Osilasi

OSILASI PEGAS

A.    Tujuan

1.      Menentukan besar konstanta gaya sistem pegas

2.      Menentukan besar percobaan  gravitasi bumi dengan sistem pegas

B.    Alat dan Bahan

1.      Alat:

-          Statif

-          Penjepit

-          Penggaris

2.      Bahan:

-          Beban gantung

-          Pegas

C.     Dasar Teori

Getaran (oscillation) atau osilasi merupakan salah satu bentuk gerak benda yang cukup banyak dijumpai gejalanya. Contohnya, bandul jam yang berayun, piringan dalam jam beker yang memuntir, botol yang timbul tenggelam dalam air, balok yang digan­tung­kan pada sebuah pegas, dan senar gitar yang dipetik. Osilasi  juga dijumpai secara analogis pada rangkaian listrik yfang melibatkan induktor dan kapasitor. Dalam osilasi, sebuah benda melakukan gerak bolak-balik menurut lintasan tertentu melalui titik setimbangnya. Waktu yang diperlukan untuk melakukan satu gerakan bolak – balik dinamakan periode (dilambangkan dengan T, satuannya sekon [s])

Persamaan gerak osilasi  dapat diturunkan dari dua buah hukum gerak, yaitu Hukum II Newton dan Hukum Hooke. Coba pandang sebuah benda yang dikaitkan dengan sebuah pegas. Jika pegas tidak tertarik atau tertekan maka simpangan benda adalah nol (benda dalam titik keseimbangan). Jika pegas tertarik maka terdapat simpangan benda (misal bernilai positif). Pada saat itu pegas memberikan gaya kepada benda yang besarnya sebanding dengan simpangannya namun berlawanan arah dengan pergeseran benda. Kenyataan ini diungkapkan oleh Hooke dalam hukumnya yang berformulasi. (Sihotang, Albert 2012. )

Gerak (osilasi) harmonis sederhana dapat kita dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, misalnya getaran benda pada pegas dan getaran benda pada ayunan sederhana. Osilasi pada pegas terdapat dua macam, yaitu osilasi pada pegas yang dipasang secara horizontal dan osilasi pada pegas yang digantung secara vertikal. Berikut adalah contoh osilasi harmonis sederhana pada pegas yang digantung secara vertikal.

Osilasi pada pegas yang digantungkan secara vertikal

Pada dasarnya osilasi alias getaran dari pegas yang digantungkan secara vertikal sama dengan getaran pegas yang diletakan horisontal. Bedanya, pegas yang digantungkan secara vertikal lebih panjang karena pengaruh gravitasi yang bekerja pada benda.

Osilasi Harmonik

Pada pegas yang kita letakan horisontal (mendatar), posisi benda disesuaikan dengan panjang pegas alami. Pegas akan meregang atau mengerut jika diberikan gaya luar (ditarik atau ditekan). Nah, pada pegas yang digantungkan vertikal, gravitasi bekerja pada benda bermassa yang dikaitkan pada ujung pegas. Akibatnya, walaupun tidak ditarik ke bawah, pegas dengan sendirinya meregang sejauh x0. Pada keadaan ini benda yang digantungkan pada pegas berada pada posisi setimbang.

Berdasarkan hukum II Newton, benda berada dalam keadaan setimbang jika gaya total = 0. Gaya yang bekerja pada benda yang digantung adalah gaya pegas (F0 = -kx0) yang arahnya ke atas dan gaya berat (w = mg) yang arahnya ke bawah. Total kedua gaya ini sama dengan nol.

Jika kita meregangkan pegas (menarik pegas ke bawah) sejauh x, maka pada keadaan ini bekerja gaya pegas yang nilainya lebih besar dari pada gaya berat, sehingga benda tidak lagi berada pada keadaan setimbang (perhatikan gambar di bawah).

Total kedua gaya ini tidak sama dengan nol karena terdapat pertambahan jarak sejauh x; sehingga gaya pegas bernilai lebih besar dari gaya berat. Karena terdapat gaya pegas (gaya pemulih) yang berarah ke atas maka benda akan bergerak ke atas menuju titik setimbang. (lihat gambar di bawah ya).

