PILLAR OF PHYSICS, Vol. 8. Oktober 2016, 81-88
PEMBUATAN ALAT UKUR MOMEN INERSIA BENDA DIGITAL MENGGUNAKAN SENSOR OPTOCOUPLER Nunung Rivia1) Yohandri 2) Zulhendri Kamus2) Mahasiswa Fisika, FMIPA Universitas Negeri Padang 2) Staf Pengajar Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Negeri Padang
[email protected] 1)
ABSTRACT The moment of inertia is the tendency of an object to remain stationary or move straight regular (maintaining position or situation). The moment of inertia of an object can be measured using a measuring instrument works on the moment of inertia oscillation method. The purpose of this study was to design a measuring tool moment of inertia of objects digitally using optocoupler sensor, as well as explaining the specification of performance, accuracy and precision of the system. Three are results of this study. First, the performance specifications of the system consists of mechanical systems and is supported by an electronic system. Second, the measurement accuracy by comparing the calculation results with the system theoretically has an average error percentage 3,948% and 96,05% for the relative accuracy of the measurement of some moments of inertia of the object. Third, the precision measurements carried out by measuring the variation of the moment of inertia for 6 items and 10 repetitions with precision the average was 0,979 with a standard deviation of the average 0,000009152 and relative error average 0,834%. Keywords : moment of inertia, sensor optocoupler, measuring tool yang ada di laboratorium mekanika jurusan Fisika Universitas Negeri Padang. Pengukuran nilai momen inersia pada alat ini masih dilakukan secara manual yaitu dengan menghitung banyak osilasi yang terjadi (n) pada alat momen inersia dan perhitungan waktu yang dilakukan dengan stopwach. Hal ini menyebabkan data yang didapatkan kurang tepat dan teliti, karena bisa menyebabkan beberapa kesalahan seperti kesalahan dalam perhitungan banyak osilasi yang terjadi dan ketidaktepatan pemencetan stopwach dengan awal terjadinya osilasi. Oleh sebab itu perlunya alat ukur yang lebih efektif yang bisa mengukur momen inersia benda secara otomatis untuk mendapatkan hasil data yang tepat dan teliti. Alat ukur momen inersia digital merupakan salah satu alat yang efektif dalam mengukur momen inersia benda. Alat ini bekerja secara digital dalam menghitung nilai banyaknya osilasi, waktu yang diperlukan dan nilai momen inersia benda yang di ukur, serta menampilkannya pada LCD. Sensor optocoupler digunakan sebagai pendeteksi banyaknya osilasi yang terjadi, keluaran dari sensor ini diproses di arduino uno untuk mendapatkan nilai dari momen inersia suatu benda. Momen inersia suatu benda bergantung pada distribusi massa terhadap sumbu putarnya. Semakin jauh massa-massa itu dari sumbu putar, semakin besar pula momen inersianya[2], Secara matematis momen inersia ditulis sebagai berikut 𝐼 = 𝑚𝑖 𝑟𝑖2 (1) Momen inersia sering juga disebut inersia rotasi, semakin besar momen inersia benda, semakin sulit benda itu melakukan perputaran dari keadaan diam dan semakin sulit dia berhenti dari keadaan berotasi, karena besar momen inersia sebanding dengan besar
PENDAHULUAN Eksperimen merupakan salah satu bagian terpenting dari fisika, karena fisika didasarkan pada penemuan gejala-gejala fisis yang terjadi di alam. Gejala-gejala fisis dapat dijelaskan dengan melakukan pengamatan dan eksperimen. Eksperimen fisika dapat dilakukan menggunakan suatu sistem pengukuran. Sistem pengukuran merupakan gabungan aktivitas atu gabungan dari beberapa aktivitas yang bertujuan untuk mendapatkan hasil data pengukuran terhadap besaran yang akan diukur. Salah satu aplikasi pengukuran dalam eksperimen fisika adalah pengukuran momen inersia. Momen inersia merupakan kecenderungan suatu benda untuk tetap diam atau bergerak lurus beraturan(mempertahankan posisi atau keadaannya)[1]. Aplikasi dari momen inersia dapat dilihat dari benda tegar, dimana benda tegar merupakan keadaan suatu benda untuk mempertahankan posisinya ketika mendapat gaya atau tekanan dari luar. Setiap benda tegar memiliki momen inersia yang berbeda karena disebabkan beberapa faktor yaitu pusat rotasi benda, massa benda dan jari-jari benda tegar itu sendiri, untuk membuktikan teori tersebut perlu dilakukan eksperimen yang membahas tentang momen kelembaman atau momen inersia pada beberapa benda tegar, dengan mengetahui momen inersia suatu benda kita dapat mengetahui ukuran kecenderungan suatu benda untuk tetap diam untuk mempertahankan posisi atau keadaannya . Momen inersia suatu benda dapat diukur menggunakan alat ukur momen inersia yang bekerja berdasarkan metoda osilasi. Salah satunya seperti
