Projectile motion on an inclined misty surface:

I. Capturing and analysing the trajectory

Gerak Peluru Pada Permukaan Bidang Miring Berkabut :

1. Memperoleh Dan Menganalisa Lintasan

The author :

S Y Ho

S K FoongCH Lim

C C Lim

K Lin L Kuppan

Abstrak

Gerak peluru biasanya merupakan gerak tidak beraturan dua dimensi pertama yang siswa akan hadapi dalam mata kuliah fisika pra-universitas. Pada artikel ini, kami memperkenalkan teknik baru untuk menangkap lintasan proyektil gerak pada bidang miring Akrilik. Hal ini dapat dilakukan dengan melapisi papan Akrilik dengan lapisan tipis yang resisten terhadap tetesan air halus yang memungkinkan proyektil untuk meninggalkan jejak/lintasan saat melewatinya. Penelitian lapangan ini sudah diuji di Singapura dan telah mendapat respon yang sangat baik.

Content

PengantarSebuah Tinjauan Teori SingkatPersiapan Eksperimen ProsedurHasilDiskusiKesimpulanPengakuanReferensi

Pengalaman para siswa dalam mempelajari gerak peluru di kelas terbatas hanya menonton demonstrasi kelas atau rekaman video animasi tentang gerakan peluru. Akibatnya, para siswa jarang memiliki kesempatan untuk melakukan studi sistematis dalam rangka untuk lebih menenal hubungan antara parameter dari gerak peluru (seperti sudut proyeksi, kecepatan awal) serta dengan jangkauan dan ketinggian maksimum yang dapat dicapai gerak tersebut.

Untuk mengatasi permasalahan diatas, percobaan telah dirancang untuk menangkap lintasan penuh gerak peluru dalam rangka bagi siswa untuk mempelajari hubungan ini. Sementara kamera video dan kamera digital telah menjadi umum dan lebih murah, hal yang serupa juga tak bisa dihindari bahwa menggunakan kamera untuk menangkap penuh jalur proyektil pada bidang dua dimensi tidak mudah sama sekali. Selain itu, pengukuran jarak aktual pada gambar juga dapat menjadi sebuah tantangan.

Pada artikel ini, kami memperkenalkan peralatan alternatif yang lebih sederhana dan murah yang terinspirasi dari kamar kabut. Pada dasarnya, bukannya meluncurkan peluru pada bidang vertikal, melainkan itu diluncurkan pada sebuah bidang akrilik miring yang dilapisi dengan lapisan tipis yang resisten terhadap tetesan air halus. Peluru yang dipakai, merupakan bola baja, meninggalkan jejak lintasan saat meluncur. Meskipun telah ada banyak Studi beragam tentang masalah gerak peluru dalam literatur pendidikan fisika (lihat bagian referensi), kita tidak menemukan adanya percobaan oleh mahasiswa yang menggunakan tekhik yang sama.

PENGANTAR

Jika hambatan udara diabaikan, gerak sebuah peluru pada bidang vertikal dapat dimodelkan dengan kecepatan dalam komponen mendatar yang konstan dan percepatan dalam komponen vertikal merupakan percepatan gravitasi g. Lintasan merupakan bentuk parabola. Demikian juga, gerak sebuah peluru pada bidang miring dengan kecepatan horisontal konstan dan komponen g sepanjang bidang miring dapat dirumuskan :

g’ = g sin φ Di mana φ adalah sudut elevasi (kemiringan) bidang.

x = (u cos θ)t, (1)

y = (u sin θ)t – ½ g’t2 (2)

 

(3)

(4)

(5)

TEORI SINGKAT

1. Sebuah papan perspex / Akrilik sebagai bidang miring. (Lebar: 650 mm, tinggi:. 500 mm)

2. 1 cm Interval kotak ditempelkan pada lembar kertas putih (millimeter blok).

