LKS Praktikum Verifikasi [PDF]

Citation preview

Tugas 1 Lembar Kerja Siswa (LKS) Praktikum Verifikasi



Disusun sebagai Tugas Mata Kuliah Pengembangan Eksperimen Fisika yang diampu oleh



Prof. Dr. Andi Suhandi, M.Si Dr. Hj. Wiendartun M.Si



Oleh: Kurnia Lahmita Putri (1803218) Sarwono (1806331)



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2019



LKS PRAKTIKUM VERIFIKASI A. Judul Praktikum CEPAT RAMBAT BUNYI DI UDARA B. Tujuan Praktikum Memverifikasi nilai cepat rambat bunyi diudara pada temperature kamar dengan menggunakan persamaan 𝑣 = 𝜆𝑓 C. Alat dan Bahan 1. Osiloskop 2. Audio Generator 3. Mikrophone 4. Amplifier 5. Kabel Penghubung 6. Mistar D. Dasar Teori 1. Gelombang Bunyi Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang terjadi karena perapatan dan perenggangan dalam medium gas, cair, atau padat. Gelombang bunyi dihasilkan ketika ada sebuah benda yang bergetar dan menyebabkan gangguan kerapatan medium melalui interaksi molekul-molekulnya yang hanya bergetar ke depan dan ke belakang disekitar posisi keseimbangan. Didalam gas, kerapatan dan tekanan saling berkaitan. Oleh karena itu, gelombang bunyi dalam gas seperti udara dapat dipandang sebagai gelombang kerapatan atau gelombang tekanan. Gelombang bunyi yang harmonic dapat disebabkan oleh sumber yang bergetar dengan gerak harmonic sederhana, seperti garpu tala atau pengeras suara yang digerakan oleh osilator audio. Sumber yang bergetar tersebut menyebabkan molekul-molekul udara didekatnya berosilasi dengan gerak harmonic sederhana disekitar posisi kesetimbangannya. Mlekul ini betmbukan dengan molekul –molekul yang lainnya, sehingga menyebabkan molekul tersebut berosilasi. Dengan cara demikian gelombang bunyi dijalarkan. Simpangan molekul untuk gerak harmonic dapat ditulis 𝑠 (𝑥,) =S0 sin(𝑘𝑥 −𝜔𝑡) menunjukan simpangan yang sejajar dengan arah gerak gelombang yang berarti bunyi merupakan gelombang longitudinal ; dengan S0 adalah simpangan maksimum molekul gas dari posisi kesetimbangannya dan 𝑘 merupakan bilangan gelombang 𝑘 = 2𝜋 / 𝜆 , dan 𝜔 adalah frekensi sudut 𝜔 = 2𝜋𝑓 = 2𝜋 / 𝑇. Sebagaiman sebuah gelombang harmonic, maka laju gelombang ω sama dengan frekuensi kali panjang gelombang 𝑣 = 𝜆𝑓 = k .



2. Sifat Gelombang Bunyi a. Memerlukan medium dalam perambatannya Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang memerlukan medium dalam perambatannya. Hal ini terbukti ketika astronot berada di pesawat luar angkasa yang vakum, mereka menggunakan alat komunikasi untuk saling berkomunikasi. b. Mengalami pemantulan (refleksi) Bukti dari bunyi mengalami refleksi ialah gaung. Gaung merupakan pantulan gelombang bunyi yang terdengar secara bersamaan dengan gelombang bunyi asli. c. Mengalami pembiasan (refraksi) Suara petir akan lebih terdengar nyaring ketika malam hari dibandingkan siang hari. Hal ini terjadi karena pada siang hari lapisan udara bagian atas bumi lebih dingin daripada lapisan udara bagian bawah bumi. Cepat rambat bunyi pada suhu dingin akan lebih kecil daripada suhu panas maka kecepatan bunyi dilapisan udara diatas bagian bumi lebih kecil dari lapisan bawah bagian bumi yang mengakibatkan medium lapisan atas bagian bumi lebih rapat dari medium lapisan bawah bagian bumi. d. Mengalami pelenturan (difraksi) Gelombang bunyi diudara memiliki panjang gelombang dalam rentang sentimeter sampai bebeapa meter. Panjang gelombang yang besar akan mudah di lenturkan. Contoh dari peristiwa pelenturan gelombang ialah suara mesin mobil di tikungan jalan yang terdengar meskipun mobil tersebut belum terlihat. e. Mengalami perpaduan (interferensi) Contoh dari peristiwa gelombang bunyi mengalami interferensi, ketika kita berada di posisi antara dua buah loud-speaker dengan frekuensi dan amplitude yang hamper sama, maka kita akan mendengar bunyi yang keras dan lemag secara bergantian. 3. Cepat rambat bunyi dalam suhu/udara Sudah disinggung ketika pembahasan mengenai bunyi dapat mengalami pembiasan, yaitu peristiwa nyaringnya suara petir di malam hari. Peristiwa tersebut memberitahukan bahwa bunyi akan terdengar melemah ketika berada dalam suhu yang rendah. Bunyi memerlukan waktu dalam hal perambatannya yang dirumuskan 𝑣 = 𝑠 𝑡 dengan 𝑣 adalah cepat rambat bunyi (𝑚 𝑠 ⁄ ), 𝑠 adalah jarak yang ditempuh (𝑚) dan 𝑡 adalah waktu yang diperlukan (𝑠). Cepat rambat bunyi dalam medium udara dalam tabel ; No Suhu (℃) 1 0 2 15 3 25