81
energi kinetik benda tegar yang berotasi dengan laju sudut ω tertentu[3],dengan persamaan: 1 𝐾 = 𝐼𝜔 (2) 2 Alat momen inersia untuk mengukur momen inersia suatu benda bekerja berdasarkan metoda osilasi. Osilasi terjadi karena torsi yang diberikan pada pegas spiral dipasang pada poros alat ini dan dilengkapi dengan jarum penunjuk skala derajat transparan untuk memudahkan pengukuran. Proses perhitungan momen inersia menggunakan alat ukur momen inersia dapat diturunkan dari Hukum II Newton dengan memfokuskan pada gerak rotasi benda yang akan diukur momen inersianya sehingga didapatkan persamaan untuk menghitung nilai omen inersia benda yang terpasang pada alat momen inersia dengan persamaan 𝐼 =
𝑇2 𝑇0 2
− 1 𝐼0
Sensor optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya [5]. Sensor optocoupler biasanya digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis. Bentuk fisik dan rangkaian dasar sensor optocoupler dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Rangkaian Dasar Optocoupler Prinsip kerja dari optcoupler dapat dilihat pada Gambar 1 yaitu jika antara transistor dan LED terhalang maka fototransistor tersebut akan off sehingga keluaran dari kolektor akan berlogika high. Namun jika antara transistor dan LED tidak terhalang maka fototransistor tersebut akan on sehingga keluaran dari kolektor akan berlogika low. Prinsip ini lah yang digunakan pada alat momen inersia untuk mendeteksi banyaknya osilasi yang terjadi, ketika osilasi terjadi maka antara transmitter dan receiver dari sensor optocupler akan terhalang dan menyebabkan keluaran dari sensor optocoupler high dan tegangannya mendekati nilai Vcc dengan prinsip ini banyaknya osilasi akan terdeteksi dengan sensor optocoupler.
(3)
Dengan, I adalah momen inersia benda, T perioda osilasi benda, T0 perioda diri osilasi benda, dan I0 merupakan momen inersia diri dari alat momen inersia yang digunakan. Nilai perioda diri dan momen inersia diri merupakan suatu konstanta yang bergantung dengan alat yang digunakan yang nilainya bergantung pada konstanta pegas dari alat momen inersia yang digunakan. Hasil dari momen inersia benda yang didapatkan pada alat momen inersia akan di bandingkan dengan nilai momen inersia yang dihitung secara teoritis. Secara teoritis nilai momen inersia suatu benda sebanding denga massa dan kuadrat jarak benda dari sumbu putar seperti pada persamaan (3), pada penelitian ini ada 4 jenis variasi benda yang digunakan dengan persamaan momen inersia seperti pada Tabel 1[4]. Tabel 1. Momen Inersia Benda Benda
Letak Sumbu
Momen Inersia
Slinder Pejal
Sumbu Slinder
1/2(mR2)
Slinder Berongga
Sumbu Slinder
m/2(R2+r2)
Bola Pejal
Pusat Bola
2/5(mR2)
Kerucut
Sumbu
3/10(mR2)
Keluaran dari sensor optocoupler ini akan diteruskan pada mikrokontroler arduino uno. Mikrokontroler adalah komponen elektronika yang bisa diprogram dan mampu mengeksekusi langkahlangkah yang telah diprogram[6]. Bentuk fisik dari mikrokontroler arduino uno seperti yang terlihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Papan Kerja Arduino Uno [7] Arduino memiliki beberapa kelebihan diantaranya adalah Arduino telah dilengkapi dengan bootloader didalamnya sehingga tidak perlu menggunakan chip programer karena bootloader akan menangani upload program dari komputer, Arduino memiliki sarana komunikasi USB, sehingga untuk laptop yang tidak memiliki port komunikasi serial bisa menggunakannya, Software arduino telah dilengkapi dengan library yang cukup lengkap sehingga programnya relatif lebih mudah, dan Arduino memiliki modul siap pakai seperti ethernet,
Alat momen inersia ini bekerja berdasarkan metoda osilasi untuk menghitung nilai momen inersia suatu benda, yaitu dengan memperhatikan banyaknya osilasi yang terjadi pada alat momen inersia ketika benda diletakkan serta waktu yang digunakan untuk osilasi tersebut. Sehingga didapatkan nilai dari perioda osilasi. Nilai perioda osilasi ini digunakan untuk mencari momen inersia suatu benda, perhitungan banyaknya osilasi yang terjadi pada alat momen inersia digital ini menggunakan sensor optocoupler.
