Laboratorium Laboratorium Fisika Jurusan Fisika – FMIPA FMIPA Universitas Negeri Semarang
Gd. D9 Jln, Raya Sekaran – Sekaran – Gunungpati Gunungpati Semarang 50229, Telp. (024) 7499386
Laporan Praktikum Gelombang
Nama Mahasiswa
: Eko Nita Yulia Rahmawati
NIM
: 4201412035
Nomor Kelompok
:2
Jurusan
: Fisika
Progam Studi
: Pendidikan Fisika
Semester
: IV
RESONANSI
Nama Dosen
: Bp. Sarwi
Kawan Kerja
: 1. Jotti Karunawan
(4201412037) (4201412037)
2. Fayeza Camalia
(4201412076)
Sistematika : Judul, Tujuan, Landasan Teori, Alat dan Bahan, Langkah-Langkah Percobaan, Data Pengamatan, Analisis Data, Pembahasan, Kesimpulan, Daftar Pustaka, Lampiran.
TABUNG RESONANSI A. TUJUAN
1.
Memahami gejala resonansi.
2.
Menentukan cepat rambat bunyi di udara.
B. LANDASAN TEORI
1. Resonansi Dua buah gelombang yang merambat dalam medium dapat dipandang sebagai resultan dari penjumlahan kedua gelombang tersebut (superposisi gelombang). Hasil dari superposisi ini menimbulkan berbagai fenomena yang menarik, seperti adanya gelombang diam, pelayangan, interferensi, difraksi dan resonansi. Superposisi dari suatu gelombang datang dengan gelombang pantulnya dapat menghasilkan suatu gelombang yang dikenal dengan gelombang diam/stasioner. Jika gelombang tersebut datang secara terus menerus maka superposisi antara gelombang datang dan pantulan akan terus menerus terjadi dan akhirnya terjadi resonansi. Resonansi umumnya terjadi jika gelombang mempunyai frekuensi yang sama atau mendekati frekuensi alamiah sehingga terjadi amplitudo maksimum. Resonansi sering juga diartikan dengan ikut bergetarnya molekul udara dalam kolom udara akibat getaran benda lain apabila frekuensi dari benda tersebut sama. Di dalam tabung resonansi terjadi gelombang longitudinal diam (stasioner), dengan sasarannya yaitu permukaan air sebagai simpul gelombang dan untuk mulut tabung sebagai perut gelombang. Sebenarnya letak perut berada di sedikit di atas tabung. Jaraknya kira-kira 0,3 kali diameter tabung. Resonansi terjadi jika frekuensi nada dasar atau nada atas dari kolom udara sama dengan frekuensi sumber bunyi. Bila resonansi terjadi pada nada dasar, maka terdapat satu simpul dan satu perut pada saat itu berarti berlaku :
………………………………………………….(1.1) kolom udara
Dengan l 1 : panjang kolom udara di dalam tabung minimum ketika terjadi resonansi untuk yang pertama kali λ : panjang gelombang bunyi di udara. Bila yang beresonansi adalah nada atas pertama maka akan terdapat dua simpul dan dua perut, maka berlaku :
………………………………………………….(1.2)
l 2 : panjang kolom udara yang kedua setelah panjang minimum saat terjadi resonansi, atau panjang kolom udara ketika terjadi resonansi untuk kedua kalinya. Selanjutnya untuk untuk nada dasar yang ke-n ke- n, terdapat n simpul dan juga n perut, akan memberikan panjang kolom udara l n dengan (n (n = 1,2,3,…) akan memenuhi persamaan :
................................................................... ............................................. .............................. .........(1.3) ............................................ dimana n=1,2,3,... Dengan demikian
rata-rata dapat dihitung jika setiap terjadi resonansi panjang
kolom udara diukur. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah v sedangkan
frekuensi garpu tala f tala f dan panjang akan berlaku hubungan :
v = f ..................... f ............................................ .............................................. ............................................. ......................................... ................... (1.4) kombinasi antara persamaan (1.3) dan (1.4) akan memberikan hubungan :
........................................... ............................................. .............................. ........(1.5) .................................................................. dimana n = 1,2,3,… adalah orde resonansi Cepat rambat bunyi pada percoban ini adalah cepat rambat bunyi ketika suhunya t°C atau T Kelvin yaitu suhu pada saat percobaan. per cobaan. Karena cepat rambat bunyi di udara berbanding lurus dengan akar suhu mutlaknya, maka cepat rambat
bunyi pada suhu 0°C atau 273 273 K (v ( vo) dapat dicari dari hubungan
√ √
............................................ .................................................................. ............................................ ........................(1.6)
Cepat rambat bunyi pada pada suhu kamar atau 27° C dapat dihitung dengan dengan mengacu ke vo. vo.
