EKSPERIMEN FISIKA II PENGEREMAN MAGNETIK

Transkripsi

1 EKSPERIMEN FISIKA II PENGEREMAN MAGNETIK Disusun Oleh: Sujiani JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2009/2010

2 ABSTRAK Telah dilakukan uji coba yang bertujuan untuk mengetahui sifa-sifat gaya pengereman magnetik serta pengaruh jarak dan kecepatan terhadap konduktor magnetik. Metode yang digunakan adalah metode menggelindingkan magnet pada lintasan konduktor. Penelitian dilakukan ketika magnet telah bergerak dengan kecepatan konstan, maka berlaku F PM = -k 0 d p v n = -k 1 v n dimana F PM adalah gaya pengereman magnetik. Penelitian dimulai dengan menggelindingkan magnet pada bidang miring, dilanjutkan mencatat waktu tempuh magnet (t) dan jarak (d) serta variasi sudut kemiringan bidang sebanyak lima variasi. Harga n dan p diperoleh melalui grafik. Dari hasil analisis data diperoleh harga n yaitu 1,43 sedangkan p sebesar 0,186. Kata Kunci: pengereman magnetik, kecepatan konstan, konduktor ABSTRACT Has been observed to determine the characteristic force of magnetic braking and influence distance and velocity to magnetic conductor. The method utilised the roll magnetic on the conductor flish, assuming that if the magnet roll with constant velocity, thus the magnetic braking force F PM = -k 0 d p v n = -k 1 v n which F PM is equals to magnetic braking force, then measuring roll time t and angle variation d as many as five variation. The experimental results from graphic give the n and p values are 1,43 and 0,186. Keywords: magnetic braking, constant velocity, conductor

3 1. Tujuan 1. Mempelajari sifat-sifat gaya pengereman magnetik. 2. Menentukan ketergantungan gaya pengereman magnetik pada jarak dan kecepatan relatif terhadap konduktor nonmagnetik. 2. Dasar Teori Ketika magnet bergerak di dekat konduktor non-magnetik seperti tembaga dan aluminum, ia akan mengalami gaya disipasi yang disebut gaya pengereman magnetik (magnetic breaking force). Dalam eksperimen ini, kita akan menyelidiki sifat alami dari gaya ini. Gaya pengereman magnetik bergantung pada kekuatan magnet (momen magnet µ), konduktivitas konduktor (σ c ), ukuran dan geometri magnet maupun konduktor, jarak antara magnet dan permukaan konduktor (d), dan kecepatan magnet relatif terhadap konduktor (v). Pada eksperimen ini gaya pengereman magnet dianggap bergantung pada kecepatan (v) dan jarak magnet dengan aluminum (d). Secara empiris dituliskan sebagai F = k d p v n (2.1) k o : suatu konstanta bergantung µ,σ c, dan geometri magnet dan konduktor yang tidak berubah dalam experimen ini. Dimana: d : jarak dari tengah magnet ke permukaan konduktor. v : kecepatan magnet relatif terhadap konduktorp dan n : faktor pangkat (tidak harus bulat) yang akan dicari dari eksperimen Prinsip dari pengereman magnetik biasa digunakan pada kereta, rem magnetik terdiri dari satu atau dua lapis magnet neodymium. Ketika sisi logam (biasanya tembaga atau tembaga / aluminium alloy) lewat di antara deretan magnet, arus eddy dihasilkan dalam sirip, yang membuat medan magnet berlawanan dengan gerak sirip. Resultan gaya pengereman berbanding lurus dengan kecepatan di mana sirip bergerak melalui bagian rem. Rem adalah komponen yang sangat penting tetapi salah satu kelemahan pengereman magnet dalam gaya eddy adalah kereta tidak pernah dapat benar-benar berhenti kereta dalam kondisi ideal. Efek pengereman magnetik dapat dijelaskan dengan contoh saat roda kereta melewati setiap

