Laporan Praktikum Pegas
www.hajarfisika.com
MENGUKUR KONSTANTA PEGAS MELALUI PERCOBAAN HUKUM HOOKE DAN GERAK OSILASI PEGAS
I. Latar belakang
Dalam kehidupan sehari-hari pegas mempunyai peranan penting. Sebagai contoh, pegas sanggup kita jumpai pada sepeda motor. Dimana pegas pada sepeda motor sering disebut atau dikenal dengan nama shock breaker. Dengan adanya shock breaker ini maka kita merasa nyaman ketika mengendarai sepeda motor. Hal ini terjadi lantaran shock breaker tersebut mempunyai sifat elsatisitas(kembali ke bentuk semula) menyerupai sifat pegas pada umumnya. Pegas tidak hanya dimanfaatkan pada sepeda motor, tetapi pada semua kendaraan yang kita gunakan. Pegas merupakan salah satu teladan benda elastisitas. Contoh benda lentur lainnya yaitu karet mainan. Ketika kita menarik karet mainan hingga batas tertentu, karet tersebut bertambah panjang. Jika tarikan tersebut dilepaskan, maka karet akan kembali ke panjang semula. Demikian juga ketika kita merentangkan pegas, pegas tersebut akan bertambah panjang, tetapi ketika dilepaskan panjang pegas akan kembali menyerupai semula(Young,2014).
Oleh lantaran banyaknya insiden dalam kehidupan sehari-hari yang melibatkan prinsip pegas maka percobaan ini penting untuk dipahami, sehngga sanggup mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.II. Tujuan Percobaan
2.1 Memahami Hukum Hooke
2.2 Menghitung konstanta pegas
2.3 Mengamati gerak osilasi pegas dan memilih faktor apa saja yang mempengaruhinya
2.4 Menghitung besarnya frekuensi dari osilasi pegasIII. Dasar Teori
Pegas yaitu salah satu teladan 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 bidang teknik dan kehidupan sehari-hari. Misalnya di dalam shock breaker dan springbed. Sebuah pegas berfungsi meredam getaran ketika roda kendaraan melewati jalan yang tidak rata. Pegas-pegas yang tersusun didalam springbed alan memperlihatkan kenyamanan pada ketika orang tidur(Mikarajuddin,2008).
Jika sebuah benda diberikan gaya maka Hukum Hooke hanya berlaku sepanjang kawasan lentur hingga pada titik yang memperlihatkan batas Hukum Hooke. Jika benda diberikan gaya hingga melewati batas Hukum Hooke dan mencapai batas elastisitas, maka panjang benda akan kembali menyerupai semula. Jika benda diberikan gaya yang sangat besar hingga melewati batas elastisitas, maka benda tersebut akan memasuki kawasan plastis dan ketika gaya dihilangkan, panjang benda tidak akan kembali menyerupai semula, benda tersebut akan berubah bentuk secara tetap. Jika pertambahan panjang benda mencapai titik patah, maka benda tersebut akan patah.
F = k.∆L ..........(1)
berdasarkan persamaan Hukum Hooke diatas, pertambahan panjang (L) suatu benda bergantung pada besarnya gaya yang diberikan (F), materi penyusun, dan dimensi benda(dinyatakan dalam konstanta k). Benda yang dibuat oleh materi yang berbeda akan mempunyai pertambahan panjang yang berbeda walaupun diberikan gaya yang sama, contohnya tulang dan besi(Giancoli,2001).
Getaran(oscillation) merupakan salah satu bentuk gerak benda yang cukup banyak dijumpai gejalanya. Dalam getaran sebuah benda melaksanakan gerak bolak-balik berdasarkan lintasan tertentu melalui titik setimbangnya. Waktu yang diharapkan untuk melaksanakan satu getaran bolak-balik dinamakan periode(dilambangkan dengan T, satuannya sekon(s)). Simpangan maksimum getaran dinamakan amplitude(Tipler,1998).