2. Osiloskop Osiloskop adalah sebuah alat untuk menampilkan tingkah laku dari besaran listrik yang berubah-rubah terhadap waktu yang hendak dianalisa. Osiloskop sering disebut juga CRO (Catoda Ray Oscilloscope) karena komponen utama didalamnya adalah tabung sinar katoda untuk visualisasi dari gejala listrik yang diukur. Tabung sinar katoda tersebut terdiri atas: tabung vakum, senapan elektron, lensa fokus, keping pembelok, layer pendar. Selain itu juga dilengkapi dengan seperangkat peralatan elektronik antara lain: penguat, tegangan, unit sumber tegangan tinggi, switch pemutus/ pengatur. Dalam analisa terhadap perilaku suatu rangkaian, osiloskop ini dilengkapi dengan generator isyarat. Alat ini memiliki spesifikasi yaitu: jenis tegangan AC, frekuensi dapat divariasi, variasi deatenuasi (pelemahan) sinyal, dan dapat menampilkan bentuk gelombang persegi, kotak, maupun gergaji. Untuk mengoperasikan osiloskop harus mengetahui panel-panel yang ada pada osiloskop antara lain : a. Power Digunakan untuk menghidupkan dan mematikan osiloskop dengan memutus sumber catu dayanya. b. Time/ div Tombol ini berfungsi menentukan besar waktu setiap skala horizontal dari gambar yang ditampilkan di layer. Sehingga jika dilakukan pengubahan skala ini,
maka
yang
berubah
hanya
panjang
gelombangnya,
amplitudonya tetap. c. Volt/ div Berfungsi untuk menentukan besar tegangan setiap skala vertical. d. Mode Switch Digunakan untuk memilih masukan pada osiloskop antara lain CH1
: masukan adalah chanel 1
sedangkan
CH2
: masukan adalah chanel 2
ADD : masukan adalah penjumlahan CH1 dan CH2 DUAL :kedua masukan ditampilkan bersama e. AC-GND-DC Switch ini untuk memilih jenis sinyal yang diukur AC atau DC. Sedangkan GND adalah membawa masukan keawal (nol). f. Position Knop ini berfungsi untuk menggeser-geser posisi gambar kearah sumbu x g. Position Knop ini berfungsi untuk menggeser-geser posisi gambar kearah sumbu y h. Inten Knop ini berfungsi untuk mengatur intensitas cahaya atau tebal tipisnya gelombang yang terbentuk pada layar i. Focus Berfungsi untuk memfokus kan gambar j. Cal 2Vpp Merupakan fasilitas untuk melakukan kalibrasi. Jika input dihubungkan ke panel ini harus menghasilkan tegangan 2 volt dari puncak kepuncak jika tidak t idak sesuai harus dilakukan kalibrasi CRO sampai bisa digunakan. k. Trace rotation Lubang ini digunakan untuk membenarkan posisi gambar jika miring dengan mengunakan obeng.
3. Audio Frequency Generator (AFG) Function Generator adalah instrument ukur elektronik untuk menghasilkan berbagai jenis bentuk gelombang sinyal dengan frequensi tertentu.. Panel-panel generator isyarat :Bagian-bagian dari generator isyarat antara lain: a. Power Saklar untuk menghidupkan dan mematikan generator. b. Wave form Berfungsi sebagai switch pemilih bentuk gelombang (kotak, segitiga, sinusoidal). c. Variator frekuensi
Knop yang berfungsi untuk memilih frekuensi keluaran sesuai skala yang ditunjukkan. d. Frequency range Switch yang berfungsi sebagai pelipat frekuensi dari skala yang ditunjukkan oleh variator frequency. e. Attenuator (dB) Knop ini berfungsi untuk memperlemah sinyal yang dikeluarkan oleh generator pada skala dB. f.
Amplitudo Berfungsi untuk mengatur tegangan keluaran dari generator isyarat.
