LAPORAN PRAKTIKUM
FISIKA DASAR
Pipa U
Nama : Sajidin
NPM : 240110120082
Kelompok : 4
Shift : TMIP-B1
Waktu : 08.00-10.00 WIB
Asisten : Annisa Oktaviani
LABORATORIUM FISIKA DASAR
JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
JATINANGOR
2012
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering tidak menyadari banyak penerapan-
penerapan Gerak Harmonik Sederhana, seperti sistem pegas yang digunakan pada
tempat tidur yang dimaksudkan agar tempat tidur terasa nyaman, sistem bandul
pada ayunan di taman kanak-kanak dan sebagainya. Gerak harmonik sederhana
yang selanjutnya disingkat GHS adalah gerak bolak-balik suatu benda di sekitar
titik keseimbangan.
Gerak Harmonik Sederhana mempunyai persamaan gerak dalam bentuk
sinusoidal dan digunakan untuk menganalisis suatu gerak periodik tertentu. Gerak
periodik adalah gerak berulang atau berosilasi melalui titik setimbang dalam
interval waktu tetap. Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2
bagian, yaitu : Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, misalnya penghisap
dalam silinder gas, gerak osilasi air raksa/air dalam pipa U, gerak
horizontal/vertikal dari pegas, dan sebagainya. Sementara, Gerak Harmonik
Sederhana (GHS) Angular, misalnya gerak bandul/bandul fisis, osilasi ayunan
torsi, dan sebagainya.
Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana berbentuk
huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat cair di kedua
pipa mempunyai tinggi yang sama dan cairan dalam pipa U (air) bergerak dalam
selang waktu tertentu dan menghasilkan suatu gerak harmonis. Jika zat cair dalam
pipa U diletakkan pada posisi yang tidak sama tinggi lalu dilepaskan, maka zat
cair dalam pipa U akan melakukan gerak harmonik sederhana, gerak naik turun di
sekitar kedudukan seimbang. Suatu benda melakukan gerak bolak-balik terhadap
suatu titik tertentu, maka gerak benda itu dikatakan bergetar dan menyebabkan
adanya periode yaitu waktu yang diperlukan untuk melakukan getaran. Dengan
demikian, sangat jelaslah bahwa untuk banyak bidang ilmu fisika, pengetahuan
mengenai gerak harmonik khususnya gerak osilasi ini amat penting untuk
dipelajari.
1.2 Tujuan
1. Menentukan percepatan gravitasi dengan menggunakan osilasi cairan yang
berada pada pipa U.
2. Membandingkan dengan literatur antara percepatan gravitasi sebenarnya
dengan percepatan gravitasi hasil pengamatan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Gerak Harmonik Sederhana mempunyai persamaan gerak dalam bentuk
sinusoidal dan digunakan untuk menganalisis suatu gerak periodik tertentu. Gerak
periodik adalah gerak berulang atau berosilasi melalui titik setimbang dalam
interval waktu tetap. Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2
bagian, yaitu : Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, misalnya penghisap
dalam silinder gas, gerak osilasi air raksa/air dalam pipa U, gerak
horizontal/vertikal dari pegas, dan sebagainya. Sementara, Gerak Harmonik
Sederhana (GHS) Angular, misalnya gerak bandul/bandul fisis, osilasi ayunan
torsi, dan sebagainya.
Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana berbentuk
huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat cair di kedua
pipa mempunyai tinggi yang sama dan cairan dalam pipa U (air) bergerak dalam
selang waktu tertentu dan menghasilkan suatu gerak harmonis. Jika zat cair dalam
pipa U diletakkan pada posisi yang tidak sama tinggi lalu dilepaskan, maka zat
cair dalam pipa U akan melakukan gerak harmonik sederhana, gerak naik turun di
sekitar kedudukan seimbang. Suatu benda melakukan gerak bolak-balik terhadap
suatu titik tertentu, maka gerak benda itu dikatakan bergetar dan menyebabkan
adanya periode yaitu waktu yang diperlukan untuk melakukan getaran. Selain itu,
apabila rumus persamaan dari periode tersebut kita utak-atik sedikit atau kita
turunkan, maka diperoleh suatu persamaan baru untuk menentukan percepatan
gravitasi.
