## Aplikasi Sensor Smartphone dalam Eksperimen Penentuan Percepatan Gravitasi

## Aan Suciarahmat, Yudhiakto Pramudya
Progam Studi Magister Pendidikan Fisika Universitas Ahmad Dahlan Kampus II, Jl. Pramuka 42, Sidikan, Yogyakarta 55161Lt 3. Telp. (0274) 371120, Fax. 564604 Email : aansuciarahmat@yahoo.com
Abstrak  – Telah  dilakukan  penelitian  untuk  menentukan  nilai  percepatan  gravitasi  menggunakan  aplikasi  sensor Smartphone berbasis Android .  Analisis  matematis  dilakukan  menggunakan  teknik  rata-rata  dari  data  yang  terekam  oleh aplikasi  sensor Accelerometer .    Analisis  data smartphone ini  dibandingkan  dengan  data  yang  diperoleh  dari  video  analisis program Logger  Pro ,  dan  untuk  membantu  perhitungan  dilakukan  analisis  dengan  pendekatan Regresi  Linier .  Dari  hasil analisis data smartphone , diperoleh nilai percepatan gravitasi adalah (9,7245±0,005) m/s 2 .
Kata kunci : Sensor Smartphone, Accelerometer Monitor, Percepatan Gravitasi, Android
Abstract –  It  had  conducted  to  determine  the  value  of  the  gravitational  acceleration  using  sensor  of  Android-based smartphones applications. Mathematical analysis performed using  average of  the data recorded by the accelerometer sensor applications. This smartphone data analysis compared with the data obtained from the video analysis Logger Pro program, and to help the calculations performed linear regression analysis approach. From the data analysis of smartphone, the value of the acceleration of gravity is (9,7245 ± 0,005) m/s 2 .
Keywords: Sensor Smartphone, Accelerometer Monitor, Acceleration of  gravity, Android

## I. PENDAHULUAN
Banyak  usaha  yang  dilakukan  untuk  menentukan  nilai percepatan  gravitasi  bumi  dalam  pembelajaran  fisika,  yang biasanya  menggunakan  getaran  bandul  sederhana  dan getaran pegas.
Salah  satu  alternatif  lain  yang  dapat kita  gunakan adalah penggunakan  sensor  percepatan smartphone .  Ponsel  dan smartphone sangat cocok sebagai alat eksperimental, karena biasanya  dilengkapi  dengan  sejumlah  sensor.  Sebagai contoh,  sebagian  besar smartphone memiliki  mikrofon, sensor percepatan, sensor kuatmedan magnet, sensor cahaya dan penerima GPS. Karena semua sensor dapat dibaca oleh aplikasi  yang  diperlukan,  sejumlah  penelitian  kuantitatif dapat dilakukan dengan smartphone (Kuhn dan Vogt,2013).
Beberapa  kelebihan  dari  penggunaan  aplikasi  sensor percepatan ini adalah  tidak diperlukannya  kabel-kabel  yang menghubungkannya  dengan  perangkat  lain  misalnya komputer  dan    sebagai  alat  eksperimen  yang  mudah digunakan (Kuhn dan Vogt,2014).
Oleh karena itu dalam makalah ini akan difokuskan pada smartphone sebagai  alat  percobaan  yang portable untuk menentukan percepatan gravitasi bumi.