82
SD card, dll yang dapat ditancapkan pada board Arduino[8].
tegangan yang menerapkan perbandingan lilitan, dimana perbandingan lilitan dari suatu transformator akan mempengaruhi perbandingan tegangan yang dihasilkan. Tegangan yang dihasilkan oleh trafo masih berbentuk gelombang AC dan harus disearahkan dengan menggunakan penyearah. Rangkaian penyearah yang digunakan memanfaatkan 4 buah dioda yang telah dirancang untuk bisa meloloskan kedua siklus gelombang AC menjadi satu arah saja. Pada keluaran dari penyearah dihubungkan dengan kapasitor sebagai filter, sehingga dihasilkan keluaran DC.
Untuk menampilkan data hasil pengukuran dari alat momen inersia ini menggunakan Liquid Crystal Display (LCD). LCD memberikan beberapa keuntungan dibandingkan dengan perangkat lain untuk menampilkan sebuah data, antara lain hemat energi, ringan dan proses perancangan yang relatif lebih mudah. Disamping itu, LCD mampu menampilkan karakter sesuai dengan yang diinginkan. Bentuk fisik LCD dan rangkaian display LCD dapat dilihat seperti pada Gambar 3.
METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi dan Laboratorium Mekanika Jurusan Fisika Universitas Negeri Padang. Penelitian di mulai pada bulan Oktober 2015 dengan beberapa tahap kegiatan yaitu penulisan proposal penelitian, perancangan sistem, perakitan komponen, pengambilan data dan pengolahan data. Penelitian ini tergolong kedalam penelitian eksperimen laboratorium. Penelitian eksperimen adalah penelitian yang mengamati dan meneliti adanya pengaruh terhadap variabel terikat akibat perlakuan dari variabel bebas, dengan variabel bebasnya adalah bentuk benda yang akan diukur. variabel terikatnya adalah nilai momen inersia benda. Sedangkan variabel kontrolnya adalah nilai momen inerisa diri dan perioda diri dari alat momen inersia. Untuk blok diagram sistem dari alat ukur dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 3. Bentuk dan Rangkaian Display LCD[9] Gambar 3 merupakan rangkaian display LCD,display karakter pada LCD ini diatur oleh pin EN, RS dan RW. Jalur EN diset Enable untuk memberitahu LCD bahwa data sedang dikirim. Sumber energi dari alat ini menggunakan power supply yang merupakan suatu perangkat yang menyalurkan energi listrik, menurunkan tegangan AC serta mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Power supply dibangun dengan menggunakan IC regulator tegangan, untuk regulasi tegangan yang tak terlalu besar dapat menggggunakan IC tiga terminal yang dikenal dengan 78xx dan 79xx[10]. Rangkaian catu daya teregulasi dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 5. Blok Diagram Sistem Elektronika Pada blok diagram sistem dijelaskan bahwa pada sistem alat ini terdiri dari power supply yang digunakan sebagai catu daya pada komponen alat ukur. Rangkaian sensor optocoupler sebagai sensor pendeteksi banyaknya osilasi yang terjadi yaitu, pada saat busur derajat pada alat disimpangkan lalu dilepaskan, maka alat ini akan berosilasi, osilasi ini akan dideteksi oleh sensor optocoupler. Sensor optocoupler akan menangkap sinyal dan meneruskannya ke mikrokontroler arduino uno, di mikrokontroler arduino uno sinyal tersebut akan diproses untuk mengetahui banyaknya osilasi yang terjadi beserta waktu yang diperlukan, sehingga diperoleh hasil momen inersia benda yang di ukur. Sinyal akan di proses dan dibedakan menggunakan port yang terdapat pada mikrokontroler tersebut, kemudian untuk menampilkan pada LCD perlu pengaturan kode untuk memanggil sinyal mana yang
Gambar 4. Rangkaian catu daya teregulasi Gambar 4 merupakan salah satu contoh rangkaian power supply yang paling sering ditemui dalam dunia elektronika. Tegangan 220 volt dari listrik PLN diturunkan oleh trafo atau transformator penurun
83
akan ditampilkan, dimana besaran yang akan ditampilkan pada LCD yaitu banyaknya osilasi yang terjadi (n), waktu yang diperlukan untuk osilasi tersebut dan nilai dari momen inersia benda yang dikur. Desain mekanik alat ukur momen inersia secara digital diperlihatkan seperti pada Gambar 6.
