PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI DENGAN KINCIR MOMENTUM GRAVITASI AIR

Transkripsi

1 Poseding Semina Nasional Fisika dan Aplikasinya Sabu, 1 Novembe 015 Bale Sawala Kampus Univesias Padjadjaan, Jainango PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI DENGAN KINCIR MOMENTUM GRAVITASI AIR AYU LUSIYANA-1 *, MOH TOIFUR- Podi Magise Pendidikan Fisika, Fakulas Pascasajana, Univesias Ahmad Dahlan Jl. Pamuka 4 Sidikan, Yogyakaa, Absak. Kinci momenum gaviasi ai meupakan salah sau ala peaga pembelajaan fisika unuk mempelihakan aplikasi pinsip keja bahan baka oke yang dieapkan pada abung yang beisi ai. Geakan badan abung didapa dai osi selama ai dalam kolom abung kelua menguangi sauan massa sisem esebu. Laju penguangan massa ai membua kinci bepua dengan kecepaan yang bebeda. Peneliian ini beujuan unuk menenukan nilai pecepaan gaviasi bumi melalui pecobaan dengan menggunakan kinci momenum gaviasi ai. Peneliian dilakukan dengan meekam kejadian penguangan massa ai pada abung, video ekaman kemudian dianalisis menggunakan Tacke, daa hasil acking kemudian diolah dengan egesi linie sehingga didapakan nilai pecepaan gaviasi bumi. Hasil peneliian menunjukkan bahwa nilai pecepaan gaviasi bumi yang didapakan adalah ( 9,9 ± 0,57) m/s dengan pesenase kesalahan sebesa 1,78% jika diacking dengan keinggian 0,16 m 0,13 m. Hasil peneliian ini dapa digunakan dibidang pendidikan unuk mendemonsasikan kepada siswa mengenai caa menenukan nilai pecepaan gaviasi bumi, pinsip keja bahan baka oke, hukum kekekalan momenum, hukum Benoulli dan pinsip peubahan enegi. Kaa kunci : Pecepaan gaviasi bumi, kinci momenum gaviasi ai, Tacke 1. Pendahuluan Kinci momenum gaviasi ai adalah salah sau model geak benda bepua yang diakibakan sejumlah sauan massa ai dalam abung kolom bekuang secaa cepa akiba aikan gaviasi ehadap sejumlah massa ai. Pinsip keja kinci momenum gaviasi ai sama pinsipnya dengan caa keja mesin-mesin pesawa oke. Suau benda akan menimbulkan gaya sesaa manakala benda mengalami peubahan massa. Dalam hal oke, sejumlah massa bahan baka oke disembukan secaa cepa yang menyebabkan gaya eaksi muncul pada oke dan oke begeak dengan kecepaan eap, hal ini dapa dilakukan sau ahap jika anpa ada gesekan. Jika ada gesekan, unuk melanjukan penebangan, suau pesawa oke melakukan pembakaan modul kedua secaa beahap-ahap hingga sampai ke empa ujuan [1]. * ayu.lusiyana@live.com FP-1

2 FP- Ayu Lusiyana dan Moh Toifu Gamba 1. Roke meluncu Sumbe: hp://fisika.fkip.unsyiah.ac.id/01/11/pinsip-keja-oke.hml Pada gamba (1a) dipelihakan bahwa oke pada saa massanya m dan kecepaannya v, sedangkan pada gamba (1b) saa waku + d, dimana kecepaan oke beambah menjadi v + dv []. Seupa dengan gaya sesaa pada oke, pada kinci momenum gaviasi ai, geakan badan abung mendapa gaya selama ai dalam kolom abung kelua menguangi sauan massa sisem abung kolom. Gaya yang didapakan selama penguangan ai dai dalam abung mengakibakan abung bepua seaah dengan lengkungan kinci. Pengamaan awal yang penulis lakukan mempelihakan bahwa semakin sauan massa inggi ai mendekai eap diisi secaa beauan, kinci akan begeak pelan. Teapi apabila dibiakan ai meloo anpa diisi ulang selama begeak, kolom begeak cukup cepa. Peubahan kecepaan yang ejadi membua penulis ingin menelii lebih lanju mengenai hubungan anaa keinggian ai dengan peubahan kecepaan puaan kinci. Penulis beanggapan bahwa melalui hubungan anaa keinggian ai dan peubahan kecepaan puaan kinci ini akan didapakan nilai pecepaan gaviasi bumi.. Landasan Teoi A. Hukum Benoulli Bedasakan pesamaan koninuias, laju alian fluida dapa beubah-ubah sepanjang jalu fluida. Tekanan juga dapa beubah-ubah eganung pada keinggian dan laju alian. Hubungan anaa ekanan, laju alian, dan keinggian unuk alian dapa dijelaskan dengan pesamaan Benoulli. Pesamaan Benoulli meupakan ala pokok dalam menganalisis sisem pepipaan, sasiun pembangki lisik enaga ai, dan penebangan pesawa [3]. Pesamaan Benoulli menyaakan bahwa keja yang dilakukan pada sau sauan volume fluida oleh fluida sekianya adalah sama dengan jumlah peubahan enegi kineik dan enegi poensial iap sauan volume yang ejadi selama alian. Pesamaan Benoulli hanya epa digunakan unuk fluida inkompesibel yang ideal, yaiu alian fluida unak anpa gesekan. Diungkapkan dengan pesamaan:

3 Penenuan Pecepaan Gaviasi Bumi dengan Kinci Momenum Gaviasi Ai FP-3 p Dalam kasus kinci ai ini, nilai p p sehingga gh1 v1 p gh v (1) 1 1 gh v gh v 1 1 () Nilai kecepaan awal adalah nol, v 1 0 dan keinggian akhinya juga nol h 0, maka pesamaan () menjadi 1 gh v 1 (3) Dai pesamaan (3) ini dapa diliha bahwa kecepaan ai yang kelua adalah: v gh 1 (4) B. Hukum kekekalan momenum sudu Hukum kekekalan momenum sudu menyaakan bahwa keika osi lua oal yang bekeja pada sisem sama dengan nol, maka momenum sudu oal dai sisem esebu adalah konsan (kekal). Jika sebuah sisem edii dai bebeapa bagian, gaya-gaya dalam yang dilakukan sau bagian ehadap bagian lainnya menyebabkan peubahan momenum sudu dai masing-masing bagian, namun momenum sudu oal idak beubah. Tosi-osi dai gaya dalam dapa memindahkan momenum sudu dai sau benda ke benda lainnya, namun ak dapa mengubah momenum sudu oal dai sisem. Diungkapkan dengan pesamaan: d di dl I I d d d dl 0 0 L konsan d L L 0 1 I I (5) (6) Dalam hal kinci momenum gaviasi ai, akan diinjau pesamaan momenum sudu pada saa waku dan +. Penjabaan pesamaan dapa diliha pada abel 1.

4 FP-4 Ayu Lusiyana dan Moh Toifu Tabel 1. Penuunan pesamaan yang digunakan Pada waku Momenum sudu abung: L I T T (7) Pada waku + Momenum sudu abung: L I I (8) T T T Momenum sudu ai kelua: L I A Momenum sudu oal: Peubahan momenum sudu: Tosi : Jika osi yang disebabkan oleh ali/gesekan pada pepuaan abung diabaikan dan gesekan dengan udaa juga diabaikan, maka F=0, sehingga F Pesamaan (13) diinegalkan uas kii dan kanannya: To (9) L L L T L I I I To T T A L I I I I To T T T A L L L To L I I I T dl Id did di dl Id did di A d d d d di I A d di I A d A nilainya sanga kecil0 di I A d 1 1 I m Ah 1 di A dh. d gh g g di A I 1 1 h h0 h 1 A dh A h dh h h 0 A (10) (11) (1) (13) h h0 (14) dengan = kecepaan sudu abung (ad/s) h 0 = keinggian ai awal (m) h = keinggian ai akhi (m) g = kecepaan gaviasi (m/s ) = jai-jai abung + panjang sedoan yang diuku dai kuli abung sampai ke lengkungan sedoan (m).

