Laporan Fisika Dasar Hukum Hooke [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR “HUKUM HOOKE” Disusun Oleh:



Nama



: Nur Laily Hardjati



NIM



: 17101105032



Program Studi



: Farmasi



Kelompok



: 2A



Tanggal : ACC



:



Dosen/Asisten



LABORATORIUM FISIKA DASAR FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SAM RATULANGI MANADO 2017



I.



II.



HUKUM HOOKE



TUJUAN PERCOBAAN Menentukan konstanta pegas



III.



ALAT DAN BAHAN 1. Papan statis 2. Massa 3. Hanger 4. Dinamometer



IV.



TEORI DASAR Pada level praktis, gaya secara sederhana berupa dorongan dan tarikan. Gaya merupakan besaran vektor yang mempunyai besar (kuantitas) dan arah. Satu cara untuk mengaplikasikan gaya adalah dengan menggantung massa, dan menentukan gaya berdasarkan asumsi bahwa tarikan gravitasi terhadap massa kearah bawah menuju pusat bumi sebesar F=mg



(1)



dimana m adalah massa dan g adalah tetapan percepatan gravitasi (9,8 m/s2). Satuan g juga dapat dinyatakan dalam N/kg. cara lain untuk mengaplikasikan gaya adalah dengan tarikan pada pegas. Pegas akan meregang ketika ditarik, dan jika kita menjumlahkan regangannya akan berbanding lurus dengan gaya yang dikenakan, sehingga pegas dapat dikalibrasi dengan mengukur gaya yang tidak diketahui. Pada eksperimen ini anda akan menggunakan gaya yang diketahui dihubungkan dengan tarikan gravitasi pada massa terkalibrasi untuk menyelidikan sifat-sifat skala pegas pada dinamometer. Hukum Hooke menjelaskan hubungan antara besar gaya dan besar regangan pada pegas “ideal”. Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya (F) dan regangan (Δx) adalah berbanding lurus. F = kΔx



(2)



Dengan kata lain, perbandingan gaya dibagi dengan regangan adalah konstan, k. Konstanta ini disebut sebagai konstanta pegas (Tim Fisika, 2016).



Seorang ilmuwan Robert Hooke yang lahir pada tanggal 18 Juli 1635 di Freshwater Kepulauaan Wight, Inggris telah banyak melakukan percobaan mengenai sifat elastis benda. Salah satu teorinya yang terkenal adalah Hukum Hooke yang menjadi dasar teori elastisitas. Pegas adalah suatu contoh benda elastis. Oleh karena sifat elastisnya ini, suatu pegas yang diberi gaya tekan atau gaya regang akan kembali ke keadaan setimbang mula-mula apabila gaya yang bekerja padanya dihilangkan. Gaya yang timbul pada pegas untuk mengembalikan posisinya ke keadaan setimbang disebut gaya pemulih pada pegas (Tipler, 1998). Hukum Hooke menjelaskan hubungan antara besar gaya dan besar renggangan pada pegas ideal. Hukum Hooke menyatakan bahwa gaya (𝐹) dan regangan (∆𝑥) adalah berbanding lurus. Hukum Hooke menyatakan bahwa besar berat beban atau gaya berbanding lurus dengan penambahan panjang pegas. Pegas ada yang disusun secara tunggal dan ada juga yang disusun secara seri. Pertambahan panjang total sama dengan jumlah masing-masing pertambahan panjang pegas. Bila sebuah benda diregangkan oleh gaya, maka panjang benda akan bertambah. Panjang atau pendeknya pertambahan panjang benda tergantung pada elastisitas bahan dari benda tersebut dan juga gaya yang diberikannya. Apabila benda masih berada dalam keadaan elastis (batas elastisitasnya belum dilampaui), pertambahan panjang sebanding dengan gaya (𝐹) yang meregang benda. Asas ini berlaku juga bagi pegas heliks, selama batas elastisitas pegas tidak terlampaui (Soedarmono, 2006). Pendekatan yang baik untuk berbagai pegas, gaya 𝐹⃗𝑠 dari pegas sebanding dengan perpindahan 𝑑⃗ ujung bebas pegas dari posisinya ketika pegas dalam keadaan relaks. Gaya pegas diberikan oleh 𝐹⃗𝑠 = −𝑘𝑑⃗



