UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
PROPOSAL EKSPERIMEN FISIKA Dengan ini saya mengajukan proposal eksperimen fisika untuk memenuhi salah satu tugas dalam matakuliah Eksperimen Fisika I berjudul: PERBANDINGAN NILAI EKSPERIMENTAL COMPOUND PENDULUM DENGAN TEORI SEDERHANA Yogyakarta, 10 Desember 2006 Mahasiswa
Ishafit Disetujui, 17 Desember 2006
_______________________ Dosen Pengampu Matakuliah
PROPOSAL EKSPERIMEN FISIKA Judul PERBANDINGAN NILAI EKSPERIMENTAL COMPOUND PENDULUM DENGAN TEORI SEDERHANA Oleh Ishafit NIM: 85070002 Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Ahmad Dahlan
1. PENDAHULUAN Compound Pendulum adalah ayunan benda tegar dalam bidang vertikal terhadap sumbu horisontal yang menembus benda tersebut. Pendulum memiliki banyak aplikasi praktis, yang meliputi penentuan waktu dan pengukuran kekuatan medan gravitasi. Pendulum sederhana telah dibahas dibanyak buku fisika dasar tetapi dengan idealisasi, yaitu tidak melibatkan massa dari lengan pendulum. Newman dan Searle (1921, 22-23) telah mengembangan model teoritis sederhana dari compound pendulum berdasarkan Hukum Newton. Untuk mengetahui apakah model teoritis sederhana memiliki akurasi analisis terhadap pendulum nyata, maka penelitian eksperimental tentang compound pendulum ini akan dilakukan dengan permasalahan difokuskan pada ketergantungan T tehadap l, yang dalam hal ini T adalah periode osilasi kecil dari pendulum ketika jarak antara pusat gravitasi pendulum dengan sumbu rotasi adalah l. 2. TEORI Menurut Newman dan Searle (1951, 22-23) periode (T ) dari compound pendulum adalah:
k2 + l2 T = 2π l . g
1
2
(1)
dengan g adalah percepatan gravitasi dan k adalah radius girasi, yang dalam hal ini k didefinisikan dengan persamaan:
∫ ρr dV = ∫ rdV 2
k
2
(2)
dengan ρ adalah kerapatan massa pendulum pada jarak r dari pusat gravitasi. Persamaan 1 digunakan jika redaman dapat diabaikan dan α (amplitudo anguler) dari osilasi sangat kecil. Ketika nilai α tertentu, periode dinyatakan dengan:
α 1 (3) P' = P1 + sin 2 2 4 Jika diasumsikan gaya redaman adalah MR(k2+l2)ω dengan ω adalah kecepatan anguler pendulum, M adalah massa, dan R adalah konstanta, maka menurut Stephens dan Bate (1950) persamaan periode gerak teredam adalah:
2
1
l. g R2 4 PD = 2π 2 2 − (4) 4 (k + l Apabila redaman kecil, R2/4<
PD3 R 2 32π 2
(5)
3. PROSEDUR EKSPERIMEN Compound pendulum yang akan digunakan dalam eksperimen tediri dari batang besi persegi panjang berukuran panjang 100 cm x lebar 3,80 cm x tebal 0,95 cm, dengan setiap lubang berdiameter 0,47 cm yang berjarak 5 cm antar lubang dari pusat lubang (seperti ditunjukkan gambar). Sumbu lubang tegak lurus pada permukaan batang, dan salah satu sumbu lubang (A) melalui pusat gavitasi batang. Batang diayun dengan meletakkan as pada salah satu lubang yang dilengkapi dengan bola laker sehingga batang berosilasi dalam dalam bidang vertikel dengan gesekan pada laker menimum.