5 Penenuan Pecepaan Gaviasi Bumi dengan Kinci Momenum Gaviasi Ai FP-5 C. Pecepaan gaviasi bumi Suau pecepaan yang nilainya beganung pada gaviasi bumi disebu dengan pecepaan gaviasi bumi. Pecepaan gaviasi bumi behubungan dengan bea w dai sebuah benda dengan massanya m. Nilai pecepaan gaviasi bumi bebeda unuk empa yang bebeda di pemukaan bumi dan pada pemukaan plane yang bebeda. Pecepaan gaviasi suau obyek yang beada pada pemukaan lau dikaakan ekivalen dengan 1 g, yang didefinisikan memiliki nilai 9,80665 m/s. Pecepaan di empa lain sehausnya dikoeksi dai nilai ini sesuai dengan keinggian dan juga pengauh benda-benda bemassabesa di sekianya. Umumnya digunakan nilai 9,81 m/s unuk mudahnya[4]. Pada pinsipnya poses fisika yang melibakan gaviasi dapa digunakan unuk menguku g. Pada peneliian yang dilakukan oleh Khelashvili dan Sege [5], penenuan nilai gaviasi bumi dilakukan dengan meode menghiung waku jauh bebas bola bebahan meal dan mempeoleh nilai g sebesa(9,93±0,08) m/s. John Smih dkk menenukan nilai g dengan menggunakan Picke Fence ( paga kayu ) dan phoogae dan mempeoleh nilai g sebesa (9,81±0,01) m/s [6]. Meode penenuan nilai g juga banyak dilakukan menggunakan ayunan maemais, yang dipekenalkan oleh Huygens pada 1656 dengan angkaian mekanik sedehana dan mengalami pekembangan menjadi sebuah ala yang disebu gavimee [7]. 3. Meode Peneliian Ala dan bahan yang digunakan dalam ekspeimen penenuan nilai pecepaan gaviasi bumi ini adalah bool plasik ai minum kemasan 3,1 Lie, sedoan plasik siku, lem baka dan pemanasnya, ali bebahan nylon, ala peekam video (handycam), dan ipod, sea peangka lapop dengan pogam Tacke dan Ms.Excel didalamnya ai yang dibei wana. Posedu pengambilan daa ekspeimen ini dijelaskan dalam diagam ali (flowcha) pada gamba beiku: Gamba. Diagam ali poses pengambilan daa

6 FP-6 Ayu Lusiyana dan Moh Toifu Pembuaan peangka ekspeimen penenuan nilai pecepaan gaviasi bumi adalah sebagai beiku: 1. melubangi bool pada keinggian 1 cm dai dasa bool seukuan dengan diamee sedoan siku sebanyak 4 lubang saling behadapan menggunakan ujung paku yang dipanaskan. menguakan bagian bengkok pada sedoan siku dengan menggunakan lem aga sudu siku idak beubah 3. memoong sedoan siku dengan ukuan panjang 1 cm dai sudu sikunya 4. menyaukan sedoan dengan lubang bool menggunakan lem 5. menancapkan paku pada mulu bool sebagai empa unuk mengikakan ali 6. mengikakan ali pada paku yang edapa di mulu bool. Daa dipeoleh dengan caa acking video ekaman pepuaan bool beupa nilai keinggian (h dan h 0 ) yang diack (diandai) keika bool sudah bepua sebanyak sau kali puaan. Peiode (T) kemudian digunakan unuk menenukan nilai kecepaan sudu pepuaan bool dengan pesamaan: Penenuan nilai g adalah dengan pehiungan dengan menggunakan analisis egesi linie y=ax+b dai kumpulan daa-daa keinggian dan kecepaan sudu [8]. Pesamaan yang digunakan sebagai analisis egesi linie adalah pesamaan (14). T h h 0 (15) dimana adalah nilai y, adalah nilai b. adalah nilai a, h adalah nilai x dan h 0 Nilai g didapa dai slope egesi linie (a) dengan pesamaan: a g (16) 8 Adapun unuk menenukan nilai ala g adalah dengan pesamaan: dimana S a g Sg S S a a 4 a S y i N a i N x x (17) (18)

7 Penenuan Pecepaan Gaviasi Bumi dengan Kinci Momenum Gaviasi Ai FP-7 4. Hasil dan Pembahasan Bedasakan posedu pengambilan daa, maka hasil yang didapa peama kali dalam peneliian ini adalah sebuah video ekaman pepuaan bool kinci momenum gaviasi ai. Kemudian dilakukan analisis dengan meode acking menggunakan aplikasi Tacke sceenshoo yang dimua beupa gamba 3. Aah Pua Gamba 3. Sceenshoo analisis video ekaman pepuaan kinci momenum gaviasi ai dengan aplikasi Tacke Daa yang diambil dai poses acking ini adalah nilai keinggian (h dan h 0 ) dan waku yang dibuuhkan bool unuk bepua sau kali puaan, peiode (T). Tacking dilakukan dengan menandai keinggian ai pada sumbu y saa bool sudah bepua sau kali puaan. Pengkalibasian dilakukan dengan keinggian ai dai pemukaan aas ke lubang keluaan ai sebesa 0, m. Daa dai acke yang didapakan seluuhnya bejumlah 50 daa. Daa-daa esebu kemudian dikalkulasikan dalam pogam Micosof Excel. Nilai peiode (T) dimasukkan ke dalam pesamaan (15) unuk kemudian akan digunakan sebagai sumbu y dalam analisis egesi linie. Nilai keinggian (h) diakakan unuk kemudian digunakan sebagai sumbu x dalam analisis egesi linie. Beiku adalah sebaan daa yang diplo dalam suau gafik pada Gamba 4. Gamba 4. Gafik Hubungan Kecepaan Sudu dengan Keinggian