4 rangkaian rem. Kecepatan kereta (dalam unit apapun) pada awalnya akan menjadi 40, kemudian 20, 10, 5, dan seterusnya. Hal ini kemudian sering diperlukan untuk membawa kereta berhenti sempurna dengan paket tambahan rem sirip atau "roda kicker" dengan ban karet sederhana yang melakukan kontak dengan kereta. Karena magnet yang digunakan cukup kuat sehingga magnet bumi memberi torka cukup kuat padanya. Torka ini akan memutar magnet ketika magnet menggelinding turun, sehingga akan menimbulkan gaya gesek yang kuat dengan lintasan. Pada percobaan torka harus diminimalkan yaitu dengan cara membuat sudut (memiringkan) pada bidang lintasan sehingga saat magnet menggelinding pada lintasan gaya gesek juga dapat diperkecil. Sesuai hukum III Newton, akan ada gaya aksi reaksi dengan besar yang sama tetapi berlawanan arah dengan kerja magnet. Gaya aksi reaksi inilah dikenal sebagai gaya pengereman magnetik. Jika jarak magnet dengan konduktor konstan, maka gaya pengereman magnetik hanya bergantung pada kecepatan gerak magnetik. Sehingga persamaannya menjadi F = k d p v n = -k 1 v n (2.2) K 1 adalah konstanta dalam eksperimen. Jika jarak magnet dengan konduktor divariasikan maka gaya pengereman magnetik akan bergantung pada kecepatan gerak magnetik dan jarak magnet-konduktor (d). Ketika magnet mencapai kecepatan terminal maka total torsi samadengan nol. Persamaan geraknya menjadi (2.3) 3. Metode 3.1 Waktu dan Tempat Hari / Tanggal : Minggu, 24 Oktober 2010 Waktu : WIB Tempat : Laboratorium Fisika, Sains dan Teknologi, UIN SGD Bandung 3.2 Alat Dan Bahan 1. Magnet donut 2 buah 2. Batang alumunium 2 buah 3. Bidang miring dengan track 1 buah

5 4. Penyangga kayu 1 buah 5. Penggaris dan 1buah 6. Stopwatch (hp) 1 buah 3.3 Prosedur Percobaan Percobaan 1. Ketergantungan Gaya Pada Kecepatan Bidang lintasan yang sudah dipasang jalur lintasan diatur posisinya sehingga bidang lintasan berada pada sudut tertentu dengan lima variasi sudut. Jarak magnet dengan konduktor diatur pada jarak d=2cm dan tidak berubah. Untuk mendapatkan nilai kecepatan dilakukan percobaan dengan cara menggelindingkan magnet dari ujung atas hingga akhir, saat magnet menggelinding pada lintasan catat jarak dan waktu tempuhnya. Percobaan 2. Ketergantungan Gaya Pada Jarak Pada percobaan ini percobaan yang dilakukan tidak beda jauh dengan percobaan yang pertama hanya saja pada percobaan ini sudut bidang lintasan tidak divariasikan atau tetap dengan jarak konduktor dengan magnet divariasikan sebanyak lima kali dengan pengambilan data pada tiap jarak magnet-konduktor sebanyak 20kali. a. Diagram Alir

6 3.3.1 Diagram Alir Ketergantungan Gaya Pada Kecepatan MULAI Ukur ketinggian bidang lintasan untuk mendapatkan sudut kemiringan. Ukur jarak dan waktu tempuh dengan cara menggelindingkan magnet untuk mendapatkan kecepatan. Apakah ketinggian bidang divariasikan? YA Apakah pengambilan data sudah dilakukan sebanyak 20kali pengulangan untuk setiap sudut kemiringan bidang lintasan? Sudah SELESAI Sudah Diagram Alir Ketergantungan Gaya Pada Jarak

7 Mulai Ukur ketinggian bidang miring untuk mendapatkan sudut kemiringan. Ukur jarak magnet ke konduktor (d). Ukur jarak dan waktu tempuh dengan cara menggelindingkan magnet untuk mendapatkan kecepatan. Apakah jarak d divariasika n? YA Apakah pengambilan data sudah dilakukan sebanyak 20kali pengulangan untuk masing masing jarak d? Sudah Selesai sudah

