Laporan
Praktikum Fisika I
by : Mohamad Jomka Eka Sulaki
A.
Judul
Gerak Jatuh Bebas.
B.
Tujuan
Agar mahasiswa dapat
memahami karakteristik gerak jatuh bebas dan dapat menentukan percepatan gerak
jatuh bebas.
C.
Teori
Dasar
Gerak Jatuh Bebas (GJB)
termasuk dalam Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB), hanya saja benda bergerak
karena dijatuhkan ke bawah dengan kecepatan awal nol (bukan dilempar ke bawah).
Dalam kasus ini, percepatan yang bekerja adalah percepatan gravitasi bumi (g),
sehingga persamaan GLBB yang awalnya :
Vt = V0
+ a∙t
S
= V0∙t + ½ a∙t2
Vt2
= V02 + 2a∙s
Pada
gerak jatuh bebas S = h, V0 = 0 dan a = g maka persamaan diatas akan
menjadi :
Vt = g∙t
h
= ½ g∙t2
Vt2
= 2g∙h
Keterangan :
Vt =
Kecepatan akhir (m/s)
V0 =
Kecepatan awal (m/s)
a = Percepatan benda (m/s2)
t = waktu (s)
g = Percepatan gravitasi bumi (m/s2)
s = Jarak (m)
h = Ketinggian (m)
Energi mekanik pada gerak jatuh
bebas :
Em = Ep +
Ek
Misalnya, sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian h di
bawah pengaruh gravitasi. Pada ketinggian tersebut, benda memiliki energi potensial
Ep = m.g.h dan energi kinetik Ek = 0. Energi mekanik di
titik A (titik awal) adalah:
EmA= EpA + EkA
EmA= m.g.h + 0 = m.g.h
Pada saat benda bergerak jatuh, tingginya berkurang dan
kecepatannya bertambah. Dengan demikian, energi potensialnya berkurang, tetapi
energi kinetiknya bertambah. Tepat sebelum benda menyentuh tanah (di titik B),
semua energi potensial akan diubah menjadi energi kinetik. Dapat dikatakan
energi potensial di titik B, EpB = 0 dan energy kinetiknya EkB
= 1/2m.vB2, sehingga energi mekanik pada titik tersebut
adalah:
EmB = EpB + EkB
EmB = 0 + ½ m vb2
EmB = ½ m vb2
Dengan demikian, dapat dikatakan jika hanya gaya gravitasi yang
bekerja pada benda, maka energi mekanik besarnya selalu tetap.
Contoh
dari gerak jatuh bebas adalah sebuah apel yang jatuh dari ketinggian pohon.
Apel yang jatuh tentu tanpa kecepatan awal. Ia jatuh semata-mata karena pengaruh
dari gaya gravitasi bumi yang bekerja padanya.
Pada
salah satu persamaan gerak lurus, yaitu jarak yang ditempuh benda adalah sama
dengan hasil kali antara kecepatan dan waktu yang dialami benda tersebut (x =
v.t) . Persamaan ini menunjukkan bahwa jika dua buah benda yang memiliki massa
yang berbeda dijatuhkan secara bebas (tanpa kecepatan awal / V0 = 0)
dari suatu ketinggian yang sama, maka kecepatan kedua benda ketika tiba di
tanah adalah sama. Jika kecepatan kedua benda sama, maka waktu yang dibutuhkan
oleh kedua benda itu untuk tiba di tanah adalah sama. Waktu yang diperlukan
untuk mencapai tanah dari benda yang jatuh bebas tidak dipengaruhi oleh massa
benda itu. Jika kita melihat kenyataan bahwa ketika sehelai kertas dan sebuah
batu dijatuhkan pada ketinggian yang sama dan ternyata batu terlebih dahulu
mencapai tanah daripada kertas, itu hanyalah diakibatkan karena pada kertas
bekerja gaya gesekan udara yang lebih besar. Gaya gesekan yang bekerja pada
kertas bisa diperkecil dengan cara
menggulung kertas tersebut sebesar batu, sehingga gaya gesekannya
kira-kira sama dengan yang dialami oleh batu.
D.
Alat
dan Bahan
No. Katalog
|
Nama Alat
|
Jumlah
|
FPT 16.02/66
|
Rel Presisi
|
1
|
FPT 16.04/68
|
Kaki Rel
|
2
|
FME 51.40
|
Pewaktu Ketik
|
1
|
FME 69
|
Pita Ketik
|
1
|
FME 27.01
|
Beban Bercelah
dan Bergantung
|
1
set
|
GMM 221
|
Mistar Pita,
3m
|
1
|
KAL 99/10-025
|
Kabel
Penghubung 25 cm, Hitam
|
1
|
KAL 99/20-025
|
Kabel
Penghubung 25 cm, Merah
|
1
|
|
Jepit Kertas
|
1
|
|
Kertas Manila
|
1
|
|
Selotip
|
1
rol
|
|
Power Supply
|
1
unit
|
E.
