Laporan Praktikum Fisika Eksperimen - Penentuan Massa Jenis Benda Menggunakan Sensor Jarak

Laporan Praktikum Fisika Eksperimen – Hukum Archimedes yaitu hukum yang dapat menentukan massa jenis suatu benda dengan memanfaatkan fluida. Bunyi hukum ini yaitu “Suatu benda yang tenggelam seluruhnya ataupun sebagian dalam suatu fluida (zat cair) bakal diangkat ke atas oleh sebuah gaya (gaya angkat) yang besarnya sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Dengan konsep ini maka saya merancang sebuah alat yang dapat menentukan massa jenis suatu benda menggunakan sensor Ultrasonik berbasis Arduino. Metode yang digunakan yaitu mengukur beda ketinggian air dalam tabung sebelum serta setelah dimasukkan benda. Kemudian salah satu variabel yang telah dikenal sebelumnya yaitu diameter tabung (yang diukur menggunakan jangka sorong) serta massa benda. Dari variabel yang diperoleh saat eksperimen berupa beda ketinggian air maka kita bisa memperoleh Volume Fluida (air) yang dipindahkan. Dan terakhir dari hubungan volume serta massa maka diperolehlah massa jenis benda. Baik buat lebih jelasnya simak Laporan Praktikum Fisika Eksperimen - Penentuan Massa Jenis Benda Menggunakan Sensor Jarak berikut ini.

FISIKA EKSPERIMEN
PENENTUAN MASSA JENIS BENDA MENGUNAKAN SENSOR JARAK

A. PELAKSANAAN PRAKTIKUM

1. Tujuan Praktikum

Menentukan massa jenis benda mengunakan sensor jarak.

2. Waktu Praktikum

(Hari, tanggal Bulan Tahun)

3. Tempat Praktikum

Lantai II, Laboratorium Fisika Dasar, Fakultas Matematika serta Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Alam.

B. ALAT DAN BAHAN PRAKTIKUM

1. Alat-alat Praktikum

a. Satu Set Arduino  (1 buah)

b. Satu Set Disain Alat Penentu Massa Jenis (1 buah)

c. Sensor jarak (HC-SR04) (1 buah)

d. Software LabView 8.5 (1 buah)

e. Tabung Iwaki Pyrex  2000 ml (1 buah)

2. Bahan-bahan Praktikum

a. Besi 450 grm (1 buah)

b. Besi 950 grm (1 buah)

c. Kuningan 500 grm (1 buah)

C. LANDASAN TEORI

Hukum Archimedes berkata kalau saat sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida bakal diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Pada hukum archimedes, ada tiga keadaan sebuah benda dalam zat cair atau fluida, yaitu tenggelam, melayang, serta terapung. Ketika massa jenis zat cair atau fluida lebih kecil dari massa jenis benda  (ρ benda > ρ fluida serta Fa < w), maka benda tengelam. Ketika massa jenis zat cair atau fluida sana dengan massa jenis benda  (ρ benda = ρ fluida serta Fa = w), maka benda melayang. Ketika massa jenis zat cair atau fluida lebih besar dari massa jenis benda (ρ benda < ρ fluida serta Fa > w ), maka benda terapung. Massa jenis benda menyatakn kerapatan benda tersebut dimana besarnya massa jenis benda yaitu massa benda dibagi volume benda (serway : 2004). 

Dimana m yaitu massa benda serta V yaitu volume benda. Volume benda pada percobaan ini dicari mengunakan persamaan: 

Dimana R yaitu jari-jari tabung serta ∆h yaitu beda ketinggian.

Tabel 1. Tabel massa jenis zat.

Sensor HC-SR04 yaitu sensor pengukur jarak berbasis gelombang ultrasonik. Prinsip kerja sesnsor ini mirip dengan radar ultrasonik. Gelombang ultrasonik di pancarkan kemudian di terima belakang oleh receiver ultrasonik. Jarak antara waktu pancar serta waktu terima yaitu representasi dari jarak objek. Karakteristik Sensor HC-SR04 yaitu batas ukur 2cm  - 400cm, keakuratan 3 mm,  sudut simpangan < 15 drajat serta input Tegangan 5 V.

Gambar 1. Sensor Ultrasonik HC-SR04

LabVIEW (singkatan dari Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) yaitu perangkat lunak komputer buat pemrosesan serta visualisasi data dalam bidang akuisisi data, serta kendali instrumentasi. Pada percobaan ini LabVIEW digunakan buat pemrosesan serta visualisasi data.

D. PROSEDUR PERCOBAAN

Pada prosedur pengambilan data digunakan aplikasi LabView yang terkoneksi dengan PORT arduino buat pemrosesan serta visualisasi data. Selanjurnya diatur directory file tempat penyimpanan data pada labView, pada percobaan ini file disimpan di D:\data Fismen. Berikut yaitu prosedur pengamblan data percobaan.

1. Disipakan alat serta bahan yang telah di kalibrasi.
2. Dimasukkan air kedalam tabung sebanyak 1600 mL (Perhatikan Gambar 2).
3. Dibuka software LabView yang telah terkoneksi dengan PORT arduino.
4. Dijalankan program LabView dengan mengklik Run.
5. Disimpan file dengan nama data1-besi-450grm.txt sebagai data ditnggi awal sensor terhadap permukaan air (h0). Kemudian setelah 100 data klik stop.
6. Dimasukkan besi bermassa 450 grm kedalam tabung serta klik Run ((Perhatikan Gambar 3).
7. Disimpan file dengan nama data2-besi-450grm.txt sebagai data ditnggi akhir sensor terhadap 8. permukaan air (h1). Kemudian setelah 100 data klik stop.
8. Diulangi tahap 4 sampai 7 buat besi bermassa 950 gram serta kuningan bermassa 500 gram.

G. PEMBAHASAN

Berdasarkan teori nilai massa jenis besi yaitu 7.87 grm/cm3 serta massa jenis kuningan yaitu 8.4 grm/cm3. Sedangkan berdasarkan hasil eksperimen, diperoleh nilai massa jenis massa jenis besi bermassa 450 grm yaitu 8.27 grm/cm3 dengan nilai error relatif 5.03 %, massa jenis besi bermassa 950 grm yaitu 7.76 grm/cm3 dengan nilai error 1.38 % serta massa jenis kuningan bermassa 500 grm yaitu 8.32 grm/cm3 dengan nilai error relatif 0.96 %. Perbedaan ini diakibatkan oleh resolusi sensor HCSR04 kurang tinggi serta dari hasil analisis data dapat dilihat kalau nilai error terbesar terdapat pada besi bermassa 450 grm. Karena massa besi yang kecil mengakibatkan volume besi kecil, sehingga error pembacaan sensor enggak dapat dihindari. Sedangkan pada besi bermassa 950 grm volume besi besar sehingga nilai error sensor dapat diminimalisir.

Pada percobaan ini sensor HCSR04 dapat berkerja secara optimal pada jarak 11 cm – 20 cm dengan error rata-rata 0.25%, sedangka pada jarank yang lebih besar dari 20 cm serta lebih kecil dari 11 cm ( 11>h>20 ) error yang diperoleh cukup besar dengan error rata-rata 1.48%. Sehingga pada percobaan ini dipilih volume air pada tabung sebanyak 1600 mL agar jarak antara sensor serta permukaan air berada pada daerah kerja sensor. Diperoleh jarak rata-rata sensor serta permukaan air pada volume 1600 mL yaitu 17.44 cm.

Benda yang digunkan dalam percobaan ini yaitu logam (besi serta kuningan) dengan massa jenis yang lebih besar dari massa jenis air atau benda yang tengelam dalam air. Untuk massa jenis benda yang sama dengan massa jenis air atau melayang pada percobaan ini dapat digunakan, karna sensor cuma membaca beda ketinggian air serta benda enggak menghalangi pembacaan sensor. Sedangkan buat benda yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air atau melayang pada percobaan ini enggak dapat digunkan, karna pada percobaan ini definisi ketinggian yaitu jarak antara sensor serta permukaan air, sehingga pada kasus benda melayang sensor enggak dapat membaca ketinggian air karna terhalang oleh bagian benda yang enggak tercelup atau tengelam. Secara keseluruhan dapat dilihat kalau praktikum ini berhasil serta sensor HCSR04 dapat digunakan sepagai alat penentuan massa jenis benda.

H. PENUTUP

1. Kesimpulan

Berdasarkan tujuan, hasil pengamatan serta alalisis data dapat disimpulkan bahwa:

• Sensor jarak dapat digunakan buat menentukan nilai massa jenis benda, dimana massa jenis massa jenis besi bermassa 450 grm yang diperoleh yaitu 8.27 grm/cm3 dengan nilai error relatif 5.03 % dan  massa jenis besi bermassa 950 grm yang diperoleh yaitu 7.76 grm/cm3 dengan nilai error 1.38 %, serta massa jenis kuningan bermassa 500 grm yaitu 8.32 grm/cm3 dengan nilai error relatif 0.96 %. Disain alat percobaan ini sensor HCSR04 dapat berkerja secara optimal pada jarak 11 cm – 20 cm dengan error rata-rata 0.25%. Massa jenis benda yang dapat digunakan yaitu massa jenis yang lebih besar serta sama dengan massa jenis air serta buat massa jenis benda yang lebih kecil dari massa jenis air enggak dapat digunakan.

2. Saran

Untuk eksperimen kedepan sebaiknya mengunakan sensor ultrasonik jenis ping parallax dengan nilai keakuratan yang tinggi serta sebaiknya mengunakan massa logam yang sesar minimal 500 grm buat meminimalisis error pembacaan sensor.

DAFTAR PUSTAKA

• Serway, R.A serta Jewett, Jhon W. 2004. Fisika buat Sains serta Teknik. Jakarta: Salemba Teknika.
• Wikipedia. Massa Jenis. Diakses dari https://id.wikipedia.org/wiki/Massa_jenis , pukul 10:24 WITA, 9 Juli 2017.

LAMPIRAN

Lampiran 1 : Prosedur Kalibrasi Sensor HCSR04

Lampiran 2 : Prosedur Penggunaan Program LabView

Lampiran 3 : Kode Program Arduino

int trigPin=9; //Sensor Trig pin pada Arduino pin 9
int echoPin=7;  //Sensor Echo pin pada Arduino pin 7
int myCounter=0;
double pingTime;  //waktu tempuh sinyal
double jarak; //Djarak yang bakal diukur
double js, js1;
double speedOfSound=340; //kecepatan suara

void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);
}

void loop() {
    digitalWrite(trigPin, LOW);
    delayMicroseconds(2000);
    digitalWrite(trigPin, HIGH);
    delayMicroseconds(15);
    digitalWrite(trigPin, LOW);
    delayMicroseconds(10);

    pingTime = pulseIn(echoPin, HIGH);  //waktu tempuh dalam microceconds
    pingTime=pingTime/1000000.0; // konversi microsecond ke second
    jarak= speedOfSound * pingTime;  //menghitung jarak
    //membagi dua karna jrak sebnarnya yaitu setengah waktu tempuh sinyal
    jarak=jarak/2.0;
    jarak= jarak*100.0;    //konversi meter ke centimeter
    if(jarak > 11.5){
      js1 = (jarak + 0.9304)/0.977; // Hasil Kalibrasi Sensor
      Serial.println(js1);
    }
    else{
    js1 = (jarak + 0.9304)/0.977; // Hasil Kalibrasi Sensor
    js = (js1 - 0.198)/0.98;
    Serial.println(js);
    }
    delay(200);
}

Itulah artikel tentang Laporan Praktikum Fisika Eksperimen - Penentuan Massa Jenis Benda Menggunakan Sensor Jarak. Semoga artikel ini bermanfaat buat anda semua. kalau ada pertanyaan silahkan tuliskan pertanyaan kalian di kolom komenter atau lewat menu kontak Admin. Terima Kasih telah berkunjung serta Selamat Bereksperimen.

Bagikan Artikel ini