memiliki perbandingan seperti yang ditunjukan Cepat Rambat (m/s) 332 340 347



4. Menentukan cepat rambat bunyi di udara dengan menggunakan osiloskop Apabila dua sinyal input sinusoidal menunjukan 𝑦1= 𝑎1 sin(𝜔𝑡− 𝑎1) 𝑑𝑎𝑛 𝑦2 = 𝑎2sin(𝜔𝑡 – 𝑎2) Dihubungkan ke input 1 dan input 2 dari osiloskop dan di set sebagai plate Y dan plate X,



kedua sinyal tersebut dapat disuperposisikan (add) sehingga hasil superposisinya akan tampak di layar tampilan. Secara matematik superposisi dari kedua gelombang tersebut ialah 𝑦1 𝑦2 + = sin(ωt − 𝑎1 ) + sin(ωt − 𝑎2 ) 𝑎1 𝑎2 atau 𝑦1 2 𝑦2 2 𝑦1 𝑦2 − 𝑎2 ) = ( 2 ) + ( 2 ) − 2 cos(𝑎1 −𝑎2 ) … … … . (1) 𝑎1 𝑎2 𝑎1 𝑎2 Jika beda fase dari kedua gelombang Δ = 𝛼1 −𝛼2 di set menjadi kelipatan genap dari π, Δ = ±2𝑛𝜋 maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi : 𝑠𝑖𝑛2 (𝑎1



𝑠𝑖𝑛2 (𝑎1 − 𝑎2 ) = 𝑠𝑖𝑛2 (2𝑛𝜋) = 0 𝑦1 2 𝑦2 2 𝑦1 𝑦2 ( 2) + ( 2) − 2 cos 𝑎1 −𝑎2 = 0 𝑎1 𝑎2 𝑎1 𝑎2 𝑦1 2 𝑦2 2 𝑦1 𝑦2 ( 2) + ( 2) − 2 =0 𝑎1 𝑎2 𝑎1 𝑎2 𝑎1 𝑦1 = 𝑦2 … … … … … … … … (2) 𝑎2 Persamaan tersebut merupakan persamaan garis lurus. Bila perbedaan fasenya merupakan kelipatan bilangan ganjil dari π maka persamaan (1) akan menjadi: 𝑎1 𝑦1 = − 𝑦2 … … … … … … … … (3) 𝑎2 Juga merupakan persamaan garis lurus tapi kemiringan garisnya negatif dari kemiringan garis pada persamaan (2). Salah satu sinyal dari dua sinyal listrik yaitu sinyal dari audio generator dihubungkan ke speaker ( transmitter sinyal) dan secara paralel juga dihubungkan ke salah satu input dari osiloskop yang disebut sinyal x pada osiloskop. Mikrofon bertindak sebagai receiver sinyal yang berasal dari speaker dihubungkan ke osiloskop yang disebut sinyal y pada osiloskop. Transmitter akan memancarkan gelombang bunyi dengan frekuensi tepat seperti yang diatur pada audio generator . Gelombang bunyi akan merambat di udara dan akan ditangkap oleh receiver yang ditempatkan di depan transmitter pada jarak tertentu. Beda fase antara dua sinyal tersebut yaitu sinyal x dan sinyal y yang bergantung pada panjang lintasan yang ditempuh bunyi di udara antara transmitte r dan receiver . Jika panjang lintasannya merupakan kelipatan dari panjang gelombang bunyi 𝑛𝜆, maka layar tampilan osiloskop akan menunjukan gambar garis dengan kemiringan positif. Jika panjang lintsannya merupakan 2n+1 kelipatan dari 2 𝜆, maka layar tampilan osiloskop akan menunjukkan gambar garis dengan kemiringan negatif. Dengan demikian perbedaan panjang lintasan antara dua garis lurus yang berurutan pada osiloskop ialah 𝜆/2.