Pada titik setimbang, besar gaya total = 0, tetapi laju gerak benda bernilai maksimum (v maks), sehingga benda bergerak terus ke atas sejauh -x. Laju gerak benda perlahan-lahan menurun, sedangkan besar gaya pemulih meningkat dan mencapai nilai maksimum pada jarak -x. Setelah mencapai jarak -x, gaya pemulih pegas menggerakan benda kembali lagi ke posisi setimbang (lihat gambar di bawah).

Demikian seterusnya. Benda akan bergerak ke bawah dan ke atas secara periodik. Dalam kenyataannya, pada suatu saat tertentu pegas tersebut berhenti bergerak karena adanya gaya gesekan udara.Semua benda yang bergetar di mana gaya pemulih F berbanding lurus dengan negatif simpangan (F = -kx), maka benda tersebut dikatakan melakukan gerak harmonik sederhana (GHS) alias Osilator Harmonik Sederhana (OHS)

.

Periode dan Frekuensi

            Getaran adalah gerak bolak-balik secara periodik melalui titik kesetimbangan. Selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu kali getaran disebut Periode (T) dalam sekon (s). Sedangkan frekuemsi (f) adalah banyaknya getaran yang dilalukan sebuah benda dalam satu sekon.

Periode getaran harmonik dirumuskan:

Keterangan :

T = periodik (s)

m= massa (g)

k= konstanta

Oleh karena hubungan antara periode dan frekuensi dirumuskan: T = 1/f    maka frekuensi getaran harmonik dapat ditentukan dengan rumus :

Dengan periode tersebut maka dapat dicari tetapan pegasnya, yaitu:

D.    Prosedur Kerja

1.       Gantungkan penggaris bersama pegas pada statif. Usahakan pegas tidak bersinggungan dengan penggaris.

2.      Ukur dan catat panjang awalnya ketika belum dibebani, usahakan hindari kesalahan paralak.

3.      Bebani pegas dengan beban gantung yang telah diketahui massanya. 

4.      Ukur dan catat pertambahan beban gantung dan panjang pegas pada keadaan itu.

E.Data Hasil Pengamatan

no	Beban(Kg)		F(N)	XY	X2
1	1	0,05	10	0,5	2,5x10-3
2	0,5	0,025	5	0,125	6,25x10-4
3	0,2	0,01	2	0,02	10-4
4	1,5	0,075	15	1,125	5,625x10-3
5	0,55	0,028	5,5	0,154	7,84x10-4
	Jumlah( )	0,188	37,5	1,924	9,634x103

F.Perhitungan

1.      Perhitungan konstanta

2.      Perhitungan massa benda

-Perhitungan  dengan K rata-rata

3.Perhitungan slope dan intercept

Y=a+bx

SLOPE

Intercept

Perhitungan F  dengan menggunakan slope dan intercept

F= bx + a

H.Pertanyaan dan jawaban

1.Dalam eksperimen ini kita menggunakan model gerak harmonik ,apa yang dimaksud dengann gerak harmonik  bagaimana secara eksperimen gerakan harmonik ini dapat terjadi?

Jawab:

GERAK HARMONIS SEDERHANA

Gerak harmonis sederhana yang dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah getaran benda pada pegas dan getaran benda pada ayunan sederhana.

Gerak Harmonis Sederhana pada Ayunan

Ketika beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan gaya maka benda akan diam di titik kesetimbangan B. Jika beban ditarik ke titik A dan dilepaskan, maka beban akan bergerak ke B, C, lalu kembali lagi ke A. Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodik, dengan kata lain beban pada ayunan di atas melakukan gerak harmonik sederhana.

Besaran fisika pada Gerak Harmonik Sederhana pada ayunan sederhana

Periode (T)  

Benda yang bergerak harmonis sederhana pada ayunan sederhana memiliki periode alias waktu yang dibutuhkan benda untuk melakukan satu getaran secara lengkap. Benda melakukan getaran secara lengkap apabila benda mulai bergerak dari titik di mana benda tersebut dilepaskan dan kembali lagi ke titik tersebut.

