PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI DENGAN EKSPERIMEN TERKOMPUTERISASI PADA BENDA JATUH BEBAS Femila Amor Nurdila1), Irnin Agustina Dwi Astuti2), Tunut Rochmaniyah3), Ishafit4) Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta e-mail :
[email protected]
Intisari – Makalah ini menyajikan eksperimen penentuan percepatan graviasi bumi dengan metode gerak jatuh bebas. Percepatan gravitasi bumi yang dialami oleh suatu objek yang berada dipermukaan laut katulistiwa besarnya adalah 9,789 m/s2 dan 9,832 m/s2 pada permukaan laut di kutub utara. Dalam eksperimen ini menggunakan 3 buah lilitan yang dipisahkan oleh jarak tertentu. Data yang diambil disajikan dalam bentuk waktu (t) yang dihitung dari gejala induksi oleh magnet yang melalui lilitan. Ketika magnet dijatuhkan, waktu diukur dari munculnya pulsa ketika magnet menginduksi lilitan dengan menggunakan software audacity. Dari pulsa tersebut memunculkan hasil waktu pada masing-masing jarak lilitan. Metode analisis data yang digunakan adalah nilai rata-rata dari hasil percepatan gravitasi yang dilakukan dalam 10 kali pengambilan data.Hasil eksperimen nilai percepatan gravitasi bumi sesuai dengan nilai acuan yaitu sebesar (9,78 ± 0,49) m/s2dengan penyimpangan sebesar 0,02 %. Kata kunci:percepatan gravitasi, gerak jatuh bebas, medan magnet, audacity 1.3 beta (Unicode) Abstract –This paper presents the experimental determination of gravity by free fall method.Acceleration ofgravityexperienced byan objectwhichisthe surfaceequatorialoceanandthe magnitudeis9,789m/s 2 2 and9,832m/s atsea levelat the north pole.In these experiments using 3 loops separated by a distance. The data presented in the form of time (t) taken are calculated from the symptoms induced by the magnet through the coil. When the magnet is dropped, when measured from the emergence of the coil induces a magnetic pulse when using audacity software. Of the wave pulse rise time on the distance of each coil. Methods ofdata analysisused is the average valueofeach oftheacceleration ofgravityiscarried outin10 timesof data collection. The experimental results the value of gravity in according to with the reference value in the amount of (9,78 ± 0,49) m/s2 with a deviation of 0,02%. Key words: accelerationof gravity, free fallmotion, magnetic field, audacity1.3beta(Unicode) I. PENDAHULUAN Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa di alam semesta. Sebagai contoh, bumi yang memiliki massa yang sangat besar menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik bendabenda di sekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda-benda yang ada di bumi. Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada di luar angkasa, seperti bulan, meteor, dan benda angkasa lainnya, termasuk satelit buatan manusia. Percepatan gravitasi bumi yang dialami oleh suatu objek yang berada dipermukaan laut katulistiwa besarnya adalah 9,789 m/s2 dan 9,832 pada permukaan laut di kutub utara [1]. Suatu tempat mungkin mempunyai besar percepatan gravitasi bumi yang berbeda dengan tempat yang lain. Permasalahan yang muncul adalah bagaimana cara menghitung besarnya percepatan gravitasi bumi dengan ketelitian yang tinggi, karena ketidaktelitian pengamatan dan juga ketidaktepatan alat ukur yang digunakan dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Pengukuran nilai gravitasi bumi (g) dapat diukur dengan berbagai metoda. Bentuk-bentuk paling sederhana misalnya dengan menggunakan pegas atau bandul yang diketahui konstanta-konstantanya. Metode penentuan nilai gravitasi bumi yang tidak Seminar Nasional Quantum 2012, Pendidikan Fisika UAD,24 Mei 2012
kalah mudahnya namun dapat memperoleh hasil yang lebih akurat adalah dengan metode Gerak jatuh bebas. Metode ini menggunakan alat berupa magnet, kumparan kawat dan dibantuan aplikasi software komputer berupa audacity 1.3 beta (Unicode). II. TEORI a. Penelitian terdahulu Penelitian terdahulu tentang penentuan percepatan gravitasi bumi salah satunya dilakukan oleh Kusuma, menentukan percepatan gravitasi bumi dengan memanfaatkan laser, LDR (Light Dependent Resistor). Dalam hal ini, suatu teknik komunikasi data serial sinkron dapat dilakukan antara mikrokontroler AT89S51 dengan komputer melalui RS232. Oleh karena itu instrumen yang dibuat dapat mengukur secara otomatis dengan menggunakan Mikrokontroler AT89S51 dan pemrograman Borland Delphi 7.0 sebagai tampilan. Penelitian ini memperoleh nilai g sebesar 9,892 m/s2[2]. Penelitian yang dilakukan oleh Oktova , menghasilkan percepatan gravitasi bumi di daerah lanud adisucipto diperoleh nilai 𝑔 = (9,78 ± 0,07)m/s 2[3]. b. Gerak jatuh bebas
71
Gerak suatu partikel yang mempunyai percepatan konstan adalah hal yang biasa dijumpai di alam ini. Sebagai contoh, di dekat permukaan bumi semua benda yang tidak ditopang akan jatuh secara vertical dengan percepatan konstan karena adanya gravitasi bila dianggap bahwa hambatan udara dapat diabaikan. Percepatan karena gravitasi dinyatakan oleh g dan mempunyai nilai hampiran g = 9,81 m/s2 = 32,2 ft/s2[4]. Gerak jatuh bebas merupakan bagian dari gerak lurus berubah beraturan, dengan percepatan berupa percepatan gravitasi. Pada mulanya benda memiliki kecepatan awal sama dengan nol, pada ketinggian tertentu. Akhirnya kecepatan bertambah (dipercepat) seiring dengan waktu hingga dititik ke bawah sebelum membentur permukaan tanah kecepatannya menjadi maksimal. Persamaan posisinya adalah 1 ℎ = 𝑣𝑜 𝑡 + 𝑔𝑡 2 (1) 2 Pada kasus gambar 1, Sodiabaikan dan untuk persamaan h1sebagai berikut 1
ℎ1 = 𝑉01 𝑡1 + 2 𝑔𝑡1 Sedangkan untuk h2,
h2 V01t 2
2
So 1
h1
2 h2
3
(2)
1 2 gt 2 2
Gambar 1. Skema alat percobaan[5] c. Medan Magnet Medan magnet adalah daerah dimana gaya magnet dapat dirasakan akibat adanya muatan bergerak. Medan magnet biasanya digambarkan dengan garis gaya magnet, yang biasa disebut kerapatan medan fluksB. medan magnet tidak hanya terdapat di sekeliling magnet permanen tapi juga ditimbulkan dari arus listrik yang mengalir pada suatu kawat. Hal ini juga dikemukakan oleh Hans Christian Oersted (1777-1851), ahli fisika Denmark bahwa disekitar arus listrik terdapat medan magnet. Ketika lilitan kawat diarliri arus, disekitar kawat tersebut akan timbul medan magnet. Adanya gerak relatif magnet atau kumparan akan mengakibatkan terjadinya perubahan medan magnet. d. Audacity 1.3 beta (Unicode) Audacity merupakan software pengolahan file suara yang berlisensi gratis. Salah satu fungsidari Audacity adalah kemampuan merekam sinyalsinyal suara yang ada didalam komputer, maupun dari luar komputer. Pada eksperiment ini Audacity digunakan untuk merekam sinyal dari perubahan medan magnet ke sinyal listrik yang nantinya akan ditampilkan dalam bentuk gelombang.
(3)
Pada posisi 1 dan 2 berlaku
V02 V01 gt
(4)
Pada persamaan (2) dan (3) masing-masing suku dibagi dengan t. Untuk posisi 1 ke 2,
h1 1 V01 gt1 t1 2
(5)
Sedangkan untuk posisi 2 ke 3,
h2 1 V02 gt 2 t2 2
(6)
Substitusikan persamaan (4) ke dalam persamaan (6), sehingga persamaannya menjadi
h2 1 V01 gt1 gt 2 t2 2 Kemudian substitusikan persamaan (7), sehingga
persamaan
h2 h1 1 g t1 t 2 t 2 t1 2
(7) (5)
ke
(8)
Jadi, persamaan untuk menentukan percepatan gravitasi adalah
h h 2 2 1 t t1 g 2 t1 t 2
(9)
Seminar Nasional Quantum 2012, Pendidikan Fisika UAD,24 Mei 2012
Hubungkankekomputer
III. EKSPERIMEN Percobaan penentuan konstantapercepatan gravitasi dilakukan di Jl. Glagah Sari No. 130 Yogyakarta. Alat dan bahan yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Magnet mainan 2. Kumparankawatdenganjumlah 30 lilitan 3. Kabel, digunakanuntukmenghubungkanujungujunglilitandengan laptop
72
4. Pralondenganpanjang 70 cm dengandimeter 2 cm 5. Software komputeraudacity 1.3 beta (Unicode) Lilitan dipasang pada pralon dan kemudian dihubungkan dengan kabel penghubung ke laptop yaitu ke software audacity 1.3 beta (Unicode), dengan software ini membantu untuk mencari nilai waktu ( t ) yang dibutuhkan magnet jatuh bebas melalui lilitan A dengan lilitan B sebagai 𝑡1 dan lilitan B dengan lilitan C sebagai𝑡2 ) dengan menvariasikan jarak masing-masing lilitan A dan B dengan B dan C ( ℎ1 dan ℎ2 ). Untuk mendapatkan nilai t dengan menjatuhkan magnet kedalam pralon yang sudah ada lilitan dengan jarak yang sama (ℎ1 = ℎ2 ) dan direkam oleh audacity 1.3 beta (Unicode) dan sinyal ditampilkan dalam bentuk tiga buah gelombang denganjarak yang berbeda. Dari gelombang ini diperoleh nilai waktu untuk masing-masing jarak lilitan. Setelah semua data diperoleh, data dianalisis dengan regresi linier. Nilai percepatan gravitasi yang diperoleh dari eksperimen di bandingkan dengan nilai acuan yaitu sebesar 9,78m/s2.
(0,296±0,005) m, dan rate proyek = 44100 Hz diperoleh data berikut: Tabel 1. Data hasileksperimen No
Sampel 1
Sampel 2
𝑡1
𝑡2
g
1
7,018
4,092
0,159138
0,092789
9,660742713
2
7,198
4,117
0,16322
0,093356
9,719334919
3
7,118
4,118
0,161406
0,093379
9,611902572
4
7,006
4,098
0,158866
0,092925
9,602019291
5
7,034
4,059
0,159501
0,092041
9,917443026
6
7,152
4,048
0,162177
0,091791
10,14729848
7
7,235
4,109
0,164059
0,093175
9,818977353
8
7,456
4,096
0,16907
0,09288
10,15230251
9
7,109
4,123
0,161202
0,093492
9,565799192
10
7,277
4,152
0,165011
0,09415
9,577298283
Gambar 3. Contoh hasil rekaman audacity untuk penentuan t1
Gambar2. Alat eksperimen penentuan percepatan gravitasi bumi dengan menggunakan metode benda jatuh bebas pada medan magnet Untuk menentukan percepatan gravitasi bumi sesuai dengan persamaan (9). Sedangkan ralatnya adalah 2
2
2
g g g g S g S h1 S h2 S t1 S t 2 h1 h2 t1 t 2
Prosentase persamaan
kesalahan
dapat
g perhitungan g teor i g teori
di
100%
cari
2
(10) Gambar 4. Contoh hasil rekaman audacity untuk penentuan t2
dengan
(11)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Eksperimen penentuan percepatan gravitasi dengan ℎ1 = (0,314±0,005) m, ℎ2 =
Seminar Nasional Quantum 2012, Pendidikan Fisika UAD,24 Mei 2012
Dari data di atas kemudian dianalisis dengan menggunakanpersamaan (9) dan ralatnya menggunakan persamaan (10) Dari perhitungan menggunakan metode analisis rata-rata berbobot diperoleh nilai g sebesar (9,78±0,49) m/s2.
73
dan prosentase kesalahan g perhitungan g teor i 100% 0,02% g teori
sebesar
V. KESIMPULAN Percepatan gravitasi bumi dengan eksperimen terkomputerisasi pada benda jatuh bebas menghasilkan nilai percepatan gravitasi sebesar (9,78±0,49) m/s2 yang mendekati nilai acuan dengan persentase ralat relatif sebesar 0,02%. DAFTAR PUSTAKA [1] Surya, Y. 2008. Percepatan Gravitasi ?. Didownload tanggal [19 April 2011] Pukul [22:34 WIB] http://mediaindonesia.com/webtorial/pojo kfisika/?ar_id=Mjg5 [2] Kusuma, I, Y. 2010. Penentuan Nilai Percepatan Gravitasi Bumi (g) pada Percobaan Ayunan Matematis Menggunakan Bahasa Pemrograman Borland Delphi 7.0. Tugas Akhir DIII. UNDIP. Semarang. [3] Oktova. 2010. Penentuan Tara Kalor Mekanis Secara Teliti Dengan Metode Gesekan Dua Kerucut. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010. ITB. [4] Tipler, P.A. 1991. Physics for scientist and enginers part 1. Alih bahasa Prasetio, L dan Rahmad, A. (1998). Fisika untuk sains dan tehnik jilid 1. Jakarta: Erlangga, 33 – 36 [5] Ganci, S. 2008. Measurement of g by means of the ‘improper’ use of sound card software: a multipurpose experiment. Italy: IOP Publishing.
Seminar Nasional Quantum 2012, Pendidikan Fisika UAD,24 Mei 2012
74
Seminar Nasional Quantum 2012, Pendidikan Fisika UAD,24 Mei 2012
75
