPI SRAM USART USB Analog Digital Converter Alat Peraga Praktik Badan Standar Nasional Pendidikan Departemen Pendidikan Nasional Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory Energi Kinetik Energi Potensial Inter-Integrated Circuit Ilmu Pengetahuan Alam Least Significant Bit Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor Personal Computer Pulse Width Modulation Serial Peripheral Interface Static Random Access Memory Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter Universal Serial Bus