(3)



dinamai dari Robert Hooke, ilmuwan Inggris di akhir tahun 1600-an. Tanda minus pada persamaan 3 menandakan bahwa arah gaya pegas selalu berlawanan arah dengan perpindahan ujung bebas pegas. Konstanta k disebut konstanta pegas (atau konstanta gaya) dan ini merupakan ukuran kekakuan pegas. Semakin besar nilai k, semakin kaku pegas. Satuan SI untuk k adalah newton per meter. Gaya pegas adalah gaya yang berubah – ubah karena merupakan fungsi dari x, posisi ujung pegas. Maka 𝐹𝑥 dapat disimbolkan sebagai F(x). Hukum Hooke merupakan hubungan linear antara 𝐹𝑥 dan x (Halliday, Resnick dan Walker, 2005).



Gambar 1. Semua benda tegar di dunia memiliki tingkat elastisitasnya masing-masing. Bayangkan sebuah batang baja vertikal mempunyai panjang 1 m dan diameter 1 cm ditempelkan di langit-langit pabrik. Jika anda menggantung mobil subkompak di ujung bebas batang tersebut, batang hanya akan memanjang sekitar 0,5 mm, atau 0,05%. Setelah itu, batang akan kembali ke panjang awalnya saat mobil dilepaskan (Halliday & Resnick, 2011). Salah satu benda yang bersifat elastis adalah pegas. Elastis atau elastisitas didefinisikan sebagai kemampuan sebuah benda untuk kembali ke bentuk awalnya ketika gaya luar yang diberikan pada benda tersebut dihilangkan. Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah. Untuk pegas dan karet, yang dimaksudkan dengan perubahan bentuk adalah pertambahan panjang. Perlu diketahui bahwa gaya yang diberikan juga memiliki batas-batas tertentu. Sebuah karet bisa putus jika gaya tarik yang diberikan sangat besar, melawati batas elastisitasnya (Gibilisco, 2002). Pegas adalah salah satu contoh benda elastis. Oleh sifat elastisnya ini, suatu pegas yang diberi gaya tekan atau gaya regang akan kembali pada keadaan setimbangnya mula-mula apabila gaya yang bekerja padanya dihilangkan. Gaya pemulih pada pegas banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari – hari (Mikarajuddin, 2008). Setiap pegas memiliki panjang alami, jika pada pegas tersebut tidak diberikan gaya. Tegangan didefenisikan sebagai hasil bagi antara gaya tarik dengan luan penampang benda. Regangan didefenisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan panjang benda ketika diberi gaya dengan panjang awal benda (Giancoli, Douglas C, 2001).



Sebuah pegas tidak akan kembali ke bentuk semula jika diregangkan dengan gaya yang sangat besar. Jadi benda-benda elastis tersebut memiliki batas elastisitas. Setiap pegas memiliki panjang alami jika pada pegas tersebut tidak diberikan gaya. Tegangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara gaya tarik dengan luas penampang benda. Regangan didefinisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan panjang benda ketika diberi gaya dengan panjang awal benda (Young, 2002).



Gambar 2. Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas Hukum Hooke akan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali seperti semula jika gaya yang diberikan tidak melewati batas elastisitas, tapi Hukum Hooke tidak berlaku pada daerah antara batas Hukum Hooke dan batas elastisitas. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki daerah plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan seperti semula, benda tersebut akan berubah (Soedoyo, 1999). Pegas dapat putus atau tidak kembali ke bentuk semula walaupun gaya yang bekerja pada pegas itu dihilangkan. Hukum Hooke hanya berlaku sampai batas lioneritas pegas. Konstanta pegas dapat berubah nilainya apabila pegas-pegas tersebut disusun menjadi rangkaian (Kamajaya, 2007). Benda elastis adalah bahan yang mudah direngggangkan serta selalu cenderung pulih atau kembali ke keadaan semula, dengan menggunakan gaya reaksi elastisitas atas gaya yang merenggangnya. Menurut Hukum Hooke, regangan sebanding dengan tegangannya, dimana yang dimaksud dengan regangan adalah presentasi perubahan dimensi. Tegangan adalah gaya yang merenggang persatuan luas penampang yang dikenainya (Soedojo, 2004).



V.



