jurnal buat di burning

RANCANG BANGUN ALAT PENGUKUR KECEPATAN RAMBAT GELOMBANG PADA KAWAT BERBASIS
MIKROKONTROLER
Arie Fajrianto Nugroho, Dr Prawito, Drs. Arief Sudarmaji, M.T
DepartemenFisika, FMIPAUI, KampusUI Depok 16424
[email protected]
Abstrak
Telah dibuat sebuah alat pengukur kecepatan rambat gelombang pada kawat. Alat ini berbasis pada percobaan Melde. Gaya
tegang tali diberikan oleh tarikan motor dc, sedangkan besar gaya tarikannya dibaca oleh sensor strain gauge. Untuk
membangkitkan gelombang pada kawat, kawat akan dialiri sinyal listrik sinusoidal yang frekuensinya dapat diatur, dan
kawat diletakkan diantara dua buah kutub magnet permanen. Batang magnet permanen dipasang ditengah – tengah panjang
kawat. Untuk mengetahui besarnya simpangan getaran yang timbul, digunakan detektor koil elektromagnetik yang akan
menghasilkan tegangan listrik sebanding dengan besarnya simpangan getaran pada kawat. Tegangan listrik yang dihasilkan
akan dibaca oleh mikrokontroler melalui ADC. Semua proses pengaturan dan pengambilan data dilakukan oleh
mikrokontroler, dan hasilnya ditampilkan ke komputer yang terhubung melalui komunikasi serial.
Kata kunci : Motor DC, Sensor Strain Gauge, Percobaan Melde, detektor koil elektromagnetik,magnet permanen,
Gelombang berdiri.
Design of Microcontroller-based System for Measuring Wave Speed on String
Abstract
Instrumentation system for measuring wave speed on awire has been built. This system is designed based on Melde’s
experiment. Tension force on the wire is given by a DC motor, while the magnitude of the force is measured using straingauge-based sensor. Frequency controllable sinusoidal signal is flown through the wire where is located between two pole
permanent magnet in order to generate the sinusoidal wave on the wire. The permanent magnet bar is set up in the middle of
the length of the wire. Electromagnetic coil detector will generate electrical voltage that is proportional to the dsiplacement
of wave vibration, and the voltage will be measured by microcontroller using its ADC unit. All of the control and data
aquisition is executed by microcontroller, and then the result is displayed on a computer which is connected using serial
communication.
Keywords: DC motors, Strain-Gauge-based Sensor, Melde’s Experiment, Electromagnetic coil detector, Permanent magnet,
Stasionary wave.
PENDAHULUAN
Eksperimen Melde mempelajari tentang besaranbesaran yang mempengaruhi cepat rambat gelombang pada tali.
Melde menemukan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai
sebanding dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik
dengan akar massa persatuan panjang dawai.
=
Dengan :
µ=
Dimana :
= cepat rambat gelombang (m/s)
F = gaya tegangan tali (Newton)
= rapat massa linier tali (massa tali/panjang tali) (kg/m)
Percobaan Melde digunakan untuk menyelidiki cepat
rambat gelombang dalam dawai. Seperti terlihat pada gambar,
Gambar 1. Percobaan Melde
Pada salah satu ujung tangkai garpu tala
diikatkan erat-erat sehelai kawat halus lagi kuat. kawat
halus tersebut ditumpu pada sebuah katrol dan ujung
kawat diberi beban, misalnya sebesar g gram. Garpu
tala digetarkan dengan elektromagnet secara terus
menerus, hingga amplitudo yang ditimbulkan oleh
garpu tala konstan.
METODE PENELITIAN
Pada pembuatan alat pengukur kecepatan gelombang
pada kawat, dibutuhkan beberapa pemahaman dasar, perancangan
sistem, pembuatan perangkat lunak dan juga mekanik yang akan
digunakan penulis dalam penyusunan alat “Rancang Bangun Alat
Pengukur Kecepatan Rambat Gelombang pada Kawat”.
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
-
-
Gelombang
Gelombang adalah getaran yang merambat. Bentuk
ideal dari suatu gelombang akan mengikuti gerak sinusoide.
Selain radiasi elektromagnetik, dan mungkin radiasi gravitasi,
yang bisa berjalan lewat vakum, gelombang juga terdapat pada
medium karena perubahan bentuk dapat menghasilkan gaya
memulihkan yang lentur di mana mereka dapat berjalan dan dapat
memindahkan energi dari satu tempat kepada lain tanpa
mengakibatkan partikel medium berpindah secara permanen yaitu
tidak ada perpindahan secara masal. Apalagi, setiap titik khusus
berosilasi di sekitar satu posisi tertentu.Suatu medium disebut:
1.
2.
3.
4.
linear jika gelombang yang berbeda di semua titik
tertentu di medium bisa dijumlahkan,
terbatas jika terbatas, selain itu disebut tak terbatas
seragam jika ciri fisiknya tidak berubah pada titik yang
berbeda
isotropic jika ciri fisiknya "sama" pada arah yang
berbeda
Pada hakekatnya gelombang merupakan rambatan
energi (energi getaran). Ada beberapa macam-macam
gelombang.
Menurut arah getarnya:
1.
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah
getarnya tegak lurus terhadap arah rambatannya. Contoh:
gelombang pada tali, gelombang permukaan air,
gelombang cahaya, dll.
Gelombang Berjalan
Gelombang berjalan, yaitu gelombang dengan
amplitudo yang berubah di setiap titiknya. Gelombang
cahaya, gelombang tali dll.
•
Persamaan gelombang berjalan
Gambar 4. Gelombang Berjalan
Seutas tali OB . Titik O digetarkan terus menerus,
sehingga gelombang λ merambat menuju B dengan
Amplitudo A , frekuensi f , panjang gelombang dan
cepat rambat v. Titik P berjarak x dari asal getaran O,
maka waktu yang digunakan untuk merambat dari titik
O ke titik P adalah jarak dibagi kecepatan atau (top =
). Bila O telah bergetar t sekon maka titik p akan
bergetar selama
Tp = t – top = ( t - )...............................................(2.1)
Persamaan gelombangnya menjadi :
y = A sin ωtp = A sin ω(t - )...................................(2.2)
Dalam bentuk yang lain persamaan gelombang
tersebut menjadi:
Y = ± A sin (ωt ± kx).............................................(2.3)
ω = 2πf = › Frekuensi sudut (rad/s)
2.
Gambar 2. Gelombang Transversal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah
getarnya sejajar atau berimpit dengan arah rambatannya.
Contoh: gelombang bunyi dan gelombang pada pegas.
Gambar 3. Gelombang Longitudinal
Menurut amplitudo dan fasenya :
1.
Gelombang berjalan adalah gelombang yang amplitudo
dan fasenya sama di setiap titik yang dilalui gelombang.
2.