## II. LANDASAN TEORI
A. Sensor Accelerometer Monitor
Android merupakan  sistem  operasi  yang  berbasis Linux , dan  dapat  diimplementasikan  untuk  telepon  pintar ( Smartphone )  dan  komputer  tablet. Android menyediakan platform terbuka bagi para pengembang untuk menciptakan aplikasi  mereka  sendiri  yang  digunakan  oleh  berbagai piranti gerak (Prabowo dkk, 2013).
Platform  Android  menyediakan  beberapa  sensor  yang memungkinkan  Anda  memantau  gerakan smartphone .  Dua sensor  selalu  berbasis hardware ( Accelerometer dan
Giroskop ), dan  yang ketiga dapat berbasis software seperti Accelerometer dan magnetometer , tapi  pada  perangkat  lain mereka juga dapat menggunakan giroskop untuk mendapatkan  datanya.  Ketersediaan  sensor  berbasis software lebih  bervariasi  karena  mereka  sering  bergantung pada  salah  satu  atau  lebih  sensor hardware untuk menurunkan datanya.
Accelerometer merupakan  alat  yang  digunakan  untuk mengukur  percepatan,  mendeteksi  dan  mengukur  getaran ( vibarasi ),  serta  mengukur  percepatan  akibat  gravitasi ( inklinasi ).  Sensor Accelerometer mengukur  percepatan akibat  gerakan  benda  yang  melekat  padanya  dan  respon keluarannya  saat  terdeteksi  berbentuk  sinusoidal  (Alma’I dkk,2011).
Sensor Accelerometer yang digunakan memiliki 3 derajat kebebasan, mengukur percepatan sepanjang sumbu x, y dan z .  Sumbu x adalah  horizontal  ke  kanan,  sumbu y adalah vertikal  menunjuk  ke  atas  dan  sumbu z mengarah  keluar permukaan  depan  layar.  Dalam  sistem  ini,  koordinat  di belakang layar memiliki nilai z negatif,seperti terlihat pada gambar 1.
Gambar 1.Konfigurasi Accelerometer
Penelitian  ini  menggunakan  Aplikasi Android yaitu Accelerometer  Monitor ver  1.6.0  Beta.  Apliaksi  ini berukuran 4,90 MB dan dapat didownload secara gratis dari
-Y -X +Y +X -Z + Z
Google  Play  store .Aplikasi  ini  menampilkan  komponen percepatan a x ,  a y ,  dan a z pada  sumbu  x,y  dan  z.  resolusi sensor percepatannya  a = 0.01197 m/s 2 dan waktu rata-rata sampelnya  a  = 0,02  s.  Aplikasi  ini  juga  dapat menyimpan data  yang    dalam  format TXT  untuk  dianalisis lebih  lanjut. Ketika smartphone digerakkan  dalam  arah  yang  tentu,  kita dapat mengkombinasikan komponen percepatannya menjadi sebuah nilai percepatan dengan rumus berikut:
= + + (1)
Sedangkan besarnya varian dapat dihitung dengan rumus:
= ( − ) (2)
Nilai a x ,a y ,  dan a z hasil  pengukuran  terlihat  pada gambar 2
Gambar 2. Data output sensor percepatan

