30 November2017

PROSIDINGSKF2017

Studi Awal Penentuan Frekuensi dan Koefisien

Redaman Pegas Menggunakan Sensor Magnetik pada

Smartphone

Nur Afifah Zen1, Ila Lailatun Sholihah1, Dadang Suhendra1 dan Ferry

Iskandar1,a)

1Laboratorium Listrik dan Magnet,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung,

Jl. Ganesha no. 10 Bandung, Indonesia, 40132

a)ferry@fi.itb.ac.id (corresponding author)

Abstrak

Osilasi sederhana seperti gerak pendulum dan osilasi pegas telah sangat umum dilakukan pada pratikum

fisika dasar. Kami telah berhasil mengembangkan praktikum osilasi teredam pada pegas dengan

memanfaatkan sensor magnet yang terdapat pada smartphone. Praktikum ini bertujuan untuk mengamati

gerak osilasi secara langsung yang ditampilkan melalui grafik dan menentukan frekuensi disertai konstanta

redaman. Perhitungan teori dilakukan menggunakan persamaan Lagrange kemudian dibandingkan dengan

hasil praktikum. Pegas yang digunakan memiliki konstanta pegas sebesar 3 N/m2. Hasil percobaan

menunjukkan bahwa nilai frekuensi pada grafik osilasi memiliki tingkat kesalahan relatif dibawah 10%

terhadap perhitungan teori. Sedangkan frekuensi pada osilasi pegas menghasilkan tingkat kesalahan relatif

sebesar 17,84 %. Hal tersebut dikarenakan gerakan pegas dipengaruhi oleh elastisitas pegas yang

menghasilkan konstanta redaman sebesar 0,1723.

Kata-kata kunci: Smartphone,osilasi pegas, frekuensi, konstanta redaman

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi Handphone atau telepon selular telah menjadi fenomenal sejak tahun 1990 [1].

Hampir 80% dari seluruh penduduk dunia sudah memiliki telepon seluler. Sistem operasi dari telepon seluler

sendiri semakin berkembang pesat dan dilengkapi oleh berbagai macam aplikasi yang dilengkapi sensor.

Telepon seluler yang dilengkapi sistem operasi modern lebih dikenal dengan istilah Smartphone. Android

merupakan salah satu sistem operasi smartphone yang paling banyak digunakan karena harganya relatif

terjangkau. Smartphone jenis ini telah memiliki spesifikasi sensor yang jarang diketahui kegunaannya oleh

masyarakat. Sensor-sensor yang terpasang didalamnya dapat digunakan untuk berbagai macam eksperimen

fisika sehingga dapat membantu media pembelajaran. Smartphone berbasis android merupakan salah satu

media pembelajaran fisika yang sedang berkembang. Penggunaan smartphone yang mayoritas dimiliki oleh

pelajar atau mahasiswa dapat dimanfaatkan dengan melakukan eksperimen fisika agar menjadi lebih mudah

dan murah baik di laboratorium maupun diluar laboratorium. Kemudahan untuk melakukan eksperimen akan

menumbuhkan minat bagi para pelajar dan pengajar untuk melakukan eksperimen dengan alat yang

sesederhana mungkin [2].

Beberapa aplikasi pada Android telah digunakan untuk eksperimen fisika diantaranya kamera digital,

webcam, optical computer mice, sensor Xbox Kinect dan video lain untuk pengendali konsol game. Akan

tetapi aplikasi ini membutuhkan perangkat khusus yang harus digunakan dan tidak banyak tersedia di

ISBN: 978-602-61045-3-3 285

30 November2017

PROSIDINGSKF2017

beberapa laboratorium fisika dasar. Sebelumnya, telah dilakukan eksperimen mekanik menggunakan sensor

accelerator [3] dan sensor cahaya[2]. Namun kelemahannya yaitu smartphone harus terpasang sebagai objek

peralatannya sehingga eksperimen kurang fleksibel. Dari peneltian tersebut, kami ingin melakukan penelitian

pemanfaatan aplikasi pada Android agar dapat digunakan secara fleksibel, akurat, mudah dan murah.

