PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI MENGGUNAKAN PERCOBAAN
BANDUL MATEMATIS BERBASIS SENSOR INFRA MERAH
HUGO
Seminar Hasil
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA
DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS TANJUNGPURA
PONTIANAK
PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI MENGGUNAKAN PERCOBAAN
BANDUL MATEMATIS BERBASIS SENSOR INFRA MERAH
Abstrak
Telah
dilakukan penelitian tentang penentuan percepatan gravitasi bumi (g)
menggunakan rangkaian sensor infra merah pada percobaan bandul matematis.
Dengan penelitian ini nilai perioda ayunan bandul matematis dan nilai
percepatan gravitasi bumi dapat ditentukan secara otomatis. Rangkaian sensor
infra merah yang digunakan terhubung dengan komputer melalui mikrokontroler
AT89S52. Dengan menggunakan program
Delphi 7 pada bagian pengolahan data maka nilai perioda ayunan bandul matematis
dan percepatan gravitasi bumi dapat tersimpan pada from out computer. Dari
penelitian yang dilakukan diperoleh hasil penentuan percepatan gravitasi bumi
pada bandul matematis secara manual sebesar 9,93 m/s2 dan percepatan
gravitasi bumi secara otomatis menggunakan rangkaian sensor infra merah sebesar
9,71 m/s2.
Kata kunci: bandul matematis, sensor infra merah dan percepatan gravitasi bumi
PENENTUAN PERCEPATAN GRAVITASI BUMI MENGGUNAKAN PERCOBAAN
BANDUL MATEMATIS BERBASIS SENSOR INFRA MERAH
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar
Belakang
Percobaan bandul matematis merupakan suatu percobaan yang
lazim dilakukan dalam eksperimen fisika dasar yang bertujuan untuk menentukan
nilai dari percepatan gravitasi (g). Bandul matematis terdiri dari sebuah benda
kecil (bola pendulum) yang digantungkan pada ujung tali yang ringan. Pada
bandul matematis dianggap tali yang digunakan memiliki panjang tetap dan
massanya dapat diabaikan relatif terhadap bola. Gerak bolak-balik (osilasi)
dari bandul matematis yang disimpangkan merupakan gerak harmonis sederhana jika
gesekan terhadap udara diabaikan.
Besarnya nilai percepatan gravitasi dapat ditentukan dengan
memasukkan nilai periode osilasi (T) dan panjang tali yang digunakan (L) ke
dalam persamaan akhir dari gerak osilasi bandul matematis. Penghitungan nilai
percepatan gravitasi ini biasanya dilakukan secara manual dengan menghitung
nilai perioda osilasi menggunakan stopwatch. Hal ini tentunya memerlukan waktu
yang cukup lama dikarenakan penghitungan perioda osilasi dilakukan dengan
mengamati gerak osilasi dari bandul matematis secara berulang kali. Selain itu
penentuan nilai percepatan gravitasi secara manual juga dapat menimbulkan
kesalahan dikarenakan pengamatan yang kurang teliti terhadap gerak osilasi dari
bandul matematis tersebut.
Berbagai kekurangan dari penghitungan secara manual untuk
menentukan nilai percepatan gravitasi pada bandul matematis seperti yang telah
dikemukakan, dapat diatasi dengan merancang suatu sistem peralatan yang dapat
menentukan nilai percepatan gravitasi secara cepat dan praktis. Dalam
penelitian ini, penghitungan nilai percepatan gravitasi secara cepat dilakukan
dengan memasang rangkaian peralatan sensor infra merah yang terhubung dengan
mikrokontroler dan komputer. rangkaian sensor infra merah digunakan untuk
menghitung besarnya nilai perioda osilasi.
Data yang diperoleh
selanjutnya dikirimkan ke komputer melalui mikrokontroler sehingga nilai dari
percepatan gravitasi dapat ditentukan dengan
menggunakan program yang telah tersedia di komputer.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan
latar belakang di atas permasalahan yang akan dibahas pada penelitian ini adalah :
Bagaimana
merancang dan membuat rangkaian sensor Infra merah dan mikrokontroler AT89S52 untuk menentukan
percepatan gravitasi bumi pada percobaan
bandul matematis.
1.3. Tujuan
Penelitian
Adapun tujuan
penelitian ini adalah:
Merancang dan
membuat peralatan berbasis sensor infra merah dan mikrokontroler AT89S52 untuk
menentukan nilai percepatan gravitasi bumi pada percobaan bandul matematis.
1.4. Manfaat
Penelitian
Manfaat
penelitian ini adalah sebagai solusi untuk mempermudah melakukan percobaan praktikum bandul matematis yang pada awalnya
dilakukan secara perhitungan manual.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Percepatan
Gravitasi bumi
Gaya gravitasi muncul dari gaya tarik-menarik antar partikel
yang berbanding lurus dengan hasil kali massa partike-partikel itu dan
berbanding terbalik dengan kaudrat jarak keduanya. Gaya ini berkerja sepanjang
garis yang menghubungkan kedua partikel itu.
Gaya gravitasi pada permukaan bumi di tentukan oleh massa bumi dan radius
bumi. Gaya gravitasi merupakan gaya yang
membuat sistem tata surya kita terjaga dan membuat palenet tetap beredar
pada lintasnya. Gaya gravitasi ini pulalah yang menyebabkan kita dapat berjalan
di atas tanah dan semua benda jatuh karana bumi menarik semua benda dengan gaya
gravitasi bumi.
Berdasarkan Hukum
Newton II F = m.a maka gaya gravitasi
akan menghsilkan percepatan gravitasi (g). Percepatan rata-rata gravitasi bumi yang disimbolkan
sebagai g menunjukkan rata-rata percepatan yang dihasilkan medan gravitasi pada
pada permukan bumi (permukaan laut). Nilai sebenarnya dari percepatan gravitasi
berbeda dari satu tempat ke tempat yang lain tergantung dari ketinggian dan
kondisi geologi. Dalam besaran fisika nilai percepatan gravitasi bumi standar g
didefinisikan sebagai 9,80665 m/s2.
Berdasarkan perhitungan ini, Newton menyimpulkan bahwa besar
gaya gravitasi yang diberikan oleh bumi pada setiap benda semakin berkurang
terhadap kuadrat jaraknya (r) dari pusat bumi.
Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :
dimana :
F : Gaya
( Newton )
G : Konstanta Gravitasi universal yang bersarnya
6,6x10Nm/kg
m1 : Massa benda pertama ( kg )
m2 : Massa benda kedua ( kg )
r : jarak benda kesatu ke benda kedua ( Meter )
F merupakan besar gaya gravitasi pada salah satu partikel m1
dan m2 dan G adalah konstanta universal yang diperoleh dari hasil pengukuran
secara eksperimen. Seratus tahun setelah Newton mencetuskan hukum Gravitasi
Universal, pada tahun 1978, Henry Cavendish berhasil mengukur gaya yang sangat
kecil antara dua benda, mirip seperti dua bola ( Halliday 1991).
2.2. Bandul Matematis
Gerak bandul matematis merupakan gerak harmonik sederhana
hanya jika amplitudo geraknya kecil. Bandul matematis yang terdiri panjang tali dengan panjang L
dan beban bermassa m. Gaya yang berkerja pada beban adalah beratnya mg dan
tegangan T pada tali. Bila tali membuat sudut
terhadap vertikal, berat memiliki komponen-komponen mg cos sepanjaang tali dan mg sin tegak lurus tali dalam arah berkurangnya .
Dengan mengayunkan bandul tersebut maka akan diperoleh
perioda getaran dari bandul tersebut. Dari perioda tersebut maka dapat dihitung
besarnya percepatan gravitasi. Dengan panjang tali bandul yang berbeda maka
akan dihasilkan percepatan gravitasi yang berbeda pula. Ini berarti bahwa besarnya
percepatan gravitasi akan berbeda untuk setiap panjang tali, perioda dan jarak
pusat massa yang berbeda.
Gambar 2.1 Bandul matematis
Penentuan nilai percepatan gravitasi bumi g dapat
dilakukan mengunakan bandul
matematis yakni sebuah sebuah beban
bermassa m yang yang berayun pada
benang tipis yang panjang L. Apa
bila beban disimpangan dengan sudut
kecil sejauh y, maka lintasan yang ditempuh oleh beban bermassa m
dapat dianggap lulus sehingga memenuhi persamaan.
Sin = y
/
L......................................................................... ( 2.4 )
Gaya pemulih yang mengembalikan benda ke keadaan di nyatakan oleh :
F =
- mg sin
..................................................................... ( 2.5 )
=
-................................................................ ( 2.6 )
.................................................................... ( 2.7 )
Bentuk umum persamaan
diferensial gerak harmonik sederhana adalah :
...................................................................... ( 2.8 )
Dari gambar 2.1 dapat diperoleh persamaan nilai kecepatan sudutnya berikut :
T =
atau
T=
........................................................................... (2.9)
Dimana :
w = Frekuensi bandul matematis ( Hz )
T = Perioda bandul
matematis ( Sekon )
g = Tetapan
percepatan gravitasi bumi 9,8 ( m/ )
l = Panjang tali
( Meter )
dengan mengetahui perioda dan panjang tali bandul matematis,
dapat diperoleh tetapan nilai gravitasi (Giancoli, 2001).
2.3. Mikrokontroler
AT89S52
Mikrokontroler sangat akrab dengan pengendali suatu perangkat keras yang
disusun dari bahasa software yaitu bahasa mesin dengan memerintahkan suatu
program untuk dijalankan perangkat keras. Banyak mikrokontroler yang sering
digunakan dan macam-macam produksi seperti keluaran Philips, Atmel, Mottorolla,
Fujitsu, AMD dan lain-lain, tetapi fungsi yang dituju pada tiap mikrokontroler
adalah sama yaitu mempermudah pengendalian suatu perangkat keras tanpa
membebankan kerja secara personal. Mikrokontroler AT89S52 adalah mikrokontroler
keluaran Atmel. Keistimewaan dari mikrokontroler AT89S52 ini adalah
Kompetibel dengan mikrokontroler keluarga MCS-51
8K Byte Of In-System Programmable Dowloadable Flash Memory
Antar Muka Serial SPI untuk mendownload program
Ketahanan mencapai 1000 kali baca dan tilis
Beroperasi pada 0Hz s.d 33Hz
Tiga level penguncian memori program
256 x 8 bit RAM internal
32 bit I/O yang dapat diprogram
Tiga buah timer/counter 16 bit
Delapan Sumber instruksi
UART full dupleks
Mode hemat daya Idle and power down
Watchdog timer yang dapat deprogram
Dua data pointer
Mikrokontroler AT89S52 memiliki 32 pin yang multi fungsi
antara lain sebagai I/O, jalur control
atau bagian dari system pengalamatan atau bus data.
Berikut adalah konstruksi dari AT89S52
Port 0, adalah berada pada pin 32-39, merupakan port yang
memiliki banyak fungsi untuk system dengan tingkat komplektisitas yang
sederhana yaitu sebagai jalur I/O biasa. Untuk system yang memiliki tingkat
komplektifitas lebih tinggi maka port ini menjadi sebagai multipleks alamat dan
bus data pada penggunaan memori eksternal.
Port 1, adalah berada pin 1-8, ditandai dengan P1.0,
P1.1,…P1.7 dan biasa digunakan untuk antarmuka dengan perangkat lain diluar
mikrokontroler.
Port 2, adalah berada pada pin 21-28, dan merupakan port
yang memiliki banyak fungsi untuk system dengan tingkat komplektisitas yang
sederhana yaitu sebagai jalur I/O biasa atau sebagai multipleks alamat untuk
penggunaan memori eksternal.
Port 3, adalah port yang memiliki berbagai macam fungsi
yaitu sebagai I/O multifungsional dan juga bias digunakan sebagai PORT I/O
biasa.
Tabel 2.1. Fungsi port 3
No
Bit
Nama
Alamat BIT
Fungsi khusus
1
P3.0
RXD
B0H
Menerima data pada komunikasi serial
2
P3.1
TXD
B1H
Mengirim data pada komunikasi serial
3
P3.2
INT0
B2H
Interupsi Eksternal
4
P3.3
INT1
B3H
Interupsi Internal
5
P3.4
T0
B4H
Input Eksternal timer/counter 0
6
P3.5
T1
B5H
Input Eksternal timer/counter 1
7
P3.6
WR
B6H
Strobe untuk penulisan memori eksternal
8
P3.7
RD
B7H
strobe untuk pembacaan memori eksternal
PSEN (Program Store Enable) yang berada pada pin 29 yang
merupakan pin yang bertugas untuk mengirimkan sinyal output yang bertugas
sebagai kontrol yang memperbolehkan pengaksesan memori eksternal. Biasanya PSEN
dihubungkan pada EPROM di pin out Enable (OE) yamg mengizinkan untuk melakukan
untuk pembacaan program pada EPROMtersebut
ALE (Addres latch Enable) berada pada pin ke 30. Pada
mikrokontroler MCS-51 ALE digunakan sebagai demultiplexing alamat dan jalur
data. Ketika port 0 digunakan sebagai jalur data danpada byte rendah jalur
alamat. Sinyal ALE mengunci alamat kepada register eksternal selama setengah
siklus memori dan dilanjutkan dngan pengiriman data pada setengah siklus memori
selanjutnya. Pulsa ALE sebesar 1/6 dari frekuensi osilator mikrokontroler.
EA (External Access) terletak pada pin 31. Pada pin EA
terdapat dua keadaan yaitu keadaan high
(5v) dan low (0v). Jika pada pin ini dalam keadaan high maka mikrokontroler
sedang mengeksekusi program dari ROM internal sedangkan jika dalam keadaan low
maka program mengeksekusi dari memori eksternal dan tidak mengaktifkan internal
ROM.
RST (Reset) berada pada pin 9. Ketika diaktifkan RST maka
rgiste internal pada MCS-51 akan diisi dengan nilai tertentu (default) untuk
melakukan Strat-Up
Power Connections adalah power suplay tunggal +5v yang
dihubungkan dengan pin 40 dan ground pada pin 20.
2.4. Pemograman
Bahasa Assembly MCS
Penghubungkan antara mikrokontroler dengan perangkat lainnya
seperti komputer adalah bahasa mesin yang biasa disebut bahasa assembly. Bahasa
assembly ini berupa bahasa yang nantinya akan memerintahkan alat bekerja atas
instruksi-instruksi logis yang dapat dilakukan oleh hardware. Beberapa definisi
yang sering tersaji dalam pemograman assembly
Program bahasa assembly adalah sebuah program yang terdiri
atas label-label, mnemonik dan lain sebagainya. Masing-masing pernyataan
berhubungan dengan suatu instruksi mesin. Bahasa assembly sering juga disebut
kode sumber (sourse code) atau kode simbolik (symbolic code) tidak dapat
dijalankan oleh prosesor.
Program bahasa mesin adalah suatu program yang mengandung
kode-kode biner yang merupakan instruksi-instruksi yang bisa dipahami oleh
prosesor. Program bahasa mesin sering juga disebut kode objek, dapat dijalankan
(dikerjakan) oleh prosesor.
Assembler adalah suatu program yang dapat menerjemehkan
program bahasa assembly ke program bahasa mesin. Program dalam bahasa mesin ini
dapat berbentuk “absolut” atau “relocatable”. Berikutnya dilakukan linking
untuk mengatur alamat absolut agar program dapat dijalankan (oleh prosesor yang
bersangkutan)
Linker adalah suatu program yang dapat menghubungkan
program-program objek relocatable (modul-modul) dan menghasilkan suatu program
absolut yang dapat dikerjakan oleh prosesor.
Segmen adalah suatu unit memori kode atau data. Sebuah
segmen dapat direlokasi atau absolut (lokasi tidak berubah). Sebuah segmen yang
dapat direlokasi (relocatable) memiliki nama, tipe dan atribut-atribut lain
yang membolehkan linker untuk menggabungkan dengan bagian-bagian segmen yang
lain, jika dibutuhkan, juga akan menempatkan segmen dengan benar. Sedangkan
segmen absolut tidak memiliki nama dan tidak dapat digabung dengan segmen
lainnya.
Modul mengandung satu atau lebih segmen atau bagian segmen.
Sebuah modul memiliki nama yang ditentukan oleh pengguna. Definisi modul
menentukan jangkauan simbol-simbol lokal. Sebuah berkas objek dapat berisi
lebih dari satu modul.
Program merupakan modul absolut tunggal, menyatakan semua
segmen absolut dan relocatable dari modul-modul yang terlibat. Sebuah program
hanya mengandung kode-kode biner instruksi-instruksi (dengan alamat dan konstanta
data) yang dapat dipahami komputer (Tippler, 1998).
2.5.
Pemprograman Mikrokontroler AT89S52
Tempat penyimpanan program pada mikrokontroler adalah
disimpan di dalam ROM. Agar program dapat disimpan dalam ROM mikrokontroler,
terlebih dahulu dibuat program dalam bahasa Assembler maupun bahasa lainnya
yang lebih tinggi seperti C maupun C++ yang dapat dikompilasi ke dalam bahasa
assembler. Seteleh dibuat program dalam bahasa Asembler dengan file ekstensi
(.asm), file harus dikompile menjadi file heksadesimal (.hex) sehingga dapat
disimpan ke dalam ROM mikrokontroler.
Penulisan
program dalam bahasa assembler dapat dilakukan dengan assembler editor ALDS,
PV32, Reads51 dan lain-lain. Menggunakan program penulisan memiliki keistimewaan
selain sebagai assembler editor, juga dapat digunakan sebagai sebagai simulator
dan sebagai kompiler file assembler (.asm) ke file heksadesimal (.hex).
Program
yang telah jadi dan telah dikompile ke heksadesimal dapat diisikan ke dalam
mikrokontroler. Karena AT89S52 merupakan mikrokontroler dengan teknologi ISP
(In System Program) maka mudah untuk melakukan pengisian dan penghapusan
program assembler dengan hanya menghubungkan beberapa kaki tertentu ke
komputer. Proses pengisian dan penghapusan dengan memasang kabel paralel yang
dihubungkan ke port printer pada komputer dan software AEC_ISP.exe. Program
AEC_ISP.exe ini yang dapat diperintahkan untuk mengisi, menghapus, membaca dan
mengunci program yang ada dalam mikrokontroler AT89S52. Mengisi dan menghapus
dapat dilakukan hingga seribu. (Budiharto dan firmansyah 2005).
a. Penulisan program pada assember editor Read-51
1. Running
program read51 yang terinsal start-program-read-51
2. Mulai
dokumen baru klik menu file-new file-assembly-ok
3. Setiap
program selalu diawali dengan printah ( dalam Huruf kecil )
#include<sfr51.inc>
Dan
diakhiri dengan
End
Gambar 2.4. Penulisan program pada reads51
Program yang telah selesai harus disimpan dalam bentuk file
.asm dengan maksimal karakter 8 huruf
Program yang telah berhasil dikompile akan diisikan ke
mikrokontroler AT89S52 melalui software AEC_ISP.exe melelui perantara komputer
yang memanfaatkan port printer (paralel port).
Program yang telah berhasil diisikan ke mikrokontroler dapat
dijalankan dan perangkat hardware dapat disimulasikan sesuai dengan program
yang telah dibuat.
Gambar 2.5. Proses pembuatan dan pengisian program pada
mikrokontroler
2.6. Sensor Infra
merah
Sensor infra merah adalah sensor yang dapat menerima dan
mengirimkan sinyal listrik setelah inputnya diberi sinar infra merah. Dioda
infra merah hanya mengirim keadaan low dan high dengan artian yaitu hanya
keadan 1 atau 0 pada bilangan logika. Pada saat led infra merah penerima tidak
mendapatkan sinar infra merah maka output adalah 0, dan apabila infra merah
penerima terpancari sinar infra merah dari transmitter maka outputnya akan 1.
Kondisi ini akan sebagai acuan interupsi bagi mikrokontroler atau input bagi
mikrokontroler secara berulang. Lama kondisi (0/1) yang diterima mikrokontroler
akan diterjemahkan dalam lama waktu penerimaan. Waktu yang tercatat akan
dikirim ke komputer sebagai data mentah untuk acuan.
Prinsip transmitter sebagai sumber infra merah dan receiver
sebagai penerima infra merah ini yang dipakai dalam perangkat keras atau
sebagai sensor penerima bagi mikrokontroler saat dijalankan. Mikrokontroler
dapat diatur melalui program assembly, lama penyinaran transmitter yang
diterima receiver sebagai waktu perioda yang ditempuh sensor pada saat bekerja,
serta menghubungkan jarak tetap pada sensor untuk mendapatkan perecepatan (v)
(Giancoli 2001).
Gambar 2.6. bentuk fisik dan simbol led infra merah
Pada dasarnya sensor infra merah berantar muka langsung
dengan massa bandul matematis. Waktu yang dihitung adalah 10 kali Ayunan pada
bandul matematis maka didapat nilai rata-rata perioda dan nilai percepatan
gravitasi pada setiap perioda bandul matematis.
Persamaan untuk menentukan perioda pada bandul matematis
adalah sebagai berikut :
T = atau
T=
2.7. LED (Ligth
Emitting Diode) infra merah
LED adalah suatu bahan semikonduktor yang memancarkan
cahaya
monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Pengembangan
LED dimulai dengan alat inframerah dibuat dengan galliumarsenide. Cahaya infra
merah pada dasarnya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang yang
lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang
radio, dengan kata lain infra merupakan warna dari cahaya tampak dengan
gelombangterpanjang, yaitu sekitar 700 nm sampai 1 mm.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian
Percobaan
ini dilakukan dari Bulan Maret 2010 sampai dengan Bulan Agustus 2010 yang
bertempat di Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Tanjungpura Pontianak.
3.2 Bahan dan
peralataan perancangan
1. Bahan
a.
Mikrokontroler AT89S52
1. Catu daya +5v,
0,-5v
2. Konector Db 9
dan DB 25
3. IC AT89S52
4. IC MAX232
5. Cristal 12 MHz
6. PCB
7. Komponen
pendukung lainnya sepeti kapasitor dan dioda.
b. Sensor infra merah
1. sepasang led infra
merah
2. catu daya +5v,
0.-5v
3. IC 741
4. IC 555
5. PCB
6. Komponen
pendukung lainnya sepeti kapasitor dan dioda.
c. Bahan pendukung
Seperangkat
bandul Matematis
2. Peralatan
Peralatan yang digunakan meliputi
1. Multimeter
2. Meteran
3. stopwatch.
4. Komputer yang memiliki program asssembler editor READS51
yang terisenal, AEC_ISP. Exe serta program Delphi 7 dan 1 Unit komputer.
3.3. Metode Kerja
Pada dasarnya
perangkat-perangkat sensor dan mikrokontroler terhubung dengan komputer
seperti pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Rangkaian Kerja peralatan penentuan percepatan
gravitasi.
Mikrokontroler sebagai otak pengendali dapat mengirim dan
menerima data. Sensor infra merah merupakan input data untuk mikrokontroler
dimana data yang dikirim dalam bentuk sinyal digital. Sinyal akan terbaca 1
(high) pada saat bandul matematis sensor
tidak melewati sensor infra merah dan jika massa bandul matematis melewati
sensor maka kondisi akan 0 (low) sejenak kemudian kembali lagi pada kondisi
high. Pada saat kondidi 0 (low) inilah perioda (T) ter-reset dan mulai membaca
waktu yang baru pada mikrokontroler. Faktor pendorong bandul matematis sensor
untuk begerak adalah panjang tali dan massa bandul matemtis sebagai medium. Semakin pendeknya tali dan
beratnya massa pada bandul matematis maka pembacaan semakin cepat dan
sebaliknya jika panjang tali panjang dan ringannya massa maka pembacaan semakin
lama.Sensor Infra merah adalah penghasil input, mikrokontroler AT89S52 sebagai
jalur pengolah untuk tampilan melalui form dan komputer sesuai tampilan.
Data dari
sensor infra merah yang telah diterima mikrokontroler AT89S52 diolah otomatis
dan dikirim ke CPU untuk menampilkan dan menyimpan data yang dapat dilakukan
secara berkala. Data yang ditampilkan berupa waktu tempuh
(perioda) dari bandul matematis sensor untuk melakukan satu
bolak balik untuk jarak yang tetap pula secara kontiniu. Sensor infra merah
mengirim sinyal digital ke mikrokontroler dan dinyatakan sebagai waktu perioda (T). mikrokontroler akan
berkomunkasi dengan komputer pada dioda akan dikirim melalui Command port open
yang terdapat pada prosesor program Delphi 7. Data diterima melalui antar
muka program dari Delphi 7 dan dapat diolah secara manual menggunakan microsoft
excel untuk menentukan lama waktu serta perioda dan panjang tali terhadap
waktu.
Private Sub cmdReset_Click()
RichTextBox1.Text = "Data Pengukuran" &
Chr(13) & Chr(10) & "Nomor" & Chr(9) &
"Perioda" & Chr(9) & "Percepatan Gravitasi" &
Chr(13)
Text3.Text = 0
Text4.Text = 0
Text2.Text = ""
End Sub
Private Sub cmdStart_Click()
With MSComm1
If .PortOpen =
True Then
.PortOpen =
False
End If
.CommPort = 1
.Settings =
"4800, N, 8, 1"
.DTREnable = True
.RTSEnable = True
.RThreshold = 1
.SThreshold = 0
.InputLen = 0
.PortOpen = True
End With
If Text1.Text = "" Then
pesan =
MsgBox("Silakan Isi Panjang Tali Terlebih Dahulu ", vbCritical,
"Peringatan")
MSComm1.PortOpen =
False
End If
End Sub
Private Sub cmdStop_Click()
MSComm1.PortOpen = False
End Sub
Private Sub Form_Load()
RichTextBox1.Text = "Data Pengukuran" &
Chr(13) & Chr(10) & "Nomor" & Chr(9) &
"Perioda" & Chr(9) & "Percepatan Gravitasi" &
Chr(13)
Text3.Text = 0
Text4.Text = 0
End Sub
Private Sub MSComm1_OnComm()
Dim buffer As Variant
Dim data1 As Long
'Dim data2 As Long
Dim rataan As Double
Dim panjang As Long
Const pi = 3.14159265
panjang = Text1.Text
Select Case MSComm1.CommEvent
Case comEvReceive
If
MSComm1.InBufferCount >= 0 Then
buffer =
MSComm1.Input
If
InStr(buffer, "<") And InStr(buffer, ">") Then
data1
= Mid(buffer, 2, 5)
Data2
= data1 / 1000
Text3.Text = Text3.Text + 1
n =
Text3.Text
g = (4
* (pi ^ 2) * panjang) / ((Data2) ^ 2)
RichTextBox1.Text = RichTextBox1.Text & n & Chr(9) & Data2
& Chr(9) & g & Chr(13) & Chr(10)
Text4.Text = Text4.Text + g
rataan
= Text4.Text / n
Text2.Text = rataan
End If
End If
End Select
End Sub
Data keluran akan tampil pada panjang tali (l) dan data ini
merupakan data olahan dari program Delphi 7 sedangkan perioda (T) pada from out
put adalah data olahan mikrokontroler AT89S52. Data diterima melalui antar muka
program Delphi 7 dapat diolah secara manual menggunakan microsoft excel untuk
menetukan grafik terhadap l.
Gambar 3.2 Form out put data pada Delphi 7
3.4 Metode Analisis
Data yang diambil adalah data waktu tiap perioda (l) dan
waktu percepatan perioda serta rata-rata percepatan keseluruhan maupun beberapa
detik. Tahap pengujian alat untuk menentukan kepekaan sensor sangat penting dan
diperlukan ketelitian. Data akan terus menerus dikirim ke komputer dalam detik.
Perbandingan waktu ke waktu pada data komputer menjadi olahan untuk menentukan
percepatan Gravitasi bumi pada bandul matematis.
Data tiap perioda akan menentukan jumlah waktu yang ditempuh
sebanyak perioda yang dilewati pada bandul matematis.
Metode kerja dari penelitian ini dapat di liat pada bagian
alir berikut ini.
Gambar 3.3 Diagram alir metodologi penelitian
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Penentuan Percepatan Gravitasi Bumi Pada Bandul
Matematis
Pada percoban ini penentuan percepatan gravitasi bumi Pada
Bandul matematis dilakukan secara manual, dimana untuk menghitung
perioda ayunanan dilakukan dengan menggunakan stopwatch selama 10 kali
ayunan pada bandul matematis. Berikut adalah nilai perioda hasil penentuan
Percepatan Gravitasi Bumi pada Bandul matematis secara manual.
Tabel 4.1 Nilai
perioda hasil percobaan secara manual
Percobaan Panjang
tali ( L ) Waktu 10 ayunan t Perioda
Ke Data ( m )
( s )
1.
1.10000.0005 20.94 2.0940.005 4.384
2.
1.20000.0005
22.16
2.2160.005 4.910
3.
1.30000.0005
23.38
2.3380.005 5.446
4.
1.40000.0005
23.68
2.3680.005 5.607
5.
1.50000.0005
24.19
2.4190.005 5.851
6.
1.60000.0005
24.92 2.4920.005 6.210
7.
1.70000.0005
25.97
2.5970.005 6.744
8.
1.80000.0005
27.16
2.7160.005 7.376
9. 1.90000.0005 27.52 2.7520.005 7.573
10.
2.00000.0005
28.21
2.8210.005 7.958
Gambar 4.1 Grafik Panjang tali terhadap T2
Dari nilai perioda pada tabel 4.1 diperoleh nilai Percepatan Gravitasi Bumi Pada Bandul
matematis sebesar
( 4 x 3.142 ) / 3.97
= 9,93 m/s.
4.2. Penentuan Percepatan Gravitasi Bumi Pada Bandul
Matematis Dengan Menggunakan Rangkaian
Sensor Infra Merah yang Terhubung dengan Komputer.
Berikut adalah contoh
dari data nilai rata-rata perioda dan percepatan gravitasi pada gambar 4.2.
Gambar 4.2 Data out put Sensor Infra merah
Untuk melakukan penentuan percepatan gravitasi Bumi pada Bandul
Matematis secara otomotis menggunakan
rangkaian sensor infra merah yang terhubung dengan komputer, pertama kali yang
harus dilakukan adalah menyalakan sistem yng terdiri dari komputer, rangkaian
sensor infra merah dan komputer. Untuk memastikan bahwa rangkaian sensor infra
merah dan mikrokontroler berfungsi dengan baik dilakukan dengan memberikan
pengujian pada sensor infra merah dengan melewatkan bandul di antara receiver
dan transmitter pada rangkaian sensor infra merah. Sistem bekerja dengan baik bila
timer pada form output mulai melakukan pencacahan waktu. Selanjutnya nilai panjang tali dimasukkan sesuai dengan
panjang tali yang digunakan pada form output yang tersedia dalam program
penghitungan percepatan gravitasi bumi pada Bandul matematis. Selanjutnya massa
bandul diayunkan dengan sudut ayunan yang kecil (maksimal 15). Tombol start
pada form gambar program penentuan percepatan gravitasi dinyalakan (di-click)
setelah berjalan beberapa ayunan selanjutnya dimatikan dengan meng-click tombol
stop. Dari hasil ini akan diperoleh waktu selama ayunan berlangsung dan jumlah
ayunan sehingga nilai perioda ayunan akan tersimpan di komputer dan percepatan
gravitasi bumi dapat ditentukan secara langsung. Langkah-langkah di atas
selanjutnya diulang kembali untuk variasi panjang tali yang berbeda-beda
sehingga diperoleh beberapa nilai percepatan gravitasi bumi sesuai dengan
panjang tali yang digunakan.
Tabel 4.2 Nilai
percepatan gravitasi bumi Pada Bandul matematis hasil percobaan secara otomatis
menggunakan rangkaian sensor infra merah untuk panjang tali yang berbeda-beda.
No Panjang
tali ( L ) Percepatan
Gravitasi Error
Data
( g )
1.
1.100 m
9.45 m/s2
5 % 2. 1.200 m 9.51
m/s2 4 %
3.
1.300 m
9.57 m/s2
4 %
4.
1.400 m
9.58 m/s2
3 %
5.
1.500 m 9.68 m/s2 2 %
6.
1.600 m
9.69 m/s2
2 %
7.
1.700 m
9.71 m/s2 2 %
8.
1.800 m
9.85 m/s2
2 %
9.
1.900 m
9.99 m/s2
2 %
10.
2.000 m 10.11 m/s2 2 %
4.3 Perbandingan
Data Secara Manual dengan Data Secara Otomatis Menggunakan Rangkaian Sensor
Infra Merah Pada Penentuan Percepatan Gravitasi Pada Bandul Matematis.
Pada percobaan penentuan percepatan gravitasi bumi
menggunakan bandul matematis semakin panjang tali yang digunakan maka nilai
percepatan gravitasi bumi yang di peroleh akan semakin baik (mendekati nilai
percepatan gravitasi yang sebenarnya). Hal tersebut dikarenakan semakin panjang
tali yang digunakan maka sudut simpangan bandul akan semakin kecil. Pada
percobaan secara manual pengamat di tuntut harus teliti dalam perhitungan
perioda dan pada saat pengamibilan data terutama pada saat menekan tombol start
dan stop pada waktu mengunakan Stop watch. Dimana saat start antara ayunan
bandul dengan stop watch haruslah sama karena hal ini sanggatlah mempengaruhi
nilai yang diperoleh pada nilai percepatan gravitasi tersebut.
ada percobaan secara otomatis menggunakan sensor infra merah
receiver dan transmitter pada rangkaian sensor infra merah haruslah dipasang
dengan baik. Pemasangan sensor infra
merah pada lintasan tali bandul matematis tepat berada di depan massa bandul.
Adapun kelebihan dengan menggunakan sensor infra merah pengamat dapat
pengetahui nilai percepatan gravitasi
secara otomatis karena nilai yang diperoleh telah tersimpan dalam form komputer
yang diolah secara berkala dan terus menerus tanpa harus menghitung secara
manual berapa kali jumlah ayunan perioda bandul tersebut. Dalam percobaan ini
nilai percepatan gravitasi pada panjang tali yang berbeda juga dapat diketahui
secara cepat tanpa harus menghitung secara manual dengan hanya memasukan niliai
panjang tali yang digunakan. Dari hasil percobaan secara manual diperoleh nilai
percepatan gravitasi bumi sebesar 9,93 m/s2 dan dari percobaan secara otomotis
diperoleh nilai percepatan gravitasi bumi rata-rata sebesar 9,71 m/s2.
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
1. Sistem alat yang dirancang dapat berjalan baik untuk
menentukan nilai percepatan gravitasi
bumi pada percobaan bandul matematis.
2. Nilai percepatan gravitasi bumi yang di peroleh dari percobaan bandul matematis secara manual
adalah 9,93 m/s dan menggunakan sensor infra merah nilai yang diperoleh
rata-rata adalah 9,71m/s2.
5.2 Saran
Perlu
dilakukan penelitian lebih lanjut pada percobaan bandul matematis untuk
menentukan nilai Percepatan gravitasi bumi pada bandul matematis yang dapat
ditampilkan pada layar LSD.
Daftar Pustaka
Budihato, W., Firmansyah, S., 2005, Elektronika Digital Dan
Mikroprosesor, Penerbit Andi, Yogyakarta.
Giancoli, D.C., 2001, Fisika Edisi 5, Hanum, Y.,(alih
bahasa), Erlangga, Jakarta.
Halliday, D., dan
Resnick, R., 1998, Fisika, Silaban, P., dan Sucipto E.
(alih bahasa), Erlangga, Jakarta.
Hutchens, G.H., dan Gupta, N.K, 2008, A Spreadsheet Program
for Steady-State Temperature Distributions,
htto://www.ntis.gov//support/ordering.htm.
Setiawan, S., 2006, Mudah Dan Menyenangkan Belejar
Mikrokontroler,
Penerbit Andi, Yogyakarta.
Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I
(terjemahan), Penebit Erlangga,
Jakarta.
Young, H. D.,
Freedman, R. A., 2002, Fisika
Unversitas ( terjemahan ), Penerbit
Erlangga, Jakarta.
Holman, J.P., 1997, Perpindahan Panas, Erlangga, Jakarta
Putra, A. E., 2006, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori Dan
Aplikasi Edisi2, Penerbit Gava Media,
Yogyakarta.
-----------, http://www.ccitonline.com/mekanikal/tiki-view_blog.php?blogId=245,
(11 April. Pukul 13.00)
-----------,
http://hendrisagung.wordpress.com/2009/03/27/103/ (15 Juni 2010. Pukul 19.30)
T = 2 atau
T = L
F =
Frekuensi bandul matematis ( Hz )
T = Periode bandul matematis ( Sekon )
g = Tetapan percepatan gravitasi bumi 9,8 ( m/ )
l =
Panjang tali ( Meter )
Penentuan nilai percepatan gravitasi bumi g dapat dilakukan
menggunakan bandul matematis yakni sebuah beban bermassa m yang berayun pada
benag tipis dengan panjang tali L. Bila beban disimpangkan dengan sudut sejauh
y, maka lintasan yang ditempuh oleh beban massa m dapat dianggap lurus
sehinggga persamaan dibawah.
Sin = y /
L.............................................................................
( 1.1 )
Gaya pemulih yang mengembalikan benda ke keadaan di nyatakan oleh :
F =
- mg sin
..................................................................... (
1.2 )
=
-................................................................ ( 1.3
)
.................................................................... (
1.4 )
Bentuk umum persamaan
diferensial gerak harmonik sederhana adalah :
...................................................................... (
1.5 )
Persamaan diatas diperoleh persamaan nilai kecepatan sudutnya berikut :
……………………………………....…..…...( 1.6 )
T =
atau....................................................................( 1.7 )
T=
..............................................................................(
1.8 )
Dimana :
w = Frekuensi bandul matematis ( Hz )
T = Periode bandul
matematis ( Sekon )
g = Tetapan
percepatan gravitasi bumi 9,8 ( m/ )
l = Panjang tali
(Meter)
3.2 Cara
Menghitung dan
Untuk
menghitung dan
Penggaris n st
= 1 mm
0.5 mm
1mm =cm
1mm = 1000 mm
1mm =mm
= 0.0005 ()
= 0.01 Detik
n st = 0.005 Detik
LAMPIRAN 4 : MENGHITUNG ERROR
Untuk menghitung keakuratan (error) dapat mengunakan rumus :
Error =
1. Untuk percobaan bandul matematis secara manual
dengan menggunakan rangkaian sensor
infra merah
= 2,21 %
Error = 2 %
2 . Untuk hasil error
terbesar dan terkecil pada percobaan bandul matematis secara manual dengan
menggunakan rangkaian sensor infra merah
a. Error Terbesar
= 4,8 %
Error = 5 %
b. Error terkecil
= 1,81 %
Error = 2 %
No comments:
Post a Comment
Maf bila postingnya belum lengkap