## B. Ayunan Matematis
Ayunan  matematis  merupakan  ayunan  sederhana  dari bandul  yang  diikat  dengan  benang  yang  memenuhi persamaan matematis tepatnya persamaan diferensial orde 2. Secara  nyata  sebenarnya  ayunan  ini  tidaklah  sepenuhnya harmonis, karena betapapun lamanya osilasi terjadi akhirnya diam juga, dengan demikian terdapat gesekan antara bandul dengan  udara  sekitarnya  sehingga  gerak  bandul  menjadi terhambat.  Untuk  mendorong  terjadinya  osilasi  harmonis berat  benang  jauh  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  berat bandul,  serta  sudut  simpangan  bandul  yang  kecil.Ayunan sederhana dapat ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Ayunan matematis
Pada  saat  bandul  breada  pada  sudut  simpangan  (simpangan maksimum) maka bekerja gaya F 1 dan arah F 2 , Arah F 1 ke kanan dan arah F 2 ke kiri.
= (3)
Panjang busur s = l  , dengan l =panjang tali, sehingga
= = (4)
Gaya  ini  diimbangi  oleh  gaya  pengembali  yang ditimbulkan  oleh  beban  yang  menyimpang  pada  sudut  , yaitu:
= − sin = − sin (5)
Tanda  negatif  menunjukkan  bahwa F 2 berlawanan dengan F 1 ,  jika  sudut  kecil  (kurang  dari  15 0 )  maka sin ≈ sehingga persamaan (5) menjadi
= − (6)
Dalam  keadaaan  setimbang F 2 = F 1 sehingga  persamaan (4) sama dengan persamaan (6).
= − = − + = 0 (7)
Persamaan  (7)  merupakan  persamaan  osilasi  harmonis yang memiliki frekuensi:
=
dengan = dengan T periode maka periodenya
= 4 (8)
Dengan  memvariasi  panjang  tali l sehingga  diperoleh periode  yang  bersesuaian  dengan  panjang  tali  ini  yaitu T , maka diperoleh sekumpulan data l dan T . Dari sekumpulan data  ini  memungkinkan  untuk  membentuk  persamaan Regresi Linier ,
Y = ax + b
Bilamana T 2 = y, l =x dan =
Percepatan  dapat  diperoleh  dari  slope  grafik a ini  sesuai persamaan
= (9)
Dan ralat g = (10)
Dalam  penentuan  percepatan  gravitasi  menggunakan sensor  aplikasi Android ,  dimana Smartphone sebagai bandulnya, perlu diperhatikan beberapa aspek berikut yaitu, jika akan menentukan periode ayunan sebaiknya menggunakan  metode stopwatch daripada smartphone . Untuk  mencegah  terjadinya  putaran smartphone dapat digantung  dengan  dua  buah  tali  yang  homogen  (Kuhn  dan Vogt,2013).
Dibandingkan metode konvensional, percepatan gravitasi dapat  terbaca  secara  langsung  oleh  aplikasi smartphone Android .
F 1 F 2 11

## III. METODE PENELITIAN
1. Alat dan bahan
1. Statif
2. Tali
3. Kamera Video
4. Mistar
5. Smartphone Android Samsung
6. Penjepit Tongsis
2. Prosedur Percobaan/eksperimen
Pertama  kali  statif  dan  tali    dengan  panjang  30  cm dirangkai   dengan smartphone sebagai  bebannya.Kemudian aplikasi  sensor  percepatan  dijalankan  dan  disimpangkan dengan  sudut  simpangan  10 o .  Saat smartphone diarahkan pada  sumbu x ,  pastikan  nilai-nilai  pada  sumbu y dan z mendekati nol kemudian tekan start saving pada kamera dan smartphone untuk  memulai  pengambilan  data,  kemudian smartphone diayunkan  sebanyak  5  ayunan  kemudian pengambilan data smartphone dan video kamera dihentikan.
Pada  percobaan  ini,  untuk  panjang  tali  yang  sama dilakukan  10  kali  ulangan  pengambilan  data,  kemudian dilakukan untuk panjang tali yang berbeda 35 cm,40 cm, 45 cm dan 50 cm.
Setelahfile  dari sensor  Accelerometer  dan  video diperoleh,  selanjutnya  dengan  menggunakan  program Microsoft Excel dan Logger Pro data tersebut dianalisis.
3. Pengambilan data
Skema  alat  yang  digunakan  dalam  pengambilan  video ditunjukkan pada gambar 4.

