Rancang Bangun Alat Eksperimen Sederhana Gerak Proyektil

Transkripsi

1 Pradita Adnan Wijaa Sekolah Pascasarjana Pengajaran Fisika, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesa 10 Bandung 4013 Uar Fauzi, Fourier Dzar Eljaar Latief Departeen Fisika, FMIPA, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesa 10 Bandung 4013 M. Thoha Firdaus Progra Studi Pendidikan Fisika, STKIP Nurul Huda, Suatera Selatan Jalan Kota Baru Sukaraja Bua Madang OKU Tiur Stkip Nurul Huda, OKU TIMUR Surat-e: Menentukan gerak proektil erupakan perasalahan penting dala sejarah perkeangan ilu ekanika. Gerak proektil adalah gerak suatu enda ang dieri kecepatan awal, keudian enepuh lintasan ang arahna sepenuhna dipengaruhi oleh percepatan graitasi dan haatan udara. Untuk eperudah peahaan peserta didik engenai ateri gerak proektil, telah diuat suatu alat eksperien gerak proektil sederhana. Diharapkan alat ini dapat digunakan seagai edia peelajaran ang udah diaplikasikan, ditiru dan terjangkau agi pihak sekolah aupun leaga pendidikan. Deterining projectile otion is an iportant issue in the histor of the deelopent of echanics. The otion of a projectile is the otion of an oject gien the initial elocit, then traels the path whose direction is copletel influenced the acceleration of grait and air resistance. To facilitate students' understanding of projectile otion aterial, a siple projectile otion eperients tool has een deeloped. It is epected that this tool can e used as a learning edia that is eas to appl, iitated and affordale for schools and educational institutions. Kata kunci: gerak proektil, alat eksperien, edia peelajaran I. Pendahuluan Menentukan gerak proektil erupakan perasalahan penting dala sejarah perkeangan ilu ekanika[1]. Gerak proektil didefinisikan seagai gerak suatu enda ang dieri kecepatan awal, keudian enepuh lintasan ang arahna sepenuhna dipengaruhi oleh percepatan graitasi dan haatan udara[]. Untuk eperudah peahaan engenai gerak proektil, diperlukan edia peelajaran erupa alat eksperien gerak proektil ang terjangkau dan dapat dengan udah dioperasikan oleh siswa. Saat ini, alat peraga ang ada erupakan uatan luar negeri, seperti produk dari PASCO[3] dan VERNIER[4] ang hargana cukup ahal. Oleh karena itu, rancang angun alat eksperien sederhana engenai gerak proektil agi peserta didik perlu dilakukan. II. Kajian Pustaka Persaaan engenai gerak proektil ang ditunjukkan pada persaaan 1 (pada ruang hapa udara) dan (dengan eperhitungkan haatan udara) [1]. d r gzˆ (1) d r dr gzˆ () JRKPF UAD Vol.4 No.1 April 017 Pradita Adnan Wijaa, dkk. 7

