MAKALAHDesain Pembelajaran SainsSet Alat Melde

Disusun oleh:DESY NICOLA (3215111231)SITI ROCHAENI(3215111230)

Pendidikan Fisika Reguler 2011Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena berkat rahmat dan karuniaNya makalah ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya.Makalah ini akan membahas secara khusus tentang melde dengan melakukan percobaan secara langsung. Minimnya alat perktikum di sekolah membuat para guru harus lebih kreatif menyiasati kekurangan tersebut, salah satunya dengan membuat set alat praktikum sendiri yang memanfaatkan bahan-bahan yang mudah didapat dari lingkungan sekitar, sehingga pembelajaran fisika bisa menjadi lebih bermakna dan kontekstual. Hal inilah yang mendasari kami untuk membuat sebuah set alat percobaan untuk memperlancar pelaksanaan pembelajaran di sekolah yaitu Set Alat Percobaan Melde yang dapatmenunjukkan gelombang transversal pada tali dan hubungan antara cepat rambat gelombang dengan tegangan tali.Tidak lupa penulis menyampaikan terima kasih kepada Ibu Raihanati dan Bapak Hadi Nasbey selaku dosen matakuliah Desain Pembelajaran, yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat bagi penulis.Seperti istilah Tidak Ada Gading Yang Tak Retak begitu pula dengan makalah ini yang belum sempurna. Karena itu kritik dan saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakan makalah selanjutnya sangat diharapkan oleh penulis. Penulis mengharapkan semoga makalah ini dapat berguna bagi teman-teman.

Jakarta, 7 April 2014

Penulis

DAFTAR ISIJudul iKata PengantariiDaftar Isiiii

BAB I PendahuluanLatar BelakangPembatasan MasalahTujuan PercobaanMetodologiBAB II Kerangka TeoriTinjauan PustakaBAB III PembahasanBAB IV Kesimpulan

Daftar Pustaka1

BAB IPENDAHULUAN

Materi kelas XII SMAKD 3.1: Mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang secara umumKD 4.1: Menyelidiki karakteristik gelombang mekanik melalui percobaan I.1 Latar BelakangFisika merupakan salah satu cabang IPA yang mendasari perkembanganteknologimaju dan konsep hidup harmonis dengan alam yang mengandung banyak konsep yang bersifat abstrak.Sebagai cabang dari IPA maka Fisika memiliki karateristik sebagai berikut:1. Fisika merupakan kelompok ilmu pengetahuan yang terdiri dari fakta, konsep, prinsip, hukum, teori tentang gejala alam.2. Fisika merupakan kegiatan keilmuan berupa pemikiran, penelitian, observasi dan eksperimen.Melalui observasi dapat dipahami konsep fisika secara tepat.3.Fisika selalu bersifat progresif dan komulatif. Bersifat progresif maksudnya selalu berkembang maju kearah yang lebih baik atau lebih sempurna. Bersifat komulatif maksudnya setiap penemuan selalu berdasarkan pada penemuan-penemuan sebelumnya.Berdasarkankarakteristik fisika diatas, maka fisika harus dipelajari atau dipahami melalui kegiatan empiris.Salah satu bentuknya adalah dengan kegiatan percobaan atau praktikum.Namun minimnya alat perktikum di sekolah membuat para guru harus lebih kreatif menyiasati kekurangan tersebut, salah satunya dengan membuat set alat praktikum sendiri yang memanfaatkan bahan-bahan yang mudah didapat dari lingkungan sekitar, sehingga pembelajaran fisika bisa menjadi lebih bermakna dan kontekstual. Hal inilah yang mendasari kami untuk membuat sebuah set alat percobaan untuk memperlancar pelaksanaan pembelajaran di sekolah yaitu Set Alat Percobaan Melde yang dapatmenunjukkan gelombang transversal pada tali dan hubungan antara cepat rambat gelombang dengan frekuensi gelombang..Gelombang adalah getaran yang merambat. Di dalam perambatannya tidak diikuti olehberpindahnya partikel-partikel perantaranya. Pada hakekatnya gelombang merupakan rambatan energi (energi getaran). Periode gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang untuk menempuhsatu panjang gelombang penuh. Panjang gelombang () adalah jarak yang ditempuh dalamwaktu satu periode. Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang terjadi tiap satuanwaktu. Cepat rambat gelombang (v) adalah jarak yang ditempuh gelombang tiap satuan waktu.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. Jika kedua ujungnya tertutup, gelombang pada tali itu akan terpantul-pantul dan dapat menghasilkan gelombang stasioner yang tampak berupa simpul dan perut.Dari penjelasan di atas, maka dalam makalah ini akan membahas secara khusus tentang melde dengan melakukan percobaan secara langsung. Alasan dilakukannya percobaan ini untuk mengetahui tentang gelombang berdiri seutas tali dan menentukan besarnya frekuensi vibrator beserta cepat rambat gelombang yang dihasilkan.