Star
n=0
Input teg
N
Teg> 1000
Y
Y
Timer on
n=n+1 N
n= n set Y
Gambar 6. Desain Mekanik Alat Ukur Momen Inersia Benda Digital.
Timer off
Desain mekanik dari sistem alat momen inersia yang akan di buat, yang terdiri dari dudukan benda (no.1) merupakan tempat meletakkan benda yang akan di ukur momen inersianya, beberapa contoh bendabenda yang akan di ukur momen inersia yaitu slinder pejal ,slinder berongga,kerucut dan bola. Busur derajat (no.10) sebagai skala untuk menetukan derajat osilasi benda, pegas (no.9) agar busur derajat dapat berosilasi untuk mengatur sudut osilasinya, potongan plat yang terhubungan dengan penunjuk busur derajat (no.8) sebagai pengahalang sensor optocoupler (no.2) untuk mendeteksi banyak osilasi yang terjadi dimana, setiap 3 kali pengahalang ini melewati sensor maka akan terdeteksi sebagai sattu osilasi, kabel penghubung (no.3) digunakan sebagai penghubung antara keluaran sensor optocoupler dengan rangkaian, kotak rangkaian (no.4) sebagai tempat meletakkan rangkaian elektronika, tombol reset(no 6) sebagai reset program, tombol start (no 5) untuk mematikan dan menghidupkan alat,tombol (no 12) konstanta I0 untuk variasi sudut simpangan dan LCD (no.7) sebagai output yaitu, untuk menampilkan hasil dari banyaknyanya osilasi (n), waktu osilasi (t) dan momen inersia (I). Desain perangkat lunak dari sistem pengukuran berupa diagram alir dari program. Diagram alir ini berfungsi untuk memberikan instruksi dan menjalankan mikrokontroler. Diagram alir program yang akan dibuat yaitu seperti pada Gambar 7.
T=t/n
𝐼=
𝑇2 𝑇0 2
− 1 𝐼0
Output n, I
Star
Gambar 7. Diagram Alir Program Berdasarkan diagram alir pada Gambar 7 instruksi yang dilakukan dalam pemograman sistem alat ini adalah dimulai dari pendeteksian yang dilakukan oleh sensor, jika tegangan terdeteksi oleh sensor di arduino besar dari 1000 maka akan terdeteksi terjadinya osilasi dan ketika itu timer akan hidup untuk mendeteksi banyaknya waktu yang digunakan untuk osilasi tersebut, jika nilai banyaknya osilasi sudah mencapai nilai yang telah diset maka timer akan mati. Nilai osilasi serta waktu osilasi yang didapatkan tadi akan digunakan untuk mendapatkan nilai perioda osilasi benda, selanjutnya nilai perioda osilasi benda akan digunakan untuk mendapatkan nilai momen inersia benda tersebut. Penentuan ketepatan pada sistem pengukuran ini dengan cara membandingkan hasil pengukuran dari sistem dengan hasil dari perhitungan secara teori yang ada pada Tabel 1. Ketepatan dapat ditentukan dari persentase kesalahan antara nilai aktual dengan nilai yang terlihat. Presentase kesalahan dapat ditentukan dari persamaan:
84
Persentase kesalahan Yn X n 100% (5) Yn Yn adalah nilai sebenarnya, Xn adalah nilai yang terbaca pada alat ukur. Ketepatan pengukuran (A) dari sistem pengukuran dapat ditentukan melalui persamaan berikut : A 1
Yn X n Yn
pengidentifikasian atau pengurai fungsi setiap bagian pembentuk sistem alat ukur momen inersia benda digital. Adapun bentuk sistem alat ukur momen inersia benda secara digital seperti Gambar 8.
