## PEMBUATAN ALAT LABORATORIUM FISIKA FAKULTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN IAIN WALISONGO  UNTUK PRAKTIKUM OSILASI CAIRAN DAN AYUNAN MATEMATIS SECARA DIGITAL

## Agus Sudarmanto

## Dosen Jurusan Tadris Fisika FITK IAIN Walisongo

## Abstrak
Penelitian ini merancang dan merealisasikan pembua- tan alat laboratorium Fisika  Fakultas Tarbiyah IAIN secara digital  yaitu  pada  praktikum  osilasi  cairan  dan  ayunan matematis.
Pembuatan alat laboratorium Fisika Fakultas Ilmu Tar- biyah dan Keguruan IAIN Walisongo untuk praktikum osi- lasi cairan dan ayunan matematis secara digital terdiri dari sumber cahaya, sensor cahaya yang keluarannya, dengan keypad  sebagai  masukannya  kemudian  diproses  dengan mikrokontroler  ATMega8535  dengan  algoritma  program kemudian hasilnya ditampilkan pada LCD ( Liquid Cristal Display ).
Hasil penelitian ini adalah bahwa pembuatan alat lab- oratorium  sika  untuk praktikum osilasi cairan dan ayu- nan matematis secara digital  sudah dapat berfungsi sesuai dengan yang diinginkan dan data hasil dari alat tersebut mendekati nilai percepatan gravitasi bumi sebenarnya yai- tu sebesar 9,8 m/s 2 .
Kata Kunci : Digitalisasi Alat Laboratorium, Percepatan Gravitasi

## Agus Sudarmanto

## PENDAHULUAN
Teknologi mikrokontroler saat ini berkembang dengan pe- sat, seiring dengan kemampuan ilmu pengetahuan dan teknolo- gi. Dalam perkembangannya, teknologi ini tidak hanya berperan dalam satu bidang saja melainkan hampir di segala bidang ke- hidupan manusia. Banyak hal yang mungkin selama ini untuk menyelesaikan  suatu  permasalahan  manusia  membutuhkan biaya,  waktu,  tenaga  yang  cukup  besar  untuk  penyelesaian- nya, tetapi dengan adanya kemajuan teknologi mikrokontroler hal-hal tersebut dapat ditekan seminimal mungkin. (Link, Wolf- gang, 1993)
Keuntungan yang diperoleh dengan adanya teknologi mik- rokontroler ini adalah sebagai alat ukur dan otomasi secara digi- tal  dengan  tampilan  LCD.  Pada  bidang   sika,  mikrokontroler digunakan sebagai pengontrol kerja sistem, dalam penelitian ini adalah digitalisasi pada alat praktikum pada Tadris Fisika yaitu tentang ayunan matematis dan osilasi cairan. Mikrokontroler ini akan mengolah data kemudian dengan algoritma program maka hasilnya akan ditampilkan pada LCD ( Liquid Crystal Display ). Pada mata kuliah praktikum Fisika Dasar dan Gelombang di Tadris Fisika Fakultas Ilmu Tarbiyah dan Keguruan IAIN Wal- isongo Semarang dalam hal ini materi Praktikum Fisika Dasar tentang ayunan matematis dan Praktikum Gelombang tentang osilasi cairan masih menggunakan alat praktikum yang manual, sehingga tingkat kesalahan dalam hal pengambilan data masih besar, maka hasil akhir dari praktikum tersebut masih jauh dari yang diinginkan. Maka dari itu, sangat perlu sekali untuk mem- buat sebuah alat praktikum secara digital guna menge sienkan waktu dan meminimalisasi tingkat kesalahan dalam pengambi- lan data, sehingga hasil akhirnya sesuai dengan yang diinginkan (sesuai dengan referensi). Tetapi praktikan juga tetap menggu- nakan  alat  yang  manual  supaya  mahasiswa  tahu  dan  paham akan petunjuk manual praktikum tersebut dan dalam perhitun- gan juga harus manual supaya praktikan tahu dan paham secara  sisnya, sedangkan alat digitalisasi hanya untuk membanding- kan hasil akhir yang didapatkan apakah sudah sesuai yang di-
Pembuatan Alat Laboratorium Fisika...

## inginkan atau belum.

## KERANGKA TEORI
Sumber  cahaya  disini  yang  digunakan  adalah  sinar  la- ser.  Laser  (singkatan  dari  bahasa  Inggris:  Light  Ampli cation by  Stimulated  Emission  of  Radiation)  merupakan  mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya dalam  bentuk  cahaya  yang  tidak  dapat  dilihat  maupun  dapat lihat dengan mata normal, melalui proses pancaran terstimula- si. Pancaran laser biasanya tunggal, memancarkan foton dalam pancaran  koheren.  Sejak  diperkenalkannya  laser  pada  tahun 1960, sebagai sebuah penyelesaian suatu masalah, maka dalam perkembangan berikutnya laser telah digunakan secara meluas, dalam bermacam-macam aplikasi modern, termasuk dalam bi- dang  optik,  elektronik,  optoelektronik,  teknologi  informasi, sains,  kedokteran,  industri,  dan  militer.  (http://id.wikipedia. org/wiki/Laser, 2012)
Masalah  utama  dalam  teknik  pengukuran  dan  pen- gaturan secara elektronik adalah mengubah besaran  sik (misal :  temperatur,  kecepatan  ayunan)  menjadi  besaran  listrik  yang proporsional. Pengubah yang melaksanakan hal ini secara mum disebut sebagai sensor. Sensor fotoelektrik terdiri dari atas LED berwarna merah atau LED infra merah yang menyinari fotodio- da atau fototransistor sebagai penerimanya. Mereka tersedia se- bagai satu kesatuan atau terpisah dalam masing-masing kotak. Kadang-kadang juga dilengkapi dengan lensa agar dapat men- genali  sinyal kecil dengan lebih baik,  atau  untuk memperoleh jarak pengamatan yang lebih jauh. (Link, Wolfgang, 1993) Mikrokontroler AVR ( Alf and Vegard’s Risc Processor ) meru- pakan salah satu perkembangan produk mikroelektronika dari vendor  Atmel.  AVR  merupakan  teknologi  yang  memiliki  ke- mampuan yang baik dengan biaya ekonomis yang cukup mini- mal. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja

## Agus Sudarmanto
itu  terjadi  karena  kedua  jenis  mikrokontroler  tersebut  memi- liki  arsitektur  yang  berbeda.  AVR  berteknologi  RISC  ( Reduced Instruction  Set  Computing ),  sedang  MCS  51  berteknologi  CISC ( Complex  Instruction Set Computing ). Secara umum AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATiny, keluar- ga AT90Sxx, Keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang  membedakan  masing-masing  kelas  adalah  memori,  pe- ripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan,  mereka  bisa  dikatakan  hampir  sama.  (Lingga.  W. 2006)
Keypad 4x4  di  sini  adalah  sebuah keypad dengan  susunan empat  baris  dan  empat  kolom  dengan  sebuah common .  Pada alat ini pin–pin pada keypad dihubungkan pada port B mikro- kontroler  ATMega8535. Keypad berfungsi  untuk  memasukkan data dan melakukan seting atau kontrol. Pengambilan data dari keypad dilakukan dengan menunggu adanya penekanan tombol keypad . Kondisi tidak ada penekanan tombol adalah high untuk semua pin keypad kecuali common yang terhubung ke ground atau FFh pada port mikrokontroler. Proses konversi tabel keypad dilakukan  dengan  menganggap  data-data  dari keypad sebagai suatu  alamat  memori  di  mana  isi  dari  alamat  tersebut  adalah berupa data yang dianggap sebagai tanda saat tombol tersebut ditekan.  (http://delta-electronic.com/article/wp-content/up- loads/2008/09/an0060.pdf, 2012).
LCD  Display  modul  M1632    buatan  Seiko  Inc,  meskipun harganya sekitar lima kali lipat dibanding dengan LCD Module SEDI200  buatan  Epson,  tapi  karena M1632 lebih  dulu  beredar di Indonesia dan lebih mudah didapat, masih merupakan pili- han banyak penggemar elektronik praktis. LCD display module M1632 terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai  media penampil informasi dalam  bentuk huruf/ angka  dua  baris,  masing  –  masing  baris  bisa  menampung  16 huruf/angka.
Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk den- gan mikrokontroler yang ditempel dibalik pada panel LCD, ber- fungsi  mengatur  tampilan  LCD.  Dengan  demikian  pemakaian
LCD M1632 menjadi sederhana, sistem lain cukup mengirimkan kode  –  kode  ASCII  dari  informasi  yang  ditampilkan.  (http:// www.delta-elektronik.com,DatasheetLCD, 2012).
Gerak harmonik adalah gerak bolak-balik melalui suatu ti- tik setimbang. Salah satu contoh gerak harmonik adalah ayunan sederhana atau ayunan bandul. Gaya yang mempengaruhi gerak ayunan adalah F = m.g sin θ, dengan θ adalah sudut simpangan dan l adalah panjang tali ayunan. Dengan mengambil sudut θ yang kecil (kurang dari 15°) maka dapat dianggap sebagai gerak harmonik sederhana.
Untuk sudut θ kecil tg θ ~ sin θ = 0, maka busur lingkaran s sama dengan simpangannya (y).
Gambar 1. Ayunan Matematis (Halliday, 1996)
Berdasar    persamaan  k  diatas  maka  nilai  periode  (T)  dan frekuensi (f) ayunan sederhana masing-masing adalah:
Gambar 2. osilasi cairan (Halliday, 1996)
m.g F y