Dalam penelitian ini, kami memilih tema osilasi mekanik karena osilasi mekanik merupakan salah satu

topik penting dalam eksperimen fisika dasar dan telah ada penulis lain yang membahas tentang osilasi

mekanik [3] namun dengan menggunakan sensor yang berbeda. Osilasi sederhana seperti gerak pendulum

dan osilasi pegas sudah sangat umum dilakukan pada eksperimen fisika dasar. Namun untuk osilasi pegas

dengan simpangan beban dan sudut tertentu belum dilakukan menggunakan aplikasi Phyphox. Aplikasi

Phyphox dapat diunduh di PlayStore Android. Sehingga kami telah melakukan studi awal untuk menentukan

besar frekuensi dan faktor redaman pada osilasi pegas dengan memanfaatkan sensor magnet yang ada pada

smartphone berbasis android.

METODE

Percobaan dilakukan menggunakan smartphone Android RedMi A4, aplikasi Phyphox, pegas dengan

konstanta 3 N/m, beban magnet permanen berbentuk cincin 28,7 gram, tali dengan variasi panjang 12 cm, 15

cm, 20 cm, 25 cm dan 30 cm. Rangkaian percobaan dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1.Rangkaian alat percobaan untuk (a) osilasi sederhana dan

(b) osilasi pegas.

Perhitungan secara teori juga dilakukan untuk mendukung hasil eksperimen. Gerak osilasi merupakan

gerak periodik benda yang diganggu dari titik keseimbangannya [4]. Gerak osilasi yang umum dan mudah

untuk dilakukan eksperimen yaitu gerak osilasi sederhana yang terjadi pada bandul sederhana dan pegas.

Periode dari gerak harmonik sederhana untuk pendulum dan pegas masing-masing dituliskan sebagai berikut

g

lT 2 , (1)

k

mT 2

. (2)

Persamaan (1) dan (2) merupakan persamaan periode dengan mengabaikan gaya gesek. Pada dasarnya,

setiap gerak osilasi pasti mengalami peredaman, sehingga gesekan pasti sangat berpengaruh terhadap faktor

redaman

(a) (b)

ISBN: 978-602-61045-3-3 286

30 November2017

PROSIDINGSKF2017

0

rrr q

F

q

L

q

L

dt

d

, (3)

Fungsi disipasi bandul sederhana dapat dituliskan

2

2

1rcF (4)

dengan

222

22222 cossin

lr

lr

, (5)

dan persamaan (4) menjadi

22

2

1clF , (6)

Dengan c merupakan konstanta redaman.

Dan persamaan lagrange didapatkan dari persamaan energi kinetik dan potensial

cos2

1 2 lmgmlVTL , (7)

Karena sudut θ kecil maka sin θ ~ θ, sehingga

0m

c

l

g

. (8)

Misalkan A2 =�̈�dan A = �̇� sehingga persamaannya menjadi

02 l

gA

m

cA . (9)

Koefisien redaman yaitu m

c

2 , frekuensi mula-mula tanpa redaman

l

g0 sehingga dapat

disimpulkan bahwa 0 underdamped,

0 overdamped dan 0 critically damped. Karena pada

kasus ini, frekuensi mengalami penurunan sehingga terjadi kasus underdamped. Konstanta redaman dapat

dituliskan

22

0 (10)

HASIL DAN DISKUSI

Perhitungan frekuensi dan periode untuk percobaan yang dilakukan dilakukan untuk variasi panjang tali

10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm dan 30 cm.

Gambar 2. Nilai frekuensi pada osilasi sederhana.