I.2 Pembatasan MasalahDalam laporan praktikum mengenai percobaan melde ini kami membatasi pembahasannya, yaitu untuk mengetahui tentang gelombang berdiri seutas tali, hubungan antara cepat rambat gelombang dengan frekuensi, dan menentukan besarnya frekuensi gelombang beserta cepat rambat gelombang yang dihasilkan.

I.3 Tujuan PercobaanAdapun tujuan-tujuan dari praktikum ini adalah :1. Menyelidiki sifat-sifat gelombang berdiri seutas tali dengan cara melde.2. Menentukan hubungan antara cepat rambat gelombang dengan frekuensi3. Menentukan besarnya frekuensi gelombang beserta cepat rambat gelombang yang dihasilkan.

I.4 MetodologiAdapun metode yang akan digunakan dalam membuat alat tersebut ialah dengan cara melakukan percobaan secara langsung. Untuk mengetahui tentang gelombang berdiri seutas tali dan menentukan besarnya frekuensi vibrator beserta cepat rambat gelombang yang dihasilkan.

BAB IIKERANGKA TEORI

II.1 Tinjauan PustakaGelombang adalah getaran yang merambat. Di dalam perambatannya tidak diikuti oleh berpindahnya partikel-partikel perantaranya. Pada hakekatnya, gelombang merupakan rambatan energi (energi getaran).Sifat-sifat gelombang antara lain :1. Dapat dipantulkan 2. Dapat dibiaskan 3. Dapat berinterferensi4. Dapat mengalami difraksi5. Dapat terpolarisasi Gelombang dibedakan menjadi dua jenis menurut mediumnya. Yaitu gelombang elektromagnetik yang merambat tanpa melalui medium atau perantara. Contoh gelombang elektromagnetik adalah gelombang cahaya dan gelombang bunyi. Sedangkan gelombang yang merambat melalui suatu medium atau perantara yaitu gelombang mekanik. Terdapat dua jenis gelombang mekanik, berdasarkan arah gerakan partikel terhadap arah perambatan gelombang, yaitu : Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arahperambatannya searah dengan arah getaran partikelnya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang pada pegas Gelombang transversal adalah gelombang yang arah perambatannya tegak lurus dengan arah getaran partikelnya. Contoh gelombang transversal adalah gelombang pada tali. Gelombang stasioner biasa juga disebut gelombang tegak,gelombang berdiri atau gelombang diam, adalah gelombang yang terbentuk dari perpaduan atau interferensi dua buah gelombang yangmempunyai 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 amplitudo nol, dan pada perut gelombang amplitudo maksimumSeutas tali salah satu ujungnya diikatkan pada sebuah lengan penggerak vibrator, sedangkan ujung lainnya dilewatkan pada sebuah katrol dan diberi beban untuk memberi tegangan pada tali tersebut. Jika vibrator digetarkan, maka didalam tali akan terjadi gelombang berjalan. Dengan mengatur tegangan tali maka didapatkan bentuk gelombang berdiri yang kita kehendaki.Senar atau dawai banyak digunakan sebagai sumber bunyi, seperti pada gitar dan biola. Cepat rambat gelombang pada dawai dapat diukur dengan peralatan Melde (sonometer) Hukum Melde mempelajari tentang besaran-besaran yang mempengaruhi cepat rambat gelombang transversal pada tali yang desain alatnya seperti gambar berikut:

Panjang dawai adalah jarak dari sumber getar (osilator) sampai ke katrol licin, karena hanya pada bagian inilah dawai dirambati gelombang transversal. Tegangan dawai setara dengan gaya berat beban, sedangkan frekuensi gelombang sama dengan frekuensi getaran osilator.Ketika osilator digetarkan, terjadi rambatan gelombang dari osilator menuju ke katrol. Sesampai di katrol, gelombang tadi dipantulkan sehingga di sepanjang dawai terjadi interferensi antara gelombang datang yang berasal dari osilator dan gelombang pantul yang berasal dari katrol. Interferensi gelombang ini menghasilkan gelombangstasionerdalam bentuk simpul dan perut yang terjadi di sepanjang dawai.Dalam percobaan ini akan dibahas interferensi gelombang pada tali yang diakibatkan oleh dua buah gelombang, yaitu gelombang yang datang dan gelombang pantul. Hasil interferensi gelombang pada tali yang simpul dan perut yang terlihat pada gambar

Keterangan :A = perutB = simpulJarak antara 3 buah simpul Yang berurutan atau jarak antara dua buah perut yang berurutan sama dengan 1 panjang gelombang. Jika gelombang bergerak dengan kecepatan v, panjang gelombang dan frekuensi gelombang , maka rumus umum gelombang : v = .

Jarak dua simpul yang beraturan adalah atau =

dimana : L = jarak simpul terjauh s = jumlah simpul yang terjadi sepanjang L

Cepat rambat gelombang dirumuskan :v = . f atau v=

sehingga dari persamaan ini dapat diperoleh frekuensi gelombang adalah :f = Dimana : = panjang gelombang T = tegangan tali = massa persatuan panjang tali

BAB IIIDESAIN ALAT

III.1Desain AlatDesain alat untuk percobaan melde yang akan kami buat adalah seperti gambar berikut ini:

Gambar 1. Set alat sebelum dihubungkan pada power supply

Gambar 2. Set alat setelah dihubungkan pada power supply

Komponen alatnya disusun seperti pada gambar 1. Dimana set alat dan fungsinya adalah sebagai berikut: 1). Set penggetar yang akan dihubungkan pada power supply dan digunakan untuk menggetarkan tali , 2). Katrol yang dihubungkan dengan tali dan beban gantung, 3). Tali untuk melihat adanya gelombang berdiri pada tali tersebut, 4). Papan sebagai alas yang akan dipasang katrol pada salah satu ujungnya, dan 5). Beban gantung

III.2Alat dan BahanBerikut alat dan bahan yang diperlukan :1.Vibrator2.Papan kayu3. Tali kasur4.Katrol5. Sekrup6.Beban gantung7.Meteran Jahit8.Generator

III.2Langkah Percobaan Berikut ini langkah-langkah penggunaan alat peraga Percobaan Melde:1. Menyiapkan alat dan bahan.2. Pasang tali pada lubang di tiang vibrator. Tiang vibrator dapat dibuka dengan memutar ujung tiang sebelah atas.3. Rentangkan tali pada katrol, gantungkan beban pada ujung tali.4. Menghubungkan kabel ke sumber listrik. Nyalakan tombol on pada generator, tunggu hingga terbentuk gelombang yang terlihat seolah-olah diam (tidak bergeser bagian simpulnya).5. Mengukur jarak setengah gelombang (1/2 ) menggunakan mistar.6. Mengukur amplitudo dari skala nol ke posisi puncak atau lembah dengan mengarahkan mistar diantara dua simpul.7. Menghitung banyak gelombang yang terbentuk dengan ketentuan satu gelombang sama dengan dua perut gelombang.8. Ulangi langkah 3 s.d. 8 dengan mengubah panjang tali dan massa beban.

BAB IVPEMBAHASAN

Dengan menggunakan Hukum kedua Newton, kita dapat menurunkan persamaan konsep kecepatan gelombang merambat dalam tali. Secara matematika, persamaan konsep yang diperoleh dari Hukum kedua Newton dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:

v = .. (1)

dimana v = laju gelombang merambat dalam tali, T = tegangan dalam tali, dan adalah massa jenis linier tali yang dinyatakan dalam satuan: gram/meter atau kilogram/meter.

Dari persamaan (1) kita melihat bahwa cepat rambat gelombang sebanding dengan akar tegangan tali. Tetapi kecepatan gelombang merambat dalam tali juga dapat dinyatakan dengan persamaan konsep:

v = . f, . (2)dimana = adalah panjang gelombang dan f = frekuensi gelombang.

Dalam percobaan Melde, satu ujung tali kasur diikatkan pada vibrator (penggetar) dari generator dan ujung lainnya melalui katrol diikatkan pada beban yang berfungsi sebagai pembangkit tegangan pada benang tali kasur.

Dengan menyalakan tombol on pada generator dan menghubungkannya dengan vibrator, gelombang berdiri dapat timbul pada benang seperti ditunjukkan dalam Gambar-3 di bawah.

Gambar-3 Gelombang Stasioner (berdiri) dalam percobaan Melde.

Dalam percobaan Melde, gelombang merambat dalam dua arah, yaitu gelombang datang dan gelombang pantul. Gelombang datang berasal dari vibrator dan gelombang pantul berasal dari pantulan gelombang diujung benang dekat katrol. Paduan (superposisi) kedua gelombang ini akan menghasilkan gelombang stasioner(gelombang berdiri).

Jarak dua simpul yang beraturan adalah atau

= . (3)

dimana : L = jarak simpul terjauh s = jumlah simpul yang terjadi sepanjang L

Gabungkan persamaan konsep (1), (2) dan (3) dan selesaikan untuk frekuensi, kita akan peroleh persamaan konsep:

f = . (4)

Pertanyaan yang muncul dari siswa

1. Mengapa dapat terjadi gelombang statistioner (gelombang berdiri) pada percobaan melde ini?Jawab: Dalam percobaan Melde, gelombang merambat dalam dua arah, yaitu gelombang datang dan gelombang pantul. Gelombang datang berasal dari vibrator dan gelombang pantul berasal dari pantulan gelombang diujung benang dekat katrol. Paduan (superposisi) kedua gelombang ini akan menghasilkan gelombang stasioner (gelombang berdiri). Gelombang berdiri tidak merambat dalam tali, tetapi tetap ada dalam bentuk yang tidak berubah selama kondisi tali tidak berubah. Gelombang berdiri ini tidak akan terjadi jika frekuensi vibrator (frekuensi generator) tidak sama dengan frekuensi resonansi tali. Jika frekuensi vibrator tepat sama dengan salah satu frekuensi resonansi tali, maka gelombang berdiri akan terbentuk,sehingga simpul dan perut akan jelas tampak.

2. Konsep fisika apa sajakah yang terkait dengan percobaan melde?Jawab:Dengan menggunakan Hukum kedua Newton, kita dapat menurunkan persamaan konsep kecepatan gelombang merambat dalam tali. Secara matematika, persamaan konsep yang diperoleh dari Hukum kedua Newton dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:v = dimana v = laju gelombang merambat dalam tali, T = tegangan dalam tali, dan adalah massa jenis linier tali yang dinyatakan dalam satuan: gram/meter atau kilogram/meter 3. Apa hubungan pemberian beban dengan pembentukkan gelombang tali pada percobaan ini?Jawab:Tidak terdapat hubungan antara pemberian beban dengan pembentukkan gelombang tali, namun dalam percobaan Melde, satu ujung tali kasur diikatkan pada vibrator (penggetar) dari generator dan ujung lainnya melalui katrol diikatkan pada beban yang berfungsi sebagai pembangkit tegangan pada benang tali kasur.

4. Ciri khas apa yang menunjukkan gelombang yang terbentuk adalah gelombang transversal?Jawab:Bila seutas tali dengan tegangan tertentu digetarkan secara terus menerus maka akan terlihat ciri khas suatu bentuk gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambat gelombang, gelombang ini dinamakan gelombang tranversal.5. Apakah ada pengaruh massa beban dengan kecepatan rambat gelombang?Jawab:Semakin besar gaya tegangan tali (F), semakin besar pula cepat rambat gelombang (v). Dan cepat rambat gelombang menurut Melde adalah bahwa cepat rambat gelombang pada tali berbanding lurus dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik dengan akar rapat massa linear tali. Dimana tegangan tali di dapat dari hukum newton dua:F=0T-Wb=0T= Wb = mb x g

Jadi dapat dirumuskan sebagai berikut :v = =

Dimana:v = Laju rambat gelombang tali (m/s)F = Teganggan tali (N) = Rapat massa liear tali (massa tali/panjang tali) (kg/m).

DAFTAR PUSTAKAHalliday, David and Robert Resnick. 1997. Fundamental of Physics. John Willey & Sons, Incorporated.Sanjaya, Wina. 2011. Perencanaan dan Desain Sistem Pembelajaran. Jakarta: Kencana.Serwey, Raymond A. and Emeritus. 2004. Physics for Scientists and Engineers: Sixth Edition. Ponoma: California State Polytechnic University. Tipler, Paul A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik: Jilid I. Jakarta: Penerbit Erlangga.