C. ALAT DAN BAHAN
1. Tabung resonansi elektrik 2. Osiloskop 3. Audio Frekuensi Generator (AFG) 4. Mikrofon 5. Sound level meter
D. RANGKAIAN ALAT DAN PROSEDUR KERJA
1. Kalibrasi Osiloskop a. Menghubungkan steker osiloskop dengan stop kontak untuk menghidupkan osiloskop. b. Masukkan probe 1 pada chanel 1. c. Meletakkan ujung dari probe (pengait) dari CH 1 ke CAL’D yang berada di bawah layar osiloskop. d. Mengubah Tombol source dan mode ke CH1. e. Mengkalibrasi
tegangan dengan dengan memastikan skala v/d kurang kurang dari sama
dengan vcall, cek besar hcall = (vcall)/(skala v/d). f.
Mengkalibrasi periode. Apabila bentuk gelombang belum sesuai maka putarlah tombol varr hingga memperoleh gelombang yang sesuai.
g. Melakukan hal yang sama untuk kalibrasi kalibrasi pada CH2 , namun ganti source dan mode pada CH 2. h. Setelah pengkalibrasian tersebut, maka tombol VAR pada CH1, CH2 dan trigger tidak boleh diubah-ubah
2.
Resonansi
a. Merangkai tabung resonansi elektrik, AFG, dan osiloskop seperti skema gambar di bawah ini.
b. Menghidupkan pembangkit frekuensi audio (AFG), osiloskop dan penguat pada tabung resonansi elektrik. c. Mengatur frekuensi pada AFG pada 600hz. d. Menggerakan piston dan mikrofon secara perlahan menjauhi sumber bunyi untuk mengatur panjang tabung resonansi. Menggerakan piston dan mikrofon sampai terjadi resonansi pada tabung. Pada saat menggerakan piston dan mikrofon, pada layar osiloskop dapat diamati perubahan amplitude jejak sinyal. Pada jarak tertentu amplitude yang teramati minimum, posisi tersebut adalah simpul untuk gelombang simpangan. Dan pada posisi lainnya yaitu amplitude jejak maksimum, posisi tersebut adalah perut untuk gelombang simpangan . jika jejak sinyal pada osiloskop terlalu rendah atau tinggi, ubahlah skala penguat pada osiloskop. e. Ketika intensitas bunyi tedengar keras, gelombang berdiri terjadi di dalam tabung. Jangan mengubah frekuensi dan posisi piston. Menggerakan mikrofon untuk mencari letak posisi perut dan simpul. f. Mengukur letak posisi simpul dan perut dari ujung tabung dan mencatat hasil pengukuran pada table. Panjang yang yang diukur dalam satuan meter.
E. DATA PENGAMATAN
Suhu Ruangan = 28 oC = 301 K No
Frekuensi (Hz)
l 1 (cm)
l 2 (cm)
1
1500
13,6
25,8
2
1600
6,2
17,2
3
1700
9
19
4
1800
2,2
11,4
5
1900
4,8
13,9
6
2000
7,3
16,4
F. ANALISIS DATA
1. Mencari cepat rambat bunyi di dara Besarnya cepat rambat bunyi di tabung resonansi dapat ditentukan dengan rumus :
atau secara umum dapat dituliskan persamaan-persamaan yang digunakan dalam ralat pengamatan ̅ = ̅ a. Untuk frekuensi 1500 Hz
b. Untuk frekuensi 1600 Hz
c. Untuk frekuensi 1700 Hz
d. Untuk frekuensi 1800 Hz
e. Untuk frekuensi 1900 Hz
f. Untuk frekuensi 2000 Hz
̅ = = 349,8 Ralat Pengamatan a. Menghitung nilai Tabel Untuk Mencari Setandar Deviasi
No
Frekuensi (Hz)
l 1 (cm)
l 2 (cm)
̅
1
1500
13,6
25,8
366
16,2
262,44
2
1600
6,2
17,2
352
2,2
4,84
3
1700
9
19
340
-9,8
96,04
4
1800
2,2
11,4
331,2
-18,6
345,96
5
1900
4,8
13,9
345,8
-4
16
6
2000
7,3
16,4
364
14,2
201,64
(
93,933
= 1,93 m/s =√ √ ̅
K
H.Pembahasan Percobaan ini bertujuan untuk memahami gejala resonansi yang terjadi pada kolom udara di dalam tabung resonansi, sehingga dapat menetukan cepat rambat gelombang bunyi di udara. Alat yang digunakan adalah seperangkat tabung resonansi terdiri dari, tabung berskala, piston, tongkat microphone, dan amplifier. Amplifier dihubungkan dengan AFG sebagai sumber frekuensi bunyi, pada sambungan tersebut dihubungkan pula dengan Osilator chanel 1 untuk mengetahui bentuk gelombang masukannya. Tongkat piston dihubungkan dengan sound level meter, kemudian dengan osilator chanel 2, sound level meter berfungsi