Cara
Kerja
Karena percepatan jatuh
bebas cukup besar, sebaiknya perlu menempatkan benda dan pewaktu ketik pada
tempat yang berkedudukan cukup tinggi, misalnya pada ketinggian 1,5 meter atau
lebih agar data yang diperoleh mencukupi sehingga dapat dianalisis dengan baik.
a. Persiapan
percobaan
1.
Tempatkan pewaktu ketik
pada salah satu ujung rel presisi.
2.
Pasang pita ketik pada
pewaktu ketik melalui alur pita.
3.
Gantungkan kaitan
penggantung beban pada ujung pita dengan cara melipat ujung pita di sekeliling
kaitan, dan menyemat ujungnya menggunakan penyemat (selotip).
4.
Atur rangkaian alat
yang tadi telah disusun di atas meja.
5.
Atur pita ketik
sedemikian rupa sehingga pita dapat bergerak bebas dengan sedikit mungkin
hambatan.
6.
Sambungkan kedua kabel
(merah dan hitam) yang telah disiapkan kepada power supply.
b. Langkah-langkah
percobaan
1.
Tahan pita ketik untuk
mencegah pita bergerak dan upayakan agar beban menggantung bebas.
2.
Hidupkan pewaktu ketik
dengan mengalirkan arus listrik melalui power supply, dan lepaskan pita ketik
agar beban jatuh bebas.
3.
Matikan pewaktu ketik
sesaat setelah beban smpai di lantai.
4.
Amati titik-titik
ketikan pada pita ketik. Interpretasi (beri arti) jenis gerakan beban yang
jatuh bebas tersebut. Tulis interpretasi Anda pada data percobaan.
5.
Potong atau tandai pita
ketik yang masing-masing panjanganya lima ketik.
6.
Buatlah kurva
laju-waktu pada kertas manila.
7.
Pada kurva laju-waktu
tersebut, hubungkan titik tengah ujung atas kertas hingga membentuk garis
lurus.
8.
Dari kurva laju-waktu,
tentukan percepatan benda yang bergerak jatuh bebas dengan mengukur ∆v dan ∆t.
Catat hasilnya pada data percobaan, dan sesungguhnya hasil yang didapat adalah
percepatan gravitasi benda (beban).
9.
Ulangi langkah
percobaan seperti di atas untuk menentukan percepatan gravitasi beban yang
berbeda-beda besarnya (0,050 kg, 0,100 kg, dan 0,200 kg).
10. Asumsikan
pewaktu ketik bergetar dengan perioda 1/50 atau 0,02 s. Ubah percepatan yang
didapatkan kedalam satuan m/s2.
F.
Data
Percobaan
1. Benda
ke-1
·
Massa = 0,050 kg
·
Jumlah ketikan pada
pita = 15 ketik
No.
|
Interval
/ 5 ketik
|
Jarak
/ 5 ketik (cm)
|
∆t
/ 5 ketik
|
1
|
lima ketik ke-1
|
3,9
|
0,1
|
2
|
lima ketik ke-2
|
11
|
0,1
|
3
|
lima ketik ke-3
|
18,3
|
0,1
|
Jumlah
(∑)
|
∑x = 33,2
|
∑t = 0,3
|
2. Benda
ke-2
·
Massa = 0,100 kg
·
Jumlah ketikan pada
pita = 15 ketik
No.
|
Interval
/ 5 ketik
|
Jarak
/ 5 ketik (cm)
|
∆t
/ 5 ketik
|
1
|
lima ketik ke-1
|
6
|
0,1
|
2
|
lima ketik ke-2
|
14,4
|
0,1
|
3
|
lima ketik ke-3
|
23,2
|
0,1
|
Jumlah
(∑)
|
∑x = 43,6
|
∑t = 0,3
|
3. Benda
ke-3
·
Massa = 0,200 kg
·
Jumlah ketikan pada
pita = 15 ketik
No.
|
Interval
/ 5 ketik
|
Jarak
/ 5 ketik (cm)
|
∆t
/ 5 ketik
|
1
|
lima ketik ke-1
|
6,15
|
0,1
|
2
|
lima ketik ke-2
|
15,4
|
0,1
|
3
|
lima ketik ke-3
|
24,4
|
0,1
|
Jumlah
(∑)
|
∑x = 45,95
|
∑t = 0,3
|
G.
Perhitungan
1. Mencari
waktu tiap lima ketikan.
Frekuensi
dan perioda mempunyai hubungan sebagai berikut :
f = 1/T dan f = n/t 1/T = n/t t = n∙T
Ket
:
f
= frekuensi (Hz)
T
= perioda (s)
t = waktu (s)
n = jumlah ketikan
Bila
diketahui perioda (T) sebesar 1/50 atau 0,02 s dan jumlah ketikan (n) adalah 15
ketikan pada masing-masing beban, maka waktunya (t) sebesar 0,02 (T) ∙ 15 (n) =
0,3 s, dan untuk tiap interval 5 ketik waktunya (t) adalah 0,02 (T) ∙ 5 (n) =
0,1 s.
2. Mencari
∆v.
∆v
= vakhir – vawal = ∑x / ∑t
a. Beban
dengan massa 0,050 kg
∆v = ∑x / ∑t = 33,2 / 0,3
=
110,66… cm/s
b. Beban
dengan massa 0,100 kg
∆v = ∑x / ∑t = 43,6 / 0,3
= 145,33… cm/s
c. Beban
dengan massa 0,200 kg
∆v = ∑x / ∑t = 45,95 / 0,3
= 153,16… cm/s
3. Mencari
percepatan gravitasi.
a
= ∆v / ∆t……(cm/(5 ketik)2)
a. Beban
dengan massa 0,050 kg
a = ∆v / ∆t
= 110,66… / (0,3)2
= 1229,55… cm/s2
b. Beban
dengan massa 0,100 kg
a = ∆v / ∆t
= 145,33… / (0,3)2
= 1614,81... cm/s2
c. Beban
dengan massa 0,200 kg
a = ∆v / ∆t
= 153,166... / (0,3)2
= 1701,85... cm/s2
Dari
hasil perhitungan di atas kita bisa membuat tabel sebagai berikut :
Massa
|
Δv[cm/(5ketik)]
|
Δt ( 5 ketik )
|
a = Δv/ Δt = .....cm/( 5 ketik)2
|
a = .........m/s2
|
0,050
kg
|
110,66…
|
0,3
|
1229,55…
|
12,29…
|
0,100
kg
|
145,33…
|
0,3
|
1614,81…
|
16,14…
|
0,200
kg
|
153,16…
|
0,3
|
1701,85…
|
17,01…
|
H.
Pembahasan
1. besarkah
( lebih besar daripada 10%-kah ) perbedaan percepatan jatuh bebas benda-benda yang massanya yang berbeda-beda yang digunakan diatas ?
atau tidak besarkah perbedaannya ?
Jawab
:
a2/a1 x 100 %
= 16,14/12,29 x 100%
= 1,31 x 100
% = 131 % - 100 % = 31 %
a3/a2
x 100 % = 17,01/16,14 x 100%
= 1,05 x 100 % = 105 % -
100 % = 5 %
a3/a1
x 100 % = 17,01/12,29 x 100 %
= 1,38 x 100 % = 138 % -
100 % = 38 %
Ket :
a1 = percepatan benda dengan massa 0,050 kg
a2 = percepatan benda dengan massa 0,100 kg
a3 = percepatan benda dengan massa 0,200 kg
2. Jika
untuk percobaan ini diberikan toleransi sebesar 10% terhadap kemungkinan adanya
kesalahan, dapatkah dikatakan bahwa percepatan akibat gravitasi tidak
bergantung pada massa benda ?
Jawab
:
Berdasarkan hasil percobaan di atas,
dapat disimpulkan bahwa massa sebuah benda tidak berpengaruh pada percepatan
benda yang jatuh bebas. Karena dapat dilihat bahwa dengan beban yang mempunyai
massa yang berbeda-beda, percepatan yang dialami tidak jauh berbeda nilainya.
Perbedaan hasil yang didapat bisa saja terjadi karena adanya beberapa kesalahan
yang dilakukan ketika melakukan percobaan.
I.
Kesimpulan
Setelah melakukan
percobaan, dapat disimpulkan bahwa pada gerak jatuh bebas, tidak dipengaruhi
oleh massa benda yang mengalami gerak jatuh bebas tersebut. Percepatan yang
didapat dari percobaan di atas yang menggunakan benda dengan massa berbeda-beda
adalah tidak jauh berbeda. Perbedaan hasil yang didapat bisa diakibatkan karena
terjadinya kesalahan saat melakukan percobaan.
Daftar Pustaka
Hamidah, Ida. 2009. Fisika I. Bandung : Universitas
Pendidikan Indonesia.
Haryadi,
Bambang. 2009. Fisika. Jakarta : Pusat
Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.
Ishaq, Mohamad. 2007. Fisika Dasar. Yogyakarta : Graha Ilmu.
Modul
Praktikum Fisika. Pudak Scientific
meter, x dalam meter dan t dalam sekon. Berapakah frekuensi
gelombangnya ?