E. Prosedur Praktikum 1) Merangkai alat sepeti gambar



2) Mengatur set osiloskop pada mode XY dan mengatur frekuensi audio generator pada 2.5kHz 3) Mengatur amplitude dari sinyal input sinusoidal hingga pada layar tampilan osiloskop Nampak gambar elips 4) Menempatkan speaker pada dudukan mistar dengan posisi tetap, dan menempatkan mikrofon pada dudukan mistar dengan posisi dapat diubahubah 5) Mengatur gerakan mikrofon yang tepat di depan speaker hingga pada layar osiloskop terlihat gambar garis lurus miring kanan, miing kiri, miring kanan, miring kiri, dan miring kanan 6) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 3 kHz dan mengulangi langkah 4-5 7) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 3.4 kHz dan mengulangi langkah 4-5 8) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 4 kHz dan mengulangi langkah 4-5 9) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 4.4 kHz dan mengulangi langkah 4-5 10) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 5 kHz dan mengulangi langkah 4-5 11) Mencatat data panjang lintasan antara garis lurus yang berurutan 12) Menyimpan kembali peralatan yang telah digunakan Tabel Pengamatan



Posisi speaker : ……mm No 1 2 3 4 5 6



No



Frekuensi Miring kanan



𝑓(𝑘𝐻𝑧)



𝜆 (𝑚)



Miring kiri Miring kanan



1/𝑓(1/𝑘𝐻𝑧)



v (m/s)



Miring kiri Miring kanan



|𝑣 − 𝑣̅ | 𝑚/𝑠



𝑚 |𝑣 − 𝑣̅ |2 ( )2 𝑠



1 2 3 4 5 6 F. Tugas 1. Tugas pra praktikum Buktikan persamaan 𝑣 = 𝜆𝑓 2. Tugas setelah percobaan Dengan data percobaan yang diperoleh, buatlah grafik panjang gelombang terhadap periode atau 1/frekuensi. Buktikan bahwa percepatan nilai cepat rambat bunyi di udara yang diperoleh dari percobaan sesuai dengan nilai cepat rambat bunyi di udara yang ada di literature ! G. Daftar Pustaka Tipler, Paul. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik jilid 1. Jakarta : Erlangga



LKS HASIL KONVERSI A. Judul Praktikum CEPAT RAMBAT BUNYI DIUDARA B. Tujuan Praktikum Menemukan rumusan hubungan fungsional antara cepat rambat gelombang dengan panjang gelombang dan frekuensi. C. Menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi cepat rambat.



Pertanyaan yang dapat diajukan : D. Merumuskan E. … F. Pertanyaan Metode Pertanyaan-pertanyaan yang dapat diajukan sebagai berikut: 1. Seperti yang dikemukakan sebelumnya bahwa cepat rambat bunyi di udara (v) dipengaruhi oleh panjang gelombang (𝜆) dan frekuensi (f). apa saja variabel bebas dan variable terikat dalam kegiatan praktikum yang akan Anda lakukan? Jawaban yang diharapkan: Sesuai yang factor-faktor yang mempengaruhi cepat rambat bunyi di udara, maka variable bebas : panjang gelombang (𝜆) dan variable terikat: frekuensi (f). 2. Apakah variable-variabel tersebut dapat diukur langsung? Jika jawaban Anda ya, peralatan apa saja yang diperlukan? Bagaimana cara mengukurnya? Jawaban yang diharapkan: Ya bisa, peralatan yang dibutuhkan sebagai berikut: osiloskop, amplifier, mikrofon, mistar, speaker, audio generator. Cara pengukurannya sebagai berikut: 1) Merangkai alat 2) Mengatur set osiloskop pada mode XY dan mengatur frekuensi audio generator pada 2.5kHz 3) Mengatur amplitude dari sinyal input sinusoidal hingga pada layar tampilan osiloskop Nampak gambar elips 4) Menempatkan speaker pada dudukan mistar dengan posisi tetap, dan menempatkan mikrofon pada dudukan mistar dengan posisi dapat diubahubah 5) Mengatur gerakan mikrofon yang tepat di depan speaker hingga pada layar osiloskop terlihat gambar garis lurus miring kanan, miing kiri, miring kanan, miring kiri, dan miring kanan 6) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 3 kHz dan mengulangi langkah 4-5 7) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 3.4 kHz dan mengulangi langkah 4-5 8) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 4 kHz dan mengulangi langkah 4-5



9) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 4.4 kHz dan mengulangi langkah 4-5 10) Mengatur frekunsi audio generator menjadi 5 kHz dan mengulangi langkah 4-5 11) Mencatat data panjang lintasan antara garis lurus yang berurutan 3. Untuk melakukan cepat rambat gelombang sebagai fungsi panjang gelombang dan frekuensi bagaimana alat-alat tersebut dirangkai? Jawaban yang diharapkan:



4. Jenis data apa saja yang yang harus dikumpulkan melalui kegiatan praktikum ini untuk menjawab pertanyaan di atas? Jawaban yang diharapkan: Data frekuensi dan panjang gelombang 5. Jika jenis data seperti itu, bagaimana bentuk table