Laporan Mechanical Wave Driver [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Dalam kehidupan sehari-hari, pada umumnya semua benda yang ada di sekitar dapat bergetar, contohnya yaitu senar gitar ketika dipetik akan bergetar. Getaran yang merambat akan menghasilkan gelombang. Apabila seutas tali dengn tegangan tertentu digunakan secara terus-menerus maka akan terlihat suatu bentuk gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambat gelombang, gelombang ini dinamakan gelombang transversal. Jika kedua ujung terikat, gelombang pada tali akan terpantul-pantul dan dapat menghasilkan gelombang stasioner yang tampak berupa simpul dan perut. Prinsip gelombang stasioner tersebut dapat dimanfaatkan untuk menentukan cepat rambat gelombang pada tali. Selain memanfaatkan prinsip gelombang stasioner, dapat juga menggunakan persamaan cepat rambat gelombang pada tali. 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana hubungan antara massa dengan banyaknya segmen (n)? 2. Bagaimana hubungan antara frekuensi dengan banyaknya segmen (n)? 3. Bagaimana hubungan antara frekuensi dengan panjang gelombang? 1.3 Tujuan 1. Menganalisis hubungan antara massa dengan banyaknya segmen (n). 2. Menganalisis hubungan antara frekuensi dengan banyaknya segmen (n). 3. Menganalisis hubungan antara frekuensi dengan panjang gelombang.



BAB II DASAR TEORI



Gelombang mekanik adalah suatu gangguan yang berjalan melalui beberapa material atau zat (medium) untuk gelombang itu. Ketika gelombang itu berjalan melalui medium tersebut, partikel-partikel



yang



membentuk



medium



mengalami



berbagai



macam



perpindahan



(pergeseran). Menurut konsep fisika, cerminan gelombang merupakan rambatan usikan, sedangkan mediumnya tetap. Jadi, gelombang merupakan rambatan pemindahan energi tanpa diikuti pemindahan massa medium. Gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain (dalam Halliday dan Resnick, 1987). Semua bentuk gelombang (misal gelombang pada tali, gelombang cahaya, gelombang bunyi), secara umum memenuhi hubungan matematis sebagai berikut: v   f ……………………………………………………….(1) keterangan: v = kecepatan gelombang (m/s)  = panjang gelombang (m) f = frekuensi (Hz) Percobaan Melde menyelidiki cepat rambat gelombang transversal pada kawat atau dawai.



Gambar 1. Rangkaian Percobaan Melde Ketika dua gelombang yang sama merambat pada sederetan partikel (sepanjang dawai), akan menghasilkan gejala yang disebut gelombang stasioner. Bentuk gelombang ini mungkin dihasilkan dari gelombang longitudinal atau gelombang transversal. Ketika sebuah dawai yang ringan, salah satu ujungnya dicantolkan pada sebuah vibrator (Gambar 1) dan ujung lainnya diberi beban dan dilewatkan pada sebuah katrol, maka gelombang merambat menuju ke katrol dan kemudian dipantulkan. Jika tegangan dan panjang dawai diatur sedemikian rupa, maka kedua gelombang yang dihasilkan tadi (yang berlawanan arah), dilapiskan pada setiap lintasan pada dawai memberikan bergantian daerah tanpa getaran N dan daerah dengan getaran maksimum A. Lokasi N dan A masing-masing disebut Nodes (simpul) dan antinodes (perut), segment di antara dua simpul disebut satu loop. Jika salah satu berubah, misalnya tegangan dari getaran dawai, akan menyebabkan perubahan jumlah loop itu, yang kan menghasilkan perubahan panjang gelombang. Kita harus mengingat kemungkinan panjang gelombang dipengaruhi oleh perubahan ukuran atau massa dawai, atau oleh perubahan panjang dawai. Juga beberapa faktor yang harus dipertimbangkan antara lain: frekuensi dan kecepatan gelombang yang mungkin mempunyai hubungan pada panjang gelombang. Karena itu panjang gelombang dari gelombang yang terdiri pada kawat penggetar mungkin merupakan fungsi dari tegangan, massa kawat, frekuensi sumber dan kecepatan gelombang. Bila salah satu ujung tali diikat pada suatu tumpuan yang tetap dan ujung lainnya digetarkan secara terus-menerus, maka pada tali akan terjadi interferensi antar gelombang datang dengan gelombang pantul, yang akhirnya menghasilkan gelombang berdiri (standing wave). Pada titik pantul simpangannya sama dengan nol, karena gelombang yang terpantul berbalik fase 180o , dan titik-titik simpul berikutnya terpisah setiap ½ λ, karena gelombang merambat dalam medium yang sama maka baik gelombang datang maupun gelombang pantul atau gelombang berdiri pada tali (dawai) merambat dengan kecepatan sebesar:  T v  ………………………………………………………(2) Keterangan: v = cepat rambat gelombang (m/s) T = gaya tegangan kawat atau dawai  = massa kawat tiap satu satuan panjang (kg/m).