Suatu pipa U berisi zat cair dengan kedua ujung pipa terbuka. Jika salah satu
permukaan zat cair dibuat lebih tinggi dari yang lain maka gaya yang
mengembalikan zat pada kedudukan setimbang akan sebanding dengan
simpangan terhadap titik setimbang, akan terjadi getaran. Dengan menggunakan
analog getaran pada pegas maka waktu getaran dapat ditulis:
T = 2 Dengan l = panjang kolom zat cair dan g = percepatan gravitasi
Tekanan (P) yang diberikan oleh sebuah gayayang bekerja pada suatu
benda,bergantung pada besar gaya F dan luas permukaan benda A. Besar tekanan
di suatu titik di dalam zat cair tak bergerak sebanding dengan kedalaman titik
itu(h) dan sebanding dengan massa jenis zat cair tersebut. Tekanan pada titik yang
mempunyai kedalaman sama adalah sama. Getaran adalah gerak bolak balik yang
berlangsung secara periodik melalui titik kesetimbangan. Besaran-besaran pada
benda yang mengalami getaran diantaranya simpangan getaran adalah jarak dari
kedudukan setimbang ke kedudukan pada suatu saat, amplitudo getaran(A)
adalah simpangan maksimum /jarak maksimum dari titik kesetimbangan. Periode
getaran ( T ) adalah waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran.Secara
matematis periode getaran.
Untuk menaikan dan menurunkan permukaan zat cair pada pipa diperlukan
kerja.dengan demikian energi potensial disimpan pada zat cair yang turun atau
naik.Sehingga energi zat cair pada pipa U adalah Ep = .g.A2. Berarti ,karena
energi mekanik total E dari sistem merupakan jumlah energi kinetik dan potensial
maka didapat energi total, yaitu E = .g.A2 + .g.A2.Pada amplitudo zat cair penuh
/titik kritis zat cair berhenti sebentar pada waktu berubah arah sahingga v = 0
maka E = .g.A .Pada saat di titik setimbang ,A = 0,semua energi merupakan
energi kinetik maka E = .g.A2 .Dari kedua persamaan didapatkan: g.A2 = .g.A2
(Dikutip dari Triadi Rikky, November 2011)
Pada modulus pipa U kali ini termasuk gerak harmonis sederhana linier.
Gerak harmonis sederhana ini tidak menghasilkan sudut dalam gerak osilasinya.
Berdasarkan teori atom modern, orang menduga bahwa molekulmolekul benda
padat bergetar dengan gerak yang hampir harmonik terhadapposisi kisi-kisi
tetapnya, walaupun gerak molekul-molekul itu tentunya tidak dapat kita lihat
secara langsung.
Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana
berbentuk huruf U. Bila pipa U diisi oleh sejenis zat cair tertentu, maka zat cair di
kedua pipa mempunyai tinggi yang sama, berarti mengikuti hukum . Alat yang
digunakan oleh para tukang bangunan untuk mendapatkan sifat datar juga
menggunakan hukum bejana berhubungan. Alat tersebut dinamakan water pas.