Pegas ada yang disusun secara tunggal, ada juga yang disusun seri atau pararel. Untuk pegas yag disusun seri, pertambahan panjang total sama dengan jumlah masing-masing pertambahan panjang pegas. Sehingga pertambahan total x yaitu : x = x1 + x2. Sedangkan untuk pegas yang disusun pararel, pertambahan panjang masing-masing pegas sama, yaitu : x1 = x2 = x3 dengan demikian :
kp = k1 + k2 ..........(2)
perlu selalu diingat bahwa Hukum Hooke hanya berlaku untuk kawasan elasik, tidak berlaku untuk kawasan plastik maupun benda-benda plastik. Menurut Hooke, regangan sebanding dengan tegangannya, dimana yang dimaksud dengan regangan yaitu presentase perubahan dimensi. Tegangan yaitu gaya yang menegangkan per satuan luas penampang yang dikenainya(Keenan,1980).
Tentu saja nilai tetapan pegas dari setiap pegas berbeda-beda yang disebabkan oleh banyak sekali faktor. Yang pertama yaitu luas permukaan pegas. Semakin besar luas permukaan suatu pegas maka akan semakin besar pula nilai tetapannya, begitu pula sebaliknya. Yang kedua yaitu suhu, semakin tinggi suhu yang diterima oleh suatu pegas maka akan semakin kecil nilai tetapannya, begitu pun sebaliknya. ketika suhu tinggi, partikel-partikel penyusun pegas menerima energi dari luar sehingga memperlihatkan energi pula kepada partikel penyusun pegas untuk bergerak sehingga ikatan antar partikel merenggang. Yang ketiga yaitu diameter pegas, semakin besar diameter yang dimiliki suatu pegas maka akan semakin kecil nilai tetapannya, begitu pula sebaliknya. Dan yang terkahir yaitu jumlah lilitan pegas, semakin banyak jumlah lilitan pegas maka akan semakin besar nilai tetapannya, begitu pula sebaliknya. Hal-hal tersebutlah yang mengakibatkan nilai tetapan pegas tidak sama, tergantung pada kondisi yang dialami oleh setiap pegas masing-masing(Crowell,2006).
Jika suatu materi sanggup merenggang atau menyusut lantaran imbas gaya dari luar dan sanggup kembali ke keadaan semula kalau gaya yang bekerja padanya dihilangkan, maka keadaan tersebut dikatakan mempunyai sifat lentur (misalnya pegas).
ketika pada sebuah pegas dibebabni dengan sebuah massa m1, maka gaya yang mengakibatkan pegas bertambah panjang yaitu gaya dari massa tersebut, sehingga berlaku :
m.g = k.x ..........(3)
dengan g yaitu percepatan gravitasi. Selain dengan cara pembebanan, konstanta pegas k sanggup dicari dengan cara getaran pada pegas. Sebuah benda bermassa m dibebankan pada pegas dan disimpangkan dari posisi setimbangnya, maka akan terjadi getaran pegas dengan periode getaran T sebagai berikut:
IV. Metodologi Percobaan
4.1 Alat dan Bahan
a. Pegas berfungsi sebagai benda yang akan diukur periode, frekuensi, dan konstanta pegasnya (2 buah)
b. Stopwatch digital berfungsi untuk menghitung waktu gerak osilasi pegas (1 buah)
c. Neraca berfungsi untuk mengukur massa beban (1 buah)
d. Mistar berfungsi untuk mengukur panjang pegas (1 buah)
e. Statif berfungsi untuk tempat menggantungkan pegas (1 buah)
f. Beban berfungsi sebagai materi yang digantungkan pada pegas (5 buah)
4.2 Gambar Alat dan Bahan
-
4.3 Langkah Kerja
4.3.1 Percobaan Hukum Hooke
4.3.2 Percobaan Osilasi Pegas
4.4 Metode Grafik
4.4.1 Grafik 1
4.4.2 Grafik 2
V. Data dan Analisa
5.1 Data Percobaan
5.2 Analisa Data