(5)
Ketepatan relatif rata-rata dari sistem pengukuran dapat ditentukan melalui persamaan: Y Xn A% 1 n 100% Yn
(6)
Sedangkan ketelitian sistem pengukuran dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran sistem dengan perhitungan secara teoritis, kemudian dilakukan pengukuran berulang dan memasukkan data ke dalam tabel serta menyelidiki ketelitian dari sistem alat ukur. Ketelitian alat ukur momen inersia ini dilakukan dengan melakukan pengukuran secara berulang sebanyak 10 kali. ketelitian dapat dinyatakan dengan persamaan.
P 1
Xn Xn Xn
Gambar 8. Foto Hasil Desain Alat Ukur Momen Inersia Benda Digital Gambar 8 merupakan hasil desain alat ukur momen inersia benda digital, secara umum alat ukur ini terdiri dari dua bagian. Bagian pertama adalah bagian sistem mekanik alat ukur momen inersia yang terdiri dari tempat dudukan benda, busur derajat, pegas, kemudian yang kedua yaitu box atau kotak yang berfungsi untuk meletakkan rangkaian elektronika pembangun sistem, serta tombol pengatur alat ukur momen inersia seperti tombol on/off, reset, dan tombol variasi simpangan benda yang akan diukur momen inersianya, seperti pada Gambar 9.
(7)
Xn adalah nilai dari pengukuran data ke –n dan X n adalah rata-rata dari set pengukuran, untuk mengukur standar deviasi dapat digunakan persamaan berikut : 2 2 1 n X i ( X i ) X n n 1
(8)
Dari hasil pengukuran dapat dilihat seberapa besar kesalahan relatif pengukuran pada alat dengan menggunakan persamaan berikut :
KR
X 100% X
(9)
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Penelitian Hasil penelitian penelitian ini merupakan deskripsi dari dari alat ukur momen inersia benda secara digital menggunakan sensor optocoupler secara terperinci dan data hasil pengukuran yang didapatkan. Deskripsi dari alat ukur momen inersia benda secara digital menggunakan sensor optocoupler ini terbagi atas spesifikasi perfomansi yakni identifikasi fungsi setiap bagian pembentuk sistem pengukuran dan spesifikasi desain yang meliputi ketepatan dan ketelitian momen inersia yang diperoleh dari alat ukur. Spesifikasi performansi dari sistem alat ukur momen inersia benda digital merupakan
Gambar 9. Tombol-Tombol Pengatur Alat Ukur Momen Inersia Gambar 9 merupakan bagian hasil desain dari alat ukur momen inersia yang merupakan tombol-tombol pengatur alat ukur momen inersia yang terdiri dari tombol on/off yang berfungsi untuk menghidupkan atau mematikan alat, tombol reset yang berfungsi untuk mereset program menjadikan nilainya ke nilai awal, serta tombol variasi sudut simpangan benda yang akan diukur momen inersianya yang terdiri dari 3 variasi sudut simpangan yaitu 1800, 2100, dan 2400, tiap variasi simpangan ini memiliki konstanta perioda diri dan momen inersia diri yang berbeda-beda. Pada
85
alat ini perbedaan simpangan benda sebelum di osilasikan akan menyebabkan perbedan hasil momen inersianya. Jadi ketika menyimpangkan sudut sebelum benda berosilasi harus di tekan terlebih dahulu tombol sudut simpangan yang akan digunakan, seperti jika ingin menyimpangkan sudut 1800 tekan tombol 1, jika ingin menyimpangkan sudut sebesar 2100 tekan tombol 2 terlebih dahulu, dan tombol 3 jika ingin menyimpangkan sudut sebesar 2400, dengan hal ini akan menghasilkan nilai momen inersia benda yang sama untuk variasi sudut simpangan yang berbeda. Untuk Sensor yang digunakan dalam sistem ini diletakkan didepan skala penunjuk busur derajat yang terhubung dengan tempat dudukan benda melalui tiang penyangga. Ketika busur derajat disimpangkan, lalu dilepaskan maka benda yang berada ditempat dudukan benda akan berosilasi, sehingga mengakibatkan busur derajat ikut berosilasi.
hanya terdiri dari rangkaian sensor optocoupler dengan dua resistor dan board rangkaian arduino beserta rangkaian power supply, sebagai catu daya alat ukur. Ketepatan pengukuran pada sistem alat ini yaitu dengan membandingkan hasil pengukuran dari sistem alat ukur momen inersia benda digital dengan hasil perhitungan secara teoritis. Ketepatan dari sensor yang terpasang pada alat ini yaitu 94,4%. Perbedaan nilai yang didapat disebabkan pengaruh dari kabel sensor yang cukup panjang sehingga terjadi jatuh tegangan pada sensor. Untuk ketelitian sensor didapatkan dengan cara melakukan pengukuran berulang pada sensor baik pada saat terhalang maupun tidak terhalang. Saat pemancar dan penerima sensor optocoupler terhalang ketelitiannya adalah 0,999, sedangkan pada saat tidak terhalang ketelitian sensor adalah 0,892. Sedangkan untuk pengukuran momen inersia benda dilakukan dengan 6 variasi benda yang memiliki momen inersia yang berbeda. Ketepatan pengukuran dari pengukuran momen inersia ini berkisar antara 0,93 sampai 0,99. Ketepatan relatif rata-rata pengukuran adalah 96,05%. Kesalahan rata-rata yang terjadi adalah 3,94%. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 10. Sensor Optocoupler Sebagai Pencacah Sinyal. Berdasarkan Gambar 10 dapat dilihat, bentuk sensor optocoupler sebagai pendeteksi osilasi yang terjadi,sensor optocoupler dapat membedakan antara high dan low pada saat terjadi osilasi, yaitu pada saat skala penujuk melewati sensor maka akan terdeteksi high, dan low ketika skala penunjuk tidak melewati sensor. Keluaran dari sensor optocoupler akan terkirim ke sinyal ke board mikrokontroler Arduino Uno. Berikut merupakan Gambar rangkaian dari penyusun alat ukur momen inersia benda secara digital.
Gambar 12. Grafik Perbandingan Pengukuran Momen Inersia Benda Secara Digital dengan Perhitungan Momen Inersia Benda Secara Teoritis. Gambar 12 menunjukkan perbandingan pengukuran momen inersia benda menggunakan alat ukur momen inersia benda secara digital dengan perhitungan momen inersia benda secara teoritis. Secara teoritis nilai momen inersia benda sebanding dengan massa dan jari- jari benda, semakin besar massa dan jarijari suatu benda maka semakin besar juga nilai momen inersia suatu benda. Hal ini dapat dilihat pada pengukuran dan perhitungan momen inersia benda yang sejenis yaitu slinder pejal dengan 3 variasi jarijari benda dan massa yang sama. Grafik pengaruh jari-jari benda terhadap momen inersia suatu benda baik secara perhitungan dan pengukuran seperti pada Gambar 13.
Gambar 11. Rangkaian Penyusun Alat Ukur Rangkaian dari penyusun dari alat ukur momen inersia benda digital ini sangat sederhana, yang
86
Momen Inersia (I)
0.00350 0.00300 0.00250 0.00200 0.00150 0.00100 0.00050 0.00000
c. Ketelitian Pengukuran Momen Inersia Benda Data statistik pengukuran berulang untuk alat ukur momen inersia benda secara digital dengan melakukan 6 variasi benda dan 10 kali perulangan. Seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Ketelitian Pengukuran Momen Inersia Benda.
I Hitung I Ukur
0.14 0.0875 0.0192 Jari- Jari Benda (m)
Gambar 13. Grafik Pengaruh Jari-Jari Benda Terhadap Momen Inersia Suatu Benda Baik Secara Perhitungan Dan Pengukuran Gambar 13 menunjukkan pengaruh jari-jari benda terhadap momen inersia suatu benda secara pengukuran maupun secara perhitungan, dari grafik terlihat bahwa jari-jari suatu benda berpengaruh terhadap momen inersia benda tersebut. Semakin besar jari-jari suatu benda maka semakin besar momen inersia suatu benda, hal ini dibuktikan dengan perhitungan secara teoritis maupun menggunakan alat ukur momen inersia benda digital, didapatkan hasil yang sesuai dan sama. 2) Ketepatan nilai momen inersia benda dengan variasi sudut simpangan
Momen Inersia (I)
0.002
Simpan gan 210
0.001
Simpan gan 240
0.0005 0
KR (%)
1 Slinder Pejal
0,00042
0,974
4,06
0,95
0,00042 ± 4,0610−6
2 Bola Pejal
0,00060
0,979
5,08
0,85
0,0006 ± 5,08,10−6
3 Slinder 0,00061 Berongga
0,967
7,75
1,25
0,00061 ± 7,7 .10−6
4
0,00071
0,984
4,34
0,60
0,00071 ± 4,3.10−6
5 Piringan 213
0,00198
0,984
0,14
0,71
0,00198 ± 0,1.10−6
6 Piringan 714
0,0032
0,986
0,19
,614
0,0032 ± 0,19.10−6
0,097
9,15
0,83
Kerucut
𝐼 ± ∆𝑇
2. Pembahasan Berdasarkan analisis yang telah dilakukan baik secara grafik maupun statistik memberikan hasil penelitian yang sesuai dengan tujuan penelitian. Adapun hasil penelitian yang diperoleh yaitu spesifikasi performansi sistem alat ukur dan spesifikasi desain sistem alat ukur.
Simpan gan 180
0.0015
ΔI ratarata (10-6)
Dari Tabel 2 terlihat bahwa alat ukur memiliki ketelitian yang cukup tinggi untuk pengukuran momen inersia beberapa benda. Ketelitian rata-rata untuk 6 variasi pengukuran momen inersia benda adalah 0.979 dengan standar deviasi rata-rata 0,00000915 dan kesalahan relatif rata-rata yaitu 0,834%.
0.0035 0.003
Ketelitian
Nama Benda
Rata-rata
Pada penelitian ini dilakukan pengambilan data untuk 3 variasi sudut simpangan dengan konstanta momen inersia diri yang berbeda- beda. Grafik Ketepatan nilai momen inersia benda dengan variasi sudut simpangan dan variasi benda dapat dilihat pada Gambar 14.
0.0025
𝐼
N o
Sistem ini terdiri dari dua bagian, yaitu bagian rangkaian elektronik dan bagian mekanik. Bagian rangkaian elektronik meliputi rangkaian penyusun sistem alat ukur momen inersia benda secara digital, seperti rangkaian sensor optocoupler, rangkaian catu daya dan board rangkaian Mikrokontroler Arduino Uno Rev3. Bagian mekanik terdiri dari tempat dudukan benda, busur derajat,plat yang terhubung dengan penunjuk busur derajat,dan pegas. Prinsip kerja dari alat ukur yang ini yaitu ketika benda yang akan diukur momen inersianya diletakkan di atas tempat dudukan benda dan disimpangkan searah jarum jam, maka benda yang berada didudukan benda akan berosilasi. Berosilasinya benda yang berada diatas dudukan benda menyebabkan penunjuk yang berada pada busur derajat juga ikut berosilasi, sehingga melewati sensor optocoupler. Sensor kemudian mencacah osilasi jarum penunjuk pada busur derajat. Keluaran
I Hitung
Jenis Benda
Gambar 15. Hubungan Nilai Momen Inersia Dengan Jenis Benda Untuk 3 Variasi Sudut Simpangan Gambar 15 menunjukkan ketepatan nilai momen inersia benda dengan variasi sudut simpangan dan variasi konstanta momen inersia diri alat momen inersia benda digital dengan nilai momen inersia secara perhitungan. Pada Gambar 15 dapat dilihat nilai momen inersia benda ketika sudut disimpangkan sebesar 1800, 2100, 2400, dan dengan nilai momen inersia secara teoritis. hasilnya tidak jauh berbeda, dengan rata- rata ketepatan relativenya 95,83% dan kesalahan relativenya sebesar 4,16%,
87
dari sensor ini adalah berupa bilangan analog yang kemudian di konfersi melalui Mikrokontroler Arduino Uno, keluaran dari sistem ini adalah banyak osilasi yang terjadi,waktu yang diperlukan untuk melakukan osialasi, dan momen inersia benda yang diukur.