Gejala-gejala dalam kehidupan sehari-hari yang pemanfaatannya menggunakan
hukum bejana berhubungan akan bermanfaat sekali untuk mendapatkan sifat
datar. Bunyi hukum bejana berhubungan yaitu : “Bila bejana-bejana berhubungan
diisi dengan zat cair yang sama, dalam keadaan setimbang, permukaan zat cair
dalam bejanabejana itu terletak pada sebuh bidang mendatar”. Para tukang
bangunan juga sering menggunakan prinsip hukum bejana berhubungan ini untuk
mengukur ketinggian dua tempat yang berbeda letaknya dengan cara
menggunakan selang bening yang berisi air. Tinggi air di kedua bagian ujung
selang selalu sama. Hukum bejana berhubungan tidak berlaku jika terdapat pipa
kapiler di salah satu bejana, dan tidak berlaku pula jika diisi dengan lebih dari satu
jenis zat cair yang berbeda. Pada pipa U bila dari salah satu mulut pipa U
dituangkan zat cair yang berbeda (massa jenisnya berbeda dengan massa jenis zat
cair yang sudah ada di dalam pipa). Tekanan pada kedua permukaan zat cair di
kedua mulut pipa U selalu sama, yaitu merupakan tekanan hidrostatis. Jika pipa U
diisi dengan dua zat cair yang tidak bercampur, tinggi permukaan zat cair pada
kedua mulut pipa berbeda. Hubungan antara massa jenis dan tinggi zat cair dalam
pipa U adalah sebagai berikut: Misalkan, massa jenis zat cair pertama adalah ρ1
dan massa jenis zat cair kedua adalah ρ2. Dari titik pertemuan kedua zat cair, kita
buat garis yang memotong kedua kaki pipa U. Misalkan, tinggi permukaan zat
cair pertama dari garis adalah h1 dan tinggi permukaan zat cair kedua dari garis
adalah h2. Zat cair pertama setinggi h1 melakukan tekanan yang sama besar
dengan tekanan zat cair kedua setinggi h2.
P1 = P2
Dengan menggunakan persamaan di atas, maka diperoleh :
ρ1 g h1 = ρ2 g h2 , ρ1 h1 = ρ2 h2
Sebuah tabung berbentuk U diisi air sampai ketinggian tertentu. Kemudian
air disebelah kanan ditekan kebawah hingga turun setinggi x, lalu dilepas
sedemikian, sehingga air bergerak harmonik sedehana. Jika luas permukaan
tabung A dan massa air seluruhnya m, maka besar perioda gerak harmonik ini
adalah sebagai berikut. Gaya pemulih adalah gaya berat air di kolom sebelah kiri
setinggi 2x yang mendorong air bergerak ke sebelah kanan, besarnya adalah:
F = -mg = -ρVg = -ρA(2x)g = -(2ρAg) x
Gambar 2.1 pipa U yang berisi cairan
(sumber: http://www.google.co.id/imgres?imgurl)
Hukum Pascal berbunyi “Tekanan yang diberikan kepada zat cair oleh
gaya dari luar akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata”.Pada kegiatan
menggunakan pompa Pascal, Kamu dapat membuktikan kebenaran hukum Pascal
dalam tekanan yang diberikan kepada zat cair akan diteruskan. Pancaran air akan
keluar pada setiap lubang dan kekuatan pancaran tersebut sama rata ke segala
arah. Hukum Pascal tidak hanya berlaku pada zat cair saja tetapi berlaku pula
pada zat gas. Zat cair dan zat gas keduanya sering disebut dengan fluida.Alat-alat
teknik yang bekerjanya berdasarkan hukum Pascal antara lain; dongkrak hidrolik,
kempa/alat pengepres hidrolik, rem hidrolik, pompa hidrolik, alat pengangkat
mobil di tempat-tempat cucian mobil atau dibengkel, dan berbagai alat yang lain.
Hukum utama hidrostatika berlaku pula pada pipa U (Bejana berhubungan) yang
diisi lebih dari satu macam zat cair yang tidak bercampur. Percobaan pipa U ini
biasanya digunakan untuk menentukan massa
jenis zat cair.
Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel
yang mempunyai massa di alam semesta. Fisika modern mendeskripsikan
gravitasi menggunakan Teori Relativitas Umum dari Einstein, namun hokum
gravitasi universal Newton yang lebih sederhana merupakan hampiran yang cukup
akurat dalam kebanyakan kasus. Sebagai contoh, bumi yang memiliki massa yang
sangat besar menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-
benda disekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda benda yang ada di bumi.
Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada diluar angkasa,
seperti bulan, meteor, dan benda angkasa laiinnya, termasuk satelit buatan
manusia. Beberapa teori yang belum dapat dibuktikan menyebutkan bahwa gaya
gravitasi timbul karena adanya partikel gravitron dalam setiap atom. Satuan
percepatan rata-rata gravitasi bumi yang disimbolkan sebagai g menunjukkan rata-
rata percepatan yang dihasilkan medan gravitasi pada permukaan bumi
(permukaan laut). Nilai sebenarnya percepatan gravitasi berbeda dari satu tempat
ke tempat lain tergantung ketinggian dan kondisi geologi. Simbol g digunakan
sebagai satuan percepatan. Dalam fisika, nilai percepatan gravitasi standar g
didefinisikan sebagai 9,806.65 m/s2 (meter per detik2), atau 32.174,05 kaki per
detik2. Pada ketinggian p maka menurut International Gravity Formula, g =
978,0495 (1+0.0052892 sin2 (p) -0.0000073 sin2 (2p)) sentimeter per detik2.
(cm/s2).
Simbol g pertama kali digunakan dalam bidang aeronautika dan teknologi
ruang angkasa, yang digunakan untuk membatasi percepatan yang dirasakan oleh
kru pesawat ulang-alik, disebut juga sebagai g forces. Istilah ini menjadi populer
di kalangan kru proyek luar angkasa. Sekarang ini berbagai pengukuran
percepatan gravitasi diukur dalam satuan g.
(Dikutip dari Nova Nurfauziawati, Januari 2012)
BAB III
METODOLOGI
3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat
Adapun alat yang digunakan pada praktikum kali ini adalah:
1. Pipa U untuk tempat menampung air.
2. Kabel/benang untuk mengukur tinggi permukaan zat cair
3. Stopwatch untuk mengukur waktu yang digunakan.
4. Penggaris untuk mengukur panjang benda.
3.1.2 Bahan
Bahan yang digunakan pada praktikum kali ini adalah:
1. Air sebagai media pengukur kesetimbangan simpangan.
3.2 Prosedur Praktikum
Prosedur praktikum kali ini adalah:
1. Mengukur panjang kolom zat cair.
2. Membuat kedudukan zat cair tidak sama tinggi kemudian dilepaskan.
3. Mengukur T 5 kali (setiap t terdiri dari 5 ayunan) T = t/5
4. Menghitung percepatan gravitasi dari percobaan kali ini.
5. Membandingkan percepatan gravitasi praktikum dengan literatur.
BAB IV
HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil
Hasil dari praktikum kali ini adalah:
Panjang kolom zat cair = 24x10-2 m
l = = 12x10-2 m
Tabel 4.1.1
No t (s) <t> t (s) T = <t>/5 (s)
1 4,2833 3,7599 1,4817 0,75198
2 4,15
3 3,633
4 3,867
5 3,55
6 3,733
7 3,733
8 3,7
9 3,35
10 3,6
Tabel 4.1.1 waktu yang diperlukan untuk 5 ayunan
t =
=
=
= 1,4817
T = 2
g =
=
= 8,3777 m/s2
Perbandingan percepatan gravitasi hasil praktikum dengan literatur:
Percepatan gravitasi praktikum < Percepatan gravitasi literatur
8,3777 m/s2 < 9,78 m/s2
Nilai percepatan gravitasi hasil praktikum lebih kecil dibandingkan
percepatan gravitasi literatur.
4.2 Pembahasan
Praktikum kali ini membahas tentang pipa U. Dimana praktikan belajar
membedakan gaya gravitasi literatur dengan gaya gravitasi pada pipa U.
Pertama praktikan mengukur terlebih dahulu panjang kolom zat cair untuk
digunakan dalam perhitungan mencari gaya gravitasi pada sebuah pipa U.