Prinsip pada percobaan ini yaitu memakai prinsip Hukum Hooke yaitu dengan cara menggantungkan sebuah pegas(rapat atau renggang) dengan variasi beban, panjang pegas mula-mula dan pertambahan panjang jawaban beban diukur, kemudian konstanta pegas(k) sanggup ditemukan memakai perhitungan manual atau metode grafik. Penentuan konstanta pegas pada osilasi pegas mempunyai prinsip yang berbeda yaitu dengan cara menggantungkan sebauh pegas(rapat atau renggang) dengan variasi beban, pegas ditarik ke bawah
Nilai tetapan pegas(k) pada setiap pegas itu dipengaruhi oleh beberapa faktor yang menimbulkan nilai k pada setiap pegas itu berbeda. Faktor-faktor tersebut yaitu suhu lingkungan, rapat massa, diameter pegas, lilitan, dan luas penampang pegas. Suhu lingkungan sangat besar lengan berkuasa pada nilai tetapan pegas, pada ketika suhu tinggi maka pegas akan memuai atau merenggang, sedangkan pada suhu rendah pegas akan merapat, hal ini akan memperlihatkan imbas pada kerapatan massa. Semakin tinggi suhu maka kerapatan massanya rendah maka nilai k nya kecil dan sebaliknya. Lilitan pada pegas juga mempengaruhi nilai k, kalau lilitannya semakin banyak maka pegas akan semakin kaku sehingga nilai k nya semakin tinggi. Selain itu, luas permukaan pegas juga mempengaruhi nilai k, kalau luas penampang semakin besar maka nilai k nya juga semakin besar. Sedangkan pada diameter pegas, kalau semakin lebar diameter pegas maka nilai k nya akan semakin kecil hal ini dikarenakan semakin lebar diameter pegas maka semakin besar pula kawasan pergeseran elemen pegas sehingga menghasilkan pertambahan panjang yang semakin besar yang kesudahannya nilai konstanta pegas semakin kecil.
Data tabel percobaan 5.1.1 pegas rapat(Hukum Hooke) memperlihatkan bahwa pertambahan panjang pegas mempunyai variasi seiring bertambahnya beban yaitu pada rentang 2.10-2 m - 23,1.10-2 m, sedangkan pada pegas renggang(Hukum Hooke) pada tabel percobaan 5.1.3 sanggup dilihat rentang pertambahan panjangnya sebesar 2,5.10-2 m - 12,7.10-2 m. Hasil data-data ini memperlihatkan bahwa semakin besar massa beban(gaya) semakin bersa juga pertambahan panjangnya(F ∆L). Rentang pertambahan panjang pegas rapat rata-rata lebih besar dibandingkan pertambahan panjang pada pegas renggang lantaran pegas rapat mempunyai diameter lebih besar dibandingkan pegas renggang sehingga pertambahan panjangnya semakin besar dan rapat massa, lilitan, luas penampang pada pegas rapat lebih kecil dibandingkan pada pegas renggang sehingga nilai pertambahan panjang pada pegas rapat lebih besar dibandingkan pegas renggang.
Perbandingan periode(T) percobaan osilasi pegas pada pegas rapat dan renggang ditunjukkan pada tabel percobaan 5.1.2 dan 5.1.4. Periode pada pegas rapat lebih besar dibandingkan dengan periode pada pegas renggang, hal ini terjadi lantaran nilai pertambahan panjang pegas(∆L) berbanding lurus dengan periode(T), semakin besar nilai pertambahan panjangnya maka nilai dari periodenya juga semakin besar(∆L T).
Frekuensi pegas didapatkan pada percobaan osilasi pegas. Pegas rapat dan renggang mempunyai nilai frekuensi rata-rata masing-masing sebesar 1,5438 Hz dan 2,1268 Hz. Pegas rapat mempunyai frekuensi yang lebih kecil daripada pegas renggang, lantaran pegas rapat mempunyai periode yang besar(T). Periode berbanding terbalik dengan frekuensi, semakin tinggi periode dari suatu benda maka semakin kecil nilai frekuensinya(T 1/f).
