MODUL PRAKTIKUMGELOMBANG DAN OPTIK

Disusun oleh: Lita Rahmasari, S.Si, M.Sc

PROGAM STUDI PENDIDIKAN FISIKAFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTASURAKARTA2014

15

KATA PENGANTAR

Buku Panduan Praktikum Gelombang disusun untuk digunakan sebagai petunjuk Praktikum Gelombang. Meskipun kelihatannya sederhana, buku panduan praktikum ini mempertimbangkan materi kuliah dan kemampuan praktikan sehingga pelaksanaan praktikumnya mudah dan berkualitas.Sebelum melakukan praktikum, mahasiswa harus sudah memahami materi praktikum sehingga dapat merencanakan data-data yang akan diambil, menggunakan kertas millimeter untukgrafik, dan alat tulis atau gambar yang lengkap.Praktikum secara lengkap meliputi merangkai alat, melakukan pengamatan dan pengukuran. Sedangkan laporan lengkap berisi pengolahan data dan analisis percobaan harus diserahkan satu minggu setelah praktikum untuk bisa mengikuti praktikum selanjutnya.Demikian kata pengantar dari kami, semoga buku panduan ini bermanfaat dan menambahpengetahuan serta ketrampilan, terima kasih.

Surakarta, Oktober 2014Tim Penyusun

DAFTAR ISI

1. Halaman Judul 12. Kata Pengantar 23. Daftar Isi 34. Aturan Praktikum 45. Percobaan G-1 Pegas 146. Percobaan G-2 Osilasi Teredam 167. Percobaan G-3 Ayunan Torsi 198. Percobaan G-4 Resonansi Gelombang Bunyi219. Daftar Pustaka 35

ATURAN PRAKTIKUM GELOMBANG

A. Asistensi Pendahuluan1. Sebelum seluruh kegiatan praktikum pendahuluan untuk mengenal alat-alat praktikum2. Semua praktikan diwajibkan mengikuti asistensi pendahuluan3. Ada empat hal yang harus dilaksanakan setiap percobaan : pretest, praktikum, pengesahan hasil percobaan dan laporan resmi4. Pretest dilaksanakan sebelum praktikum dimulai dalam bentuk lisan atau tertulis, apabila tidak lulus pretest maka harus mengikuti remedial pretest.B. Pengesahan Hasil Percobaan1. Hasil percobaan (pengamatan) dinyatakan sah apabila ada tanda tangan dari asisten2. Hasil percobaan dibuat rangkap ndengan n adalah jumlah praktikan dalam satu regu, jadi setiap praktikan membuat hasil percobaan.3. Hasil perobaan (pengamatan) dilampirkan dalam laporan resmi (laporan resmi dibuat per-individu tidak per-kelompok)C. Laporan Resmi1. Laporan resmi harus dibuat pada kertas folio dalam buku jurnal2. Grafik dibuat pada kertas milimeter blok3. Laporan resmi diserahkan pada hari yang telah ditentukan oleh asisten 4. Mereka yang tidak menyerahkan laporan tepat pada waktunya tidak diperkenankan mengikuti praktikum selanjutnyaD. Tata Tertib1. Selama praktikum, praktikan dilarang meninggalkan ruangan tanpa ijin dari koordinator asisten2. Selama praktikum, praktikan harus berada di meja kerja masing-masing3. Selama praktikum, di atas meja kerja praktikan hanya ada alat tulis yang diperlukan. Sedang semua tas dan lain-lain diletakkan ditempat yang telah disediakan4. Bagi yang melakukan praktikum/mengumpulkan laporan resmi maupun kepentingan lainnya tidak diperkenankan memakai kaos oblong, sandal jepit, jaket dan topi.5. Semua kegiatan yang ada hubungannya dengan praktikum, hanya dilaksanakan di Laboratorium Fisika, praktikan dilarang melakukan asistensi di luar Laboratorium Fisika.E. Wajib Datang1. Setiap praktikan diwajibkan datang pada semua asistensi dan praktikum pada jam yang telah ditentukan2. Bagi mereka yang absen tiga kali tanpa alasan yang sah akan dikenakan sanksi tidak boleh melanjutkan praktikum.