Kemudian pipa U yang berisi cairan dimiringkan sehingga kedudukan zat cair
pada tiap ujung pipa U beda tinggi lalu dilepaskan sehingga pipa U berayun
sampai lima kali ayunan. Ketika pipa berayun sampai lima kali, praktikan
menyiapkan stopwatch atau alat pengukur waktu lainnya untuk mengukur waktu
selama pipa U berayun, yang nantinya hasil waktu yang diperoleh ini digunakan
untuk menghitung periode yang terjadi pada ayunan pipa U.
Selanjutnya, nilai periode yang terjadi pada ayunan pipa U dicari dengan
cara membagi waktu dengan banyak ayunan pipa U tersebut, setelah terperoleh
periode, kemudian praktikan baru bisa memperoleh gaya gravitasi pada pipa U
yaitu dengan cara mengalikan dua radian (phi) berkuadrat dengan panjang pipa U
lalu dibagi dengan periode berkuadrat. Lalu terperoleh perbandingan gaya
gravitasi pada pipa U dengan gaya gravitasi literatur, perbandingan tersebut bisa
lebih besar, lebih kecil atau juga sama dengan gaya gravitasi literature. Jika lebih
besar berarti ayunan pipa U terlalu kencang sehingga gaya gravitasi pipa U
terhadap bumi semakin tinggi begitupun sebaliknya jika lebih kecil berarti ayunan
pipa U terlalu pelan sehingga gaya gravitasi pipa U terhadap bumi semakin
rendah, dan jika sama dengan gaya gravitasi berarti ayunan pipa U ideal sehingga
mengikuti gaya gravitasi bumi.
Masalah-masalah pada praktikum kali ini yaitu ketidak akuratan praktikan
dalam mengukur waktu yang terjadi menjelang lima kali ayunan pipa U,
dikarenakan ketidak telitian dalam memberikan jeda pada ayunan pipa U.
Solusi praktikan dalam menyigapi masalah ini dengan menentukan jeda
ayunan pipa U secara benar dan tepat yaitu dengan cara menghentikan pipa U
ketika pada ayunan kelima pada kedudukan awal, misal kedudukan awal pipa U
ketika dimiringkan diarah kanan maka ketika dihentikan berada diarah kanan lagi.
BAB V
KESIMPULAN
Pada praktikum kali ini didapat kesimpulan:
1. Pipa U adalah salah satu bejana berhubungan yang paling sederhana
2. Periode adalah waktu yang dibagi dengan banyak ayunan pipa U.
3. Gaya gravitasi pada pipa U dapat diperoleh dengan mengalikan dua radian
berkuadrat dengan panjang pipa U lalu dibagi periode berkuadrat.
4. Jika lebih besar berarti ayunan pipa U terlalu kencang sehingga gaya gravitasi
pipa U terhadap bumi semakin tinggi begitupun sebaliknya jika lebih kecil
berarti ayunan pipa U terlalu pelan sehingga gaya gravitasi pipa U terhadap
bumi semakin rendah, dan jika sama dengan gaya gravitasi berarti ayunan pipa
U ideal sehingga mengikuti gaya gravitasi bumi.
DAFTAR PUSTAKA
Adelina Verawati. 2009. Gerak Harmonik Sederhana. Terdapat pada: http://adelina-verawati.blogspot.com/2009/12/gerak-harmonik sederhana.html (Diakses pada tanggal 20 Oktober 2012 pukul 17.00 WIB)
Nova Nurfauziawati. 2010. Pipa U. Terdapat pada: http://novanurfauziawati.files.wordpress.com/2012/01/modul-6-pipa-u.pdf (Diakses pada 31 Oktober 2012 pukul 16.56 WIB)
Triadi Rikky. 2011. Pipa U. Terdapat pada: http://triyadirikky06.blogspot.com/2011/10/laporan-fisika-dasar-pipa-u.html ( Diakses pada tanggal 31 Oktober 2012 pukul 16.49 WIB)
Zaida, Drs, M.Si., Petunjuk Praktikum Fisika Dasar, Jatinangor, 2012