LAPORAN FISIKA. Research By Learning (RBL) Meriam Magnetik " Oleh :

Transkripsi

1 LAPORAN FISIKA Research By Learning (RBL) Meriam Magnetik " Oleh : Mohamad Nuhnaradita Saleh ( ) Wiradharma Bayu Wega ( ) Firly R Baskoro ( ) Surya Prima ( ) Ahmad Fakhruzan ( ) Adnan Gadi ( ) Aldy Reza Pambudi ( ) Ahmad Fahmi Fanani ( ) Bagus Surya Bahari ( ) Dimmas Ramadhan ( ) Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan ( K-10 ) Institut Teknologi Bandung Bandung 2009

2 A. Tujuan Membuat suatu sistem pelontar atau meriam yang dapat menembakkan peluru dengan prinsip magnetik tanpa menggunakan pegas, ledakan, dan gaya lainnya. B. Teori Dasar Gejala kemagnetan dapat diamati pada sebuah atau lebih sumber magnet. Sumber magnet dapat dibedakan menjadi dua, yakni sumber magnet alami dan sumber magnet buatan. Sumber magnet alami bersumber dari magnet alam yakni batu-batu (magnetit) tertentu yang secara alami memiliki sifat dapat menarik potongan besi yang kecil-kecil. Magnet alami yang lain adalah bumi ini sendiri, yang aksi pengarahannya pada sebuah jarum kompas magnetik telah dikenal sejak zaman purbakala. Adapun yang dikenal dengan magnet buatan berawal dari penelitian yang dilakukan Oersted pada tahun Oersted menemukan bahwa arus didalam sebuah kawat dapat juga menghasilkan efek-efek magnetik, yaitu bahwa arus tersebut dapat mengubah arah (orientasi) sebuah jarum kompas. Efek magnetik yang timbul ini dapat diintensifkan (diperbesar) dengan mengalirkan arus dalam kawat dengan membentuk kawat tersebut ke dalam sebuah koil yang terdiri dari banyak lilitan dan dengan menyediakan sebuah teras (core) besi. Hal inilah yang kemudian dikenal dengan elektromagnetik, yang prinsipnya sering dipakai untuk pembuatan magnet secara buatan. Adapun sifat dari magnet buatan ini adalah sementara. Kemagnetan akan tetap timbul selama arus tetap dialirkan pada lilitan kawat. Semakin besar arus yang lewat pada lilitan kawat, dan semakin besar pula kerapatan lilitan kawat, maka efek kemagnetan yang ditimbulkan juga akan semakin besar. Medan Magnet (B)

3 Medan magnet (B) didefinisikan sebagai ruang di sekitar sebuah magnet atau penghantar yang menyangkut arus yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet. Vektor medan magnet dasar B dapat juga didefinisikan sebagai induksi magnet (magnetic induction). Seperti halnya pada gaya, induksi magnet dapat dinyatakan dengan garis-garis induksi (lines of induction). Garis-garis induksi ini menerangkan bagaimana B berubah di seluruh bagian ruang tertentu. Fluks B untuk sebuah medan magnet dapat didefinisikan dengan analogi yang persis seperti E untuk medan listrik, yaitu B =, dengan batasan permukaan yang diambil adalah tertutup atau terbuka dimana B didefinisikan. Gaya Magnet pada Sebuah Arus Sebuah arus adalah kumpulan muatan-muatan yang bergerak. Arus I di dalam sebuah kawat logam diangkut oleh elektron-elektron bebas (atau hantaran). Panjang dari kawat mengandung na elektron bebas, dengan n adalah banyaknya elektron per satuan volume kawat dan A adalah volume kawat yang penampangnya A yang sedang ditinjau. Gaya total pada elektron-elektron bebas di dalam kawat tersebut, yakni pada kawat itu sendiri adalah F=(nA )F Dengan F adalah gaya rata-rata pada sebuah elektron sebesar F = q 0 vbsin = ev d B Di mana v d adalah laju ondoh (drift speed). Dari hubungan v d = j/ne, maka F = e( ) F = (na )F = na Karena ja adalah arus I di dalam kawat, maka diperoleh F = I B Yang secara umum dituliskan dalam bentuk vektor F = I xb

4 Hukum Ampere Hukum Ampere yang menghubungkan komponen tangensial B yang dijumlah pada seluruh kurva tertutup dengan arus I c yang melintasi kurva tersebut. Dalam bentuk matematis, hukum Ampere ialah C, sebarang kurva tertutup Dengan I c merupakan arus yang menembus luasan yang dibatasi oleh kurva C tadi. Hukum Ampere berlaku untuk sebarang kurva C asalkan arusnya kontinu, dengan kata lain, arus itu tidak berawal atau berakhir di sebarang titik terhingga. Seperti Hukum Gauss, Hukum Ampere dapat digunakan untuk memperoleh pernyataan untuk medan magnet dalam keadaan dengan derajat kesimetrian yang tinggi. Jika kesimetrian yang cukup tinggi, integral garis dapat ditulis sebagai perkalian B dengan seumlah jarak. Maka jika I c diketahui, B dapat ditentukan. Juga, sebagaimana hukum Gauss, hukum Ampere tidak dapat digunakan untuk medan magnetik jika tidak terdapat kesimetrian. Akan tetapi, hukum itu sangat penting secara teori B untuk sebuah solenoida Solenoida (solenoid) adalah sebuah kawat panjang yang dililitkan di dalam sebuah helix yang terbungkus rapat dan yang menyangkut sebuah arus I. Helix tersebut dianggap sangat panjang dibandingkan dengan diameternya. Medan solenoida merupakan jumlah vektor dari medanmedan yang ditimbulkan oleh semua lilitan yang membuat (membentuk) solenoida tersebut. Dengan memakai hukum Ampere B = Dengan n adalah jumlah lilitan per satuan panjang solenoida. Keterangan : B = medan magnet (Tesla) = permeabilitas (4 x 10-7 T.m.A -1 )

5 N = jumlah lilitan I = kuat arus yang melewati kumparan (Ampere) = panjang solenoida (meter) n = = jumlah lilitan per atuan panjang ( ) C. Perancangan dan Pemilihan Desain Sistem Alat dan bahan Alat : 1. Tang besi 2. Obeng 3. Gunting 4. Cutter

6 5. Kunci pas Bahan : 1. Kawat lilitan 2. Saklar 3. Kabel 4. Sandal jepit bekas

7 5. Selotip 6. Spidol bekas berongga 7. Peluru Meriam 8. Lempengan seng 9. Adaptor

8 10. Kapasitor Langkah kerja : 1. Potong kedua ujung spidol bekas untuk moncong meriam 2. Buat dua pembatas kawat lilitan berbentuk lingkaran dari sandal jepit bekas 3. Kawat tembaga dililitkan pada spidol diantara dua pembatas yang telah dibuat ( lebar 2 cm) 4. Agar lilitan lebih rapi, lapisi tiap lapisan kawat tembaga dengan lem 5. Kapasitor dihubungkan dengan arus DC 6. Sistem diletakkan di case yang terbuat dari styrofoam Cara Kerja 1. Arahkan moncong sistem sesuai dengan sudut yang diinginkan 2. Masukkan Lempengan Seng terlebih dahulu kemudian Peluru Meriam 3. Sentuhkan ujung positif kabel pada kutub negatif kapasitor secara cepat 4. Peluru akan terlontar

9 D. Sketsa Sistem dan Foto Peluru Kapasitor µf

10 E. Data Pengamatan Jenis peluru Sudut Ketinggian Jarak 2,100 m 2,165 m Peluru ,5 cm Peluru ,5 cm Peluru ,5 cm Peluru cm Peluru cm 2,147 m 2,050 m 2,230 m 2,090 m 2,335 m 2,315 m 2,070 m 2,270 m 2,750 m 2,650 m 2,530 m 2,435 m 2,530 m 2,680 m 2,380 m 2,640 m 2,310 m 2,770 m 2,600 m 2,490 m 2,400 m 2,535 m 2,610 m

11 F. ANALISIS PENURUNAN RUMUS Perhitungan Jarak yang Ditempuh Peluru Gerak parabola peluru keluar dari moncong, v 0x = V 0 cosѳ x = v 0 cosѳ.t v 0y = V 0 sinѳ gt y = v 0 sinѳ.t (1/2)gt 2 Waktu saat. puncak, v y = 0, sehingga t = v 0 sinѳ / g Posisi peluru terhadap sumbu x dan sumbu y saat di puncak, S1 = v 0 2 sin(2ѳ) / 2g y = v 0 2 sin 2 Ѳ / 2g y h S 1 H S 2 x

12 Keterangan: h = vo sinѳ.t + (1/2) gt 2, karena v di puncak = 0 t = S 2 = v 0 cosѳ. t = v 0 cosѳ. ; h = H + y = v 0 cosѳ. x = S1 + S2 = + v 0 cosѳ. Alat pelontar ini menggunakan prinsip medan magnet, melalui persamaan Ampere. Yaitu : B ds. oienc Kumparan dengan bahan kawat tembaga ini, dialiri dengan arus listrik sehingga menghasilkan medan magnet. Medan magnet akan menarik benda yang terbuat dari logam. Benda tersebut berfungsi sebagai pendorong peluru yang akan dilontarkan.