Percobaan 1Judul : PegasTujuan: 1. Memahami azaz kinerja Hukum Hooke2. Menentukan konstanta pegas3. Menentukan percepatan gravitasiDasar TeoriJika suatu bahan dapat meregang atau menyusut karena pengaruh gaya dari luar dan dapat kembali ke keadaan semula jika gaya yang bekerja padanya dihilangkan, maka keadaan tersebut dikatakan mempunyai sifat elastis (misalnya pegas). Selama batas elastisitasnya belum terlampaui maka perpanjangan pegas sebanding dengan gaya yang digunakan untuk memperpanjangkannya, yang menurut hokum Hooke sebagai berikut :

dimana: k = konstanta pegas (N/m) F = gaya yang diberikan (m)

= perubahan panjang pegas (N)Osilasi PegasPembebanan pegasDisamping cara pembebanan, konstanta pegas k dapat dicari dengan cara getaran, benda yang mempunyai berat w digantung pada pegas dan pegas mengalami osilasi maka periode getarannya adalah :

atau Untuk mencari konstanta pegas dapat digunakan persamaan :

Alat dan Bahan1. Pegas 5. Mistar2. Statif 3. Beban 10 g (2 buah), 20 g (2 buah), 50 g(2 buah), 100 g (1 buah)4. StopwatchProsedur PercobaanMetode Osilasi1. Tentukan massa pemberat2. Letakkan pegas pada statif3. Tarik beban cm kemudian lepaskan dan mencatat waktu untuk berosilasi sebesar 10 kali4. Ulangi dengan massa pemberat yang berbedaMetode Pembebanan1. Tentukan massa pemberat2. Letakkan masing-masing pegas pada statif3. Ukur panjang pegas tanpa beban, dan setelah diberi beban4. Ulangi untuk massa pemberat yang berbeda.

Tabel PengamatanMetode Osilasi (Percobaan 1)NoMassa beban (kg)Waktu 10 x getaran t (s)Periode T (s)Periode T2 (s2)

1100 g

2150 g

3200 g

4250 g

Metode Pembebanan (Percobaan 2)NoMassa beban (kg)Panjang pegas (m)Pertambahan panjang (m)

1Tanpa beban

270 g

380 g

490 g

5100 g

LampiranTentukan nilai k (konstanta pegas) untuk pegas tunggal, secara seri dan paralel

OSILASI TEREDAM (G-2)

A. Tujuan1. Menentukan konstanta pegas2. Menentukan konstanta redaman pada percobaan osilasi teredam dengan menggunakan zat cair sebagai redaman.B. Landasan TeoriPada getaran selaras sederhana, amplitude dari getaran tersebut selalu konstan. Amplitudo setiap osilasi pegas nyata/ ayunan sederhana secara pelan menurun terhadap waktu, sampai akhirnya osilasi berhenti sama sekali. Hal ini dapat kita sebut sebagai getaran teredam. Pada getaran teredam bekerja gaya pemulih dan gaya gesekan yang besarnya berlawanan dengan gerak benda. Misalkan F menyatakan gaya pemulih dan F adalah menyatakan gaya gesekan, maka dapat dituliskan persamaan : dan 21

3

Ingat bahwa dan sehingga persamaan di atas dapat ditulis: 4

5

6

dalam persamaan terakhir dan merupakan frekuensi sudut getaran. Persamaan diferensial getaran teredam seperti persamaan diatas hampir sama dengan persamaan diferensial getaran harmonis dengan tambahan suku yang mempunyai solusi7

Persamaan (7) dimasukkan kedalam persamaan (5) maka didapat penyelesaian :8

dengan :b : konstanta redamanm : massa bandulk : konstanta pegasT : periode osilasiDari persamaan terakhir terlihat bahwa redaman mempengaruhi besar frekuensi getaran, selain itu amplitude juga berkurang secara eksponensial (fungsi eksponensial terhadap waktu).

