RANCANG BANGUN ALAT PRAKTIKUM FISIKA DASAR MENENTUKAN KUAT MEDAN GRAVITASI, DAN GERAK LURUS BERUBAH BERATURAN MENGGUNAKAN SENSOR HC-SR04
Usulan Penelitian Individu
Diajukan untuk Mendapat Bantuan Dana dari Jurusan Fisika
UIN Sunan Gunung Djati Bandung Tahun Anggaran 2016
Oleh:
Fikri Ibrahim N (1137030028)
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG
TAHUN 2016
RANCANG BANGUN ALAT PRAKTIKUM FISIKA DASAR MENENTUKAN KUAT MEDAN GRAVITASI, DAN GERAK LURUS BERUBAH BERATURAN
MENGGUNAKAN SENSOR HC-SR04
Abstrak. Hukum Newton menyatakan semua benda yang berada di permukaan bumi mengalami gaya tarik yang arahnya menuju pusat bumi. Sehingga kuat medan gravitasi, percepatan dan kecepatan dapat ditentukan. Alat ini bertujuan untuk menentukan kuat medan gravitasi pada jarak diatas permukaan bumi, GLBB pada benda, kecepatan dan percepatan benda menggunakan sensor HC-SR04 sebagai pengukur jarak. alat ini berbasis Mikrokontroler Arduino UNO. Metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu memvariasikan jarak deteksi sensor dimulai jarak 0,04 m sampai 1,58 meter dari permukaan bumi. Kelebihan dari alat ini yaitu dapat secara otomatis mendapatkan data yang ditampilkan pada serial monitor software arduino tanpa adanya lagi perhitungan manual. Dari setiap variasi penelitian, dapat diambil kesimpulan bahwa semakin jauh jarak objek dari permukaan bumi, kuat medan gravitasi akan semakin kecil, yang akibatnya percepatan, kecepatan dan waktu yang dibutuhkan benda untuk sampai pada permukaan bumi semakin lama.
Kata Kunci : Arduino Uno, HC-SR04, Software Arduino, Benda Tinjau.
Latar Belakang
Benda yang dilepas dari suatu tempat di atas tanah akan jatuh. Hambatan udara akan mempengaruhi percepatan dari benda yang jatuh. Percepatan yang dialami oleh benda yang jatuh disebabkan oleh gaya gravitasi bumi atau gaya tarik bumi disebut percepatan gravitasi.
Berat adalah besar dari gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda. Berat suatu benda akan berbeda harganya dari satu tempat ke tempat lain pada permukaan bumi. Berat benda ini dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain massa dan percepatan gravitasi. Massa tidak tergantung pada tempat di permukaan bumi maka dapat dikatakan bahwa percepatan gravitasi bumilah yang berubah antara tempat yang satu dengan yang lain di permukaan bumi.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa percepatan gravitasi dipengaruhi oleh jarak suatu tempat dengan pusat bumi dan kemasifan susunan bumi di tempat tersebut. Ini berarti bahwa besar percepatan gravitasi tidak sama di setiap tempat. Berangkat dari hal ini maka kami memiliki gagasan untuk membuat alat yang mampu menentukan percepatan gravitasi, percepatan, dan kecepatan secara otomatis mengunakan sensor jarak HC-SR04.
Perumusan Masalah dan Kerangka Berfikir
Secara khusus masalah dan ruang lingkup penelitian ini adalah sebagai berikut:
1 1. Bagaimana cara menentukan kuat medan gravitasi dari ketinggian tertentu terhadap permukaan bumi secara otomatis menggunakan sensor HC-SR04.?
2 2. Apakah ketinggian suatu benda dapat mempengaruhi percepatan, kecepatan, serta kuat medan gravitasi diatas permukaan bumi. ?
Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian ini yaitu Mengetahui dan menentukan kuat medan gravitasi terhadap jarak h dari permukaan bumi secara otomatis menggunakan sensor HC-SR04 dan dapat mengetahui pengaruh jarak h terhadap percepatan, kecepatan, serta kuat medan gravitasi.
Manfaat penelitian
Dapat mengotomatisasi alat praktikum fisika sehingga dapat memepercepat pengambilan data, serta memperkecil efesiensi tingkatan error.
Tinjauan pustaka
A. Hukum Gravitasi Newton
A. Hukum Gravitasi Newton
Newton mengemukakan bahwa ‘Gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya tarik-menarik yang besarnya berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. Besarnya gaya gravitasi dapat ditulis dengan persamaan matematis :
F12 = F21 = F = G m1 m2/r2
Dengan :
F21 = F = besar gaya tarik-menarik antara kedua benda (N)
G = F12 tetapan umum gravitasi
m1 = massa benda 1 (kg)
m2 = massa benda 2 (kg)
r = jarak antara kedua benda (m)
B. Kuat Medan Gravitasi Bumi
B. Kuat Medan Gravitasi Bumi
Arah medan gravitasi bumi menuju pusat bumi (searah dengan gaya gravitasi bumi). Medan gravitasi bumi yaitu pengaruh gaya gravitasi bumi pada massa suatu benda.
§ Kuat medan gravitasi dipermukaan bumi
Telah dijelaskan di atas, bahwa sebuah benda yang massanya m terletak
dipermukaan bumi yang bermassa M dan berjari-jari R akan mengalami gaya gravitasi bumi yang besarnya sama dengan berat benda, sehingga :
F= W dan W= m.g
G.M.m / r2 = m.g
G.M.m / r2 = m.g
g = G.M/R2
Jika massa bumi M = 5,97.1024 kg, jari-jari bumi R = 6,37.106 m dan G = 6,67.10-11
Nm2/kg2, maka dapat dihitung besarnya percepatan gravitasi dipermukaan bumi
adalah sekitar 9,8 m/s2.
