Contoh penerapan getaran harmonik Teredam dalam kehidupan sehari hari

SIMULASI OSILASI TEREDAM DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE TRACKER 4.86

A. PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Pada umumnya pembahasan gerak harmonik selalu di asumsikan adanya keadaan ideal yaitu tidak ada gesekan yang bekerja pada osilator. Namun pada kenyataannya tidaklah demikian, sebagai contoh dalam kasus ayunan sederhana apabila diberikan simpangan maka semakin lama amplitudonya semakin kecil sehingga akhirnya berhenti. Hal tersebut menunjukkan adanya gesekan. Dengan demikian jelas bahwa adanya gesekan sangat berpengaruh amplitudo ayunan. Gaya gesek ini dapat berupa gaya gesek yang timbul di udara ataupun dalam sistem ayunan itu sendiri. Berkurangnya amplitudo gerak harmonik karena adanya gesekan ini sering disebut sebagai redaman.

Adapun contoh osilasi harmonik teredam yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari yaitu getaran pada bandul yang di ayunkan atau pada pegas yang bergetar. Pada kasus osilasi teredam sebuah pegas yang di hubungkan dengan beban kemudian di masukkan dalam suatu fluida dengan gaya redaman dan gaya pemulih pegas. Jika beban di berikan usikan berupa gaya kemudian di lepaskan maka pegas akan berosilasi dalam fluida.

Berdasarkan data di atas, maka perlu di lakukan percobaan simulasi osilasi teredam yang akan mendasari percobaan ini dengan tujuan untuk mengetahui kebenaran dari teori.

2. Tujuan Praktikum

Tujuan percobaan simulasi osilasi teredam dengan menggunakan software tracker 4.86 yaitu:

a. Dapat menentukan konstanta redaman pegas di udara dan konstanta redaman pegas di dalam fluida.

b. Dapat menentukan gaya gesekan pegas di udara dan gaya gesekan pegas di dalam fluida.

c. Dapat membuat grafik hubungan antara y dan t di udara dan di dalam fluida.

B. KAJIAN TEORI

Osilasi merupakan fenomena alam yang terjadi apabila sistem diganggu dari posisi kesetimbangan. Osilasi ini terjadi secara terus-menerus selama sistem masih di berikan usikan berupa gaya. Salah satu gerak osilasi adalah gerak harmonik sederhana. Gerak osilasi ini berlaku Hukum Hooke yanh persamaannya dapat di tuliskan sebagai berikut :

Fx = -kx .........…………………………………………………….… (9.1)

Tanda negatif menunjukan bahwa terdapat gaya pemulih apabila di berikan gaya simpangan. Persamaan di atas jika di hubungkan dengan percepatan maka di peroleh :

Fx = -kx = ma = .............………………………………………. (9.2)

Pada sistem osilasi energi mekanik terdisipasi akibat gaya geseknya. Jika energi mekaniknya berkurang maka dapat diartikan bahwa gerak pada sistem teredam. Sehingga persamaan osilasi dapat di tuliskan :

= + …………………………….........…………. (9.3)

= -kx ……………………........………………………………. (9.4)

= -bv ……………………………………........……………. (9.5)

= -kx – bv ........…………………………………………………. (9.6)

(Sutrisno, 1977).

Gerak getaran benda yang terjadi secara terus-menerus dan tidak terdapat faktor hambatan atau redaman biasanya di sebut gerak harmonik sederhana. Karakteristik gerak harmonik sederhana adalah memiliki amplitudo dengan nilai tetap. Amplitudo merupakan simpangan maksimum dari posisi kesetimbangan. Akan tetapi, pada kenyataannya suatu gerak getaran pada benda tidak akan terjadi secara terus-menerus karena terdapat faktor hambatan berupa gaya gesek udara dan faktor internal yang menyebab gerak getaran yang terjadi secara perlahan-lahan berkurang terhadap waktu dan akhirnya terhenti. Gerak getaran benda yang demikian biasanya disebut sebagai gerak harmonik teredam. Pada gerak harmonik teredm gaya yang bekerja berkurang secara terus-menerus sehingga amplitudo getaran berkurang sampai getaran berhenti (Giancolli, 1997).