Gelombang diam (stasioner) adalah gelombang yang
amplitudo dan fasenya berubah (tidak sama) di setiap
titik yang dilalui gelombang.
k=
› bilangan gelombang
Tanda pada amplitudo A menunjukkan:
-: gelombang merambat ke kiri
+: gelombang merambat ke kanan
Tanda pada konstanta x menunjukkan:
+ : titik asal getaran ke atas
- : titik asal getaran ke bawah
•
Kecepatan dan percepatan simpangan
Kecepatan v adalah turunan dari simpangan
= atau =
cos ( − )......................(2.4)
dengan nilai kecepatan maksimum adalah
vmax = Aω................................................................(2.5)
Percepatan a adalah
= atau v = − ω sin( − ) = −ω y...(2.6)
dengan nilai percepatan maksimum
amax = Aω2 .............................................................(2.7)
•
Sudut Fase, Fase dan beda fase
Persamaan dapat diubah menjadi :
y = A sin (ωt – kx)......................................(2.8)
y = A sin 2π ( – )..........................................(2.9)
y = A sin 2πφ................................................(2.10)
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
Sudut fase adalah nilai sudut dari sin :
Θ = 2πφ........................................................(2.11)
........................................................(2.11)
Perpaduan antara gelombang datang dan
gelombang pantul adalah:
yp = Ap cos (ωt – kl)............................................(2.21)
Fase
Φ = ( – )....................................................(2.12)
Beda fase
∆φ = φ2 – φ1 = (
-
∆
-
∆
)..........................................(2.13)
Gelombang Diam (Stasioner)
Ap adalah amplitudo maksimum dengan
persamaan variabel sinus, sehingga ada nilai
maksimum dan nilai minimum nol. Dengan demikian
dapat ditentukan titik simpul dan titik perut, sbb:
Titik Simpul dan Titik Perut
Dari persamaan didapat
yp = 2 Asin (kx) cos (ωt – kl).............................(2.22)
yp = Ap cos (ωt – kl)............................................(2.23)
Titik Perut
Titik perut adalah titik yang amplitudonya selalu
maksimum
Ap = 2 Asin (kx) = 2A ........................................(2.24)
Sin (kx) = 1.........................................................(2.25)
# $
%
)
( &'#)
(kx) = , , , =
..........................(2.26)
x=
( &'#)
..................................................(2.27)
Titik perut
&
x = λ = (2n – 1) , n = 1,2,3,.............................(2.28)
(
Gambar 5. Gelombang Diam (Stasioner)
Gelombang stasioner adalah gelombang hasil
perpaduan atau interferensi dua gelombang yang berlawanan arah,
yaitu gelombang datang dan gelombang pantul yang memiliki
amplitudo dan frekuensi sama. Pada gelombang stasioner ada
titik-titik yang selalu bersimpangan maksimum (titik perut) dan
ada titik-titik yang simpangannya selalu nol (titik simpul). Yang
di bahas disini adalah gelombang pada tali .
(
Titik Simpul
Titik simpul adalah titik yang amplitudonya selalu nol.
Ap = 2 Asin (kx) = 0 ..........................................(2.29)
sin (kx) = 0 ...................................................(2.30)
(kx) = 0π,
π π,
π 2π,
π, ..... = nnπ ...................................(2.31)
x = nπ
π ....................................................(2.32)
1. Persamaan gelombang stasioner ujung terikat
Seutas tali panjangnya l dari OB , titik O digetarkan
terus menerus dan titik B diikat. Titik P berada X dari ujung
terikat. Hasil perpaduan gelombang datang dan gelombang pantul
adalah gelombang stasioner dan membentuk simpul dan perut.
Titik Simpul
x=
&
(
λ = (2n) , n = 0, 1, 2, 3, ....... ...................(2.33)
Gambar 6. Gelombang stasioner ujung terikat
Akan kita tinjau perpaduan gelombang datang dan
gelombang pantul di titik P Gelombang merah adalah gelombang
datang merambat ke kanan.
y1 = Asin (ωt – k(l - x))...........................................(2.14)
Gelombang hijau adalah gelombang pantul merambat
dari O - P - B - P dan berubah fase 180 derajat maka sudut
ditambah phi :
y2 = Asin ((ωt – k(l +x)) + π)...........................................(2.15)
y2 = Asin (- (ωt – k(l+x))))..............................................(2.16)
yp = y1 + y2 ..........................................................(2.17)
yp = Asin ((ωt – k(l + x)) + Asin ( - (ωt – k(l + x))................(2.18)
yp = Asin (ωt – kl + kx) + Asin ( - ωt
ω + kl + kx)....................(2.19)
yp = 2 Asin (kx) cos (ωt – kl)...........................................(2.20)
Gambar 7. Titik simpul dan titik perut gelombang
stasioner ujung terikat
2. Persamaan Gelombang Stasioner ujung bebas
Seutas tali panjangnya l dari OB , titik O
digetarkan terus menerus dan titik B diikat. Titik P
berada X dari ujung terikat. Hasil perpaduan
gelombang datang dan gelombang pantul adalah
gelombang stasioner dan membentuk simpul dan
perut.
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
Gambar 8. Gelombang stasioner ujung bebas
Akan kita tinjau perpaduan gelombang datang dan
gelombang pantul di titik P Gelombang merah adalah gelombang
datang merambat ke kanan.
y1 = Asin (ωt – k (l – x)) .......................................(2.34)
Gelombang hijau adalah gelombang pantul merambat
dari O - P - B - P dan berubah fase 180 derajat maka sudut
ditambah.
y2 = Asin ((ωt – k(l + x)).........................................(2.35)
Super posisinya menjadi
yp = 2 Acos (kx) sin (ωt – kl)......................................(2.36)
yp = Ap sin (ωt – kl)...............................................(2.37)
Gelombang stasioner biasa juga disebut
gelombang tegak, gelombang berdiri atau gelombang diam
adalah gelombang yang terbentuk dari perpaduan atau
interferensi dua buah gelombang yang mempunyai
amplitudo dan frekuensi yang sama, tapi arah
rambatnya berlawanan. Amplitudo pada gelombang
stasioner tidak konstan, besarnya amplitudo pada
setiap titik sepanjang gelombang tidak sama. Pada
simpul amplitudonya nol, dan pada perut amplitudonya
maksimum. Periode gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan
oleh gelombang untuk menempuh satu panjang gelombang penuh.
Panjang gelombang (λ
(λ) adalah jarak yang ditempuh
dalam waktu satu periode. Frekuensi gelombang adalah
banyaknya gelombang yang terjadi tiap satuan waktu.
-
Gelombang Stasioner
Ap adalah amplitudo dengan persamaan variabel
cosinus sehingga ada nilai maksimum dan nilai minimum nol.
Dengan demikian dapat ditentukan titik simpul dan titik perut,
sbb:
Gambar 10. Gelombang berjalan
Titik Perut dan Titik Simpul
Titik Perut adalah titik yang amplitudonya selalu maksimum:
Ap = 2 Asin (kx) = 2A ...............................................(2.24)
Sin (kx) = 1............................................................(2.25)
# $
%
)
( &'#)
(kx) = , , , =
....................................(2.26)
( &'#)
x=
..................................................(2.27)
Titik perut
&
x = λ = (2n – 1) , n = 1,2,3,...... .................................(2.28)
(
(
Bila seutas tali dengan tegangan tertentu
digetarkan secara terus menerus maka akan terlihat suatu
bentuk gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan
arah rambat gelombang. Gelombang ini dinamakan
gelombang transversal. Cepat rambat gelombang (v) adalah
jarak yang ditempuh gelombang tiap satuan waktu. Secara
umum, cepat rambat gelombang dapat dirumuskan sebagai
berikut :
Titik Simpul
Titik simpul adalah titik yang amplitudonya selalu nol.
