jbptitbpp gdl sabarwaspa 34415 1 2009ts r
TRANSCRIPT
i
APLIKASI SENSOR CAHAYA DAN BUNYI UNTUK MENENTUKAN
KOEFISIEN GESEK UDARA PADA BENDA JATUH BEBAS
PROYEK AKHIR
Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Magister Pengajaran Fisika dari
Institut Teknologi Bandung
Oleh
SABAR WASPANDI
NIM : 20207022
(Program Studi Pengajaran Fisika)
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2009
ii
APLIKASI SENSOR CAHAYA DAN BUNYI UNTUK MENENTUKAN
KOEFISIEN GESEK UDARA PADA BENDA JATUH BEBAS
Oleh
Sabar Waspandi
NIM : 20207022
(Program Studi Pengajaran Fisika)
Institut Teknologi Bandung
Menyetujui
Pembimbing
Tanggal, ……………………..
Dr. Alamta Singarimbun
NIP. NIP 131 875 445
iii
ABSTRAK
APLIKASI SENSOR CAHAYA DAN BUNYI UNTUK MENENTUKAN
KOEFISIEN GESEK UDARA PADA BENDA JATUH BEBAS
Oleh
Sabar Waspandi
NIM : 20207022
(Program Studi Pengajaran Fisika)
Gerak jatuh bebas adalah salah satu topik ilmu fisika yang fundamental di
SMA/MA. Sayangnya, karena terbatasnya instrumen, pengajarannya terbatas
pada gesekan udara yang diabaikan. Masalah yang diteliti penulis adalah
"Bagaimana mengaplikasikan sensor cahaya dan bunyi untuk menentukan
koefisien gesek udara pada benda jatuh bebas? "
Instrumen sensor cahaya pada penelitian ini terdiri dari dua bagian. Bagian mekanik
berupa statif dengan tinggi 2 meter yang dilengkapi dengan dudukan tempat
penerima sensor on/off. Bagian elektronik terdiri LED infra merah sebagai pemancar
dan photo transistor sebagai penerima, Otaknya terletak pada IC 1455 diletakkan
pada trigger yang mampu memicu frekuensi 1000 Hz. Hasil pencacahan
besaran waktu ditampilkan melaui segment seven. Karakteristik instrumen sensor,
mampu mengukur waktu secara otomatis dengan skala terkecil 0,001 sekon dan
skala terbesar 9,999 sekon sehingga tepat mengukur waktu tanggap yang sangat
pendek.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa, besarnya koefisien gesek udara (c)
bergantung pada bentuk benda uji, yakni; Silinder pendek (1,157), Silinder panjang
(0,795), Setengah bola (0,429), Bola (0,469) dan Limas (0,505). Besarnya
kesalahan relatif terhadap koefisien gesek udara pada literatur (εr) untuk masing-
masing benda uji: Silinder pendek (0,609%), Silinder panjang (3,119%), Setengah
bola (2,109%), Bola (0,2179%) dan Limas (0,990%).
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa, sensor cahaya dapat diaplikasikan
untuk mengukur besarnya koefisien gesek udara pada jatuh bebas dengan akurasi
yang baik.
Kata Kunci: Sensor cahaya dan bunyi, gesekan udara, gerak jatuh bebas
iv
ABSTRACT
APPLICATION OF LIGHT AND SOUND CENSOR TO DETERMINE
AIR DRAG COEFFICIENT OF FREE FALL OBJECT
by
Sabar Waspandi
NIM: 20207022
Free fall object is one of the fundamental physics topics at SMA/MA.
Unfortunately, because of the lack of instruments make this concept limited only
to an air drag problem. And, the problem that writer tries to attempt in this
research is “How to apply light and sound censor to determine the air drag
coefficient in a free fall object?”
Light censor in this study consists of two parts; a mechanical part and an
electronic one. The mechanical part consists of a 2-meter statif with an on/off
censor. Whilst the electronic part consists of an Infrared LED and a transistor-
photo, they work as the transmitter and the receiver. The vital part is an IC 1455
that has a 1000 Hz frequency. The time is displayed in the segment seven. The
censors can measure the time automatically, from the shortest range of 0,001
second to the longest range of 9,999 second. Thus, it can measure through the
shortest range of the response time.
The result in the research shows us that the coefficient of the air drag (c ) depends
upon various of the test objects. They are short cylinder (1,157), long cylinder
(0,795), half-sphere (0,429), sphere (0,469), and cone (0,505). Whilst the relative
errors to the literature (εr) for each object are short cylinder (0,609%), long
cylinder (3,119%), half-sphere (2,109%), sphere (0, 2179%), and cone (0,990%).
In conclusion, this research shows that light and sound censor can be applied
accurately to measure the air drag coefficient of free fall object.
Keyword: Light and sound censor, air drag, free fall.
v
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS
Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut
Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta
ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI vang berlaku di Institut
Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi
pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus
disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tugas akhir haruslah seizin
Direktur program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
vi
Dipersembahkan kepada Ambarwati, Andi Rahman Arafat, Arina Sabrina dan Diva
Virgo Aulia
vii
KATA PENGANTAR
Bismillahirahmanirrahimi . Assalamu alaikum Wr. Wb.
Puji syukur pada Allah SWT tanpa jemu-jemu penulis panjatkan sepanjang waktu,
karena cinta kasih serta ilham-NYA yang senantiasa tercurah, sehingga penulis
dapat menyelesaikan Tesis ini.
Tesis ini berjudul "Aplikasi Sensor Cahaya dan Bunyi untuk Menentukan
Koefisien Gesekan Udara pada Benda Jatuh Bebas." Penyusunan Tesis ini sebagai
salah satu syarat dalam memperoleh Gelar Magister Pengajaran Fisika di Program
Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam lnstitut Teknologi
Bandung.
Untuk menyatakan terima kasih kepada semua orang yang telah membantu
menyelesaikan Tesis ini tidaklah mungkin, diantara mereka yang surnbangannya
langsung telah memungkinkan selesainya Tesis ini pertama-tama haruslah disebut
Dr. Eng, Alamta Singarimbun, selaku Dosen Pembimbing Tesis yang telah
membagikan ilmu pengetahuan dan membimbing, terutama masalah kajian teori
yang mendasari fenomena gerak jatuh bebas yang memperhitungkan koefisien gesekan
udara.
Ucapan terima kasih juga dengan tulus saya sampaikan kepada:
1. Dirjen Mapenda Departemen Agama RI yang memberikan Beasiswa
penuh pada penulis untuk dapat menempuh pendidikan di
Program Pasca Sarjana ITB.
2. Dr. Ahmaloka, selaku Dekan Fakultas MIPA ITB.
3. Dr. Widayani, Selaku KaProdi Fisika bidang S2
4. Dr. Umar Fauzi, Selaku Pembimbing Akademis.
5. Seluruh dosen Prodi Fisika yang tidak dapat ditulis satu persatu.
6. Istriku tercinta Ambarwati yang setia, lembut, senantiasa memberi spirit
dan mendoaakan keberhasilanku.
7. Anak-anakku tersayang; Afat, Arin dan Diva yang menyejukkan mataku
viii
8. Rekan-rekan Mahasiswa seangkatan yang mewarnai hidupku, memaknai
ilmu dengan cinta dan air mata.
9. Semua pihak yang secara tak langsung membantu penulis dari awal
sampai akhir.
Terimakasih yang sebesar-besarnya penulis tujukan kepada mereka yang namanya
tertera di bawah ini, atas kemurahan hati mereka memberikan sumbangan
berupa saran-saran, Emhadelima M.Pfis (Riau). Guntoro (Jakarta). Said Wajidi
(Kal Sel). Amin Widodo (Kebumen). Wahdian (NTB). Agustina (Jabar). Murni
(Padang). Juga tak Lupa Pak Novitrian dan Pak Sparisoma (ITB) yang baik atas
ide yang diberikan pada penulis.
Semoga kebaikkan yang diberikan pada penulis mendapat balasan yang lebih balk
dari Allah SWT, Akhir kata penulis menyadari bahwa pada tesis ini masih banyak
kekurangannya, kritik dan saran konstruktif penulis senantiasa nantikan, teriring
harapan semoga Tesis ini memberi manfaat adanya, terutama dalam meningkatkan
mutu pengajaran.
Wassalamualaikum Wr. Wb.
Bandung, Juni 2009
Penulis
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... i
ABSTRAK ............................................................................................................. iii
ABSTRACT ........................................................................................................... iv
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ...........................................................v
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................x
DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI .............................................................. xi
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii
Bab I Pendahuluan ..................................................................................................1
I.1 Topik dan Latar Belakang Masalah .............................................................. 1
I.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 1
I.3 Tujuan Penelitian .......................................................................................... 2
I.4 Ruang Lingkup Penelitian ............................................................................ 2
I.5 Hipotesis Penelitian ...................................................................................... 2
I.6 Metode Penelitian ........................................................................................ 2
Bab II Teori Dasar ...................................................................................................4
II.1 Gerak Jatuh Bebas ....................................................................................... 4
II.2 Komponen Elektronik ................................................................................. 6
Bab III Pelaksanaan Penelitian .............................................................................13
III.1 Alur Pelaksanaan Penelitian ..................................................................... 13
III.2 Waktu dan Tempat ................................................................................... 14
III.3 Desain Alat Sensor Cahaya pada Percobaan benda Jatuh Bebas ............. 14
III.4 Desain Alat Sensor Bunyi pada Percobaan benda Jatuh Bebas ............... 20
III.5 Desain Bagian Mekanik ........................................................................... 27
III.6 Desain Modul Gerak Jatuh Bebas ............................................................ 27
Bab IV Data dan Analisa .....................................................................................28
IV.1 Data Alat Ukur Dan Dimensi Benda Uji ................................................. 28
IV.2 Pengolahan Data ...................................................................................... 31
IV.3 Analisa Data ............................................................................................. 36
IV.4 Diskusi ..................................................................................................... 38
Bab V Kesimpulan dan Saran ...............................................................................39
V.1 Kesimpulan................................................................................................ 39
V.2 Saran-saran ................................................................................................ 39
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................41
LAMPIRAN ...........................................................................................................43
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A. Koefisien Benda Jatuh Bebas Berbagai Bentuk Benda Uji ............. 42
Lampiran B. Modul Praktikum Benda Jatuh Bebas MA/SMA............................. 43
Lampiran C. Foto-foto Bentuk Rangkaian Sensor ................................................ 48
Lampiran D. Foto-foto Bentuk Benda Uji ............................................................ 49
Lampiran F. Foto-foto Bentuk Benda Uji yang Belum Berhasil dicoba .............. 50
Lampiran G. Foto Kalibrasi timer Counter Dengan Stop watch dari HP ........... 51
xi
DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI
Gambar II. 1. Gaya yang bekerja pada benda jatuh bebas ................................... 4
Gambar II. 2. Bentuk fisik resistor dan Lambang Resistor ............................... 7
Gambar II. 3. Foto berbagai Kapasitor dan Lambang Kapasitor ......................... 9
Gambar II. 4. Struktur Dioda dan Lambangnya ................................................... 9
Gambar II. 5. Dioda dengan bias maju dan Dioda dengan bias mundur ......... 10
Gambar II. 6. Foto LED dan Simbol LED ....................................................... 11
Gambar II. 7. Foto Seven Segment dan Struktur Segmen ............................. 11
Gambar II. 8. Foto Berbagai Transistor dan Lambang tansistor PNP ............ 12
Gambar III. 1. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ........................................ 13
Gambar III. 2. Diagram Blok Alat Sensor Cahaya dan Bunyi ............................ 14
Gambar III. 3. LED sebagai Pemancar (Transmiter) dan Phototransistor ......... 15
Gambar III. 4. Gambar Bagian dalam IC 1455 .................................................. 16
Gambar III. 5. Bagan bagian Pemancar dan Penerima Sensor Cahaya. ............ 17
Gambar III. 6. Foto infra red control switch (transmiter) .................................. 17
Gambar III. 7. Transistor SPT sebagai Receiver................................................ 18
Gambar III. 8. Transistor sebagai Receiver ....................................................... 18
Gambar III. 9. Grafik Hubungan VCC terhadap Icc .......................................... 19
Gambar III. 10. Diagram Rangkaian Penerima (Receiver) .................................. 20
Gambar III. 11. Bagan bagian penerima (receiver).............................................. 20
Gambar III. 13. Sensor bunyi pada papan PCB ................................................... 22
Gambar III. 14. Skematik rangkaian trigger ........................................................ 23
Gambar III. 15. Foto Rangkaian Trigger pada PCB ............................................ 24
Gambar III. 16. Pencacah 4 bit............................................................................. 24
Gambar III. 17. Rangkaian counter 4 digit .......................................................... 26
Gambar III. 18. Bentuk Rangkaian counter 4 digit Pada PCB............................. 27
Gambar III. 19. Desain Statif ............................................................................... 27
Gambar IV. 1 Luas area referensi ...................................................................... 31
Gambar IV. 2 Grafik Hub. Ketinggian dan waktu benda uji Silinder Pendek. .. 33
Gambar IV. 3 Grafik Hub. Ketinggian dan waktu benda uji Silinder Panjang .. 33
Gambar IV. 4 Grafik Hub. Ketinggian dan waktu benda uji Setengah Bola ..... 34
Gambar IV. 5 Grafik Hub. Ketinggian dan waktu benda uji Bola ..................... 34
Gambar IV. 6 Grafik Hub. Ketinggian dan waktu benda uji Limas .................. 34
Gambar IV. 7 Grafik hubungan Koefisien udara berbagai bentuk benda uji..... 37
xii
DAFTAR TABEL
Tabel II. 1. Kode warna dan toleransi resistor ........................................................5 Tabel II. 2. Tabel kebenaran pembuka 4 bit ke 7 LED .........................................19 Tabel IV.1. Pengukuran Dimensi Benda Uji ........................................................21 Tabel IV.3. Data Ketinggian dan Waktu Jatuh Bebas Silinder Panjang ...............29 Tabel IV.4. Data Ketinggian dan Waktu Jatuh Bebas Setengah Bola ..................30 Tabel IV.5. Data Ketinggian dan Waktu Jatuh Bebas Bola ..................................30 Tabel IV.6. Data Ketinggian dan Waktu Jatuh Bebas Benda Uji Limas ..............30 Tabel IV.7. Luas Area Benda Uji .........................................................................31 Tabel IV.8. Gradien, konstanta dan koefisien berbagai benda uji ........................31 Tabel IV.9. Perbandingan koefisien gesek udara praktek dan literatur ................36