## PENGEMBANGAN PERANGKAT LABORATORIUM DENGAN APLIKASI INTERFACING SENSOR CAHAYA
DENGAN STOPWATCH PADA PERISTIWA GERAK PARABOLA
Stepanus Sahala S. Jurusan PMIPA, Prodi Pend. Fisika FKIP UNTAN Email

## Abstract
This  research has the objective of knowing the application of  light  concept as a sensor in the moment of projectile motion using the aplication of light sensor  interfacing  in  stopwatch.  The  making  of  light  sensor  device  is  with electronic  circuits  method,  while  the  defeniting  the  time  uses  digital stopwatch. Both devices are combined to be instrument of projectile motion experiment. The result of data analysis from the graphic, the distance of the time  line  the  curve,  that  it  is  achieved  a  relationship  between  the  variable and gradient or the degree of the graphic  slope  of  the  line  is  4,875.  From the  calculation  the  gradient  got  gravitational  acceleration  (g)  that  is  9,75 m/s 2 .  Gravitational  acceleration  that  is  almost  reading  the  standard gravitational  acceleration,  that  is  9,8  m/s 2 and  it  has  only  0,05  m/s 2 in difference  from  the  research.  It  proves  that  this  device  can  work  well  and stopwatch can automatically work.
Keywords:  Interfacing  light sensor, motion projectile.
Fisika merupakan dasar perkembangan  kemajuan  teknologi. Ilmu  fisika  memberi  andil  yang sangat besar dalam pesatnya kemajuan  teknologi  (Giancoli,  1998).
Banyak  peralatan-peralatan  (sistem- sistem)  yang  telah  dirancang  dan dibuat
untuk menunjang
perkembangan  teknologi  yang  dalam perancangan dan pembuatannya tidak sekedar  memenuhi  saja,  tetapi  lebih dituntut  ketelitian  (Soejoto  dan  Euis Sutini,  1993).  Pada  percobaan  gerak parabola yang menggunakan
stopwatch untuk  menghitung  waktu benda  jatuh  bebas,  hasil yang diperoleh  kurang  begitu  akurat  dan tepat,  sehingga  dengan interfacing sensor  cahaya  pada stopwatch secara otomatis  perhitungan  waktu  benda
jatuh  dapat  langsung  terbaca    dan hasil  yang  diperoleh  lebih  akurat  dan tepat dibandingkan dengan menggunakan stopwatch untuk menghitung  waktu  benda  saat  berada pada  posisi  tertinggi  dan  kembali  ke tanah.
Penelitian  ini  dilakukan  untuk mengetahui bentuk konfigurasi sensor cahaya dengan peristiwa gerak parabola.  Dengan  membuat  peralatan sensor cahaya  suatu rangkaian digital (Cooper, 1978), yang dikaitkan dengan gerak parabola akan memperoleh  hasil  yang  lebih    akurat. Dengan  adanya interfacing sensor cahaya pada stopwatch secara
otomatis  perhitungan  waktu  benda berada  pada  posisi  tertinggi  dan  saat kembali  ke  tanah  dapat  langsung
terbaca. Pembuatan alat sensor cahaya dilakukan  dengan  metode  rangkaian elektronik, sedangkan penentuan waktu menggunakan stopwatch digital  (Sumisjo,  1998),  kemudian kedua peralatan tersebut dihubungkan rangkaian dari peralatan gerak parabola. Penelitian ini penting dilakukan, berdasarkan publikasi ilmiah,  pemanfaatan  alat  konfigurasi sensor  cahaya  dapat  diaplikasikan pada  eksperimen/percobaan  gerak parabola. Rangkaian interfacing dalam  penelitian  ini  menggunakan LED  inframerah  sebagai  pemancar dan fototransistor sebagai penerimanya (Cooper, 1978). Rangkaian  ini  juga  menggunakan Integrate  Circuit (IC)  yang  berfungsi sebagai  saklar  dua  sisi/bilateral,  atau berempat (Warsito, 1982). Penggunaan LED infraredmerah dikarenakan  LED  jenis  ini  lebih sensitif  dari  pada  LED  sinar  tampak dan  LED  inframerah  lebih  stabil terhadap gangguan-gangguan sekelilingnya (Malvino, 1979).