PROSEDUR PERCOBAAN 1. Pegas berskala (dinamometer) ditempatkan pada papan statis, sehingga pegas tergantung vertikal ditabungnya. Jangan digantungkan sesuatu digagang pegas bawah (bottom hook). Indikator harus menunjuk pada tanda 0 pada label skala. Untuk meng-nol-kan skala pegas, skrup diatas skala dilonggarkan. Gagang atas (top hook) diputar searah jarum jam untuk menurunkan indokator, dan diputar berlawanan dengan arah jarum jam untuk menaikan indikator. Jika indikator sudah menunjuk 0, skrup penguncinya dieratkan. 2. Tali diikat pada pegangan bawah (bottom hook) dan hanger massa digantungkan pada tali. 3. Massa ditambahkan pada hanger sampai indikator menunjuk pada skala 10 mm pada label. Massa disesuaikan sampai sedekat mungkin dengan skala 10 mm pada label. Ketakpastiannya diperkirakan. 4. Jumlah total massa (termasuk massa hanger) dicatat dalam tabel data. Ketakpastiannya dicatat. 5. Massa ditambahkan pada hanger sampai indikator menunjuk pada skala 20 mm pada label dan jumlah massa total dan ketakpastiannya dicatat. 6. Proses tersebut diulangi sehingga indikator turun setiap 10 mm sampai indikator menunjuk pada skala 80 mm pada label. Untuk masing-masing jumlah massa total dan ketakpastiannya dicatat.



Gambar 3. Skema Alat



VI.



TABEL PENGAMATAN No



Perubahan pegas (m)



Ketakpastian Massa (kg)



Berat



Δm



Δx



(N)



1



0.01



0.055



5 x 10-6



5 x 10-4



0.5



2



0.02



0.105



5 x 10-6



5 x 10-4



1.0



3



0.03



0.155



5 x 10-6



5 x 10-4



1.5



4



0.04



0.205



5 x 10-6



5 x 10-4



2.0



5



0.05



0.255



5 x 10-6



5 x 10-4



2.5



6



0.06



0.305



5 x 10-6



5 x 10-4



3.0



7



0.07



0.355



5 x 10-6



5 x 10-4



3.5



8



0.08



0.405



5 x 10-6



5 x 10-4



4.0



VIII. PEMBAHASAN Dalam praktikum ini, kami menaruh beban pada hanger set yang telah tergantung pada pegas berskala dengan massa 5 gram di gagang bawah. Praktikum ini dilakukan dengan 8 percobaan, dimana disetiap percobaan beban ditambah 5 gram. Penaruhan beban tersebut menyebabkan pegas tertarik ke bawah dan indikatornya menunjukkan skala yang tidak lagi nol. Dari percobaan pertama sampai percobaan kedelapan, setiap penambahan beban, indikator turun dari 10 mm sampai 80 mm. Setiap penambahan beban pada hanger set, gaya yang terukur pada pegas berskala semakin besar, perubahan panjang pegas juga semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa pada hukum Hooke, massa benda berbanding lurus terhadap gaya dan perubahan panjang pegas. Pada percobaan pertama, ketika massa sebesar 0,055 kg digantungkan pada hanger, saat itu nilai perubahan pegas sebesar 0,01 m. Untuk mendapatkan nilai F, didapat dengan menggunakan rumus gaya sama dengan massa dikalikan dengan gravitasi. Nilai percepatan gravitasi yang digunakan adalah sebesar 10 m/s2. Maka diperoleh gaya yang bekerja pada pegas tersebut sebesar 0,55 N. Untuk menentukan nilai konstanta pegas (k), digunakan rumus konstanta pegas sama dengan gaya dibagi dengan bertambahnya perubahan pegas maka diperoleh konstanta pegas yaitu sebesar 55 N/m. Pada percobaan kedua, ketika massa sebesar 0,105 kg digantungkan pada hanger, saat itu nilai perubahan pegas sebesar 0,02 m. Untuk mendapatkan nilai F, didapat dengan menggunakan rumus gaya sama dengan massa dikalikan dengan gravitasi. Nilai percepatan gravitasi yang digunakan adalah sebesar 10 m/s2. Maka diperoleh gaya yang bekerja pada pegas tersebut sebesar 1,05 N. Untuk menentukan nilai konstanta pegas (k), digunakan rumus konstanta pegas sama dengan gaya dibagi dengan bertambahnya perubahan pegas maka diperoleh konstanta pegas yaitu sebesar 52,5 N/m. Pada percobaan ketiga, ketika massa sebesar 0,155 kg digantungkan pada hanger, saat itu nilai perubahan pegas sebesar 0,03 m. Untuk mendapatkan nilai F, didapat dengan menggunakan rumus gaya sama dengan massa dikalikan dengan gravitasi. Nilai percepatan gravitasi yang digunakan adalah sebesar 10 m/s2. Maka diperoleh gaya yang bekerja pada pegas tersebut sebesar 1,55 N. Untuk menentukan nilai konstanta pegas (k), digunakan rumus konstanta pegas sama dengan gaya dibagi dengan bertambahnya perubahan pegas maka diperoleh konstanta pegas yaitu sebesar 51,667 N/m. Pada percobaan keempat, ketika massa sebesar 0,205 kg digantungkan pada hanger, saat itu nilai perubahan pegas sebesar 0,04 m. Untuk mendapatkan nilai F, didapat dengan



