halaman judul - repository.usd.ac.id · wahyu dwi anggoro nim: 111424039 telah dipertahankan di...
Post on 25-Jun-2020
9 Views
Preview:
TRANSCRIPT
HALAMAN JUDUL
PENGUKURAN POSISI PADA GERAK ROKET UNTUK MENGHITUNG
NILAI KECEPATAN DAN PERCEPATANNYA DENGAN KAMERA
VIDEO DAN SOFTWARE LOGGERPRO
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh:
Wahyu Dwi Anggoro
NIM: 111424039
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
HALAMAN PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING
SKRIPSI
PENGUKURAN POSISI PADA GERAK ROKET UNTUK MENGHITUNG
NILAI KECEPATAN DAN PERCEPATANNYA DENGAN KAMERA VIDEO
DAN SOFTWARE LOGGERPRO
Oleh:
Wahyu Dwi Anggoro
NIM: 111424039
Telah disetujui oleh:
Pembimbing
Ir. Sri Agustini Sulandari, M.Si. Tanggal_________________2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
HALAMAN PENGESAHAN
SKRIPSI
PENGUKURAN POSISI PADA GERAK ROKET UNTUK MENGHITUNG
NILAI KECEPATAN DAN PERCEPATANNYA DENGAN KAMERA
VIDEO DAN SOFTWARE LOGGERPRO
Dipersiapkan dan ditulis oleh
Wahyu Dwi Anggoro
NIM: 111424039
Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji
Pada tanggal 11 Juni 2018
Dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji
Nama lengkap Tanda tangan
Ketua : Dr. Marcellinus Andy Rudhito, S.Pd.
Sekretaris : Dr. Ign. Edi Santosa,M.S.
Anggota : Ir. Sri Agustini Sulandari, M.Si.
Anggota : Dwi Nugraheni Rositawati, M.Si.
Anggota : Drs. Domi Severinus, M.Si.
Yogyakarta, 11 Juni 2018
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Sanata Dharma
Dekan,
Dr. Yohanes Harsoyo, S.Pd., M.Si
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini
tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan
dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 31 Juli 2018
Penulis
Wahyu Dwi Anggoro
NIM: 111424039
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda-tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata
Dharma
Nama : Wahyu Dwi Anggoro
NIM : 111424039
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:
“PENGUKURAN POSISI PADA GERAK ROKET UNTUK MENGHITUNG
NILAI KECEPATAN DAN PERCEPATANNYA DENGAN KAMERA VIDEO
DAN SOFTWARE LOGGERPRO”. Dengan demikian saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan
dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,
mendistribusikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa
perlu meminta izin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal 31 Agustus 2018
Yang menyatakan,
Wahyu Dwi Anggoro
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai gerak roket dengan bahan bakar mesiu
(blackpowder) dengan arah vertikal ke atas. Gerak roket secara vertikal direkam
dengan kamera video dan dianalisis menggunakan software pengolah video
LoggerPro. Hasil dari analisis video berupa grafik hubungan posisi terhadap waktu,
grafik hubungan kecepatan terhadap waktu, dan grafik hubungan percepatan
terhadap waktu. Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu di-fit dengan
persamaan kecepatan untuk menilai hasil pengukuran. Demikian pula, grafik
hubungan percepatan terhadap waktu di-fit dengan persamaan percepatan untuk
menilai hasil pengukuran. Didapatkan hasil bahwa model roket sederhana dengan
bahan bakar mesiu dapat dibuat untuk menunjukkan gerak dengan percepatan tidak
konstan yang persamaan geraknya sesuai dengan rumusan teoretis.
Kata kunci: roket, gerak roket, posisi, kecepatan, percepatan, massa,
perubahan massa, pengukuran, gerak dengan percepatan tidak konstan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
ABSTRACT
Experiments on variable-mass system or rocket motion by vertically
launching blackpowder-powered rocket models has been made. This motion is
recorded with video camera and analyzed with video processing software
LoggerPro. The results of the analysis are graphs of position to time, of velocity to
time and of acceleration to time. The graphs are fitted to velocity and acceleration
equations to evaluate the measurements. The result is that a simulation of non-
uniform acceleration motion can be done with simple blackpowder-powered rocket
models which satisfy the theoretical hypothesis.
Key words: rocket, rocket motion, position, velocity, acceleration, mass,
variable-mass system, measurement, non-uniform acceleration.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah Yang Maha Kuasa dan Maha Kasih atas berkat
dan rahmat-Nya yang melimpah. Berkat dan rahmat itulah yang membuat penulis
dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Selain itu, penulis ingin mengucapkan
terima kasih juga kepada:
1. Serikat Yesus yang telah memberi saya kesempatan untuk belajar di
Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma.
2. Seluruh civitas academica Universitas Sanata Dharma, baik dosen,
karyawan, maupun rekan-rekan mahasiswa yang telah membantu saya
dalam berbagai hal yang tidak dapat saya sebut satu per satu.
3. Keluarga saya di rumah yang selalu mendoakan dan memberi semangat.
4. Ir. Sri Agustini Sulandari, M.Si., selaku dosen pembimbing yang telah
membimbing penulis dengan sabar, memberi motivasi dan memberikan
arahan dari awal sampai akhir penulisan skripsi ini.
5. Teman-teman Pendidikan Fisika Angkatan 2011 yang senantiasa
menginspirasi dan memotivasi saya untuk segera menyelesaikan skripsi
ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih belum sempurna. Untuk itu, kritik
dan saran yang membangun akan penulis terima dengan senang hati. Semoga
skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi semua pembaca.
Yogyakarta, 25 Juni 2018
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING ...................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .............................................................. iv
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................. v
ABSTRAK ......................................................................................................... vi
ABSTRACT ...................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xi
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1
I.1 Latar Belakang....................................................................................... 1
I.2 Batasan Masalah dan Perumusan Masalah ............................................. 4
I.3 Maksud dan Tujuan Penulisan ............................................................... 4
I.4 Metode Penelitian dan Penulisan ............................................................ 5
I.5 Sistematika Penulisan ............................................................................ 6
BAB II DASAR TEORI ................................................................................. 8
II.1 Gerak dengan Percepatan Tidak Tetap ................................................... 8
II.2 Gerak Roket sebagai Gerak dengan Percepatan Tidak Tetap .................. 9
II.3 Tinjauan Pustaka.................................................................................. 14
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................. 16
III.1 Jenis dan Tempat Penelitian ............................................................. 16
III.2 Alat dan Bahan ................................................................................. 16
III.3 Prosedur Penelitian ........................................................................... 17
III.3.1 Pembuatan Roket ...................................................................... 17
III.3.2 Prosedur Penelitian.................................................................... 18
III.4 Metode Analisis Data ....................................................................... 19
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................... 21
IV.1 Hasil Percobaan................................................................................ 21
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
IV.1.1 Percobaan I ............................................................................... 23
IV.1.2 Percobaan II .............................................................................. 28
IV.1.3 Percobaan III ............................................................................. 33
IV.2 Pembahasan ..................................................................................... 39
BAB V PENUTUP ....................................................................................... 41
V.1 Kesimpulan.......................................................................................... 41
V.2 Beberapa Catatan ................................................................................. 42
V.3 Relevansi ............................................................................................. 44
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 46
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar IV.1. Desain Roket untuk Penelitian ..................................................... 21
Gambar IV.2 Diagram Tiang Penyangga Peluncuran.......................................... 22
Gambar IV.3 Grafik Hubungan antara Ketinggian (h) Roket vs Waktu (t) .......... 27
Gambar IV.4 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t) ........... 27
Gambar IV.5 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t) .......... 28
Gambar IV.6 Grafik Hubungan antara Ketinggian (h) Roket vs Waktu (t) .......... 32
Gambar IV.7 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t) ........... 32
Gambar IV.8 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t) .......... 33
Gambar IV.9 Grafik Hubungan antara Ketinggian (h) Roket vs Waktu (t) .......... 37
Gambar IV.10 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t) ......... 37
Gambar IV.11 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t) ........ 38
DAFTAR TABEL
Tabel IV.1. Hubungan antara Waktu, Ketinggian, Kecepatan dan Percepatan pada
Gerak Roket .................................................................................................. 23
Tabel IV.2. Hubungan antara Waktu, Ketinggian, Kecepatan dan Percepatan pada
Gerak Roket .................................................................................................. 28
Tabel IV.3. Hubungan antara Waktu, Ketinggian, Kecepatan dan Percepatan pada
Gerak Roket .................................................................................................. 33
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini terdiri dari lima bagian. Bagian-bagian tersebut adalah latar belakang,
maksud dan tujuan penulisan, batasan masalah dan perumusan masalah, metode
penelitian dan penulisan, serta sistematika penulisan skripsi ini. Tujuan dari bab ini
adalah agar pembaca memperoleh gambaran besar guna memahami alur dan
pembahasan skripsi ini.
I.1 Latar Belakang
Manusia, sejak berabad-abad lamanya, telah berusaha untuk menyatakan
kuantitas dengan bilangan. Manusia juga membandingkan sifat-sifat fisis benda dan
menemukan kesamaan atau perbedaan. Misalnya, sebuah benda lebih panjang atau
lebih pendek dari benda lainnya. Dalam artian yang sangat sederhana,
pembandingan ini sudah merupakan pengukuran. Demi kemudahan dan kepraktisan
pengukuran ini, dibuatlah suatu satuan yang kurang lebih standar. Dalam fisika,
dikenal istilah SI (satuan internasional) yang merupakan satuan pengukuran
standar.
Seiring perkembangan ilmu pengetahuan, berkembang pula sistem
pengukuran. Tidak hanya jumlah besaran yang berusaha diukur semakin banyak,
melainkan juga usaha agar hasil pengukuran sungguh merepresentasikan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
kenyataan. Pengukuran, sebagai sebuah estimasi atau perkiraan, diusahakan
menghasilkan sebanyak mungkin angka pasti dan meminimalkan ketidakpastian.
Dalam mekanika klasik, besaran yang umumnya berperan adalah waktu, jarak
dan perpindahan, kecepatan dan kelajuan, serta percepatan. Waktu (atau selang
waktu) dapat menjadi sulit diukur dengan akurat jika selang waktu tersebut amat
singkat. Demikian pula jarak dan perpindahan (besaran panjang), menjadi sulit
diukur ketika nilainya sangat kecil. Namun, secara umum, besaran panjang
bukanlah besaran yang dapat berubah nilainya dalam waktu singkat sehingga masih
dapat dilakukan pengukuran dengan cukup tepat bahkan dengan alat ukur yang
sangat sederhana.
Lain halnya dengan besaran kecepatan, kelajuan, dan percepatan. Kecepatan
(sesaat) didefinisikan sebagai perpindahan yang dialami suatu benda dalam selang
waktu mendekati nol. Sementara percepatan (sesaat) didefinisikan sebagai
perubahan kecepatan yang dialami suatu benda dalam selang waktu mendekati nol.
Selang waktu yang amat kecil ini membuat pengukuran kecepatan dan percepatan
menjadi amat sulit. Untuk pengukuran kecepatan dan kelajuan, umumnya
digunakan spedometer. Sementara untuk pengukuran percepatan, digunakan
akselerometer. Kekurangan kedua alat ini terdapat pada keharusan kedua alat
dipasang pada benda yang bergerak. Akibatnya, massa benda yang akan diukur
berubah karena massa alat ukur yang terpasang padanya. Dengan kata lain,
keberadaan alat ukur mempengaruhi gerak benda.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
Telah diupayakan cara-cara lain untuk mengatasi masalah di atas. Untuk
pengukuran kecepatan, digunakan pistol radar serta pemanfaatan efek Doppler. Alat
ini umum dipakai pada pengukuran kecepatan bola tenis dan oleh polisi untuk
mengukur kecepatan kendaraan yang melintas. Namun cara di atas tidak praktis dan
cukup mahal karena membutuhkan alat tertentu (pistol radar). Sementara di
laboratorium, kerap digunakan detektor gerak (motion detector) atau photogate
untuk keperluan akurasi. Tentu saja alat-alat ini cukup mahal dan hanya dapat
digunakan dalam kondisi tertentu saja di laboratorium. Salah satu alternatif alat
pengukur kecepatan dan percepatan yang cukup murah, praktis dan dapat
digunakan dalam berbagai kondisi medan adalah analisis video dengan
memanfaatkan software, sebagaimana misalnya LoggerPro.
Pengukuran kecepatan dan percepatan dengan analisis video ini menjadi
praktis karena di lapangan, yang harus ada hanyalah kamera untuk merekam gerak
benda. Sementara, kita tahu bahwa saat ini hampir setiap orang memiliki telepon
seluler pintar yang berkamera. Selanjutnya hasil rekaman dianalisis di komputer
menggunakan software LoggerPro.
Dalam skripsi ini, dipilih gerak roket sebagai gerak yang akan dianalisis
terkait kecepatan dan percepatannya. Pemilihan ini pertama-tama berdasar
kenyataan bahwa gerak roket termasuk dalam gerak dengan percepatan tidak
konstan (non-uniform acceleration). Dengan demikian, diharapkan hasil
pengukuran menunjukkan nilai percepatan benda yang berubah-ubah. Demikian
pula dengan nilai kecepatannya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
I.2 Batasan Masalah dan Perumusan Masalah
Permasalahan yang diteliti dalam skripsi ini dibatasi pada pengukuran
kecepatan dan percepatan benda pada gerak roket dengan menggunakan analisis
video.
Dari latar belakang pada bagian sebelumnya, masalah yang ada penulis
rumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana membuat benda (roket) dapat bergerak dengan percepatan
yang tidak konstan (non-uniformed acceleration)?
2. Bagaimana gerak roket dapat terekam dengan baik oleh kamera (jelas dan
tidak ada yang terlewatkan) dan dapat diperoleh data mengenai posisi
roket?
3. Bagaimana akurasi hasil pengukuran (kecepatan dan percepatan roket)
dapat dipertanggungjawabkan dan sesuai dengan rumusan teoretis?
I.3 Maksud dan Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk menunjukkan bahwa gerak dengan
percepatan tidak tetap (non-uniform acceleration) dapat disimulasikan secara
sederhana dengan roket model dan pengukuran karakteristik geraknya (posisi,
kecepatan dan percepatannya) dapat diukur dengan metode yang sederhana pula,
yakni dengan analisis rekaman kamera video menggunakan software LoggerPro.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
Selain itu, fenomena gerak dengan percepatan tidak konstan (non-uniform
acceleration) merupakan gerak yang jarang mendapat pembahasan mendalam, baik
di tingkat pendidikan menengah, maupun di tingkat pendidikan tinggi. Maka tujuan
kedua skripsi ini adalah sekaligus sebagai pemberi wawasan kepada pembaca
tentang karakteristik gerak tersebut.
Tujuan ketiga, pemilihan metode pengukuran menggunakan analisis video
dimaksudkan untuk menambah wawasan pembaca bahwa suatu pengukuran yang
akurat dan dapat dipertanggungjawabkan tidak harus menggunakan alat yang mahal
dan rumit. Ketika hampir setiap orang mempunyai akses terhadap kamera, maka
pengukuran dengan analisis video menjadi sesuatu yang sangat affordable, dengan
akurasi yang dapat dipertanggungjawabkan pula. Sementara, gerak roket dipilih
karena ketertarikan pribadi penulis pada jenis gerak ini.
I.4 Metode Penelitian dan Penulisan
Metode yang digunakan dalam penulisan skripsi ini meliputi:
1. Studi kepustakaan
Topik penelitian untuk skripsi ini penulis dapatkan sewaktu menempuh
mata kuliah Penelitian Fisika II. Dari salah satu jurnal yang penulis baca,
muncul gagasan untuk melakukan pengukuran kecepatan dan percepatan
pada gerak roket. Kemudian, penulis melakukan kajian pustaka dengan
mencitra referensi lebih lanjut, entah dari jurnal lain maupun dari buku-buku
yang membahas topik tersebut.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
2. Studi lapangan
Tahap berikutnya adalah studi lapangan, di mana penulis mencari
kemungkinan-kemungkinan untuk membuat sendiri roket untuk keperluan
penelitian ini. Termasuk dalam tahap ini adalah pencarian tempat di mana alat
dan bahan pembuatan roket dapat didapatkan dan lokasi yang memungkinkan
untuk peluncuran roket.
3. Pembuatan alat
Tahap ketiga adalah pembuatan roket itu sendiri. Dengan
memanfaatkan literatur yang sudah dipelajari dan menyesuaikan dengan
kondisi lapangan, termasuk ketersediaan alat dan bahan, penulis lalu
membuat roket sesuai spesifikasi yang dituntut untuk penelitian ini.
4. Pengumpulan data
Tahap terakhir adalah peluncuran roket dan perekaman dengan kamera
yang dilanjutkan dengan analisis video untuk mendapatkan data kecepatan
dan percepatan yang diinginkan.
I.5 Sistematika Penulisan
Skripsi ini ditulis dengan sistematika sebagai berikut:
Bab pertama merupakan pendahuluan. Dalam bab ini, diuraikan latar
belakang masalah, maksud dan tujuan penulisan, batasan dan perumusan masalah,
metode penelitian dan penulisan, dan sistematika penulisan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
Bab kedua memuat dasar teori. Dalam bab ini, dibahas landasan-landasan
teoretis yang berlaku dalam gerak roket. Landasan teori ini menjadi semacam
prediksi atas hasil percobaan dan karakteristik gerak roket. Dalam bab ini juga
ditampilkan referensi mengenai penelitian serupa yang telah dibuat oleh orang lain.
Bab ketiga memuat metode penelitian. Bab ini terdiri atas langkah-langkah
atau prosedur yang penulis tempuh dalam penelitian ini. Termasuk dalam bab ini
adalah alat dan bahan yang diperlukan, langkah pembuatan alat dan penyusunan
alat, serta metode pengumpulan dan analisis data.
Bab keempat merupakan hasil dan pembahasan. Dalam bab ini, disajikan
hasil penelitian berupa data serta bagaimana data tersebut dianalisis dan dibahas.
Selanjutnya, hasil ini dibandingkan dengan prediksi atau dengan penelitian lain
yang serupa.
Bab kelima merupakan penutup. Bab ini berisi kesimpulan dan beberapa
catatan mengenai hasil penelitian. Dalam bab ini, akan diuraikan pula relevansi
penelitian ini bagi kemajuan pendidikan dan ilmu fisika.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
BAB II
DASAR TEORI
Dalam bab ini, akan dibahas landasan-landasan teori yang dapat menjadi titik
pijak dalam memahami karakteristik gerak roket. Selanjutnya, dari landasan teori
tersebut dapat dilakukan prediksi atas apa yang akan terjadi pada gerak roket.
Dibahas pula beberapa penelitian yang telah dilakukan oleh orang lain dan
dilaporkan dalam jurnal mengenai pengukuran kecepatan gerak roket.
II.1 Gerak dengan Percepatan Tidak Tetap
Gerak dengan percepatan tetap adalah gerak di mana benda mengalami
perubahan kecepatan secara konstan. Dalam fisika, dan terutama cabang mekanika
dan kinematika, digunakan konsep seperti perpindahan, kecepatan, dan percepatan
untuk menggambarkan gerak semacam itu. Perpindahan x dimengerti sebagai
perubahan posisi benda terhadap suatu titik acuan tertentu. Konsep kecepatan v
digunakan untuk menggambarkan seberapa cepat sebuah benda atau partikel
berubah posisi. Sementara konsep percepatan a digunakan untuk menunjukkan
perubahan kecepatan benda atau partikel per satuan waktu.1
Sesuai dengan namanya, gerak dengan percepatan tidak tetap (non-uniform
acceleration) adalah gerak di mana benda mengalami perubahan percepatan. Dalam
fisika, perubahan percepatan ini disebut sebagai sentakan (jerk). Sentakan ini dapat
1 Paul A. Tipler and Gene Mosca, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 28-
35.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
bernilai konstan ataupun berubah-ubah. Kecepatan v merupakan turunan pertama
perpindahan x terhadap waktu t, percepatan a merupakan turunan kedua jarak
terhadap waktu, dan sentakan j merupakan turunan ketiga jarak terhadap waktu.
Atau, secara matematis:
dx
vdt
(2.1)
2
2
dv d xa
dt dt (2.2)
3
3
da d xj
dt dt (2.3)
II.2 Gerak Roket sebagai Gerak dengan Percepatan Tidak Tetap
Dalam gerak roket, berlaku tiga hukum fisika, yakni Hukum II dan III Newton
tentang gerak dan hukum kekekalan momentum.2 Menurut Hukum III Newton
tentang gerak atau disebut juga Hukum Aksi Reaksi, ketika dua buah benda
berinteraksi, gaya yang dikerjakan benda pertama terhadap benda kedua adalah
sama besar namun berlawanan arah dengan gaya yang dikerjakan benda kedua
terhadap benda pertama.
AB BAF F (2.4)
2 Paul A. Tipler and Gene Mosca, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 273-
276.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
Roket dan udara merupakan dua benda yang berinteraksi di sini. Ketika bahan
bakar terbakar, roket melakukan gaya terhadap udara. Sebaliknya udara juga
melakukan gaya terhadap roket. Akibatnya roket terdorong naik.
Hukum II Newton tentang gerak menyatakan bahwa percepatan sebuah benda
a berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja padanya netF dan
berbanding terbalik dengan massa benda m. Secara matematis, hal itu dirumuskan:
netFa
m (2.5)
Menariknya, dalam gerak roket, massa benda tidaklah konstan karena bahan
bakar roket terbakar dan berkurang hingga roket padam. Dengan kata lain, massa
benda berkurang secara beraturan. Akibatnya, karena percepatan benda berbanding
terbalik dengan massanya, percepatannya akan bertambah besar.
Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa jika resultan gaya luar
yang bekerja pada suatu sistem adalah nol, momentum sistem p , yang merupakan
perkalian massa m dan kecepatannya v , akan tetap konstan.3 Secara matematis hal
itu dirumuskan demikian:
Jika 0,maka konstanekst i isist
i
F p m v (2.6)
dengan p mv (2.7)
3 Paul A. Tipler and Gene Mosca, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 273.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
Dapat dirumuskan hubungan antara hukum kekekalan momentum dengan
Hukum II Newton tentang gerak dengan menurunkan persamaan (2.7) di atas
terhadap waktu sehingga menjadi
dp dv dm
m v madt dt dt
.
Dengan mensubstitusi persamaan (2.5) ke persamaan di atas, didapatkan:
net
dpF
dt . (2.8)
Dengan kata lain, besarnya gaya luar yang bekerja pada suatu sistem sama
dengan laju perubahan momentum benda. Andaikan dalam gerak roket bahwa
tumbukan terjadi antara udara dengan roket. Kecepatan bahan bakar meninggalkan
roket adalah sebesar u dan kecepatan roket sebesar v . Dalam selang waktu t ,
massa bahan bakar roket yang awalnya sebesar m berkurang sebesar m .
Sementara itu dalam selang waktu yang sama, kecepatannya juga berubah dari
kecepatan awal v sebesar v . Maka dengan menggunakan persamaan (2.8), dapat
dihitung nilai gaya luar yang bekerja pada roket tersebut.
net
dp pF
dt t
( )( ) ( ) ( )net f iF t p p p m m v v mv mu m v m v u m v
( )net
v m vF m v u m
t t t
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
Dengan mengambil nilai t mendekati 0, yang juga berarti t dan v juga
mendekati 0, maka, persamaan di atas menjadi:
( ) ( )
( )
net
net
v m v mF m v u m v u
t t t t
m vF u v m
t t
(2.9)
Nilai ( )u v adalah nilai kecepatan relatif bahan bakar terhadap roket.
Sementara nilai /m t adalah nilai laju berkurangnya bahan bakar. Jika
diandaikan laju ini bernilai konstan dan diberi simbol R, massa roket m pada waktu
t dapat dihitung sebagai:
0 = m m Rt (2.10)
dengan m0 adalah massa awal roket. Jika gesekan udara diabaikan, maka satu-
satunya gaya luar yang bekerja pada roket adalah gaya berat. Dengan beratF mg
dan /R m t , persamaan (2.9) menjadi:
relatif
dvmg Ru m
dt (2.11)
Nilai relatifRu adalah nilai gaya dorong dF yang bekerja pada roket oleh
karena bahan bakar. Sehingga besarnya gaya ini adalah:
d relatif relatif
mF Ru u
t
(2.12)
Dengan pengandaian pula bahwa roket bergerak lurus ke atas, maka arah ini
dipilih sebagai sumbu y positif, dan arah relatifu adalah ke bawah. Persamaan (2.11)
di atas menjadi:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
relatif
dvmg Ru m
dt . (2.13)
Percepatan benda, dengan demikian, dapat dinyatakan sebagai:
relatifRudv
a gdt m
. (2.14)
Persamaan di atas menunjukkan bahwa percepatan benda dipengaruhi oleh
gaya dorong bahan bakar, massa roket dan percepatan gravitasi. Dengan
mensubstitusikan nilai m dari persamaan (2.10), didapatkan:
0
relatifRudva g
dt m Rt
(2.15)
Persamaan (2. 14) ini dapat diselesaikan dengan mengintegralkan kedua ruas
dan menganggap keadaan awal (diam) roket sebagai t = 0.
0
0 0 00 0 0
/1ln
/ /
t t trelatif
relatif relatif
Ru m R tv g dt u dt g dt u gt
m Rt m R t m R
0
0
lnrelatif
mv u gt
m Rt
(2.16)
Dari persamaan (2.14) ini dapat diprediksikan bahwa jika terjadi pembakaran
bahan bakar secara sempurna, sehingga laju berkurangnya ( R ) dan kecepatan
relatif bahan bakar terhadap roket relatifu bernilai konstan, percepatan roket akan
bertambah karena massa 0m m Rt yang semakin kecil dan mencapai angka
tertentu (roket padam). Pada saat roket padam, nilai 0relatifu karena tidak ada lagi
gaya tolak bahan bakar sehingga percepatan roket a g dan terjadilah gerak jatuh
bebas. Perubahan percepatan ini pun tidak konstan (linear) melainkan hiperbolik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
Sementara dari persamaan (2.15), dapat diprediksikan bahwa kecepatan roket akan
bertambah hingga nilai relatifu mencapai nol, yakni saat roket padam. Kecepatannya
bertambah juga tidak secara konstan, melainkan secara eksponensial, tergantung
pada besarnya kecepatan relatif relatifu .
II.3 Tinjauan Pustaka
Pengukuran kecepatan dan percepatan roket telah dilakukan dengan berbagai
metode dan oleh banyak ahli. Randy A. Jenkins, misalnya, melakukan pengukuran
percepatan roket dengan tali dan sensor gerak.4 Tali dikaitkan pada roket lalu
dilewatkan pada katrol yang memiliki sensor gerak photogate (Smart Pulley).
Kecepatan tali yang melewati sensor gerak diukur sebagai kecepatan gerak roket.
Dalam hemat penulis, pengukuran dengan cara ini memiliki kekurangan yaitu
bahwa pengukuran mempengaruhi gerak benda karena tali dikaitkan pada roket.
Perhitungan atas trayektori, kecepatan, percepatan, dan gaya dorong roket
dilakukan oleh David Keeports.5 Hal ini dilakukan untuk mengalkulasi secara
teoretis lintasan roket dengan pertama menyatakan gaya yang bekerja dalam gaya
berat, hambatan udara, dan gaya dorong. Dengan membagi resultan gaya terhadap
massa roket, diperoleh percepatan. Kemudian dengan mengintegralkannya,
diperoleh persamaan untuk kecepatan dan posisinya.
4 Randy A Jenkins, “Measuring Model Rocket Acceleration” dalam The Physics Teacher 31, 1993,
10-15. 5 David Keeports, “Numerical Calculation of Model Rocket Trajectories” dalam The Physics
Teacher 28. 1990, 274-279.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
Pengukuran kecepatan roket juga dilakukan oleh Dwain M. Desbien dan
murid-muridnya.6 Kali ini roket direkam geraknya dengan kamera video.
Kemudian, hasil rekaman itu dianalisis menggunakan software LoggerPro untuk
mendapatkan nilai kecepatannya.
6 Dwain M. Desbien, “High-Speed Video Analysis in a Conceptual Physics Class” dalam The
Physics Teacher 49. 2011, 332-333.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
BAB III
METODE PENELITIAN
Bab ini akan membahas mengenai metode penelitian yang dipakai dalam
penulisan skripsi ini. Termasuk dalam pembahasan pada bab ini adalah jenis dan
tempat penelitian, alat dan bahan, serta metode analisis data.
III.1 Jenis dan Tempat Penelitian
Penelitian ini termasuk dalam penelitian eksperimental yang dipersiapkan di
laboratorium dan dilaksanakan di lapangan.
III.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:
1. Roket dari pipa PVC
2. Bahan bakar blackpowder (campuran KNO3, belerang dan arang)
3. Bubuk Gips
4. Neraca
5. Katrol dan tali
6. Dinamometer
8. Kamera
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
9. Komputer yang dilengkapi software LoggerPro
III.3 Prosedur Penelitian
Untuk penelitian tentang gerak roket, dapat digunakan berbagai macam jenis
roket, entah dengan membeli roket yang siap pakai atau dengan membuat sendiri.
Dalam penelitian ini, roket dibuat sendiri dengan pilihan bahan bakar propelan
bubuk (campuran KNO3, belerang dan arang) dengan alasan lebih murah biayanya
dan dapat disesuaikan dengan kepentingan penelitian, misalnya untuk pengukuran
massa, serta perilaku roket yang dikehendaki.
III.3.1 Pembuatan Roket
1. Menghaluskan bahan-bahan yang akan digunakan sebagai bahan bakar.
Dalam percobaan ini, digunakan kalium nitrat, belerang, dan arang.
2. Mencampur bahan-bahan di atas dengan perbandingan 75% kalium
nitrat, 15% arang, dan 10% belerang.
3. Membuat badan roket dari pipa PVC dengan panjang 185 mm dan
diameter 32 mm. Badan roket ini dilengkapi dengan sirip (4 buah) di
bagian pangkal dan moncong berbentuk kerucut di bagian ujung.
4. Membuat motor roket dari gulungan kertas karton dengan panjang 120
mm dan diameter luar sesuai diameter dalam badan roket. Jumlah motor
roket yang dibuat disesuaikan dengan kebutuhan. Paling tidak dua motor
roket diperlukan, yakni untuk uji coba dan peluncuran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
5. Menyumbat salah satu ujung motor dengan adonan gips setebal 20 mm
dan menunggu kering.
6. Memasukkan blackpowder ke dalam motor roket dan memadatkannya
dengan menyisakan 20 mm untuk sumbat gips.
7. Menyumbat ujung lain motor roket dengan adonan gips, dengan memberi
lubang berdiameter 5 mm untuk tempat sumbu. Menunggu hingga
kering.
8. Membuat sumbu dengan menaburkan blackpowder pada kertas yang
diberi perekat dan menggulungnya. Sumbu dipasang pada pangkal motor
roket.
9. Mengulangi langkah 5-8 untuk jumlah motor yang diperlukan.
10. Memasang motor roket di pangkal badan roket. Memberi perekat jika
diperlukan.
III.3.2 Prosedur Penelitian
1. Menguji coba roket dengan cara:
a. Mempersiapkan alat-alat pengaman: pemadam kebakaran, dsb.
b. Menggali lubang di tanah dan meletakkan roket secara terbalik.
c. Menyalakan roket.
d. Jika roket tidak meledak, itu berarti cukup aman untuk melanjutkan
ke tahap selanjutnya.
2. Mengukur kecepatan dan percepatan roket dengan cara:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
a. Mempersiapkan peluncuran roket di tempat lapang.
b. Mempersiapkan kamera di jarak tertentu dari roket sehingga dapat
merekam sebagian besar lintasan roket.
c. Memasang meteran (atau apa pun yang bisa digunakan sebagai
referensi panjang) dengan panjang tertentu di dekat roket.
d. Menyalakan roket dan pada saat bersamaan (atau sebelumnya)
memulai perekaman.
e. Menganalisis data hasil perekaman di komputer dengan software
LoggerPro.
III.4 Metode Analisis Data
Data yang didapat dari peluncuran berupa rekaman video. Hasil rekaman ini
dianalisis dengan komputer yang dilengkapi software LoggerPro. LoggerPro
mempunyai fitur yang dapat digunakan untuk menganalisis video. Analisis video
ini didasarkan pada gambar (frame) yang diambil kamera setiap selang waktu
tertentu. Jika kamera yang digunakan mempunyai kecepatan 30 fps (frame per
second), selang waktu tersebut adalah 1/30 sekon. Dalam setiap gambar, LoggerPro
menentukan posisi suatu titik secara vertikal dan horizontal terhadap titik acuan.
Ada dua acuan yang digunakan, yaitu titik acuan dan acuan skala. Titik acuan
merupakan titik yang dianggap sebagai titik (0,0) dengan arah vertikal sebagai
sumbu y dan arah horizontal sebagai sumbu x. Acuan skala merupakan jarak dua
titik dalam video yang diketahui. Dalam penelitian ini digunakan sebuah tongkat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
dengan panjang 1 meter. Dengan demikian, LoggerPro akan mengalkulasi posisi
titik (roket) dalam meter.
Dengan mengambil hanya perubahan posisi roket secara vertikal sebagai data
yang diambil, dan dengan selang waktu yang diketahui untuk setiap perubahan
posisi, komputer dapat mengalkulasi nilai kecepatan dan juga percepatan roket.
Nilai ini kemudian diplot dalam bentuk grafik kecepatan terhadap waktu dan
percepatan terhadap waktu. Grafik yang didapatkan dibandingkan dengan grafik
yang didapat dari persamaan 2.14 dan 2.15.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini, akan disajikan hasil yang didapat dari percobaan. Setelah itu,
analisis serta pembahasan akan hasil percobaan akan disajikan di bagian berikutnya.
IV.1 Hasil Percobaan
Dalam penelitian ini, digunakan pipa PVC sebagai badan dan kepala roket
dengan ukuran panjang total 18,5 cm, diameter luar 3,2 cm dan diameter dalam 2,8
cm. Untuk hidung (nosel) roket digunakan kertas karton dengan diameter dalam 3,2
cm dan panjang 4 cm. Sirip roket berjumlah empat dengan bahan plastik, ukuran
panjang 6 cm dan lebar 3 cm. Demi lebih jelasnya, silakan melihat gambar.
Gambar IV.1. Desain Roket untuk Penelitian
Selanjutnya sebagai bahan bakar (propelan) roket digunakan campuran
KNO3, arang dan belerang dengan perbandingan 15%, 75%, dan 10%. Campuran
ini dimasukkan dalam tabung karton dengan ukuran panjang 12 cm, diameter dalam
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
2,4 cm, dan diameter luar 2,8 cm. Kedua ujung karton dilapisi dengan gips setebal
2 cm.
Gambar IV.2 Diagram Tiang Penyangga Peluncuran
Peluncuran roket dilakukan di lapangan dalam cuaca terang dan tidak terlalu
berangin. Digunakan tiang penyangga sebagaimana tergambar dalam diagram di
atas untuk memastikan roket meluncur vertikal ke atas. Pengambilan video
dilakukan dari jarak ± 20 m dari tempat peluncuran menggunakan kamera yang
mempunyai kecepatan pengambilan gambar 30 fps. Video hasil pengambilan
gambar ini kemudian dianalisis dengan menggunakan software LoggerPro untuk
mendapatkan data berupa waktu, ketinggian, kecepatan vertikal, dan percepatan
vertikal. Data yang digunakan hanya ketika roket mulai menyala hingga bahan
bakar habis. Adapun data yang didapatkan adalah sebagai berikut.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
IV.1.1 Percobaan I
Tabel IV.1. Hubungan antara Waktu, Ketinggian, Kecepatan dan Percepatan pada
Gerak Roket
Massa Roket: 68 gr; massa bahan bakar: 38 gr
Waktu hingga bahan bakar habis: 3, 167 s;
Ketinggian maksimum: 22,99 m
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
1 0.000 0.00 0.017 3.793
2 0.033 0.00 0.085 7.019
3 0.067 0.00 0.292 13.384
4 0.100 0.01 0.827 26.128
5 0.133 0.04 1.852 40.510
6 0.167 0.12 3.457 57.672
7 0.200 0.25 6.133 67.599
8 0.233 0.51 8.182 54.920
9 0.267 0.81 10.168 36.483
10 0.300 1.27 10.935 12.710
11 0.333 1.52 10.162 12.423
12 0.367 1.90 11.248 24.887
13 0.400 2.30 12.688 21.405
14 0.433 2.72 12.652 13.481
15 0.467 3.16 13.096 16.286
16 0.500 3.61 14.192 11.848
17 0.533 4.07 13.788 8.396
18 0.567 4.54 14.214 16.573
19 0.600 5.03 15.523 13.094
20 0.633 5.54 15.066 7.493
21 0.667 6.05 15.422 14.215
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
22 0.700 6.58 16.713 7.101
23 0.733 7.13 15.957 -3.184
24 0.767 7.67 15.822 0.727
25 0.800 8.20 16.531 -5.548
26 0.833 8.73 15.467 -10.759
27 0.867 9.25 15.206 -4.109
28 0.900 9.76 15.751 -8.997
29 0.933 10.26 14.623 -12.609
30 0.967 10.75 14.328 -5.255
31 1.000 11.23 14.815 -9.250
32 1.033 11.70 13.737 -12.209
33 1.067 12.16 13.450 -4.901
34 1.100 12.61 13.912 -8.157
35 1.133 13.05 12.956 -11.342
36 1.167 13.49 12.669 -5.484
37 1.200 13.91 13.017 -8.613
38 1.233 14.32 12.112 -10.679
39 1.267 14.73 11.888 -5.236
40 1.300 15.13 12.196 -9.076
41 1.333 15.51 11.268 -10.896
42 1.367 15.89 11.044 -5.018
43 1.400 16.26 11.376 -8.613
44 1.433 16.62 10.487 -11.138
45 1.467 16.97 10.200 -5.639
46 1.500 17.31 10.481 -7.950
47 1.533 17.64 9.715 -10.108
48 1.567 17.97 9.445 -5.789
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
49 1.600 18.28 9.669 -8.790
50 1.633 18.59 8.871 -10.468
51 1.667 18.88 8.601 -5.429
52 1.700 19.17 8.857 -7.957
53 1.733 19.45 8.116 -10.361
54 1.767 19.72 7.829 -6.643
55 1.800 19.98 7.954 -8.997
56 1.833 20.23 7.246 -10.089
57 1.867 20.47 6.976 -5.808
58 1.900 20.70 7.142 -7.750
59 1.933 20.93 6.499 -9.506
60 1.967 21.14 6.229 -6.383
61 2.000 21.35 6.330 -8.950
62 2.033 21.55 5.647 -10.119
63 2.067 21.73 5.368 -6.111
64 2.100 21.91 5.458 -7.030
65 2.133 22.08 4.972 -8.752
66 2.167 22.25 4.693 -7.477
67 2.200 22.40 4.587 -8.950
68 2.233 22.54 4.110 -9.025
69 2.267 22.68 3.840 -6.865
70 2.300 22.80 3.775 -7.743
71 2.333 22.92 3.363 -8.400
72 2.367 23.03 3.094 -7.213
73 2.400 23.13 2.971 -8.366
74 2.433 23.22 2.545 -8.267
75 2.467 23.30 2.329 -7.057
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
76 2.500 23.38 2.175 -8.573
77 2.533 23.44 1.773 -8.904
78 2.567 23.50 1.485 -7.865
79 2.600 23.54 1.280 -7.943
80 2.633 23.58 1.000 -7.839
81 2.667 23.61 0.730 -7.823
82 2.700 23.63 0.476 -8.359
83 2.733 23.64 0.182 -7.614
84 2.767 23.64 -0.034 -7.434
85 2.800 23.64 -0.312 -7.983
86 2.833 23.62 -0.557 -7.463
87 2.867 23.60 -0.781 -8.167
88 2.900 23.57 -1.124 -9.062
89 2.933 23.53 -1.401 -7.872
90 2.967 23.47 -1.625 -7.808
91 3.000 23.42 -1.936 -8.159
92 3.033 23.35 -2.156 -7.355
93 3.067 23.27 -2.389 -7.510
94 3.100 23.19 -2.779 -5.286
95 3.133 23.09 -2.790 -0.761
96 3.167 22.99 -2.669 1.573
Dari data di atas dapat digambarkan grafik hubungan waktu terhadap
ketinggian, kecepatan vertikal dan percepatan vertikal sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Gambar IV.3 Grafik Hubungan antara Ketinggian (h) Roket vs Waktu (t)
Gambar IV.4 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
Gambar IV.5 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t)
IV.1.2 Percobaan II
Tabel IV.2. Hubungan antara Waktu, Ketinggian, Kecepatan dan Percepatan pada
Gerak Roket
Massa Roket: 68 gr; massa bahan bakar: 39 gr
Waktu hingga bahan bakar habis: 2,733 s;
Ketinggian maksimum: 24,31 m
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
1 0.000 0.00 0.017 3.807
2 0.033 0.00 0.085 7.090
3 0.067 0.00 0.292 13.642
4 0.100 0.01 0.836 26.812
5 0.133 0.04 1.886 41.932
6 0.167 0.12 3.571 60.077
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
7 0.200 0.26 6.289 73.373
8 0.233 0.52 8.505 68.296
9 0.267 0.83 11.041 60.124
10 0.300 1.30 13.380 34.893
11 0.333 1.73 12.933 16.132
12 0.367 2.16 13.496 20.876
13 0.400 2.63 14.976 16.853
14 0.433 3.13 14.760 7.986
15 0.467 3.68 14.335 23.916
16 0.500 4.00 16.960 29.545
17 0.533 4.78 17.351 0.377
18 0.567 5.29 16.032 -5.247
19 0.600 5.81 16.640 1.329
20 0.633 6.34 16.069 11.831
21 0.667 6.89 16.868 31.421
22 0.700 7.44 19.568 19.469
23 0.733 8.19 18.719 -11.295
24 0.767 8.78 17.350 -7.413
25 0.800 9.32 17.833 7.312
26 0.833 9.84 18.553 1.083
27 0.867 10.64 18.686 -22.275
28 0.900 11.24 16.410 -34.610
29 0.933 11.57 15.605 -18.203
30 0.967 12.28 15.849 -18.144
31 1.000 12.74 14.838 -29.786
32 1.033 13.19 13.355 -22.954
33 1.067 13.63 12.885 -9.208
34 1.100 14.06 13.380 -9.125
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
35 1.133 14.49 12.399 -12.424
36 1.167 14.90 12.087 -7.873
37 1.200 15.31 12.363 -13.971
38 1.233 15.70 11.129 -16.065
39 1.267 16.06 10.673 -6.017
40 1.300 16.41 11.130 -3.980
41 1.333 16.77 10.551 -5.554
42 1.367 17.13 10.437 -1.785
43 1.400 17.48 10.793 -6.009
44 1.433 17.82 10.036 -9.158
45 1.467 18.16 9.820 -5.464
46 1.500 18.49 10.013 -9.023
47 1.533 18.80 9.200 -10.354
48 1.567 19.11 8.976 -5.504
49 1.600 19.41 9.193 -8.406
50 1.633 19.70 8.428 -10.163
51 1.667 19.98 8.158 -5.456
52 1.700 20.25 8.389 -7.743
53 1.733 20.52 7.681 -9.808
54 1.767 20.77 7.411 -6.088
55 1.800 21.02 7.577 -8.990
56 1.833 21.26 6.829 -10.601
57 1.867 21.48 6.542 -6.169
58 1.900 21.70 6.682 -7.526
59 1.933 21.91 6.082 -8.808
60 1.967 22.11 5.866 -6.289
61 2.000 22.31 5.894 -9.030
62 2.033 22.49 5.246 -9.606
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
63 2.067 22.66 5.022 -6.294
64 2.100 22.83 5.074 -8.566
65 2.133 22.99 4.465 -9.632
66 2.167 23.13 4.187 -6.370
67 2.200 23.27 4.211 -7.023
68 2.233 23.40 3.790 -8.450
69 2.267 23.53 3.511 -7.779
70 2.300 23.64 3.339 -8.950
71 2.333 23.74 2.929 -8.723
72 2.367 23.84 2.659 -7.160
73 2.400 23.92 2.527 -7.703
74 2.433 24.00 2.182 -7.911
75 2.467 24.07 1.920 -7.118
76 2.500 24.13 1.748 -7.703
77 2.533 24.18 1.443 -7.945
78 2.567 24.23 1.173 -7.874
79 2.600 24.26 0.936 -8.655
80 2.633 24.29 0.599 -7.740
81 2.667 24.30 0.354 -6.052
82 2.700 24.31 0.214 -4.999
83 2.733 24.31 0.089 -4.412
Dari data di atas dapat digambarkan grafik hubungan waktu terhadap
ketinggian, kecepatan vertikal dan percepatan vertikal sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Gambar IV.6 Grafik Hubungan antara Ketinggian (h) Roket vs Waktu (t)
Gambar IV.7 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Gambar IV.8 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t)
IV.1.3 Percobaan III
Tabel IV.3. Hubungan antara Waktu, Ketinggian, Kecepatan dan Percepatan pada
Gerak Roket
Massa Roket: 68 gr; massa bahan bakar: 39 gr
Waktu hingga bahan bakar habis: 2,8 s;
Ketinggian maksimum: 21,77 m
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
1 0.000 0.00 0.017 3.171
2 0.033 0.00 0.071 6.273
3 0.067 0.00 0.260 12.458
4 0.100 0.01 0.701 24.393
5 0.133 0.03 1.756 40.378
6 0.167 0.11 3.420 55.044
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
7 0.200 0.24 5.686 61.799
8 0.233 0.49 7.853 57.274
9 0.267 0.78 9.609 48.556
10 0.300 1.14 11.121 37.406
11 0.333 1.52 12.196 23.745
12 0.367 1.97 12.842 10.350
13 0.400 2.44 12.159 15.908
14 0.433 2.70 13.265 35.532
15 0.467 3.26 15.917 20.370
16 0.500 3.90 15.261 -11.000
17 0.533 4.29 13.905 -10.194
18 0.567 4.76 14.159 3.588
19 0.600 5.24 14.574 9.182
20 0.633 5.73 14.933 8.436
21 0.667 6.24 15.216 2.483
22 0.700 6.75 15.328 -11.052
23 0.733 7.27 14.765 -31.614
24 0.767 7.78 13.036 -45.751
25 0.800 8.15 11.076 -41.445
26 0.833 8.48 9.967 -25.979
27 0.867 8.80 9.476 -12.885
28 0.900 9.11 9.281 -5.016
29 0.933 9.41 9.210 -0.380
30 0.967 9.72 9.334 1.457
31 1.000 10.04 9.365 1.647
32 1.033 10.34 9.368 3.712
33 1.067 10.66 9.576 6.829
34 1.100 10.98 9.858 9.343
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
35 1.133 11.31 10.200 11.421
36 1.167 11.66 10.632 12.723
37 1.200 12.02 11.129 11.518
38 1.233 12.40 11.464 7.759
39 1.267 12.79 11.689 2.551
40 1.300 13.19 11.673 -3.539
41 1.333 13.57 11.373 -7.125
42 1.367 13.95 11.090 -7.582
43 1.400 14.31 10.870 -7.644
44 1.433 14.67 10.599 -7.907
45 1.467 15.02 10.325 -7.826
46 1.500 15.36 10.092 -8.118
47 1.533 15.69 9.767 -7.897
48 1.567 16.01 9.551 -7.448
49 1.600 16.33 9.323 -8.314
50 1.633 16.63 8.985 -8.729
51 1.667 16.93 8.694 -8.066
52 1.700 17.21 8.462 -7.714
53 1.733 17.49 8.203 -7.854
54 1.767 17.76 7.929 -7.886
55 1.800 18.02 7.684 -8.118
56 1.833 18.27 7.371 -7.837
57 1.867 18.51 7.155 -7.508
58 1.900 18.75 6.915 -8.314
59 1.933 18.97 6.589 -8.662
60 1.967 19.19 6.298 -8.077
61 2.000 19.39 6.054 -7.484
62 2.033 19.59 5.815 -7.224
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
No. Waktu t (s) Ketinggian h
(m)
Kecepatan v
(m/s)
Percepatan a
(m/s2)
63 2.067 19.78 5.566 -7.084
64 2.100 19.96 5.377 -7.852
65 2.133 20.14 5.058 -8.794
66 2.167 20.30 4.717 -7.961
67 2.200 20.45 4.524 -7.045
68 2.233 20.60 4.301 -7.377
69 2.267 20.74 4.035 -7.984
70 2.300 20.87 3.763 -8.494
71 2.333 20.99 3.453 -8.352
72 2.367 21.10 3.178 -7.562
73 2.400 21.20 2.977 -7.484
74 2.433 21.30 2.696 -7.738
75 2.467 21.38 2.429 -7.387
76 2.500 21.46 2.224 -7.631
77 2.533 21.53 1.938 -8.131
78 2.567 21.59 1.656 -8.041
79 2.600 21.64 1.388 -7.631
80 2.633 21.68 1.165 -7.458
81 2.667 21.72 0.899 -7.510
82 2.700 21.74 0.635 -6.861
83 2.733 21.76 0.439 -6.035
83 2.767 21.77 0.237 -5.318
85 2.800 21.77 0.100 -4.664
Dari data di atas dapat digambarkan grafik hubungan waktu terhadap
ketinggian, kecepatan vertikal dan percepatan vertikal sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Gambar IV.9 Grafik Hubungan antara Ketinggian (h) Roket vs Waktu (t)
Gambar IV.10 Grafik Hubungan antara Kecepatan (v) Roket vs Waktu (t)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Gambar IV.11 Grafik Hubungan antara Percepatan (a) Roket vs Waktu (t)
Dari data dan grafik di atas, dapat ditunjukkan bahwa pada gerak vertikal
roket dari saat menyala hingga padam, ketinggiannya semakin besar (grafik
pertama). Ini dikarenakan roket mendapat kecepatan yang nilainya selalu positif
(grafik kedua). Meski demikian, nilai kecepatan ini tidak seragam, kadang
mengalami kenaikan, dan kadang turun. Pada keadaan ideal, nilai kecepatan naik
terus hingga roket padam. Pada grafik-grafik di atas, kenaikan tersebut tidak ajeg,
melainkan berubah-ubah. Ketika grafik kedua di-fit dengan persamaan (2.15),
didapatkan bahwa pada detik-detik pertama peluncuran, roket mengalami kenaikan
kecepatan, yang kemudian pelan-pelan mengalami penurunan. Sementara dari
grafik ketiga, dapat dikatakan bahwa benda mengalami percepatan yang tidak
konstan. Grafik hanya dapat di-fit pada awal peluncuran, di mana percepatan roket
naik secara cepat. Setelah itu percepatan roket naik dan turun dengan agak tidak
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
beraturan sehingga tidak dapat di-fit. Namun, nilai percepatan di akhir peluncuran
bernilai negatif dan konstan sesuai prediksi pada bab II.
IV.2 Pembahasan
Dalam penelitian ini, digunakan roket buatan sendiri dengan spesifikasi
seperti disebut dalam bagian sebelumnya. Selain itu, bahan bakar yang digunakan
juga dicampur sendiri. Selanjutnya roket yang sudah berbahan bakar tersebut
diluncurkan untuk kemudian direkam geraknya. Hasil rekaman ini dianalisis
dengan menggunakan software LoggerPro untuk mendapatkan data ketinggian,
kecepatan dan percepatan vertikalnya.
Dari hasil analisis, diperoleh grafik waktu terhadap ketinggian, kecepatan
vertikal dan percepatan vertikal. Namun, ketika grafik itu diplot atau di-fit dengan
persamaan teoretis pada bab II, ternyata sulit dikatakan bahwa ada kesesuaian
antara grafik hasil percobaan dan grafik persamaan teoretis.
Secara umum, benda (roket) berhasil mengalami percepatan yang tidak
konstan (non-uniformed acceleration). Namun nilai percepatan berubah tidak
sesuai dengan yang diharapkan (sesuai persamaan 2.14). Nilai percepatan berubah
sesuai dengan besarnya gaya dorong roket, yang sangat tergantung pada proses
pembakaran propelan. Sudah diusahakan sedemikian rupa agar pembakaran terjadi
dengan teratur sehingga terjadi proses berkurangnya massa yang teratur pula, yakni
dengan membuat tabung propelan yang silindris dan lubang keluaran tepat di
tengah. Kepadatan bahan bakar juga dibuat merata dengan kehalusan bahan-bahan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
sekecil mungkin (< 0,1 mm). Maka, dari grafik waktu terhadap percepatan di atas
dapat ditunjukkan bahwa gaya dorong roket berubah dengan tidak teratur karena
pembakaran yang tidak teratur pula.
Kesulitan lain yang ada pada model roket seperti yang dilakukan dalam
penelitian ini adalah persoalan massa. Jika massa roket terlalu berat, maka gaya
dorong propelan mungkin tidak cukup besar untuk membuat roket meluncur.
Sementara jika massanya terlalu ringan, roket akan sangat rentan terhadap
turbulensi dan gangguan angin. Dalam penelitian ini, sangat dimungkinkan bahwa
gangguan angin masih mempengaruhi hasil percobaan, meskipun sudah diusahakan
untuk melakukan penelitian pada saat cuaca kurang berangin.
Dalam penelitian ini, digunakan kamera dengan spesifikasi pengambilan
gambar 30 fps (frame per second). Akibatnya, selang waktu minimal yang dapat
digunakan dalam analisis data adalah 1/30 s. Demi semakin akuratnya hasil
penelitian serupa, dapat digunakan kamera dengan spesifikasi lebih tinggi.
Persamaan 2.14 dan 2.15 dengan demikian tidak dapat digunakan begitu saja
untuk menganalisis gerak model roket. Persamaan-persamaan itu mungkin lebih
sesuai untuk menganalisis roket-roket besar, yang memang didesain untuk tidak
banyak terpengaruh oleh turbulensi atau angin serta memiliki pembakaran propelan
yang teratur.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
BAB V
PENUTUP
Dalam bab ini, akan disajikan kesimpulan yang didapat dari percobaan.
Setelah itu, beberapa catatan mengenai penelitian ini akan ditambahkan. Selain itu,
diuraikan pula relevansi penelitian ini bagi kemajuan pendidikan dan ilmu fisika.
V.1 Kesimpulan
Telah dilakukan penelitian untuk menentukan kecepatan dan percepatan di
udara dari roket PVC berbahan bakar blackpowder. Dari hasil penelitian dan
pembahasan dapat disimpulkan bahwa:
1. Gerak roket yang merupakan salah satu gerak dengan percepatan tidak
konstan (non-uniform acceleration) dapat disimulasikan dengan roket
model yang dibuat dengan bahan pipa PVC dan menggunakan bahan bakar
mesiu (blackpowder).
2. Dengan memperhatikan cuaca, arah angin, peluncuran roket yang tepat,
dan sudut pengambilan gambar bisa didapatkan rekaman video yang
memadai untuk digunakan dalam analisis dan pengukuran.
3. Analisis video dengan bantuan software LoggerPro terhadap rekaman
gerak roket dapat digunakan untuk mengukur ketinggian, kecepatan, dan
percepatan benda (roket).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
4. Dari persamaan yang menyatakan hubungan antara laju berkurangnya
bahan bakar roket dan kecepatan serta percepatannya yang di-fit pada data
hasil percobaan, dapat disimpulkan bahwa gerak roket memenuhi
persamaan tersebut sehingga pengukuran dan penghitungan kecepatan dan
percepatan roket dengan metode ini dapat dipertanggungjawabkan dengan
beberapa keterbatasan. Jika terjadi pembakaran yang sempurna pada bahan
bakar (massa berkurang secara konstan) kiranya persamaan-persamaan ini
dapat berlaku lebih baik dan selama keseluruhan peluncuran.
V.2 Beberapa Catatan
Dari penelitian ini, penulis merasa banyak hal kurang sempurna dan banyak
keterbatasan sehingga hasil yang penulis dapatkan tidak sungguh sesuai dengan
dasar teori. Terkait batasan masalah yang pertama, pemilihan bahan roket dan
bahan bakar harus diperhatikan. Keseimbangan antara daya dorong roket dan
beratnya haruslah tepat. Bahan roket haruslah tidak terlalu ringan dan tidak terlalu
berat, tidak mudah meleleh karena panas dan mudah diperoleh. Bahan yang terlalu
berat mungkin akan membuat roket tidak terbang. Sementara bahan yang terlalu
ringan akan membuat roket mudah terpengaruh angin sehingga geraknya tidak
vertikal ke atas. Selain itu, bahan juga sebaiknya tahan panas agar massa tidak
berubah.
Bahan bakar juga harus diperhatikan. Dapat digunakan propelan padat yang
lebih merata dan dapat membuat pembakaran lebih sempurna, tetapi pembuatannya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
lebih sulit dan berbahaya. Penulis menggunakan propelan bubuk karena
pembuatannya yang sederhana dan tidak terlalu berbahaya meskipun kepadatannya
yang tidak merata membuat pembakaran dapat tidak sempurna.
Dalam referensi-referensi yang diacu penulis, digunakan roket yang dibuat
secara profesional dan dijual. Kesulitannya, roket dan bahan bakar sebagaimana
digunakan di dalam penelitian-penelitian itu tidak dijual di Indonesia. Karena itu,
penulis membuat sendiri roket dan bahan bakar sesuai referensi-referensi yang
penulis dapatkan. Kekurangannya, tentu saja adalah kepadatan bahan bakar yang
tidak sama sehingga pembakaran tidak terjadi secara sempurna dan lancar. Untuk
penelitian yang dapat menghasilkan data lebih akurat, kiranya harus digunakan
roket yang memang dibuat dan didesain khusus serta telah memenuhi standar.
Terkait batasan permasalahan yang kedua, perlu diperhatikan agar diperoleh
hasil yang dapat dianalisis. Perlu diusahakan agar roket sungguh bergerak vertikal
ke atas agar gerak roket maksimal dan hasil yang didapatkan juga maksimal. Cuaca
penting diperhatikan karena hujan atau air dapat membuat pembakaran tidak
sempurna. Cuaca cerah juga diperlukan agar diperoleh hasil gambar yang jelas.
Demikian pula sebisa mungkin angin dihindari agar gerak roket tidak terpengaruh.
Sudut dan jarak pengambilan gambar harus diperhatikan agar didapatkan
keseluruhan gerak roket yang ingin direkam. Dalam penelitian ini, penulis
menggunakan kamera dengan spesifikasi pengambilan gambar 30 fps. Untuk
keakuratan yang lebih tinggi, penulis menyarankan penggunaan kamera dengan
spesifikasi lebih tinggi pula.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Terkait batasan permasalahan ketiga, keterbatasan ada pada cara analisis
video dengan LoggerPro. Dalam analisis frame per frame, kitalah yang menentukan
posisi benda (roket) dengan menunjuk satu titik pada gambar. Kesalahan beberapa
milimeter pada frame video dapat berarti beberapa centimeter pada hasil
perhitungan.
V.3 Relevansi
Kehadiran teknologi membantu dalam penelitian-penelitian untuk
mendapatkan hasil yang sama atau bahkan lebih baik tetapi dengan biaya yang lebih
murah. Sebelumnya, penelitian untuk mengukur kecepatan roket dilakukan dengan
memasang tali pada roket dan melewatkan tali itu pada sensor gerak. Kelemahan
metode ini ada dua. Pertama, pemasangan tali akan mempengaruhi gerak roket,
meski hanya sedikit. Kedua, alat sensor gerak merupakan alat yang tidak murah.
Pengukuran dengan analisis video, sebaliknya, mengatasi kelemahan itu. Metode
ini tidak menghambat gerak roket sama sekali dan cukup murah. Kamera video
merupakan hal yang mudah dijumpai pada era sekarang ini. Juga komputer untuk
melakukan analisis video. Maka, metode pengukuran kecepatan dan percepatan
(tidak hanya roket) menggunakan analisis video merupakan terobosan baru,
terutama di dunia pendidikan fisika karena dengan mudah dapat dilakukan di
sekolah-sekolah yang tidak mempunyai akses terhadap alat-alat laboratorium yang
canggih.
Pengukuran dengan metode yang sama tentu dapat juga dilakukan pada jenis
gerak lain, mulai dari yang sederhana seperti gerak lurus beraturan dan gerak lurus
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
berubah beraturan, hingga gerak yang cukup kompleks seperti gerak parabola,
gerak roket, gerak melingkar, dsb. Pada dasarnya, pengukuran berbagai macam
gerak dalam mekanika klasik dapat dilakukan dengan metode ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
DAFTAR PUSTAKA
Desbien, Dwain M. “High-Speed Video Analysis in a Conceptual Physics Class”
dalam The Physics Teacher 49. 2011, 332-333; doi: 10.1119/1.3628252;
diakses 19 Mei 2015, 20.54.
Giancoli, Douglas C. Physics Principles with Application, 6th ed. 2005. New Jersey:
Pearson Prentice Hall.
Horst, Ken. “Model Rocketry in the 21st-Century Physics Classroom” The Physics
Teacher 42. 2004, 394-397; doi: 10.1119/1.1804655; diakses 21 Mei 2015,
09.23.
Jenkins, Randy A. “Measuring Model Rocket Acceleration” dalam The Physics
Teacher 31. 1993, 10-15; doi: 10.1119/1.2343646; diakses 20 Mei 2015,
19.45.
Keeports, David. “Numerical Calculation of Model Rocket Trajectories” dalam The
Physics Teacher 28. 1990, 274-279; doi: 10.1119/1.2343024; diakses 17 Mei
2015, 21.12.
Keith, Wayne, Cynthia Martin, and Pamela Veltkamp. “This Is Rocket Science!”
dalam The Physics Teacher 51. 2013, 362-363; doi: 10.1119/1.4818377;
diakses 19 Mei 2015, 20.57.
Nelson, Robert A. and Mark E. Wilson. “Mathematical Analysis of a Model Rocket
Trajectory Part I: The Powered Phase” dalam The Physics Teacher 14. 1976,
150-161; doi: 10.1119/1.2339337; diakses 19 Mei 2015, 21.02.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Nelson, Robert A., Paul W. Bradshaw, Matthew C. Leinung, and Hugh E. Mullen.
“Mathematical Analysis of a Model Rocket Trajectory Part II: The Coast
Phase” dalam The Physics Teacher 14. 1976, 287-293; doi:
10.1119/1.2339385; diakses 19 Mei 2015, 21.00.
Penn, Kim and William V. Slaton. “Measuring Model Rocket Engine Thrust
Curves” dalam The Physics Teacher 48. 2010, 591-593; doi:
10.1119/1.3517023; diakses 20 Mei 2015, 19.48.
Taitt, Henry A. and Charles E. Miller Jr. “Impulse Recorder for Model Rocket
Engines” dalam “The Physics Teacher” 18. 1980, 315-317; doi:
10.1119/1.2340512; diakses 19 Mei 2015, 21.05.
Tipler, Paul A. and Gene Mosca. Physics for Scientists and Engineers with Modern
Physics. 2008. New York: W. H. Freeman and Company.
Widmark, Stephen A. “Rocket Physics” dalam The Physics Teacher 36. 1998, 148-
153; doi: 10.1119/1.879987; diakses 11 April 2015, 20.39.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
top related