Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 2 Juni 2012

PENENTUAN KOEFISIEN RESTITUSI MENGUNAKAN VIDEO

BASED LABORATORY DAN LOGGER PRO 3.84

Fatkhulloh

Program Magister Pendidikan FisikaUniversitas Ahmad Dahlan Yogyakarta

Jl. Pramuka 42, Sidikan, Umbulharjo, Yogyakarta 55161 fatkhulloh.uad@gmail.com

Abstrak

Abstrak–Peristiwa tumbukan merupakan peristiwa fisis yang terjadi dalam waktu yang sangat singkat, sehingga untuk mendapakan data kecepatan kedua benda yang bertumbukan setiap waktu, diperlukan perangkat yang mampu merekam gejala fisis tersebut dengan ketelitian tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan koefisien restitusi (e) dari peristiwa tumbukan dua mobil mainan dengan massa berbeda sebagai model eksperimen dengan menggunakan video based laboratory (VBL), yaitu perekaman data kecepatan kedua mobil mainan setiap waktu, sebelum dan sesudah tumbukan dalam format video, kemudian video tersebut di import ke software Logger Pro 3.84. Dengan Logger Pro 3.84, data hasil tracking gejala fisis tumbukan direpresentasikan dalam bentuk data dan grafik secara simultan. Out put nya dianalisis dengan Ms Excell. Untuk mobil saling bergerak mendekat diperoleh e=0,2948 dan untuk mobil yang salah satunya diam diperoleh e=0,0042. Dengan demikian, dapat disimpulkan penentuan koefisien restitusi (e) dengan VBL dan Logger Pro 3.84 sesuai dengan kajian teori dan dapat membantu mahasiswa menghubungkan representasi gejala fisis tumbukan yang abstrak dengan dunia nyata.

Kata Kunci : Koefisien restitusi, VBL, Logger Pro 3.84

PENDAHULUANDalam kehidupan sehari-hari sering dijumpai peristiwa tabrakan atau tumbukan antara dua

kendaraan. Kita asumsikan, ada dua mobil yang massanya berbeda, mobil kesatu melaju dengan kecang sedangkan mobil kedua diam. Mobil kesatu menumbuk mobil kedua yang diam, setelah tumbukan, kedua mobil bergerak searah dengan arah laju mobil kesatu. Dengan menghitung ke-cepatan kedua mobil, sebelum dan sesudah tumbukan, kita bisa menentukan besaran fisis koefisien restitusi (e).

Koefisien restitusi dikenal dengan tingkat kelentingan atau kelastisan tumbukan, yang be-sarnya adalah antara 0 sampai 1 (0 ≤ e ≤ 1). Semakin besar nilai e, maka tingkat kelentingannya se-makin tinggi, begitu pula sebaliknya. Kajian penelitian yang sudah perna ada, nilai e dengan metode bounce untuk bola basket e ≈ 0,6; bassball 0,55 Eric W. Weisstein (2007); bola tenis 0,636, bola karet 0,788 dan untuk bola golf 0,911 N Farkas and R.D Ramsier (2006).

Untuk menentukan nilai e diperlukan instrumen pengumpul data yang sangat teliti, karena peristiwa tumbukan terjadi dalam waktu yang sangat singkat. Pada penelitian ini dibuat model eksperimen dua kendaraan (mobil-mobilan) yang bertumbukan, dengan variasi massa dan ke-cepatan. Dengan merekam peristiwa sebelum dan sesudah tumbukan dua kendaraan tersebut, ke-mudian menganilisnya dengan software Logger Pro 3.84 serta Ms. Excel, maka kita dapat menge-tahui besarnya nilai koefisien restitusi dari peristiwa tumbukan tersebut.

F-1

Fatkhulloh/Penentuan Koefisien Restitusi

LANDASAN TEORI A. momentum dan impuls Hukum kedua Newton untuk sebuah partikel dituliskan (Young & Freedman : 2004):

(1)atau dapat dituliskan dengan

. (2)

Dengan menggunakan simbul untuk momentum, diperoleh : (3)

Persamaan dapat juga dituliskan sebagai persamaan momentum :

. (4)

Momentum juga dinamakan jumlah gerak yang besarnya berbanding lurus dengan massa dan kecepatan benda. Suatu benda yang bermassa m bekerja gaya F yang konstan, maka setelah waktu t benda tersebut bergerak dengan kecepatan:

(6)Besaran F.t disebut impuls sedangkan besarnya m.v yaitu hasil kali massa dengan

kecepatan disebut Momentum dengan satuan kg m/det. Dengan kata lain dapat dinyatakan, bahwa Impuls adalah sama dengan perubahan momentum, dimana :

m.vt = momentum benda pada saat kecepatan vt

m.vo = momentum benda pada saat kecepatan vo

B. Hukum kekekalan momentum Apabila ada dua partikel A dan B, maka gaya dalam (internal force) yang diberikan partikel

B ke A dituliskan dan sebaliknya . Dalam kondisi sistem terisolasi (isolated system), laju perubahan momentum dari kedua artikel tersebut :

(7)

Momentum dari setiap partikel berubah, tetapi perubahan itu tidak bebas, tetapi berdasarkan hokum ketiga Newton, gaya dan selalu sama besar tetapi berlawanan arah. Artinya = - atau dapat ditulis :

(8)

Laju waktu dari perubahan momentum total adalah nol. Jadi, momentum total dari suatu system adalah konstan, walaupun momentum masing-masing partikel yang membentuk system dapat berubah.

(9)

C. Hukum Kekekalan Momentum dan Koefisien Restitusi Jika gaya internal yang bekerja pada lebih besar dari gaya luar, seperti pada banyak kasus

tumbukan, maka kita dapat mengabaikan gaya luar dan menganggap berlaku system yang terisolasi. Maka momentum tumbukan itu kekal dan dan momentum total dari system mempunyai

F-2

Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 2 Juni 2012

harga yang sama, baik sebelum maupun sesudah tumbukan. Jika gaya antara benda-benda juga kekal, maka tidak ada energi mekanik yang hilang atau

bertambah selama tumbukan. Artinya energi kinetik total pada sistem sesudah tumbukan sama dengan sebelum tumbukan. Tumbukan yang demikian disebut tumbukan elastis (elastic collusion) Contohnya, tumbukan antara dua kelereng atau dua bola bilyard adalah contoh tumbukan yang hampir elastis sempurna.

Tumbukan di mana energi kinetik total sesudah tumbukan lebih kecil dari pada energi kinetiknya sebelum tumbukan disebut tumbukan tak elastik (inelastic collusion). Tumbukan tak elastik dimana benda-bendanya tetap bersatu dan bergerak bersama setelah tumbukan disebut tumbukan tak elastik sempurna.

Hukum kekekalan momentum linear dirumuskan oleh (Halliday & Resnick : 2002) sebagai berikut :

(10)

Untuk kasus tumbukan elastik berlaku pula hukum kekekalan energy, yaitu:

(11)

Untuk tumbukan takelastik sempurna antara dua benda A dan B berlaku :

(12)

Nampak bahwa kecepatan akhir kebua benda adalah sama, karena kedua benda menyatu setelah tumbukan. Kekekalan momentum menghasilkan :

(13)dari persamaan ini kita dapat menentukan kecepatan akhir setelah tumbukan

(14)

Apabila kecepatan mobil ke-1 sebelum tumbukan dinyatakan dengan v1 dan kecepatan sesudah tumbukan dinyatakan dengan v1’ sedangkan kecepatan mobil ke-2 sebelum tumbukan dinyatakan dengan v2 dan kecepatan sesudah tumbukan dinyatakan dengan v2’. Setelah data kecepatan mobil-mobilan diperoleh dari software Logger Pro 3,84, maka nilai koefisien restitusi (e) dapat ditentukan dengan persamaan :

(19)

D. Software Logger Pro 3.84 Kemajuan teknologi komputer saat ini telah memunculkan alternatif teknik analisis melalui

rekaman video, yang dikenal dengan istilah Video Based Laboratory (VBL). Analisis melului video dimungkinkan oleh karena teknologi komputer mampu menangkap dan menjalankan kembali gambar bergerak resolusi tinggi dengan cukup mudah. Perserta didik dapat mengkonsentrasikan pada gambaran gejala fisika dalam video dan bukan pada teknik pengumbulan data. Melalui software yang dikembangan untuk VBL untuk yang mengolah video digital secara interaktif, memungkinkan siswa menangani kejadian gerak dalam video dan dapat menganalisis gerakan dengan cermat melalui grafik yang dibuat oleh mikrokomputer (Escalada, et al., 1996).

Ide menggunakan video untuk menganalisis gerak pertama kali dikembangkan oleh D. A. Zollman dan R. G. Fuller di tahun 1994, yaitu dengan menggunakan gambar videodisc yang

F-3

Fatkhulloh/Penentuan Koefisien Restitusi

ditayangkan di layar televisi. Peserta didik diminta memasang lembar plastik transparan pada layar dan memberi tanda di posisi objek ketika bergerak dari frame ke frame. Tanda-tanda ini kemudian digunakan untuk membuat grafik gerakan objek (Zollman dan Fuller, 1994). Sedangkan penggunaan komputer dalam kegiatan laboratorium fisika telah dimulai dipertengahan tahun 1980-an oleh Beichner. Ketersediaan teknologi yang relatif primitif saat itu hanya menghasilkan gambar hitam putih. Objek bergerak dari digitalisasi video sulit diorganisir, karena minimnya warna atau bayangan abu-abu yang datar (Beichner dan Abbot, 1999).