C. Alat dan Bahan1. Pegas1 buah2. Beban270 gr3. Statif1 buah4. Stopwatch1 buah5. Zat cair (air)secukupnya6. Ember/gelas kimia1 buah7. Mistar1 buahD. Langkah Kerja1. Timbang beban yang digunakan2. Pasang pegas pada statif3. Tarik beban ke bawah, kemudian ukur pertambahan panjang pegas4. lepas beban kemudian catat waktu yang diperlukan pegas untuk berosilasi n kali5. Lakukan langkah di atas dengan menggunakan massa yang berbeda6. Tentukan konstanta pegas yang digunakan7. Letakkan ember yang telah diisi air di bawah pegas yang telah dipasang beban8. Ulangi langkah-langkah di atas dengan menggunakan redaman zat cair dalam ember9. Menghitung periode untuk mencari konstanta redaman.

Gambar G-2.2. Skema percobaan getaran teredamE. DATA PENGAMATAN1. PERCOBAAN INoMassa beban (m)Waktu 10x osilasi (t)Periode osilasi (T)Panjang pegas akhir (l)Pertambahan panjang pegas ()

1

2

3

4

2. PERCOBAAN IINoMassa beban (m)Waktu 10x osilasi (t)Periode osilasi (T)Panjang pegas akhir (l)Pertambahan panjang pegas ()

1

2

3

4

Tugas :1. Menentukan konstanta pegas2. Menentukan konstanta redaman

AYUNAN TORSIA. Tujuan1. Menentukan momen kelembaman (I)

2. Menentukan frekuensi sudut ()B. Landasan TeoriBentuk Geometri

Sebuah titik massa bermassa m berada pada jarak r dari sumbu putar maka momen kelembaman (I) adalah ..................(1)

Untuk benda yang kontinyu, momen kelembaman terhadap suatu sumbu putar dapat diperoleh dengan membagi-bagi benda atas elemen-elemen massa yang bermassa dm yang berada pada jarak r dari sumbu putar tersebut adalah : ................(2)Untuk lempeng bentuk persegi panjang yang bermassa m, panjang p dan lebar l, maka momen kelembamannya terhadap sumbu putar yang melalui pusat lempeng dan tgak lurus pada bidang lempeng (gambar G.1) adalah : gambar G.1

.....................(3)Sedang untuk lempeng lingkaran yang berjari-jari r serta bermassa m, maka momen kelembamannya terhadap sumbu yang melalui pusat lempeng dan tegak lurus lempeng (gambar G.2) adalah : gambar G.2

................(4)

Momen kelembaman dapat juga dicari dengan cara getaran. Misalkan diambil lempeng persegi panjang, maka momen kelembamannya terhadap sumbu yang melalui pusat lempeng sejajar sisi panjang p adalah : ................. (5)Ayunan Torsi

Lempeng digantung dengan kawat pada statif sehingga kawat penggantung berimpit dengan sumbu yang melalui pusat lempeng (gambar G.3). Bila lempeng diputar sebesar sudut , maka kawat akan mengadakan gaya pemulih sebesar , dimana adalah suatu konstanta torsi kawat. gambar G.3 Ayunan torsi lempeng segi empat

Maka persamaan gerak ayunan torsi adalah :

......................(6)

Dari persamaan (6) diperoleh bahwa frekuensi sudut () dalam waktu getar T adalah :

...........................(7)C. Alat dan Bahan

1. Lempeng logam persegi dan lingkaran2. Stopwacth3. Statif4. Jangka sorong5. Mikrometer sekrup6. Kawat baja

E. Cara KerjaI. Bentuk Geometri1. Ukur panjang, lebar, tebal serta diameter (masing-masing 5 kali pengukuran)2. Timbang masing-masing lempengII. Ayunan Torsi1. Gantungkan lempeng pada kawat baja

2. Putar lempeng hingga membentuk sudut ( tidak boleh terlalu besar)3. Catat waktu yang diperlukan untuk n ayunan4. Dilakukan untuk lempeng persegi dan lingkaran5. Tabulasikan semua data yang diperoleh ke dalam tabel hasil pengamatanHasil Pengamatan

MassaLogam Persegi (gram)Logam Lingkaran (gram)

PengukuranNoLogam PersegiLogam Lingkaran

PanjangLebarTebalDiameter

1.