Ap = 2 Asin (kx) = 0 ............................................(2.29)
sin (kx) = 0 ...................................................(2.30)
=λxf
Dimana :
v = cepat rambat gelombang (m/s)
λ = panjang gelombang (m)
(kx) = 0π, π, 2π, ..... = nπ
π .........................................(2.31)
f = frekuensi (Hz)
x = nπ
π ....................................................(2.32)
Titik Simpul
x=
&
(
λ = (2n) , n = 0, 1, 2, 3, ....... ..............................(2.33)
Silahkan lihat Gambar dimana titik perut dan titik simpulnya:
Jika kedua ujungnya tertutup, gelombang
pada tali itu akan terpantul-pantul dan dapat
menghasilkan gelombang stasioner yang tampak berupa
simpul dan perut gelombang. Dari gambar di atas diketahui bahwa
amplitudo adalah jarak antara perut gelombang dengan arah
cepat rambatnya. Sedangkan panjang gelombang
adalah jarak satu perut dan satu lembah yang terdiri
dari tiga simpul.
-
Gambar 9. Titik perut dan titik simpul gelombang stasioner
ujung bebas
Sensor Koil elektromagnetik
adalah
Sensor
koil
elektromagnetik
perangkat yang berfungsi sebagai transduser yang
menangkap getaran mekanik dari dawai dan
mengubahnya menjadi sinyal elektrik yang kemudian
diteruskan ke penguat suara. Prinsip dasarnya adalah
dengan memanfaatkan induksi elektromagnet, yang
mana getaran senar "mengganggu" garis-garis gaya
elektromagnetik.
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
Gambar 11. Spul Gitar
Spul Gitar magnetik terdiri atas sebuah magnet
permanen, seperti AlNiCo, yang dibalut dengan ratusan lilitan
kawat berlapis tembaga. Pickup magnetik paling sering ditemukan
di bagian badan gitar, walaupun terkadang juga dipasang di
bagian bridge maupun leher gitar, seperti pada kebanyakan gitar
jazz elektro-akustik. Getaran senar yang kemagnetannya rendah
memodulasi fluks magnetik pada kumparan pickup, sehingga
menginduksi arus bolak-balik yang melalui kawat kumparan.
Sinyal ini kemudian diteruskan melalui kabel untuk diperkuat
maupun direkam. Secara umum, cara kerja pickup dapat
digambarkan menggunakan konsep sirkuit magnetik, dimana
getaran senar akan mempengaruhi reluktans magnetik di dalam
sirkuit yang dihasilkan oleh magnet permanen.
-
Magnet Neodymium
Gambar 12. Magnet Neodymium
Neodymium adalah kombinasi dari beberapa logam yang
memiliki sifat magnet yang sangat kuat. Dikenal dengan beberapa
nama, seperti NIB magnet, neos, Neodymium-Iron-Boron atau
Nd-Fe-B magnet. Magnet ini mampu mengangkat logam yang
berpuluh kali lipat lebih berat dibanding massanya sendiri.
Dengan adanya kekuatan kemagnetan yang sangat besar ini, kita
bisa mengaplikasikannya di banyak bidang, atau meningkatkan
kualitas sesuatu yang melibatakan magnet di dalamnya. Sangat
banyak hal yang menyenangkan yang bisa kita lakukan dengan
magnet yang kuat, mulai dari permainan, fungsi keseharian,
hingga percobaan serius.
-
Komunikasi Serial
Komunikasi serial adalah komunikasi dimana
pengiriman data dilakukan per bit, sehingga lebih lambat
dibandingkan komunikasi parallel seperti pada port printer yang
mampu mengirim 8 bit sekaligus dalam sekali detak. Beberapa
contoh komunikasi serial adalah mouse, scanner dan sistem
akuisisi data yang terhubung ke port COM1 / COM2. Pada
prinsipnya, komunikasi serial adalah komunikasi
dimana transmisi data dilakukan per bit. Interface
serial hanya membutuhkan jalur yang sedikit
(umumnya hanya 2 jalur), sehingga lebih menghemat
pin jika dibandingkan dengan interface parallel.
Komunikasi serial ada 2 macam, asynchronous serial
dan synchronous serial :
•
Synchronous serial adalah komunikasi
dimana hanya ada satu pihak (pengirim dan
penerima) yang menghasilkan clock dan
mengirimkan clock tersebut bersama-sama
dengan
data.
Contoh
penggunaan
synchronous serial terdapat pada transmisi
data keyboard.
•
Asynchronous serial adalah komunikasi
dimana kedua pihak (pengirim dan
penerima) masing-masing menghasilkan
clock
namun
hanya
data
yang
ditransmisikan, tanpa clock. Agar data yang
dikirim sama dengan data yang diterima,
maka kedua frekuensi clock harus sama dan
harus terdapat sinkronisasi. Setelah ada
sinkronisasi, pengirim akan mengirimkan
datanya sesuai dengan frekuensi clock
penerima.
Contoh
penggunaan
asynchronous serial adalah pada Universal
Asynchronous
Receiver
Transmitter
(UART) yang digunakan pada serial port
(COM) computer. Sistem komunikasi serial
bisa dengan menggunakan berbagai macam
protocol. protocol-protocol yang bisa
digunakan untuk komunikasi serial adalah
sebagai berikut :
•
Komunikasi serial RS232 adalah suatu
protocol komunikasi serial yang mode
pengoperasiannya single ended artinya
Signal RS232 di representasikan dengan
level tegangan +3V sampai +12V sebagai
ON atau stat 0 atau disebut sebagai kondisi
SPACE, sedangkan tegangan -3V sampai 12V direprensentasikan sebagai OFF atau
stat 1 atau disebut sebagai kondisi MARK.
Komunikasi data pada RS232 dilakukan
dengan satu transmitter dan satu reciever,
Jadi sistem komunikasinya yaitu antara 2
device saja.RS232 dirancang untuk data rate
maximum 20 kb/s dan dengan jarak
maksimum sekitar 20 Ft. Signal RS232 di
representasikan dengan level tegangan +3V
sampai +12V sebagai ON atau stat 0 atau
disebut sebagai kondisi SPACE, sedangkan
tegangan
-3V
sampai
-12V
direprensentasikan sebagai OFF atau stat 1
atau disebut sebagai kondisi MARK.
Komunikasi serial dengan RS232 ini
dipasaran sudah tersedia IC yang dapat
digunakan
dan
sudah
compatible
mikrokontroller yaitu IC 232 seperti
MAX232, dll. IC ini banyak di gunakan
dalam aplikasi-aplikasi komunikasi data
dengan RS232.
-
Motor DC
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang
searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi
energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc
disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika
terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet,
maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada
setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolakbalik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa
tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan
menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik
arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan
magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu
lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet
permanen.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus
yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan
magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet
permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub
magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya
Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak
dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul
tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B.
Gambar 14. Sinyal PWM
Pada gambar 2.13 adalah salah satu bentuk gelombang
dari signal PWM. *+, adalah waktu keluaran bernilai
tinggi “ high “ dan *+-- waktu keluaran bernilai
rendah “ low ”. Sedangkan *./01+2/ adalah waktu
keseluruhan dari gelombang PWM tersebut. Dimana
T4567895 = T8: +
T8<< ..............................................(2.34)
Gambar 15. Bentuk signal PWM dengan variasi duty
cycle 12.5 % dan 75 %
Gambar 13. Konstruksi Motor DC
Belitan stator merupakan elektromagnet, dengan penguat
magnet terpisah F1-F2. Belitan jangkar ditopang oleh poros
dengan ujung-ujungnya terhubung ke komutator dan sikat arang
A1-A2. Arus listrik DC pada penguat magnet mengalir dari F1
menuju F2 menghasilkan medan magnet yang memotong belitan
jangkar. Belitan jangkar diberikan listrik DC dari A2 menuju ke
A1. Sesuai kaidah tangan kiri jangkar akan berputar berlawanan
jarum jam.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada
arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan
magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet
permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub
magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya
Lorentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam
medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul
tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B.
-
Pulse Width Modulation
PWM adalah suatu teknik yang digunakan untuk
mengontrol kerja dari suatu alat atau menghasilkan suatu tegangan
DC yang variabel. Rangkaian PWM adalah rangkaian yang lebar
pulsa tegangan keluarannya dapat diatur atau dimodulasi oleh
sebuah sinyal tegangan modulasi. Disamping itu kita dapat
menghasilkan suatu sinyal PWM dengan menentukan frekuensi
dan waktu dari variabel ON dan OFF. Pemodulasian sinyal yang
beragam dapat menghasilkan duty cycle yang diinginkan.
-
Perancangan Piranti Elektronika Alat
Pengukur Kecepatan Rambat Gelombang
pada Kawat
Sistem
pengukur
kecepatan
rambat
gelombang pada kawat dengan metode Melde adalah
untuk membuktikan bahwa cepat rambat gelombang
(v) berbanding lurus dengan tegangan tali (F) yang
mana cepat rambat gelombang bertambah, begitu
pula sebaliknya, apabila tegangan talinya berkurang
atau diperkecil maka cepat rambatnya akan kecil.
Piranti elektronika ini terdiri dari sensor strain gauge
dan Sensor koil elektromagnetik, rangkaian minimum
sistem mikrokontroler yang dilengkapi dengan
rangkaian ADC sebagai pengkondisi signal dan
komunikasi serial untuk melakukan komunikasi antara
rangkaian elektronika dengan komputer. Secara garis
besar cara kerja piranti elektronikanya digambarkan
pada blok diagram seperti gambar
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
-
Perancangan Perangkat Elektronik
Sistem
elektronika
pada
sistem
instrumentasi ini terdiri atas skematik Mikrokontroler,
Strain gauge amplifier (AD620), precision, driver
motor, power supply 5 volt dan power supply ± 12
volt.
-
Rangkaian
(AD620)
Strain
gauge
amplifier
Gambar 16. Blok diagram sistem alat pengukur kecepatan
rambat gelombang pada kawat
Pada gambar 16, gaya tegang tali diberikan oleh tarikan
motor dc, sedangkan besar gaya tarikannya dibaca oleh sensor
strain gauge. Untuk membangkitkan gelombang pada kawat,
kawat akan dialiri sinyal listrik sinusoidal yang frekuensinya
dapat diatur, dan kawat diletakkan diantara dua buah kutub
magnet permanen. Batang magnet permanen dipasang ditengah –
tengah panjang kawat. Untuk mengetahui besarnya simpangan
getaran yang timbul, digunakan sensor koil elektromagnetik yang
akan menghasilkan tegangan listrik sebanding dengan besarnya
simpangan getaran pada kawat. Tegangan listrik yang dihasilkan
akan dibaca oleh mikrokontroler melalui ADC. Semua proses
pengaturan dan pengambilan data dilakukan oleh mikrokontroler,
dan hasilnya ditampilkan ke komputer yang terhubung melalui
komunikasi serial.
-
Perancangan Mekanik Alat Pengukur Kecepatan
Gelombang Pada Kawat
Sistem mekanik alat pengukur kecepatan rambat
gelombang pada kawat adalah sebagai sumber getaran yang akan
diukur frekuensinya. Gelombang yang terjadi karena kawat yang
teraliri arus listrik melewati medan magnet yang cukup besar
sehingga terjadi gelombang. Untuk mendapatkan data hasil
pengukuran yang baik maka perancangan sistem mekanik harus
mempertimbangkan beberapa hal diantaranya kawat yang
digunakan, detektor (sensor) koil elektromagnetik yang
digunakan, motor DC sebagai penarik kawat, magnet yang
digunakan, sensor strain gauge dengan model ditarik.
Gambar 17. Sistem mekanik Alat Pengukur Kecepatan Rambat
Gelombang pada kawat dengan kondisi tampak dari atas
Gambar 19. Rangkaian Strain gauge amplifier (AD620)
Rangkaian Strain gauge amplifier ini
berfungsi sebagai penguat tegangan yang dihasilkan
oleh sensor Strain gauge amplifier yang hanya
menghasilkan tegangan yang sangat kecil sehingga
membutuhkan suatu rangkaian penguat agar tegangan
yang dihasilkan dapat terbaca oleh ADC. Pada JP1
sebagai tegangan untuk rangkaian strain gauge
amplifier dimana terdapat 3 kaki masukan yaitu kaki 1
+12V, kaki 2 ground dan pada kaki 3 -12V. Pada JP2
terdapat 4 kaki masukan, dimana 2 kaki sebagai
supply strain gauge yaitu sebesar 3,12V dan 2 kaki
sebagai
input sensor strain gauge yang hasil
tegangannya akan diperkuat sesuai dengan keperluan.
Pada 2 kaki tegangan sensor langsung terhubung pada
diode zener 4v6, dimana keluaran dari diode zener
akan menghasilkan tegangan 3,12V yang dialirkan
dari tegangan strain gauge amplifier yang sebesar ±
12V sedangkan 2 kaki input sensor merupakan hasil
keluaran tegangan dari sensor strain gauge. VR2
sebagai pengatur batas bawah tegangan sensor untuk
dijadikan 0V karena sensor strain gauge sudah
menghasilkan tegangan sebelum diberi beban
sedangkan fungsi VR1 sebagai pengatur batas atas
tegangan dan RG yang dapat diatur berapa besar
penguatan yang diinginkan oleh peneliti atau sama
dengan tegangan keluaran maximum sensor sebesar
4,89 Volt, Fungsi dari R2 dan C1 sebagai filter yang
berguna agar nilai tegangan yang dihasilkan oleh
AD620 tidak fluktuatif, dan hasil dari penguatan
AD620 dikeluarkan pada J3 yang akan dihubungkan
dikaki ADC pada mikrokontroler.
Gambar 18. Sistem mekanik Alat Pengukur Kecepatan Rambat
Gelombang pada kawat dengan kondisi nampak dari bawah
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
-
Rangkaian Precision
Gambar 20. Rangkaian Precision
memiliki daya hingga 150 watt dan arus yang
dikeluarkan sampai 10A dengan cara ini arus yang
masuk ke regulator hanya sedikit. Output
membutuhkan arus besar maka disuplai oleh transistor
apabila transistor mampu bertahan pada arus yang
besar maka sistem ini akan menjadi stabil karena tidak
dibebani arus yang besar. Arus besar akan melewati
transistor dengan demikian fungsi transistor ini
adalah untuk menyuplai arus yang besar dan regulator
untuk penstabil tegangan. Dan J2 akan masuk ke
perangkat mikrokontroler sebagai supply tegangan.
Power supply ±12V yang berfungsi sebagai
supply untuk motor DC, rangkaian precision, dan
strain gauge amplifier.
Rangkaian Precision digunakan untuk menghubungkan
dengan detektor koil elektromagnetik dimana berfungsi sebagai
perubahan sinyal arus bolak balik menjadi sinyal arus searah
sehingga dapat dihubungkan dan dibaca dengan mikrokontroler.
Dalam hal ini dilakukan 2 kali penguatan dengan rangkaian noninverter. Sehingga ketika masuk kedalam rectifier maka tegangan
yang berawal masih dalam kondisi arus bolak balik maka diubah
menjadi arus searah.
-
Rangkaian Driver Motor
Sebuah motor DC dapat dibuatkan sistem elektronik
yang dapat bergerak maju dan mundur karena berfungsi sebagai
menarik dan mengendurkan regangan pada kawat dengan
tegangan yang di berikan 24 volt dan kecepatan motor tersebut
konstan.
Gambar 23. Rangkaian regulator ±12V
Seperti halnya power supply 5V sebelumnya, cara
kerja power supply ini hampir sama dengan power supply
12V yang berbeda pada rangkaian ini peneliti membutuhkan
tegangan ±12V, sehingga pada rangkaian ini membutuhkan
IC regulator LM7912 yang dapat membuat teganagan
supply menghasilkan keluaran – 12V. Sehingga pada kaki 1
J4 akan menghasilkan +12V, kaki 2 ground sedangkan kaki
3 menghasilkan -12V.
-
Gambar 21. Rangkaian Driver motor
Rangkaian Power Supply
Power supply adalah rangkaian elektronika yang
berfungsi untuk memasok daya ke komponen lain pada perangkat
elektronika. Semua komponen elektronika yang ada dalam suatu
perangkat elektronika akan memperoleh pasokan daya dari power
supply tersebut.
Perancangan Piranti Lunak
Perancangan perangkat lunak dari sistem
alat pengukur kecepatan rambat gelombang pada
kawat ini terbagi menjadi dua bagian, yaitu
perencanaan program mikrokontroler dan program
LabVIEW.
-
Gambar 22. Rangkaian regulator 5V
Pada pin J1 pin kaki 1 dihubungkan ke ground dan kaki
2 dihubungkan ke 12V. Diode (D1) pada rangkaian ini digunakan
sebagai penyearah arus yang masuk melalui PLN, diode ini akan
mengubah tegangan ac menjadi dc sesuai yang dibutuhkan power
supply. Regulator IC 7805 berguna untuk menjaga tegangan stabil
sedangkan arus akan di-supply oleh transistor TIP2955 karena
-
Pemrograman Mikrokontroler
Mikrokontroler pada sistem ini digunakan
untuk membaca data dari sensor strain gauge dan
detektor koil elektromagnetik. Data perubahan cepat
rambat yang merupakan besaran analog dikonversi
menjadi besaran digital oleh ADC pada
mikrokontroler. Tegangan anolog ini diumpankan
melalui port ADC yang terintegrasi pada IC
ATmega8. Bahasa yang akan digunakan sebagai
compiler pada mikrokontroler ini adalah bahasa
BASIC pada BASCOM
AVR. Karena akan
menggunakan beberapa device pada satu com port,
maka metode pemrogramannya adalah master slave.
Komputer
akan
sebagai
master
sedangkan
mikrokontroler sebagai slave, dimana pada tiap-tiap
slave akan diberikan alamat yang berbeda agar data
yang dikirimkan hanya sampai ke slave yang dituju.
Sebelum master mengirimkan data semua peralatan
elektronik atau slave berada pada posisi penerima
hingga salah satu memerlukan untuk mengirimkan
data, maka peralatan tersebut akan berpindah ke-mode
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
pengirim, mengirimkan data dan kembali ke-mode penerima.
Setiap kali peralatan elektronik tersebut hendak mengirimkan
data, maka terlebih dahulu harus diperiksa, apakah jalur yang
akan digunakan sebagai media pengiriman data tersebut tidak
sibuk. Apabila jalur masih sibuk, maka peralatan tersebut harus
menunggu hingga jalur sepi.
Peralatan elektronik - elektronik yang lain akan
menerima data tersebut, maka data selanjutnya akan diambil
untuk diproses lebih lanjut.
Gambar 24. Diagram alur program mikrokontroler
Dalam diagram diatas, diagram alur dari program
mikrokontroler yang digunakan program BASCOM AVR untuk
mikrokontroler, kristal dan baudrate yang digunakan. Pada saat
start, sistem mikrokontroler berjalan dengan pendefinisian fungsi
portb.1 dan portb.2 sebagai pengaturan pwm, portd.7 dan portb.0
sebagai output motor dc, portc.5 sebagai sensor strain gauge,
portc.4 sebagai detektor koil elektromagnetik. Dimana ketika
program kendali dan monitoring alat ukur kecepatan gelombang
pada kawat berjalan, maka akan mengaktifkan motor dc, sensor
strain gauge, dan detektor koil elektromagnetik. Ketika gaya
sudah didapatkan maka motor dc akan berhenti dan function
generator akan aktif menghasilkan sinyal listrik yang tersambung
dengan kawat. Semua pembacaan data gaya dan frekuensi akan
dikirim pada program kendali dan monitoring alat ukur kecepatan
gelombang pada kawat kemudian didisplaykan pada xy graph.
Proses akan berulang sampai nilai frekuensi resonansi yang
didapatkan dari setiap gaya yang diukur didapat.
-
Gambar 25. Diagram alur penerimaan data pada
kendali dan monitoring alat pengukur kecepatan
rambat gelombang pada kawat berbasis LabVIEW
Setelah inisialisasi maka program kendali
dan monitoring alat ukur kecepatan gelombang pada
kawat akan menunggu sampai tombol start di tekan.
Setelah tombol start ditekan maka program kendali
dan monitoring alat pengukur kecepatan rambat
gelombang pada kawat akan mengirimkan data gaya
ke mikrokontroler dan jika sistem sudah ready, maka
mikrokontroler akan mengirim frekuensi, data
frekuensi dan amplitudo akan terbaca di kendali dan
monitoring alat berbasis LabVIEW berupa grafik
frekuensi dan amplitudo. Jika data yang diharapkan
sudah didapat maka dapat di save dan scan data akan
tetap berjalan, maka data tersebut akan di simpan
dalam excel. Berikut tampilan front panel LabVIEW :
Pemrograman Kendali dan Monitoring Alat
Pengukur Kecepatan Rambat Gelombang pada
Kawat di LabVIEW
Berikut ini merupakan diagram alur dari program
kendali dan monitoring alat pengukur kecepatan gelombang pada
kawat.
Gambar 26. Front panel monitoring LabVIEW
Pada gambar 26 flowchart program kendali
dan monitoring alat pengukur kecepatan rambat
gelombang pada kawat digunakan untuk pengendalian
pwm function generator dan menampilkan data yang
telah terukur melalui mikrokontroler. Ketika program
LabVIEW diaktifkan maka sistem akan menunggu
nilai masukan gaya yang akan diukur. Dan berapa
massa persatuan panjang yang sudah dihitung. Ketika
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
Gaya 0,5 Newton dengan µ = 0,975 x 10-4
Kg/m
-
25
Nilai ADC Amplitudo
tombol start ditekan sistem akan mengirimkan perintah power
motor (pwm) pada mikrokontroler dan motor akan berputar
kemudian mikrokontroler akan membaca data adc dari sensor
gaya, ketika nilai adc sudah sesuai maka motor berhenti sesuai
dengan gaya yang diharapkan. Data yang telah dibaca oleh
mikrokontroler akan dikirimkan lagi pada program kendali dan
monitoring alat ukur kecepatan rambat gelombang pada kawat dan
akan pada panel LabVIEW. Dalam display LabVIEW akan tampil
grafik gelombang yang didapatkan dari input detektor koil
elektromagnetik berupa tegangan adc. ketika data gelombang
sudah didapatkan maka tombol save ditekan dan sistem akan
berhenti lalu sistem akan menyimpan data yang telah diambil
ketika program kendali dan monitoring alat pengukur kecepatan
rambat gelombang pada kawat dijalankan dan disimpan di excel.
Lihat gambar 27.
Frekuensi (Hz) Vs Nilai ADC Amplitudo
20
15
10
5
0
0
50
100
150
200
250
Frekuensi (Hz)
Gambar 28. Grafik antara Frekuensi (Hz) vs Nilai
ADC Amplitudo dengan Gaya 0,5 N
Dalam grafik bisa dilihat bahwa nilai ADC
amplitudo tertinggi berada pada frekuensi 126 Hz.
Dimana pada frekuensi tersebut terjadinya resonansi
pertama yang penulis dapatkan dalam percobaan.
Maka frekuensi tersebut dianggap sebagai frekuensi
resonansi pada ordo pertama.
Rumus Percobaan :
λ=2xl
λ = 2 x 0,32 m
λ = 0,64 m
=λxf
Gambar 27. Blok diagram monitoring LabVIEW
Pada blok diagram monitoring pada LabVIEW terdapat
7 blok bagian. Dimana pada blok pertama berada pada sisi kiri
gambar 3.16 terdapat perintah untuk mengaktifkan tombol start
yang berada pada sebuah loop, yang artinya ketika tombol belum
ditekan maka sistem tidak akan bekerja ke-step selanjutnya
meskipun nilai gaya dan massa persatuan panjang dimasukkan.
Setelah proses blok kiri terpenuhi maka sistem akan berjalan kestep selanjutnya, dimana jika nilai cepat rambat dalam
perhitungan sudah didapat maka nilai tersebut diubah dari desimal
ke-string sehingga bisa terbaca oleh program kendali dan
monitoring alat ukur kecepatan rambat gelombang pada kawat.
Lalu dikirim ke visa write untuk memberikan perintah pada
mikrokontroler. Perintah dari mikrokontroler dikirim ke visa read
untuk dibandingkan setelah tanda ‘R’ terpenuhi maka bisa
berjalan ke-step selanjutnya. Pada blok selanjutnya maka nilai
pwm akan aktif mulai dari angka 30 sampai 1020 yang iterasi 5
angka, dalam setiap kenaikan 5 angka tersebut akan dibaca oleh
visa read hasilnya akan di plot ke xy graph. tanda save yang
berada pada loop artinya ketika tombol save ditekan maka sistem
akan berhenti dan data yang sudah didapat akan di save.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Membahas penentuan nilai konstanta pegas yang
digunakan, dan pengambilan data dari sistem yang dibuat.
Pengujian – pengujian tersebut meliputi:
= 0,64 x 126 Hz
= 80,64 m/s
Rumus Melde :
==
==
>
0,0975
0,5 B
10⁻³ Kg/m
= 71,61 m/s
Hal ini dilakukan dengan 5 kali percobaan
dan berikut hasil percobaannya.
Tabel 1. Data percobaan gaya 0,5 Newton
Gaya
(N)
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
f
(Hz)
127
128
126
134
128
µ
10⁻³
(Kg/m)
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
V
λ
(meter)
0,64
0,64
0,64
0,64
0,64
percobaan
(m/s)
81,28
81,92
80,64
85,76
81,92
Σv =
82,304
v
Melde
(m/s)
71,61
71,61
71,61
71,61
71,61
Σv =
71,61
Kesalahan relative = K
=K
ΣL M56N8OPP:' ΣL Q5R95
ΣL M56N8OPP:
S ,$T(')#,U#
S ,$T(
K x 100%
K x 100 %
Hal ini dilakukan dengan 5 kali percobaan
dan berikut hasil percobaannya.
Tabel 2. Data percobaan gaya 1 Newton
= 12,99 %
Ketepatan
= 100% - 12,99 %
= 87,01 %
Dari perhitungan yang penulis dapatkan dalam 5 kali
percobaan maka bisa kita lihat bahwa kesalahan relative 12,99%
dan ketepatan 87,01%. Kesalahan ini didapat karena kecilnya nilai
dari detektor koil elektromagnetik, ini dikarenakan detektor koil
elektromagnetik yang digunakan kurang sensitif. Nilai cepat
rambat percobaan dengan nilai cepat rambat perhitungan Melde
memiliki selisih 10,649 m/s. Jika dilihat dari nilai kumulatif yang
didapatkan.
f
(Hz)
189
186
181
190
180
µ
10⁻³
(Kg/m)
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
V
λ
(meter)
0,64
0,64
0,64
0,64
0,64
percobaan
(m/s)
120,96
119,04
115,84
121,6
115,2
Σv =
118,53
ΣL M56N8OPP:' ΣL Q5R95
Kesalahan relative = K
ΣL M56N8OPP:
##S,%$'#T#, )
Gaya 1 Newton dengan µ = 0,975 x 10-4 Kg/m
=K
Frekuensi (Hz) Vs Nilai ADC Amplitudo
= 14,56 %
-
Nilai ADC Amplitudo
Gaya
(N)
1
1
1
1
1
##S,%$
v Melde
(m/s)
101,27
101,27
101,27
101,27
101,27
Σv =
101,27
K x 100 %
K x 100%
40
Ketepatan
30
= 100% - 14,56 %
20
= 85,44 %
10
0
0
100
200
Frekuensi (Hz)
300
400
Gambar 29. Grafik antara Frekuensi (Hz) vs Nilai ADC Amplitudo
dengan Gaya 1 N
Dalam grafik bisa dilihat bahwa nilai ADC amplitudo tertinggi
berada pada frekuensi 186 Hz. Dimana pada frekuensi tersebut
terjadinya resonansi pertama yang penulis dapatkan dalam percobaan.
Maka frekuensi tersebut dianggap sebagai frekuensi resonansi pada ordo
pertama.
Dari perhitungan yang penulis dapatkan dalam
5 kali percobaan maka bisa kita lihat bahwa kesalahan
relative 14,56% dan ketepatan 85,44%. Kesalahan ini
didapat karena kecilnya nilai dari detektor koil
elektromagnetik, ini dikarenakan detektor koil
elektromagnetik yang digunakan kurang sensitif. Nilai
cepat rambat percobaan dengan nilai cepat rambat
dalam perhitungan Melde, memiliki selisih 17,26 m/s.
Jika dilihat dari nilai kumulatif dari nilai cepat rambat
percobaan dengan nilai cepat rambat perhitungan
Melde.
-
Gaya 1,5 Newton dengan µ = 0,975 x 10-4
Kg/m
Rumus Percobaan :
Frekuensi (Hz) Vs Nilai ADC Amplitudo
λ=2xl
Nilai ADC Amplitudo
λ = 2 x 0,32 m
λ = 0,64 m
=λxf
= 0,64 m x 186 Hz
40
30
20
10
0
0
100
200
300
Frekuensi (Hz)
= 119,04 m/s
Gambar 30. Grafik antara Frekuensi (Hz) vs Nilai
ADC Amplitudo dengan Gaya 1,5 N
Rumus Melde:
==
==
>
0,0975
1B
10⁻³ Kg/m
Dalam grafik bisa dilihat bahwa nilai ADC
amplitudo tertinggi berada pada frekuensi 231 Hz.
Dimana pada frekuensi tersebut terjadinya resonansi
pertama yang penulis dapatkan dalam percobaan.
Maka frekuensi tersebut dianggap sebagai frekuensi
resonansi pada ordo pertama.
= 101,27 m/s
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
400
Rumus Percobaan :
Gaya 2 Newton dengan µ = 0,975 x 10-4
Kg/m
-
λ=2xl
Nilai ADC Amplitudo
λ = 2 x 0,32 m
λ = 0,64 m
=λxf
= 0,64 m x 231 Hz
= 147,84 m/s
Frekuensi (Hz) Vs Nilai ADC Amplitudo
80
60
40
20
0
0
100
200
Frekuensi (Hz)
300
400
Rumus Melde:
==
==
Gambar 31. Grafik antara Frekuensi (Hz) vs Nilai
ADC Amplitudo dengan Gaya 2 N
>
0,0975
Dalam grafik bisa dilihat bahwa nilai ADC
amplitudo tertinggi berada pada frekuensi 235 Hz.
Dimana pada frekuensi tersebut terjadinya resonansi
pertama yang penulis dapatkan dalam percobaan.
Maka frekuensi tersebut dianggap sebagai frekuensi
resonansi pada ordo pertama.
1,5 B
10⁻³ Kg/m
= 124,03 m/s
Rumus Percobaan :
Hal ini dilakukan dengan 5 kali percobaan dan berikut
hasil percobaannya.
Tabel 3. Data percobaan gaya 1,5 Newton
Gaya
(N)
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
f
(Hz)
231
236
227
229
226
µ
10⁻³
(Kg/m)
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
V
λ
(meter)
0,64
0,64
0,64
0,64
0,64
Kesalahan relative = K
=K
Ketepatan
percobaan
(m/s)
147,84
151,04
145,28
146,56
144,64
Σv =
147,07
ΣL M56N8OPP:' ΣL Q5R95
ΣL M56N8OPP:
#(),T)'# (,T$
#(),T)
K x 100%
v Melde
(m/s)
124,03
124,03
124,03
124,03
124,03
Σv =
124,03
K x 100 %
λ=2xl
λ = 2 x 0,32 m
λ = 0,64 m
=λxf
= 0,64 m x 235 Hz
= 150,4m/s
Rumus Melde :
==
>
= 15,66 %
==
= 100% - 15,66 %
= 143,22 m/s
= 84,34%
Dari perhitungan yang penulis dapatkan dalam 5 kali
percobaan maka bisa kita lihat bahwa kesalahan relative 15,66%
dan ketepatan 84,34%. Kesalahan ini didapat karena kecilnya nilai
dari detektor koil elektromagnetik, ini dikarenakan detektor koil
elektromagnetik yang digunakan kurang sensitif. Hal ini bisa
dikarenakan rancangan mekanik yang kurang baik. Nilai cepat
rambat percobaan dengan nilai cepat rambat dalam perhitungan
Melde, memiliki selisih 23,03 m/s. Jika dilihat dari nilai kumulatif
dari nilai cepat rambat percobaan dengan nilai cepat rambat
perhitungan Melde.
0,0975
2B
10⁻³ Kg/m
Hal ini dilakukan dengan 5 kali percobaan
dan berikut hasil percobaannya.
Tabel 4. Data percobaan gaya 2 Newton
Gaya
(N)
2
2
2
2
2
f ( Hz)
250
252
248
244
255
µ
10⁻³
(Kg/m)
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
V
λ
(meter)
0,64
0,64
0,64
0,64
0,64
percobaan
(m/s)
160
161,28
158,72
156,16
163,2
Σv =
159,87
v Melde
(m/s)
143,22
143,22
143,22
143,22
143,22
Σv =
143,22
Kesalahan relative = K
WL M56N8OPP:' WL Q5R95
WL M56N8OPP:
#%X,S) '#($,
=K
#%X,S)
K x 100%
K x 100 %
==
0,0975
2,5 B
10⁻³ Kg/m
= 160,12 m/s
= 10,41 %
Ketepatan
Hal ini dilakukan dengan 5 kali percobaan
dan berikut hasil percobaannya.
= 100% - 10,41 %
Tabel 5. Data percobaan gaya 2,5 Newton
= 89,59 %
Dari perhitungan yang penulis dapatkan dalam 5 kali
percobaan maka bisa kita lihat bahwa kesalahan relative 10,41%
dan ketepatan 89,59%. Kesalahan ini didapat karena kecilnya nilai
dari detektor koil elektromagnetik, ini dikarenakan detektor koil
elektromagnetik yang digunakan kurang sensitif. Hal ini bisa
dikarenakan rancangan mekanik yang kurang baik. Nilai cepat
rambat percobaan dengan nilai cepat rambat dalam perhitungan
Melde, memiliki selisih 16,65 m/s. Jika dilihat dari nilai kumulatif
dari nilai cepat rambat percobaan dengan nilai cepat rambat
perhitungan Melde.
Gaya 2,5 Newton dengan µ = 0,975 x 10-4 Kg/m
-
Nilai ADC Amplitudo
Frekuensi (Hz) Vs Nilai ADC Amplitudo
Gaya
(N)
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
f
(Hz)
277
285
270
279
280
µ
10⁻³
(Kg/m)
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
Kesalahan relative = K
V
λ
(meter)
0,64
0,64
0,64
0,64
0,64
WL M56N8OPP:' WL Q5R95
WL M56N8OPP:
#)S,T% '#UT,#
=K
60
50
40
percobaan
(m/s)
177,28
182,4
172,80
178,56
179,2
Σv =
178,05
#)S,T%
K x 100%
v Melde
(m/s)
160,12
160,12
160,12
160,12
160,12
Σv =
160,12
K x 100 %
= 10,07 %
30
Ketepatan
20
10
= 100% - 10,07 %
= 89,93 %
0
0
100
200
300
400
500
Frekuensi (Hz)
Gambar 32. Grafik antara Frekuensi (Hz) vs Nilai ADC
Amplitudo dengan Gaya 2,5 N
Dalam grafik bisa dilihat bahwa nilai ADC amplitudo
tertinggi berada pada frekuensi 270 Hz. Dimana pada frekuensi
tersebut terjadinya resonansi pertama yang penulis dapatkan
dalam percobaan. Maka frekuensi tersebut dianggap sebagai
frekuensi resonansi pada ordo pertama.
Rumus Percobaan :
Dari perhitungan yang penulis dapatkan dalam
5 kali percobaan maka bisa kita lihat bahwa kesalahan
relative 10,07% dan ketepatan 89,93%. Nilai yang
didapat cukup baik dilihat dari kesalahan relative yang
cukup kecil, namun kesalahan ini bisa didapat karena
detektor koil elektromagnetik yang digunakan kurang
sensitif. Nilai cepat rambat percobaan dengan nilai
cepat rambat dalam perhitungan Melde, memiliki
selisih 16,65 m/s. Jika dilihat dari nilai kumulatif dari
nilai cepat rambat percobaan dengan nilai cepat
rambat perhitungan Melde.
Gaya 3 Newton dengan µ = 0,975 x 10-4
Kg/m
-
λ=2xl
Frekuensi (Hz) Vs Nilai ADC Amplitudo
80
Nilai ADC
Amplitudo
λ = 2 x 0,32 m
60
λ = 0,64 m
=λxf
40
20
0
= 0,64 m x 270 Hz
0
200
400
Frekuensi (Hz)
= 172,8 m/s
Rumus Melde :
==
>
Gambar 33. Grafik antara Frekuensi (Hz) vs Nilai
ADC Amplitudo dengan Gaya 3 N
Dalam grafik bisa dilihat bahwa nilai
amplitudo tertinggi berada pada frekuensi 340 Hz.
Dimana pada frekuensi tersebut terjadinya resonansi
pertama yang penulis dapatkan dalam percobaan.
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
600
Maka frekuensi tersebut dianggap sebagai frekuensi resonansi
pada ordo pertama.
-
Hasil dari Grafik Labview
Dari hasil dari grafik program labview yang
penulis ambil dengan cara pengambilan satu persatu
pergantian gaya dan terus diambil dengan 5 sampel
pengambilan data dari tiap gaya yang penulis ambil
sehingga kita bisa ambil dari sampel tersebut bahwa
data yang penulis ambil untuk mendapatkan frekuensi
resonansinya memiliki perbedaan namun tidak terlalu
jauh perbedaan yang terjadi. Berikut beberapa sampel
yang penulis tampilkan :
Rumus Percobaan :
λ=2xl
λ = 2 x 0,32 m
λ = 0,64 m
=λxf
= 0,64 m x 340 Hz
= 217,6 m/s
Rumus Melde :
==
==
>
0,0975
3B
10⁻³ Kg/m
Gambar 34. Percobaan 1 Grafik LabView Frekuensi
(Hz) vs Nilai ADC Amplitudo dengan
Gaya 2 N
= 175,41 m/s
Hal ini dilakukan dengan 5 kali percobaan dan berikut
hasil percobaannya.
Tabel 6. Data percobaan gaya 3 Newton
Gaya
(N)
3
3
3
3
3
f
(Hz)
340
323
330
327
332
µ
10⁻³
(Kg/m)
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
0,0975
V
λ
(meter)
0,64
0,64
0,64
0,64
0,64
percobaan
(m/s)
217,6
206,72
211,2
209,28
212,48
Σv =
211,45
ΣL M56N8OPP:' ΣL Q5R95
Kesalahan relative = K
=K
ΣL M56N8OPP:
##,(% '#)%,(#
##,(%
v
Melde
(m/s)
175,41
175,41
175,41
175,41
175,41
Σv =
175,41
K x 100 %
K x 100%
= 17,04 %
Ketepatan
= 100% - 17,04 %
= 82,96 %
Dari perhitungan yang penulis dapatkan dalam 5 kali
percobaan maka bisa kita lihat bahwa kesalahan relative 17,04%
dan ketepatan 82,96%. Nilai yang didapat tidak cukup baik dilihat
dari kesalahan relative yang cukup besar, namun kesalahan ini
bisa didapat karena detektor koil elektromagnetik yang digunakan
kurang sensitif dan nilai frekuensi resonansi yang didapat cukup
jauh jika dilihat dari nilai frekuensi resonansi yang didapat dari
gaya 2,5 Newton. Nilai cepat rambat percobaan dengan nilai cepat
rambat dalam perhitungan Melde, memiliki selisih 36,04 m/s. Jika
dilihat dari nilai kumulatif dari nilai cepat rambat percobaan
dengan nilai cepat rambat perhitungan Melde.
Gambar 35. Percobaan 2 Grafik LabView Frekuensi
(Hz) vs Nilai ADC Amplitudo dengan
Gaya 2 N
-
Nilai Frekuensi Resonansi (Hz) dengan Gaya
(Newton)
Dalam tabel dibawah ini menunjukkan perbandingan
gaya yang diatur sehingga mendapatkan frekuensi resonansi yang
terjadi di setiap gaya. Dalam setiap perubahan gaya yang dilakukan,
adanya perubahan frekuensi resonansi yang didapatkan, dari data
yang didapat menunjukkan bahwa semakin besar gaya yang diatur
maka frekuensi resonansi yang didapat semakin besar pula. Berikut
tabel dan grafik yang dapat kita lihat.
Tabel 7. Data Frekuensi Resonansi dengan Gaya yang
diatur
No.
Gaya (Newton)
Frekuensi Resonansi (Hz)
1
0,5
126
2
1
186
3
4
5
6
1,5
2
2,5
3
231
235
270
340
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012
berfungsi mengambil data frekuensi
resonansi. Sehingga sering terjadi kesalahan
menentukan puncak terjadinya frekuensi
resonansi.
Frekuensi Resonansi (Hz)
Frekuensi Resonansi (Hz) Vs Gaya (Newton)
400
300
200
100
DAFTAR REFERENSI
0
0
1
2
Gaya (Newton)
3
4
1.
Gambar 36. Grafik Frekuensi resonansi (Hz) Vs Gaya (newton)
Dalam grafik ini bisa dilihat tingkatan nilai frekuensi resonansi
terhadap gaya yang dilakukan dalam pengambilan data. Dimana semakin gaya
dinaikkan maka frekuensi resonansi yang didapat juga semakin besar. Jika dilihat
dari rumus :
2.
3.
4.
v = λ.f
5.
Dengan λ adalah panjang kawat baja yang digunakan pada
percobaan, dimana nilai λ didapat 2 kali panjang kawat baja sedangkan nilai
frekuensi resonansi diberikan melalui mikrokontroler dengan memvariasikan
nilai PWM. Jika semakin besar nilai PWM yang diberikan maka nilai frekuensi
resonansi juga akan semakin besar. Maka jika panjang kawat diketahui dan
frekuensi resonansi diketahui maka jika memakai rumus diatas, akan didapat
nilai cepat rambat yang akan semakin besar jika gaya yang diberikan semakin
besar pula.
6.
7.
Raymond, A.S dan John, W.J (2010) Physics
for Scientists and Engineers with Modern
physics, Brooks/Cole 20 Davis Drive Belmont,
CA 94002-3098 USA
http://www.docstoc.com/docs/68169790/prakt
ikum-fisika
http://www.scribd.com/doc/55682189/Percoba
an-Melde
http://fisika12.blogspot.com/2010/08/blogpost.html
http://marfuatunnurendah.blog.uns.ac.id/2009/
09/11/gelombang/
http://www.crayonpedia.org/mw/E._Gelomba
ng_Transversal_dan_Gelombang_Longitudina
l_12.1
http://www.meriwardana.com/2011/11/prinsip
-kerja-motor-arus-searah-dc.html
KESIMPULAN
Berikut merupakan kesimpulan dari hasil eksperimen yang
dilakukan secara langsung bahwa :
1.
Rancang bangun alat pengukur kecepatan rambat
gelombang pada kawat telah selesai dibuat dan dapat
digunakan sebagai pengukur kecepatan rambat
gelombang pada kawat
2.
Piranti elektronika yang digunakan untuk pengukuran
kecepatan rambat gelombang pada kawat digunakan
detektor koil elektromagnetik, dan piranti yang
digunakan untuk menghasilkan sinyal listrik yang dapat
bervariasi pada kawat, digunakan function generator.
Piranti elektronika yang digunakan untuk mengirimkan
data percobaan ke komputer digunakan komunikasi
serial RS232 sebagai penghubung antara alat pengukur
kecepatan rambat gelombang pada kawat dengan
komputer.
3.
Dari hasil yang didapatkan adanya perubahan nilai
frekuensi resonansi disetiap perubahan gaya yang
dilakukan pengukuran. Semakin besar gaya yang
diberikan pada kawat maka semakin besar frekuensi
resonansi yang didapatkan. Jika frekuensi resonansi
diketahui dan juga λ yang telah diketahui maka akan
didapatkan cepat rambat. Dilihat dari rumus :
v=λ .f
hal ini dapat dibuktikan grafik frekuensi resonansi (Hz)
vs gaya (Newton), faktor lain yang mempengaruhi data
yang didapat kurang baik karena komponen mekanik
berbahan yang dapat mengaliri listrik sangat
mempengaruhi detektor koil elektromagnetik yang
Rancang bangun ..., Arie Fajrianto Nugroho, FMIPA UI, 2012