Getaran dapat di definisikan sebagai gerak bolak-balik suatu benda yang terjadi secara periodik atau berkala yaitu gerak benda tersebut berulang pada selang waktu yang tetap. Gerak benda yang terjadi secara periodik biasanya disebut sebagai gerak harmonik. Salah satu contoh gerak harmonik yang banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah gerak getaran pada pegas. Gerak getaran pada pegas akan terjadi jika terdapat gaya yang bekerja pada pegas tersebut. Beberapa gaya yang mempengaruhi gerak getaran pada pegas yaitu gaya gravitasi bumi, gaya tarik pegas, gaya gesek dan gaya luas. Gerak getaran pada pegas dapat di bedakan menjadi gerak harmonik sederhana, gerak harmonik redaman, dan gerak harmonik teredam dengan faktor luar (Halliday, 1985).

C. METODE PRAKTIKUM

1. Alat Dan Bahan

Alat dan bahan yang di gunakan pada percobaan ini dapat di lihat pada tabel berikut :

Tabel 9.1. Alat dan Bahan Percobaan Simulasi Osilasi Teredam dengan Menggunakan Software Tracker 4.86 serta Kegunaannya.

No.	Alat dan Bahan	Kegunaan
1.	Kamera Webcam	Untuk merekam osilasi teredam pegas
2.	Software Trecker 4.86	Untuk menganalisis hasil rekaman berupa oktivitas osilasi pada pegas
3.	Pegas	Sebagai objek opengamatan
4.	Wadah air	Sebagai tempat air
5.	Stand penyangga	Untuk menggantung pegas
6.	Beban	Sebagai pemberat

2. Prosedur Kerja

a. Penentuan Konstanta Pegas Di Udara

Prosedur kerja pada penentuan konstanta pegas di udara adalah sebagai berikut :

1) Menggantungkan pegas tunggal pada statif yang tersedia dan pada ujung pegas lain menggantungkan beban (m = 100 gram) pada pegas

2) Menghidupkan komputer dan mengaktifkan program webcam companion 3.

3) Mengarahkan kamera webcam komputer pada pegas yang telah di gantungkan beban, secara bersamaan lepaskan beban dan merekam aktifitas osilasi pada pegas.

4) Menganalisis hasil rekaman berupa aktifitas osilasi pegas pada program tracker 4.86.

b. Penentuan Konstanta Pegas Di Dalam Fluida

Prosedur kerja pada penentuan konstanta pegas didalam fluida adalah sebagai berikut :

1) Menggantungkan pegas tunggal pada statif yang tersedia dan pada ujung pegas lain menggantungkan beban (m =100 gram) pada pegas.

2) Pada ujung pegas yang diberi beban masukan ke dalam wadah yang berisi air.

3) Melakukan langkah (b-d) pada kegiatan penentuan konstanta pegas di udara.

D. HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Hasil

a. Data pengamatan

1) Di Udara

Data pengamatan di udara pada percobaan simulasi osilasi teredam dengan menggunakan software tracker 4.86 dapat dilihat pada Tabel 9.2.

Tabel 9.2. Data Pengamatan di udara percobaan simulasi osilasi teredam dengan menggunakan software tracker 4.86

	mass_A	udara
No.	t	x	y	v
1.	1,03E-01	-1,38E+00	1,25E-01
2.	2,22E-01	-1,75E+00	-6,00E+00
3.	2,86E-01	-1,88E+00	-6,75E+00	3,24E+01
4.	3,34E-01	-1,75E+00	-9,63E+00	2,52E+01
5.	4,30E-01	-1,75E+00	-1,04E+01	1,33E+01
6.	4,94E-01	-1,63E+00	-7,50E+00	3,91E+01
7.	5,58E-01	-1,50E+00	-5,38E+00	2,23E+01
8.	6,23E-01	-1,50E+00	-4,63E+00	3,04E+01
9.	6,87E-01	-8,75E-01	-1,50E+00	2,72E+01
10.	7,40E-01	-8,75E-01	-1,50E+00	1,59E+01
11.	7,99E-01	-2,00E+00	-2,88E+00	2,64E+01
12.	8,95E-01	-1,75E+00	-5,50E+00	5,47E+01
13.	9,59E-01	-1,63E+00	-1,16E+01	3,04E+01
14.	1,02E+00	-2,13E+00	-9,38E+00	1,66E+01
15.	1,10E+00	-1,50E+00	-9,25E+00	8,12E+00
16.	1,13E+00	-1,63E+00	-8,63E+00	2,66E+01
17.	1,20E+00	-2,00E+00	-6,75E+00	2,29E+01
18.	1,29E+00	-2,13E+00	-5,00E+00	4,00E+01
19.	1,36E+00	-1,38E+00	-3,75E-01	4,87E+01
20.	1,42E+00	-1,00E+00	1,13E+00	2,36E+01
21.	1,50E+00	-1,75E+00	-3,75E+00	4,40E+01
22.	1,53E+00	-1,75E+00	-3,75E+00	3,58E+01
23.	1,60E+00	-2,88E+00	-7,00E+00	2,97E+01
24.	1,69E+00	-2,88E+00	-8,38E+00	1,33E+01
25.	1,76E+00	-2,75E+00	-9,13E+00	9,47E+00
26.	1,82E+00	-2,38E+00	-7,25E+00	2,78E+01
27.	1,91E+00	-2,38E+00	-5,00E+00	4,62E+01
28.	1,94E+00	-2,13E+00	-2,13E+00	3,14E+01
29.	2,00E+00	-2,13E+00	-2,13E+00	0,00E+00
30.	2,10E+00	-2,13E+00	-2,13E+00	3,91E+00
31.	2,16E+00	-2,50E+00	-2,63E+00	5,77E+01
32.	2,22E+00	-2,38E+00	-9,50E+00	4,78E+01
33.	2,30E+00	-2,38E+00	-9,50E+00	4,99E+00
34.	2,34E+00	-1,88E+00	-9,25E+00	1,97E+01
35.	2,40E+00	-2,63E+00	-1,14E+01	2,22E+00
36.	2,49E+00	-2,13E+00	-9,00E+00	3,08E+01
37.	2,56E+00	-2,13E+00	-6,50E+00	6,25E+01
38.	2,62E+00	-2,00E+00	-1,00E+00	4,91E+01
39.	2,67E+00	-2,00E+00	-1,00E+00	0,00E+00
40.	2,73E+00	-2,00E+00	-1,00E+00	8,05E+00
41.	2,80E+00	-1,75E+00	-2,00E+00	2,50E+01
42.	2,89E+00	-2,13E+00	-5,00E+00	5,79E+01
43.	2,96E+00	-2,38E+00	-1,13E+01	4,89E+01
44.	3,02E+00	-2,38E+00	-1,13E+01	1,98E+01
45.	3,08E+00	-1,75E+00	-9,00E+00	3,20E+01
46.	3,13E+00	-1,63E+00	-7,75E+00	3,52E+01
47.	3,21E+00	-2,50E+00	-4,38E+00	4,92E+01
48.	3,29E+00	-1,63E+00	1,25E-01	3,60E+01
49.	3,36E+00	-1,38E+00	8,75E-01	2,70E+01
50.	3,42E+00	-2,38E+00	-3,25E+00

2) Didalam Fluida

Data pengamatan didalam fluida pada percobaan simulasi osilasi teredam dengan menggunakan software tracker 4.86 dapat dilihat pada Tabel 9.3.

Tabel 9.3. Data Pengamatan di udara percobaan simulasi osilasi teredam dengan menggunakan software tracker 4.86

	mass_A	Fluida
No.	t	x	y	v
1.	2,72E-01	1,15E+00	6,55E+00
2.	3,36E-01	9,19E-01	4,48E+00	4,31E+01
3.	4,00E-01	1,03E+00	1,03E+00	2,41E+01
4.	4,79E-01	1,03E+00	1,03E+00	1,69E+01
5.	5,43E-01	0,00E+00	-1,15E+00	4,02E+00
6.	6,07E-01	8,05E-01	5,75E-01	3,10E+01
7.	6,71E-01	1,49E+00	2,53E+00	3,01E+01
8.	7,35E-01	1,49E+00	4,37E+00	2,33E+01
9.	7,99E-01	1,49E+00	5,52E+00	2,42E+00
10.	8,85E-01	1,38E+00	4,71E+00	1,28E+01
11.	9,44E-01	5,75E-01	3,91E+00	2,74E+01
12.	1,01E+00	9,19E-01	1,38E+00	3,64E+01
13.	1,07E+00	1,15E-01	-6,90E-01	9,79E+00
14.	1,14E+00	2,30E-01	3,45E-01	1,80E+01
15.	1,20E+00	1,15E-01	1,61E+00	2,08E+01
16.	1,28E+00	3,45E-01	3,33E+00	2,03E+01
17.	1,34E+00	6,90E-01	4,48E+00	1,79E+01
18.	1,41E+00	1,03E+00	5,52E+00	4,49E+00
19.	1,47E+00	2,30E-01	4,14E+00	2,70E+01
20.	1,54E+00	-2,30E-01	2,30E+00	1,79E+01
21.	1,60E+00	4,60E-01	1,84E+00	9,24E+00
22.	1,68E+00	4,60E-01	1,15E+00	4,79E+00
23.	1,74E+00	4,60E-01	2,53E+00	1,73E+01
24.	1,81E+00	8,05E-01	3,33E+00	9,45E+00
25.	1,87E+00	8,05E-01	3,68E+00	9,23E+00
26.	1,94E+00	1,03E+00	4,48E+00	6,54E+00
27.	2,00E+00	1,03E+00	4,48E+00	1,07E+01
28.	2,08E+00	5,75E-01	2,99E+00	2,18E+01
29.	2,14E+00	4,60E-01	1,38E+00	1,64E+01
30.	2,21E+00	3,45E-01	9,19E-01	3,70E+00
31.	2,27E+00	3,45E-01	9,19E-01	1,08E+01
32.	2,34E+00	3,45E-01	2,30E+00	2,30E+01
33.	2,40E+00	6,90E-01	3,91E+00	1,47E+01
34.	2,48E+00	6,90E-01	4,37E+00	4,42E+00
35.	2,54E+00	4,60E-01	3,33E+00	1,63E+01
36.	2,61E+00	3,45E-01	2,30E+00	1,43E+01
37.	2,67E+00	5,75E-01	1,49E+00	1,01E+01
38.	2,74E+00	5,75E-01	1,03E+00	9,23E+00
39.	2,80E+00	8,05E-01	2,64E+00	1,40E+01
40.	2,88E+00	5,75E-01	3,10E+00	9,71E+00
41.	2,94E+00	5,75E-01	4,02E+00	1,48E+01
42.	3,01E+00	5,75E-01	4,94E+00	2,01E+00
43.	3,07E+00	3,45E-01	4,14E+00	2,26E+01
44.	3,14E+00	1,15E-01	2,07E+00	2,14E+01
45.	3,20E+00	3,45E-01	1,38E+00	2,88E+00
46.	3,28E+00	3,45E-01	1,72E+00

b. Analisis Data

1) Grafik hubungan antara t dan y untuk menentukan konstanta redaman pegas

a) Di dalam fluida

Gambar 9.1. Grafik Hubungan antara t dan y didalam fluida

b. Di udara

Ganbar 9.2. Grafik hubungan antara y dan t untuk konstanta redaman pegas di udara

2) Menentukan konstanta redaman pegas

a) Di udara

Dengan menggunakan persamaan garis y = mx+c, dimana m = b dengan:

m = gradien garis, b = konstanta redaman, sehingga :

y = 0.024 x + 5.650 dengan

m = - 0.024

b = + 0.024 kg/s

b) Di dalam fluida

Dengan menggunakan persamaan garis y = mx + c, dimana m = b dengan

m = gradien garis, b = konstanta redaman, sehinnga :

y = - 0.003 x + 2.2.754 dengan

m = - 0.003

b = - 0.003 kg/s

3) Menentukan gaya gesek pegasa.

a) Di udara

= - . v

= - (0.024) . 28.92334

= - 0.69 N

b) Di dalam fluida

= - . v

= - (0.003) . 15.0982

= - 0.045 N

2. Pembahasan

Osilasi merupakan gerak suatu benda yang terjadi secara berulang-ulang melalui titik kesetimbangan. Osilasi terbagi menjadi dua yaitu osilasi harmonik dan osilasi teredam. Osilasi harmonik adalah gerak getaran benda yang terjadi secara terus menerus dan tidak terdapat faktor hambatan. Sedangkan osilasi teredam merupakan gerak getaran benda yang di pengaruhi oleh gaya penghambat atau redaman berupa gaya gesek udara dan faktor internal yang menyebabkan amplitudo getaran berkurang secara perlahan terhadap waktu sampai akhirnya berhenti.