Nilai konstanta pegas(k) pada percobaan Hukum Hooke melalui perhitungan manual didapatkan rentang dari nilai k yang berbeda antara pegas rapat dan renggang. Pada pegas rapat didapatkan nilai k pada rentang 21,08 N/m - 49 N/m, nilai k rata-ratanya k = (28,39 ± 7,079) N/m, sedangkan pada pegas renggang didapatkan nilai k pada rentang 36,2 N/m - 39,1 N/m, nilai k rata-ratanya k = (34,09 ± 4,861) N/m. Perbandingan nilai k rata-rata pegas renggang lebih besar dibandingkan nilai k rata-rata pegas rapat, hal ini terjadi lantaran nilai pertambahan panjang pegas(∆L) berbanding terbalik dengan nilai konstanta pegas(k), lantaran dari hasil pengukuran pegas rapat mempunyai nilai pertambahan panjang lebih besar daripada pegas renggang maka pegas rapat mempunyai konstanta pegas yang lebih kecil dibandingkan konstanta pegas pada pegas renggang(∆L 1/k).
Berikut ini yaitu 2 gambar grafik pegas rapat dan renggang pada percobaan Hukum Hooke :
6.1 Hukum Hooke yaitu aturan yang berkaitan dengan benda yang elastis(pegas) yang diberi beban sebagai gaya yang akan mengalami pertambahan panjang. Semakin besar massa beban(gaya) yang digantung pada pegas maka akan semakin besar pertambahan panjangnya(F ∆L)Nilai tetapan pegas(k) pada setiap pegas itu dipengaruhi oleh beberapa faktor yang menimbulkan nilai k pada setiap pegas itu berbeda. Faktor-faktor tersebut yaitu suhu lingkungan, rapat massa, diameter pegas, lilitan, dan luas penampang pegas. Suhu lingkungan sangat besar lengan berkuasa pada nilai tetapan pegas, pada ketika suhu tinggi maka pegas akan memuai atau merenggang, sedangkan pada suhu rendah pegas akan merapat, hal ini akan memperlihatkan imbas pada kerapatan massa. Semakin tinggi suhu maka kerapatan massanya rendah maka nilai k nya kecil dan sebaliknya. Lilitan pada pegas juga mempengaruhi nilai k, kalau lilitannya semakin banyak maka pegas akan semakin kaku sehingga nilai k nya semakin tinggi. Selain itu, luas permukaan pegas juga mempengaruhi nilai k, kalau luas penampang semakin besar maka nilai k nya juga semakin besar. Sedangkan pada diameter pegas, kalau semakin lebar diameter pegas maka nilai k nya akan semakin kecil hal ini dikarenakan semakin lebar diameter pegas maka semakin besar pula kawasan pergeseran elemen pegas sehingga menghasilkan pertambahan panjang yang semakin besar yang kesudahannya nilai konstanta pegas semakin kecil.
Data tabel percobaan 5.1.1 pegas rapat(Hukum Hooke) memperlihatkan bahwa pertambahan panjang pegas mempunyai variasi seiring bertambahnya beban yaitu pada rentang 2.10-2 m - 23,1.10-2 m, sedangkan pada pegas renggang(Hukum Hooke) pada tabel percobaan 5.1.3 sanggup dilihat rentang pertambahan panjangnya sebesar 2,5.10-2 m - 12,7.10-2 m. Hasil data-data ini memperlihatkan bahwa semakin besar massa beban(gaya) semakin bersa juga pertambahan panjangnya(F ∆L). Rentang pertambahan panjang pegas rapat rata-rata lebih besar dibandingkan pertambahan panjang pada pegas renggang lantaran pegas rapat mempunyai diameter lebih besar dibandingkan pegas renggang sehingga pertambahan panjangnya semakin besar dan rapat massa, lilitan, luas penampang pada pegas rapat lebih kecil dibandingkan pada pegas renggang sehingga nilai pertambahan panjang pada pegas rapat lebih besar dibandingkan pegas renggang.