## Agus Sudarmanto
Jika permukaan zat cair pada kaki kiri tabung U naik x cm dari permukaan awl, maka permukaan zat cair pada kaki kanan akan turun x cm, sehingga terdapat perbedaan tinggi kedua per- mukaan sebesar 2x cm. Perbedaan tinggi permukaan ini menye- babkan gaya sebesar g x  2 yang berlawanan dengan simpan- gan zat cair.
Menurut Hukum Newton II :

## METODOLOGI PENELITIAN
Desain Digitalisai Alat
Desain digitalisasi alat laboratorium  sika untuk prakti- kum osilasi cairan dan ayunan matematis secara digital adalah sebagai berikut :
2 2 2 2 g l T 2 2 2

## Ayunan Matematis

## Gambar 3. Perancangan alat ayunan matematis secara digital

## Osilasi Cairan
Gambar 4. Perancangan alat osilasi cairan secara digital
Pembuatan Perangkat Lunak Software dari  sistem  ditulis  menggunakan  bahasa  C  dan compiler  yang  digunakan  adalah  CVAVR.  Adapun  ow  chart nya adalah sebagai berikut :
Gambar 5. Flow chart Diagram Sistem

## Agus Sudarmanto
Pada   ow  chart  diagram  tersebut  dapat  dilihat  pada  saat pertama  kali sistem dihidupkan, sistem  melakukan  inisialisasi pada  LCD.  Selanjutnya  sistem  menampilkan  menu  data  yang dikehendaki  dan  menampilkannya  pada  LCD.  Adapun  menu yang akan ditampilkan adalah : 1. data waktu (detik) 2. data pe- riode 3. data perhitungan mencari percepatan gravitasi. Setelah memilih menu yang dikehendaki, maka tombol start kita tekan, sehingga  sistem  akan  mendeteksi  berapa  kali  osilasi.  Dengan algoritma pemrograman C, maka hasil akan ditampilkan pada layar LCD.

## Cara Kerja Keseluruhan Alat
Dengan  memberikan  algoritma  program  pada  mikrokon- troler untuk memerintahkan sistem digitalisasi alat laboratori- um praktikum  sika guna menampilkan waktu n osilasi pada praktikum ayunan matematis atau osilasi cairan kemudian me- nampilkan waktu (t), periode (T), dan  nilai percepatan gravitasi bumi (g) pada layar LCD. Adapun metodenya adalah mensen- sor jumlah n osilasi dari ayunan matematis atau osilasi cairan kemudian  keluaran  dari  sensor  diproses  pada  mikrokontroler ATMega8535 dan hasilnya akan ditampilkan pada layar LCD.

## HASIL DAN ANALISA DATA
Setelah semua rancangan digitalisasi alat praktikum osi- lasi cairan dan ayunan matematis)secara digital selesai dibuat, maka langkah selanjutnya adalah menguji alat yang dibuat su- dah apakah siap digunakan dan sudah sesuai dengan yang di- inginkan.

## Hasil Alat Digitalisasi Osilasi Cairan
Gambar 6. Gambar keseluruhan alat praktikum osilasi cairan secara digital
Hasil Pengujian
Pengambilan data secara manual
Data secara digital

## Agus Sudarmanto
Hasil Alat Digitalisasi Ayunan Matematis
Gambar 7. Gambar keseluruhan alat praktikum ayunan matematis secara digital
Hasil Pengujian Pengambilan data secara manual Panjang tali (meter) banyak ayunan waktu (detik) periode (detik) Gravitasi (m/s 2 ) 0,4 10 x 12.5 1.25 10,09
Data secara digital
Analisa Data
Data pada percobaan osilasi cairan dan ayunan matematis dapat dibandingkan bahwa data yang didapat dari percobaan secara manual dan dengan alat praktikum secara digital terlihat bahwa data hasil percobaan osilasi cairan dengan menggunakan alat secara digital didapat nilai gravitasi bumi sebesar 9,83 m/s 2 dan untuk percobaan ayunan matematis didapat nilai gravitasi bumi sebesar 9,78 m/s 2 , dari kedua percobaan tersebut didapat nilai gravitasi bumi mendekati nilai referensi yaitu 9,8 m/s 2 . Se- dangkan untuk percobaan secara manual diperoleh nilai gravi- tasi  bumi  untuk  osilasi  cairan  sebesar  9,48  m/s 2 dan  ayunan matematis sebesar 10,09 m/s 2 , dari hasil yang diperoleh kedua percobaan secara manual tersebut didapat nilai yang masih jauh mendekati nilai referensi gravitasi bumi yaitu 9,8 m/s 2 .

## KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang dilakukan dapat  diambil be- berapa kesimpulan, yaitu :
1. Pembuatan  digitalisasi  alat  Laboratorium  Fisika  Fakultas Tarbiyah IAIN Walisongo (alat praktikum osilasi cairan dan ayunan  matematis)  sudah  dapat  berfungsi  sesuai  yang  di- inginkan.
2. Pada  sistem  ini  didapatkan  nilai  percepatan  gravitasi  un- tuk osilasi cairan sebesar      9,83 m/s 2 dan untuk ayunan matematis  sebesar  9,78  m/s 2 yang  lebih  mendekati  nilai gravitasi refrensi yaitu 9,8 m/s 2 dibandingkan secara man- ual yaitu untuk osilasi cairan sebesar 9,48 m/s 2 dan ayunan matematis sebesar 10,09 m/s 2 .

## DAFTAR PUSTAKA
Anonim.  2012.  Keypad.  http://delta-electronic.com/article/ wp-content/uploads/2008/09/an0060.pdf. diunduh tang- gal 3 September 2012 pukul 20.30
Anonim.  2012.  Laser.  http://id.wikipedia.org/wiki/Laser.  di-
unduh pada tanggal 21 September 2012 pukul 09.00 Anonim. 2012. LCD.
http://www.delta-elektronik. com,DatasheetLCD. dinduh tanggal 3 September 2012 pu- kul 22.00
Halliday, R., 1996, Fisika Jilid 1, Erlangga, Jakarta.
Lingga. W. 2006. Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simu- lasi, Hardware, dan Aplikasi. Andi Offset. Yogyakarta
Link.  Wolfgang.  1993.  Pengukuran,  Pengendalian  dan  Pen- gaturan dengan PC. PT Elexmedia Komputindo. Jakarta