## Gambar 4. Skema perangkat Eksperimen
4. Analisis Microsoft Excell
Nilai percepatan gravitasi yang diperoleh dari smartphone tersimpan  dalam  format  TXT.  Data  tersebut dianalisis    menggunakan MS  Excel .  Data-data  pada  sumbu x,y,z dan waktu (satuan millidetik) dipisahkan dalam kolom yang berbeda dan dicari nilai totalnya dengan menggunakan rumus.  Setelah  ditampilkan  grafik g terhadap  waktu,  kita ambil data-data untuk 3 kali ayunan untuk selanjutnya dicari nilai percepatan gravitasi rata-ratanya.
5. Analisis Logger Pro
Secara  garis  besar  prosedur  analisis  data  video  dengan program Logger  Pro adalah  mula-mula Logger  Pro dihidupkan  dan  diaktifkan  dari  menu Windows ,  kemudian video ayunan matematis dipanggil melalui menu import dan Movie .  Setelah  video  muncul maka  selanjutnya menu video analysis diaktifkan,  lalu  dilakukan set  coordinat dan melakukan set  scale untuk  mengkalibrasi  keadaan  real  ke
skala video. Kemudian tracking dilakukan untuk mendapatkan  data  simpangan  vertikal  beban  ( x )  dan  pada setiap nilai waktu ( t ).

## 6. Metode Analisis
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah dengan pendekatan nilai rata-rata  berbobot  untuk  data-data yang  diperoleh  dari smartphone kemudian  dibandingkan hasilnya dengan hasil analisis menggunakan Regresi Linier berbobot.

## IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Telah  dilakukan  eksperimen  menentukan  percepatan gravitasi  melalui  ayunan  matematis  menggunakan  sensor Accelerometersmartphone .Dibandingkan metode konvensional,  percepatan  gravitasi  dapat  terbaca  secara langsung oleh aplikasi smartphoneAndroid . Ketika smartphone diletakkan pada sumbu x, maka nilai-nilai pada sumbu  y  dan  z  mendekati  nilai  nol.  Nilai  percepatan gravitasi  yang  terekam  dalam  selang  waktu  19-20  ms sehingga sensor Accelerometer mampu mencatat sampai 50 data/detik. Aplikasi sensor ini dapat dilihat pada gambar 5.

## Gambar 5. Aplikasi Sensor AccelerometerMonitor
Untuk  mendapatkan  grafik  yang  baik,  maka  saat percobaan smartphone harus  mengayun  sempurna  dan getaran yang dapat mempengarui ayunan harus dihindarkan.  Grafik  percepatan    akan  ditampilkan  saat aplikasi Accelerometer Monitor dinyalakan (gambar 5) dan sensor akan mulai menyimpan datanya setelah tombol start saving ditekan.  Sensor  akan  merekam  data-datanya  secara real  time  sampai  tombol stop  saving ditekan.  Contoh tampilan  data  dan  grafik  hasil  akuisi  data  sensor smartphone untuk 3 ayunan ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 6. Grafik Percepatan gravitasi ayunan matematis ( l =35 cm) dari smartphone.
Setelah  diambil  data  untuk  3  kali  ayunan  maka  dengan teknik  rata-rata,  nilai  percepatan  gravitasi  yang  diperoleh dari eksperimen ini  ditampilkan sebagaimana pada tabel 1.
x y Z
Tabel 1. Percepatan gravitasi dari smartphone l (m) ̅ (m/s 2 ) ̅ 0,30 9,717 0,014 0,35 9,718 0,009 0,40 9,718 0,019 0,45 9,739 0,019 0,50 9,732 0,010
Dengan menggunakan teknik rata-rata  berbobot,   analisis data  selanjutnya  diperoleh  nilai  percepatan  gravitasi    sama dengan  (9,724 +/- 0,006) m/s 2 .
Video  analisis    dilakukan  dengan  program Logger  Pro. Contoh  tampilan  data  dan  grafik  pada Logger  Pro ditunjukkan pada gambar 7.
Gambar 7. Tampilan hasil trackingLogger Pro
Selanjutnya  diolah  dengan  menggunakan Ms.  Excel diperoleh  gambaran  hubungan  Periode  ayunan  dengan panjang  tali.Jika  nilai  Periode  dari  eksperimen  ini  kita masukkan  pada  persamaan  (8),  maka  nilai  percepatan gravitasi  secara  teori  dapat  diperoleh  sebagaimana ditunjukkan pada tabel 2
Tabel 2. Persamaan hubungan Periode terhadap panjang tali
No l (m) g Teori 1 0,30 1,162 8,762505 2 0,35 1,272 8,531259 3 0,40 1,321 9,036004 4 0,45 1,413 8,890147 5 0,50 1,469 9,140374
Sehingga  nilai  secara  teori,  nilai  percepatan  gavitasinya adalah 8,872 m/s 2 .
Untuk  menghitung  percepatan  gravitasi  dari video analisis ,  maka  digunakan  fitting  data  linier  seperti  pada gambar 8.
Gambar  8.  Grafik  Hubungan  Kuadrat  Periode  dengan  Panjang tali
Dengan  persamaan  (9)  dan  (10),  kita  hitung  percepatan gravitasi g = (9,656 ± 0,075) m/s 2 dengan R 2 = 0,9899.
Dari  hasil  analisis  terdapat  perbedaan  percepatan gravitasi  menggunakan smartphone  (g s ), video  analisis(g V ) dan  secara  teori (g T ).  Nilai  percepatan  gravitasi  dapat ditunjukkan pada tabel 3 berikut ini.
Tabel 4. Nilai percepatan gravitasi
g (m/s 2 ) Error (%) Smartphone 9,724 0,771 Video Analisis 9,656 1,469 Teori 8,872 9,469 Referensi 9,8
Dari  tabel  tersebut,  hasil  dari  analisis  yang  dilakukan, dari  data smartphone memiliki  nilai  yang  paling  rendah tingkat  kesalahannya.  Ini  berarti  sensor smartphone memiliki  keunggulan  tersendiri  dibandingkan  dengan metode  yang  lainnya.  Keunggulan  lain  saat  smartphone sebagai  alat  eksperimen  ini  adalah  data  yang  terekam adalah nilai dari percepatannya.