Berdasarkan persamaan (1) dan (2) diperoleh harga frekuensi yang diberikan oleh dawai sebagai berikut:   T f  , maka   T f 1  ……………………………..…...(3) Untuk nada dasar (n = 1), diperoleh hubungan L = ½ λ atau λ = 2L n L   2 ………………………………………………………..(4)



Keterangan: n = 1,2,3, dan seterusnya L = panjang dawai. Karakteristik dari gelombang berdiri adalah energi gelombang bergetar melalui suatu titik, tetapi tidak ada perambatan energi (dalam Suardana, 2007).



BAB III METODE PERCOBAAN



3.1 Alat dan Bahan 1. Mechanical wave driver 2. Sloted String Holder dengan Plug 3. Dudukan Tali dengan Colokan 4. Dudukan Tali Bertali dengan Colokan 5. Pemegang Tali dengan Colokan 6. Generator Gelombang Sinus 7. Frekuensi Generator 8. Kabel Banana Plug Patch 9. Kabel elastis 10. Sekering tambahan 11. Power Amplifier II 12. ScienceWorkshop 750 Interface 13. Xplorer Power Amplifier GLX 14. Xplorer GLX Datalogger 3.2 Gambar Percobaan



Gambar 1. Set Up Peralatan Mechanical Wave Driver 3.3 Variabel Percobaan a. Variasi Tegangan -



Variabel Manipulasi



: massa



-



Variabel Kontrol



: panjang tali dan frekuensi



-



Variabel Respon



: banyaknya segmen dan panjang gelombang



b. Variasi Frekuensi -



Variabel Manipulasi



: frekuensi



-



Variabel Kontrol



: panjang tali dan tegangan



-



Variabel Respon



: banyak segmen dan panjang gelombang



3.4 Langkah Percobaan 1. Mengikat salah satu ujung tali sepanjang kurang lebih 2 meter pada batang yang dijepit di meja dan biarkan ujung tali yang lain melalui katrol yang dijepit ke meja. Mengikat gantungan massa pada ujung tali yang menggantung di atas katrol. 2. Memasukkan tali dalam slot pada pos vertikal Mechanical Wave Driver. Anda mungkin harus mengikatnya. Gunakan kabel banana patch untuk memasang Wave Driver ke jack output pada Power Amplifier. 3. Memasang konektor DIN pada Power Amplifier ke Channel C dari kotak antarmuka. Untuk menghindari kelebihan peralatan jangan menyalakan saklar daya di bagian belakang Power Amplifier sampai program telah dimulai. 4. Memasukkan massa pada gantungan massa yang telah tersedia. a. Manipulasi Tegangan 1. Merangkai alat seperti gambar 1. 2. Mengatur frekuensi menjadi 60 Hz pada Power Amplifier. 3. Mengukur panjang bagian dari tali yang akan bergetar dan catat panjang. 4. Memasukkan massa secukupnya di gantungan untuk membuat tali bergetar dalam mode utama. Sesuaikan massa sampai node sangat gelap dan “bersih” (tidak bergetar). 5. Mengubah massa yang digantung sampai tali bergetar di setiap harmonic yang lebih tinggi (untuk 2 sampai 7 segmen) dan mencatat massa ini. b. Manipulasi Frekuensi 1. Memasukkan massa pada gantungan massa dan mencatat tegangan