3. Setengah busur derajat (0 ◦ - 90 ◦) tertempel di atas kertas putih.

4. Sebuah bola baja kecil (diamete r sekitar 10 mm) sebagai peluru.

5. Pena (boll-point) tipe 'tekan-down' sebagai peluncur.

6. Sepotong kecil foil tembaga

7. Steamer

PERSIAPAN (ALAT & BAHAN)

ILUSTRASI

1) Bersihkan lembar Akrilik sehingga bebas dari kotoran dan noda, untuk mengurangi gesekan. Mengatur sudut kemiringan φ lembaran Akrilik di sekitar 40 ◦, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. (Sudut inklinasi ini ditemukan untuk membuat papan dapat dimanfaatkan secara optima - jika sudut diatur lebih landai, bola mungkin akan tertembak ke luar panjang papan, jika terlalu curam, yang panjang penuh papan tidak digunakan secara optimal.)

2) Isi steamer dengan air, biarkan air mendidih dan kemudian mengarahkan corong uap dari pembersih pada permukaan Akrilik dari jarak sekitar 5 cm dengan perlahan hingga lapisan tetesan air halus meliputi Seluruh permukaan Akrilik. Perhatikan bahwa panas yang berlebihan dari uap akan menyebabkanAkrilik dapat mengkerut.

3) Bila peluru bola diluncurkan, ia akan meninggalkan jejak saat melewati permukaan Akrilik, ini menunjukkan lintasan gerak peluru seperti yang ditunjukkan pada gambar 4. Besar nilai R dan H kemudian dapat dibaca dari skala.

4) Permukaan Akrilik ini dibersihkan dengan kertas tisu, penyemprotan uap kembali dilakukan dan peluncuran baru diulang dengan Sudut proyeksi yang berbeda. Atau alternative lain, dapat dibuat percobaan peluncuran lain dan dua lintasan akan dapat dibandingkan.

PROSEDUR

SKETSA

RESULT

PLOT GRAFIK

Untuk memverifikasi persamaan (4) dan (5), kita memplot grafik R terhadap 2θ dalam gambar 5 dan H mterhadap sin2 θ pada gambar 6. Data yang didapat dicocokan secar aleast squares. kuadrat koefisien korelasi untuk masing-masing adalah 0,9915 dan 0,9991. Seperti yang diharapkan dari persamaan, gradien yang diperoleh dari gambar 6 adalah sekitar setengah dari gambar 5, dengan kesalahan relatif 4%. Kecepatan awal yang diperoleh dari gambar grafik 5 dan 6 masing-masing adalah 1,45 m/s dan 1,48 m/s.

RESULT

Percobaan telah dirancang dengan grid pada dengan Papan akrilik dan busur derajat yang cukup besar skalanya untuk membuat pengukuran mudah dan akurat. Nilai-nilai koefisien korelasi kuadrat juga cukup mendekati nilai 1. Hal ini menunjukkan bahwa data eksperimen mengikuti bentuk persamaan (4) dan (5). Hal ini lebih lanjut didukung oleh nilai-nilai yang konsisten dari kecepatan awal yang diperoleh dari grafik 5 dan 6. Desain percobaan ini memenuhi tujuan yang memungkinkan siswa untuk mempelajari hubungan antara Sudut proyeksi dengan kedua jangkauan dan ketinggian maksimum gerak dengan relatif mudah.

DISKUSI

Seorang guru senior menysesuaikan percobaan untuk gunakan di sekolahnya. Dalam menangkap lintasan ia menggunakan kertas karbon bukan lapisan tipis yang kami digunakan di sini. Kertas karbon yang digunakan haruslah sangat 'lunak/lembut' hal ini dimaksudkan agar saat menduplikasi dengan tulisan tangan lebih tampak daripada jenis 'kasar' dimaksudkan untuk diketik kerja. Jejak lintasan pada kertas karbon juga akan lebih jelas jika bola baja itu bermassa lebih besar (lebih dari 4 g) dari bola berdiameter 10 mm yang digunakan dalam percobaan. Juga, menggunakan kertas karbon membutuhkan sudut kemiringan yang lebih kecil untuk bidang miringnya. Pengaturan yang kita lakukan tidak terbatasi dalam hal ini dan memungkinkan rentang parameter yang lebih besar untuk gerak peluru yang akan digunakan.