B
l
b
A
Mg
Gambar: Compound Pendulum Periode osilasi ditentukan melalui pengukuran waktu 20 ayunan dengan menggunakan stop watch. Untuk mendapatkan informasi tentang ralat, pengukuran berulang perlu dilakukan dan periode (T) ditentukan dari nilai rata-rata. Amplitudo sudut osilasi diambil lebih kecil dari 100 untuk memastikan bahwa periode osilasi tidak melebihi 0,2 % dari periode osilasi sangat kecil (perhatikan persamaan 3). Jarak l antara sumbu lubang A dan B diukur dengan mistar meter, yang memungkinkan pengukuran l dengan akurasi tidak lebih dari 1%. REFERENSI Newman, F.H. dan V.H.L. Searle, 1951, The General Properties of Matter, Edward Arnold: London. Stephens, R.W.B. dan A.E. Bate, 1950, Wave Motion and Sound, Edward Arnold: London.
3
Keterangan: 1. Tujuan Berisi pernyataan singkat tentang apa yang diinginkan atau apa yang akan dikerjakan dalam eksperimen (kata kunci: Apa (what) yang akan anda kerjakan). 2. Landasan Teori Berisi uraian konsep-konsep teoretik yang melandasi eksperimen yang akan dilakukan. Hal ini memerlukan kajian terhadap textbook, buku panduan laboratorium, jurnal ilmiah. 3. Peralatan Berisi uraian/spesifikasi peralatan yang akan digunakan, diagram rangkaian yang akan dipakai dalam eksperimen. 4. Prosedur Eksperimen Berisi urutan langkah-langkah (prosedur) yang akan dilalui dalam eksperimen. Bagian ini menguraikan bagaimana proses pengumpulan data eksperimen. Pelaku eksperimen harus benar-benar menguasi prosedur ini dan melatih kemampuan teknis yang diperlukan dalam eksperimen (kata kunci: Bagaimana (how) anda mengerjakan). 5. Metode Analsisis Bagian ini berisi uaraian tentang bagaimana data yang telah diperoleh akan diproses sejalan dengan tujuan yang akan dicapai dalam eksperimen. Rumus-rumus yang diperlukan dan belum tercakup dalam landasan teori dapat dituliskan di sini. Metode analisis dapat berupa metode grafik dan atau statistik
4
Project Proposal
Newton's Law of Cooling By Ishafit 600.479/KTM/1986 Physics Education Department Ahmad Dahlan University
Objectives
This experiment will study Newton's law of cooling and to determine σ for three calorimeter cans filled with hot water.
Theory If an object with temperature TB is submerged in an environment with a large heat capacity and temperature TE, then Newton’s law of cooling states that the temperature of the object as a function of time is given by
TB= TE + (TB -TE)0 e-σt Here σ is the rate constant. The difference between the body temperature and the environmental temperature approaches zero exponentially as e-σt
If there are three cans that the surface of one can is unpainted, the surface of the second can is painted black, and the surface of the third can is painted white. The cans are exposed to air in the laboratory environment. The cans will transfer heat to the environment via conduction, convection and radiation. The surfaces of the three cans have different emissivities, so we may expect different σ's for the three cans. According the Newton's law of cooling states that Newton's law of cooling states that
ln(TB – TE) = ln(TB–TE)0 e-σt 5
This equation is of the form y=ax+b, with y=ln(TB-TE), x=t, a=-σ and b=ln(TBTE)0. The slope a=-σ of a straight line fit of ln(TB-TE) versus t is determined and thus to determine the rate constant
Procedure: 1. We will determines for each can and compare the measured rate constants for the different cans. To determine σ, we will record each can's temperature as a function of time for approximately 1 hour 2. With the temperature sensor in air, the temperature of the environment is determine, i.e. the room temperature TE.
3. To open a Microsoft Excel spreadsheet. 4. To record the temperature TE in the spreadsheet.
6
5. To monitor the calorimeter cans filled with with hot water for approximately 1 hour. The thermometer inserted into the water reads the temperature of the water. For each can record the temperature as a function of time in your spreadsheet. (Click on each of the thumbnails above to view an enlarged picture.)