IC  mempunyai  resistansi  yang sangat  tinggi  pada  keadaan off dan resistansi    yang  sangat  rendah  pada keadaan on (Faulkenberry,  Luces,
1982),  hal  ini  melindungi stopwatch dari pentrigeran rangkaian  yang mungkin  terjadi  karena  penggunaan tegangan  yang  tidak  sesuai  (Sumual, 1988).  Rangkaian  ini  juga  cocok untuk  beberapa  macam stopwatch yang  diproduksi  oleh  pabrik  yang berbeda. Jadi hanya diperlukan sedikit modifikasi  pada stopwatch jika  ingin menggunakan rangkaian ini. Dilakukannya konfigurasi sensor cahaya  melalui  pembuatan  peralatan sensor  cahaya  menggunakan  suatu rangkaian  elektronik  yang  kemudian
dikaitkan  dengan  gerak  parabola sehingga  diperoleh  hasil  yang  dapat meminimalisasi keakuratan dan ketepatan  perhitungan  waktu  ketika benda  berada  pada  posisi  tertinggi hingga  kembali  ke  tanah  (Amin,
1988).  Penelitian  ini  dapat  dijadikan salah  satu  metode  baru  dalam melakukan eksperimen/percobaan
gerak parabola.

## Metode
1. Desain Alat Rangkaian  elektronik  alat  ini relatif sederhana dan digunakan untuk percobaan  gerak  parabola,  maka desain  alat  menjadi  amat  penting untuk  diperhatikan  (Armitage,1982). Alat ini dibuat cukup kecil dan praktis sehingga  dapat  dimasukkan  ke  dalam kotak  kecil  yang  mudah  dipindah- pindahkan, sedangkan stopwatch diletakkan  di  atas  kotak  tersebut, sehingga yang terlihat dari luar adalah sebuah kotak kecil dan stopwatch . Selain  itu yang  terpenting adalah  mendesain  bentuk  sensor inframerah  agar  mudah  digunakan untuk melakukan percobaan, hal yang perlu  diperhatikan  dalam  mendesain bentuk sensor adalah alat ini diletakkan  pada  tabung  peluncur  dan pada lintasan gerak parabola. Sensor I dibuat statis di ujung tabung peluncur, sedangkan  sensor  II  dapat  diubah- ubah,  selanjutnya  peletakkan  dan jarak antara diode pemancar inframerah dan phototransistor
penerima inframerah juga harus diatur sedemikian  rupa  agar  sensor  dapat bekerja  secara  optimal  dan  sensor dapat  dilewati  oleh  benda  yang menjadi objek dalam gerak parabola.
Akhirnya diputuskan untuk membuat tempat sensor yang
berbentuk  seperti  huruf  A,  karena
S T
O P W A T C H 2 1 3 4 5 6 7 1 3 1 4 1 2 1 1 1 0 9 8 4066 LED-1 LED-2 Q 1 Q 2 150 150 100K 100K GERBANG-1 GERBANG-2 + - 6V
dengan  bentuk  seperti  ini  akan memudahkan  benda  melalui  sensor tersebut dan sensor akan mudah untuk dijepit dan
digeser-geser kedudukannya  pada  statip.  Sensor yang  digunakan  adalah  berupa  diode dan phototransistor yang  dikemas
menjadi  satu  bentuk  seperti  huruf  A. Bentuk  seperti  ini  tentu  tidak  akan dapat  digunakan  untuk  percobaan yang  dilakukan,  maka  dilakukan pemotongan  sensor  tersebut  dan memisahkan  diode  pemancar  dengan phototransistor nya.
Sensor 1 Sensor 2 Bola Pegas Penarik Pegas Busur Derajat Tabung Peluncur Gambar 1. Prototipe Alat Percobaan Gerak Parabola. 2. Cara Kerja
Alat
Rangkaian  elektronik  alat  yang
dibuat adalah seperti pada Gambar 2 di bawah ini.
Gambar 2  Rangkaian Dasar Elektronik Alat Gerak Parabola.
Rangkaian  tersebut  terdiri  dari  dua gate (gerbang),  yaitu gate 1  dan gate 2. Gate 1  merupakan gate  start dan gate 2  merupakan gate stop.  Kedua gate tersebut  masing-masing  terdiri dari LED infrared dan phototransistor .  Pada  Gambar  2,
ketika rangkaian dihubungkan dengan
sumber tegangan maka LED di kedua gerbang  akan  menyala.  LED  yang menyala  ini  memancarkan  cahaya inframerah  yang  kemudian  diterima oleh phototransistor , hal ini menyebabkan tegangan di phototransistor mendekati  nol  dan pada  saat  ada  benda  lewat  di gate 1,
maka tegangan di phototransistor
besarnya akan mendekati besar sumber  tegangan.  Jadi  pada  saat benda  melewati gate 1,  ada  pulsa yang  dikirim  untuk  menghitung,  hal yang  sama  terjadi  pada gate 2,  tetapi pada gate 2  pulsa  yang  dikirim  oleh phototransistor akan  menghentikan stopwatch yang  sedang  menghitung waktu.
Gambar 3  Rangkaian  Alat Lengkap Gerak Parabola.
Berdasarkan  cara  kerja  inilah maka  dapat  diukur  waktu  tempuh benda  yang  dijatuhkan  dan  melewati kedua  sensor  tersebut.  Karena  dapat diukur waktu  dan jarak yang dilewati benda  tersebut  maka  dapat  diukur besarnya percepatan gravitasi berdasarkan persamaan: H – H o = V o t + ½ g t²
3. Pengambilan dan Pengolahan Data
Pengambilan  data  dilakukan dengan  cara  melepaskan  perangkat penembak  pegas,  sehingga  bola  dari atas  sensor  pertama  mencatat  waktu yang  tertera  pada stopwatch ,  sampai bola  tersebut  melewati  sensor  kedua. Data  yang  diambil  sebanyak  5  kali untuk  tiap-tiap  sudut  kemiringan
penembak/meriam. Variasi sudut dapat  diubah-ubah,  yaitu  dengan  cara menggeser  posisi  penembak  sesuai sudut tertentu.
Metode  pengolahan  data  dari percobaan  yang  dilakukan  adalah dengan menggunakan metode kuadrat terkecil.  Metode  ini  mengolah  data dengan  cara  memvisualisasikan  data dalam  bentuk  grafik  atau  kurva  dari variabel  yang  di  kehendaki  (Nasir, 2009).
Tujuan dibuatnya  grafik  pada metode ini adalah:
1. Melihat hubungan antara variabel.
2. Menghitung konstanta atau koefisien dari rumus. 12 V GERBANG-1 GERBANG-2 220 V 0 V T 1 T A 0 D 2 D 1 D 3 D 4 LE D 1 K R 3 INDIKATOR POWER VR 1 100 K STOPWACTH RELAY Y R 1 1 K R 2 1 K C 1 2200 A LDR Q 1 D 313 Q 2 D 313
42 Jurnal Pendidikan Matematika dan IPA Vol. 6. No. 1. Januari 2015: 38-44
Untuk  keperluan  nomor  1,
yaitu melihat hubungan antar variabel,  dilakukan  dengan  cara membuat/memplot  semua  titik  data pada  grafik  dan  mencari  pola  dari titik-titik  data  yang  ada  (dibuat  garis lurus atau garis lengkung), sedangkan untuk keperluan nomor 2, yaitu untuk menghitung  konstanta  atau  koefisien rumus  maka  diusahakan  agar  kurva berbentuk fungsi linier.
Hasil dan Pembahasan Hasil data yang diperoleh
dengan cara menembakkan bola  yang terlebih  dahulu  ditentukan  sudut kemiringan  penembak  meriam  dan selanjutnya  menentukan  waktu  serta jarak  jangkauan  tembakan.  Data–data yang  dihasilkan  disajikan  pada  Tabel 1.
Tabel 1  Hasil Data Penelitian.
No Sudut ( 0 ) Waktu (t) sekon Jarak jangkauan (R) meter 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 30 o 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 1,536 1,536 1,536 1,536 1,536 2 45 o 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 1.568 1.568 1.568 1.568 1.568 3 60 o 0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 1,536 1,536 1,536 1,536 1,536
Tabel 2  Kecepatan Rata-rata ( V ) 1,5 1,51 1,52 1,53 1,54 1,55 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 jar ak j an gk au an ( R) m et er waktu (t) sekon
Gambar 4  Grafik Hubungan Jarak (s) terhadap Waktu (t) No Sudut ( 0 ) Waktu ( t ) sekon Jarak Jangkauan (R) meter (m) Kecepatan Rata-rata ( V ) meter/sekon (m/s) 1 30 o 0,48 1,51 3,14 2 45 o 0,56 1.54 2.76 3 60 o 0,64 1,51 2.36
2,35 2,55 2,75 2,95 3,15 3,35 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 k ec ep at an ( V) m /s waktu (t) sekon
Gambar 5  Grafik Hubungan Kecepatan (V) terhadap Waktu (t)
Perhitungan  Gradien  pada  grafik sebagai berikut:
875 , 4 16 , 0 78 , 0 64 , 0 48 , 0 14 , 3 36 , 2        m 2 / 75 , 9 875 , 4 2 2 2 1 s m x g m g g m    
Aplikasi interfacing sensor cahaya pada stopwatch pada percobaan  gerak  parabola    berfungsi sebagai  alat  untuk  menghitung  waktu benda jatuh secara otomatis khususnya  pada  gerak  para  bola. Berdasarkan fungsi alat dan rangkaian yang  dibuat  ternyata  setelah  berulang kali  dilakukan  uji  coba,  rangkaian yang menggunakan IC 4066 memiliki sensitifitas yang sangat peka sehingga berpengaruh terhadap rangsangan angin dan intensitas cahaya. Pada saat angin  bertiup  alatnya  bekerja  secara otomatis sedangkan pada cahaya yang terang alat tidak dapat bekerja, karena itulah  IC  4066  diganti  dengan  dioda empat kaki (D313) dan dikombinasikan  dengan  relay  dan LDR.  Setelah  diujicobakan  kembali
ternyata  alat  dapat  bekerja  dengan baik.  Bahkan  diluar  dugaan  alat  ini yang  semula  hanya  dapat  bekerja pada jarak antar sensor sebesar 13 cm tetapi  dapat  bekerja  kurang  lebih  2 meter dengan hanya mengubah sensornya sesuai jarak yang diinginkan.  Semula  sensor  dibuat berbentuk  U,  kemudian  dimodifikasi sehingga  sensornya    dibuat  saling berhadapan.  Alat  ini  tidak  hanya digunakan  pada  percobaan  gerak parabola  saja  tetapi  dapat  pula  pada percobaan gerak lurus berubah beraturan  (GLBB)  maupun  gerak lurus beraturan (GLB).