DISKUSI

Ide memperoleh lintasan menggunakan lapisan tipis yang tahan terhadap tetesan air pada grid akrilik telah membuktikan bahwa peralatan sederhana dan ekonomis dapat dijadikan media pembelajaran dalam kasus gerak peluru pada bidang miring.

Pengukuran juga dapat diperoleh dengan mudah dan akurat.

Konsep ini juga dapat dengan mudah diperluas untuk materi fisika lainnya.

Kami percaya bahwa percobaan tersebut akan sangat meningkatkan pengalaman belajar.

KESIMPULAN

• Penelitian ini didanai oleh hibah (CRP 49/03 FSK) dari Pusat Penelitian Pedagogi dan Praktek, National Institute of Education, Nanyang Technological University, Singapura.

• Penelitian ini dilakukan dalam uji lapangan di Singapura yang melibatkan total 169 siswa yang mengambil GCE (General Certificate of Education, Cambridge). A-level fisika dan 13 guru dari dua perguruan tinggi junior. Ini jugta diperkenalkan kepada sekitar 50 guru dalam kursus in-service, di 2007 dan 2008.

• Survei dilaksanakan dan memperoleh respon yang sangat baik. Analisis dan Hasil baru-baru ini dilaporkan dalam berbagai media. Melalui makalah ini, diharapkan dapa memotivasi dengan meningkatkan pengalaman siswa, modifikasi sederhana untuk eksperimen dan analisis seperti, perubahan sudut proyeksi untuk 'mencapai target tertentu' ditempatkan pada permukaan bidang miring sangat dpersilahkan

PENGAKUAN

[1] Lucie P 1979 Projectile motion revisited Am. J.Phys. 47 139–41

[2] Hale D P 1980 A tilted plane as a gravitationalfield model Phys. Educ. 15 306–9

[3] Kemp H R 1986 Projectile paths corrected forrecoil and air resistance Phys. Educ. 21 19–23

[4] Strnad J 1993 Relativistic projectile motion Eur.J. Phys. 14 14–8

[5] Serway R A, Lehman J and Hall R 1995 Theballistic cart on an incline revisited Phys. Teach. 33 578–80

[6] Chow J W, Carlton L G, Ekkekakis P andHay J G 2000 A web-based video digitizing system for the study of projectile motion Phys. Teach. 38 37–40

[7] Larabee D 2000 Car collisions, physics and the state highway patrol Phys. Teach. 38 334-6

[8] Garcia A L 2003 Projectile motion in perspective Phys. Educ. 38 193–5

[9] Cordry S 2003 Projectile motion model Phys. Teach. 41 430–1

[10] LoPresto M C 2005 Graphs make determination of projectile height and range easy Phys. Educ. 40 316–8

[11] Maclnnes I 2006 An inexpensive demonstration of projectile motion Phys. Teach. 44 364–5

[12] Farkas N and Ramsier R D 2006 Projectile activity for the laboratory: a safe and inexpensive approach to several concepts Phys. Educ. 41 151–4

[13] Day L H 2007 Can physics help win the case? A real-world application of an unusual two-dimensional projectile motion situation Phys. Educ. 42 621–4

[14] Foong S K 2008 Improved accessibility Phys. Educ. 43 232–3

[15] Foong S K, Lim C C, Ho S Y, Wong D and Kuppan L 2008 Experiments for challenging topics in pre-university physics Science Education at the Nexus of Theory and Practice ed Y-J Lee and A-L Tan (Rotterdam: Sense Publishers) pp 81–109

REFRENSI

Assalamu’alaykum……

THANKS FOR ATTENTIONS