software tracker - repository.usd.ac.id · menunjukkan karakteristik fluida tergantung dari tingkat...

i

PENENTUAN KOEFISIEN REDAMAN OSILASI PEGAS DALAM

LARUTAN SIRUP MENGGUNAKAN ANALISIS VIDEO DENGAN

SOFTWARE TRACKER

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

GAUDENSIA PRIMARNI SANIT

NIM: 141424050

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING


iii

HALAMAN PENGESAHAN


iv

HALAMAN PERSEMBAHAN

Hasil karya dan perjuanganku, dipersembahkan untuk:

Tuhan Yesus Kristus

Orangtua yang tercinta:

Bapak Benediktus Sanit

Mama Yulita Susana Pin

Ketiga adik saya yang tersayang:

Ansgalina Mutiara Sanit

Rostika Celita Sanit

Diana Setia Sanit

Sahabat saya ria cantik, salventien, cintia, grace

Teman-teman Pendidikan Fisika Angkatan 2014


v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak

memuat karya atau bagian karya orang lain kecuali yang telah disebutkan dalam

kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 13 Juli 2018

Penulis,

Gaudensia Primarni Sanit


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : Gaudensia Primarni Sanit

NIM : 141424050

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:

“PENENTUAN KOEFISIEN REDAMAN OSILASI PEGAS DALAM


SOFTWARE TRACKER”

Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan hak untuk

menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengolahnya dalam bentuk

pangkalan data, mendistribusikannya secara terbatas dan mempublikasikannya di

internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari

saya maupun memberikan royalty selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis.

Dengan pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal: 13 Juli 2018

Yang menyatakan,



vii

ABSTRAK

PENENTUAN KOEFISIEN REDAMAN OSILASI PEGAS DALAM


SOFTWARE TRACKER

Telah dilakukan penelitian untuk menunjukkan peristiwa redaman osilasi

pegas. Peristiwa redaman diamati pada bola yang tergantung pada pegas yang

berosilasi dalam larutan sirup dengan berbagai konsentrasi. Untuk menunjukkan

peristiwa osilasi teredam pada pegas direkam menggunakan handycam yang

hasilnya kemudian dianalisis menggunakan software Tracker. Penelitian bertujuan

untuk mengetahui pengaruh konsentrasi larutan sirup terhadap redaman osilasi

pegas. Redaman osilasi pegas ditunjukkan oleh besarnya nilai koefisien redaman.

Nilai koefisien redaman untuk konsentrasi 0 g/mL; 0,02 g/mL; 0,04 g/mL; 0,06

g/mL; 0,08 g/mL; dan 0,1 g/mL secara berurut yaitu kg/s;

kg/s; kg/s; kg/s;

kg/s; dan kg/s. Penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi

larutan sirup mempengaruhi redaman pada osilasi pegas-bola.

Kata kunci: osilasi teredam, tracker, fluida, redaman.


viii

ABSTRACT

DETERMINING SPRING’S DAMPING OSCILLATION COEFFICIENT

IN SYRUP LIQUID THROUGH VIDEO ANALYSIS

BY USING TRACKER SOFTWARE

This study was conducted to show the process of damping oscillation of a

spring. The damping process was seen through a ball hung in a spring that was

oscillated in syrup liquid with many concentrations. Handycam was used to

record the spring’s damping oscillation process for further to be analyzed by

using Tracker software. This research aims to know the influence of the syrup

liquid concentrations towards the damping oscillation of a spring. It was shown

by the number of the damping coefficient value. The damping coefficient value for

concentrations 0 g/mL; 0,02 g/mL; 0,04 g/mL; 0,06 g/mL; 0,08 g/mL; and 0,1

g/mL in a row are kg/s; kg/s;

kg/s; kg/s; kg/s; and kg/s. This

research shows that the concentration of the syrup liquid affects the damping

coefficient in a spring-ball’s oscillation.

Keywords: damped oscillation, tracker, fluid, damping


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

segala rahmat dan anugerah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang

berjudul “PENENTUAN KOEFISIEN REDAMAN OSILASI PEGAS

DALAM LARUTAN SIRUP MENGGUNAKAN METODE ANALISIS

VIDEO DENGAN SOFTWARE TRACKER” dengan baik. Skripsi ini diajukan

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Fisika pada

Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu

penulis baik berupa waktu, tenaga, bimbingan, motivasi dan saran yang penulis

butuhkan dalam penyelesaian skripsi ini.

Dengan selesainya skripsi ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada:

1. Bapak Albertus Hariwangsa Panuluh, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang

telah memberikan bimbingan, motivasi dan arahan,

2. Bapak Dr. Ignatius Edi Santosa, M.S. selaku Kepala Program Studi

Pendidikan Fisika yang selalu memantau perkembangan skripsi,

3. Bapak Dr. Yohanes Harsoyo, S.Pd, M.Si selaku Dekan Fakultas Keguruan

dan Ilmu Pendidikan,

4. Bapak Drs. Aufridus Atmadi, selaku Dosen Pembimbing Akademik yang

selalu memantau perkembangan penulisan skripsi mahasiswa-

mahasiswinya,


x

5. Bapak Drs. Domi severinus, M.Si dan Ibu Dwi Nugraheni Rositawati, M.Si

selaku dosen penguji,

6. Seluruh Dosen Pendidikan Fisika yang telah membimbing dan memberikan

banyak ilmu dalam perkuliahan selama kurang lebih 4 tahun ini,

7. Bapak Petrus Ngadiono, selaku petugas laboratorium Fisika Universitas

Sanata Dharma yang telah membantu mempersiapkan peralatan penelitian,

8. Bapak Agus selaku petugas Microteaching yang menyediakan kamera

dalam penelitian,

9. Orangtua saya yang tercinta, Bapak Benediktus Sanit dan Ibu Yulita Susana

Pin yang selalu mendoakan, memberi semangat dan memantau

perkembangan penyusunan skripsi,

10. Adik saya Alin Sanit, Icha Sanit, dan Diana Sanit yang juga selalu

memberikan semangat dan dukungan dalam menyelesaikan studi,

11. Sahabat-sahabat saya yang tercinta (TSG) Ria Cantik, Salven Noni, Tian,

Grace, Ipen, Ria Manuk, Feby, Talenta, Arlin Sulu, yang selalu mendukung

dan memberi motivasi dalam menyelesaikan skripsi.

12. Teman-teman seperjuangan Yolan dan Margaret selaku rekan-rekan satu

bimbingan yang selalu membantu dan saling memberikan masukkan

maupun saran,

13. Teman setia Junior Kondo yang membantu penulis dalam mencari alat

penelitian,

14. Srikandi Squad (Echa, Meysi, Dea) yang selama kurang lebih 4 tahun saling

berbagi kenangan, memotivasi dan mendukung penyelesaian skripsi saya.


xi

15. Teman-teman Pendidikan Fisika 2014 yang selama kurang lebih 4 tahun ini

memberikan banyak kenangan, selalu saling mendukung dan memberikan

semangat untuk menyelesaikan penyusunan skripsi,

16. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

membantu penulis selama menyelesaikan studi dan menyelesaikan skripsi

ini.

Penulis menyadari bahwa penelitian skripsi ini belum mencapai tahap yang

sempurna. Untuk itu, kritik dan saran yang membangun akan diterima dengan

senang hati, penulis berharap skripsi ini bermanfaat bagi pembaca.

Yogyakarta, 13 Juli 2018

Penulis,



xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ........................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... iii

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................................. iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ....................................................................... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .................................................................... vi

ABSTRAK .................................................................................................................. vii

ABSTRACT ................................................................................................................. viii

KATA PENGANTAR ................................................................................................. ix

DAFTAR ISI ............................................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1

A. Latar Belakang .................................................................................................. 1

B. Rumusan Masalah ............................................................................................. 5

C. Batasan Masalah................................................................................................ 5

D. Tujuan Penelitian .............................................................................................. 5

E. Manfaat Penelitian ............................................................................................ 5

F. Sistematika Penulisan ....................................................................................... 6

BAB II DASAR TEORI ............................................................................................... 7


xiii

A. FLUIDA ............................................................................................................ 7

B. OSILASI ......................................................................................................... 10

C. OSILASI TEREDAM ..................................................................................... 13

BAB III METODE PENELITIAN............................................................................. 19

A. Persiapan Alat ................................................................................................. 19

B. Menentukan Diameter dan Massa Bola .......................................................... 21

C. Menentukan Konstanta Pegas ......................................................................... 22

D. Menentukan koefisien Redaman Osilasi Pegas-bola pada Larutan Sirup ....... 23

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................... 31

A. Hasil ................................................................................................................ 31

1. Menentukan Diameter dan Massa Bola ........................................................ 31

2. Menentukan Konstanta Pegas ....................................................................... 33

3. Menentukan Konsentrasi Larutan Sirup ....................................................... 35

4. Menentukan Koefisien Redaman Osilasi Pegas-Bola Menggunakan

Video Analisis Dengan Aplikasi Tracker ..................................................... 36

B. Pembahasan ..................................................................................................... 42

BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 51

A. Kesimpulan ..................................................................................................... 51

B. Saran ................................................................................................................ 52

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 53


xiv

LAMPIRAN ................................................................................................................ 55


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Gaya yang bekerja pada benda dalam suatu zat cair ........................ 9

Gambar 2.2. Gerak Harmonik sederhana pada pegas .......................................... 10

Gambar 2.3. Gambar simpangan terhadap waktu untuk osilasi yang teredam.... 13

Gambar 2.4. Gambar getaran dengan redaman kecil, redaman kritis, dan redaman

lebih ................................................................................................. 17

Gambar 3.1. Sketsa Rangkaian Alat Penelitian ................................................... 23

Gambar 3.2. Tampilan awal saat membuka file video ........................................ 24

Gambar 3.3. Ikon “calibration stick” untuk menampilkan ukuran sebenarnya. . 25

Gambar 3.4. Ikon “track” untuk menampilkan sumbu koordinat ....................... 25

Gambar 3.5. Ikon “track-new-point mass” untuk menampilkan titik posisi

perpindahan bola terhadap waktu. ................................................... 26

Gambar 3.6. Tampilan untuk mengatur awal dan akhir analisis. ........................ 26

Gambar 3.7. Tampilan saat menganti sumbu x menjadi sumbu y ....................... 27

Gambar 3.8. Tampilan saat menganalisis posisi bola secara otomatis. ............... 27

Gambar 3.9. Tampilan saat memulai analisis video ............................................ 28

Gambar 3.10. Tampilan hasil analisis video........................................................ 28

Gambar 3.11. Tampilan untuk fitting data .......................................................... 29

Gambar 4.1. Grafik hasil analisis nilai konstanta pegas untuk massa 122,1 gram

....................................................................................................... 33

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Posisi terhadap waktu untuk massa 122,1 gram

pada air tanpa larutan sirup .............................................................. 37


xvi

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Posisi Terhadap Waktu untuk massa 94,2 gram

pada air tanpa larutan sirup. ............................................................. 38

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Konsentrasi larutan sirup terhadap Koefisien

Redaman rata-rata ............................................................................ 48


xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Diameter Bola ........................................................ 31

Tabel 4.2. Hasil Pengukuran Massa bola ............................................................. 32

Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Nilai Konstanta Pegas ............................................ 34

Tabel 4.4. Koefisien Redaman Osilasi Pegas pada air tanpa larutan sirup dan

Larutan dengan berbagai konsentrasi larutan sirup ............................ 40

Tabel 4.5. Tabel hasil analisis koefisien redaman pada setiap konsentrasi larutan

sirup .................................................................................................... 41


xviii

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 ...................................................................................................... 55

Tabel pengukuran diameter bola dan ketidakpastian pengukuran diameter bola . 55

LAMPIRAN 2 ...................................................................................................... 57

Tabel pengukuran massa bola dan perhitungan ketidakpastian massa bola ......... 57

LAMPIRAN 3 ...................................................................................................... 59

Grafik dan perhitungan konstanta pegas yang digunakan serta perhitungan

ketidakpastian konstanta pegas. ............................................................................ 59

LAMPIRAN 4 ...................................................................................................... 64

Grafik posisi bola (y) terhadap waktu (t) untuk masing-masing konsentrasi larutan

dan ralat untuk koefisien redaman masing-masing konsentrasi. ........................... 64

LAMPIRAN 5 ...................................................................................................... 76

Gambar alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian .................................... 76


1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Fluida merupakan zat cair dan gas yang mempunyai bentuk yang

sesuai wadahnya masing-masing. Fluida juga didefinisikan sebagai suatu zat

yang terus menerus berubah bentuk apabila mengalami tegangan geser, pada

umumnya perubahan bentuk pada fluida disebabkan karena fluida tidak

mampu menahan tegangan geser. Adapun bahan-bahan yang yang

menunjukkan karakteristik fluida tergantung dari tingkat tegangan geser yang

dialami. Secara umum, makin besar laju perubahan bentuk fluida, makin

besar pula tegangan geser untuk fluida tersebut. Ukuran untuk menyatakan

hambatan atau ketahanan fluida terhadap perubahan bentuk adalah viskositas

atau kekentalan (Olson & Wright, 1993).

Osilasi merupakan gerak yang bersifat periodik. Sebagai contoh

sistem osilasi pada pegas-benda dimana sebuah benda yang bermassa

digantung pada pegas, apabila benda disimpangkan dari kedudukan

setimbangnya dan melepaskannya, benda itu akan berosilasi bolak-balik

disekitar kedudukan setimbang. Sistem osilasi bolak balik secara periodik ini

sering disebut gerak harmonik.


2

Sistem osilasi tidak selalu benda bergerak secara periodik tetapi benda

akan berhenti berosilasi pada selang waktu tertentu. Faktor yang

menyebabkan osilasi tidak selalu periodik ini disebut faktor redaman. Dalam

sistem osilasi terdapat beberapa faktor yang dapat menyebabkan osilasi

teredam, diantaranya gesekan udara, medan magnet dan viskositas. Redaman

dalam sistem osilasi ini diakibatkan penurunan amplitudo yang merupakan

hilangnya energi. Salah satu faktor yang mempengaruhi hilangnya energi atau

redaman ini yaitu viskositas atau kekentalan. Redaman yang disebabkan

viskositas ini disebut redaman viskous (Vierck, 1995; Karyasa, 2011).

Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk menentukan nilai

koefisien redaman. Peristiwa redaman diamati pada glider bermagnet yang

bergerak diatas air track yang bersifat konduktor. Penelitian ini

memanfaatkan aplikasi LoggerPro untuk menganalisis data. Alat-alat yang

digunakan kamera untuk merekam video, glider sebagai kereta untuk tempat

magnet, air track sebagai lintasan gerak magnet dan blower untuk memompa

angin masuk dalam air track. Penelitian ini membutuhkan banyak magnet

jika ingin mengamati adanya peristiwa redaman. Karena semakin banyak

jumlah magnet maka percepatan gerak glider bermagnet semakin kecil karena

gaya redaman magnet yang semakin besar (Suharyanti, 2016).

Penelitian lainnya yaitu mengenai redaman pada sistem osilasi pegas-

benda dengan massa yang berkurang secara kontinyu. Redaman memiliki

gaya redaman yang berbanding lurus dengan kecepatan dan berbanding lurus


3

dengan kuadrat kecepatan benda. Penelitian ini memanfaatkan software

LoggerPro dan juga sensor gaya (Oey, 2016).

Penelitian sebelumnya yaitu pengukuran koefisien redaman pada

sistem osilasi pegas-magnet dan kumparan menggunakan video. Penelitian ini

menggunakan software LoggerPro untuk membantu proses analisis.

Penelitian ini menunjukkan bahwa gaya magnetik mempengaruhi redaman

pada sistem osilasi pegas magnet dan kumparan. Penelitian ini membutuhkan

kumparan dengan jumlah lilitan 100 sampai 500 lilitan (Erwiastuti, 2015).

Dengan perkembangan teknologi, penelitian dapat memanfaatkan

berbagai teknologi yang berkembang. Salah satunya yaitu penggunaan video

yang direkam menggunakan handycam, kamera digital, ataupun kamera

smartphone. Dari hasil rekaman dapat diperoleh video yang menggambarkan

proses terjadinya suatu peristiwa. Dengan kemajuan teknologi sekarang

analisis dipermudah dengan beberapa perangkat lunak (software). Salah

satunya yaitu software Tracker yang dirancang dalam kerangka aplikasi Java

oleh Open Source Physics Project (Oktova, 2013).

Penelitian sebelumnya yang memanfaatkan software Tracker yaitu

penelitian untuk menentukan koefisien viskositas air pada suhu kamar dengan

mengamati getaran teredam sebuah bola dalam air. Analisis matematis

dilakukan dengan menggunakan hukum Landau-Lifshitz, yang merupakan

generalisasi hukum Stokes. Pengamatan osilasi teredam bola menggunakan


4

video yang kemudian dianalisis menggunakan software Tracker. Alat yang

digunakan dalam penelitian ini yaitu pegas, bola, kamera untuk merekam

osilasi bola dalam air, dan gelas beker. Osilasi pegas-bola dalam air semakin

mudah diamati dengan merekam osilasi bola menggunakan kamera kemudian

menganalisis menggunakan software tracker (Oktova, 2013).

Penelitian ini menggunakan sirup sebagai bahan larutan. Sirup

didefinisikan sebagai larutan gula pekat dengan atau tanpa penambahan bahan

tambahan makanan yang diijinkan. Sirup saat di konsusmsi harus diencerkan

terlebih dahulu karena kandungan gulanya yang cukup tinggi dan sifatnya

yang viskos. Sirup yang baik memiliki sifat yang viskos dan tidak mengalami

kristalisasi selama penyimpanan. Sifat kekentalan sirup juga sangat

dipengaruhi oleh pemanasan (Hidayat, dkk, 2017).

Berdasarkan uraian diatas, penelitian ini dilakukan dengan tujuan

menentukan koefisien redaman osilasi pegas dalam larutan sirup dengan

metode analisis video menggunakan software Tracker. Penentuan koefisien

redaman pada larutan sirup ini dilakukan pada suhu kamar dengan getaran

pegas yang teredam. Redaman yang diamati dalam larutan sirup bertujuan

untuk mengetahui pengaruh viskositas larutan terhadap koefisien redaman.

Penggunaan konsentrasi larutan sirup ini dengan memperhatikan faktor

kesehatan agar baik untuk dikonsumsi. Getaran pegas yang teredam ini dapat

diamati dengan mudah dengan menggunakan video yang kemudian dianalisis

menggunakan software tracker. Software Tracker yang digunakan juga lebih


5

mudah diperoleh karena gratis sehingga dapat membantu pembelajaran gerak

harmonik sederhana dikelas.

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimana cara menentukan koefisien redaman osilasi pegas dalam

larutan sirup menggunakan metode analisis video tracker?

2. Bagaimana pengaruh konsentrasi larutan sirup terhadap koefisien

redaman osilasi pegas?

C. Batasan Masalah

1. Sirup yang digunakan hanya 1 merek dengan variasi konsentrasi sebanyak

5 kali.

2. Pegas yang digunakan dengan konstanta tertentu.

D. Tujuan Penelitian

1. Menentukan koefisien redaman osilasi pegas dalam larutan sirup

menggunakan metode analisis video tracker

2. Menentukan pengaruh konsentrasi larutan sirup terhadap koefisien

redaman osilasi pegas

E. Manfaat Penelitian

1. Bagi peneliti

- Mengetahui cara menentukan koefisien redaman dalam zat cair

- Mengetahui cara menggunakan analisis video tracker untuk

menentukan koefisien redaman dalam zat air.


6

2. Bagi pembaca

- Mengetahui cara menentukan koefisien redaman dalam zat cair

dengan metode analisis video.

- Mengetahui cara menganalisis data menggunakan aplikasi tracker.

F. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam skripsi adalah sebagai berikut:

1. BAB I Pendahuluan

BAB I ini akan mengarah pada latar belakang penelitian, tujuan penelitian,

rumusan masalah, batasan masalah dalam penelitian ini, manfaat

penelitian dan sistematika penulisan.

2. BAB II Dasar Teori

BAB II akan menunjukkan teori yang digunakan dalam penelitian ini.

BAB II ini berisi teori yaitu Fluida, Osilasi dan Osilasi Teredam.

3. BAB III Metode Penelitian

BAB III mengarahkan prosedur penelitian yang digunakan serta

bagaimana cara menganalisis data yang telah diperoleh.

4. BAB IV Hasil dan Pembahasan

BAB IV menyajikan data yang telah diperoleh serta membahas data yang

telah dianalisis.

5. BAB V Penutup

BAB V berisi kesimpulan dan saran untuk penelitian selanjutnya.


7

BAB II

DASAR TEORI

A. FLUIDA

Fluida didefinisikan sebagai zat yang terus-menerus berubah bentuk

apabila dipengaruhi suatu tegangan geser. Tegangan geser ini bekerja pada

sebuah permukaan. Umumnya, makin besar laju perubahan bentuk fluida

makin besar pula tegangan geser pada fluida tersebut. Pada cairan seperti air,

minyak dan udara memenuhi definisi fluida dimana zat-zat tersebut akan

mengalir apabila adanya sebuah tegangan geser yang bekerja. Definisi fluida

ini menyiratkan bahwa tegangan geser hanya ada bila sebuah fluida sedang

mengalami perubahan bentuk (Olson & Wright, 1993).

Semua fluida mempunyai sifat-sifat atau karakteristik yang penting

diantaranya kerapatan, kompresibilitas, kapilaritas, dan tekanan uap.

Beberapa sifat ini biasanya dimiliki fluida yang dalam keadaan diam. Namun

fluida yang dalam keadaan bergerak masih ada sifat yang lebih penting yaitu

viskositas atau kekentalan (Olson & Wright, 1993).

Sifat fluida dalam keadaan diam ini didefinisikan sebagai berikut,

kerapatan fluida (fluid density) merupakan ukuran untuk konsentrasi zat yang

dinyatakan dalam massa per satuan volume, sifat ini ditentukan dengan cara

menghitung massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap

volume bagian tersebut, sifat lain yaitu kompresibilitas atau elastisitas.


8

Fluida dapat mengalami perubahan bentuk akibat geseran viskous (viscous

shear) atau kompresi (pemampatan) oleh suatu tekanan dari luar yang bekerja

terhadap suatu volume fluida, tegangan permukaan dan kapilaritas. Sifat

tegangan permukaan terjadi akibat perbedaan tarik-menarik timbal-balik

antara molekul-molekul zat cair dekat permukaan dan molekul-molekul yang

terletak agak lebih jauh dari permukaan dalam massa zat cair yang sama,

tegangan permukaan dinyatakan dengan energi per satuan luas permukaan

atau gaya per satuan panjang. Akibat dari tegangan permukaan ialah gejala

kapilaritas yaitu naik dan turunnya kolom zat cair dalam sebuah pipa kecil.

Sifat berikutnya yaitu tekanan uap, tekanan uap merupakan fungsi suhu.

Tekanan uap mempunyai peran dalam pembentukan rongga-rongga uap

didaerah bertekanan rendah dalam zat cair (Olson & Wright, 1993).

Viskositas merupakan sifat fluida dalam keadaan bergerak. Viskositas

didefinisikan sebagai ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap perubahan

bentuk. Hukum viskositas Newton menyatakan bahwa untuk laju perubahan

bentuk sudut fluida yang tertentu maka tegangan geser berbanding lurus

dengan viskositas (Streeter & Wylie, 1999).

Sifat viskositas yang dimiliki fluida dipengaruhi oleh perubahan suhu.

Viskositas gas yang bertambah dengan naiknya suhu karena makin besarnya

aktivitas molekuler ketika suhu meningkat. Pada zat cair, jarak antara

molekul jauh lebih kecil dibandingkan pada gas, sehingga kohesi molekuler

sangat kuat. Peningkatan suhu dapat mengurangi kohesi molekuler yang


9

diwujudkan berupa berkurangnya viskositas suatu fluida (Olson & Wright,

1993).

Apabila sebuah bola berjari-jari R bergerak dengan kelajuan v dalam

sebuah medium dengan viskositas η lihat pada gambar 2.1 akan mengalami

gaya gesek sebesar Hukum Stokes:

Gambar 2.1. Gaya yang bekerja pada benda dalam suatu zat cair

(2.1)

dengan:

sehingga,

(2.2)

(2.3)

dengan, adalah gaya gesek, koefisien viskositas, dan b koefisien redaman.


10

B. OSILASI

Osilasi terjadi bila sebuah sistem diganggu dari posisi kesetimbangan

stabilnya. Karakteristik gerak osilasi yang paling dikenal adalah gerak

tersebut bersifat periodik atau berulang-ulang. Gerak gelombang erat

kaitannya dengan gerak osilasi. Sistem yang bergetar menghasilkan osilasi

pada molekul udara sekitarnya dan osilasi menjalar melalui beberapa medium

yaitu udara, air atau zat padat (Tipler, 1998).

Salah satu gerak osilasi yang sering ditemui adalah gerak harmonik

sederhana. Salah satu contoh yang menunjukkan gejala gerak harmonik

sederhana adalah sebuah benda yang tertambat ke sebuah pegas seperti pada

gambar 2.2

Gambar 2.2. Gerak Harmonik sederhana pada pegas

(sumber: http://ddoor.weebly.com/fisika/gerak-osilasi-pada-pegas-gerak-harmonik-sederhana)

Pada keadaan setimbang pegas tidak mengerjakan gaya pada benda.

Apabila benda disimpangkan sejauh x dari kedudukan setimbangnya, pegas

mengerjakan gaya yang diberikan Hukum Hooke sebesar:

(2.4)


11

Tanda negatif pada Hukum Hooke timbul karena gaya pegas ini

berlawanan arah dengan simpangan. Dengan menggunakan Hukum kedua

Newton, maka persamaan (2.4) dapat ditulis sebagai berikut:

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(

)

(2.8)

dengan, √

(2.9)

(2.10)

Percepatan berbanding lurus dan arahnya berlawanan dengan

simpangan. Hal ini merupakan karakteristik umum gerak harmonik

sederhana. Jika menyimpangkan suatu benda dari sistem kesetimbangannya

dan melepaskannya, benda tersebut akan berosilasi bolak-balik disekitar

kedudukan setimbangnya. Waktu yang dibutuhkan benda untuk melakukan

satu osilasi penuh disebut Periode (T). Satu per periode disebut frekuensi f,

yang merupakan banyaknya osilasi setiap detik.


12

(2.11)

Penyelesaian untuk persamaan (2.10) untuk persamaan posisi terhadap waktu

dalam Gerak Harmonik Sederhana dinyatakan dalam persamaan:

dengan:

(2.12)

(2.13)

Apabila membandingkan persamaan (

) untuk massa pegas

dimana merupakan penyelesaian dari

= - (k/m)

jika frekuensi sudut ω berhubungan dengan konstanta pegas k dan massa m

melalui:

(2.14)

Frekuensi dan periode massa pada pegas dengan demikian berhubungan ke

konstanta gaya k dan massa m melalui persamaan:

√

(2.15)


13

√

(2.16)

Persamaan simpangan x, kecepatan v, dan percepatan a terhadap waktu dapat

dituliskan dalam persamaan:

(2.17)

(2.18)

(2.19)

C. OSILASI TEREDAM

Pada semua gerak osilasi energi mekanik terdisipasi karena adanya

suatu gaya gesekan. Bila dibiarkan saja maka pegas atau bandul akhirnya

akan berhenti berosilasi. Bila energi mekanik gerak osilasi berkurang

terhadap waktu gerak dapat dikatakan teredam. Jika faktor redaman kecil,

amplitudo berkurang secara lambat terhadap waktu seperti yang ditunjukkan

pada gambar 2.3 (Tipler, 1998).

Gambar 2.3. Gambar simpangan terhadap waktu untuk osilasi yang teredam.


14

Persamaan paling sederhana untuk gaya hambat yaitu gaya hambat

berbanding lurus dengan kecepatan benda namun arahnya berlawanan adalah:

(2.20)

dengan b adalah suatu konstanta yang menyatakan besarnya

redaman/hambatan. Gaya hambat selalu berlawanan dengan arah gerak, usaha

yang dilakukan oleh gaya tidak konservatif ini selalu negatif. Gaya hambat ini

menyebabkan energi mekanik sistem berkurang. Hukum kedua Newton yang

diterapkan untuk gerak benda bermassa m pada pegas dengan konstanta gaya

k bila gaya redaman – bv adalah:

(2.21)

(2.22)

(2.23)

(2.24)

dengan, γ

(2.25)

(2.26)


15

(2.27)

dengan,

(2.28)

* √ + * √

+ (2.29)

dengan, √ (2.30)

Pada sebuah pegas yang digantungkan sebuah beban berbentuk bola

yang tercelup di dalam cairan, kemudian disimpangkan tanpa kecepatan awal

sehingga terjadi getaran teredam pada arah vertikal, yang untuk selanjutnya

disebut sumbu y. Persamaan gerak bola yang bergetar dapat dicari dengan

Hukum II Newton tentang gerak dan diperoleh persamaan diferensial:

. (2.31)

dengan adalah amplitudo, adalah laju penurunan amplitudo

terhadap waktu secara eksponensial, adalah frekuensi sudut dan adalah

sudut fase. Dari persamaan (2.34) dapat ditulis kembali menjadi:

. (2.32)

dengan,


16

(2.33)

dimana, b adalah koefisien redaman, m adalah massa bola, dan B adalah

konstanta yang diperoleh dari fitting.

Tiga kondisi redaman getaran benda secara umum yaitu redaman

kecil, redaman kritis, dan redaman lebih yang ditunjukkan pada gambar (2.4).

ketiga kondisi redaman ini kemudian dijelaskan lebih lanjut yaitu: (Karyasa,

2011).

1) Redaman kecil (Under Damped)

Benda yang mengalami Under damped biasanya melakukan

beberapa osilasis ebelum berhenti. Benda masih melakukan beberapa

getaran sebelum berhenti karena redaman yang dialaminya tidak

terlalu besar. Redaman kecil ini dapat disebut juga redaman subkritis

atau dibawah redaman kritis. Redaman ini terjadi jika q < 0 atau

γ2 < ωo

2.

2) Redaman Kritis (Critical Damped)

Benda yang mengalami critical damped biasanya langsung

berhenti berosilasi (benda langsung kembali ke posisi setimbangnya).

Benda yang langsung berhenti berosilasi ini karena redaman uyang

dialaminya cukup besar. Pada redaman kritis ditandai dengan q = 0

atau γ2 = ωo

2.


17

3) Redaman lebih (Over Damped)

Over damped mirip seperti critical damped bedanya pada

critical damped benda lebih cepat kembali ke posisi setimbang

sedangkan pada over damped benda lama kembali ke posisi setimbang

karena redaman yang dialami benda sangat besar. Redaman lebih

ditandai dengan q > 0 atau γ2 > ωo

2.

Gambar tiga kondisi redaman ditunjukkan pada gambar (2.4).

Gambar 2.4. Gambar getaran dengan redaman kecil, redaman kritis, dan redaman

lebih

(sumber: Stuart Aitken, China-Based Programmer; Physics Grad.)

Selain menggunakan hukum Stokes ada pula hukum lain yang

membantu untuk menentukan koefisien redaman diantaranya hukum landau

Lifthitz dan koreksi efek dinding (Oktova, 2013).

1) Hukum Landau-Lifthitz

Hukum Landau-Lifthitz memunculkan konsep baru berupa koreksi

kedalaman penetrasi (penetration depth). Dengan hukum Landau-


https://www.quora.com/profile/Stuart-Aitken-8

18

Lifthitz maka konstanta dikalikan dengan faktor (1+R/δ).

Sehingga persamaannya dapat dituliskan:

(2.34)

2) Koreksi Efek Dinding

Konstanta kesebandingan dalam Hukum Stokes dikali

dengan faktor (1+ d/2δ), sehingga:

(2.35)

Pada penelitian ini, gerakan benda yang berosilasi dalam suatu larutan

dianalisis menggunakan aplikasi tracker dengan mencocokkan mengikuti

persamaan (2.32). Dari persamaan tersebut akan didapatkan nilai koefisien

redaman dengan mengikuti persamaan (2.33). Dari ketiga pendekatan Hukum

Stokes, Hukum Landau-Lifthitz, dan koreksi efek dinding, penelitian ini

menggunakan pendekatan Hukum Stokes untuk menentukan nilai koefisien

redaman.


19

BAB III

METODE PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai koefisien redaman osilasi

pegas dalam larutan sirup dengan menggunakan metode analisis video tracker.

Nilai koefisien redaman osilasi pegas dalam larutan sirup dapat ditentukan dengan

terlebih dahulu merekam video osilasi bola dengan handycam Panasonic 90X.

Dimana bola digantungkan pada pegas dan bola terendam dalam larutan sirup.

Kemudian memindahkan video ke aplikasi tracker untuk dianalisis.

Secara umum penelitian ini dibagi atas beberapa tahap yaitu: tahap

pertama menyiapkan alat dan bahan yang digunakan, tahap kedua mengukur

diameter dan massa bola yang digunakan, tahap ketiga menentukan konstanta

pegas yang digunakan, tahap keempat merekam video getaran bola dalam wadah

berisi larutan sirup dan tahap terakhir menentukan koefisien redaman pada osilasi

pegas-benda yang berada dalam larutan sirup dengan menggunakan aplikasi

Tracker.

A. Persiapan Alat

Dalam penelitian menentukan koefisien redaman osilasi pegas-benda dalam

larutan sirup ini dibutuhkan beberapa alat dan bahan. Alat dan bahan yang

digunakan adalah sebagai berikut:


20

1. Pegas

Pegas yang digunakan merupakan pegas yang telah ditentukan terlebih

dahulu dengan nilai konstanta pegas yang belum diketahui.

2. Bola

Dua buah bola yang digunakan memiliki massa dan diameter yang

berbeda-beda. Bola yang digunakan juga merupakan bola pejal yang

terbuat dari besi.

3. Jangka sorong

Jangka sorong yang digunakan untuk mengukur diameter bola dengan

ketelitian 0,02 cm.

4. Gelas Beker

Gelas Beker berguna sebagai wadah untuk larutan sirup. Gelas Beker

yang digunakan bervolume 1000 mL.

5. Neraca Ohaus

Neraca Ohaus digunakan untuk menimbang massa bola yang digunakan.

6. Neraca Digital

Neraca digital digunakan untuk menimbang massa sirup. Neraca digital

yang digunakan memiliki batas ukur 120 gram.

7. Mideline

Mideline digunakan sebagai pembanding skala yang dianalisis pada video.


21

8. Termometer

Termometer digunakan untuk mengukur suhu ruangan dan suhu cairan

yang digunakan.

9. Handycam

Handycam berguna untuk merekam video. Handycam yang digunakan

yaitu Panasonic 90x dengan kemampuan 90x intellegent zoom sehingga

objek hasil rekaman tetap fokus.

10. Tripod

Tripod digunakan untuk menyangga handycam agar handycam tetap

stabil. Penggunaan Tripod agar hasil rekaman baik untuk dianalisis.

11. Aplikasi Tracker

Tracker merupakan software yang digunakan untuk menganalisis video

untuk menentukan koefisien redaman. Program Tracker ini dirancang

dalam kerangka aplikasi Java oleh Open Source Physics Project.

12. Komputer/laptop

Komputer yang telah terinstal software tracker, menampilkan hasil

analisis video osilasi pegas.

B. Menentukan Diameter dan Massa Bola

1. Menentukan diameter bola

Bola yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari dua buah bola

dengan diameter yang berbeda-beda. Diameter bola yang digunakan


22

diukur menggunakan jangka sorong dengan ketelitian 0,02 cm. Data

diameter bola kemudian dicatat di tabel 4.1.

2. Menentukan massa bola

Dalam penelitian ini digunakan dua buah bola yang memiliki massa yang

berbeda-beda. Pengukuran massa bola dilakukan dengan menggunakan

Neraca Ohaus. Kemudian data massa bola dicatat pada tabel 4.2.

C. Menentukan Konstanta Pegas

Pegas yang digunakan dalam penelitian ini hanya satu yang ditentukan

terlebih dahulu, namun nilai konstanta pegasnya belum diketahui. Untuk

menentukan konstanta pegas dilakukan beberapa langkah yaitu pertama

mengantung pegas pada statip, pegas kemudian diberi beban berupa bola.

Osilasi pegas akan direkam menggunakan handycam. Untuk menganalisis

nilai konstanta pegas menggunakan software Tracker digunakan persamaan:

atau

(3.1)

(3.2)

dengan, ω =B = √

(3.3)


23

D. Menentukan koefisien Redaman Osilasi Pegas-bola pada Larutan Sirup

a. Merekam video untuk menentukan koefisien redaman

1) Menyusun alat seperti pada gambar dibawah

Gambar 3.1. Sketsa Rangkaian Alat Penelitian

2) Meregangkan pegas hingga 3 cm.

3) Melepaskan pegas dan memulai merekam video

4) Pengambilan video dilakukan hingga pegas berhenti berosilasi

5) Ulangi langkah 1-4 untuk massa bola, diameter bola dan konsentrasi

larutan sirup yang berbeda.


24

b. Menentukan Koefisien Redaman dengan Menggunakan Software Tracker.

Penentuan koefisien redaman pegas-bola pada larutan sirup ini dengan

merekam video osilasi bola. Hasil rekaman kemudian dianalisis dengan

menggunakan software tracker dengan mengikuti beberapa langkah

berikut:

1) Membuka software Tracker

2) Hasil rekaman kemudian ditampilkan ke dalam Tracker untuk

dianalisis dengan cara memilih menu file kemudian open file.

Gambar 3.2. Tampilan awal saat membuka file video

3) Untuk menentukan ukuran sesungguhnya dengan mengklik menu

track-new-calibration tools - calibration stick seperti pada gambar

berikut


25

Gambar 3.3. Ikon “calibration stick” untuk menampilkan ukuran sebenarnya.

4) Untuk menentukan letak titik koordinat dengan memilih menu track-

axes-visible seperti pada gambar berikut

Gambar 3.4. Ikon “track” untuk menampilkan sumbu koordinat

5) Untuk menganalisis data dapat dilakukan secara otomatis dengan

memilih menu track-new-point mass. Seperti pada gambar berikut


26

Gambar 3.5. Ikon “track-new-point mass” untuk menampilkan titik posisi

perpindahan bola terhadap waktu.

6) Sebelum menganalisis yang dilakukan adalah memilih awal video dan

akhir video yang akan dianalisis. Dengan mengatur posisi awal dan

posisi akhirnya

Gambar 3.6. Tampilan untuk mengatur awal dan akhir analisis.


27

7) Menganti sumbu x pada grafik menjadi y terhadap t

Gambar 3.7. Tampilan saat menganti sumbu x menjadi sumbu y

8) Menganalisis secara otomatis dilakukan dengan menekan

ctrl+shift+klik pada pusat bola. Ukuran point mass dapat diatur

dengan memperbesar atau memperkecil sesuai ukuran bola yang

digunakan. Kemudian tampilannya seperti berikut

Gambar 3.8. Tampilan saat menganalisis posisi bola secara otomatis.

9) Kemudian untuk memulai analisis dengan mengklik search pada

autotracker: mass of position, seperti pada gambar beriku


28

Gambar 3.9. Tampilan saat memulai analisis video

10) Setelah men-search secara otomatis data akan tampil pada tabel dan

grafik yang berada pada posisi kanan tampilan tracker, seperti pada

gambar berikut

Gambar 3.10. Tampilan hasil analisis video

11) Kemudian grafik difit dengan mengklik kanan pada grafik kemudian

pilih “analyze”, seperti pada gambar berikut.


29

Gambar 3.11. Tampilan untuk fitting data

12) Kemudian data diffit dengan memilih menu analyse kemudian “curve

fits”

Gambar 3.12. Tampilan awal saat fitting data

13) Dalam aplikasi tracker hanya tersedia beberapa persamaan, untuk

penelitian ini digunakan persamaan yang tidak tersedia di aplikasi

tracker sehingga harus menginputnya terlebih dahulu.


30

Dengan menginput persamaan di atas ke menu “fit builder” kemudian

new. Setelah itu dapat menginput persamaan baru yang diinginkan,

dan mengklik close, seperti pada gambar berikut

Gambar 3.13. Tampilan untuk memasukan persamaan baru untuk fitting data


31

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan koefisien redaman osilasi pegas

pada larutan sirup dengan menggunakan software tracker. Berikut tahapan-

tahapan yang dilakukan saat melakukan penelitian:

1. Menentukan Diameter dan Massa Bola

a. Menentukan Diameter Bola

Bola yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari dua buah bola

dengan diameter yang berbeda-beda. Diameter bola yang digunakan

diukur menggunakan jangka sorong dengan ketelitian 0,02 cm. Hasil

pengukuran diameter bola dapat dilihat pada tabel 4.1

Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Diameter Bola

No. Bola 1 ( x 10-2

m) Bola 2 ( x 10-2

m)

1. 3,1 2,84

2. 3,104 2,848

3. 3,108 2,84

4. 3,108 2,848


32

5. 3,116 2,848

3,110 2,800

b. Menentukan Massa Bola

Dalam penelitian ini digunakan dua buah bola yang memiliki massa

yang berbeda-beda. Pengukuran massa bola dilakukan dengan

mengunakan Neraca Ohaus. Hasil penimbangan massa bola dapat

dilihat pada tabel 4.2

Tabel 4.2. Hasil Pengukuran Massa bola

No. Bola 1 ( x 10-3

kg) Bola 2 ( x 10-3

kg)

1. 122 94

2. 122,5 94,2

3. 122,2 94

4. 122 94,4

5. 122 94,5

122,1 94,2


33

2. Menentukan Konstanta Pegas

Menentukan konstanta pegas menggunakan metode analisis video yaitu

dengan fitting data menggunakan persamaan:

Gambar 4.1. Grafik hasil analisis nilai konstanta pegas untuk massa 122,1 gram

Titik-titik data pada gambar 4.1. merupakan posisi bola terhadap waktu

saat berosilasi. Osilasi yang terjadi merupakan osilasi pada gerak harmonik

sederhana sehingga dengan menggunakan persamaan:

Dari persamaan diatas akan diperoleh nilai konstanta B. Konstanta B sama

dengan dari persamaan (3.1), dengan mensubstitusi nilai B dari hasil

fitting data kedalam persamaan:

B=√

,


34

k =

sehingga diperoleh nilai B = 6,427 dan nilai konstanta pegas k = N/m.

Cara yang sama dilakukan pada massa 94,2 gram untuk menentukan

konstanta pegas yang digunakan, selanjutnya nilai konstanta pegas yang

digunakan dapat dilihat pada tabel 4.3.

Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Nilai Konstanta Pegas

No. Massa bola ( x 10-3

kg) Konstanta pegas (N/m)

1. 122,1 5,04

5,03

2. 94,2 4,96

4,90

��±∆k (4,98 ± 0,03)


35

3. Menentukan Konsentrasi Larutan Sirup

Sirup diukur massanya kemudian dicampurkan dengan air bervolume 1000

mL. Pengukuran massa sirup dilakukan dengan menggunakan Neraca

Digital. Suhu tiap larutan diukur dengan menggunakan Termometer. Dan

diperoleh suhu larutan sirup setiap pengukuran yaitu 270C.

Berikut hasil pengukuran konsentrasi masing-masing cairan:

a. Larutan sirup 0,02 g/mL

Sirup 20 gram dilarutkan dengan 1000 mL air sehingga diperoleh

konsentrasi larutannya adalah 0,02 g/mL.

b. Larutan sirup 0,04 g/mL



c. Larutan sirup 0,06 g/mL



d. Larutan sirup 0,08 g/mL



e. Larutan sirup 0,1 g/mL




36

4. Menentukan Koefisien Redaman Osilasi Pegas-Bola Menggunakan

Video Analisis Dengan Aplikasi Tracker

Sistem osilasi ini terdiri dari pegas dan bola yang disusun secara

vertikal di dalam larutan yang ada pada gelas beker 1000 mL. Proses

osilasi direkam menggunakan handycam. Handycam yang digunakan yaitu

Panasonic 90x dengan kemampuan 90 kali zoom sehingga hasil rekaman

tetap fokus dan hasil rekamannya dapat diolah menggunakan aplikasi

Tracker. Hasil rekaman video dianalisis dengan cara yang telah disebutkan

pada metodologi penelitian. Untuk mempermudah menganalisis

pergerakkan bola maka dilakukan analisis secara otomatis yaitu dengan

crtl+shift+klik kiri pada bagian bola sesuai dengan prosedur yang ada

pada metodologi penelitian. Setelah itu akan secara otomatis muncul

grafik hubungan posisi bola secara horizontal (x) terhadap waktu (t).

Karena yang dibutuhkan adalah grafik posisi bola secara vertikal maka

dapat diganti dengan membuat grafik hubungan posisi bola secara vertikal

(y) terhadap waktu (t).

Hasil rekaman osilasi teredam pegas kemudian dianalisis

menggunakan aplikasi tracker untuk menentukan nilai koefisien redaman

mengikuti persamaan (2.32).

persamaan (2.32) ini dapat dituliskan seperti berikut:


37

dengan, B

, maka koefisien redaman dapat dituliskan b = 2 m B

Pengukuran koefisien redaman dilakukan pada air tanpa larutan sirup dan

pada larutan sirup dengan berbagai konsentrasi.

a. Air tanpa larutan sirup

1) Bola 1

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Posisi terhadap waktu untuk massa 122,1 gram

pada air tanpa larutan sirup

Titik-titik data pada gambar 4.2. diatas merupakan posisi bola saat

berosilasi. Grafik pada gambar 4.2. terlihat bahwa terjadi

penurunan amplitudo secara eksponensial, dan peristiwa ini

disebut osilasi teredam. Osilasi teredam terjadi apabila adanya

redaman yang menghambat osilasi pegas. Redaman dapat

diketahui dengan melakukan fitting data kedalam persamaan:


38

Dari persamaan diatas akan diperoleh nilai konstanta B. Konstanta

B sama dengan b/2m dari persamaan (2.33), dengan mensubstitusi

nilai B dari hasil fitting data kedalam persamaan:

b = 2 m B

sehingga diperoleh nilai B = dan konstanta redaman

b adalah kg/s.

2) Bola 2

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Posisi Terhadap Waktu untuk massa 94,2 gram

pada air tanpa larutan sirup.

Titik-titik data pada gambar 4.3. diatas merupakan posisi bola

saat berosilasi. Grafik pada gambar 4.3. terlihat bahwa terjadi

penurunan amplitudo secara eksponensial, dan peristiwa ini

disebut osilasi teredam. Osilasi teredam terjadi apabila adanya


39

redaman yang menghambat osilasi pegas. Redaman dapat

diketahui dengan melakukan fitting data kedalam persamaan:

Dari persamaan diatas akan diperoleh nilai konstanta B.

Konstanta B sama dengan b/2m dari persamaan (2.33), dengan

mensubstitusi nilai B dari hasil fitting data kedalam persamaan:

b = 2 m B

sehingga diperoleh nilai B = dan konstanta redaman

b adalah kg/s

Dengan menggunakan persamaan standar deviasi, ketidakpastian

pengukuran koefisien redaman untuk air tanpa larutan sirup

adalah:

√

√

kg/s


40

Cara yang sama dilakukan untuk menentukan koefisien redaman pada

larutan sirup dengan konsentrasi sebesar 0,02 g/mL; 0,04 g/mL; 0,06 g/

mL; 0,08 g/ mL dan 0,1 g/ mL. Hasil perhitungan nilai koefisien redaman

untuk setiap larutan dapat dilihat pada tabel 4.4. dan tabel 4.5.

Tabel 4.4. Koefisien Redaman Osilasi Pegas pada air tanpa larutan sirup dan

Larutan dengan berbagai konsentrasi larutan sirup

No.

Konsentrasi

(g/mL)

Massa bola

(10-3

kg)

B (x 10-1

) b (kg/s)

1 0 122,1 ± 0,1 1,283

94,2 ± 0,1 2,093 0,039

2 0,02 122,1 ± 0,1 3,393

94,2 ± 0,1 3,315 ,062

3 0,04 122,1 ± 0,1 2,338

94,2 ± 0,1 3,315 0,062

4 0,06 122,1 ± 0,1 2,220

94,2 ± 0,1 2,660 0,050

5 0,08 122,1 ± 0,1 2,014

94,2 ± 0,1 1,482 0,027


41

6 0,1 122,1 ± 0,1 2,010

94,2 ± 0,1 1,800 0,033

Tabel 4.5. Tabel hasil analisis koefisien redaman pada setiap konsentrasi larutan

sirup

No. Konsentrasi (g/mL) (kg/s)

1. 0

2. 0,02

3. 0,04

4. 0,06

5. 0,08

6. 0,1

Konsentrasi 0 g/mL yang dianalisis dan dihitung nilai koefisien redaman

pada tabel 4.5. merupakan redaman pada sistem osilasi pegas dalam air

tanpa larutan sirup. Perhitungan nilai koefisien redaman pada air tanpa

larutan sirup dilakukan bertujuan mengetahui pengaruh konsentrasi larutan

saat tanpa campuran sirup.


42

B. Pembahasan

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan koefisien redaman

osilasi pegas dalam larutan sirup dengan metode analisis video

menggunakan aplikasi Tracker. Peristiwa redaman osilasi pegas ini

disebabkan oleh zat cair. Sistem osilasi ini terdiri dari pegas yang

digantungkan bola dengan dua massa dan diameter berbeda. Osilasi pegas

terjadi dalam larutan sirup dengan konsentrasi 0,02 g/mL; 0,04 g/mL; 0,06

g/mL; 0,08 g/mL dan 0,1 g/mL. Larutan sirup dibuat dengan melarutkan

20 gram hingga 100 gram sirup kedalam air bervolume 1000 mL.

Konsentrasi larutan sirup akan berpengaruh pada viskositas larutan sirup.

Bola yang dihubungkan dengan pegas berada dalam larutan sirup

1000 mL. Kemudian pegas simpangkan sejauh 3 cm dan dilepaskan. Bola

akan bergerak keatas melewati titik keseimbangan dan bergerak kebawah

melewati titik keseimbangan secara berulang-ulang atau berosilasi. Bola

akan berosilasi akan mengalami percepatan a sesuai Hukum II Newton.

Dan selama berosilasi pegas memberikan gaya yang mengembalikan bola

keposisi setimbang. Gaya pemulih ini yang membuat bola tetap berosilasi.

Gaya pemulih arahnya selalu berlawanan dengan arah simpangan bola.

Sistem osilasi bola seiring berjalannya waktu akan melemah dan

berhenti ke posisi setimbang. Osilasi yang melemah ini disebut osilasi

teredam. Osilasi teredam disebabkan oleh adanya gaya hambat. Gaya

hambat ini berupa gaya gesek yang disebabkan gaya sentuhan permukaan


43

bola dengan larutan sirup. Sebelumnya telah dijelaskan beberapa faktor

penghambat osilasi pegas diantaranya gesekan udara, medan magnet dan

viskositas cairan. Saat osilasi terjadi tiga peristiwa dimana bola akan

bergerak kebawah menjauhi titik setimbang, kemudian bergerak keatas

menjauhi titik setimbang, dan lama kelamaan akan kembali ke keadaan

diam pada posisi setimbang seperti semula.

Peristiwa osilasi ini terjadi akibat adanya gaya yang bekerja pada

bola seperti yang telah dijelaskan pada bab II. Saat bola bergerak kebawah

maka mengalami gaya berat sedangkan pegas mengerjakan gaya pemulih

yang arahnya berlawanan dengan arah gerak bola, sehingga bola dapat

berosilasi secara terus menerus. Namun karena adanya gaya gesekan bola

dengan zat cair maka akan ada gaya lain yang bekerja sehingga lama

kelamaan bola akan berhenti berosilasi dan kembali ke posisi setimbang.

Faktor yang menghambat osilasi bola dalam penelitian ini adalah

viskositas cairan yang digunakan. Osilasi teredam bola dalam air tanpa

larutan sirup disebabkan oleh viskositas air itu sendiri. Namun karena ada

penambahan konsentrasi larutan sirup disetiap pengukurannya maka

viskositas cairan pun meningkat ini dilihat dari faktor redaman yang

terjadi lebih besar dibandingkan dengan faktor redaman dalam air tanpa

larutan sirup.

Penelitian ini dipermudah dan lebih baik dengan menggunakan

video. Cara penggunaan video dilakukan dengan merekam proses osilasi


44

bola dan pegas menggunakan handycam. Dalam pengambilan video

diusahakan posisi handycam pada posisi yang tegak lurus dan tetap.

Karena posisi handycam akan mempengaruhi hasil rekaman. Untuk

membantu posisi handycam agar tidak goyang maka digunakan bantuan

penyangga seperti tripod. Selain itu mengatur zoom saat perekaman video

juga harus diperhatikan agar objek tetap fokus. Faktor lain yang dapat

mengganggu proses analisis yaitu pencahayaan. Usahakan pencahayaan

yang bagus sehingga dapat menganalisis video dengan baik. Peristiwa

osilasi pegas-bola kemudian dengan mudah teramati dengan menggunakan

hasil rekaman video osilasi.

Penelitian ini menggunakan massa bola yaitu 122,1 ± 0,1 gram dan

94,2 ± 0,1 gram dengan diameter bola masing-masing 3,110 ± 0,003 cm

dan 2,800 ± 0,002 cm. Pengukuran diameter menggunakan jangka sorong

dengan ketelitian 0,02 cm. pengukuran dilakukan sebanyak lima kali

pengulangan untuk setiap posisi bola yang berbeda. Hal ini dilakukan

untuk menentukan ketidakpastian dalam pengukuran diameter bola.

Penimbangan massa bola dilakukan menggunakan neraca Ohaus.

Penimbangan massa bola juga dilakukan sebanyak lima kali agar dapat

menentukan nilai ketidakpastian pengukuran massa bola. Pengukuran

massa bola tidak dilakukan menggunakan Neraca Digital karena Neraca

Digital yang digunakan memiliki batas ukur sebesar 120 gram. Sedangkan

untuk bola 1 massanya lebih dari 120 gram. Sehingga peneliti


45

memutuskan untuk menggunakan neraca Ohaus untuk menimbang massa

bola yang digunakan.

Wadah yang digunakan sebagai tempat larutan juga digunakan

gelas beker dengan volume 1000 mL. Pemilihan gelas beker dilakukan

untuk mengurangi adanya Adhesi. Semakin besar wadah yang digunakan

akan semakin mengurangi Adhesi. Hal ini dilakukan agar dalam

pengukuran teliti sehingga yang terukur hanya koefisien redaman tanpa

dipengaruhi gaya ataupun faktor lain.

Penelitian ini menggunakan pegas dengan konstanta pegas yang

belum diketahui. Untuk menentukan konstanta pegas yang digunakan

dalam penelitian ini dapat dilakukan dengan menggunakan analisis video

dengan bantuan aplikasi tracker. Pengambilan video dilakukan dengan

mengantung bola pada pegas di udara tidak dalam larutan. Rekaman

osilasi pegas bola kemudian dianalisis dengan menggunakan software

Tracker. Hal ini mempermudah dalam penentuan nilai konstanta pegas.

Dengan fitting data menggunakan persamaan dengan

Konstanta B sama dengan dari persamaan (3.1), dengan mensubstitusi

nilai B dari hasil fitting data kedalam persamaan B=√

, maka nilai

konstanta pegas k = . Sebelum merekam osilasi pegas-bola terlebih

dahulu memberi simpangan pada pegas namun harus kecil sehingga dapat

memperoleh nilai yang baik. Dalam penelitian ini diperoleh nilai konstanta

redaman yang digunakan adalah (4,98 ± 0,03) N/m.


46

Nilai ketidakpastian pengukuran konstanta pegas diperoleh dengan

menggunakan persamaan standar deviasi. Faktor ketidakpastian

dikarenakan osilasi pagas-bola yang direkam di udara sehingga masih ada

faktor penghambat seperti gesekan udara yang dapat membuat osilasi

pegas-bola lama kelamaan berhenti. Oleh sebab itu untuk meregangkan

pegas harus kecil dan pembatasan waktu dalam merekam video.

Penelitian ini menggunakan metode analisis video dengan bantuan

aplikasi Tracker. Hasil rekaman menggunakan handycam kemudian

dianalisis dengan menggunakan aplikasi Tracker. Analisis dengan tracker

dipermudah karena dapat dilakukan secara otomatis yaitu dengan

membuat titik pada bola dan secara otomatis akan menampilkan titik-titik

data posisi bola saat berosilasi yang kemudian ditampilkan pada grafik

maupun tabel data pada software tracker. Hasil analisis kemudian berupa

grafik yang menampilkan hubungan posisi bola (y) terhadap waktu (t).

Grafik yang ditampilkan melalui software tracker tidak berbentuk

sinusoidal melainkan grafik yang ditampilkan menunjukkan adanya

redaman atau penurunan amplitudo. Grafik ini kemudian difitt dengan

menggunakan persamaan . Dari persamaan

tersebut akan diperoleh nilai konstanta B. Konstanta B sama dengan b/2m,

dengan mensubstitusi nilai B diperoleh nilai koefisien redaman b. Setelah

mendapat nilai konstanta redaman b untuk setiap massa bola maka dapat

ditentuan nilai koefisien redaman rata-rata . Kemudian menentukan nilai


47

untuk setiap konsentrasi larutan sirup. Setelah menentukan nilai maka

dapat membuat tampilan berupa grafik hubungan koefisien redaman rata-

rata terhadap konsentrasi larutan sirup.

Penelitian ini menggunakan konsentrasi larutan mulai dari

konsentrasi 0 g/mL yang merupakan air tanpa larutan sirup. Redaman yang

dianalisis dan dihitung pada konsentrasi 0 g/mL merupakan redaman yang

diperoleh dari sistem osilasi bola dan pegas dalam air tanpa larutan sirup.

Redaman yang menyebabkan sistem osilasi bola-pegas berhenti adalah

adanya gaya gesek antara bola dengan air.

Penyebab redaman untuk konsentrasi 0,02 g/mL; 0,04 g/mL; 0,06

g/mL; 0,08 g/mL; dan 0,1 g/mL selain karena adanya gesekan dengan zat

cair yaitu adanya faktor kekentalan larutan akibat penambahan larutan

sirup. Penambahan larutan sirup dilakukan mulai dari 20 gram sampai 100

gram pada volume air 1000 mL. Hal ini dilakukan untuk melihat pengaruh

konsentrasi terhadap koefisien redaman.

Hasil penelitian menampilkan hubungan konsentrasi larutan sirup

terhadap koefisien redaman seperti berikut:


48

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Konsentrasi larutan sirup terhadap Koefisien Redaman

rata-rata

Dari hasil penelitian ini konsentrasi larutan sirup dapat

menghambat sistem osilasi bola-pegas. Dengan demikian dapat ditentukan

nilai koefisien redaman dengan merekam video sistem osilasi bola-pegas

dan dianalisis menggunakan software tracker.

Hasil penelitian menunjukkan nilai koefisien redaman tidak

berbanding lurus dengan setiap penambahan konsentrasi larutan. Hal ini

disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya diameter beker gelas yang

tidak cukup besar sehingga gaya pantul cairan ke pegas dan bola yang

berosilasi lebih cepat sehingga mempengaruhi osilasi bola atau gaya

adhesi yang besar karena beker gelas yang digunakan berdiameter kurang

besar, kemudian saat meregangkan pegas sejauh 3 cm dilakukan secara

manual tidak menggunakan alat bantu sehingga perlakuan untuk

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

Koef

isie

n r

edam

an

(k

g/s

)

Konsentrasi larutan (g/mL)

Grafik Hubungan Konsentrasi Larutan

Terhadap Koefisien Redaman


49

meregangkan pegas sejauh 3 cm untuk setiap konsentrasi selalu berbeda

hal inilah yang kemudian berpengaruh pada kecepatan awal bola berosilasi

sehingga proses analisis dengan menggunakan software tracker

mengalami ketidakpastian.

Cara pengambilan video yang tidak sejajar titik setimbang bola

dimana pengaruh sudut pandang peletakkan handycam juga sangat

berpengaruh dalam menganalisis video melalui aplikasi karena yang

dianalisis sebenarnya berdasarkan hasil yang terekam melalui handycam

sehingga pengaturan letak handycam dan mideline menjadi perhatian

penting. Faktor lainya penggunaan variasi konsentrasi larutan sirup yang

tidak ekstrim sehingga tidak menunjukkan perbedaan viskositas yang

cukup berbeda. Namun demikian melalui analisis video dengan software

tracker ini sudah dapat menunjukkan pengaruh konsetrasi larutan sirup

terhadap koefisien redaman juga dapat menampilkan suatu peristiwa

osilasi teredam yang dapat diamati dengan jelas.

Penelitian ini dapat dimanfaatkan sebagai media pembelajaran

disekolah. Pembelajaran lebih menarik jika menggunakan smartphone

untuk merekam kemudian dapat menganalisisnya dengan menggunakan

software tracker. Terlebih karena software tracker dapat diunduh secara

gratis, kemudian tidak membutuhkan interface ataupun sensor yang dapat

memakan biaya. Sehingga siswa dengan mudah belajar. Pembelajaran

dengan aplikasi ini juga belum pernah ada sehingga dapat meningkatkan


50

rasa ingin tahu dan minat siswa dalam belajar. Penelitian ini dapat

diadaptasi untuk pembelajaran osilasi pegas atau gerak harmonik

sederhana di sekolah.


51

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan yaitu pengamatan tentang redaman

pada sistem osilasi bola-pegas. Gaya viskous merupakan gaya yang

menghambat sistem osilasi pegas-bola. Pengamatan dilakukan dengan

menganalisis hasil rekaman video menggunakan software Tracker.

Dari hasil penelitian diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Koefisien redaman dapat ditentukan dengan analisis video menggunakan

aplikasi tracker. Koefisien redaman rata-rata untuk masing-masing

konsentrasi 0 g/mL; 0,02 g/mL; 0,04 g/mL; 0,06 g/mL; 0,08 g/mL; 0,1

g/mL adalah kg/s ; kg/s ;

kg/s ; kg/s ; kg/s;

kg/s.

2. Peristiwa redaman akibat adanya larutan sirup ini merupakan redaman

yang diakibatkan gaya viskous. Dengan Konsentrasi larutan sirup

mempengaruhi koefisien redaman. Redaman dapat ditunjukkan melalui

rekaman yang kemudian dianalisis menggunakan software tracker.


52

B. Saran

Bagi pembaca yang berminat melakukan penelitian lebih lanjut, penulis

menyarankan untuk:

1. Menentukan koefisien redaman dengan metode yang sama dengan

memvariasikan massa benda yang lebih banyak,

2. Menggunakan gelas beker yang memiliki diameter lebih besar,

3. Konsentrasi larutan sirup yang digunakan lebih besar agar terdapat

perbedaan viskositas yang besar.


53

DAFTAR PUSTAKA

Erwiastuti, Laras Nandya. 2015. Pengukuran Koefisien Redaman Pada Sistem

Osilasi Pegas-Magnet dan Kumparan Menggunakan Video. Yogyakarta:

USD

Hidayat Adetya M, Netty Herawati, Vony Setiaries Johan. 2017. Penambahan Sari

Jeruk nipis Terhadap Karakteristik Sirup Labu Siam. JOM FAPERTA

UR Vol 4 No.2. Pekanbaru: Universitas Riau.

Karyasa, Tungga B. 2011. Dasar-Dasar Getaran Mekanis. Yogyakarta: Andi.

Oey, Lusiana Sandra. 2016. Redaman Pada Sistem Osilasi Pegas-Benda dengan

Massa Yang Berkurang Secara Kontinyu. Yogyakarta: USD

Oktova, Raden & Diana Nirva. 2013. Penentuan koefisien Viskositas Air

Menggunakan Metode Getaran Pegas Dengan Koreksi Kedalaman

Penetrasi dan Koreksi Efek Dinding. Yogyakarta: UAD

Olson M. Reuben, & Wright J. Steven. 1993. Dasar-Dasar Mekanika Fluida

Teknik Edisi Kelima. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.

Streeter, L. Victor. & Wylie E. Benyamin. 1999. Mekanika Fluida Edisi Delapan

Jilid 1. Jakarta: Erlangga

Suharyanti, Natalia Peni. 2016. Pengukuran Koefisien Redaman Magnetik Pada

Magnet yang Bergerak Diatas Air Track Menggunakan Analisa Video

Dengan Software Logger Pro. Yogyakarta: USD


54

Tipler, Paul. A. 1998. Fisika Untuk sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta:

Erlangga.

Vierck, Robert K. 1995. Analisis Getaran. Bandung: Eresco.


55

LAMPIRAN

LAMPIRAN 1

Tabel pengukuran diameter bola dan ketidakpastian pengukuran diameter bola

Tabel 1.1. Perhitungan Diameter Bola

No. Bola 1 ( x 10-2 m) Bola 2 ( x 10-2m)

1. 3,1 2,84

2. 3,104 2,848

3. 3,108 2,84

4. 3,108 2,848

5. 3,116 2,848

3,1072 2,8448

Perhitungan ketidakpastian diameter bola:

1. Bola 1

√


56

√

2. Bola 2

√

√


57

LAMPIRAN 2

Tabel pengukuran massa bola dan perhitungan ketidakpastian massa bola

Tabel 2.1. Perhitungan Massa Bola

No. Bola 1 ( x 10-3 kg) Bola 2 ( x 10-3 kg)

1. 122 94

2. 122,5 94,2

3. 122,2 94

4. 122 94,4

5. 122 94,5

122,14 94,22

Perhitungan ketidakpastian massa bola:

1. Bola 1

√

√


58

122,14 ) gram

2. Bola 2

√

√

94,22 ) gram


59

LAMPIRAN 3

Grafik dan perhitungan konstanta pegas yang digunakan serta perhitungan

ketidakpastian konstanta pegas.

1. Bola 1

Gambar 3.1. Grafik posisi terhadap waktu untuk massa bola 122,1 gram

Dari grafik diatas maka diperoleh nilai B = = 6,427.

Dengan menggunakan persamaan (3.3) maka nilai konstanta pegas yang

digunakan sebesar:

k = 5,043 N/m


60

2. Bola 1 untuk pengulang kedua


Dari grafik diatas maka diperoleh nilai B = = 5,038


digunakan sebesar:

k = 5,038 N/m


61

3. Bola 2




digunakan sebesar:

k = 4,959 N/m


62

4. Bola 2 untuk pengulangan kedua




digunakan sebesar:

k =4,903 N/m


63

Ketidakpastian konstanta pegas:

√

√

√

√

√

√

kg/s


64

LAMPIRAN 4

Grafik posisi bola (y) terhadap waktu (t) untuk masing-masing konsentrasi larutan

dan ralat untuk koefisien redaman masing-masing konsentrasi.

a. Konsentrasi 0,02 g/mL

1) Bola 1

Gambar 4.1. Grafik posisi fungsi waktu untuk massa bola 122,1 gram pada konsentrasi

0,02 g/mL

Dari grafik diatas diperoleh nilai konstanta B = . Konstanta B

sama dengan b/2m dari persamaan (2.33), dengan mensubstitusi nilai B

dari hasil fitting data kedalam persamaan (2.33), sehingga diperoleh nilai

koefisien redaman:

b = 2 m B

kg/s


65

2) Bola 2

Gambar 4.2. Grafik posisi fungsi waktu untuk massa bola 94,2 gram pada konsentrasi

0,02 g/mL

Dari grafik diatas diperoleh nilai konstanta B = . Konstanta

B sama dengan b/2m dari persamaan (2.33), dengan mensubstitusi nilai B

dari hasil fitting data kedalam persamaan (2.33), sehingga diperoleh nilai

koefisien redaman:

b = 2 m B

kg/s


66

Ketidakpastian koefisien redaman untuk konsentrasi 0,02 g/mL

√

√

kg/s

b. Konsentrasi 0,04 g/mL

1) Bola 1

Gambar 4.3. Grafik posisi fungsi waktu untuk massa bola 122,1 gram

pada konsentrasi 0,04 g/mL

Dari grafik diatas diperoleh nilai konstanta B = .



67

mensubstitusi nilai B dari hasil fitting data kedalam persamaan (2.33),

sehingga diperoleh nilai koefisien redaman:

b = 2 m B

kg/s

2) Bola 2

Gambar 4.4. Grafik posisi fungsi waktu untuk massa bola 94,2 gram pada

konsentrasi 0,04 g/mL.





b = 2 m B


68

kg/s


√

√

kg/s

c. Konsentrasi 0,06 g/mL

1) Bola 1


konsentrasi 0,06 g/mL




69



b = 2 m B

kg/s

2) Bola 2







b = 2 m B


70

kg/s

Ketidakpastian koefisien redaman untuk konsentrasi 0,06 g/mL:

√

√

kg/s

d. Konsentrasi 0,08 g/mL

1) Bola 1




71





b = 2 m B

kg/s

2) Bola 2








72

b = 2 m B

kg/s

Ketidakpastian koefisien redaman untuk konsentrasi 0,08 g/mL:

√

√

kg/s


73

e. Konsentrasi 0,1 g/mL

1) Bola 1







b = 2 m B

kg/s


74

2) Bola 2







b = 2 m B

kg/s


75


√

√

kg/s


76

LAMPIRAN 5

Gambar alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian

Susunan alat penelitian

Neraca digital

Bola

Jangka sorong

Pegas

Statip, klem dan gelas beker


77

Termometer

Neraca Ohaus


software tracker - repository.usd.ac.id · menunjukkan karakteristik fluida tergantung dari tingkat...

Documents