Perbandingan periode(T) percobaan osilasi pegas pada pegas rapat dan renggang ditunjukkan pada tabel percobaan 5.1.2 dan 5.1.4. Periode pada pegas rapat lebih besar dibandingkan dengan periode pada pegas renggang, hal ini terjadi lantaran nilai pertambahan panjang pegas(∆L) berbanding lurus dengan periode(T), semakin besar nilai pertambahan panjangnya maka nilai dari periodenya juga semakin besar(∆L T).
Frekuensi pegas didapatkan pada percobaan osilasi pegas. Pegas rapat dan renggang mempunyai nilai frekuensi rata-rata masing-masing sebesar 1,5438 Hz dan 2,1268 Hz. Pegas rapat mempunyai frekuensi yang lebih kecil daripada pegas renggang, lantaran pegas rapat mempunyai periode yang besar(T). Periode berbanding terbalik dengan frekuensi, semakin tinggi periode dari suatu benda maka semakin kecil nilai frekuensinya(T 1/f).
Nilai konstanta pegas(k) pada percobaan Hukum Hooke melalui perhitungan manual didapatkan rentang dari nilai k yang berbeda antara pegas rapat dan renggang. Pada pegas rapat didapatkan nilai k pada rentang 21,08 N/m - 49 N/m, nilai k rata-ratanya k = (28,39 ± 7,079) N/m, sedangkan pada pegas renggang didapatkan nilai k pada rentang 36,2 N/m - 39,1 N/m, nilai k rata-ratanya k = (34,09 ± 4,861) N/m. Perbandingan nilai k rata-rata pegas renggang lebih besar dibandingkan nilai k rata-rata pegas rapat, hal ini terjadi lantaran nilai pertambahan panjang pegas(∆L) berbanding terbalik dengan nilai konstanta pegas(k), lantaran dari hasil pengukuran pegas rapat mempunyai nilai pertambahan panjang lebih besar daripada pegas renggang maka pegas rapat mempunyai konstanta pegas yang lebih kecil dibandingkan konstanta pegas pada pegas renggang(∆L 1/k).
Berikut ini yaitu 2 gambar grafik pegas rapat dan renggang pada percobaan Hukum Hooke :
pada gambar grafik pegas rapat didapatkan nilai gradien(m) sebesar m = (0,0485 ± 0,0660) dengan ketelitian sebesar 97,2%, sedangkan pada pegas renggang didapatkan nilai gradien(n) sebesar m = (0,0258 ± 0,0505) dengan ketelitian sebesar 99,8%. Nilai gradien ini kemudian dimasukka ke dalam persamaan garis dan didapatkan nilai konstanta pegas rapat dan renggang masing-masing sebesar 18,15 N/m dan 37,55 N/m. Seperti nilai konstanta pada perhitungan manual, konstanta pegas rapat lebih kecil dibandingkan konstanta pada pegas renggang. Semakin besar nilai k maka pegas tersebut akan lebih sulit direnggangkan, begitupun sebaliknya.
Berikut ini yaitu 2 gambar grafik pegas renggang dan rapat pada percobaan gerak osilasi pegas :
pada gambar grafik pegas renggang didapatkan nilai gradien(m) sebesar m = (0,0011 ± 0,0250) dengan ketelitian sebesar 99,4%, sedangkan pada pegas rapat didapatkan nilai gradien(m) sebesar m = (0,0026 ± 0,0250) dengan ketelitian sebesar 98,9%. Nilai gradien ini kemudian dimasukkan dalam persamaan garis dan didapatkan nilai konstanta pegas rapat dan renggang masing-masing sebesar 14,6 N/m dan 34,90 N/m. Hasil dari nilai konstanta ini masih tetap sama bahwa nilai konstanta pegas rapat lebih kecil dibandingkan nilai konstanta pada pegas renggang. Dalam percobaan osilasi pegas, gaya gesek udara menjadi duduk kasus utama ketika dilakukan pengukuran getaran lantaran gaya gesek udara ini menciptakan pegas mengalami perlambatan, sehingga data yang didapatkan kurang valid. Hal ini sanggup terlihat dari perubahan waktu yang didapatkan pada percobaan tidak sama pada setiap pengulangan percobaan, meskipun dengan beban yang sama.