## V. KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat diperoleh nilai percepatan gravitasi melalui  aplikasi  sensor AccelerometerMonitor adalah g = (9,724 ± 0,006)  m/s 2 . Sedangkan  melalui  video  analisis Logger  Pro adalah  g = (9,656 ± 0,075) m/s 2 dengan R 2 = 0,9899.

## PUSTAKA
[1] Kuhn,  Jochen,  and  Vogt,  Patrik.  “ Application  and
Examples  of  Experiments  with  Mobile  Phone  and Smartphone in Physics Lessons ”. 4 Oktober 2013 [2] Kuhn,  Jochen,  and  Vogt,  Patrik.  “ Acceleration Sensors ofSmartphone ”. FSl Vol 2.2014
[3] Module 1: Sensor Data Acquisition and Processing in
Android . sysnetgrp.net/cpsedu/wp- content/uploads/2012/09/sensors-module.pdf , diakses tanggal 10 Mei 2014
[4] Peters,  Randall  D, Smartphone  Sensor  of  Pendulum Motion ,  Physics  Departement,  Mercer  University,
Macon GA. 2010
[5] Alma’I, Vidi, Wahyudi, dan Setiawan, Iwan. “ Aplikasi
Sensor Accelerometer Pada Deteksi Posisi ”
Universitas Diponegoro,Semarang.2011
[6] Prabowo,  H.Y,  Hidayat,Bambang,  dan  Sunarya,
Unang. Aplikasi Android Deteksi Tinggi Menggunakan  Accelerometer  Sensor .  ITT,  Bandung. 2013
[7] Monsoriu,J.A, Gimenez,M.H, Ballester,E. Ruiz
Sanchez,  Palacio  J.C,  and  Velazquez-Abad,  L.
Smartphone  acceleration  sensors  in  undergraduate Physics experiments . Spain.2014 [8] Android Developer’s Guide.
http://developer. Android .com/guide/index.html
[9] Mangoba,  Leeann  and  Kurniawan,  Sri. Analyzing Physical Activity With The Ipod Accelerometer. 2010
[10] Google Play, https://play.google.com/store/apps
13 13