Pada contoh di atas, benda mulai bergerak dari titik A lalu ke titik B, titik C dan kembali lagi ke B dan A. Urutannya adalah A-B-C-B-A. Seandainya benda dilepaskan dari titik C maka urutan gerakannya adalah C-B-A-B-C.

2.Apa yang dimaksud dengan konstanta pegas?,(tuliskan satuan dan dimensi konstanta gaya pegas)

Jawab:

Konstanta pegas merupakan perbandingan jumlah gaya pegas dengan pertambahan panjang pegas,

Dimensi:

I.Analisis Data

                  Pada praktikum kali ini membahas mengenai konstanta pegas. Adapun tujuan pada praktikum kali ini adalah Menentukan besar konstanta gaya sistem pegas dan menentukan besar percobaan  gravitasi bumi dengan sistem pegas.  Gaya yang diperlukan untuk meregangkan sebuah pegas adalah menggunakan beban yang digantung. Semakin besar gaya maka pertambahan panjang pada pegas juga semakin besar.

Untuk menentukan konstanta, telah disediakan pegas yang menggantung pada statif. Pegas diberi beban beban yang berbeda-beda. Yaitu antara 0,5-1 kilogram, dengan 5 kali percobaaan. Setelah dilakukan hal tersebut catat selisih panjangnya(∆x) setelah dilakukan pengukuran kemusian dilakukan penghitungan konstanta Dengan menggunakan rumus F=K ∆x dan dihasilkan nilai yang berbeda-beda dari masing masing benda.

            Dalam percobaan ini didapatkan rata-rata konstanta sebesar 199,286 Kg/s² .setelah data percobaan didapat maka dilakukan penghitungan untuk mencari nilai slope dan intercept setelah dilakukan penghitungan didapat nilai persamaan garis lurus(Y=bx+a) yaitu a=-0,034 dan b=200,37 ,setelah dilakukan penghitungan nilai F menggunakan rumus persamaan garis lurus dan dibandingkan dengan teori maka terdapat  % kesalahan sebesar 0,001

            Kemudian dilakuakan pembuktian dengan memasukkan nilai k rata rata pada rumus m.g=K∆x maka didapat massa benda 1 sebesar 0,996Kg dengan % Kesalahan sebesar 0,4 , kesalahan ini diakibatkan oleh ketidak telitian saat mengukur panjang ∆x pada benda 5 sehingga mempengaruhi konstanta rata-rata benda lain.

            Dari hasil pengamatan pada grafik dapat dianalisa bahwa besarnya gaya (N) berbanding lurus dengan perubahan panjang pegas (∆x) semakin besar nilai ∆x semakin besar juga N ,begitu juga sebaliknya.

J.Kesimpulan

Berdasarkan pada percobaan yang telah di lakukan, maka dapat di tarik kesimpulan bahwa :

1.       Jika suatu pegas diberikan beban maka akan mengalami pertambahan panjang dan jika dilepas akan kembali kepanjang semula

2.     Semakin besar gaya yang dibebankan pada pegas maka semakin besar perubahan panjangnya(∆x)

3.     Nilai konstanta dapat dihitung dengan rumus

F=K.∆x

4.hasil dari konstanta pegas

      5.rumus persamaan garis lurus yang dipakai:

Daftar Pustaka

·         Zaida Drs., M.Si. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. FTIP. Universitas Padjadjaran.

·         Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum. 2004. Getaran dan Gelombang. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan. Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah. Departemen Pendidikan Nasional.

·         Buku Petunjuk Praktikum Fisika Dasar I UST

·         Young Dan Freedman.Fisika Universitas Jilid1,Erlangga.JAKARTA:2002.

·         Umar,efrizon.2007.’kimia untuk SMA XI ipa”. ganesaExact : Jakarta

GAMBAR ALAT