2016. Disusun Oleh: NURUN NAYIROH, M.Si

BUKU PETUNJUK PRAKTIKUM

EKSPERIMEN FISIKA I SEMESTER GANJIL T.A. 2015/2016

Disusun Oleh:

NURUN NAYIROH, M.Si

LABORATORIUM TERMODINAMIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI MAULANA MALIK IBRAHIM MALANG

2015 Buku Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika I T.A 2015/2016

1

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT yang telah senantiasa memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga penyusunan Buku Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika I ini dapat terselesaikan dengan baik. Diktat ini disusun sebagai buku panduan atau pegangan Praktikum Eksperimen Fisika 1 di lingkungan Jurusan Fisika UIN MALIKI Malang dengan materi yang telah disesuaikan dengan materi kuliah Gelombang, Listrik Magnet, Fisika Modern, dan Termodiamika. Sebagian materi di dalam diktat ini merupakan hasil penerjemahan dari buku penuntun eksperimen dari PHYWE yang berbahasa Inggris ditambah dengan beberapa hal dari buku-buku bahan ajar kuliah. Tujuan penyusunan adalah bahwa diktat ini dapat membantu para asisten dan mahasiswa dalam mengikuti kegiatan praktikum dengan baik dan benar sekaligus untuk menambah wawasan terhadap teori yang telah didapatkan dalam perkuliahan serta membantu menambah ketrampilan mahasiswa dalam melakukan kerja di laboratorium. Ucapan terimakasih disampaikan kepada seluruh Laboran dan Kepala Laboratorium Fisika beserta seluruh pihak yang telah membantu penyusunan diktat ini. Akhirnya, penyusun menyadari bahwa diktat ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca untuk penyempurnaan diktat berikutnya.

Malang, Agustus 2015 Disetujui oleh: Kepala Lab. Termodinamika

Diverifikasi oleh: Dosen Pengampu

Drs. Abdul Basid, M.Si NIP.19650504 199003 1 003

Ahmad Abtokhi, M.Pd

Nurun Nayiroh, M.Si

NIP. 19761003 200312 1 004

NIP.198503122011012018

Buku Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika I T.A 2015/2016

Disusun oleh: PLP Ahli Pertama

2

TATA TERTIB PRAKTIKUM

Setiap praktikan yang melakukan praktikum Eksperimen Fisika I di Laboratorium Jurusan Fisika, FSAINTEK, UIN MALIKI Malang diwajibkan mematuhi tata tertib berikut : 1. Praktikan harus sudah siap menjalankan praktikum lima menit sebelum acara praktikum dimulai. 2. Pada saat melakukan praktikum diharuskan memakai jas praktikum. 3. Setiap praktikan diharuskan membaca dengan teliti petunjuk praktikum yang akan dilakukan dan membuat ringkasan cara kerja praktikum (password masuk: Tujuan praktikum, landasan teori dan metodologi eksperimen) yang akan dilaksanakan pada saat itu. 4. Setiap parktikum diwajibkan membawa kartu kendali praktikum. 5. Sebelum praktikum dimulai pada setiap awal praktikum akan didakan pre-tes. 6. Laporan sementara dibuat pada saat praktikum dan pada saat praktikum akan usai dimintakan persetujuan Asisten praktikum. 7. Setiap selesai praktikum akan diadakan post-test. 8. Laporan resmi praktikum dikumpulkan pada setiap awal praktikum berikutnya. 9. Setelah usai praktikum setiap kelompok bertanggung jawab terhadap keutuhan dan kebersihan alat-alat dan fasilitas kemudian mengisi buku log penggunaan alat-alat praktikum. 10. Bagi praktikan yang berhalangan hadir diharuskan membuat surat ijin dan apabila sakit harus dilampiri surat keterangan dokter. 11. Ketentuan yang belum tercantum dalam tata tertib ini apabila perlu akan ditentukan kemudian.

PJ.Praktikum Ekaperimen Fisika I Nurun Nayiroh, M.Si NIP. 19850312 201101 2 018


3

DAFTAR ISI Halaman 1. Sampul

1

2. Kata Pengantar

2

3. Tata Tertib

3

4. Daftar Isi

4

5. EF I-1

Frekuensi Resonansi dari Resonator Helmhotz Menggunakan Cobra3

5

6. EF I-2

Medan Magnet dari Sepasang Kumparan dalam Susunan Helmhotz

8

7. EF I-3

Timbangan Arus: Gaya yang Bekerja pada Konduktor Pembawa Arus

12

8. EF I-4

Penentuan Kecepatan Suara (Prinsip Sonar)

16

9. EF I-5

Viskositas Cairan Newtonian dan NonNewtonian (Rotary Viscometer)

20

10. EF I-6

Kapasitansi pada Bola Logam dan Kapasitor Berbentuk Bola

25

11. EF I-7

Permukaan Cairan yang Berotasi

30

12. Sistematika Laporan

33

13. Laporan Sementara

34

14. Daftar Pustaka

35


4

EF I – 1 FREKUENSI RESONANSI DARI RESONATOR HELMHOTZ MENGGUNAKAN COBRA3 I.

TUJUAN Tujuan dilakukan percobaan ini adalah untuk menentukan frekuensi resonansi yang berbeda-beda pada resonator yang bergantung pada volume.

II. DASAR TEORI Resonansi Helmholtz adalah peristiwa resonansi udara dalam satu rongga. Resonator tersebut terdiri dari suatu badan yang berbentuk bola dengan satu volume udara dengan sebuah leher. Salah satu contoh peristiwa resonansi Helmholtz adalah bunyi yang diciptakan ketika satu hembusan melintasi puncak satu botol kosong. Ketika udara masuk ke dalam suatu rongga, tekanan di dalam meningkat gaya luar yang menekan udara menghilang, udara di bagian dalam akan mengalir keluar. Udara yang mengalir keluar akan mengimbangi udara yang ada di dalam leher. Proses ini akan berulang dengan besar tekanan yang berubah semakin menurun. Efek ini sama seperti suatu massa yang dihubungkan dengan sebuah pegas. Udara yang berada dalam rongga berlaku sebagai sebuah pegas dan udara yang berada dalam leher. Resonator yang berisi udara identik dengan sebuah massa, sebuah rongga yang yang lebih besar dengan volume udara yang lebih banyak akan membuat suatu pegas menjadi lebih lemah dan sebaliknya. Udara dalam leher yang berfungsi sebagai suatu massa, karena sedang bergerak maka pada massa terjadi suatu momentum. Apabila leher semakin panjang akan membuat massa lebih besar demikian sebaliknya. Diameter leher sangat berkaitan dengan massa udara dalam leher dan volume udara dalam rongga. Diameter yang terlalu kecil akan mempersempit aliran udara sedangkan diameter yang terlalu besar akan mengurangi momentum udara dalam leher. Frekuensi resonansi Helmholtz resonator tergantung pada volumenya. Fungsi dari Helmholtz resonator adalah digunakan untuk mengurangi bunyi yang tidak diinginkan, dengan membangun resonator yang dirancang sesuai dengan frekuensi yang ingin dihapus, biasanya digunakan dalam gelombang dengan frekuensi yang rendah. Adapun persamaan frekuensi resonansi dalam hal ini adalah: =

.

(1)

di mana c adalah kecepatan suara, l panjang tabung, r diameter tabung, dan V volume tubuh berongga yang terpasang pada tabung.


5

Dengan menggunakan nilai numerik berikut untuk labu 1000 ml: c = 343 m / s r = 0,023 m l = 0,085 m V = 10,23 · 10-4 m3 frekuensi resonansi dari labu bulat yang bagian bawahnya kosong dihitung menjadi 199 Hz, dan frekuensi resonansi dari labu yang setengah penuh dengan air adalah 280 Hz. Perbandingan dua frekuensi resonansi menegaskan bahwa frekuensi berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari volume tubuh berongga. III. METODE PERCOBAAN A. Alat dan Bahan 1. Cobra3 BASIC-UNIT 2. Power supply, 12 V 3. RS232 data cable 4. Cobra3 Frequency Analysis Software 5. Microphone with amplifier 6. Flat cell battery, 9 V, 6 F 22 DIN 40871 7. Glass tube, l = 300 mm, d = 12 mm 8. Tripod base -PASS9. Support rod, l = 50 cm, round 10. Universal clamp 11. Boss head 12. Measuring tape, l = 2 m 13. Round-bottom flask, 1000 ml, narrow neck 14. Round-bottom flask, 100 ml, narrow neck 15. Connecting cord, l = 50 cm, blue 16. Connecting cord, l = 50 cm, red 17. PC, WindowsR95 or higher

Gambar 1.

12150.00 12151.99 14602.00 14514.61 03543.00 07496.10 45126.01 02002.55 02032.00 37715.00 02043.00 09936.00 36050.00 36046.00 07361.04 07361.01

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1

Rangkaian alat untuk mencari karakteristik osilasi pada resonator berongga


6

B. Langkah Percobaan 1. Rangkailah alat percobaan sesuai dengan Gambar 1. Probe suara diperpanjang melalui tabung kaca dan harus berada di ketiga atas putaran bagian dari labu bulat. 2. Aktifkan modul program “ Frequency Analysis “. Lalu tekan “ Start a New Measurement”. 3. Atur parameter pengukuran sesuai dengan Gambar. 2; sesuaikan amplifikasi mikrofon pada tingkat intermediet. 4. Dalam percobaan ini diinginkan suara bising disekitar. Jika di ruangan terlalu tenang, tidak ada sinyal yang dapat direkam. 5. Tentukan posisi frekuensi resonansi dari labu, yang hanya diisi dengan udara (ukur frekuensinya dari gmabar spektrum). 6. Ulangi percobaan setelah bagian bulat dari labu setelah diisi dengan setengah penuh air. 7. Untuk tujuan perbandingan, lakukan pengukuran lagi seperti langkahlangkah di atas untuk labu bulat 100 ml.

Gambar 2. Sinyal waktu, spektrum dan pengaturan parameter untuk pengukuran pada labu bulat 1000 ml yang kosong

Keterangan: Jika tingkat kebisingan ambient selama pengukuran terlalu lemah, maka dapat menghasilkan suara yang tepat dengan cara yang sederhana ini, misalnya, cukup untuk menggosok dua lembar kertas pasir bersamasama. Bila menggunakan labu 100 ml, probe suara harus dimasukkan ke dalam labu tanpa tabung kaca, karena tabung kaca dapat mempengaruhi panjang resonansi. Untuk melakukan analisis kuantitatif, jumlah air yang akan dimasukkan dalam labu harus ditimbang atau ditentukan dengan gelas ukur. Buku Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika I T.A 2015/2016

7

EF I - 2 MEDAN MAGNET DARI SEPASANG KUMPARAN DALAM SUSUNAN HELMHOTZ I. TUJUAN 1. Mengukur densitas fluks megnetik di sepanjang sumbu z dari plat kumparan ketika jarak keduanya a=R (R= jari-jari kumparan) dan ketika jarak a < R dan a > R. 2. Mengukur distribusi ruang dari densitas fluks megnetik ketika jarak antara kumparan a=R dengan menggunakan simetri rotasi pada pengaturan: a. Pengukuran pada komponen aksial Bz. b. Pengukuran pada komponen radial Br. 3. Menentukan komponen radial Br’ dan Br” dari 2 kumparan individu pada bidang tengah diantara keduanya dan untuk mendemonstrasikan overlap dari dua medan pada saat Br=0. II. DASAR TEORI Dari persamaan Maxwell: (1) dimana K adalah kurva tertutup sekitar daerah F, kita peroleh untuk arus DC (D=0), hukum fluks magnetik: (2) Yang sering ditulis untuk tujuan praktis dalam bentuk hukum Biot-savart berikut: (3) dimana ρ adalah vektor dari elemen konduktor dl untuk pengukuran titik dan dH tegak lurus terhadap kedua vektor tersebut. Kuat medan sepanjang sumbu konduktor lingkaran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3) dan berdasarkan Gambar (1). Vektor dl tegak lurus, dan ρ dan dH miring terhadap bidang sketsa, sehingga (4) dH dapat diselesaikan ke dalam komponen radial dHr dan aksial dHz. Komponen dHz mempunyai arah yang sama untuk semua elemen konduktor dl dan kuantitas ditambahkan, komponen dHr saling menghilangkan antara yang satu dengan yang lainnya dalam berpasangan. Oleh karena itu, Hr=0 (5)


8

dan

(6) Sepanjang sumbu loop kawat, sedangkan densitas fluks magnetik:

(7) Medan magnet dari kumparan flat diperoleh dengan cara mengalikan pers. (6) dengan jumlah lilitan (N). Oleh karena itu densitas fluks magnetik sepanjang sumbu dari dua kumparan identik pada jarak pisah a adalah (8) Dimana

Dimana z=0, densitas fluks mempunyai nilai maksimum ketika aR.

Gambar 1. Sketsa untuk membantu perhitungan kuat medan sepanjang sumbu sebuah loop kawat.

III. METODE PERCOBAAN A. Alat dan bahan 1. Pair of Helmholtz coils 06960.00 2. Power supply, universal 13500.93 3. Digital multimeter 07134.00 4. Teslameter, digital 13610.93 5. Hall probe, axial 13610.01 6. Meter scale, demo, l = 1000 mm 03001.00 7. Barrel base -PASS02006.55 8. Support rod -PASS-, square, l = 250 mm 02025.55 9. Right angle clamp -PASS02040.55 10. G-clamp 02014.00 11. Connecting cord, l = 750 mm, blue 07362.04


1 1 1 1 1 2 1 1 1 3 1

9

12. Connecting cord, l = 750 mm, red

07362.01

3

Gambar 2. Diagram kawat untuk kumparan Helmhotz.

Gambar 3. Rangkaian alat untuk mengukur medan magnet.

B. Langkah percobaan 1. Rangkailah alat percobaan seperti pada Gambar 3. 2. Hubungkan dua koil secara seri dengan multimeter digital dan power supply, arus yang digunakan tidak boleh melebihi 3,5A (operasikan power supply sebagai sumber arus yang konstan). 3. Letakkan penggaris pada meja percobaan. 4. Ukurlah densitas fluks dengan menggunakan Hall probe aksial. Densitas fluks magnetik tidak bergantung pada sudut φ, jadi hanya komponen Bz (z, r) dan Br (z, r) yang diukur. 5. Aturlah posisi kumparan, Hall probe dan penggaris seperti pada Gambar 3 kemudian ukurlah hubungan B(z, r=0) ketika jarak antara kumparan a=R, a=R/2 dan a=2R.


10

Gambar 3. Mengukur B(z, r=0) pada jarak a yang berbeda-beda di antara kumparan.

6. -

-

Ketika jarak kumparan a=R dapat dihubungkan bersama-sama dengan spacer (pengatur jarak) Ukurlah Bz(z,r) sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 4. Atur koordinat r dengan menggerakkan probe dan koordinat z dengan menggerakkan kumparan. Periksalah: densitas fluks harus memiliki nilai maksimum pada titik (z=0, r=0). Putar sepasang kumparan sebesar 90° (Gambar 5). Periksalah probe: pada bidang z=0, Bz harus sama dengan nol.

Gambar 4. Mengukur Bz(z,r).

Gambar 5. Mengukur Br(z,r).

7. Ukurlah komponen radial dari medan individu pada z=0 dengan rangkaian pendek yang pertama satu kumparan, kemudian dilanjutkan kumparan yang lainnya.


11

EF I - 3 TIMBANGAN ARUS:GAYA YANG BEKERJA PADA KONDUKTOR PEMBAWA ARUS I.

Tujuan Tujuan dilakukan percobaan ini, adalah: 1. Untuk menentukan arah gaya sebagai fungsi arus dan arah medan magnet. 2. Untuk mengukur gaya F, sebagai fungsi dari arus loop konduktor IL, dengan induksi magnet B yang konstan dan untuk loop konduktor dengan ukuran yang bervariasi sehingga induksi magnetik dapat dihitung. 3. Untuk mengukur gaya F, sebagai fungsi arus pada kumparan IM untuk sebuah loop konduktor. Pada batas yang telah ditentukan, induksi magnetik B, dengan akurasi yang memadai akan sebanding dengan arus kumparan IM.

II. Dasar Teori Pada sebuah medan magnet dengan induksi magnet B, sebuah gaya F (Gaya Lorentz) bekerja pada pembawa muatan bergerak dengan muatan q dan kecepatan v: (1) Vektor gaya F tegak lurus terhadap bidang yang ditempati oleh v dan B. Pada percobaan ini v dan B juga berada pada sudut kanan satu sama lain, sehingga hubungan yang menunjukan nilai vektornya adalah: F=q.v.B Kecepatan dari pembawa muatan (elektron) diukur melalui arus listrik IL di dalam konduktor. Muatan total elektron pada penampang konduktor dengan panjang ℓ dapat dirumuskan untuk q adalah: q . v = IL . ℓ (2) Oleh karena itu diperoleh gaya Lorentz: (3) F = IL . ℓ . B 1. Pengamatan menunjukan bahwa arah dari vektor gaya bergantung pada arah gerak elektron dan arah medan magnet. Pada sebuah medan yang lintasannya sejajar terhadap arah rambatnya, gaya akan bekerja pada loop konduktor. Pada induksi magnet dimana B=0, timbangan sedikit berubah posisinya ketika arus I pada konduktor dialirkan. Pada IL = 5A perubahan pada gaya dapat diukur. Penjelasan tentang efek ini adalah bahwa dua konduktor pembawa arus saling tarikmenarik satu sama lain. Ketika arus mengalir, keping logam yg fleksibel sedikit berubah posisinya dan dapat mempengaruhi posisi timbangan.


12

2. Pada dua penampang loop konduktor yang vertikal, elektron bergerak pada arah yang berlawanan, dan dua gaya bekerja padanya. Sedangkan pada penampang loop konduktor yang horizontal, dimana panjangnya ℓ yang diindikasikan pada tiap-tiap kejadian pada loop, sehingga dapat mempengaruhi pengukuran gaya Lorentz. Salah satu dari loop konduktor mempunyai dua lilitan (n=2), masing-masing panjangnya 50mm. Gaya Lorentz pada loop konduktor ini secara eksak ekuivalen dengan loop tunggal yang mempunyai panjang dua kali (ℓ =100mm, n =1).

III. METODE PERCOBAAN A. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini, antara lain: 1. Current Balance 11081.88 2. Balance LGN 310, on rod 11081.01 3. Pole pieces, rectangular, 1 pair 11081.02 4. Wire loop, 1 =12.5mm, n =1 11081.05 5. Wire loop, 1 =25mm, n =1 11081.06 6. Wire loop, 1 =50mm, n =2 11081.07 7. Wire loop, 1 =50mm, n =1 11081.08 8. Iron core, U-shaped, laminated 06501.00 9. Base for iron cores 06508.00 10. Coil, 900 turns 06512.01 11. Metal strip, with plugs 06410.00 12. Distributor 06024.00 13. Bridge rectifier, 30 V AC/1 A DC 06031.10 14. On/off switch 06034.01 15. Power supply, universal 13500.93 16. Ammeter 1/5 A DC 07038.00 17. Tripod base –PASS02002.55 18. Stand tube 02060.00 19. Support rod –PASS-, Square, 1 =1000mm 02028.55 20. Right angle clamp –PASS02040.55 21. Connecting cord, 1 =100mm, red 07359.01 22. Connecting cord, 1 =250mm, black 07360.05 23. Connecting cord, 1 =250mm, blue 07360.04 24. Connecting cord, 1 =500mm, red 07361.01 25. Connecting cord, 1 =500mm, blue 07361.04 26. Connecting cord, 1 =1000mm, red 07363.01 27. Connecting cord, 1 =1000mm, blue 07363.04


1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1

13

Gambar 1. Rangkaian percobaan: Timbangan arus: gaya yang bekerja pada konduktor membawa arus.

B. Langkah Percobaan 1. Rangkailah alat percobaan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Kumparan elektromagnet dihubungkan secara seri dan dihubungkan ke tegangan keluaran pada power supply melalui ammeter, saklar dan bridge rectifier. Pada dua bagian yang pertama dari percobaan ini, tegangan diatur tetap 12 VAC dan dihubungkan dengan arus IM pada kumparan yang diukur. Loop Konduktor dihubungkan melalui dua strip logam yang fleksibel, pertama semuanya menuju ke distributor dan kemudian melalui ammeter menuju tegangan keluaran dari unit power supply. Jarak antara strip logam sebaiknya selebar mungkin dan melentur lurus, sehingga tidak ada gaya dari medan magnet yang bekerja. 2. Pertama, pole besi ditempatkan pada elektromagnet sedemikian rupa untuk menghasilkan celah udara sekitar 4 cm. Loop konduktor dengan l = 25 mm ditangguhkan dari timbangan dengan bagian horisontal tegak lurus dengan garis-garis Medan magnet. Timbangan dihentikan dengan tidak ada arus yang mengalir melalui konduktor, dan arus konduktor diatur sebesar IL = 5 A. Besarnya arah dan gaya ditentukan sebagai fungsi dari arah arus dan diamati dengan magnet diputar pada sumbu horisontal. Tanpa medan magnet, posisi timbangan diamati baik dengan dan tanpa arus yang mengalir melalui loop konduktor. 3. Pole besi ditempatkan pada elektromagnet dengan rangkaian parallel dan dengan sebuah gap udara 1 cm. Loop konduktor yang mempunyai


14

4.

panjang I =12.5mm digantung pada timbangan. Bagian horizontal dari konduktor tegak lurus terhadap garis medan dan dengan mengabaikan timbangan berada diantara medan yang seragam. Arus konduktor naik 0,5 A. Massa awal dari loop konduktor ditentukan dengan mematikan medan magnet. Ketika medan magnet dinyalakan, massa diukur dan gaya Lorentz dihitung dari perbedaan antara dua pembacaan. Pengukuran dibuat hampir sama pada tiga loop konduktor lainnya. Langkah – langkahnya sebagaimana pada langkah 3 diatas. Bedanya dengan menggunakan loop konduktor 50 mm, n=2. Arus pada konduktor 5A dan arus pada kumparan divariasikan dengan menambah tegangan. Gaya Lorentz F dari masing-masing keadaan ditentukan dari pembacaan.

Catatan: Jika instrumen pengukuran medan magnet tersedia, induksi magnet dapat diukur sebagai fungsi dari arus kumparan.


15

EF I - 4 PENENTUAN KECEPATAN SUARA ( PRINSIP SONAR) I.

TUJUAN Tujuan dilakukan percobaan ini adalah: 1. Untuk menentukan waktu transmisi pada jarak yang berbeda-beda antara pemancar dan penerima. 2. Untuk membuat plot grafik bagian panjang pulsa suaru terhadap waktu transmisi. 3. Untuk menentukan kecepatan suara dari grafik.

II. DASAR TEORI Istilah SONAR merupakan singkatan dari Sound Navigation And Ranging (pengukuran jarak dan navigasi suara). Sonar adalah suatu metode yang memanfaatkan perambatan suara didalam air untuk mengetahui keberadaan obyek yang berada dibawah permukaan kawasan perairan. Secara garis besar sitem kerja sebuah peralatan sonar adalah mengeluarkan sumber bunyi yang akan menyebar didalam air. Bunyi ini akan dipantulkan oleh obyek didalam air dan diterima kembali oleh sistem sonar tersebut. Berdasarkan penghitungan kecepatan perambatan suara didalam air maka letak obyek didalam air tersebut dapat diketahui jaraknya dari sumber suara. Pada peralatan sonar yang lebih canggih, bentuk fisik ataupun bahan pembentuk obyek itu dapat diketahui juga.

Gambar 1. Diagram untuk penentuan panjang pulsa ultrasonik.

Pada percobaan ini pulsa suara dipancarkan oleh pemancar/transmitter yang telah melintas di sepanjang jalan l setelah pemantulan dan sampai terekam oleh penerima/ receiver (Gambar 1). Jika waktu yang diambil adalah t, maka kecepatan suara c akan diberikan oleh:

==


(1)

16

Untuk jarak x ≤ 30 cm, jarak transmitter dari receiver (d) harus dipertimbangkan dengan seksama dalam menentukan waktu transmisi. Ketika barrel base pada transmitter dan receiver tetap saling bersentuhan, maka jarak d = 6,5 cm. Pengukuran dilakukan pada mode “fast measurement”, dan pengaturan yang sesuai untuk percobaan ini ditunjukkan pada Gambar 2. Sebagai contoh pengukuran ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 2. Pengaturan parameter-parameter software.

Gambar 3. Contoh pengukuran untuk menentukan waktu t yang diambil oleh pulsa echo

III. METODE PERCOBAAN A. Alat dan bahan percobaan Adapun alata dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain: 1. Ultrasonic unit 13900.00 1 2. Power supply untuk ultrasonic unit, 5 VDC 13900.99 1 3. Ultrasonic transmitter pada batang 13901.00 1 4. Ultrasonic receiver pada batang 13902.00 1 5. Cobra 3 Basic Unit 12150.00 1 Buku Petunjuk Praktikum Eksperimen Fisika I T.A 2015/2016

17

6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Power supply, 12 V Kabel data RS 232 Barrel base PASS Stand tube Screen metal, 30x30 cm Measuring tape, l = 2 m Meter scale, l = 1000 mm Screened cable, BNC, l = 75 cm Adapter, BNC-socket/4 mm plug pair Measure Software Universal writer PC, Windows® 95 or higher

12151.99 14602.00 02006.55 02060.00 08062.00 09936.00 03001.00 07542.11 07542.27 14504.61

1 1 3 3 1 1 1 2 2 1 1

Gambar 4. Pengaturan alat percobaan.

B. Langkah percobaan 1. Susunlah alat percobaan seperti yang ditunjukkan Gambar 4. 2. Gunakan stand tube pada barrel bases untuk posisi reflektor, transmitter dan receiver di atas meja, yang bertujuan untuk menghentikan terjadinya gangguan pantulan. 3. Hubungkan transmitter ke socket TR1 pada ultrasonic unit, dan operasikan dalam mode “Brust”. 4. Hubungkan receiver ke soket BNC kiri ( prioritaskan ke amplifer). 5. Pastikan amplifier dari ultrasonic unit tersebut tidak menyala (tidak bekerja) dalam daerah saturasi. Mungkin, dalam satu kasus, dioda “OVL” menyala, mengurangi amplifikasi masukan. 6. Gunakan sinyal sinkronisasi (soket BNC “sync”) dalam Cobra Basic Unit masukan “Analog In 1/S1”. 7. Gunakan tegangan diperkuat bolak balik dari receiver dalam masukan “Analog In 2/S2.


18

8.

Perhatikan untuk memeriksa polaritas ketika menggunakan adaptor BNC yang cocok. 9. Hubungkan Cobra 3 Basic unit pada PC degnan kabel data RS 232. 10. Transmitter dan receiver harus berada pada ketinggian yang sama, ditunjukkan secara tegak lurus ke arah layar reflektor dan keduanya pada jarak yang sama dari layar reflektor tersebut. 11. Jagalah Transmitter dan receiver tetap pada posisi awal selama percobaan. 12. Ubahlah panjang jalan l pulsa suara dengan menggeser reflektor dan setiap kali melakukannya, pastikan agar selalu tegak lurus pada garis sambungan antara Transmitter dan receiver.


19

EF I - 5 VISKOSITAS CAIRAN NEWTONIAN DAN NON NEWTONIAN (ROTARY VISCOMETER) I.

TUJUAN Tujuan dilakukan percobaan ini adalah sebagai berikut: 1. Menentukan gradient dari kecepatan rotasi sebagai fungsi dari tegangan geser rotasi untuk dua cairan Newtonian ( gliserin, cairan parafin). 2. Mengamati ketergantungan suhu dari viskositas minyak dan gliserin 3. Menentukan kurva aliran untuk cairan non Newtonian(coklat)

II. DASAR TEORI Jika cairan berada di antara dua lempengan dan gaya F bekerja di sepanjang lempengan ke arah sumbu x, maka lempengan akan bergerak dengan kecepatan v. Untuk cairan Newtonian yang sesuai dengan komponen tegangan geser τ: τ = F/A

(1)

jika dikaitkan dengan gradien kecepatan maka diperoleh sebagai berikut:

=

(2)

(η adalah viskositas cairan dan A daerah kontak antara lempengan dan cairan.) Sejumlah zat (suspensi, emulsi) menunjukkan korelasi yang kompleks antara T dan integral gradien kecepatan D (cairan non-Newtonian). Histeresis juga mungkin terjadi. Rotary Viskometer Sebuah rotary viskometer terdiri dari silinder dalam dan silindir luar. Cairan yang diamati diletakkan diantara keduanya. Pada saat kecepatan rotasi rendah, momen rotasi yang diberikan pada lapisan silinder dari cairan dengan jari-jari ketinggian h sesuai dengan hubungan berikut sebagai hasil dari rotasi silinder luar atau dalam. T ( r) = τ ・ 2π r h ・ r (3)

Gambar 1. Gradien kecepatan dan tegangan geser.


20

Gambar 2. Kekentalan dan aliran plastis dari zat yang berbeda: 1. Cairan Newtonian (kental murni) 2. Cairan Dilatani 3. Cairan Psedoplastik 4. Cairan Bingham (plastik murni) 5. Cairan Quasiplastik

Tegangan geser dapat dinyatakan dengan momen rotasi terukur sebagai berikut:

() =

(4)

Dalam kasus ini, gradien kecepatan D adalah sebagai berikut: D (r) = r dω/dr (5) ω adalah kecepatan sudut Untuk cairan Newtonian persamaan (2) dan persamaan (3) dapat disubstitusikan ke dalam persamaan (1). Integral dengan kondisi limit sebagai berikut: ω = 0 untuk r = R1 ω = f untuk r = R2 (R1 dan R2 adalah jari-jari dari dua silinder) memberikan hubungan antara momen rotasi terukur dan kecepatan sudut: =

!

= "

(6)

Dimana C adalah perangkat konstan. Pernyataan di atas harus dikoreksi terlebih dahulu karena efek tepi sehingga C menjadi sebuah konstanta yang empiris. Hal ini biasanya menggunakan tegangan geser rata-rata yang bekerja pada permukaan dua silinder (2), yang mana diperoleh dari rata-rata geometris atau aritmatika dari tegangan geser berikut: !

#$ = Atau

#$ =

(7) (8)

Dengan menggunakan persamaan (4) akan diperoleh D sebagai berikut:


21

%#$ =

Atau

%#& =

!

.

!

(9)

.

(10)

Untuk cairan non-Newtonian, T tidak lagi berbanding lurus dengan f atau τ juga tidak sebanding dengan D. Ada pendekatan rumus yang menggambarkan hubungan antara T dan τ dan antara D dan f. Untuk beberapa cairan, viskositas berubah secara eksponensial dengan temperatur Tabs: (Andrage) (11) η = A eb/Tabs Atau '() =

*+, *+,

(Vogel)

(12)

Pada suhu 303 K viskositas glyserin dihitung menjadi: η = 680 cP Data percobaan viskositas Glyserin menunjukkan: η 293 = 1499 cP η 303 = 624 cP III. METODE PERCOBAAN A. Alat dan Bahan 1. Rotary viscometer 2. Support base –PASS3. Support rod, sta inless steel,1 =500mm 4. Right angle clamp 5. Magnetic heating stirrer 6. Electronic temperature controller 7. Magnetic stirrer bar, 1 =30mm 8. Separator for magnetic bars 9. Glass beaker, 600ml, short 10. Glass beaker, 250ml, tall 11. Glass rod, 1 =200mm, d =5mm 12. Glycerol, 250ml 13. Liquid paraffin, 250ml 14. Castor oil, 250ml 15. Acetone, chem, pure, 250ml

18221.93 02005.55 02032.00 37697.00 35720.93 35721.00 46299.02 35680.03 36015.00 36004.00 40485.03 30084.25 30180.25 31799.27 30004.25


1 1 1 1 1 1 1 1 3 2 2 2 1 2 3

22

Gambar 3. Rangkaian alat percobaan Viskositas Newtonian dan non Newtonian

B. Langkah Percobaan Adapun langkah kerja pada percobaan ini adalah sebagai berikut: 1. Aturlah alat percobaan seperti yang ditunjukan pada Gambar 3. 2. Rotary viscometer harus disesuaikan sampai persis posisinya vertikal, gunakan sekrup putar yang berada pada dasar support stand untuk melakukan hal ini. Ada kotak level di viskometer yang digunakan untuk memeriksa ketepatan penyesuaian pengaturan itu. 3. Turunkan viskometer sampai ke permukaan cairan tepat mencapai tanda kalibrasi bodi rotary. 4. Aduk cairan viskositas dengan kecepatan rendah sekaligus panaskan dengan suhu pengukuran yang diinginkan dengan bantuan pengaduk magnet dan aduk batang magnet agar cepat mencapai distribusi panas yang seragam. Suhu sebaiknya selalu diukur di sekitar silinder immersion. Setelah suhu percobaan telah tercapai matikan pemanas. Suhu harus tetap konstan selama beberapa menit sebelum pengukuran dimulai, karena sillinder immersion harus dalam kesetimbangan termal dengan cairan. Ketika kesetimbangan termal telah tercapai, matikan pengaduk magnetik dan tentukan viskositas cairan. 5. Setelah melakukan pengukuran, bersihkan selalu bar viskometer dan sillinder putar dengan hati-hati dengan air atau aseton.


23

6. 7.

Untuk Glyserin dan parafin cair, tentukan ketergantungan momen rotasi terhadap frekuensi dalam rentang antara 0,1 Hz dan 1,0 Hz. Untuk gliserin dan oli, tentukan ketergantungan viskositas terhadap frekuensi dalam kisaran suhu antara 290 K dan 350 K. Untuk cairan cokelat, tentukan ketergantungan momen rotasi terhadapa frekuensi dalam rentang antara 0,1 Hz dan 1,0 Hz pada suhu sekitar 303 K, Bahan lainnya yang sesuai untuk percobaan adalah bahan newtonian: minyak, etilen glikol, dll dan cairan non-Newtonian: cat, sirup, pelumas, cokelat cair,dll


24

EF I – 6 KAPASITANSI PADA BOLA LOGAM DAN KAPASITOR BERBENTUK BOLA I.

TUJUAN 1. Menentukan kapasitansi dari tiga bola logam dengan diameter yang berbeda-beda. 2. Menentukan kapasitansi dari kapasitor berbentuk bola. 3. Menentukan diameter tiap benda uji dan perhitungan nilai kapasitansinya.

II. DASAR TEORI Bagian 1: Kapasitansi C dari sebuah bola dengan jari-jari R diberikan oleh: C = 4πε0 R (1) -12 (konstanta induksi elektrostatis ε0 = 8.86 ・ 10 As/Vm) Dengan menggunakan persamaan (1), kapasitansi bola konduksi dapat dihitung sebagai berikut: Bola (2R1 = 0.121 m) : C = 6.7 ・ 10-12 As/V = 6.70 pF Bola (2R2 = 0.041 m) : C = 2.28 ・ 10-12 As/V = 2.28 pF Bola (2R3 = 0.021 m) : C = 1.22 ・ 10-12 As/V = 1.22 pF Dengan menggunakan (2), nilai tegangan U1, di mana ditentukan dengan rata-rata pengukuran amplifier, memenuhi untuk menentukan harga muatan Q yang sesuai: Q = (Cco + Cca) U1 = (Cco + Cca)U/V ; dengan Cco << Cca; Q = CcaU1 = U/V (2) dimana Cco = kapasitansi konduktor; Cca = kapasitansi kapasitor paralel, U = tegangan display, V= faktor penguatan, U1 = tegangan terukur) Di sisi lain, muatan konduktor Q adalah: Q = Cco U2 (3) Akhirnya, muatan-muatan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2) dan (3). U1 / U2 = Cco / Cca Bagian 2: Kapasitansi kapasitor berbentuk bola diberikan oleh:

" = 4/01 !

(4) (r1 = jari-jari bola dalam; r2 = jari-jari bola luar)


25

Dengan r1 = 0.019 m dan r2 = 0.062 m untuk kapasitor berbentuk bola perhitungan kapasitansi medan C = 3.0 pF. Nilai kapasitansi yang ditentukan secara eksperimental selalu lebih besar dari pada nilai terhitung. Ketidaksesuaian ini karena tak dapat dihindarkan adanya kapasitansi yang dispersif. III. METODE PERCOBAAN A. Alat dan Bahan 1. Conductor ball, d = 20 mm 2. Conductor ball, d = 40 mm 3. Conductor ball, d = 120 mm 4. Hemispheres, Cavendish type 5. Hollow plastics ball, w. eyelet 6. Capillary tube, straight, l = 250 mm 7. Copper wire, d = 0.5 mm, l = 50 m 8. Insulating stem 9. High-value resistor, 10 MOhm 10. High voltage supply unit, 0-10 kV 11. Capacitor/ case 1/ 10 nF 12. Universal measuring amplifier 13. Multi-range meter A 14. Digital multimeter 15. Connecting cord, 30 kV, l = 1000 mm 16. Screened cable, BNC, l = 750 mm 17. Adapter, BNC socket - 4 mm plug 18. Connector, T type, BNC 19. Adapter, BNC-plug/socket 4 mm 20. Vernier caliper, plastic 21. Barrel base -PASS22. Support base -PASS23. Right angle clamp -PASS24. Support rod -PASS-, square, l = 630 mm 25. Support rod -PASS-, square, l = 400 mm 26. Universal clamp with joint 27. Croco. clip, insul., strong, 10 pcs 28. Connecting cord, l = 100 mm, green-yellow 29. Connecting cord, l = 750 mm, green-yellow 30. Connecting cord, l = 500 mm, blue 31. Connecting cord, l = 500 mm, red

06236.00 06237.00 06238.00 06273.00 06245.00 36709.00 06106.03 06021.00 07160.00 13670.93 39105.14 13626.93 07028.01 07134.00 07367.00 07542.11 07542.20 07542.21 07542.26 03014.00 02006.55 02005.55 02040.55 02027.55 02026.55 37716.00 29426.03 07359.15 07362.15 07361.04 07361.01


2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 4 1 1 1 1 1 2 2 2

26

Gambar 1. Pengaturan alat percobaan untuk menentukan kapasitansi bola konduktor

B. Langkah Percobaan Bagian 1: 1. Aturlah alat percobaan untuk menentukan kapasitansi dari bola konduktor seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 2 hanya menunjukkan bagian dari pengaturan percobaan yang harus dimodifikasi untuk menentukan kapasitansi dari kapasitor berbentuk bola. 2. Konduktor bola (d = 2 cm) ditempatkan pada barrel base dan dihubungkan dengan kabel tegangan tinggi dengan resistor pelindung 10 MΩ ke kutub positif keluaran 10 kV pada power supply tegangan tinggi. 3. Kutub positif di-ground-kan. Bulatan silinder dimasukkan ke dalam kontak bola uji untuk menge-charge-nya. 4. Tegangan tinggi harus selalu di reset ke nol setelah selesai mengecharge. Setiap selesei pengukuran, tengangan penge-charge ditingkatkan sebesar 1 kV. 5. Sebelum di-charge kembali, bola uji harus dikosongkan muatannya melalui kontak dengan kabel penghubung dibumikan/digroundkan. 6. Muatan pada bola uji ditentukan dengan amplifier pengukuran. Gunakan masukan hambatan tinggi pada elektrometer untuk kasus ini. Sebuah tambahan kapasitor 10 nF dihubungkan secara paralel dengan kabel uji BNC yang dilengkapi dengan adaptor yang diperlukan untuk mengambil alih muatan. 7. Kapasitansi dari bola konduktor ditentukan dari tegangan dan nilai muatan; ini dilakukan dengan menggunakan rata-rata yang dihitung selama beberapa nilai pengukuran muatan. Catatan: jangan gunakan tegangan tinggi untuk masukan amplifier!!!


