Gambar 4.6 Grafik penurunan amplitudo terhadap waktu untuk nilai debit massa secara
berturut-turut 0,9 grs, 6,1 grs, 11,7 grs, dan 27,2 grs
Grafik 4.6 memberikan nilai α dan β yang berbeda-beda untuk tiap
debit massa. Nilai tersebut digunakan untuk menentukan nilai koefisien kesebandingan b dan c. Eksperimen sebanyak tiga kali untuk tiap debit
massa memberikan grafik rasio penurunan amplitudo dan amplitudo awal terhadap waktu untuk nilai tiap debit massa, yang dapat dilihat secara
lengkap pada lampiran III. Contoh perhitungan ralat dapat dilihat pada lampiran IV. Keseluruhan hasil eksperimen beserta ralatnya dirangkum
pada tabel 4.2.
Tabel 4.2. Data perbandingan debit massa dan koefisien redaman yang dihasilkan dari fit hasil eksperimen ke persamaan 19
r gr s
-1
b kg s
-1
c kg m
-1
0,9±0,1 0,002±0,001
0,003 0,001
6,1±0,3 0,020±0,001
0,004±0,001 11,7±0,6
0,251±0,073 0,252±0,006
27,2±0,1 0,312±0,062
0,031±0,005
Berdasarkan data pada tabel 4.2 di atas, teramati bahwa semakin besar nilai debit massa maka nilai koefisien kesebandingan b akan
semakin besar pula. Sedangkan untuk nilai koefisien kesebandingan c untuk debit massa 0,9 grs sampai 11,7 grs, bertambah besar seiring
pertambahan nilai debit massa. Di debit massa 27,2 grs, nilai koefisien kesebandingan c menjadi lebih rendah dibandingkan pada nilai debit
massa sebelumnya 11,7 grs.
B. Pembahasan
Penelitian ini bertujuan untuk menunjukkan karakteristik gerak osilasi teredam dan menentukan nilai koefisien kesebandingan b untuk redaman yang
berbanding lurus kecepatan dan nilai koefisien kesebandingan c untuk redaman yang berbanding lurus kuadrat kecepatan sistem osilasi pegas-benda
yang massanya berkurang secara kontinyu. Sistem osilasi pegas-benda terdiri dari pegas dan wadah yang digantung
secara vertikal pada sensor gaya dan terhubung ke komputer melalui interface. Sensor gaya mencatat gaya benda tiap waktunya. Sensor gaya mula-mula
dimanfaatkan untuk menentukan konstanta pegas yang digunakan, seperti ditunjukkan pada gambar 4.1 dengan menghasilkan nilai konstanta pegas
sebesar 50 Nm. Nilai konstanta yang diperoleh digunakan untuk perhitungan selanjutnya.
Wadah berisi pasir yang memiliki gaya berat digantung pada pegas dengan nilai kostanta 50 Nm, akan meregangkan pegas ke posisi kesetimbangan baru.
Kemudian wadah ditarik ke bawah sejauh 0,2 meter dari posisi setimbangnya dan dilepaskan perlahan, sehingga wadah bergerak secara periodik.
Penarikkan wadah harus lurus ke bawah atau tanpa membentuk sudut tertentu agar gerak osilasi sistem pegas-wadah tetap konstan atau tidak miring.
Bersamaan dengan gerak osilasi pegas-benda, pasir di dalam botol akan keluar melalui corong alumunium dan menyebabkan massa wadah akan
berkurang dengan laju tertentu sesuai persamaan 11. Gerak periodik wadah dikarenakan adanya gaya berat yang dimiliki wadah yang arahnya berlawanan
dengan gaya yang dikerjakan oleh pegas gaya pemulih. Pengurangan massa tiap waktunya menyebabkan gaya setimbang wadah sesuai persamaan 15
dan posisi setimbang wadah sesuai persamaan 16, menjadi berbeda tiap waktunya. Selain itu pada wadah juga terjadi gaya redaman yang disebabkan
oleh udara yang menyebabkan di suatu saat wadah berhenti berosilasi. Besar gaya redaman sesuai dengan persamaan 17, di mana memiliki gaya redaman
yang berbanding lurus dengan kecepatan dan yang berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan benda. Kedua gaya redaman tersebut memiliki koefisien
kesebandingan masing-masing yaitu koefisien b dan c. Dengan menggunakan sensor gaya, maka gaya total yang dialami benda
setiap waktunya dapat diketahui. Posisi setimbang benda berupa garis linear pada grafik gaya terhadap waktu, ditunjukkan pada gambar 4.2. Data gaya
terhadap waktu yang diperoleh selanjutnya dapat digunakan untuk menentukan perpindahan wadah setiap waktunya. Dengan demikian,
keuntungan penggunaan sensor gaya dalam penelitian ini yaitu selain dapat mengetahui total gaya yang dialami benda secara kontinyu dan akurat, data
gayanya dapat digunakan untuk mengetahui posisi atau perpindahan dari gerak osilasi benda.
Dua karakteristik gerak osilasi teredam yang teramati pada penelitian ini yaitu amplitudo gerak menurun secara eksponensial pada osilasi benda dengan
massa yang tetap dan amplitudo yang menurun semakin mendekati linear pada osilasi benda dengan debit massa yang semakin besar, seperti yang
ditunjukkan pada gambar 4.4.
Melalui fit grafik pada gambar 4.5, diperoleh nilai konstanta yang digunakan
dalam perhitungan
untuk menentukan
nilai koefisien
kesebandingan b dan c untuk redaman pada osilasi benda yang massanya berkurang secara kontinyu. Keseluruhan hasil eksperimen disajikan pada tabel
4.6. Dari nilai-nilai koefisien redaman yang telah didapat melalui fit grafik ke
persamaan 19, dibuat grafik hubungan masing-masing koefisien redaman terhadap perubahan nilai debit massa seperti yang ditunjukkan pada gambar
4.7 dan gambar 4.8.
Gambar 4.7 Grafik hubungan koefisien untuk redaman yang berbanding lurus kecepatan b terhadap debit massa, hasil fit data menggunakan persamaan 19.
