Physics Education Research Journal Vol. 3 No. 2 (2021), 85-94 P -ISSN: 2685-6190 e-ISSN: 2714-7746
doi: 10.21580/perj.2021.3.2.8706 https://ejournal.walisongo.ac.id/index.php/perj/index
85

## Alat Praktikum Tumbukan Menggunakan Mikrokontroler, Sensor Ultrasonik, dan Lintasan Air Track

## K. Umam* , Hartono, dan Sulhadi
Prodi Pendidikan Fisika, Program Pascasarjana Universitas Negeri Semarang, Indonesia * Email: khaerulumam3028@students.unnes.ac.id
Received: June 13 th , 2021. Accepted: August 2 nd , 2021. Published: August 29 th , 2021

## Abstrak
Momentum merupakan salah satu topik fisika yang lebih dapat dipahami  oleh  siswa  melalui  kegiatan  praktikum.  Persoalan yang ditemukan pada penggunaan ticker timer sebagai pengukur kecepatan  pada  praktikum  tumbukan  adalah  bahwa  proses pengukuran  mengganggu  sistem  yang  diukur.  Penelitian  ini mengembangkan  alat  praktikum  tumbukan  menggunakan mikrokontroler  dan  sensor  ultrasonik  sebagai  perekam  jarak. Lintasan luncur  yang  digunakan berupa air  track .  Berdasarkan penelitian yang dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa alat praktikum  tumbukan  dengan  mikrokontroler  dan  lintasan luncur berupa air track dapat bekerja dengan baik. Perekam jarak atau  DRD  mampu  merekam  jarak  setiap  0,2  detik.  Sensor ultrasonik  sebagai  pengukur  memiliki  ketepatan  99,6%  dan kesalahan relatif sebesar 0,56% untuk sensor 1, sedangkan untuk sensor  2  memiliki  ketepatan  99%  dan  kesalahan  relatif  0,85%. Melalui  data  jarak  yang  diperoleh  maka  dapat  diketahui besarnya momentum sebelum dan sesudah tumbukan.

## Abstract
Momentum is one of the physics topics that students can better understand  with  practical  activities.  The  problem  found  in using the ticker timer as a speed gauge in the collision practicum is  that  the  measurement  process  interferes  with  the  system being measured. This  research develops a collision  practicum tool using a microcontroller and ultrasonic sensor as a distance recorder.  The  glide  track  used  is  an  air  track.  Based  on  the
research  conducted,  it  can  be  concluded  that  the  collision practicum tool with a microcontroller and a glide track in the form  of  an  air  track  can  work  well.  The  distance  recorder  or DRD is capable of recording distances every 0.2 seconds. The ultrasonic  sensor  as  a  gauge  has  an  accuracy  of  99.6%  and  a relative error of 0.56% for sensor 1. Meanwhile, sensor 2 has an accuracy  of  99%  and  a  relative  error  of  0.85%.  Through  the distance  data  obtained,  it  is  possible  to  obtain  an  increase  in momentum before and before the collision. ©2021PERJ
Keywords : Collision; Microcontroller; Ultrasonic sensors; Air track.

## PENDAHULUAN
Kegiatan  praktikum  merupakan sebuah  bagian  dari  proses  belajar mengajar yang tidak dapat dipisahkan.  Salah  satu  pelajaran yang  membutuhkan  praktikum adalah  fisika.  Melalui  kegiatan praktikum,  siswa  dapat  mengolah pola pikir yang sistematis, mendapatkan pengalaman dan ilmu yang  mudah  diingat,  serta  dapat menjembatani konsep-konsep fisika dengan  alat  praktikum  tersebut (Istinganah dkk., 2021).
Momentum  merupakan  salah satu  konsep  fundamental  dalam fisika yang dalam upaya memahaminya, siswa
sering mengalami  kesulitan  (Rosa  dkk., 2017).  Upaya  untuk  pemahaman yang  lebih  baik  terkait  momentum dapat  dilakukan  melalui  kegiatan praktikum.  Momentum  adalah ukuran kesukaran untuk
memberhentikan suatu benda yang dapat  diamati  atau  dijumpai  pada fenomena  tumbukan  (Mughny  & Rahmawati,  2016).  Pada  praktikum
tumbukan
dan momentum, praktikan  dapat  menggunakan neraca  untuk  menentukan  massa benda yang
bertumbukan; sedangkan untuk menentukan besar kecepatan, praktikan menggunakan pewaktu  ketik  (Huda  dkk.,  2016). Penggunaan  pewaktu  ketik  ( ticker timer )  telah  dilakukan  untuk pengukuran  kecepatan  benda  yang bergerak  lurus,  di  antaranya  pada penelitian  Sobari  &  Sucahyo  (2016) dan  Lusia  &  Rahardjo  (2017). Persoalan  yang  ditemukan  pada penggunaan ticker  timer adalah bahwa proses pengukuran mengganggu  sistem  yang  diukur (Huda dkk., 2016).
Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengembangkan  alat  praktikum tumbukan  dengan  menggunakan mikrokontroler dan sensor ultrasonik. Mikrokontroler merupakan suatu komponen elektronika  yang  dapat  diprogram dan  memiliki  kemampuan  untuk mengeksekusi langkah-langkah yang  telah  diprogram  (Yohandri, 2013). Penggunaan sensor
ultrasonik  untuk  mengukur  jarak benda yang bergerak
telah
dilakukan  oleh  Suari  (2018).  Alat- alat praktikum fisika yang
menggunakan sensor diyakini lebih efektif  dan  efisien,  sehingga  tujuan pembelajaran dapat terlaksana sesuai  yang  diharapkan  (Triaga dkk., 2017). Alat praktikum tumbukan  yang  dikembangkan bertujuan  untuk  memudahkan dalam  kegiatan  praktikum  dan pengambilan data berkaitan dengan hukum kelestarian momentum.