· Kuat medan gravitasi pada jarak h dari permukaan planet bumi
maka r = R + h, sehingga percepatan gravitasi yang dialami benda m yang terletak pada jarak r dari pusat bumi adalah :
g = G.M / (R+h)
Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa semakin jauh jarak benda dari
permukaan bumi, maka kuat medan yang dialami benda tersebut semakin kecil,
sehingga berat benda juga mengecil. Perbandingan percepatan gravitasi antara di permukaan bumi dan di suatu titik yang berjarak h dari permukaan bumi adalah :
Berat benda tergantung pada percepatan gravitasi. Semakin jauh letak benda dari permukaan bumi, makin kecil percepatan gravitasinya, sehingga makin kecil berat benda. Perbandingan berat benda antara di permukaan bumi dan di suatu titik yang berjarak h dari permukaan bumi adalah :
C. Arduino Uno dan Sensor Ultrasonic HC-SR04
1. Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel.
Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai ‘otak’ yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik.
2. Sensor HC-SR04
Sensor HC-SR04 adalah sensor pengukur jarak berbasis gelombang ultrasonik. Prinsip kerja sesnsor ini pirip dengan radar ultrasonik. Gelombang ultrasonik di pancarkan kemudian di terima balik oleh receiver ultrasonik. Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek. Sensor ini cocok untuk aplikasi elektronik yang memerlukan deteksi jarak termasuk untuk sensor pada robot.
· Komparasi
Sensor HC-SR04 adalah versi low cost dari sensor ultrasonic PING buatan parallax. Perbedaaannya terletak pada pin yang digunakan. HC-SR04 menggunakan 4 pin sedangkan PING buatan parallax menggunakan 3 pin. Pada Sensor HC-SR04 pin trigger dan output diletakkan terpisah. Sedangkan jika menggunakan PING dari Parallax pin trigger dan output telah diset default menjadi satu jalur. Tidak ada perbedaaan signifikan dalam pengimplementasiannya. Jangkauan karak sensor lebih jauh dari PING buatan parllax, dimana jika ping buatan parllax hanya mempunyai jarak jangkauan maksimal 350 cm sedangkan sensor HC-SR04 mempunyai kisaran jangkauan maksimal 400-500cm.
· Spesifikasi:
a. Jangkauan deteksi: 2cm sampai kisaran 400 -500cm
b. Sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat
c. Tegangan kerja 5V DC
d. Resolusi 1cm
e. Frekuensi Ultrasonik 40 kHz
f. Dapat dihubungkan langsung ke kaki mikrokontroler
Metodologi penelitian
Penelitian ini didukung dengan simulasi pada software ISIS Proteus dengan Metodologinya sebagai berikut :
a. Mengatur rangkain seperti pada gambar 3.1 di bawah ini, dimana sensor HC-SR04 berada diatas permukaan bumi menghadap ke atas objek buku dengan jarak h 0,03 sampai 1,58 meter.
a. Mengatur rangkain seperti pada gambar 3.1 di bawah ini, dimana sensor HC-SR04 berada diatas permukaan bumi menghadap ke atas objek buku dengan jarak h 0,03 sampai 1,58 meter.
Gambar 1. Perancanagan simulasi Alat.
Gambar 2. Rangkaian Alat praktikum fisika dasar penentuan kuat medan gravitasi
b. Masukan program dari software arduino ke board Arduino Uno.
c. Atur jarak sensor dengan objek yang ditinjau sebanyak 10 variasi, dan secara otomatis data akan muncul di serial monitor software arduino.
Gambar 3. Hasil Output pengujian alat di serial monitor arduino.
Klik Disini untuk Lihat program arduino nya.
Jadwal Penelitian
No
|
Aktivitas
|
Bulan Juni
| |||
1
|
15
|
20
|
30
| ||
1
|
Prepare Alat
| ||||
2
|
Pembuatan Prototype Alat
| ||||
3
|
Pengujian Alat
| ||||
4
|
Penyususnan Laporan
| ||||
Daftar Pustaka
1. Mahmud Zaki, Diktat Kuliah Fisika Dasar Jilid 1.
2. Dosen-Dosen Fisika ITS, Fisika Dasar I, Yanasika FMIPA ITS, Surabaya.
3. Dosen-Dosen Fisika ITS, Petunjuk Praktikum Fisika Dasar, Yanasika FMIPA ITS, Surabaya.
4. www.Digi-Bytes.com [2014]
5. http://arduino.cc/en/Main/Software
6. http://arduino.cc/en/Reference/HomePage
7. http://arduinoelektronika.weebly.com
8. Grafitasi dan Gerak Planet/SMAN 1 Gondang Mojokerto. pdf
9. Sanjaya, M.” Modul Membuat Robot itu Asyik”, Bolabot Techno Robotic School, Bandung, 2012.
10. akses: 05-11-2010 http://tutorial-elektronika.blogspot.com/2009/02/apa-dan-bagaimana-karakteristik-sensor.html [9] A. Mustofa, “Sistem Pengenalan Penutur dengan Metode Mel-Frequency Wrapping,” J. Tek. Elektro, vol. 7, no. 2, pp. 88–96, 2007.
No comments:
Post a Comment