TE (0C)
Clock
Can 1(unpainted)
Can 2 (black)
Can 3 (white)
Time
Temp (0C)
Temp (0C)
Temp (0C)
Elapsed
Can 1
Can 2
Can 3
Time (s) ln(TB-TE) ln(TB-TE) ln(TB-TE)
Data Analysis: 1. Each measurement. find the elapsed time since the start of the experiment and record it in spreadsheet 2. In spreadsheet, TE is subtracted from the measured temperature TB of each can and to find the natural logarithm of this difference. The regression function is used to find the slope of a straight line fit of ln(TB-TE) versus time t. The rate of constant σ equal to the magnitude of the slope.
References Stanford, A. L. and Tanner, J. M., 1984, Physics for Students of Science and Engineering, Academic Press, Inc., Orlando. Bevington, P. R., 1969, Data Reduction and Error Analysis fo The Physical Sciences, McGraw-Hill Book Company, New York.
7
Penulisan Abstark: Contoh (1)
GERAK HARMONIC SEDERHANA Konstanta gaya k dari sebuah pegas yang digunakan dalam demonsytasi gerak hamonik sederhana telah diukur dengan dua metode. Pertama, metode static, mengukur pertambahan panjang pegas sebagai fungsi gaya yang diberikan; kedua, metode dynamic, mengukur periode gerak sebagai fungsi massa yang digantung pada pegas. Metode pertama menghasilkan k=(2,14±0,06)×103 dyne/cm dan kedua k=(2,16±0,04)×103 dyne/cm.
Contoh (2)
HUKUN KEDUA NEWTON Posisi dua buah sistem massa sebagai fungai waktu telah dicatat dengan menggunakan peralatan spark-timer. Menggunakan data ini, kecepatan sesaat diaproksimasi dengan menghitung kecepatan rata-rata setiap interval watku 1/30 sekon. Percepatan sistem, yang dihitung melalui kemiringan grafik kecepatan versus waktu, adalah (59,1±0,5) cm/s2. Nilai percepatan yang diprediksi menggunakan Hukum Kedua Newton adalah (60,9±0,1) cm/s2. Perbedaan antara dua nilai percepatan dari massa hanya 3%.
8
PROPOSAL EKSPERIMEN FISIKA 3. Nama Mahasiswa : ……………………………….. 4. NIM : ……………………………….. 5. Judul Eksperimen : ……………………………………………………………….. ……………………………………………………………….. 6. Tujuan Berisi pernyataan singkat tentang apa yang diinginkan atau apa yang akan dikerjakan dalam eksperimen (kata kunci: Apa (what) yang akan anda kerjakan). 7. Landasan Teori Berisi uraian konsep-konsep teoretik yang melandasi eksperimen yang akan dilakukan. Hal ini memerlukan kajian terhadap textbook, buku panduan laboratorium, jurnal ilmiah. 8. Peralatan Berisi uraian/spesifikasi peralatan yang akan digunakan, diagram rangkaian yang akan dipakai dalam eksperimen. 9. Prosedur Eksperimen Berisi urutan langkah-langkah (prosedur) yang akan dilalui dalam eksperimen. Bagian ini menguraikan bagaimana proses pengumpulan data eksperimen. Pelaku eksperimen harus benar-benar menguasi prosedur ini dan melatih kemampuan teknis yang diperlukan dalam eksperimen (kata kunci: Bagaimana (how) anda mengerjakan). 10. Metode Analsisis Bagian ini berisi uaraian tentang bagaimana data yang telah diperoleh akan diproses sejalan dengan tujuan yang akan dicapai dalam eksperimen. Rumus-rumus yang diperlukan dan belum tercakup dalam landasan teori dapat dituliskan di sini. Metode analisis dapat berupa metode grafik dan atau statistik 11. Daftar Pustaka ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………
Yogyakarta, _____________ Mahasiswa yang bersangkutan
_______________________
9
10