27

Gambar 2. Bagian pengaturan percobaan yang digunakan untuk menentukan kapasitansi dari kapasitor bola

Gambar 3. Sketsa yang menunjukkan pengaturan dan alat tambahan bola konduksi. (1=kawat tembaga, 2=pipa kapiler, 3=alumunium foil)

Bagian 2: 1. Untuk menentukan kapasitansi dari kapasitor bola, ubahlah pengaturan percobaan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. 2. Satukan belahan Cavendish sehingga membentuk bola lengkap dengan lubang lingkaran kecil di bagian atas. Bola plastik dengan permukaan konduksi ditutup dari kawat tembaga di pusat bola. Kawat tembag yang dililitkan melalui pipa kapiler kaca yang dibungkus aluminium foil dibumikan untuk menetralisir kapasitansi liar (Gambar 3). Aluminium foil itu dimungkinkan untuk tidak menyentuh belahan. Lingkup interior harus terhubung ke pusat soket power supply tegangan tinggi. Hal ini dilakukan dengan cara menggunkan jepit buaya diatas kabel tegangan tinggi, sebelum resistor pelindung 10 MΩ terhubung. Soket yang lebih rendah dibumikan lagi.


28

3. 4.

5.

Tingkatkan tegangan pada step 100 V dan jangan ditingkatan di atas 1000 V untuk keselamatan multimeter digital. Berdasarkan nilai rata-rata muatan yang terbaca, dapat ditentukan untuk hemisphere yang sama sebagaimana yang didiskripsikan dalam bagiannya. Setiap selesai pengukuran, hemisphere harus di-discharge dengan kabel ground dibumikan. Saat melakukan ini, harus dipastikan bahwa tidak ada tegangan tinggi yang menginduksi.


29

EF I – 7 PERMUKAAN CAIRAN YANG BEROTASI I.

TUJUAN Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan: 1. Bentuk cairan yang berotasi. 2. Letak titik terendah yang dinyatakan sebagai fungsi kecepatan sudut 3. Kurva fungsi

II. DASAR TEORI Permukaan dari sebuah cairan menghasilkan sejumlah gaya eksternal yang bekerja tegak lurus terhadap permukaannya. Dua buah gaya eksternal bekerja pada sebuah partikel bermassa m, pada titik r, maka gaya gravitasi f1 nya: f1 = m.g (1) g=percepatan karena gravitasi. dan gaya sentrifugal f2 nya: f2 = mω x (r x ω) (2) di mana ω melambangkan kecepatan anguler (sudut). (Gambar 1 merupakan acuan yang digunakan pada sistem rotasi) Dari Gambar 1, dapat diperoleh: tan α = dy/dx = ω2x/g Dan dari rumus tersebut didapatkan: 3

2=

(4)

&

+

(3)

(parabola)

Jika sumbu x pada Gambar 1 terletak pada permukaan sebuah cairan pada ω =0 dan sumbu y terletak pada sumbu rotasi, kemdian karena adanya konservasi massa dan diasumsikan bahwa terjadi pemampatan pada cairan, maka diperoleh: $ (5) 51 2 67 = 0 Jika 2α merupakan panjang dari sel, dan dari letak tersebut merupakan titik terendah dari putaran cairan, maka: 3 $

= −:

&


(6)

30

Gambar 1. Keseimbangan gaya dalam sebuah partikel pada permukaan cairan yang berotasi.

III. METODE PERCOBAAN A. Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini, antara lain : 1. Rotating liquid cell 02536.01 1 2. Bearing unit 02845.00 1 3. Driving belt 03981.00 1 4. Motor, with gearing, 12 VDC 11610.00 1 5. Power supply 0-12V DC/6V, 12V AC 13505.93 1 6. Light barrier with counter 11207.30 1 7. Power supply 5 V DC/2.4 A 11076.99 1 8. Bench clamp, -PASS02010.00 2 9. Barrel base –PASS02006.55 1 10. Methylene blue sol., alkal. 250 ml 31568.25 1

Gambar 2. Pengaturan percobaan untuk menentukan parameter-parameter permukaan cairan yang berotasi.


31

B. Langkah Percobaan 1. Susunlah alat dan bahan seperti yang ditunjukkan Gambar 2. 2. Letakkan air yang telah ditambah sedikit methylen blue ke dalam sel. 3. Tentukan ketinggian permukaan cairan agar dapat terhubung dengan gais horizontal pada plat Plexiglas yang memilikit 3 macam kurva fungsi parabola didalamnya. 4. Tentukan titik terendah kurva permukaan cairan, dengan cara menekan kertas perak bersamaan dengan plat Plexiglas ke dalam sel. 5. Pastikan agar kecepatannya konstan, dengan cara memasang sabuk penggerak antara mesin dan bantalan poros serta memasangkannya dengan erat ke sel. 6. Ketika sel telah tertutup bagian atasnya, kecuali saat pengisian sedikit celah, dapat digunakan kecepatan yang lebih tinggi. 7. Tempelkan layar (yang terbuat dari papan kartu kuat dengan ketebalan 1 cm) pada dasar atau tepi dari sel untuk mengukur kecepatan sudut Ω. 8. Pada saat berputar, layar melewati sensor cahaya pada light barrier yang dioperasikan pada mode . 9. Perhitungan akan dimulai dan hentikan hanya jika sel menyelesaikan satu putaran penuh dan layar berputar sekali lagi melewati sensor cahaya. 10. Hitung kecepatan sudut Ω dari periode rotasi T. Ω = 2π T


32

Sistematika Laporan Praktikum

JUDUL PRAKTIKUM BAB I

PENDAHULUAN

BAB II

DASAR TEORI

BAB III

METODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan 3.2 Gambar Percobaan 3.3 Langkah Percobaan BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Percobaan 4.2 Perhitungan 4.3 Pembahasan BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan 5.2 Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


33

Format lampiran laporan sementara

LAPORAN SEMENTARA PRKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA I Judul percobaan:……………………… Berisi Tabel data hasil percobaan dan kesimpulan data sementara

Asisten Praktikum

(


)

34

2016. Disusun Oleh: NURUN NAYIROH, M.Si

Recommend Documents