KESIMPULAN Berdasakan hasil pengujian dan analisis terhadap besaran fisika yang ada pada alat ukur momen inersia benda secara digital ini dapat dikemukaakan beberapa kesimpulan dari penelitian yaitu :
Pengujian alat ukur dilakukan dengan cara membandingkannya nilai momen inersia benda dengan perhitungan yang dilakukan secara teoritis dan dengan pengukuran. Dari hasil pengukuran didapatkan besar ketepatan relatif dari alat ukur ini berkisar antara 0,93 sampai 0,99 dan persentase ketepatan adalah 96,05 % dengan persentase kesalahan rata-rata 3,948%. Pada penelitian ini juga dilakukan pengambilan data dengan variasi sudut simpangan sebelum benda berosilasi, karena secara pengukuran menggunakan alat ukur momen inersia benda, momen inersia suatu benda bergantung pada perioda osilasi benda tersebut setelah benda tersebut disimpangkan dengan sudut tertentu, semakin besar perioda osilasi suatu benda maka akan semakin besar momen inersia benda tersebut, hal ini juga sedikit berpengaruh kepada sudut simpangan benda ketika akan berosilasi, semakin jauh benda dari sensor maka akan semakin lama waktu yang diperlukan dan sebaliknya. Hal ini akan mengahasilkan nilai momen inersia yang sedikit berbeda untuk setiap variasi sudut simpangan. Untuk mengatasi hal ini maka perlunya ditetapkan sudut simpangan benda sebelum benda berosilasi yaitu sudut ketika pengambilan data momen inersia diri benda harus sama dengan sudut ketika pengambilan data momen inersia benda tersebut. Pengambilan data ini dengan cara menekan tombol- tombol yang telah ada pada kotak rangkaian alat ukur momen inersia benda digital, jika ingin menyimpangkan sudut osilasi sebesar 1800, maka menekan tombol 1 untuk simpangan 1800 terlebih dahulu, dengan menekan tombol ini maka secara otomatis nilai konstanta momen inersia diri benda sesuai dengan data pengambilan nilai perioda diri ketika alat disimpangkan sebesar 1800 , dan begitu juga untuk simpangan sebesar 2100, 2400 dengan penekanan tombol-tombol ini momen inersia diri akan berubah sesuai dengan nilai ketika sudut simpanagn disimpangangkan dengan nilai tertentu. Didapatkan hasil nilai momen inersia benda ketika sudut disimpangkan sebesar 1800, 2100, 2400, dan dengan nilai momen inersia secara teoritis tidak jauh berbeda, dengan rata- rata ketepatan relativenya 95,83% dan kesalahan relativenya sebesar 4,16%.
1. Sistem ini terdiri dari dua bagian, yaitu bagian rangkaian elektronik dan bagian mekanik. Bagian rangkaian elektronik meliputi rangkaian penyusun sistem alat ukur momen inersia benda secara digital, seperti rangkaian sensor optocoupler, rangkaian power suppply, rangkaian catu daya dan board rangkaian Mikrokontroler Arduino Uno Rev3. Bagian mekanik terdiri dari tempat dudukan benda, busur derajat, pegas. 2. Hasil Spesifikasi desain alat ukur ini adalah sebagai berikut : a. Ketepatan dari sistem alat ukur momen inersia benda ini cukup baik, bahwa persentase kesalahan rata-rata 3,948 %, dengan persentase ketepatan sistem yaitu 96,05%. b. Ketelitian rata-rata dari sistem pengukuran juga cukup baik. Untuk pengukuran momen inersia beberapa benda diperoleh ketelitian rata-ratanya adalah 0,979 dengan standar deviasi rata-rata 0,000009152 dan kesalahan relatif rata-rata 0,834%. DAFTAR PUSTAKA [1] Hikam, Muhamad,dkk. 2005. Eksperimen Fisika Dasar Untuk Perguruan Tinggi. Jakarta: Kencana. [2] Prasetio,Lea. 1992 . Mengerti Fisika .Yogyakarta:Andi [3] Young & Freedman. 2002. Fisika Universitas. Edisi Kesepuluh Jilid1. Jakarta:Erlangga. [4] Hasra,Amran & Syakbaniah. 2013. Eksperimen Fisika. Padang:UNP [5] Sukendar, Aang. 2013. Pembuatan Sistem Otomasi untuk Pengaturan Mekanisme Kerja Mesin Cetak Kerupuk menggunakan Mikrokontroler Atmega. Jurnal FEMA Vol. 1, No.1. [6] Yohandri. 2013. Mikrokontroler dan Antar Muka. Padang: Universitas Negeri Padang [7] Arduino.(2013). Arduino Uno. http://arduino.cc/ en/Main/ArduinoBoardUno [8] Guntoro, Helmi dkk. 2013. Rancang Bangun Magnetic Door lock Menggunakan Keypad Dan Solenoid Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno. Jurnal Elektrans Vol. 12 No.1. [9] Triwiyanto. 2009. Petunjuk Praktikum Microcontroller AT89sXXX Trainer Kit (Edisi V2.0-Update). Surabaya: Poltekes Depkes Surabaya. [10] Sutrisno, 1999. Elektronika Lanjut Teori dan Penerapan. ITB, Bandung
Untuk ketelitian rata-rata adalah 0.979 dengan standar deviasi rata 0,000009152 dan kesalahan relatif rata-rata yaitu 0,834%. Kelebihan dari alat ukur ini adalah perhitungan yang dilakukan secara digital kemudian tampilan keluaran dari alat ukur ini berupa LCD yang langsung menampilkan momen inersia benda yang diukur.
88