menggunakan rumus gaya sama dengan massa dikalikan dengan gravitasi. Nilai percepatan gravitasi yang digunakan adalah sebesar 10 m/s2. Maka diperoleh gaya yang bekerja pada pegas tersebut sebesar 2,05 N. Untuk menentukan nilai konstanta pegas (k), digunakan rumus konstanta pegas sama dengan gaya dibagi dengan bertambahnya perubahan pegas maka diperoleh konstanta pegas yaitu sebesar 51,25 N/m. Pada percobaan kelima, ketika massa sebesar 0,255 kg digantungkan pada hanger, saat itu nilai perubahan pegas sebesar 0,05 m. Untuk mendapatkan nilai F, didapat dengan menggunakan rumus gaya sama dengan massa dikalikan dengan gravitasi. Nilai percepatan gravitasi yang digunakan adalah sebesar 10 m/s2. Maka diperoleh gaya yang bekerja pada pegas tersebut sebesar 2,55 N. Untuk menentukan nilai konstanta pegas (k), digunakan rumus konstanta pegas sama dengan gaya dibagi dengan bertambahnya perubahan pegas maka diperoleh konstanta pegas yaitu sebesar 51 N/m. Pada percobaan keenam, ketika massa sebesar 0,305 kg digantungkan pada hanger, saat itu nilai perubahan pegas sebesar 0,06 m. Untuk mendapatkan nilai F, didapat dengan menggunakan rumus gaya sama dengan massa dikalikan dengan gravitasi. Nilai percepatan gravitasi yang digunakan adalah sebesar 10 m/s2. Maka diperoleh gaya yang bekerja pada pegas tersebut sebesar 3,05 N. Untuk menentukan nilai konstanta pegas (k), digunakan rumus konstanta pegas sama dengan gaya dibagi dengan bertambahnya perubahan pegas maka diperoleh konstanta pegas yaitu sebesar 50,833 N/m. Pada percobaan ketujuh, ketika massa sebesar 0,355 kg digantungkan pada hanger, saat itu nilai perubahan pegas sebesar 0,07 m. Untuk mendapatkan nilai F, didapat dengan menggunakan rumus gaya sama dengan massa dikalikan dengan gravitasi. Nilai percepatan gravitasi yang digunakan adalah sebesar 10 m/s2. Maka diperoleh gaya yang bekerja pada pegas tersebut sebesar 3,55 N. Untuk menentukan nilai konstanta pegas (k), digunakan rumus konstanta pegas sama dengan gaya dibagi dengan bertambahnya perubahan pegas maka diperoleh konstanta pegas yaitu sebesar 50,714 N/m. Pada percobaan kedelapan, ketika massa sebesar 0,405 kg digantungkan pada hanger, saat itu nilai perubahan pegas sebesar 0,08 m. Untuk mendapatkan nilai F, didapat dengan menggunakan rumus gaya sama dengan massa dikalikan dengan gravitasi. Nilai percepatan gravitasi yang digunakan adalah sebesar 10 m/s2. Maka diperoleh gaya yang bekerja pada pegas tersebut sebesar 4,05 N. Untuk menentukan nilai konstanta pegas (k), digunakan rumus konstanta pegas sama dengan gaya dibagi dengan bertambahnya perubahan pegas maka diperoleh konstanta pegas yaitu sebesar 50,625 N/m.