13 Muatan listrik disimpan dalam kapasitor untuk memperbesar arus yang akan memperkuat medan magnet. C = Q/V I = dq/dt Maka, C = I/V dt C = Kapasitansi Q = Muatan yang disimpan V= Tegangan Kecepatan peluru keluar dari moncong meriam di peroleh dari hasil energy yang di hasilkan dari kumpuran karena gaya magnet.

14 F. Pembagian Kerja Muhammad Nuhnaradita S ( ) : Properti alat - bahan Wiradharma Bayu Wega ( ) : Pelilit kawat kumparan Firly R Baskoro ( ) : Pengolah data dan gambar Surya Prima Sudibyo ( ) : Pembuat makalah Ahmad Fakhruzan ( ) : Analis Adnan Gadi ( ) : Properti dan rekayasa bahan Aldy Reza Pambudi ( ) : Desainer sistem Ahmad Fahmi Fanani ( ) : Analis Bagus Surya Bahari ( ) : Desainer sistem Dimmas Ramadhan ( ) : Pembuat makalah H. Rincian Pengeluaran 1. 1 ons lilitan kawat Rpii15.000,00 2. Lem Fox Rpvv6.000,00 3. Kapasitor µf Rpii55.000,00 4. Kabel Rpvv1.000,00 5. Penjepit Buaya Rpvv1.000,00 6. Saklar Rp 6.500,00 Total Biaya Rp ,00 I. Kesimpulan dan Saran I.1 Kesimpulan Jangkauan yang dapat ditempuh oleh peluru yang ditembakkan dari sistem karena gaya tolak magnet bergantung pada: 1. Kemiringan sudut lontaran

15 2. Massa peluru yang di gunakan 3. Banyaknya lilitan pada kumparan 4. Luas penampang meriam 5. Arus yang di berikan pada kumparan 6. Panjang lintasan yang di tempuh peluru dalam meriam 7. Ketinggian posisi lontaran Hal-hal yang di sebutkan di atas di dapat berdasarkan teori yang telah di ketahui dengan mengabaikan gesekkan dari udara. Selain itu percepatan gravitasi yang di gunakan dalam skala pendekatan seperti 9,8 m/s atau 10 m/s. Bentuk dari peluru yang pakai juga mempengaruhi jangkauan lontaran peluru berkaitan dengan gaya yang melawan gerak peluru yang mempunyai luas penampang tertentu dan tekanan yang di dapat dari gerakkan peluru. Peluru yang digunakan harus yang berasal dari bahan logam agar mendapat pengaruh gaya magnet yang dihasilkan oleh kumparan yang di beri arus listrik. Sementara itu arus yang di berikan pada kumparan dipengaruhi oleh kapasitor yang dirangkai dalam sistem meriam magnet. Kapasitor menyimpan arus sebagai fungsi waktu. Kemudian saklar dihubungkan dengan cara lecutan sehingga arus yang mengalir pada kumparan berlangsung singkat. Ini penting agar tidak terjadi pembalikkan arah medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan yang bisa megakibatkan peluru di tarik kembali ke dalam meriam. I.2 Saran Agar di dapat system yang lebih optimal perlu digunakan kawat dengan diameter yang lebih besar karena semakin besar diameter kawat maka arus yang yang di alirkan semakin besar. Hambatan dalam kawat berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari. Sumber tegangan yang di gunakan harus mampu menghasilkan arus dalam jumlah yang besar sehingga medan magnet yang ditimbulkan juga akan semakin besar yang

16 akan mempengaruhi jauhnya lontaran peluru. Selain itu arus haruslah memiliki fungsi dalam waktu agar lecutan medan magnet akan semakin maksimum. Fungsi arus dalam waktu bias di dapat jika ada kapasitor Semakin besar kapasitansi, semakin besar arus maksimum yang dihasilkan Karena muatan yang tersimpan akan semakin besar. J. Pustaka Halliday,David dan Robert Resnick Fisika Jld 2. Jakarta : Erlangga Tipler, Paul Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga