BAB IV. GETARAN

PERCOBAAN

GETARAN HARMONIS SEDERHANA

A.    Dasar Teori.

Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut juga sebagai gerak harmonik/harmonis. Apabila suatu partikel melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama maka geraknya disebut gerak osilasi/getaran. Bentuk yang sederhana dari gerak periodik adalah benda yang berosilasi pada ujung pegas. Karenanya kita menyebutnya gerak harmonis sederhana. Banyak jenis gerak lain (osilasi dawai, roda keseimbangan arloji, atom dalam molekul, dan sebagainya) yang mirip dengan jenis gerakan ini, sehingga pada kesempatan ini kita akan membahasnya secara mendetail.

Gerak Harmonis Sederhana

Gerak harmonis sederhana yang dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah getaran benda pada pegas dan getaran benda pada ayunan sederhana.

Gerak harmonis sederhana pada ayunan. Ketika beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan gaya maka benda akan diam di titik kesetimbangan B. Jika beban ditarik ke titik A dan dilepaskan, maka beban akan bergerak ke B, C, lalu kembali lagi ke A. Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodik, dengan kata lain beban pada ayunan di atas melakukan gerak harmonik sederhana.

Besaran fisika pada Gerak Harmonik

Periode (T)

Benda yang bergerak harmonis sederhana pada ayunan sederhana memiliki periode alias waktu yang dibutuhkan benda untuk melakukan satu getaran secara lengkap. Benda melakukan getaran secara lengkap apabila benda mulai bergerak dari titik di mana benda tersebut dilepaskan dan kembali lagi ke titik tersebut. Jadi periode ayunan (T) adalah waktu yang diperlukan benda untuk melakukan satu getaran (disebut satu getaran jika benda bergerak dari titik di mana benda tersebut mulai bergerak dan kembali lagi ke titik tersebut ). Satuan periode adalah sekon atau detik.

Frekuensi (f)

Selain periode, terdapat juga frekuensi alias banyaknya getaran yang dilakukan oleh benda selama satu detik. Yang dimaksudkan dengan getaran di sini adalah getaran lengkap. Satuan frekuensi adalah 1/sekon atau s-1. 1/sekon atau s-1 disebut juga hertz, menghargai seorang fisikawan. Hertz adalah nama seorang fisikawan tempo dulu.

B.      Tujuan Praktikum.

Menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi nilai frekuensi dan perioda dari getaran harmonis sederhana pada bandul dan pegas.

C.     Alat dan Bahan.

1.            Benang kasur

2.            Beban

3.            Mistar

4.            Stopwatch

5.            Statif

6.            Pegas

D.    Langkah Percobaan.

1.      Bandul.

·         Gantungkan tali sepanjang 10 cm pada statif.

·         Ikatkan beban 50 gr pada tali, lalu ayunkan, catat waktu yang diperlukan bandul untuk bergerak 20 ayunan.

·         Lakukan hal yang sama dengan panjang tali sepangjang 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm. Catat hasil pengamatan pada table 1.

·         Gantungkan tali sepanjang 50 cm pada statif

·         Ikatkan beban 100 gram, lalu ayunkan 10 kali. Catat waktunya.

·         Lakukan hal yang sama dengan jumlah ayunan 15, 20 dan 25 kali.

2.      Pegas

·         Gantungkan pegas pada statif.

·         Gantungkan beban 50 gr pada pegas lalu tarik pegas, tunggu sampai gerakannya harmonis dan mulai hitung waktu yang diperlukan untuk melalukan 20 getaran.

·         Lakukan hal yang sama pada beban 70 gr, 100 gr, 120 gr, 130 gr.

·         Gantungkan pegas pada statif.

·         Gantungkan bebas 100 gr pada pegas lalu tarik pegas, tunggu sampai gerakannya harmonis dan mulai hitung waktu yang diperlukan untuk melalukan 10 getaran.

·         Lakukan hal yang sama dengan jumlah ayunan/getaran 15, 20, dan 25.

G.        Pertanyaan: Pegas.

1. Apakah massa benda mempengaruhi periode getaran pegas? Jelaskan hubungan antara massa benda dengan periode getaran pegas!

Jawab: Ya, massa benda mempengaruhi periode getaran pegas. Hubungannya adalah semakin besar massa maka semakin besar pula waktu yang diperlukan maka periode pun semakin besar. Massa dan periode berbanding lurus.

2. Bagaimana dengan frekuensi getaran pegas? Apakah massa berpengaruh pada frekuensi getaran pegas? Jelaskan hubungan antara massa benda dengan frekuensi getaran pegas!

Jawab: Ya, massa berpengaruh pada frekuensi getaran pegas. Hubungannya adalah semakin besar massa maka semakin kecil frekuensi karena frekuensi berbanding terbalik dengan periode maka frekuensi pun berbanding terbalik dengan massa benda.

3. Apakah konstanta gaya pegas mempengaruhi periode getaran pegas? Jelaskan hubungan antara konstanta gaya pegas dengan periode getaran pegas!

Jawab: Ya, konstanta gaya pegas mempengaruhi periode getaran pegas. Karena semakin berat beban maka semakin kecil konstantanya. Hubungannya adalah semakin besar konstanta pegas maka periode semakin kecil, begitu pula sebaliknya. Jadi periode dan konstanta berbanding terbalik

4. Bagaimana dengan frekuensi getaran pegas? Apakah konstanta gaya pegas berpengaruh pada frekuensi getaran pegas? Jelaskan hubungan antara konstanta gaya pegas dengan frekuensi getaran pegas!

Jawab: Ya, konstanta gaya pegas berpengaruh pada frekuensi getaran pegas. Hubungannya adalah semakin besar konstanta maka semakin besar frekuensi, begitu pula sebaliknya. Jadi konstanta berbanding lurus dengan frekuensi.

Kesimpulan

a.       Faktor-faktor yang mempengaruhi periode getaran pegas adalah waktu tempuh, massa, simpangan, banyaknya getaran dan konstanta pegas.

b.      Faktor-faktor yang mempengaruhi frekuensi getaran pegas adalah waktu tempuh, massa, simpangan, banyaknya getaran dan konstanta pegas.

Bandul Sederhana

1. Apakah massa benda mempengaruhi periode getaran bandul sederhana? Jelaskan hubungan antara massa benda dengan periode getaran bandul sederhana!

Jawab: Tidak, massa benda tidak memengaruhi periode getaran bandul sederhana.

2. Bagaimana dengan frekuensi getaran bandul sederhana? Apakah massa berpengaruh pada frekuensi getaran bandul sederhana? Jelaskan hubungan antara massa benda dengan frekuensi getaran bandul sederhana!

Jawab: Tidak, massa benda tidak memengaruhi frekuensi getaran bandul sederhana.

3. Apakah panjang tali bandul mempengaruhi periode getaran bandul sederhana? Jelaskan hubungan antara panjang tali bandul dengan periode getaran bandul sederhana!

Jawab: Ya, panjang tali bandul mempengaruhi periode getaran bandul sederhana. Hubungannya adalah semakin panjang tali bandul maka semakin besar periodenya. Panjang tali bandul berbanding lurus dengan besar periode.

4. Bagaimana dengan frekuensi getaran bandul sederhana? Apakah panjang tali bandul berpengaruh pada frekuensi getaran bandul sederhana? Jelaskan hubungan antara panjang tali bandul dengan frekuensi getaran bandul sederhana!

Jawab: Ya, panjang tali bandul berpengaruh pada frekuensi getaran bandul sederhana. Hubungannya adalah semakin panjang tali bandul makan semakin kecil frekuensinya. Panjang tali bandul berbanding terbalik dengan frekuensi.

Kesimpulan

a.       Faktor-faktor yang mempengaruhi periode getaran bandul sederhana adalah panjang tali bandul, banyak getaran, percepatan gravitasi, simpangan, waktu.

b.      Faktor-faktor yang mempengaruhi frekuensi getaran bandul sederhana adalah panjang tali bandul, banyak getaran, percepatan gravitasi, simpangan, waktu.

http://melinda-febrianti.blogspot.co.id/2014/12/laporan-praktikum-fisika-getaran.html

PERCOBAAN 2

Tujuan:

·         Membuktikan adanya getaran pada suatu benda

·         Menghitung frekuensi dan periode pada suatu benda

Alat dan Bahan:

·         Bola pingpong 2 buah

·         Benang bol

·         Statif

·         Penggaris

·         Stopwatch

·         Meja

·         Penjepit

·         Gunting

Langkah Kerja:

Percobaan 1:

·         Susun alat dan bahan sesuai pada gambar

·         Sentil penggaris yang sudah dijepit

·         Hitung jumlah getaran dan waktu yang diperlukan dalam satu kali sentil

Percobaan 2:

·         Susun alat dan bahan sesuai dengan gambar

·         Ukur panjang benang

·         Ayunkan bola sesuai tabel percobaan

Dari percobaan 1 dapat dijelaskan bahwa untuk 1 kali sentilan perlu 15 getaran dalam waktu 4.19 sekon.

Dari percobaan 2 dapat dijelaskan bahwa untuk menghitung frekuensi menggunakan cara jumlah getaran (n) dibagi waktu (t). Sedangkan untuk menghitung periode getaran, menggunakan cara waktu (t) dibagi jumlah getaran (n).

Sehingga rumus yang dihasilkan adalah

f = 1/t                          f = n/t

T = 1/f                         T = t/n

Kesimpulan:

Benda dikatakan bergetar apabila benda tersebut bergerak melalui titik setimbang. Semakin lama waktunya, semakin banyak getaran dan frekuensinya. Frekuensi adalah getaran yang terjadi setiap detik.

https://prezi.com/4ox3wgchiyrj/laporan-eksperimen-fisika-getaran/

Getaran dalam Kehidupan Sehari-hari

Pada saat berteriak di lereng bukit, kita akan mendengar suara kita kembali setelah beberapa saat. Hal ini membuktikan bahwa bunyi dapat dipantulkan. Bunyi merupakan salah satu contoh gelombang mekanik.

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering melihat pemantulan gelombang air kolam oleh dinding kolam, ataupun gelombang ombak laut oleh pinggir pantai. Dapat diterimanya gelombang radio dari stasiun pemancar yang sedemikian jauh juga menunjukkan bahwa gelombang radio dapat dipantulkan atmosfer bumi.

Getaran Harmonik dalam kehidupan Sehari-hari antara lain dawai pada alat musik, gelombang radio, arus listrik AC, dan denyut jantung. Aplikasi gelombang bunyi dalam bidang kedokteran yaitu penggunaan ultrasonografi untuk pemeriksaan kanker.

Aplikasi: Manfaat dan Kerugian Getaran Mekanis Bagi Tubuh

Getaran yang bermanfaat adalah getaran yang berguna bagi kesehatan tuubuh. Beberapa alat fitness menggunakan getaran untuk mengurangi kegemukan. Getaran yang bermanfaat bagi tubuh harus memiliki frekuensi di bawah 3 Hz. Getaran frekuensi rendah juga bias digunakan untuk terapi. Adapun getaran yang merugikan adalah getaran dengan frekuensi tinggi yang dapat mempengaruhi dan merusak kesehatan. Suspensi pada kendaraan bermotor biasanya menggunakan peredam untuk mengurangi getaran yang timbul pada kendaran akibat kondisi jalan yang tidak rata.

Aplikasi: Bantalan Karet

Untuk melindungi struktur bangunan dari gempa, dapat menggunakan alat peredam gempa (damper) misalnya bantalan karet (base isolation seismic bearing). Penggunaan alat ini berfungsi untuk menyerap energi gempa yang dipikul oleh elemn-elemen struktur, sehingga struktur bangunan menjadi lebih elastis dan terhindar dari kerusakan gempa yang parah.

Dalam aplikasinya, bantalan karet dipasang disetiap kolom yaitu diantara pondasi dan bangunan. Bantalan karet berfungsi untuk mengurangi getaran akibat gempa, sementara lempengan baja digunakan untuk menanbah kekuatan bantalan karet, sehingga penurunan bangunan saat bertumpu di atas bantalan karet tidak terlalu besar.

LATIHAN SOAL GETARAN
Farid Ramadhani XI-7/17

1.    Sebuah beban bermassa 250 gram digantung dengan sebuah pegas yang memiliki kontanta 100 N/m kemudian disimpangkan hingga terjadi getaran selaras. Tentukan periode getarannya!

a.0,1πs

b.2πs

c.3πs

d.0,23πs

e.0,33πs

2.      Sebuah benda bergetar hingga membentuk suatu gerak harmonis dengan persamaan

y = 0,04 sin 20π t

dengan y adalah simpangan dalam satuan meter, t adalah waktu dalam satuan sekon. Tentukan amplitudo !

a.0,01 meter

b.0,04 meter

c.4 meter

d.5 meter

e.0,6 meter

3.      Sebuah benda bergetar hingga membentuk suatu gerak harmonis dengan persamaan

y = 0,04 sin 20π t

dengan y adalah simpangan dalam satuan meter, t adalah waktu dalam satuan sekon. Tentukan frekuensi !

a.1Hz

b.2Hz

c.10Hz

d.15Hz

e.20Hz

4.      Sebuah benda bergetar hingga membentuk suatu gerak harmonis dengan persamaan

y = 0,04 sin 20π t

dengan y adalah simpangan dalam satuan meter, t adalah waktu dalam satuan sekon. Tentukan periode!

a.0,2 s

b.2 s

c.4 s

d.0,1s

e.4 s

5.      Sebuah benda bergetar hingga membentuk suatu gerak harmonis dengan persamaan

y = 0,04 sin 20π t

dengan y adalah simpangan dalam satuan meter, t adalah waktu dalam satuan sekon. Tentukan simpangan maksimum atau ymaks!

a.0,1 m

b.0,4 m

c.0,5 m

d.0,06 m

e.0,04 m

6.      Sebuah benda bergetar hingga membentuk suatu gerak harmonis dengan persamaan

y = 0,04 sin 20π t

dengan y adalah simpangan dalam satuan meter, t adalah waktu dalam satuan sekon. Tentukan simpangan saat t = 1/60 sekon!

g) sudut fase saat simpangannya 0,02 meter

a.      0,02 √3 m

b.      0,02 √4 m

c.       0,04 √3 m

d.      0,12 √3 m

e.       1,02 √3 m

7.      Sebuah benda bergetar hingga membentuk suatu gerak harmonis dengan persamaan

y = 0,04 sin 20π t

dengan y adalah simpangan dalam satuan meter, t adalah waktu dalam satuan sekon. Tentukan simpangan saat sudut fasenya 45°

a.      0,02√2 m

b.      0,02√3 m

c.       0,02√4 m

d.      0,02√5 m

e.       0,02√6 m

8.      Sebuah benda bergetar hingga membentuk suatu gerak harmonis dengan persamaan

y = 0,04 sin 20π t

dengan y adalah simpangan dalam satuan meter, t adalah waktu dalam satuan sekon. Tentukan sudut fase saat simpangannya 0,02 meter

a. 30°

b. 40°

c. 50°

d. 70°

e. 80°

9.      Sebuah benda bermassa 50 gram bergerak harmonis sederhana dengan amplitudo 10 cm dan periode 0,2 s. Besar gaya yang bekerja pada sistem saat simpangannya setengah amplitudo adalah sekitar....
A. 1,0 N
B. 2,5 N
C. 4,8 N
D. 6,9 N
E. 8,4 N

10.  Sebuah balok bermassa 0,5 kg dihubungkan dengan sebuah pegas ringan dengan konstanta 200 N/m. Kemudian sistem tersebut berosilasi harmonis. Jika diketahui simpangan maksimumnya adalah 3 cm, maka kecepatan maksimum adalah....
A. 0,1 m/s
B. 0,6 m/s
C. 1 m/s
D. 1,5 m/s
E. 2 m/s

11.  Sebuah beban bermassa 250 gram digantung dengan sebuah pegas yang memiliki kontanta 100 N/m kemudian disimpangkan hingga terjadi getaran selaras. Tentukan periode getarannya!

a.       1 Πs

b.      2 Πs

c.       0,1 Πs

d.      3 Πs

e.      4 Πs

12.  Sebuah bandul matematis memiliki panjang tali 64 cm dan beban massa sebesar 200 gram. Tentukan periode getaran bandul matematis tersebut, gunakan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s²

a.0,16π s

b.0,17π s

c. 0,26π s

d. 0,196π s

e. 0,15π s

13.  Sebuah benda yang massanya 200 gram bergetar harmonik dengan periode 0,2 sekon dan amplitudo 2 cm. Tentukan besar energi kinetik saat simpangannya 1 cm

a.       35π²x10^-3 J

b.      12π²x10^-3 J

c.       6π²x10^-3 J

d.      3π²x10^-3 J

e.      8π²x10^-3 J

14.  Sebuah benda yang massanya 200 gram bergetar harmonik dengan periode 0,2 sekon dan amplitudo 2 cm. Tentukan besar energi potensial saat simpangannya 1 cm

a.       π²x10^-3 J

b.      1π²x10^-3 J

c.       2π²x10^-3 J

d.      3π²x10^-3 J

e.      4π²x10^-3 J

15.  Sebuah benda yang massanya 200 gram bergetar harmonik dengan periode 0,2 sekon dan amplitudo 2 cm. Tentukan besar energi total

a.       8π²x10^-3 J

b.      9π²x10^-3 J

c.       7π²x10^-3 J

d.      6π²x10^-3 J

e.      4π²x10^-3 J

16.  Diberikan sebuah persamaan simpangan gerak harmonik
y = 0,04 sin 100 t
Tentukan persamaan kecepatan

a.       ν = 4 cos 100 t

b.      ν = 4 cos 102 t

c.       ν = 4 cos 150 t

d.      ν = 4 cos 180 t

e.      ν = 4 cos 120 t

17.  Diberikan sebuah persamaan simpangan gerak harmonik
y = 0,04 sin 100 t

Tentukan kecepatan maksimum

a.       1 m/s

b.      2 m/s

c.       3 m/s

d.      4 m/s

e.       5 m/s

18.  Diberikan sebuah persamaan simpangan gerak harmonik
y = 0,04 sin 100 t

Tentukan persamaan percepatan

a.       a = − 200 sin 100 t

b.      a = − 300 sin 100 t

c.       a = − 400 sin 100 t

d.      a = − 500 sin 100 t

e.       a = − 600 sin 100 t

19.  Dua buah pegas dengan kostanta sama besar masing-masing sebesar 150 N/m disusun secara paralel  Tentukan besar periode dan frekuensi susunan tersebut, jika massa beban m adalah 3 kilogram!

a.       0,1πs

b.      0,2πs

c.       0,3πs

d.      0,4πs

e.       0,5πs

20.  Dua buah pegas identik dengan kostanta masing-masing sebesar 200 N/m disusun seri Beban m sebesar 2 kg digantungkan pada ujung bawah pegas. Tentukan periode sistem pegas tersebut!

a.       0,6π s

b.      0,5π s

c.       0,4π s

d.      0,3π s

e.       0,2π s