2 erupakan assa partikel (kg), g erupakan percepatan graitasi (/s ), t erupakan waktu (s), dan erupakan koefisien haatan udara atau drag. Secara uu gerak proektil dapat ditinjau pada 1, aupun 3 diensi ang ana ektor gerak proektil dapat dilihat pada gaar 1 erikut. akhir saa didapatkan dengan engail koponen ertikal kecepatanna saa dengan nol gt 0 0 atau t. g Setelah diketahui dan t, selanjutna kita dapat enentukan jarak jangkauan aksiu proektil dala kondisi acuu aupun dengan eperhitungkan drag. Diana ector gerak proektil dapat dilihat pada gaar erikut. Gaar 1. Koponen-koponen kecepatan awal seuah proektil dengan adalah sudut antara 0 dengan suu horizontal Gerak proektil di kondisi aku Dala kondisi acuu (hapa udara), isalkan kita luncurkan seuah proektil dari titik asal dengan kelajuan awal 0 dengan sudut θ terhadap suu horisontal, aka kecepatan awal epunai koponen: o cos (3) 0 o sin (4) 0 Karena tidak ada percepatan horisontal, kecepatan koponen adalah konstan seagaiana ditunjukkan pada persaaan (5). (5) Koponen eruah terhadap waktu sesuai persaaan (6). 0 gt (6) Koponen perpindahan proektil pada arah dan ditunjukkan oleh persaaan (7) dan (8). t (7) 1 0 t gt (8) Persaaan uu untuk lintasan () dapat diperoleh dari persaaan (7) dan (8) dengan engeleinasi ariael t antara kedua persaaan ini dengan eilih 0 0 0dan dengan enggunakan t pada persaaan (8) kita dapatkan persaaan (9) 0 1 g (9) Waktu ang diutuhkan proektil untuk encapai ketinggian aksiuna diana ketinggian awal dan Gaar. Vektor gerak proektil [5] Jangkauan R adalah jarak ang ditepuh dala dua kali waktu ini sehingga persaaanna enjadi persaaan (10). 0 0 R (10) g g Bila dinatakan dala kelajuan awal 0 dan sudut leparan θ, jangkauan ini dapat dituliskan seagaiana persaaan (11). 0 R sin (11) g Gerak Proektil dengan Meperhitungkan Drag Jika diasusikan ada drag ang ekerja ke arah suu seesar, aka persaaan gerak proektil ang terjadi dapat ditulis seagaiana persaaan 1 dengan V adalah drag (N). d V (1) Karena adana pengaruh gaa graitasi, persaaan gerak proektil ke arah suu dapat dituliskan seagaiana persaaan 13. d g (13) Untuk endapatkan nilai kecepatan gerak gerak proektil, aka integrasi terhadap persaaan 14 untuk gerak kearah suu dan persaaan 15 untuk gerak JRKPF UAD Vol.4 No.1 April 017 Pradita Adnan Wijaa, dkk. 8

3 kearah suu. Hasilna ditunjukkan pada persaaan 14 dan 15. cose 0 (14) g g 0 sin e (15) Jarak luncur gerak proektil juga dapat dihitung dengan engintegrasikan persaaan 14 terhadap waktu (t) untuk gerak proektil ke arah suu dan persaaan 15 untuk gerak proektil ke arah suu. Persaaan hasil integrasi ditunjukkan oleh: e 1 (16) g gt e e 0 sin 1 1 (17) III. Rancangan Alat Desain Alat Alat dan Bahan Dala peuatan alat eksperien gerak proektil ini daftar ite ahan peuatan alat disajikan oleh tael 1. Tael 1. Daftar ite ahan peuatan alat No Naa Barang Ite 1 PVC 1 Keni L 8 3 Keni T 4 4 Tutup 1" 1 5 Saungan 1 6 Kran 1/ " 1 7 Dop 1 8 Angle adjusent 9 Baut 10 Pressure gauge 1 11 Busur 1 1 Le pc 1 13 Popa 1 IV. Metode Eksperien Teknik pengailan data eksperien gerak proektil untuk enguji kinerja alat digaarkan elalui diagra alir pada gaar 4. Gaar 3. Detail agian-agian alat Gaar 4. Diagra alir ujicoa alat eksperien gerak proektil. Gaar 5. Skea siste ongkar pasang Penelitian diawali dengan penentuan nilai paraeter aitu sudut dan tekanan ang tetap. Selanjutna, dilakukan analisis ideo luncuran gerak proektil di laoratoriu enggunakan software Tracker. Hasil analisis ideo terseut keudian diandingkan dengan hasil siulasi nuerik enggunakan Visual Basic for JRKPF UAD Vol.4 No.1 April 017 Pradita Adnan Wijaa, dkk. 9

