ALAT PERAGA FISIKA HUKUM KEKEKALAN ENERGI, GAYA, KECEPATAN,

DAN PERCEPATAN PADA BIDANG MIRING.

Oleh

Hendika Iryanto

NIM: 612008006

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Juli 2015

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Saya, yang bertanda tangan di bawah ini:

NAMA : Hendika Iryanto

NIM : 612008006

JUDUL SKRIPSI : Alat Peraga Fisika Hukum Kekekalan Energi, Gaya,

Kecepatan, dan Percepatan Pada Bidang Miring.

Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata

ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi

apapun sesuai aturan yang berlaku.

Salatiga, Juli 2015

Hendika Iryanto

Materai Rp,

6000,-

Tanda Tangan

INTISARI

Di kalangan peserta didik telah berkembang kesan yang kuat bahwa pelajaran fisika

merupakan pelajaran yang sulit untuk dipahami dan kurang menarik. Keberadaan peralatan

laboratorium IPA merupakan sarana yang harus diupayakan guna meningkatkan mutu

pembelajaran IPA di sekolah. Alat peraga praktik (APP) IPA mempunyai peranan yang

sangat penting dalam pembelajaran, yaitu untuk menjelaskan konsep, sehingga siswa

memperoleh kemudahan dalam memahami hal-hal yang dikemukakan guru, memantapkan

penguasaan materi yang ada hubungannya dengan bahan yang dipelajari dan

mengembangkan keterampilan

Oleh karena itu, skripsi ini bertujuan untuk merancang alat peraga/media yang

dinamakan “Alat Peraga Fisika Hukum Kekekalan Energi, Gaya, Kecepatan, dan

Percepatan Pada Bidang Miring”. Alat ini terdiri dari sebuah bidang miring yang dapat

diatur sudut kemiringannya mulai dari 0o hingga 90o, jenis permukaan yang bervariasi

(akrilik, kayu, dan kertas) dan beban yang memiliki massa yang bisa diubah dengan

kelipatan 100 gram mulai dari 100 gram hingga 500 gram yang nantinya akan diluncurkan

di atas bidang miring tersebut untuk mendapatkan beberapa parameter besaran fisika yaitu

percepatan, kecepatan, energi kinetik, energi potensial, energi yang hilang karena gesekan

dan koefisien gaya gesek kinetik yang dapat kita amati untuk menunjang pembelajaran

tentang fisika. Dengan dilengkapi GUI (Graphical User Interface) yang dapat

menampilkan parameter besaran fisika secara langsung seiring meluncurnya beban (real

time) dalam bentuk data mentah maupun grafik. Diharapkan alat peraga ini dapat menarik

minat dan kemauan siswa untuk lebih tertarik dalam mempelajari fisika.

ABSTRACT

High school students have strong impression that physics is difficult to learn and

unattractive. The existence of science laboratory equipment is something that must be

pursued to improve the quality of science studies at school. Science visual aid tools has

important role in science study to explain the concept, so that the students are able to learn

about the subject from their instructor easier, establish physics material mastery and

develope their skill.

Because of that, this final project is intended to design visual aid tool that is named

“Physics Visual Aid Tools on Energy Conservation Law, Force, Velocity, and

Acceleration on Ramp”. This visual aid tool contains a ramp that have adjustable angles,

several kinds of surface, and masses which will be slided on a ramp to get some physics

parameter that can be observed to support about physics studies.

Equipped with desktop program showing physics parameter in real time in form of

raw data and graphs, this visual aid tool is expected to attract student’s will and interest

about learning physics.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Bapa Tuhan Yang Maha Kuasa atas

segala rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan

serta penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik

Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai

pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Yesus Kristus atas rahmat kasih karunia yang diberikan sehingga penulis bisa

mengerjakan dan menyelesaikan skripsi dengan baik, penyertaan-Mu sungguh

ada dan nyata dalam pengerjaan skripsi ini.

2. Ayah saya Herwanto, ibu saya Lilis, kakak saya Hesti Iryani, dan keponakan saya

Ellen Avelia yang sudah memberkan suntikan semangat serta motivasi secara

langsung maupun tidak langsung, terima kasih untuk segalanya, dukungan kalian

membuatku selalu bersemangat mengerjakan skripsi ini.

3. Bapak Deddy Susilo, S.T., M.Eng dan Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng selaku

pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, arahan dan ide-

ide cemerlang serta inovatif yang menginspirasi penulis selama mengerjakan

skripsi ini.

4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Dita, Mbak

Vera, Pak Budi, Pak Harto, Pak Bambang, dan Mas Hari.

5. Ruth Reima Afluria Widhiyanti dan Aletheia Anggelia Tonoro yang sudah

menjadi kakak dan adik selama saya merantau menimba ilmu di FTEK UKSW.

6. Staff InfinIT yang sudah memberikan tempat untuk belajar dan berkembang,

terima kasih atas bimbingan, ide cemerlang, dan ilmu yang kalian berikan kepada

penulis.

7. Teman-teman RCSM yang selalu ada dikala senang maupun duka menghadapi

kerasnya kehidupan sebagai mahasiswa FTEK UKSW.

8. Teman-teman angkatan 2008 yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu persatu.

9. Para penghuni Lab XT selama mengerjakan skripsi.

10. Teman-teman main bola, teman-teman futsal teman-teman badminton, teman-

teman pendaki gunung dan teman-teman lainnya.

11. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan

terima kasih.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga

skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.

Salatiga, Juli 2015

Penulis

DAFTAR ISI

INTISARI . ............................................................................................................... i

ABSTRACT . .............................................................................................................. ii

KATA PENGANTAR .................................................................................................. iii

DAFTAR ISI ................................................................................................................. v

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................................. viii

DAFTAR SINGKATAN .................................................................................................... ix

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1

1.1. Tujuan ........................................................................................ 1

1.2. Latar Belakang ........................................................................... 1

1.3. Spesifikasi Sistem ....................................................................... 3

1.4. Sistematika Penulisan ................................................................. 3

BAB II DASAR TEORI ................................................................................. 4

2.1. Kelajuan, Perpindahan, Kecepatan, dan Percepatan .................. 4

2.2. Hukum Newton II ...................................................................... 5

2.3. Usaha dan Energi ....................................................................... 7

2.3.1. Energi Kinetik ............................................................. 7

2.3.2. Energi Potensial ......................................................... 8

2.3.3. Kekekalan Energi Mekanik ......................................... 8

2.4. Sensor Akselerometer Digital ADXL345 ................................... 9

2.5. Sensor Ultrasonik ...................................................................... 13

2.6. Mikrokontroler ATmega 2560 .................................................. 14

BAB III PERANCANGAN ALAT ................................................................. 16

3.1. Gambaran Sistem ...................................................................... 16

3.2. Perancangan Mekanik ............................................................... 17

3.3. Perancangan Elektronika Alat Peraga Fisika .............................. 18

3.3.1. Pengendali Utama ...................................................... 19

3.4. Perancangan Perangkat Lunak .................................................... 21

3.4.1. Pengolahan Data Akselerometer ................................ 21

3.4.2. Sensor Ultrasonik HY-SRF05 .................................... 24

3.4.3. User Interface (Program Desktop) ............................. 26

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ........................................................ 30

4.1. Pengujian Sensor Akselerometer .............................................. 30

4.1.1. Pengujian Data Percepatan Gravitasi ......................... 30

4.2.1. Pengujian Data Kemiringan Sudut ψ Akselerometer .. 33

4.2. Pengujian Sensor Jarak HY-SRF05 ........................................... 34

4.3. Pengujian Data Program User Interface ................................... 35

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 42

5.1. Kesimpulan ............................................................................... 42

5.2. Saran Pengembangan ................................................................ 42

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 43

LAMPIRAN ............................................................................................................... 45

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Balok bergerak dari titik x1 ke titik x2 ...................................................... 4

Gambar 2.2. Model Sistem (Gaya pada bidang miring tanpa gesekan) ....................... 5

Gambar 2.3. Model Sistem (Gaya pada bidang miring dengan gesekan) ..................... 6

Gambar 2.4. Balok mengalami perpindahan setelah dikenai gaya sebesar F ................ 7

Gambar 2.5. Sumbu akselerometer ADXL345. ............................................................. 9

Gambar 2.6. Keluaran data akslerometer ADXL345 pada berbagai orientasi posisi ...... 9

Gambar 2.7. Konfigurasi pin ADXL345 ....................................................................... 10

Gambar 2.8. Contoh Rangkaian ADXL345 dengan komunikasi I2C ............................. 12

Gambar 2.9. Gambar pantulan gelombang ultrasonic .................................................... 13

Gambar 2.10. Sensor Ultrasonik HY-SRF05 .................................................................. 14

Gambar 2.11. Konfigurasi pin ATmega2560 ................................................................. 15

Gambar 3.1. Blok diagram alat peraga fisika ................................................................. 16

Gambar 3.2. Gambar sketsa sisi miring tampak atas ...................................................... 17

Gambar 3.3. Gambar sketsa mekanik tampak depan ...................................................... 17

Gambar 3.4. Realisasi mekanik alat peraga fisika .......................................................... 18

Gambar 3.5. Skema perancangan elektronika alat peraga ............................................ 20

Gambar 3.6. Realisasi elektronika alat peraga ................................................................ 20

Gambar 3.7. Berbagai posisi kemiringan sudut dari sensor akselerometer ................... 21

Gambar 3.8. HY-SRF05 Mode 1 ................................................................................... 24

Gambar 3.9. Timing Diagram HY-SRF05 Mode 1 ........................................................ 24

Gambar 3.10. HY-SRF05 Mode 2 ................................................................................. 25

Gambar 3.11. Timing Diagram HY-SRF05 Mode 2 ..................................................... 25

Gambar 3.12. User Interface Alat Peraga ...................................................................... 26

Gambar 3.13. Diagram alir alat peraga fisika ................................................................. 28

Gambar 4.1. Pengambilan data berdasarkan perbedaan besar massa ............................ 36

Gambar 4.2. Pengambilan data berdasarkan perbedaan jenis permukaan alas ............... 38

Gambar 4.3. Permodelan Hukum Kekekalan Energi Pada Bidang Miring ................... 39

Gambar 4.4. Pengambilan Data Energi ......................................................................... 40

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Deskripsi pin ADXL345 . .............................................................................. 10

Tabel 2.2. Spesifikasi ADXL345 ................................................................................... 11

Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler AVR ATmega2560 yang digunakan .......... 19

Tabel 4.1. Data pengujian percepatan gravitasi akselerometer sebelum kalibrasi ......... 31

Tabel 4.2. Percepatan gravitasi dan kemiringan sudut ideal sensor akselerometer ....... 31

Tabel 4.3. Data pengujian percepatan gravitasi akselerometer setelah kalibrasi ............ 33

Tabel 4.4. Perbandingan data kemiringan sudut ψ ........................................................ 34

Tabel 4.5. Perbandingan pengukuran jarak ................................................................... 35

DAFTAR SINGKATAN

ADC Analog Digital Converter

APP Alat Peraga Praktik

BSNP Badan Standar Nasional Pendidikan

Depdiknas Departemen Pendidikan Nasional

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

EK Energi Kinetik

EP Energi Potensial

I2C Inter-Integrated Circuit

IPA Ilmu Pengetahuan Alam

LSB Least Significant Bit

MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor

PC Personal Computer

PWM Pulse Width Modulation

SPI Serial Peripheral Interface

SRAM Static Random Access Memory

USART Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter

USB Universal Serial Bus