ISBN: 978-602-61045-3-3 287

30 November2017

PROSIDINGSKF2017

Gambar 2 menunjukkan bahwa hasil eksperimen dan teori tidak jauh berbeda dengan tingkat kesalahan

relatif dibawah 10%. Akurasi eksperimen dapat dilakukan dengan menggunakan beban dan tali yang cukup

seimbang saat berosilasi. Semakin panjang tali yang digunakan dalam eksperimen menunjukkan semakin

menurun nilai dari frekuensi. Grafik yang diperoleh dari aplikasi Phyphox berupa medan magnet terhadap

waktu.

Selanjutnya dilakukan konversi grafik medan magnet terhadap waktu menjadi posisi terhadap waktu.

Percobaan dilakukan dalam 2 osilasi yaitu osilasi bandul sederhana dan osilasi bandul menggunakan pegas

yang disimpangkan. Kedua percobaan menggunakan panjang tali dan pegas yang sama yaitu 12 cm dan

beban magnet permanen 28,7 gram.

Gambar 3. Gerak osilasi teredam medan magnet terhadap waktu pada (a) bandul sederhana dan (b) pegas.

Gambar 3 menunjukkan bahwa keduanya mengalami redaman dan memiliki pola yang berbeda. Data

perhitungan dapat dilihat pada tabel 2.

Tabel 1. Data besar frekuensi dari grafik osilasi

Osilasi Frekuensi (Hz) Kesalahan relatif (%) Koefisien redaman

Eksperimen Teori

Bandul Sederhana 1,32 1,43 7,68 0,604

Pegas 1,18 1,43 17,83 0,172

Percobaan yang dilakukan mempunyai frekuensi yang berbeda dengan teori. Hasil frekuensi pada bandul

sederhana mempunyai kesalahan relatif terhadap teori kurang dari 10% sehingga dapat dikatakan akurat.

Sedangkan hasil frekuensi untuk osilasi pada pegas memiliki kesalahan relatif cukup jauh dari perhitungan

teori yaitu 17,83%. Hal ini disebabkan karena adanya faktor redaman dari pegas yaitu sebesar 0,172.

KESIMPULAN

Penggunaan Smartphone berbasis Android dapat mempermudah metode perhitungan frekuensi untuk

osilasi pegas yang disimpangkan pada sudut 10º. Aplikasi Phyphox memiliki menu magnetometer dimana

dapat merekam data gerakan osilasi beban magnet yang dipasangkan pada pegas. Hasil perhitungan frekuensi

pada osilasi bandul sederhana mempunyai tingat kesalahan relatif dibawah 10 %. Sedangkan frekuensi pada

osilasi pegas menghasilkang tingkat kesalahan relatif sebesar 17,84 %. Hal tersebut dikarenakan gerakan

pegas yang dipengaruhi keelastisitasan pegas. Faktor redaman pegas memiliki nilai sebesar 0,172.

REFERENSI

1. Jacqui L. Delaney, Egan H. Doeven, Anthony J. Harsant dan Conor F. Hogan Reprint of: Use of a

mobile phone for potentiostatic control with lowcost paper-based microfluidic sensors. Analytica

Chimica Acta 803 (2013) 123– 127

(a) (b)

ISBN: 978-602-61045-3-3 288

30 November2017

PROSIDINGSKF2017

2. J A Sans, F J Manj´on1, A L J Pereira1, J A Gomez-Tejedor and J A MonsoriuOscillations.Studied with

thesmartphone ambient light sensor.Eur. J. Phys. 34 (2013) 1349–1354

3. Juan Carlos Castro-Palacio, Luisberis Velázquez-Abad, Marcos H. Giménez, and Juan A. Monsoriu,

Using a mobile phone acceleration sensor in physics experiments on free and damped harmonic

oscillations. American Association of Physics Teachers. 2013.

4. Goldstein Poole dan Safko. “Classical Mechanics Third Edition”.Addison wesley2000 San Fransisko

Newoek

ISBN: 978-602-61045-3-3 289