## METODE

## Desain Alat Praktikum Tumbukan
Desain alat praktikum tumbukan dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar  1. Desain  Rangkaian  Alat Praktikum Tumbukan
Komponen rangkaian alat meliputi: DRD  ( Distance  Recorder  Device ), blower,  sensor  ultrasonik,  benda luncur, dan lintasan air track.

## Perancangan  Perangkat  Perekam Jarak
Perangkat  perekam  jarak  atau
DRD  dirangkai  dari  beberapa komponen elektronik meliputi mikrokontroler  (arduino  UNO), LCD,  sensor  ultrasonik,  dan switch button .  Blok  diagram  kerja  alat praktikum tumbukan seperti terlihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Blok diagram kerja alat praktikum tumbukan
Analisis  data  pada  pengukuran jarak oleh sensor meliputi persentase  kesalahan,  ketepatan pengukuran, standar deviasi,
kesalahan  relatif,  dan  ketelitian (Triaga  dkk.,  2017).  Persentase
kesalahan  sensor  jarak  ditentukan sesuai Persamaan 1.
% 𝑘𝑒𝑠𝑎𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 = 𝑌 𝑛 − 𝑋 𝑛 𝑌 𝑛 × 100%  (1)
https://ejournal.walisongo.ac.id/index.php/perj/index
Keterangan: 𝑌 𝑛 =  Nilai  sebenarnya dan 𝑋 𝑛 =  Nilai  yang  terbaca  pada alat  ukur.  Ketepatan  sensor  jarak ditentukan  melalui  Persamaan  2, dengan  A  merupakan  nilai  dari ketepatan.
𝐴 = 1 − | 𝑌 𝑛 −𝑋 𝑛 𝑌 𝑛 | (2)
Nilai  ketelitian  sensor  jarak  dicari menggunakan Persamaan 3.
𝐾𝑒𝑡𝑒𝑙𝑖𝑡𝑖𝑎𝑛 = 1 − | 𝑋 𝑛 −𝑋̅ 𝑛
𝑋̅ 𝑛 | (3)
Perbedaan  antara  mencari  nilai ketelitan  dengan  ketepatan  hanya pada  menukar  pengali 𝑌 𝑛 dengan 𝑋̅ 𝑛 . 𝑋̅ 𝑛 =  rata-rata  dari  set  n pengukuran.  Standar  deviasi  dari pengukuran  kuantitas  aliran  air ditentukan  melalui  Persamaan  4, sedangkan  untuk  mencari  nilai kesalahan relatif digunakan Persamaan 5..
∆𝑋 = 1 𝑛 √ 𝑛 ∑ 𝑥 𝑖 2 −(∑ 𝑥 𝑖 ) 2 𝑛−1 (4)
𝐾𝑅 = ∆𝑋 𝑋̅ × 100% (5)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Distance Recoerder Device (DRD)
Distance  Recorder  Device (DRD) merekam  jarak  yang  diperoleh melalui  sensor  ultrasonik  yang
mengenai  benda  luncur  yang bergerak  dalam  satu  garis  lurus. DRD  mampu  merekam  jarak  dari benda  luncur  setiap  selang  waktu 0,2  sekon  selama  4  sekon  sehingga dalam  waktu  4  sekon,  data  jarak yang  diperoleh  sebanyak  20  data. Perangkat  DRD  dapat  dilihat  pada Gambar 3.
Gambar 3. Perangkat DRD
Tombol ON/OFF untuk menyalakan DRD (Distance Recorder  Device),  tombol  START untuk  memulai  pengambilan  data selama  4  detik,  tombol  SHOW untuk memulai menampilkan data, dan  tombol  UP/Down  untuk menampilkan  data  terekam,  yakni UP  digunakan  untuk  melihat  data selanjutnya  (0,2  detik  berikutnya) dan  tombol  DOWN  untuk  melihat data sebelumnya (0,2 detik
sebelumnya).

