I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Dalam kehidupan sehari-hari manusia, gravitasi adalah sesuatu yang amat vital. Bayangkan, tanpa gravitasi maka segala sesuatu yang ada dibumi ini akan melayang diudara dengan acak. Gravitasi bumi ini sendiri adalah gaya tarik yang dimiliki bumi yang menarik segala seuatu yang ada dipermukaan bumi menuju inti bumi. Sebuah apel yang terjatuh dari atas pohon yang tadinya diam akan jatuh ke tanah, dengan kecepatan yang berbeda tiap detiknya dan dengan kecepatan terbesar sesaat sebelum apel tersebut menyentuh tanah. Oleh sebab itu, gravitasi adalah suatu besaran vector berupa percepatan dengan nilai sebesar 9.81 m.s-2. Percepatan gravitasi yang dimiliki oleh planet yang berbeda memiliki nilai yang berbeda pula. Gaya berat suatu benda dapat berubah jika benda tersebut berada di tempat yang memiliki nilai gravitasi yang berbeda. B. Tujuan Praktikum Dalam Praktikum ini saya memiliki tujuan sebagai berikut: 1. Menentukan percepatan gerak jatuh bebas 2. Mengetahui pengaruh yang diberikan oleh gaya gravitasi 3. Mengetahui faktor yang dapat mempengaruhi kecepatan jatuh bebas suatu benda. 4. Mengetahui percepatn gravitasi bumi. 5. Mengetahui arah percepatan gravitasi bumi. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Gerak Jatuh Bebas 1. Pengertian Gerak Jatuh Bebas Contoh gerak jatuh bebas adalah buah kelapa yang jatuh dari pohonnya atau suatu benda yang jatuh dari ketinggian tetapi pada saat jatuh tidak didorong oleh gaya (jatuh dengan sendirinya). Atau anda bisa melakukan praktik gerak jatuh bebas dengan melepaskan suatu benda dari ketinggian tertentu. Gerak jatuh bebas akan terjadi jika anda melepaskan benda tersebut tidak dengan gaya dorong atau melemparnya tetapi cukup hanya dengan melepaskan benda tersebut dari genggaman. Di dalam kehidupan sehari-hari yang paling banyak contoh gerak jatuh bebas ini adalah pada buah-buahan yang jatuh dari pohonnya karena buah tersebut sudah matang. (Anonim, 2014) Menurut saya pribadi pengertian gerak jatuh bebas adalah suatu objek yang jatuh dari ketinggian dengan kecepatan awal nol. Secara teori pada gerak lurus berubah beratuan ini sebenarnya tidak jauh berbeda dengan Gerak Lurus Beraturan “GLB” ataupun Gerak Lurus Berubah Beraturan “GLBB”, hanya saja pada GJB ini dua hal pokok yang menjadi perbedaannya adalah kecepatan awal dan percepatan yang bekerja adalah percepatan gravitasi. Jadi jika pada gerak lurus berubah beratuan adanya percepatan, disimbolkan dengan "a" sedangkan pada “GJB” ini terdapat percepatan gravitasi disimbolkan dengan "g". Nilai percepatan gravitasi biasanya 9,81 meter per sekon kuadrat atau 10 meter per sekon kuadrat. (Akbar, 2012) 3 2. Rumus Gerak Jatuh Bebas Rumus yang berlaku pada gerak jatuh bebas adalah sbb : 𝑣 = √2𝑔ℎ................................................(2.1) 𝑡 = √2ℎ⁄𝑔...............................................(2.2) Keterangan : v = kecepatan benda yang jatuh (meter/sekon) t = waktu (sekon) g = percepatan gravitasi (meter / sekon kuadrat) h = tinggi benda yang jatuh (meter) B. Gravitasi 1. Sejarah Teori gravitasi Aristoteles percaya kalau benda yang lebih berat akan jatuh lebih cepat dari yang lebih ringan. Ini tentu anggapan yang masuk akal, bila anda memegang sebuah bulu di satu tangan dan batu di tangan lainnya dan menjatuhkannya secara serentak dari satu ketinggian, maka batu akan menimpa jari kaki anda lebih dulu. Ini tentu saja karena hambatan udara, namun bagi Aristoteles itu jelas kalau benda berat jatuh lebih cepat. Karya modern pada teori gravitasi dimulai dengan karya Galileo Galilei di akhir abad ke 16 dan awal abad ke17. dalam percobaan terkenalnya ia menjatuhkan bola-bola dari menara pisa, dan kemudian dengan pengukuran yang teliti pada bola yang turun pada sudut tertentu, galileo menunjukkan kalau gravitasi mempercepat semua benda pada tingkat yang sama. Ini adalah kemajuan besar dibanding keyakinan Aristoteles kalau benda berat jatuh lebih cepat. (Galileo dengan benar mengatakan kalau hambatan udara adalah alasan mengapa benda yang ringan jatuh lebih lambat dalam sebuah atmosfer. (Yusran, 2013) 4 Sifat dari gaya gravitasi telah dipelajari oleh ilmuan bertahun-tahun dan masih diselidiki oleh fisikawan teoritis. Untuk sebuah benda seukuran pesawat terbang, penjelasannya telah diberikan tiga ratus tahun lalu oleh Sir Isaac Newton dan cukup baik. Newton mengembangkan teori gravitasinya saat ia baru berusia 23 tahun dan menerbitkan teori-teori dengan hukum geraknya beberapa tahun kemudian. Gaya gravitasi antara dua benda tergantung pada massa benda dan kebalikan kuadrat jarak antara benda. Benda yang lebih besar menghasilkan gaya yang lebih besar dan semakin jauh kedua benda, semakin lemah gaya tariknya. Newton mampu menunjukkan hubungan ini dalam satu persamaan. (Putcaya, 2011) 𝐹=𝐺 𝑀.𝑚 𝑟2 ............................................(2.3) Keterangan: F= Gaya gravitasi G= Konstanta gravitasi (6.67 x 10−11 ) M= Massa benda 1 m= Massa benda 2 r= jarak pisah antara kedua benda 2. Pengertian Gaya Gravitasi Gaya gavitasi bumi adalah gaya tarik bumi terhadap benda-benda yang berada di atasnya. Ada beberapa teori gravitasi yang masih dalam penelitian. Ada juga teori yang mengatakan bahwa ini terjadi karena adanya partikel "gravitron" di dalam setiap atom. Atau ada teori yang mengatakan karena massa bumi sangat besar berbanding benda-benda yang berada di atasnya sehingga akan menimbulkan gaya tarik. Saya juga belum bisa memahami latar belakang gaya gravitasi itu terjadi secara ilmiah. Selain bumi, antar planet juga terjadi tarik menarik dengan nilai percepatan gravitasi yang berbeda. 5 C. Manfaat Gaya Gravitasi terhadap kehidupan sehari-hari Konsep dari gaya gravitasi ini sendiri, tentu saja mungkin anda sudah mengetahuinya yang telah dikemukakan oleh ilmuwan bernama Newton. Dia mencetuskan konsep gaya gravitasi ini ketika sedang beristirahat di bawah pohon apel, lalu kemudian secara tidak sengaja kepalanya kejatuhan buah apel, yang kemudian membuat dia berpikir dan mencetuskan konsep gaya gravitasi. Gravitasi sendiri, ada di antara kita semua, namun tentu saja kita tidak dapat melihatnya dan hanya bisa merasakannya dalam kehidupan kita seharihari. Tentu saja, gaya gravitasi ini memiliki banyak sekali manfaat bagi kehidupan dan bagi kelangsungan hidup umat manusia di bumi. Nah, berikut ini adalah beberapa manfaat gaya gravitasi yang ada di bumi kita ini : 1. Membuat segala benda yang ada di bumi berada pada tempatnya Segala benda, baik benda hidup ataupun benda mati yang ada di bumi mengikuti gaya gravitasi yang dihasilkan oleh planet ini. Manfaat gaya gravitasi bumi ini, maka semua benda yang ada di bumi tidak melayang, dan menjadi lebih mudah untuk menjaga letaknya. Bisa dibayangkan ketika gaya gravitasi bumi hilang? Segala perabotan dan benda akan melayang-layang tidak jelas dan tidak akan ada manfaatnya sama sekali. 2. Membuat segala benda memiliki berat Gaya gravitasi juga dapat mempengaruhi berat dari benda-benda yang ada di bumi. Dengan adanya gaya gravitasi, maka setiap benda yang berada di bumi memiliki beratnya sendiri, berbeda ketika berada pada angkasa luar yang tidak memiliki gravitasi, maka semua benda akan melayang – layang dan tidak memiliki berat. 3. Sebagai sumber energi Gaya gravitasi bumi juga secara tidak sadar kita manfaatkan sebagai salah satu sumber energy. Aliran dari sungai yang dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga air juga pada dasarnya memanfaatkan gaya 6 gravitasi bumi dalam menggerakan kincir air, selain ituair yang mengalir juga dikarenakan adanya gaya gravitasi bumi. Apabila tidak ada gaya gravitasi bumi, air akan diam dan melayang – layang di udara , dan tidak akan menimbulkan manfaat. 4. Menjaga agar bulan berada pada orbitnya Bulan merupakan satelit alami yang dimiliki oleh bumi. Bulan selain indah ketika dipandang pada malam hari, dan juga sebagai salah satu media penerangan pada malam hari juga perpengaruh pada pasang surutnya air laut. Bulan sendiri dapat berada tetap pada orbitnya karena adanya pengaruh gaya gravitasi bumi, sehingga bulan tidak akan keluar dari orbit dan menjauhi bumi. 5. Menjaga satelit buatan agar berada pada orbitnya Selain bulan, bumi juga memiliki banyak sekali satelit buatan yang orbitnya mengelilingi bumi. Satelit ini diluncurkan dan mengorbit karena adanya gaya gravitasi yang dihasilkan oleh bumi sehingga satelit-satelit tersebut tetap berada pada orbitnya. Itulah manfaat gaya gravitasi bumi bagi kehidupan kita sehari-hari. Gaya gravitasi bumi memang tidak dapat kita lihat, namun dapat kita rasakan malalui setiap apa yang kita lakukan di muka bumi ini. (Ana, 2015) III. METODELOGI PRAKTIKUM A. Alat dan Bahan Berikut adalah alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini: 1. Penggaris Gambar 3.1 Penggaris 2. Stopwatch Gambar 3.2 Stopwatch 3. Beban (batu, bola kertas, kertas) Gambar 3.3 batu Gambar 3.4 Bola kertas Gambar 3.5 Kertas B. Prosedur Praktikum Berikut adalah prosedur yang saya lakukan dalam praktikum: 1. Mengukur tinggi jarak antara titik star dengan titik jatuh. 2. Menyiapkan beberapa benda yang akan diujikan seperti batu, bola kertas, dan kertas. 3. Menjatuhkan batu dari titik start. 4. Menghidupkan stopwatch ketika batu dijatuhkan. 5. Mematikan stopwatch ketika batu menyentuh titik jatuh. 6. Mencatat data yang didapat kedalam tabel pengamatan. 7. Mengulangi percobaan sampai 5 kali pengulangan. 8. Mengganti batu dengan bola kertas. 9. Mengulangi langkah (3) sampai langkah (7) menggunakan bola kertas. 10. Mengganti bola kertas dengan lembaran kertas. 11. Mengulangi langkah (3) sampai langkah (7) menggunakan lembaran kertas. IV. DATA DAN PEMBAHASAN A. Data Percobaan Dari praktikum yang telah saya lakukan, berikut adalah data yang dapat saya peroleh: 1. Hasil pengamatan waktu tempuh batu untuk menyentuh tanah Tabel 4.1 Hasil pengamatan batu Pengukuran ke x (m) t (s) t2 (s2) g (2x/t2) 1 2 3 4 5 Rata-rata Ketidakpastian pengukuran Error pengukuran 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0 0% 0.16 0.15 0.18 0.18 0.17 0.168 0.018 10.95% 0.025 0.022 0.032 0.032 0.028 0.028 0.003 12.22% 57.81 65.77 45.67 45.67 51.21 53.22 34.25 64.35% 2. Hasil pengamatan waktu tempuh kertas untuk menyentuh tanah Tabel 4.2 Hasil pengamatan kertas Pengukuran ke x (m) t (s) t2 (s2) g (2x/t2) 1 2 3 4 5 Rata-rata Ketidakpastian pengukuran Error pengukuran 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0 0% 0.95 1 0.92 1.03 0.97 0.97 0.032 3.36% 0.90 1 0.84 1.06 0.94 0.95 0.064 6.76% 1.63 1.48 1.74 1.39 1.57 1.56 0.101 6.5% 3. Hasil pengamatan waktu tempuh bola kertas untuk menyentuh tanah Tabel 4.3 Hasil pengamatan bola kertas Pengukuran ke x (m) t (s) t2 (s2) g (2x/t2) 1 2 3 4 5 Rata-rata Ketidakpastian pengukuran Error pengukuran 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0 0% 0.13 0.18 0.16 0.17 0.18 0.164 0.015 9.26% 0.016 0.032 0.025 0.028 0.032 0.027 0.003 11.39% 87.57 45.67 57.81 52.21 45.67 57.79 35.21 60.92% B. Pembahasan Dari data-data yang didapatkan dapat dilihat bahwa batu memiliki waktu tempuh yang lebih kecil dibandingkan lembaran kertas yang dijatuhkan dengan posisi horizontal dan memiliki waktu tempuh yang cenderung sama dengan waktu tempuh yang dialami oleh kertas yang telah digumpalkan. Mengapa batu dan gumpalan kertas memiliki waktu tempuh yang jauh lebih singkat dibandingkan lembaran kertas? Ini sesuai dengan teori yang dicetuskan oleh Galileo Galilei yang mengatakan bahwa gravitasi dipengaruhi oleh gesekan udara. Jadi semakin besar area yang dimiliki benda, maka semakin besar pula gesekan yang terjadi antara benda tersebut dengan udara. Kecepatan jatuh lembaran kertas tentu akan berbeda pula jika dijatuhkan secara vertical. Karena mengikuti teori Galielo Galilei, semua benda di permukaan bumi akan mengalami percepatan gravitasi yang sama jika hambatan udara diabaikan. Dan ternyata nilai percepatan gravitasi yang kita ketahui selama ini, yaitu sebesar 9.81 m/s2 adalah nilai yang mengabaikan hambatan udara atau dengan kata lain nilai ini hanya terjadi pada ruang vakum atau ruang hampa udara. Jadi sebenarnya secara praktik atau di lapangan, nilai percepatan gravitasi sebenarnya adalah kurang dari nilai 9.81 ini dikarenakan adanya efek hambatan udara. Dalam tabel percobaan pertama, yaitu pengamatan waktu yang ditempuh oleh batu untuk menyentuh tanah, nilai rata-rata waktu tempuhnya didapat dari 0.16 s + 0.15 s + 0.18 s + 0.18 s + 0.17 s dan kemudian hasilnya dibagi dengan banyaknya data yaitu 5, yang menghasilkan nilai 0.168 s. Ketidakpastian pengukuran waktunya didapat dari pengurangan mutlak nilai rata-ratanya dengan nilai t1 sampai t5 dan hasilnya kemudian dibagi 5, dan didapatlah 0.018 s sebagai nilai ketidakpastian pengukuran waktunya. Nilai error didapat dari 0.018 s yang dibagi dengan 0.168 s dan hasilnya dikali 100 %, dan didapatlah 10.95 % sebagai nilai error nya. Kemudian nilai t2 adalah nilai kuadrat dari t1 sampai t5, nilai rata-rata didapat dari 0.0256 s2 + 0.225 s2 + 0.324 s2 + 0.324 s2 + 0.324 s2 dan kemudian hasilnya dibagi dengan banyaknya data yaitu 5, yang menghasilkan nilai 0.028 s. Ketidakpastian pengukuran waktunya didapat dari pengurangan mutlak nilai rata-ratanya dengan nilai t1 sampai t5 dan hasilnya kemudian dibagi 5, dan didapatlah 0.003 s sebagai nilai ketidakpastian pengukuran waktunya. Nilai error didapat dari 0.003 s yang dibagi dengan 0.028 s dan hasilnya dikali 100 %, dan didapatlah 12.22 % sebagai nilai error nya. Dan nilai gravitasinya didapat dari ketinggian dikali 2 dan dibagi dengan nilai kuadrat waktu. Nilai rata-rata didapat dari 57.81 + 65.77 + 45.67 + 45.67 + 51.21 dan kemudian hasilnya dibagi dengan banyaknya data yaitu 5, yang menghasilkan nilai 53.22 . Ketidakpastian pengukuran waktunya didapat dari pengurangan mutlak nilai rata-ratanya dengan nilai t1 sampai t5 dan hasilnya kemudian dibagi 5, dan didapatlah 34.25 sebagai nilai ketidakpastian pengukuran waktunya. Nilai error didapat dari 34.25 yang dibagi dengan 53.22 dan hasilnya dikali 100 %, dan didapatlah 64.35 % sebagai nilai error nya. Dalam tabel percobaan kedua, yaitu pengamatan waktu yang ditempuh oleh lembar kertas untuk menyentuh tanah, nilai rata-rata waktu tempuhnya didapat dari 0.95 s + 1 s + 0.92 s + 1.03 s + 0.97 s dan kemudian hasilnya dibagi dengan banyaknya data yaitu 5, yang menghasilkan nilai 0.97 s. Ketidakpastian pengukuran waktunya didapat dari pengurangan mutlak nilai rata-ratanya dengan nilai t1 sampai t5 dan hasilnya kemudian dibagi 5, dan didapatlah 0.032 s sebagai nilai ketidakpastian pengukuran waktunya. Nilai error didapat dari 0.032 s yang dibagi dengan 0.97 s dan hasilnya dikali 100 %, dan didapatlah 3.36 % sebagai nilai error nya. Kemudian nilai t2 adalah nilai kuadrat dari t1 sampai t5, nilai rata-rata didapat dari 0.90 s2 + 1 s2 + 0.84 s2 + 1.06 s2 + 0.94 s2 dan kemudian hasilnya dibagi dengan banyaknya data yaitu 5, yang menghasilkan nilai 0.95 s. Ketidakpastian pengukuran waktunya didapat dari pengurangan mutlak nilai rata-ratanya dengan nilai t1 sampai t5 dan hasilnya kemudian dibagi 5, dan didapatlah 0.064 s sebagai nilai ketidakpastian pengukuran waktunya. Nilai error didapat dari 0.064 s yang dibagi dengan 0.95 s dan hasilnya dikali 100 %, dan didapatlah 6.76 % sebagai nilai error nya. Dan nilai gravitasinya didapat dari ketinggian dikali dengan 2 dan kemudian dibagi dengan nilai kuadrat waktu. Nilai rata-rata didapat dari 1.63 + 1.48 + 1.74 + 1.39 + 1.57 dan kemudian hasilnya dibagi dengan banyaknya data yaitu 5, yang menghasilkan nilai 1.56. Ketidakpastian pengukuran waktunya didapat dari pengurangan mutlak nilai rata-ratanya dengan nilai t1 sampai t5 dan hasilnya kemudian dibagi 5, dan didapatlah 0.101 sebagai nilai ketidakpastian pengukuran waktunya. Nilai error didapat dari 0.101 yang dibagi dengan 1.56 dan hasilnya dikali 100 %, dan didapatlah 6.5 % sebagai nilai error nya. Dalam tabel percobaan ketiga, yaitu pengamatan waktu yang ditempuh oleh bola kertas untuk menyentuh tanah, nilai rata-rata waktu tempuhnya didapat dari 0.13 s + 0.18 s + 0.16 s + 0.17 s + 0.18 s dan kemudian hasilnya dibagi dengan banyaknya data yaitu 5, yang menghasilkan nilai 0.164 s. Ketidakpastian pengukuran waktunya didapat dari pengurangan mutlak nilai rata-ratanya dengan nilai t1 sampai t5 dan hasilnya kemudian dibagi 5, dan didapatlah 0.015 s sebagai nilai ketidakpastian pengukuran waktunya. Nilai error didapat dari 0.015 s yang dibagi dengan 0.164 s dan hasilnya dikali 100 %, dan didapatlah 9.26 % sebagai nilai error nya. Kemudian nilai t2 adalah nilai kuadrat dari t1 sampai t5, nilai rata-rata didapat dari 0.016 s2 + 0.032 s2 + 0.025 s2 + 0.028 s2 + 0.032 s2 dan kemudian hasilnya dibagi dengan banyaknya data yaitu 5, yang menghasilkan nilai 0.027 s. Ketidakpastian pengukuran waktunya didapat dari pengurangan mutlak nilai rata-ratanya dengan nilai t1 sampai t5 dan hasilnya kemudian dibagi 5, dan didapatlah 0.003 s sebagai nilai ketidakpastian pengukuran waktunya. Nilai error didapat dari 0.003 s yang dibagi dengan 0.027 s dan hasilnya dikali 100 %, dan didapatlah 11.39 % sebagai nilai error nya. Dan nilai gravitasinya didapat dari ketinggian dikali dengan 2 dan kemudian dibagi dengan nilai kuadrat waktu. Nilai rata-rata didapat dari 87.57 + 45.67 + 57.81 + 52.21 + 45.67 dan kemudian hasilnya dibagi dengan banyaknya data yaitu 5, yang menghasilkan nilai 57.79. Ketidakpastian pengukuran waktunya didapat dari pengurangan mutlak nilai rata-ratanya dengan nilai t1 sampai t5 dan hasilnya kemudian dibagi 5, dan didapatlah 35.21 sebagai nilai ketidakpastian pengukuran waktunya. Nilai error didapat dari 35.21 yang dibagi dengan 57.79 dan hasilnya dikali 100 %, dan didapatlah 60.92 % sebagai nilai error nya. V. PENUTUP A. Kesimpulan Adapun kesimpulan yang saya dapatkan adalah: 1. Percepatan gravitasi tidak dipengaruhi oleh massa benda. 2. Hambatan udara mempengaruhi percepatan yang dialami oleh benda. 3. Semakin besar luas permukaan benda semakin besar pula hambatan udara yang bekerja pada benda. 4. Tinggi jarak jatuh mempengaruhi waktu tempuh benda, semakin tinggi jarak semakin besar waktu yang butuhkan benda untuk menyentuh lantai. B. Saran Adapun saran yang dapat saya berikan adalah: 1. Sebaiknya mahasiswa mempelajari terlebih dahulu teori tentang gravitasi dan gerak jatuh bebas sebelum melakukan praktikum. 2. Sebaiknya menggunakan stopwatch yang sebenarnya karena lebih mudah dan presisi 3. Saat menjatuhkan benda pastikan benda selalu mulai dari titik start yang telah disepakati. 4. Sebaiknya jarak antara titik start dan lantai dibuat agak jauh untuk memberikan waktu pagi pengamat untuk memperhatikan gerak benda. DAFTAR PUSTAKA Akbar, Dian. 2013. “GLB, GLBB dan GJB”. Diakses di http://dianakbar.blogspot.co.id/2013/11/GLB-GLBB-dan-GJB.html pada tanggal 18 April 2016 pukul 10.30 WIB. Ana, Putri. 2015. “Pengaruh Gravitasi”. Diakses http://unipa2013.blogspot.co.id/2015/08/pengaruh-gravitasi.html di pada tanggal 18 April 2016 pukul 12.00 WIB. Anonim. 2014. “Pengertian Gerak Jatuh Bebas”. Diakses di http://www.zonasiswa.com/2014/08/gerak-jatuh-bebas.html pada tanggal 18 April 2016 pukul 11.00 WIB. Putcaya, Franda. 2012. “Gravitasi”. Diakses di https://unitedscience.wordpress.com/ipa-1/bab-iv-gravitasi pada tanggal 18 April 2016 pukul 10.00 WIB. Yusran. 2013. “Praktikum Fisika Tentang Pengukuran”. Diakses http://yusranphysics.blogspot.com/2013/11/laporan-praktikum-fisikatentang vektor.html pada tanggal 18 April 2016 pukul 11.30 WIB. di LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR (Gravitasi) Dosen : Martinus, S.T., M.Sc. Oleh : Nama : M.Muadz Syafiq NPM : 1815021013 Kelompok : III Hari/Tanggal Praktikum : Jum’at 01 September 2019 Asisten : Fauzi Ibrahim (1415021054) LABORATORIUM MEKATRONIKA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG 2016