8 FP-8 Ayu Lusiyana dan Moh Toifu Dai gamba 4 dapa diliha bahwa kecepaan sudu sebanding dengan keinggian ai, yang dapa diaikan juga bahwa enegi yang dialami bool juga bekuang seiing dengan meosonya keinggian ai. Dikaenakan oleh keebaasan ala dan meode ini unuk digunakan sebagai penenu nilai pecepaan gaviasi bumi, maka pada enangan nilai kecepaan sudu yang belum bekuang secaa signifikan (0.40<<0.73) daa diegesi linie unuk mendapakan nilai slope aau gadien gais luus (a) sepei yang eliha pada Gamba 5. Nilai a didapakan sebesa 63,83997 dengan ala sebesa 1,815. Selanjunya nilai a dimasukkan ke dalam pesamaan (16) sehingga didapa nilai g dan alanya dai pesamaan (17) sebesa (9,99±0,57) m/s dengan nilai koefisien koelasi yang sanga baik yakni sebesa 0,99. Nilai g yang didapa dai ekspeimen ini idak begiu jauh dai nilai g pada eoinya (g=9,81 m/s ) sehingga kesalahan elaif cukup kecil yaiu 1,78%. Gamba 5. Fiing daa linea dai hubungan anaa kecepaan sudu dengan keinggian eenu 5. Kesimpulan Bedasakan pecobaan yang dilakukan mengenai penenuan nilai pecepaan gaviasi bumi dengan kinci momenum gaviasi ai didapa nilai pecepaan gaviasi bumi adalah sebesa (9,99±0,57) m/s dengan kesalahan elaif sebesa 1,78% dan koefisien koelasi daa sebesa 0,99. Hal ini membukikan bahwa nilai pecepaan gaviasi bumi dapa dienukan menggunakan pinsip angkaian pecobaan yang miip dengan sisem keja oke. Hasil peneliian ini dapa digunakan dibidang pendidikan unuk mendemonsasikan kepada pesea didik mengenai caa menenukan nilai pecepaan gaviasi bumi, pinsip keja bahan baka oke, hukum kekekalan momenum, hukum Benoulli dan pinsip peubahan enegi. Ucapan eima kasih Teimakasih kepada saudaa Roses Supiandi yang elah membanu penulis membeikan ide dan mendiskusikan pesamaan-pesamaan yang eliba pada peneliian ini.

9 Penenuan Pecepaan Gaviasi Bumi dengan Kinci Momenum Gaviasi Ai FP-9 Dafa Pusaka [1] Diekoa Pembinaan Sekolah Menengah Aas, Diekoa Jendeal Pendidikan Menengah, Pedoman Pembuaan Ala Peaga Fisika Unuk SMA, Kemeneian Pendidikan dan Kebudayaan, 011. [] hp://fisika.fkip.unsyiah.ac.id/01/11/pinsip-keja-oke.hml, diakses anggal 7 Apil 015. [3] Young. Hugh D and Feedman. Roge. A, Fisika Univesias/Edisi Kesepuluh/Jilid 1, Elangga, Jakaa, 00. [4] Raden Muhammad Hadi, Menghiung Pecepaan Gaviasi dengan Menggunakan Bandul Maemais dengan Meode Kuada Tekecil. Lapoan Peneliian Tidak Dipulikasi, Podi Maemaika FMIPA UPI, 01. [5] Khelashvili. G. and C.U. Sege, Acceleaion Due o Gaviy,Unpublished, 003. [6] Smih. John, Lab : Acceleaion Due o Gaviy, Geneal Physics Lab I Secion 3, Unpublished, 013. [7] Mason. Iginio. A Sho Walk Along The Gavimees Pah. Hindawi Publishing Copoaion, Inenaional Jounal of Geophysics Volume 01, Aicle ID , P-, 01. [8] Bevingon. Philip R and Robinson. D Keih, Daa Reducion and Eo Analysis fo The Physical Sciences Thid Ediion, New Yok, McGaw-Hill Companies, Inc, 003.