## Lintasan Luncur
Lintasan luncur yang digunakan yaitu  berupa air  track mampu memberikan  tekanan  udara  pada bawah benda, sehingga benda dapat
https://ejournal.walisongo.ac.id/index.php/perj/index
89
terangkat  dari  bidang  luncur. Dengan  demikian,  gaya  gesek antara benda dengan bidang luncur dapat  diminimalisir. Air  track terbuat  dari  bahan  alumunium panjang  berongga  dengan  panjang
150 cm. Batang alumunium kemudian diberi lubang dari ujung satu  sampai  ujung  lainnya  dengan jarak  antar  lubang  yaitu  2  cm. Lubang-lubang  tersebut  memiliki diameter  1  mm.  Tujuan  dari pemberian  lubang  adalah  untuk keluarnya  udara  yang  memberi tekanan pada benda luncur sehingga  mengurangi  gaya  gesek antara  benda  luncur  dan  lintasan. Lintasan  luncur air  track dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Lintasan Luncur Air Track

## Ketepatan dan Ketelitian Sensor
Sesuai dengan data pada Tabel 1, sensor  ultrasonik  yang  digunakan untuk  mengukur  jarak  pada  alat praktikum  tumbukan  memiliki ketepatan  99,6%  dan  kesalahan relatif sebesar 0,56% untuk sensor 1, sedangkan untuk sensor 2 memiliki ketepatan 99% dan kesalahan relatif 0,85%.  Nilai  pembanding  data pengukuran  oleh  sensor  diambil
melalui pengukuran dengan
menggunakan mistar. Tabel 1. Ketelitian sensor Data Sensor 1 Sensor 2 Persentase Kesalahan 0,40 % 1,0 % Ketepatan 99,6 % 99 % Ketelitian Standar 99,7 % 98,5 % Deviasi 0,421637 0,421637 Kesalahan Relatif 0,56 % 0,85 %
Percobaan 1 dengan Keadaan 𝒎 𝟏 = 𝒎 𝟐 dan 𝒗 𝟏 > 𝒗 𝟐
Pada  percobaan  pertama  dengan massa  benda  luncur  yang  sama sebesar  16  gram  dan  benda  luncur pertama dalam kondisi diam maka diperoleh data sesuai Gambar 5.
Gambar  5 .  Grafik  Pengukuran  Jarak Terhadap Waktu pada Percobaan 1
Gambar  5  menunjukkan  bahwa kedua benda luncur saling
bertumbukan pada waktu 1,4 sekon setelah dimulainya pencatatan data oleh  mikrokontroler.  Melalui  data pada grafik 1 maka dapat diperoleh kecepatan  sesaat  sebelum  dan sesudah tumbukan. Pada percobaan 1  dengan  keadaan  dan  diperoleh besarnya momentum sebelum tumbukan  dan  sesudah  tumbukan sesuai pada Tabel 4.
Tabel 4 . Jumlah Momentum Sebelum dan Sesudah Tumbukan pada
Percobaan 1 Benda Luncur 1 Benda Luncur 2 Jumlah Momentum
𝑣 1 (cm /s) 𝑣 1 ′ (cm /s) 𝑣 2 (cm /s) 𝑣 2 ′ (cm /s) Sebelum Tumbukan (g cm/s) Sesudah Tumbukan (g cm/s) 0  70  85  10 1360 1280
Terdapat  perbedaan  besarnya momentum  sebelum  dan  setelah tumbukan  hal  ini  terjadi  karena beberapa  faktor,  salah  satunya adalah gesekan antara benda luncur dengan  udara  ataupun  gesekan benda  luncur  dengan  lintasan luncurnya.  Sama  halnya  dengan percobaan pada alat yang dikembangkan  oleh  Huda  dkk. (2016), terdapat perbedaan besarnya momentum sebelum tumbukan dan setelah  tumbukan  pada  kondisi 𝑚 1 = 𝑚 2 dan 𝑣 1 > 𝑣 2 (nilainya berbeda).
Percobaan 2 dengan Keadaan 𝒎 𝟏 < 𝒎 𝟐 dan 𝒗 𝟏 < 𝒗 𝟐
Pada  percobaan  ke  dua,  massa benda  luncur  pertama  sebesar  9 gram  dan  massa  benda  luncur  ke dua  sebesar  16  gram.  Pada percobaan  kedua  ini  benda  luncur pertama dalam kondisi diam.
Gambar  6 .  Grafik  Pengukuran  Jarak Terhadap Waktu pada Percobaan 2
Gambar  6  menunjukkan  bahwa kedua benda luncur saling bertumbukan pada waktu 1,6 sekon setelah dimulainya pencatatan data oleh mikrokontroler. Pada percobaan  2  dengan  keadaan 𝑚 1 < 𝑚 2 dan 𝑣 1 < 𝑣 2 diperoleh besarnya momentum sebelum tumbukan dan sesudah  tumbukan  sesuai  pada Tabel 5.
Benda luncur 2 bergerak ke arah kiri  sehingga  menumbuk  benda luncur 1 yang dalam kondisi diam. Setelah  tumbukan  terjadi,  benda luncur  1  dengan  masa  yang  lebih kecil terpental dan bergerak ke arah kiri  searah  dengan  gerak  benda luncur  2,  sehingga  diperoleh
Phy. Educ. Res. J. Vol. 3 No. 2 (2021), 85-94
https://ejournal.walisongo.ac.id/index.php/perj/index
91
momentum tumbukan seperti pada Tabel 5. Pada kasus tumbukan tanpa gaya  luar  akan  selalu  berlaku hukum  kekekalan  momentum, yaitu  momentum  total  benda sebelum  tumbukan  sama  dengan momentum  total  benda  setelah tumbukan
(Rosyadi, 2018). Besarnya jumlah momentum sesudah tumbukan pada percobaan 2  memiliki  nilai  yang  mendekati besarnya momentum sebelum tumbukan.
Tabel 5 . Jumlah Momentum Sebelum
dan Sesudah Tumbukan pada Percobaan 2 Benda Luncur 1 Benda Luncur 2 Jumlah Momentum
𝑣 1 (cm /s) 𝑣 1 ′ (cm /s) 𝑣 2 (cm /s) 𝑣 2 ′ (cm /s) Sebelum Tumbukan (g cm/s) Sesudah Tumbukan (g cm/s) 0  145  115  40 1840 1918
Percobaan 3 dengan Keadaan 𝒎 𝟏 > 𝒎 𝟐 dan 𝒗 𝟏 < 𝒗 𝟐
Pada  percobaan  ke  tiga,  massa benda  luncur  pertama  sebesar  16 gram  dan  massa  benda  luncur  ke dua sebesar 9 gram. Pada percobaan ke  tiga  ini,  benda  luncur  pertama dalam kondisi diam.
Gambar  7  menunjukkan  bahwa kedua benda luncur saling
bertumbukan pada waktu 2,2 sekon setelah dimulai pencatatan data oleh mikrokontroler.  Pada  percobaan  3
dengan keadaan 𝑚 1 > 𝑚 2 dan 𝑣 1 <
𝑣 2 dan diperoleh besarnya momentum sebelum tumbukan dan sesudah  tumbukan  sesuai  pada Tabel 6.
Gambar  7 .  Grafik  Pengukuran  Jarak Terhadap Waktu pada Percobaan 3
Tabel 6 . Jumlah Momentum Sebelum dan Sesudah Tumbukan pada Percobaan 3 Benda Luncur 1 Benda Luncur 2 Jumlah Momentum
𝑣 1 (cm /s) 𝑣 1 ′ (cm /s) 𝑣 2 (cm /s) 𝑣 2 ′ (cm /s) Sebelum Tumbukan (g cm/s) Sesudah Tumbukan (g cm/s) 0 115 145 70 1305 1210
Benda luncur 2 yang bermassa 9 gram bergerak ke arah kiri sehingga menumbuk benda luncur 1 dengan masa  16  gram  yang  diam.  Setelah tumbukan  terjadi,  benda  luncur  1 dengan  masa  yang  lebih  besar terpental  dan bergerak ke arah kiri sedangkan  benda  luncur  2  yang bermasa  lebih  kecil  bergerak  ke kanan  berlawanan  dengan  arah gerak  awal  sebelum  tumbukan.
Terdapat perbedaan jumlah
momentum sebelum tumbukan dan sesudah tumbukan
yang disebabkan oleh terjadinya gesekan yang lebih besar pada benda luncur kedua  dengan  masa  yang  lebih kecil.  setelah  tumbukan,  benda luncur 2 terpental berlawanan arah dan menempel pada lintasan luncur sehingga memperlambat laju benda.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  yang dilakukan
dapat diambil
kesimpulan  bahwa  alat  praktikum tumbukan  dengan  mikrokontroler dan lintasan luncur berupa air track dapat bekerja dengan baik. Perekam jarak  atau  DRD  mampu  merekam jarak  setiap  0,2  detik.  Sensor ultrasonik sebagai pengukur memiliki  ketepatan  99,6%  dan kesalahan  relatif  sebesar  0,56% untuk  sensor  1,  sedangkan  untuk sensor  2  memiliki  ketepatan  99% dan kesalahan relatif 0,85%. Melalui data  jarak  yang  diperoleh  maka dapat diketahui besarnya momentum  sebelum  dan  sesudah tumbukan.

## DAFTAR PUSTAKA
Halliday,  D.,  &  Resnick,  R.  2010. Fisika Dasar, Edisi Ketujuh Jilid 1 . Jakarta: Erlangga. Huda, I., Sudarmanto, A., & Khalif, M.  A.  2016.  Pembuatan  Alat Praktikum  Tumbukan  Linear dengan
Mikrokontroler.
Prosiding  Seminar  Nasional MIPA 2016 , 207–219. Istinganah,  Y.,  Syam,  M.,  & Zulkarnaen. 2021. Pemanfaatan Laboratorium Fisika  dalam  Pembelajaran Fisika,  Studi  Kasus  di  SMA
Negeri  1  Sendawar  dan  SMA Negeri  1  Liggang  Bigung Kabupaten  Kutai  Barat. Jurnal Literasi  Pendidikan  Fisika ,  2(1): 23–33. Lusia,  R.,  &  Rahardjo,  D.  T.  2017. Ticker Timer Dengan Penghitung  Waktu  Otomatis Menggunakan  Timer  Le8n Series. Jurnal  Materi  Dan Pembelajaran Fisika (JMPF) , 7(2): 63–68. Mughny, A., & Rahmawati, E. 2016. Rancang Bangun KIT Percobaan Konservasi Momentum Berbasis Mikrokontroler. Jurnal  Inovasi Fisika Indonesia , 5(3): 9–14.
Rosa, G. C., Cari, C., & Aminah, N.
S.  2017.  Tingkat  Pemahaman Konsep Mahasiswa Pendidikan  Fisika  Universitas Sebelas  Maret  pada  Materi Momentum. Prosiding  SNFA (Seminar  Nasional  Fisika  Dan Aplikasinya) 2017 , 74–84. Rosyadi, F. 2018. Kajian Tumbukan Sentral  dan  Tak  Sentral  pada Permainan  Billiards  Sebagai Rancangan  Bahan  Ajar  Fisika SMA. Seminar Nasional
https://ejournal.walisongo.ac.id/index.php/perj/index 93
Pendidikan  Fisika  2018 ,  3:  127– 134. Sobari,  A.,  &  Sucahyo,  I.  2016. Pengembangan  Alat  Peraga Ticker  Timer  sebagai  Media Pembelajaran  Fisika  Pokok Bahasan  Gerak  Lurus. Jurnal Inovasi  Pendidikan  Fisika  (JIPF) , 5(3): 154–160. Suari,  M.  2018.  Pengujian  Sensor Jarak HC-SR04 Pada Percobaan Gerak  Lurus  Suatu  Benda. Natural  Science  Journal ,  4(2):
686–699. Triaga,  E.,  Yulkifli,  &  Yohandri.
2017.  Pembuatan  Air  Track untuk Eksperimen Kinematika dan Dinamika Berbasis Mikrokontroler Atmega328. Pillar of Physics , 10: 14–22. Wantoro,  K.,  Sudjito,  D.,  & Rondonuwu,  F.  S.  2016. Pemanfaatan Kamera Smartphone  dan  Eyetracking Analysis pada Percobaan Kinematika  Di  Atas  Landasan
Udara  Dua  Dimensi. Unnes
Physics  Education  Jurnal ,  5(1): 49–55. Yohandri.  2013. Mikrokontroler  dan Antar Muka . Padang: UNP.
https://ejournal.walisongo.ac.id/index.php/perj/index