untuk mengetahui penyimpangan gelombang resonansi, sedangkan osilator chanel 2 memberikan visualisasinya. Ketika alat sudah terangkai dengan benar dan aktif, AFG membangkitkan frekuensi dan masuk ke mulut tabung, pada percobaan ini disetting salah satu ujung tabung terbuka. Sumber frekuensi yang masuk pada tabung suatu ketika akan menggetarkan partikel udara dengan frekkuensi yang sama, disaat inilah terjadi resonansi. Gejala ini ditandai dengan bunyi yang terdengar paling nyaring, penyimpangan terjauh pada jarum j arum soundlevel meter, dan amplitudo paling besar pada osiloskop chanel 2. Pada percobaan ini , dicari posisi perut dan simpul untuk menentukan cepat rambat gelombang bunyi di udara. Letak perut pertama ditentukan saat pertama kali terdengar bunyi palinh nyaring, penyimpangan slm terbesar, dan amplitudo gelombang tertinggi pada osiloskop chanel 2. Keadaan ini ditemukan dekat di mulut tabung, hal ini sesuai dengan teori dimana pada ujung tebuka yang terbentuk adalah perut. Selanjutnya dicari posisi simpul pertama, dengan suara paling lirih, li rih, soundlevelmeter s oundlevelmeter tdak menyimpang dan gambar diosiloskop menunjukan amplitudo paling kecil. Dicari pula letak perut kedua dan simpul kedua. Praktikan melakukan variasi nilai frekuensi 1500 Hz, 1600 Hz, 1700 Hz, 1800 Hz, 1900 Hz,dan 2000 Hz. Perubahan Perubahan nilai frekuensi mempengaruhi mempengaruhi panjang jarak antara perut pertama dengan perut kedua dan simpul pertama dengan simpul kedua. Perubahan jarak tersebut menunjukan perubahan nilai panjang gelombang, karena jarak antar perut maupun antar simpul merupakan panjang setengah gelombang. Berdasarkan grafik hubungan panjang gelombang terhadap frekuensi terlihat bahwa panjang gelombang bunyi berbanding terbalik dengan besarnya frekuensi yang digunakan.
Kemudian melalui nilai tersebut dapat dihitung besarnya cepat rambat bunyi di udara (tertera dalam analisis data). Melalui analisis data menggunakan metode pengamatan, diperoleh nilai cepat rambat gelombang, yang berdasarkan jarak antar antar perut
yaitu
m/s
kedua nilai tersebut mendekati nilai cpat rambat gelombang bunyi diudara yang sudah disepakati secara universal yaitu 340 m/s. Namun masih terdapat selisih angka yang terjadi, hal tersebut karena ada beberapa faktor f aktor kesalahan saat praktikum, yaitu : a. Tidak dapat mengukur letak simpul dan perut secara tepat dan akurat, karena letak skala yang tertera pada tabung berada di bagian bawah sehingga cukup sulit untuk diamati. b. Nilai frekuensi masukan yang diinputkan tidak sepenuhnya tepat, karena sulit mengatur frekuensi masukan dari AFG dengan nilai yag tepat. Sehingga mempengrui letak terjadinya resonansi c. Kurang tepat saat menentukan terjadi resonansi (posisi perut), karena simpangan pada sound level meter dan amplitude pada osiloskop sangat peka terhadap pergeseran speaker dalam tabung reksi. d. Terdapat noise didekat tabung resonansi saat dilakukan pengukuran, sehingga mempengaruhi frekuensi resonansi.
I.
Kesimpulan 1. Resonansi adalah peristiwa bergetarnya suatu partikel akibat ada sumber getar yang lain dengan frekuenis yang sama. 2. Gelombang bunyi di udara dapat ditentukan dengan persamaan v = λ. f f 3. Cepat rambat gelombang bunyi di udara dari hasil praktikum sebesar
m/s untuk perhitungan dengan jarak antar perut . Nilai ini mendekati nilai cepat rambat gelombang bunyi di udara secara te ori (diakui secara universal) yaitu 340 m/s.
I. REFERENSI
Khanafiyah, Siti dan Ellianawati. 2013. Fenomena Gelombang . Semarang: H2O Publishing Sudarmanto, Agus dan Joko Budi Purnomo.2011. Panduan Praktikum Gelombang. Semarang: Laboratorium Fisika IAIN Walisongo Semarang