Dari hasil percobaan yang dilakukan, dapat lihat bahwa semakin besar massa beban yang digantungkan maka gaya F akan semakin besar. Hal ini tersebut dikarenakan gaya berbanding lurus dengan massa benda. Dari percobaan yang dilakukan juga dapat dilihat bahwa, jika massa pada hanger terus ditambah maka pertambahan perubahan pegas akan semakin besar. Besarnya konstanta pegas bergantung pada besarnya gaya F dan pertambahan perubahan pegas. Pada analisis data, dihitung nilai rata-rata konstanta pegas dari 8 percobaan yang telah dilakukan. Dari perhitungan tersebut, didapatkan nilai konstanta pegas sebesar 51,697 N/m. Nilai rata-rata inilah yang digunakan untuk menghitung ralat pengamatan k (konstanta pegas). Dan dari perhitungan ralat pengamatan untuk konstanta pegas didapat ketelitian yaitu 98,994 %. Pada analisis data, kami melakukan perhitungan ralat rambat pegas. Dari hasil perhitungan ralat rambat untuk data pertama sampai data kedelapan, diketahui ketelitian untuk masing-masing data, yaitu ketelitian data pertama adalah 95 %, ketelitian data kedua adalah 97,501 %, ketelitian data ketiga adalah 98,334 %, ketelitian data keempat adalah 98,751 %, ketelitian data kelima adalah 99 %, ketelitian data keenam adalah 99,168 %, ketelitian data ketujuh adalah 99,286 %, ketelitian data kedelapan adalah 99,376 %. Dari hasil ketelitian pada ralat rampat pegas dapat disimpulkan bahwa dari data pertama sampai dengan data kedelapan, ketelitian untuk masing-masing data mengalami peningkatan. Untuk analisis grafik, tingkat ketelitiannya adalah 100 %. Hal ini membuktikan bahwa percobaan yang dilakukan menghasilkan data yang akurat. Dalam menghitung atau mengukur segala sesuatu, kita harus memperoleh keakuratan yang setinggi mungkin. Begitu juga halnya dalam menghitung konstanta pegas dalam hukum Hooke. Keakuratan perhitungan konstanta pegas dengan cara pengukuran langsung sangat bergantung pada ketelitian saat melakukan praktikum. Hal ini bertujuan untuk memastikan bahwa apa yang praktikan lakukan dalam mengukur langsung dengan menggunakan berbagai peralatan yang dibutuhkan sudah benar. Contohnya, seperti saat melihat indikator yang menunjukkan skala pada pegas. Jika pengamat tidak memperhatikan dengan baik skala yang ditunjuk oleh indikator, maka hasil perhitungan akan jauh dari akurat.



IX. 



PENUTUP



Kesimpulan: Berdasarkan praktikum yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa, besarnya konstanta pegas dipengaruhi oleh gaya yang bekerja pada pegas dan pertambahan panjang pegas. Semakin besar gaya yang bekerja pada pegas dan semakin besar perubahan panjang pegas, maka semakin kecil konstanta pegas. Sebaliknya, semakin kecil gaya yang bekerja pada pegas dan semakin kecil perubahan panjang pegas, maka konstanta pegas akan semakin besar.







Saran: Pada saat melakukan praktikum, sebaiknya alat dan bahan yang digunakan diperhatikan baik sebelum dan sesudah melakukan praktikum. Alat-alat praktikum yang sudah rusak sebaiknya diganti agar tidak mempengaruhi hasil pengukuran.



DAFTAR PUSTAKA Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Edisi 5 Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Gibilisco, Stan. 2002. Physics Demystified. United States: Tim McGraw-Hill Companies Inc. Halliday, D., dan Robert Resnick. 2011. Fundamentals of Physics. Indiana: John Wiley & Sons, Inc. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J. 2005. Fisika Dasar Edisi 7 Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Kamajaya. 2007. Cerdas Belajar Fisika. Bandung: Grafindo Media Pratama. Mikarajuddin. 2008. Fisika Jilid 1. Jakarta: Esis. Soedarmono. 2006. Fokus Fisika. Klaten: CK Gading Kencana. Soedojo, Peter. 2004. Fisika Dasar. Yogyakarta: Andi. Tim Fisika. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar. Manado: FMIPA UNSRAT. Tipler, P. 1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi 3 Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Young, D. 2002. Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga.