Percepatan Grafitasi Bumi

Eksperimen Gerak Jatuh Bebas
untuk Penentuan Nilai Percepatan Gravitasi Bumi dengan Probeware berbasis Sound Card Laptop

Oleh
Meli Oktafiani1, Aan Yuliawan2, Septian Setiya Pratama3
Jurusan Pendidikan Fisika, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta
Kampus III, Jl. Prof. Dr. Soepomo, SH Janturan Yogyakarta
e-mail: mhey_nies@yahoo.co.id1 , aan_yuli@yahoo.com2 , dan septian_tama@yahoo.co.id3

INTISARI
Benda yang dilepas dari suatu ketinggian akan jatuh menuju pusat bumi, ini menunjukkan bahwa ada gaya tarik yang disebabkan gravitasi bumi. Eksperimen gerak jatuh bebas unutk penentuan nilai gravitasi bumi dengan probeware berbasis sound card laptop (audacity 1,3 beta software) yang berfungsi untuk menangkap gelombang ketika magnet dijatuhkan pada pipa silinder freefall apparatus telah dilakukan di kampus Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta.
Pada eksperimen ini, magnet dijatuhkan melewati pipa silinder free fall apparatus. Ketika melewati lilitan-liitan kawat tembaga maka pada Software audacity akan muncul tiga gelombang, Berdasarkan gelombang-gelombang tersebut dapat diperoleh nilai selang waktu antara liitan pertama dengan kedua dan juga lilitan kedua dengan ketiga. Nilai selang waktu inilah yang digunakan dalam perhitungan nilai percepatan gravitasi bumi. Percobaan ini dilakukan sebanyak 5 kali. Setelah dilakukan perhitungan didapatkan nilai percepatan gravitasi bumi di kampus Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta yaitu sebesar 9,48 ±0,06 m/s^2, dengan tingkat presisi 3,16%.

Kata Kunci : Percepatan grafitasi bumi, gerak jatuh bebas, software audacity, freefall apparatus.

ABSTRACT
Objects are removed from a height will fall toward the center of the earth, this indicates that there is a force caused by the gravitational pull of the earth. Experiments in free fall motion fatherly determination of the gravity of the earth with probeware-based laptop sound card (audacity 1.3 beta software) which serves to catch the wave when the magnet is dropped in freefall cylinder tube apparatus has been conducted on the campus of the University Ahmad Dahlan in Yogyakarta.
In this experiment, the magnet is dropped through a cylindrical tube free fall apparatus.When passing through the copper wire windings-liitan then the audacity software will appear three waves, Under the waves can be obtained by the interval between the first liitan with second and third also with a second winding. This time interval value used in calculating the value of the acceleration of gravity. This experiment performed 5 times. After doing the calculations obtained value of gravity acceleration on the campus of the Ahmad Dahan University in Yogyakarta that is equal to (9,48±0,06) m/s^2, with 3.16% precision level.

Keywords: Earth gravity acceleration, free fall motion, audacity software, freefall apparatus

Pendahuluan
Suatu peristiwa akan menunjukkan bahwa setiap benda yang dilepas dari suatu ketinggian akan jatuh menuju pusat bumi, ini menunjukkan bahwa ada gaya tarik yang disebabkan gravitasi bumi. Pada masing-masing daerah di permukaan bumi pasti memiliki percepatan gravitasi yang berbeda-beda. Eksperimen ini dimaksudkan untuk membuktikan apakah nilai percepatan gravitasi di Yogyakarta dengan metode gerak jatuh bebas menggunakan Probeware berbasis Sound Card Laptop memiliki nilai yang hampir mendekati percepatan gravitasi bumi secara umum yaitu sebesar 9,8 m/s^2 .
Beberapa percobaan untuk gerak jatuh bebas ini sudah banyak dilakukan, antara lain: Measurement of gand Drag Forces on Falling Balls by K. Wick and K. Ruddick, American Journal of Physics 67 (11), 962 – 965 (1999), metode yang digunakan ini menggunakan bola yang dijatuhkan, dan nilaii percepatan yang dihasilkan bagus yakni 9,80 m/s^2 sesuai dengan nilai percepatan gravitasi pada umunya. Determination of Acceleration due to Gravity by Kuwait Univesity, eksperimen gerak jatuh bebas ini menggunanakan dua metode, yakni menggunakan metode free fall yang diduikung free fall apparatus, dan dengan metode pendulum. Measurement of g by means of the ‘improper’ use of sound card software: a multipurpose experiment oleh S Ganci (2007), eksperimen ini menggunakan sound card laptop dan didapatkan nilai percepatan gravitasi bumi sebesar 9,5 ±0,5 m/s^2. Lain halnya dengan yang dilakukan oleh M. Van Camp, M. Everaerts, B. Ducarme, M. Van Ruymbeke & R. Verbeiren “The measurement of the gravity g”, Van Camp dkk melakukan eksperimen dengan Gravimeter dan didapatkan nilai percepatan gravitasi sebesar 9,81 m/s^2. Gravimeter ini merupakan alat yang berfungsi unutk mengukur percepatan gravitasi bumi secara langsung.

Teori
Gerakan benda dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu gerak lurus atau gerak translasi dan gerak melingkar atau gerak rotasi. Gerak translasi dibagi lagi menjadi dua macam yaitu gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan. Salah satu contoh gerak yang paling umum mengenai gerak lurus berubah beraturan. Gerak jatuh bebas atau GJB merupakan salah satu bentuk gerak lurus dalam satu dimensi yang hanya dipengaruhi oleh adanya gaya gravitasi. Massa benda pada gerak jatuh bebas tidak mempengaruhi laju jatuh benda. Di samping itu, setiap benda yang jatuh bebas mengalami percepatan tetap (a = konstan).
Aristoteles mengatakan bahwa benda yang beratnya lebih besar jatuh lebih cepat dibandingkan benda yang lebih ringan. Pendapat aristoteles ini mempengaruhi pandangan orang-orang yang hidup sebelum masa Galileo (Angga Apriawarman, 2011), yang menganggap bahwa benda yang lebih berat jatuh lebih cepat dari benda yang lebih ringan dan bahwa laju jatuhnya benda tersebut sebanding dengan berat benda tersebut (Angga Apriawarman, 2011). Galileo (1564-1642) menemukan bahwa semua benda akan jatuh dengan percepatan konstan yang sama jika tidak ada udara atau hambatan lainnya. Galileo yakin bahwa udara berperan sebagai hambatan untuk benda-benda yang sangat ringan yang memiliki permukaan yang luas. Tetapi pada banyak keadaan biasa, hambatan udara ini bisa diabaikan. Pada suatu ruang di mana udara telah diisap, benda ringan seperti selembar kertas yang dipegang horisontal pun akan jatuh dengan percepatan yang sama seperti benda yang lain. Ia menunjukkan bahwa untuk sebuah benda yang jatuh dari keadaan diam, jarak yang ditempuh akan sebanding dengan kuadrat waktu, h ∝t^2 ( Eka Sugandi, : 2011).

Sumbangan Galileo yang khusus terhadap pemahaman kita mengenai gerak benda jatuh, dapat dirangkum sebagai berikut :
Pada suatu lokasi tertentu di Bumi dan dengan tidak adanya hambatan udara, semua benda jatuh dengan percepatan konstan yang sama.
Kita menyebut percepatan ini sebagai percepatan yang disebabkan oleh gravitasi pada bumi dan memberinya simbol g, besar percepatan gravitasi kira-kira 9,8 m/s2. Besar percepatan gravitasi g sedikit bervariasi menurut garis lintang dan ketinggian, tampak pada Tabel 1. Tetapi variasi ini begitu kecil sehingga kita bisa mengabaikannya untuk sebagian besar kasus. Efek hambatan udara seringkali kecil, dan akan sering kita abaikan. Bagaimanapun, hambatan udara akan tampak, bahkan pada benda yang cukup berat jika kecepatannya besar.

Tabel Percepatan gravitasi pada berbagai lokasi di Bumi
Lokasi Ketinggian ( m ) g (m/s^2)
New York 0 9,803
San Fransisico 100 9,800
Denver 1.650 9,796
Pikes Peak 4.300 9,789
Khatulistiwa 0 9,789
Kutub Utara 0 9,832
Tabel 1. Percepatan gravitasi pada berbagai lokasi di Bumi, Fisika X untuk SMA/MA

Gerak jatuh bebas merupakan gerak lurus berubah beraturan, jadi persamaan yang digunakan pun persamaan GLBB.
Sebagai contoh ditinjau benda yang jatuh dari gedung bertingkat. Kecepatan awal gerak jatuh benda (v_yo) = 0.
v_y = v_yo + gt (1)
Dengan demikian, persamaan 1 berubah menjadi :
v_y = gt (2)
Melalui persamaan ini, dapat diketahui bahwa kecepatan jatuh suatu benda berada ketinggian tertentu sangat dipengaruhi oleh percepatan gravitasi (g) dan waktu (t). Karena g bernilai tetap (9,8 m/s^2), maka pada persamaan di atas tampak bahwa nilai kecepatan jatuh benda ditentukan oleh waktu (t). Semakin besar t atau semakin lamanya buah mangga berada di udara maka nilai v_y juga semakin besar.
Selanjutnya kita tinjau hubungan antara jarak atau ketinggian dengan kecepatan jatuh benda tersebut.
v_y^2 = v_yo^2 + 2gh (3)
Sebagai contoh kita tinjau sebuah batu yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu, di mana batu tersebut dilepaskan (bukan dilempar ke bawah) dari ketinggian tertentu. Jika dilepaskan maka kecepatan awalnya (v_o) bernilai 0, hal ini berarti batu tersebut jatuh tanpa diberi kecepatan awal.
Karena v_yo = 0, maka persamaan 3 berubah menjadi :
vy2 = 2gh (4)
Persamaan ini menunjukkan bahwa nilai kecepatan dipengaruhi oleh jarak atau ketinggian (h) dan percepatan gravitasi (g). Karena gravitasi bernilai tetap, maka nilai kecepatan sangat ditentukan oleh ketinggian (h). Semakin tinggi kedudukan benda ketika jatuh, semakin besar kecepatan benda ketika hendak menyentuh tanah. Setiap satuan tinggi terjadi pertambahan kecepatan saat benda mendekati tanah, di mana nilai pertambahan percepatannya tetap. Nilai percepatan gravitasi benda tidak bergantung pada massa benda (m), tidak akan mengandung kecepatan awal (v_y), dan ketinggian tempat benda berasal (h). Sehingga pada eksperimen gerak jatuh bebas untuk pengukuran percepatan gravitasi dengan probaware berbasis Sound Card Laptop ini menggunakan persamaan :
g= (2 (h_2/t_2 – h_1/(t_1 ) ))/t_(1+t_2 ) (5)

Dengan g merupakan percepatan gravitasi bumi (m/s2), h_1 adalah jarak antara liitan 1 dan 2 (m), h_2 jarak antar lilitan 2 dan 3 (m), begitu juga t_1 merupakan selang waktu antara lilitan 1 dan 2 (s), t_2 selang waktu antara lilitan 2 dan 3 (s).
Tata Kerja

Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada eksperimen gerak jatuh bebas ini adalah free fall apparatus yang terdiri atas pipa dengan panjang 0,78 m, 3 kawat tembaga dan juga kabel penghubung, serta didukung oleh software Audacity 1.3 Beta (Unicode). Sedangkan bahan penelitian ini berupa magnet kecil yang yang dijatuhkan pada pipa free fall apparatus, guna mendapatkan interval waktu yang dibutuhkan untuk menghitung percepatan gravitasi bumi.

Prosedur Pengambilan Data
Eksperimen gerak jatuh bebas ini dilakukan di Laboratorium Teknologi Pembelajaran Sains Universitas Ahmad Dahlan. Jika peralatan yang dibutuhkan sudah lengkap, eksperimen sudah dapat dilakukan. Akan tetapi karena freefall apparatus (peralatan gerak jatuh bebas) ini masih asing, maka juga diperlukan cara pembuatan freefall apparatus terlebih dahulu, yaitu sebagai berikut :

Freefall Apparatus
Menyediakan pipa silinder yang panjangnya sekitar 0.78 m.
Tiga kawat tembaga yang sama digulung dan diputar 10 x pada pipa silinder, dan masing-masing gulungan kawat terpisah dengan jarak h_1=0,29 m, dan h_2=0,31 m.
Gulungan-gulungan kawat yang terpisah ini dihubungkan, dan dapat dilihat sesuai gambar di bawah ini.

Gambar 1. Free fall apparatus (Ishafit.2011. ICT-based Physics Experiment (ICTPE, UAD)

Setelah ketiga kawat ini dihubungkan, kemudian dibuat sambungan lagi untuk disambungkan ke komputer, yaitu dengan menghubungkan kabel pada kedua ujung (atas-bawah) gulungan tembaga tadi.
Kabel penghubung tadi lalu dihubungkan dengan komputer.
Saat sudah terhubung, software Sound Card Laptop (Audacity 1,3 beta) perlu diaktifkan.
Gambar 2. Experimental set up as a laboratory (orcorridor) demonstration (Ganci S. 2007. Quantitative measurements in beats with ‘improper’ use of sound card software Eur.J. Phy).

Pembuatan freefall apparatus telah selesai, maka langkah yang selanjutnya yaitu mengaktifkan software Sound Card Laptop. Sound Card Laptop ini ketika dijalankan akan nampak seperti studio kreatif gelombang (Creative Wave Studio)
Setelah mengaktifkan tombol perekaman, lalu proses pengambilan data percobaan dapat dimulai, yaitu dengan menjatuhkan magnet melewati pipa freefall apparatus . Jika sudah selesai, tekan tombol stop dan jejak magnet ketika melewati gulungan-gulungan kawat tembaga akan terlihat pada layar komputer, seperti gambar dibawah ini.

Gambar 3. Bentuk gelombang magnet saat melewati kumparan (Ganci S. 2007. Quantitative measurements in beats with ‘improper’ use of sound card software Eur.J. Phys. 28 L45–8)

Pada gambar terlihat ada 3 geombang, ini merupakan keadaan ketika magnet melewati kumparan kawat tembaga.
Jarak antar puncak gelombang yang satu dan yang lainnya merupakan interval waktu ketika magnet melewati maing-masing kumparan.
Berdasarkan interval – interval waktu tersebut, maka dapat dihitung besarnya percepatan gravitasi bumi ditempat tersebut dengan persamaan 5.

Hasil dan Pembahasan
Hasil eksperimen terhadap gerak jatuh bebas untuk pengukuran percepatan gravitasi bumi dengan aplikasi Probaware berbasis Sound Card Laptop didapatkan nilai h_1=0,29 m ; h_2=0,31 m dan waktu (t) saat magnet melewati lilitan-lilitan kawat yang dapat terbaca lewat gelombang pada audacity yang ditujukan pada gambar 1, 2, 3, 4, dan 5.
Gambar 4, data hasil ekspeimen 1

Gambar 5, data hasil ekspeimen 2
Gambar 6, data hasil ekspeimen 3
Gambar 7, data hasil ekspeimen 4
Gambar 8, data hasil ekspeimen 5
Tabel 2. Hubungan selang waktu dengan percepatan gravitasi bumi
.
No t_1 (s) t_(2 ) (s) g (m/s^2)
1 0,157 0,100862 9,511852208
2 0,156 0,10036 9,657489513
3 0,154 0,100136 9,480760723
4 0,153 0,100862 9,281275169
5 0,153 0,100136 9,483952416

Berdasarkan data-data yang ada dan juga perhitungan dengan persamaan 5 maka didapatkan nilai percepatan gravitasi rata-rata di Kampus 3 Universitas Ahmad Dahlan Yoyakarta yaitu sebesar (9,48 ±0,06) m/s^2 dengan tingkat presisinya 3,16 %.

Kesimpulan
Penentuan nilai percepatan gravitasi bumi dengan menggunakan Probaware berbasis Sound Card Laptop (Audacity 1,3 beta Software) didapatkan nilai sebesar (9,48 ±0,06) m/s^2, dengan ketelitian 99,37 %. Sementara nilai percepatan gravitasi di daerah katulistiwa adalah 9,789 m/s^2. Perbedaan antara nilai percepatan gravitasi berdasarkan teori dan nilai percepatan gravitasi berdasarkan percobaan dapat disebabkan karena kekurang telitian alat (freefall apparatus) yang digunakan. Selain kesalahan pada alat, perbedaan ini juga dapat disebabkan karena tidak tepatnya pengamatan, pengukuran, dan perhitungan data dalam melakukan percobaan, serta kesalahan dalam menggunakan alat.

UCAPAN TERIMAKASIH
Praktikan mengucapkan terimakasih kepada Bapak Drs. Ishafit, M.Si selaku dosen pengampu dan semua pihak Laboratorium Teknologi Pembelajaran Fisika yang telah membantu.

 

Daftar Pustaka
Foster,B. 2004.Terpadu Fisika SMA untuk kelas X. Jakarta:Erlangga

Ishafit.2011.ICT-based Physics Experiment (ICTPE).Yogyakarta

Ganci,S. 2007. Measurement of g by means of the‘improper’ use of sound card software: a multipurpose experiment. Eur. J. Phys. Page 297-300

Wick, K and Ruddick, K. 1999. Measurement of gand Drag Forces on Falling Balls. American Journal of Physics. 67 (11), 962 – 965

M. Van Camp, M. Everaerts, B. Ducarme, M. Van Ruymbeke & R. Verbeiren. 2003. The measurement of the gravity g. Belgia

Ngadiyono. 2010. Rancang Bangun Aat Ukur Percepatan Gravitasi Bumi Menggunakan Metode Ayunan Matematis Berbasis Mikrokontroler AT89S51. Semarang:Universitas Diponegoro

Apriawarman, A. 2011. Gerak Jatuh Bebas. http://fisikabisa.wordpress.com/2011/02/04/grak-jatuh-bebas-gjb/(diunduh 11 Desember 2011).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>