Penentuan Percepatan Gravitasi dengan Metode Gerak pada

Penentuan Percepatan Gravitasi dengan Metode Gerak pada Bidang Miring
Menggunakan Software Logger Pro
Lesnan 1, dan Yusnia Helinda 2
Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Ahmad Dahlan,
Kampus III, Jl. Prof. Dr. Soepomo, SH, Yogyakarta 55164 Indonesia
Surat-e: [email protected]
Eksperimen ini mengenai penentuan percepatan gravitasi dengan metode gaya gerak benda pada bidang
miring dengan mengaplikasikan hukum II Newton yang berbasis Microcomputer Based Laboratory (MBL).
Benda yang diletakan pada suatu bidang miring sehingga meluncur menuruni bidang miring dengan
kecepatan tertentu karena besarnya sudut yang berbeda-beda. Gerak benda tersebut diukur dengan sensor
gerak yang dihubungkan dengan Interface LabQuest Mini serta terhubung dengan laptop. Data yang diolah
dengan software Logger Pro sehingga nilai percepatan dari benda dapat diperoleh. Hasil pengolahan data
menghasilkan nilai gravitasi adalah sebesar g = 8.44481 m/s2 dengan nilai ralat sebesar 0.00431.
Kata kunci: gerak pada bidang miring, penentuan gravitasi, gerak lurus berubah beraturan
I.
Pendahuluan
Gravitasi adalah gaya tarik menarik antar benda yang
memiliki massa di alam semesta ini. Namun tidak semua
tempat memiliki percepatan gravitasi yang sama. Percepatan
gravitasi dipengaruhi oleh posisi tempat atau ketinggian dan
massa benda. Terkait dengan penentuan percepatan gravitasi
bumi, terdapat beberapa metode atau cara untuk
menentukan nilai percepatan gravitasi bumi. Salah satunya
yang akan digunakan dalam eksperimen ini adalah dengan
metode gerak pada bidang miring.
Gerak pada bidang miring adalah gerak yang lintasanya
lurus pada bidang miring. Bidang miring adalah suatu
permukaan datar yang memiliki suatu sudut, yang bukan
sudut tegak lurus terhadap permukaan horizontal. Untuk
mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada benda yang
bergerak pada bidang miring maka digunakan konsep dari
hukum II Newton. Dari persamaan hukum II Newton
diperoleh persamaan percepatan gravitasi yang akan
digunakan dalam eksperimen ini. Pada eksperimen ini juga
digunakan software Logger Pro dan Vernier Motion
Detector (sensor gerak) yang disambungkan pada laptop
untuk memperoleh data analisis.
Percepatan gravitasi pada setiap tempat berbeda
dipermukaan bumi tidaklah sama. Di equator percepatan
gravitasi sekitar 9.78 m/s2, sedangkan didaerah kutub
sekitar 9.83 m/s2. Terdapat tiga faktor yang mempengaruhi
hal tersebut. Pertama, bentuk bumi yang tidak benar-benar
bulat yaitu pepat atau elips. Sehingga gaya sentripental yang
menentang gravitasi lebih besar di equator ke pusat bumi.
Akibatnya percepatan gravitasi bumi di equator lebih kecil
daripada kutub. Kedua, topografi permukaan bumi yang
beragam menyebabkan percepatan gravitasi. Karena
percepatan gravitasi tergantung dari jaraknya terhadap
permukaan bumi. Sehingga semakin tinggi sebuah benda
dari permukaan bumi, semakin kecil percepatan gravitasi.
Ketiga, kepadatan atau kerapatan massa bumi yang berbedabeda menghasilkan gravitasi pada permukaan bumiyang
berbeda pula. Makin padat atau rapat massa bumi maka
makin kecil gravitasinya. Daratan merupakan wilayah yang
memiliki kerapatan massa yang tinggi sehingga gravitasinya
lebih kecil dari pada wilayah lautan (Daryono, 1992: 1415).
Nilai g dapat diukur dengan berbagai metode. Salah satu
metode yang bisa digunakan yaitu dengan menganalisis
gerak suatu benda pada bidang miring. Percobaan ini
bertujuan untuk menganalisis gerak benda pada bidang
miring, mengetahui gaya apa saja yang bekerja pada benda
tersebut, serta menentukan nilai percepatan gravitasi dengan
menggunakan persamaan linear.
II. Landasan Teori
GLBB (Gerak Lurus Berubah Beraturan)
GLBB adalah gerak suatu benda pada lintasan lurus dengan
percepatan konstan dengan kecepatan (percepatan positif),
maka kecepatanya semakin lama semakin cepat yang disebut
dengan GLBB. Suatu benda yang bergerak pada bidang
miring adalah salah satu contoh benda yang bergerak lurus
lesnan, yusnia
penentuan percepatan gravitasi dengan metode
berubah beraturan. (rahmadhani, dkk, 2007:1) Persamaan
GLBB yang menggunakan jarak sebagai fungsi waktu :
X (t )  X 0  v0  12 at 2
(1)
Jadi benda bergerak akibat adanya komponen gaya berat
yang sejajar denga bidang miring.
III. Metode Eksperimen
Hukum II Newton
Konsep suatu benda yang bergerak berubah beraturan, tidak
terlepas dari konsep hukun II Newton. Yaitu gaya yang
diberikan pada suatu benda, sebanding dengan massa dan
percepatanya.
F  ma
(2)
Eksperimen gerak pada bidang miring berlaku hukum II
Newton, bahwa jika suatu gaya luar total bekerja pada suatu
benda, maka benda akan mengalami percepatan. Arah
percepatan tersebut sama dengan arah gaya total.
Alat dan bahan
1. Vernier Dynamic Track
2. Kereta
3. Motion detector
4. Logger pro
5. Laptop
6. Vernier dataa-collection interface
7. Pengait sensor gerak
8. Balok pengganjal
(3)
Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang
memiliki suatu sudut , yang bukan sudut tegak lurus,
terhadap permukaan horizontal. Penerapan bidang miring
dapat mengatasi hambatan besar dengan menerapkan gaya
yang relatif lebih kecil melalui jarak yang lebih jauh, dari
pada jika beban itu diangkat vertikal. Dalam istilah teknik
sipil, kemiringan (rasio tinggi dan jarak) sering disebut
dengan gradien. Gaya-gaya yang bekerja pada benda
ditampilkan pada gambar 1.
Prosedur percobaan
1. Sensor gerak dihubugkan ke interface yang
tersambung ke laptop.
2. Sensor gerak dipasang ke pengait yang terdapat
diujung track.
3. Bagian ujung track yang terdapat sensor gerak
diangkat, kemudian diganjal dengan balok.
4. Pasanglah papan luncur (bidang miring) kemudian
letakkan kereta yang sudah dihubungkan dengan
ticker timer diatasnya sambil dihitung ketinggian
bidang miring dengan menggunakan mistar.
5. Lepaskan kereta dan biarkan bergerak turun di
sepanjang bidang miring sampai memantul.
6. Waktu tempuh kereta menyusuri bidang miring
diukur dengan software logger pro menggunakan
 F  ma
laptop.
7. Langkah diatas dilakukan pada sepuluh ketinggian
yang berbeda sebanyak sepuluh kali.
8. Data ditulis kedalam tabel.
Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada bidang miring
Sumber gambar www.rumushitung.com.
Dengan menggunakan persamaan hukum II Newton maka
diperoleh percepatan.
F sin   ma
w sin   ma
mg sin   ma
a  g sin 
(4)
(5)
(6)
(7)
Permukaan bidang miring sangat licin (gesekan nol),
terdapat beberapa kondisi yang berbeda. Sebagaimana
ditunjukan pada gambar 1. Benda meluncur pada bidang
miring yang licin (gaya gesekan = 0) tanpa ada gaya tarik.
lesnan, yusnia
Metode pengambilan data
Eksperimen ini menggunakan vernier motion detector
(sensor gerak) yang diletakkan didepan papan lintasan dan
dihubungkan dengan interface. Pada eksperimen ini yaitu
menentukan percepatan kereta yang bergerak pada lintasan
dengan ketinggian y yang bervariasi. Dari nilai y yang
bervariasi akan menghasilkan variasi nilai sin ɵ. Nilai
y dengan nilai y sebagai tinggi bidang dan r sebagai
sin  
r
panjang lintasan. Percepatan a diperoleh dari grafik
kecepatan terhadap waktu yang ditampilkan pada laptop
menggunakan software logger pro. Ketika kereta digerakkan
pada bidang miring sensor gerak yang dihubungkan dengan
interface akan membaca kecepatan kereta yang di tampilkan
penentuan percepatan gravitasi dengan metode
dalam bentuk grafik kecepatan terhadap waktu. Kemudian
diambil gradien dari grafik tersebut dan dilakukan fitting
agar memperoleh garis lurus sehingga didapat nilai
percepatanya. Kemudian dilakukan pengumpulan nilai a, y,
dan r.
Tabel 2. Perhitungan nilai g
No.
a(m/s2)
sinɵ
1
6.3
0.4313
g(m/s2)
8.33162
2
6.7
0.4643
8.43364
IV. Hasil dan Pembahasan
3
7.1
0.4812
8.24817
Pada eksperimen ini, diperoleh data yang dapat dilihat
pada Tabel 1.
Tabel 1. Data eksperimen
No.
y(cm)
r(cm)
a(m/s2)
1
6.3
121.7
0.4313
4
7.5
0.5065
8.21881
5
7.9
0.5373
8.27714
6
8.3
0.5641
8.27120
7
8.7
0.6192
8.66168
2
6.7
121.7
0.4643
8
9.1
0.6472
8.65541
3
7.1
121.7
0.4812
9
9.5
0.6867
8.79699
4
7.5
121.7
0.5065
10
9.9
0.6958
8.55342
5
7.9
121.7
0.5373
6
8.3
121.7
0.5641
7
8.7
121.7
0.6192
8
9.1
121.7
0.6472
9
9.5
121.7
0.6867
10
9.9
121.7
0.6958
Dimana grafik linear yang menunjukkan hubungan antara
a dan sin ɵ ditunjukkan pada Grafik 1. Kemudian dari data
tersebut kami menentukan nilai percepatan gravitasi
menggunakan persamaan (7). Hasil perhitungan dapat
dilihat pada Tabel 2.
lesnan, yusnia
Rata-rata
8.44481
Dengan menghitung data percobaan didapat nilai gravitasi
sebesar g = 8.44481 m/s2. Data nilai keakuratan data
sebesar 85.71%. Suatu benda pada bidang miring bergerak
karena dipengaruhi oleh percepatan gravitasi. Semakin besar
sudut kemiringan bidang maka semakin besar percepatan
benda. Dan semakin kecil sudut kemiringan, maka semakin
kecil pula percepatan benda.
Dari hasil perhitungan didapatkan nilai gravitasi sebesar g =
8.44481 m/s2 dan tetapan gravitasi sebesar g = 9.78 m/s2 .
Nilai keakuratan pada perhitungan adalah sebesar 85.71%.
Pada nilai perhitungan dan ketetapan gravitasi terlihat
perbedaan. Tingkat kesalahan termasuk kecil sehingga data
dan perhitungan diatas dapat dinyatakan cukup baik
walaupun masih terdapat perbedaan yang dikarenakan
faktor percepatan gravitasi tergantung dari jaraknya
terhadap permukaan bumi dan hal ini dikarenakan sudut
yang terlalu kecil (mendekati nol). Serta pengaruh gaya
gesek yang dialami benda.
penentuan percepatan gravitasi dengan metode
Grafik 1. Grafik linear
V. Kesimpulan
Jarak antara setiap ketinggian yang bertambah
menunjukkan bahwa kereta yang diluncurkan diatas bidang
miring melakukan gerakan GLBB dipercepat. Dan hasil
perhitungan yang didapatkan nilai gravitasi sebesar g =
8.44481 m/s2 dan tetapan gravitasi sebesar g = 9.8 m/s
disini terlihat perbedaan yang tidak signifikan dengan nilai
tingkat keakuratan data adalah sebesar 85.71 % . Penyebab
hal ini dikarenakan sudut ɵ yang terlalu kecil (mendekati
nol). Serta pengaruh gaya gesek yang dialami benda.
Kepustakaan
Daryono. (1992). Penentuan koefisien momen inersia pada
bidang miring, 14-15.
Rahmadhani, &. dkk. (2007). laporan hasil penelitian fisika.
Retrieved
from
http://xflash.files.com/2007/12/praktikumfisika.pdf
Tipler, P. A. (1991). Fisika Untuk Sains dan Teknik.
Jakarta: Erlangga.
lesnan, yusnia