OSILASI TEREDAM
I. Latar Belakang
Banyak hal berkaitan dengan getaran yang mudah ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Getaran merupakan gerak bolak-balik yang melewati titik seimbang. Adanya gangguan dari luar menyebaban terjadinya perubahan posisi dari titik seimbangnya. Sehingga untuk mengembalikkan ke bentuk setimbang lagi diperlukan peredam getaran. Contoh benda yang mengalami getaran adalah adalah pegas pada kendaraan atau disebut shock breaker. Dalam suatu pegas dimana hasil perbandingan massa benda yang mempengaruhi panjang pegas. Selain konstanta, pegas juga ration redaman yang dapat dimanfaatkan untuk mempercepatn pegas kembali ke titik seimbang(Zemansky,1986).
Oleh karena itu dilakukanlah percobaan ini untuk menentukan besaran-besaran fisis pada osilasi teredam.
II. Tujuan Percobaan
Dapat menentukan besaran-besaran fisis frekuensi, perioda osilasi, kecepatan, dan koefisien redaman pada sistem osilasi teredam
III. Dasar Teori
Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik atau osilasi. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut sebagai gerak harmonik atau osilasi harmonik. Apabila suatu partikel melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama maka gerak tersebut disebut gerak osilasi atau getaran. Bentuk yang sederhana dari gerak periodik adalah benda yang berosilasi pada ujung pegas yang biasa disebut gerak harmonis sederhana. Gerak harmonis sederhana adalah gerak bolak-balik yang terjadi disekitar titik kesetimbangan. Gerak bolak-balik dikarenakan adanya gaya pemulih dari suatu benda yang arahnya menuju titik seimbang yang besarnya sebanding dengan simpangan. Gaya pemulih arahnya selalu berlawanan dengan arah simpangan (Tippler,1998).
Pada kondisi nyata, gaya pemulih semakin lama semakin melemah karena adanya gaya gesek yang juga mendisipasikan energi. Gaya gesek akan mengakibatkan amplitudo setiap osilasi secara perlahan menurun terhadap waktu. Sehingga osilasi akan terhenti total. Getaran semacam ini disebut getaran harmonik teredam (Abdullah,2010).
Dalam kehidupan sehari-hari, gerak bolak-balik benda yang bergetar terjadi tidak tepat sama karena pengaruh gaya. Gesekkan ketika bermain gitar, senar gitar tersebut akan berhenti bergetar apabila petikannya dihentikan. Demikian juga bandul yang berhenti berayun jika tidak digerakkan secara berulang. Hal ini disebabkan karena adanya gaya gesekkan. Gaya gesekkan menyebabkan benda benda tersebut berhenti berosilasi. Walaupun tidak dapat menghindari gesekkan tetapi dapat memindahkan efek redaman dengan menambahkan energi ke dalam sistem yang berosilasi untuk mengisi kembali energi yang hilang akibat gesekkan(Serway,2004).
Dalam gerak harmonik terdapat beberapa besaran fisika yang dimiliki benda diantaranya, yaitu amplitudo merupakan pengukuran skala yang non negatif dari benda osilasi satu gelombang atau sebagai jarak terjauh dari titik keseimbangan dengan satuannya meter. Periode adalah proses keadaan waktu untuk satu ayunan dalam proses beberapa ayunan dengan rumus T = 1/f. Frekuensi adalah banyaknya getaran yang dilakukan selama satu detik dengan rumus f = n/t dan satuannya Hz. Kecepatan sudut adalah besaran vektor yang menyatakan frekuensi sudut suatu benda dengan sumbu putarnya ω = 2πf dengan satuannya radian/detik(Holman,2006).
Pada awalnya setelah getaran harmonik sederhana dimana total
energi yang dihasilkan konstan dan perubahan simpangan berupa kurva sinusoidal
dan untuk waktu tak hingga. Namun, pada kenyataannya terdapat energi yang
terbuang akibat hambatan atau kekentalan. Karena adanya energi yang hilang
dalam geraknya, berarti bahwa adanya gaya lain yang aktif, yang sebanding
dengan kecepatannya. Adanya gaya pergeseran pada sistem, sehingga menyebabkan
persamaan Hukum Newton II sebagai berikut :
∑F = m.a ..........(1)
dengan gaya gesek dan gaya pemulih osilasi dinyatakan serta
disubstitusi dengan Hukum Newton II sebagai berikut :
dimana R adalah gaya gesek (N), β adalah koefisien teredam,
v yaitu kecepatan gelombang (m/s), x merupakan simpangan (m), dan t adalah
waktu (s), FP adalah gaya pemulih (N)(Arya,2000).
Apabila redaman cukup besar maka osilasi yang dialami benda
tidak lagi menyerupai gerak harmonik sederhana. Dalam hal ini osilasi yang
dialami benda termasuk osilasi teredam mempunyai tiga jenis redaman. Getaran
kurang teredam, benda yang mengalami redaman ini biasanya melakukan beberapa
osilasi sebelum berhenti. Benda masih melakukan beberapa getaran sebelum terhenti
karena redaman yang dialaminya tidak terlalu besar. Contoh getaran kurang
teredam yaitu sebuah bola yang digantungkan pada ujung pegas. Adanya hambatan
udara menyebabkan bola dan pegas mengalami redaman hingga berhenti berosilasi
(benda langsung kembali ke posisi seimbangnya). Benda langsung berhenti
berosilasi karena redaman yang dialaminya cukup besar. Contoh getaran teredam
kritis yaitu sebuah bola yang digantungkan pada ujung pegas. Bola dimasukkan ke
dalam wadah yang berisi air. Adanya hambatan berupa air menyebabkan bola dan
pegas mengalami redaman yang cukup besar. Getaran lebih teredam sama halnya
dengan getaran teredam kritis yang membedakan yaitu pada getaran teredam kritis
benda tiba lebih cepat diposisi seimbangnya sedangkan pada getaran lebih
teredam benda lama sekali tiba diposisi setimbangya (Giancoli, 2001).
IV. Metodologi Percobaan
4.1 Alat dan Bahan
a. Ayunan teredam (1 set), berfungsi mengoperasikan simpangan
b. Stopwatch (1 buah), berfungsi sebagai alat penghitung waktu saat osilasi
4.2 Gambar Rangkaian Alat
4.3 Langkah Kerja
4.4 Metode Grafik
V. Data dan Analisa
5.2 Analisa Data
Percobaan
kali ini adalah tentang osilasi teredam. Prinsip kerjanya yaitu benda
disimpangkan dari titik kesetimbangannya, kemudian dalam gerakan kembali ke
titik kesetimbangannya akibat gaya pemulih, gerak osilasi nya terganggu akibat
gaya redam atau gaya gesek udara sehingga lama kelamaan gerakannya akan
berhenti. Kemudian amplitudo dan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan 2 kali
getaran diukur sehingga besaran-besaran fisis seperti frekuensi (f), perioda
osilasi (T), kecepatan sudut (ω), dan koefisien redaman (b) dapat ditentukan
melalui persamaan.
Rekomendasi Laporan lain:
Osilasi
teredam pada percobaan ini termasuk dalam jenis osilasi kurang teredam (under
damped) karena benda masih melakukan beberapa getaran sebelum berhenti sehingga
redaman yang dialaminya tidak terlalu besar. Oleh sebab itu untuk mengetahui
hubungan antar variabelnya maka dibuat grafik dengan amplitudo (A) sebagai
variabel terikat dan waktu (t) sebagai variabel bebasnya. Adapun persamaan
differensial yang digunakan untuk mencari koefisien redaman yaitu :
sehingga persamana fungsi yang digunakan yaitu y = a.ebx
pada origin yang mana sama dengan persamaan dari A(t) = A0
. e-βt. Hal tersebut menyebabkan grafik yang diperoleh adalah eksponensial negatif karena ada faktor
eksponen yang mempunyai kemiringan negatif pada persamaan grafiknya.
Data
yang didapat dari praktikum yaitu amplitudo (A) dan waktu (t) untuk tiap 2 kali
ayunan atau getaran, dapat dilihat pada tabel percobaan 1, 2, dan 3. Besarnya amplitudo
semakin kecil seiring bertambahnya waktu osilasi. Dari data yang diperoleh
didapatkan nilai frekuensinya (f) yaitu pada saat amplitudo bernilai 2.10-2
m, 3.10-2 m, dan 4.10-2 m secara berurutan adalah 0,90
Hz, 0,92 Hz, dan 0,93 Hz. Dari data ini dapat dianalisa bahwa semakin besar
amplitudonya maka semakin besar juga frekuensi yang dihasilkan. Selanjutnya
diperoleh nilai periode (T) atau lama waktu yang diperlukan untuk 2 kali
getaran yaitu sebesar 1,11 s, 1,09 s, dan 1,08 s yang berurutan dari amplitudo
paling kecil. Dari data ini didapatkan bahwa semakin besar amplitudo maka
periodenya semakin kecil, dan juga dihitung nilai dari kecepatan sudut (ω)
yaitu secara berurutan dari amplitudo yang paling kecil yaitu sebesar 5,65
rad/s, 5,78 rad/s, dan 5,84 rad/s. Hal ini dapat diketahui bahwa semakin besar
amplitudonya maka kecepatan sudut nya (ω) semakin besar juga dan semakin besar
waktunya berisolasi hingga berhenti maka frekuensi sudutnya akan semakin mengecil.
Hal ini ditunjukkan dari lamanya gerakan jarum dalam menempuh 1 getaran.
Gambar grafik 1 diatas adalah grafik hubungan amplitudo (A)
terhadap waktu (t) pada simpangan 2 cm, dapat dilihat bahwa semakin kecil
amplitudonya maka semakin besar waktunya. Melalui persamaan 1 dapat ditentukan
nilai dari koefisien redam (b) melalui perhitungan yaitu sebesar b = 0,16 m +
6,25 k dengan m adalah massa dari jarum dan k adalah konstanta pegas pada
jarum.
Gambar grafik 2 diatas adalah grafik hubungan amplitudo (A)
terhadap waktu (t) pada simpangan 3 cm, didapatkan nilai koefisien redaman (b)
akibat gaya hambatan yaitu sebesar b = 0,095 m + 10,52 k.
Gambar grafik 3 diatas adalah grafik hubungan amplitudo (A)
terhadap waktu (t) pada simpangan 4 cm, didapatkan nilai koefisien redaman (b)
sebagai penentu redaman yaitu sebesar b = 0,082 m + 12,19 k.
Dapat
dilihat bahwa pada nilai b masih terdapat nilai massa (m) dan konstanta pegas (k)
yang belum diketahui. Hal ini disebabkan oleh sulitnya untuk memisahkan jarum
yang digunakan untuk osilasi dari set rangkaian sehingga massanya tidak dapat
diukur atau ditimbang, massa ini digunakan juga untuk menghitung konstanta
pegas (k). Dari hasil percobaan terdapat beberapa kesalahan yang menyebabkan
hasil yang didapatkan kurang akurat, yaitu karena beberapa faktor kesalahan
yang terjadi seperti kurang telitinya dalam membaca skala amplitudo (paralaks),
kurang tepat pada saat menekan stopwatch, kesalahan dalam proses perhitungan, dan
jarum pada osilasi teredam yang kesetimbangannya tidak berada pada titik nol.
VI. Kesimpulan
Nilai fisis pada percobaan ini :
a. A0 = 2.10-2 m
VII. Daftar Pustaka
Abdullah, M.2010. Fisika Dasar 1. Jakarta : Erlangga.a. A0 = 2.10-2 m
f = 0,90 Hz
T = 1,11 s
ω = 5,65 rad/s
b = 0,16 m + 6,25 k
b. A0 = 3.10-2 m
f = 0,92 Hz
T = 1,09 s
ω = 5,78 rad/s
b = 0,095 m + 10,25 k
c. A0 = 4.10-2 m
f = 0,93 Hz
T = 1,08 s
ω = 5,84 rad/s
b = 0,082 m + 12,19 k
VII. Daftar Pustaka
Arya, T.2000. Fisika Mekanika. Jakarta : Erlangga.
Giancoli, Douglas.2001. Fisika Untuk Ilmu Pengetahuan dan Teknik Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Holman.2006. Penerapan Ilmu Fisika. Jakarta : Tiga Serangkai.
Serway, A dan Jewett, W.2004. Fisika Untuk Ilmu Pengetahuan dan Teknik Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Sutrisno.1997. Fisika Dasar Mekanika. Bandung : ITB.
Tippler, A.1998. Fisika Untuk Ilmu Pengetahuan dan Teknik Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Zemansky, Sears.1986. Dasar-Dasar Fisika Universitas. Jakarta : Bina Cipta.
VIII. Bagian Pengesahan
-
IX. Lampiran