Berdasarkan  analisis  data  yang dilakukan,  diperoleh  grafik  jarak terhadap  waktu  menunjukkan  satu garis  lurus  dan  juga  grafik  kecepatan terhadap  waktu  menunjukkan  garis melengkung  jadi  diperoleh  suatu hubungan  antar  variabel.  Dari  grafik diperoleh gradien atau tingkat kemiringan  grafik  sebesar  4,875  dan dari gradien tersebut dapat ditentukan percepatan gravitasi yaitu sebesar:
2 / 75 , 9 875 , 4 2 2 2 1
s m x g m g g m    
Percepatan  gravitasi  ( g )  yang dihasilkan  hampir  mendekati  nilai
0 0 t t v v t v m t      
44 Jurnal Pendidikan Matematika dan IPA Vol. 6. No. 1. Januari 2015: 38-44
percepatan  gravitasi  sebenarnya  yaitu 9,8 m/s 2 mempunyai  perbedaan hanya  selisih  0,05  saja  dari  hasil penelitian.  Ini  membuktikan  bahwa alat ini dapat bekerja dengan baik dan stopwatch dapat bekerja secara otomatis. Boleh dikatakan bahwa alat yang dibuat  dan dirancang  ini dapat digunakan    untuk  kegiatan  percobaan gerak parabola.

## Simpulan dan Saran
Hasil Penelitian ini menunjukkan  bahwa  alat  percobaan gerak parabola dapat bekerja berdasarkan rangsangan cahaya.
Stopwatch dapat bekerja secara otomatis  ketika  bola  di  tembakkan melewati  sensor  I  pengukur  waktu stopwatch mulai mencatat dan
berhenti  menghitung  waktu  pada  saat bola  melewati  sensor  II.  Dari  grafik dapat  ditentukan  gradien  sebesar 4,875  dan  gravitasi  sebesar  9,75 m/s 2
yang nilainya mendekati angka percepatan  gravitasi  yang  sebenarnya dalam  tabel  konstanta  percepatan gravitasi    yaitu  9,8 m/s 2 .  Alat  ini diharapkan  dapat  bermanfaat  untuk menunjang  sarana  dan  prasarana untuk  percobaan  gerak  parabola, gerak  lurus  beraturan  (GLB),  gerak lurus berubah beraturan (GLBB) serta aplikasinya  pada  tujuan  kepentingan yang lainnya.

## Daftar Pustaka
Amin  M.,  1988. Buku  Pedoman
Laboratorium  dan  Petunjuk Praktikum  Pendidikan  IPA Umum (General Science).
Jakarta;  Depdikbud,  Dirjen
Dikti  Proyek LPTK.
Armitage  E.,  1982. Practical  Physics in  SI .  London;  Jhon  Murray, Publishers  Ltd  50  Albemarle Street
Cooper,  William  D,  1978. Electronic Instrumentation and Measurement  Techniques ,  2 ed. London; Prentice Hall Inc.
N . J .
Faulkenberry,  Luces  M,  1982. An Introduction  to  Operational Amplifiers , with  linier  IC Application ,  2  ed.  Canada; John  Willey  &  Son  Inc.
Canada.
Giancoli,  Douglas  C,  1998.  Fisika.
Jakarta; Erlangga. Malvino, Albert Paul, 1979. Electronic  Principles ,  2  ed.
California; McGraw-Hill.
Sumisjo,  Kartono,  1998.  Elektronika Praktis,  cetakan  ke  8.  Jakarta;
Erlangga.
Sumual  H.,  1988.  Penuntun  Praktek
Laboratorium  Listrik,  Jakarta;
Depdikbud, Dirjen Dikti Proyek LPTK. Soejoto  dan  Euis  Sustini,  1993. Petunjuk  Praktikum  Fisika Dasar.  Jakarta;  Depdikbud, Dirjen Dikti Proyek Pembinaan TKPT.
Warsito, S, 1982. Sirkuit Arus Searah Seri Pelajaran Elektronik 1, cetakan ke 7.  Jakarta; Karya Utama.