2.

3.

4.

5.

Periode (n=10)NoLogam PersegiLogam Lingkaran

T (periode) (s)T (periode) (s)

1.

2.

3.

4.

5.

Tugas1. Hitung momen kelembaman dengan menggunakan cara kerja I dan II, baik persegi maupun lingkaran dan frekuensi sudutnya.

Resonansi Gelombang Bunyi

A. Tujuan

1. Memahami resonansi gelombang suara

2. Menentukan kecepatan rambat gelombang suara di udara

3. Menentukan frekuensi garpu tala

B. Landasan Teori

Dua buah gelombang yang merambat melalui suatu medium dapat dipandang sebagai resultan penjumlahan gelombang tersebut (superposisi). Hasil dar-0i penjumlahan ini menimbulkan fenomena yang menarik, seperti adanya gelombang diam, pelayangan, interferensi, difraksi dan resonansi. Superposisi dari suatu gelombang dating dan gelombang pantulnya dapat menghasilkan gelombang yang dikenal sebagai gelombang diam atau gelombang stasioner atau gelombang berdiri.

Ciri umum gelombang berdiri, jika gelomang tersebt dating secara terus menerus maka superposisinya antara gelombang dating dan gelombang pantul akan terus menerus terjadi dan akhirnya akan terjadi resonansi. Resonansi pada umumnya terjadi jika gelombang frekuensi yang sama atau mendekati frekuensi alamiah (frekuensi resonansi tali), dan pola gelombang berdiri berbeda tergantung dari frekuensi resonansinya. Seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 1. Pola gelombang berdiri

Peristiwa resonansi ini banyak sekali dimanfaatkan dalam kehidupan, misalnya saja resonansi gelombang udara pada alat-alat musik. Gelombang suara merupakan gelombang mekanik yang dapat dipandang sebagai gelombang simpangan atau gelombang tekanan.Contoh yang lain, apabila gelombang suara merambat pada suatu tabung berisi udara, maka gelomban datang dan gelombang pantul oleh ujung-ujung tabung akan terjadi superposisi, sehingga dapat timbul resonansi gelombang berdiri. Resonansi ini terjadi jika panjang tabung udara merupakan kelipatan dari / 4 ( = panjang gelombang). Yang tergantung pada bentuk tabung jika gelombang suara dipandang sebaga gelombang simpangan, pada ujung yang

tertutup akan terjadi simpul, tetapi jika ujungnya terbuka akan terjadi perut. Lihat gambar di bawah ini ;

Gambar 2aGambar 2b

Untuk tabung yang salah satu ujungnya tertutup, hubungan antara panjang tabung L

dan panjang gelombang adalah :

L (2n 1) / 4dengan n = 0, 1, 2, 3, (1)

Dan untuk tanbung yang kedua ujungnya terbuka, maka :

L (2n 2) / 4dengan n = 0, 1, 2, 3, (2)

Karena/ N (v = kecepatan rambat suara dan N = frekuensi), maka :

L (2n 1) / 4N(3)

L (2n 2) / 4N(4)

C. Alat dan Bahan

1. Tabung gelas dengan reservoirnya

2. Zat cair

3. Speaker

D. Langkah Kerja

1. Usahakan agar mula-mula permukaan air dalam air tabung cukup tinggi dekat dengan ujung atas dari tabung (dengan reservoir)

2. Pasang speaker dan atur frekuensinya 600 Hz, kemudian nyalakan speaker tersebut.

3. Catat kedudukan permukaan air, ketika terdengar suara yang sangat keras. Turunkan lagi permukaan air sampai terjadi resonansi lagi, catat kedudukan permukaan air. Cari resonansi di sepanjang tabung.

4. Lakukan percobaan ini untuk frekuensi 800 Hz.

5. Ulangi langkah 2 sampai 3 untuk garputala yang lain (yang belum diketahui frekensinya). Cari resonansi pertama dan ulangi percobaan sebanyak 5 kali.