Pada percobaan ini yaitu simulasi osilasi teredam kita dapat menentukan konstanta redaman pegas di udara maupun di dalam fluida, menentukan gaya gesekan pegas, serta membuat grafik hubungan antara y dan t dengan menggunakan rangkaian alat berupa perangkat lunak yaitu software tracker 4.86. Dalam percobaan ini kami menggunakan kamera webcam pada komputer di mana merekam aktivitas osilasi yang terjadi pada pegas.

Dari hasil pengamatan yang telah di lakukan kita dapat menghitung besar konstanta redaman pegas di udara maupun di dalam fluida dengan menggunakan persamaan garis singgung. Sehingga kami mendapatkan besar konstanta redaman pegas di udara dengan perolehan nilai y = + 0.024 kg/s. Sedangkan konstanta redaman pegas di dalam fluida dengan nilai y = - 0.003 kg/s. Dari hasil analisis data yang di peroleh kami mendapatkan besar gaya gesekan pegas di udara sebesar – 0.69 N. Sedangkan di dalam fluida dengan hasil yang di peroleh sebesar – 0.45 N.

Sehingga dapat di katakan bahwa dalam penentuan konstanta redaman pegas di udara dan di dalam fluida terjadi perbedaan. Di mana konstanta redaman pegas di udara lebih besar dari konstanta redaman pegas di dalam fluida. Hal ini di karenakan osilasi redaman di pengaruhi oleh tekanan atau gaya gesek yang di pindahkan oleh benda (pegas) di dalam fluida lebih besar dari pada di udara. Grafik hubungan antara y dan t dalam menentukan konstanta redaman pegas di udara dan di dalam fluida. Sesuai data pengamatan, grafik yang di hasilkan oleh osilasi yang berada di udara merapat sehingga akan mendekati nol. Sedangkan osilasi di dalam fluida jarang dan seiring berjalannya waktu akan kembali pada posisi setimbang benda. Berdasarkan hasil pengamatan dan analisis data yang telah dilakukan pada percobaan ini. Maka dapat di simpulkan bahwa pada percobaan ini telah berhasil membuat simulasi osilasi redaman pada software tracker 4.86. Dengan menggunakan perangkat lunak ini perilaku sistem osilasi redaman dapat di stimulasikan dengan cepat dan akurat.

E. KESIMPULAN DAN SARAN

1. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan simulasi osilasi teredam dengan menggunakan software tracker 4.86 dapat di simpulkan sebagai berikut :

a. Konstanta redaman pegas di udara dengan nilai y = + 0.024 kg/s. sedangkan konstanta redaman pegas di dalam fluida dengan nilai y = - 0.003 kg/s.

b. Gaya gesekan pegas di udara dengan nilai = - 0.69 N. Sedangkan gaya gesekan pegas di dalam fluida dengan nilai = - 0.045 N.

c. Grafik hubungan antara y dan t untuk menentukan konstanta redaman pegas di udara dan di dalam fluida. Grafik yang di hasilkan di udara merapat sehingga akan mendekati nol. Sedangkan osilasi di dalam fluida jarang dan seiring berjalannya waktu akan kembali pada posisi setimbang benda.

2. Saran

Saran yang dapat saya berikan pada percobaan ini adalah :

a. Untuk praktika agar kebersihan laboratorium selalu di jaga

b. Untuk asisten, kinerjanya sebagai asisten sudah cukup baik, interaksi dengan praktikan baik, pembawaan yang humoris membuat praktikan tidak merasa bosan. Sehingga dalam melakukan percobaan praktikan tetap merasa enjoy dan paham. Semoga bisa di pertahankan dan di tingkatkan lagi.

c. Untuk pengelola lab agar mengganti alat-alat lab yang sudah rusak.

DAFTAR PUSTAKA

Giancolli, D. 1997. Fisika Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta : Erlangga

Halliday, D. 1985. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga . Jakarta : Erlangga

Sutrisno . 1977. Fisika Dasar Mekanika . Bandung : ITB