8 4. Hasil Pengamatan Tabel 4.1. Percobaan Ketergantungan Gaya pada Kecepatan. ± 0, ln -2,44-1,75-1,35-1,07-0,86 d±0,05( 10-2 m) t ± t (s) 2,53±0,49 1,73±0,25 1,13±0,12 0,97±0,15 0,79±0,07 X ± 0,0005 (m) 1,22 1,22 1,22 1,22 1,22 V ± V (m/s) 0,48±0,0 9 0,71±0,10 1,08±0,12 1,26± 0,19 1,54±0,14 %ketelitian (V) 81,25% 85,91% 88,89% 84,92% 90,91% Tabel 4.2. Percobaan Ketergantungan Gaya pada Jarak. ± 0, d (m) t ± t (s) 2,38±0,16 2,32±0,15 2,26±0,11 2,07±0,15 X ± 0,0005 (m) 1,22 1,22 1,22 1,22 V ± V (m/s) 0,51±0,0 0,53±0,03 0,54±0,03 0,59±0,04 3 %ketelitian (V) 94,12% 94,34% 94,44% 93,22% Menentukan konstanta n mg - kv n = 0 mg = kv n MLT -2 = L n T -n Menentukan konstanta p mg k 0 d p v n = 0 mg = k 0 d p v n MLT -2 = L p L n T -n L 1 = L n L 1 = L n+p Maka n = 1 1 =n+p Maka p = 1-n Grafik 4.1. grafik ln(sin ) terhadap ln(v) untuk menentukan harga n.

9 Grafik 4.2. grafik n ln(v) terhadap ln(d) untuk menentukan harga p. 5. Pembahasan Pada percobaan yang pertama dilakukan dengan memvariasikan kemiringan bidang lintasan sedangkan jarak magnet ke konduktor (d) tetap, hasil yang didapatkan yaitu makin besar sudut kemiringan maka waktu tempuh makin kecil sehingga kecepatan makin besar. Pada percobaan kedua kemiringan bidang miring tidak berubah atau konstan tetapi jarak magnet ke konduktor divariasikan, hasil dari pengamatan yaitu makin jauh jarak magnet dari konduktor membuat waktu tempuh magnet pada lintasan semakin kecil dan hal ini berarti berbanding terbalik dengan nilai kecepatannya. Dengan menurunkan dimensi pada rumus mg - kv n = 0 maka didapatkan nilai n = 1, melalui grafik nilai n didapatkan sebesar 1,43. Nilai ketepatan sebesar 57%. Sedangkan untuk mendapatkan nilai p didapatkan melalui penurunan rumus mg k 0 d p v n = 0 sehingga diketahui bahwa p=1-n, melalui grafik nilai p didapatkan sebesar 0,19. Nilai yang didapatkan melalui grafik dengan literatur memang memiliki selisih yang cukup jauh nilai ketepatan pun cukup kecil hal ini mungkin dipengaruhi oleh beberapa hal saat percobaan yang dapat mengacaukan data perhitungan, hal hal tersebut diantaranya: kesalahan paralaks, kesalahan pembacaan alat ukur, ketidaktepatan dalam pencatatan waktu tempuh magnet, dan juga kesalahan prosedur praktikum. 6. Kesimpulan Pada percobaan yang telah dilakukan dapat diketahui jika jarak magnet-konduktor tetap sedangkan sudut bervariasi berpengaruh terhadap waktu tempuh magnet pada lintasan

10 sehingga memberikan pengaruh terhadap kecepatan, berdasarkan rumus makin besar kecepatannya maka makin besar gaya pengereman magnetiknya. Sedangkan pada percobaan dengan jarak d divariasikan menghasilkan kesimpulan makin besar jarak d maka makin cepat waktu tempuh magnet pada lintasan. 7. DAFTAR PUSTAKA 1. HALLIDAY-RESNICK, 1985, Fisika, Penerbit Erlangga, Jakarta. 2. TIPLER, 1998, Fisika Untuk Sains dan Teknik, Penerbit Erlangga, Jakarta. 3. Serway, R. Physics for Science & Engineers With Modern Physics, James Madison university Harrison Burg, Virginia, Sanjaya, M. Modul Belajar Listrik Magnet, Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati, Bandung, option=com_content&task=view&id=168&itemid= id&u=