Saat in telah tersedia beberapa perangkat lunak untuk VBL, seperti VideoPoint dari Lenox Softwork yang dikembangkan untuk Workshop Physics Project. Vernier Software & Technology mengembangkan Logger Pro sebagai perangkat lunak untuk mengambil dan menganalisis data dari Vernier Lab Pro 3, yang memiliki fasilitas Video Analysis untuk membuat dan menganalisis grafik representasi gerak yang terlihat dalam video. Kontrol panel utama dari perangkat lunak secara otomatis atau manual dengan mudah dioperasikan dalam menjalankan rekaman video dari frame ke frame sehingga kejadian atau perubahan gejala sebagai fungsi waktu dapat teramati. (Vernier Internationl, 2004).

Gamboa, et al. (1999) mengemukakan bahwa VBL merupakan alat pendidikan yang dapat memadukan aspek teoritis dana eksperimental dalam pengajaran fisika. Video digital interaktif dalam VBL memberikan kesempatan pada siswa untuk terlibat secara aktif dalam pembelajaran sains (Escalada, et al, 1996). Beichner dan Abbot (1999) berpendapat bahwa dengan melihat kedu-anya yaitu kejadian gerak sebenarnya dengan penyajian grafik secara abstrak dalam VBL maka siswa akan lebih mudah membuat hubungan kognitif bila dihadapkan pada munculnya miskonsepsi terhadap gerak.

Program Logger Pro 3.84 merupakan salah satu softwere dari VBL yang mempunyai keistimewaan mampu menyajikan gejala fisika secara nyata baik berupa data kuantitatif dan grafiknya secara simultan dan memberikan jembatan antara pengamatan langsung dengan representasi abstrak dari berbagai fenomena fisika.

Pelacakan posisi gerak dengan warna tampilan yang berbeda dalam suatu gambar video, mampu mengubah data yang dihasilkan ke dalam bentuk nilai dan grafik secara jelas sehingga menawarkan banyak kemungkinan untuk membangun dan menguji model fisika  baik secara konseptual maupun analitis.

Merekam video dari animasi pembelajaran fisika adalah cara yang paling praktis untuk menampilkan pada kecepatan gerak suatu objek pengamatan yang sesungguhnya dan memberikan kesempatan untuk mengobservasi dan mengukur suatu model animasi. Dengan software Logger Pro, dapat disajikan secara bersama-sama kejadian fisis tumbukan, yaitu hubungan antara jarak tempuh (x) sebagai fungsi waktu (t). Melalui media ini pula memungkinkan pengamat untuk mem-prediksikan dan membandingkan hasil kesimpulan yang diperoleh secara teoritis dengan perilaku yang diamati secara objektif .

METODE PENELITIANUntuk mendukung proses pelaksanaan penelitian, diperlukan media dan alat penelitiannya.

Media dan alat penelitian itu adalah dua mobil-mobilan, jarak lintasan, video recording, komputer, software Loggre Pro 3.84, Ms. Excel dan software Youtube Converter.

Secara umum prosedur pengambilan data penelitian adalah menyiapkan dua model mobil-mobilan, dengan dua variasi kejadian, yaitu mobil pertama bergerak menumbuk mobil yang diam dan kedua mobil sama-sama melaju dengan arah yang berlawanan. Variasi pertama menghasilkan tumbukan tidak lenting dan variasi kedua menghasilkan tumbukan agak lenting.

Saat kedua mobil-mobilan dilepas, pada saat besamaan video perekam dijalankan, sehingga kejadian gerak kedua mobil-mobilan akan terekam setiap saat, baik pada saat sebelum tumbukan maupun setelah tumbukan. Jika format hasil perekaman video dalam format selain AVI atau MOV agar terbaca oleh Logger Pro 3.84, maka dilakukan convert dengan software seperti Youtube Converter. Setelah video dalam extention AVI atau MOV maka baru dapat dilakukan analisis lewat Logger Pro 3.84 . Dengan melakukan tracking setiap gerak mobil-mobilan, maka secara otomatis pada layar Logger Pro 3.84 ditampilkan data dan grafik secara simultan. Setelah data terkumpul, dieksport dan dianalisis dengan Ms. Excel, sehingga dapat ditentukan nilai koefisien restitusi dari tumbukan tersebut.

F-4

Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 2 Juni 2012

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN1. Mobil kesatu bergerak dan mobil kedua diam

Dengan massa m1=0,1707 kg dan m2=0,088 kg. Hasil analisis dengan Logger Pro diperoleh data seperti gambar-1 dan gambar-2.

Gambar-1 Hasil tracking tumbukan mobil kesatu dan mobil kedua diam, untuk posisi m1

sebelum tumbukan

Gambar-2 Hasil tracking tumbukan mobil kesatu dan mobil kedua diam, untuk posisi m1

setelah tumbukan

Berdasarkan data dari Logger Pro 3.84, yang diimport ke Ms. Excel diperoleh laju rata-rata : V1=1.173105 m/s; V1’=0,682476 m/s; V2= 0 m/s dan V2’= 0,687662 m/s sehingga diperoleh nilai e = 0,00442 dan momentum P= 0.12552224 kg.m/s dan P’= 0.13353919 kg.m/s. Hasil e

F-5

Fatkhulloh/Penentuan Koefisien Restitusi

ini sesuai dengan kajian teori dan ralat hokum kekekalan momentum hasil eksperimen relative kecil yaitu 6% (kurang dari 10%), sehingga penentuan nilai koefisien restitusi dengan metode VBL dengan Logger Pro 3.84 dapat digunakan untuk membantu menjelaskan kepada mahasiswa.

2. Mobil kesatu bergerak ke kanan dan mobil kedua bergerak ke kiriDengan massa m1=0,1707 kg dan m2=0,088 kg. Hasil analisis dengan Logger Pro diperoleh data seperti gambar-3 dan gambar-4.

Gambar-3 Hasil tracking tumbukan kedua mobil saling mendekat, untuk posisi m1 sebelum tumbukan

Gambar-4 Hasil tracking tumbukan kedua mobil saling mendekat, untuk posisi m2 sebelum tumbukan

Berdasarkan data dari Logger Pro 3.84, yang diimport ke Ms. Excel diperoleh laju rata-rata : V1=0,848622 m/s; V1’=0,702068 m/s; V2=1,170517 m/s dan V2’= 0,256041 m/s sehingga diperoleh nilai e = 0,294839 dan momentum P=0.193808 kg.m/s dan P’=0.1845 kg.m/s. Hasil

F-6

Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 2 Juni 2012

e ini sesuai dengan kajian teori dan ralat hokum kekekalan momentum hasil eksperimen relative kecil yaitu 5% (kurang dari 10%), sehingga penentuan nilai koefisien restitusi dengan metode VBL dengan Logger Pro 3.84 dapat digunakan untuk membantu menjelaskan kepada mahasiswa.

KESIMPULAN DAN SARANa. Kesimpulan

Untuk kondisi mobil pertama bergerak dan mobil kedua diam terjadi tumbukan tidak lenting dengan e = 0,0042 dan momentum sebelum tumbukan P=0,1255 dan P’=0,135. Sedangkan kondisi kedua, yaitu kedua mobil bergerak saling mendekat terjadi tumbukan kurang lenting dengan e = 0,2948 dan momentum sebelum tumbukan P=0,1255 dan P’=0,135. Secara teoritis bisa diterima dan bisa digunakan sebagai media untuk pembelajaran bagi mahasiswa.

b. SaranUntuk mendapatkan hasil data tracking yang bagus, sebaiknya digunakan kamera video yang mempunyai resolosi tinggi

DAFTAR PUSTAKABeichner, R. J., and Abbott, D. S., 1999, Video-Based Labs for Introductory Physics Courses, JCST

November 99. http://www.ncsu.edu/per/articles/jcst9911_101.pdf

Eric W. Weisstein, 2007, World of Physics, http://scienceworld.wolfram.com/physics/ElasticCollision.html

Escalada, L. T., et al., 1996, Application of Interactive Digital Video in a Physics Classroom, Journal of Educational Multimedia and Hypermedia, 5(1), 73-97. http://www.phys.ksu.edu/perg/papers/applicat.html

Gamboa, F., et al., 1999, Specification and Development of A Physics Video Based Laboratory, Instrumentation and Development Vol. 4 Nr. 5.

Halliday, D. & Resnick, R., 2002. Physics, tenth edition. Alih bahasa Silaban, Pantur dan Erwin Sucipto. 1984. Fisika jilid 1. Jakarta: Erlangga.

N. Farkas and R.D. Ramsier, Physics Education 41, 73 (2006)http://scienceworld.wolfram.com/physics/CoefficientofRestitution.html

Vernier International, 2004, Data Collection with Computer and Handhelds 2004 Catalog. http://www.vernier-intl.com

Young, H. D. & Freedman, R.A., 2004. University physics tenth edition. Alih bahasa Juliastuti, En-dang. 2004. Fisika universitas/ edisi kesepuluh/ jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Zollman, D. A. and Fuller, R. G., 1994, Teaching and Learning Physics with Interactive Video,

Physics Today, 47(4), 41-47. http://www.phys.ksu.edu/perg/dvi/pt/intvideo.html

F-7