4 Applications (VBA) pada Microsoft Ecel enggunakan paraeter kecepatan (V0), sudut (θ), dan assa proektil () ang sesuai dengan alat eksperien. Diharapkan hasil analisis enggunakan kedua etode ini dapat dipergunakan untuk engetahui akurasi serta enguji kinerja alat ang telah diuat. Set up alat eksperien ditunjukkan oleh gaar 5. Gaar 5. Peluncur proektil (tapak saping) Popa digunakan untuk eerikan tekanan udara ke dala chaer. Nilai tekanan udara dapat diketahui dengan elihat pressure gauge. Apaila nilai tekanan udara sudah sesuai, proektil dapat diluncurkan dengan euka trigger. V. Hasil dan Peahasan Dengan enentukan paraeter sudut dan tekanan ang tetap, aitu seesar 60 0 dan 10 psi (erurutan), diperoleh hasil seagaiana ang tecantu pada tael. Tael. Hasil ujicoa alat eksperien peluncur proektil R terukur R teoritis ( 0 ) 0 (/s) () () R (%) , , ,38 Berdasarkan tael, terlihat ahwa hasil nilai jarak (Rterukur) ang didapatkan dari analisis enggunakan software Tracker enunjukkan inkonsistensi data. Perhitungan Rterukur seharusna endekati hasil siulasi ang enggunakan persaaan (16), seentara perhitungan Rteoritis enggunakan siulasi ang eradasar pada persaaan (11). Dengan eandingkan kedua persaaan terseut secara eksplisit, hasil ang didapatkan seharusna enunjukkan ahwa Rterukur selalu leih kecil dari Rteoritis. Hal ini dikarenakan pada Rterukur terdapat gaa haatan udara (drag) ang ekerja erlawanan arah dengan gerak luncuran proektil. Dari tael, terlihat hana percoaan pertaa ang sesuai dengan ketentuan terseut Inkonsistensi data ang terjadi keungkinan diakiatkan oleh alat ang elu terkalirasi sepurna. Dari segi alat ang asih dala tahap pengeangan, tingkat presisina asih rendah. Hal ini dikarenakan karena pressure gauge dan protactor ang digunakan asih dala siste analog, sehingga peacaan nilai ang terukur enjadi kurang akurat. Di saping itu, all ale (trigger/kran) ang digunakan asih eerikan pengaruh pada proses keluarna udara. Ketika dierikan tekanan udara ang saa, terjadi peredaan kecepatan awal ( 0 ) ang keluar dan endorong peluru, sehingga jarak jangkau (R) ang dihasilkan ereda. Peredaan ang terjadi isa dikarenakan oleh kecepatan euka kran, cara euka kran, aupun waktu jeda antara proses eopa udara dan proses euka trigger. Oleh karena itu, diperlukan odel trigger dengan siste digital ang dapat teruka secara otoatis ketika tekanan udara sudah sesuai ang diinginkan. Selain dari kondisi trigger terseut, adana goncangan alat ang diakiatkan oleh gerakan tangan ketika euka trigger juga eerikan ketidakakuratan pada alat. Goncangan ang terjadi keungkinan dapat engkiatkan peruahan sudut luncuran ( ) ang sudah diatur seeluna. Peruahan terhadap sudut luncuran ini akan engakiatkan peruahan pada jarak luncuran (R) serta entuk lintasan proektil ang dihasilkan. VI. Saran Pengeangan Untuk peraikan kualitas alat, aka pada tahap pengeangan selanjutna seaikna agian alat ang erupa angle protactor dan pressure gauge diganti enggunakan siste digital agar peacaanna leih akurat. Selain itu, trigger ang erupa kran all ale juga seaikna diganti dengan trigger otoatis seperti odel solenoida ale. Hal ini diaksudkan untuk einialkan efek goncangan dan enjaga stailitas tekanan ang akan endorong luncuran proektil. VII. Kesipulan Alat eksperien gerak proektil ang dihasilkan telah erhasil enunjukkan kinerjana seagai edia peelajaran gerak proektil. Hasil ujicoa kualitas alat enunjukkan ahwa kinerja alat elu aksial. Hal ini terlihat dari inkonsistensi data ang dihasilkan ketika ujicoa peluncuran proektil dengan kondisi awal (tekanan dan sudut luncuran) ang saa ternata eerikan hasil kecepatan awal ( 0 ) dan jarak luncuran (R) ang ereda. JRKPF UAD Vol.4 No.1 April 017 Pradita Adnan Wijaa, dkk. 10

5 Ucapan Teriakasih Ucapan teriakasih penulis sapaikan kepada Prof. Dr. rer nat Uar Fauzi dan Dr. Fourier Dzar Eljaar Latief atas iinganna, serta sdr. Candra Irawan ang telah euatkan desain dan prototpe alat eksperien gerak proektil ini. Kepustakaan [1] Son, Keith R Mechanics 3 rd Edition. Addison-Wesle Pulishing Copan, Inc. [] Young, Hugh D. dan Freedan, Roger A. 00. Fisika Unersitas Jilid 1. Jakarta: Erlangga. [3] [4] tion_launcher/ [5] llida8019c04/iage_t/tfg010.gif JRKPF UAD Vol.4 No.1 April 017 Pradita Adnan Wijaa, dkk. 11