Hasil nilai pegas dari percobaan Hukum Hooke perhitungan secara manual, secara grafik, dan percobaan osilasi pegas dengan perhitungan secara grafik masing-masing pada pegas rapat yaitu sebesar k = (28,39 ± 7,079) N/m, k = 18,15 N/m, dan k = 14,60 N/m sedangkan pada pegas renggang yaitu sebesar k = (34,09 ± 4,861) N/m, k = 37,55 N/m, k = 34,90 N/m. Nilai k dari pegas rapat pada seluruh percobaan selalu lebih kecil dibandingkan nilai k pada pegas renggang lantaran pertambahan panjang pada pegas rapat lebih besar daripada pegas renggang, sehingga nilai konstanta pegas rapat lebih kecil lantaran nilai pertambahan panjang berbanding terbalik dengan kosntanta pegas(∆L 1/k).
Nilai k pada pegas seharusnya mempunyai nilai k yang sama , namun pada pegas rapat dan renggang nilai k yang didapatkan pada masing-masing percobaan agak sedikit berbeda(manual maupun grafik), hal ini terjadi lantaran kesalahan-kesalahan yang dilakukan selama percobaan, yaitu ; pengukuran panjang pegas pada percobaan Hukum Hooke memakai mistar terlalu sulit, pegas rapat pada osilasi pegas bergetar terlalu cepat, gaya gesek udara yang menciptakan pegas mengalami perlambatan, dan kesalahan dalam perhitungan.
VI. Kesimpulan
6.2 Nilai kosntanta pegas(k) rata-rata
6.2.1. Pegas renggang ;
a. Perhitungan manual, k = (34,09 ± 4,861) N/m
b. Perhitungan grafik ; grafik Hukum Hooke, k = 37,55 N/m
; grafik Osilasi Pegas, k = 34,90 N/m
a. Perhitungan manual, k = (28,39 ± 7,079) N/m
; grafik Osilasi Pegas, k = 14,60 N/m
6.3 Gerak osilasi pegas yaitu gerak periodik pegas, gerakan bolak-balik pegas melalui lintasan yang sama, dan melalui titik setimbangnya. Faktor yang mempengaruhi gerak osilasi pegas yaitu massa beban yang digantung pada pegas, jarak penarikan beban, gaya gesek angin, dan jenis pegas yang digunakan
6.4 Nilai frekuensi pegas(f) rata-rata
6.4.1 Pegas renggang ; perhitungan manual, k = 2,1268 Hz
6.4.2 Pegas rapat ; perhitungan manual, k = 1,5438 Hz
VII. Daftar Pustaka
Crowell, Bejamin.2006. Konsep Fisika. Yogyakarta : Graha ilmu.
Giancoli, Douglas C. Fisika Jilid I. Jakarta : Erlangga.
Halliday, David.1997. Fisika Dasar. Jakarta : Erlangga.
Keenan, Charles W.1980. Fisika untuk Universitas Jilid I. Jakarta : Erlangga.
Mikarajuddin.2008. Fisika Mekanika Klasik. Jakarta : Esis.
Tipler, Paul A.1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga.
Young, Hugh D.2004. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga.
VIII. Bagian Pengesahan
-
IX. Lampiran
Belum ada Komentar untuk "Laporan Praktikum Pegas"
Posting Komentar