2. Memvariasikan frekuensi pada Power Amplifier sampai tali bergetar dalam satu segmen (frekuensi dasar). 3. Memvariasi frekuensi beberapa kali dan mencatat data. BAB IV DATA DAN ANALISIS 4.1 Tabel Data Tabel A f = 60 Hz l = 100 cm = 1 m v = 5 Vp m (kg) 0,025 0,035 0,045 0,055 0,075



n 6 5 4,5 4 3,5



T (N) 0,25 0,35 0,45 0,55 0,75



λ (m) 0,30 0,40 0,44 0,15 0,57



Tabel B m = 0,025 gr l =1m T = 0,25 N f (Hz) 10 20 30 40 50 60 70 80 90



4.2 Analisis Data



n 1 2 3 4 5 6 7 8 9



λ (m) 2 1 0,67 0,50 0,40 0,30 0,28 0,25 0,22



Gelombang merupakan getaran yang merambat. Berdasarkan medium perantaranya, gelombang dapat dibedakan menjadi 2 yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Salah satu contoh gelombang mekanik adalah gelombang pada tali. Gelombang pada tali merupakan jenis gelombang stasioner (diam). Berdasarkan percobaan pertama yang dilakukan yaitu memanipulasi massa sebanyak 5 dengan besar massa 0,025 kg ; 0,035 kg ; 0,045 kg ; 0,055 kg ; dan 0,075 kg. Dari manipulasi massa tersebut dapat dilihat banyaknya segmen yang muncul dengan mengkontrol frekuensi sebesar 60 Hz. Pada percobaan ini dapat dilihat bahwa massa berbanding terbalik dengan banyaknya segmen yang berarti semakin berat massa yang digunakan maka banyaknya segmen yang dihasilkan akan semakin kecil. Dan semakin kecil segmen yang dihasilkan maka panjang gelombang yang diperoleh akan semakin besar. Hal itu sesuai dengan teori yang digunakan λ  = 2L/n. Hal itu bisa terlihat jelas pada grafik 1 di bawah ini.



Hubungan Massa dengan Banyak Segmen 7 6 5 4 3 2 1 0 0.5



1



1.5



2



2.5



3



3.5



4



4.5



5



5.5



Grafik 1. Hubungan Massa dengan Banyak Segmen



Pada percobaan yang kedua yaitu dengan memanipulasi frekuensi sebanyak 9 kali dengan besar frekuensi 10 Hz ; 20 Hz ; 30 Hz ; 40 Hz ; 50 Hz ; 60 Hz ; 70 Hz ; 80 Hz ; 90 Hz. Dari manipulasi frekuensi tersebut dapat dilihat banyaknya segmen yang muncul dengan mengkontrol massa sebesar 0,025 kg. Pada percobaan ini dapat dilihat bahwa frekuensi berbanding lurus dengan banyaknya segmen itu berarti semakin besar frekuensi yang akan digunakan maka semakin besar pula banyaknya segmen yang dihasilkan. Dari banyaknya segmen yang telah diperoleh, dapat dicari nilai panjang gelombang dengan rumus λ  = 2L/n. Dan dari hasil yang telah diperoleh dapat dilihat bahwa frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang, itu berarti semakin besar frekuensi yang digunakan maka semakin kecil panjang gelombang yang dihasilkan. Percobaan kedua ini sudah sesuai dengan teori. Hal ini dapat terlihat jelas dengan grafik 2 dan grafik 3 di bawah ini.



Hubungan Frekuensi dengan Banyak Segmen 2.5 2 1.5 1 0.5 0



0



10



20



30



40



50



60



70



80



90



100



Grafik 2. Hubungan Frekuensi dengan Banyak Segmen



Hubungan Frekuensi dengan Panjang Gelombang 2.5 2 1.5 1 0.5 0



0



10



20



30



40



50



60



70



80



90



Grafik 3. Hubungan Frekuensi dengan Panjang Gelombang



100



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari data yang telah diperoleh dapat disimpulkan bahwa 1. Massa berbanding terbalik dengan banyak segmen. Itu berarti bahwa semakin berat massa yang digunakan, maka banyak segmen yang dihasilkan akan semakin kecil. 2. Frekuensi berbanding lurus dengan banyak segmen. Itu berarti bahwa semakin besar frekuensi yang digunakan, maka banyak segmen yang dihasilkan akan semakin besar pula. 3. Frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Itu berarti bahwa semakin besar frekuensi yang digunakan, maka panjang gelombang yang dihasilkan akan semakin kecil. 5.2 Saran - Gunakan massa yang tidak terlalu berat agar banyak segmen dapat terlihat jelas - Gunakan frekuensi yang di control tidak terlalu besar agar alatnya tidak bergerak sampai berpindah tempat



DAFTAR PUSTAKA Tim Praktikum Eksperimen. 2020. Panduan Gelombang dan Optik. Surabaya: UNESA. Giancoli. 1999. Fisika Jilid I Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga. Halliday, David and Resnick. Fisika Jilid II Edisi Kelima. Jakarta : Erlangga.