## Sabtu, 26 Maret 2011

### Fisika untuk Universitas

Fisika untuk Universitas

Ditujukan untuk meningkatkan kualitas proses dan hasil perkuliahan Fisika di tingkat Universitas

# 17: Momentum of Individual Objects

» Download this transcript (PDF)

Remember, earlier in the course we measured the average speed of a bullet which we fired from a rifle.

That was because we had the ability of very fast timing.

In the old days, fast timing was not possible and people measured the speed of bullets in a very delicate way and all the tools that we have learned we can apply now to this device which we call the ballistic pendulum.

We have a pendulum with a very heavy object hanging here at the end--

I call it the block.

You see it here.

And this pendulum has length L.

Ours is about one meter.

I will give you the exact numbers later.

And we have a bullet of mass little m and the bullet comes in with velocity v.

It gets completely absorbed, sticks in there.

It's a completely inelastic collision, and the pendulum will then pick up the velocity v prime with the bullet inside.

The bullet is somewhere here.

Momentum is conserved, so we clearly have that, m v equals (m plus M) times v prime.

So if you could measure v prime, then you could measure the speed of the bullet, which is v.

How do we measure v prime? Well, we wait for the pendulum to come to a halt, let's say here, when the speed is zero.

When it was here, it had a speed v prime.

And we know that there was kinetic energy here--

no gravitational potential energy.

I can call this level U = 0, but right here, if this difference in height is h, then all the kinetic energy has been converted to gravitational potential energy.

So we apply the theorem, the work-energy theorem, or you could say... and it's equally valid, you could say we applied the conservation of mechanical energy.

And so this kinetic energy, which is one-half (m plus M) times v prime squared is now converted exclusively to gravitational potential energy, which equals (m plus M) times g times that h.

And we lose our (m plus M), so v prime would be the square root of 2gh.

And so all you would have to measure h, and then you know v prime, and if you know v prime, you know the speed of the bullet.

But life is not that simple.

It's very difficult to measure h, and I can make you see that.

Suppose this angle--

angle theta--

when it comes to a halt is only two degrees.

Then h, which is L times (1 minus cosine theta), is only 0.6 millimeters for the dimensions that I have chosen here for a length of one meter.

And you can't even see it--

it's invisible--

let alone that you can measure it to any degree of accuracy.

So what are we going to do now? Well, we are going to not measure h, but we are going to measure x.

I call this x = 0.

And here, when the pendulum comes to a halt, I call that x.

For a two-degree angle, x is approximately 3? centimeters.

It can easily be checked by you, of course.

So you get a huge displacement in this direction compared to h.

If you use small angle approximation--

and you better believe that two degrees is very small--

then you can prove, which is purely geometrical mathematics--

and I leave you with that proof--

that this is approximately x squared divided by 2L.

I want you to prove that.

You take the expansion of the cosine, the theories of the Taylor series, and you cut it off somewhere, and this is not so difficult to prove.

In other words, v prime squared, which is 2gh, can now be replaced by approximately 2g times x squared divided by 2L which is g times x squared divided by L.

And so the velocity of the bullet, v, which is (m plus M) divided by m--

I bring the m down there--

times v prime, but v prime is now the square root of this, so I get an x here times the square root of g over L.

And what you see now, but in a very clever way, by getting x in here, we can now do a quite accurate measurement of the speed of this bullet, because we can measure x with a fair accuracy--

maybe an uncertainty of only one or two millimeters in x out of the 3? or four or five centimeters.

We're going to measure the speed of such a bullet--

we did that before--

to get a number which is not too different.

I think we got something like 200 to 250 meters per second.

I will give you the input for this experiment.

The bullet mass is 2 plus or minus 0.2 grams.

I apologize that I don't give you all the numbers in mks units.

You will have to convert them, of course, to mks units.

The length of the pendulum is 1.13 meters plus or minus two centimeters--

we're not certain--

with an accuracy of about two centimeters.

And the mass of that block, which is huge, I believe is 3,200 grams, 3.2 kilograms, with an uncertainty of about two grams.

So we have a ten percent uncertainty in the mass, we have a two percent uncertainty in the length, and we have a negligible uncertainty in the mass of the block--

that's negligibly small.

So if I want to know now what the velocity is of the speed of the bullet, I can calculate what (m plus M) divided by m is and I can calculate the square root of g over L, and with those numbers I find 4.7 times ten to the third times x.

We have to measure x.

Now if you look at the uncertainties in the whole thing, we're going to measure x, which may not be 3? centimeters, it may be four or five--

but the uncertainty in our measurement will probably be one or two millimeters.

Let's say it's 0.2 centimeters.

So this is not our real number yet.

So that would be an uncertainty of about two out of 50, is four out of a hundred, is four percent.

This is four percent, roughly four percent.

So I would say we get the final speed of the bullet to an accuracy of about 15% if we combine all the uncertainties.

So let's give it a shot, no pun implied.

And we'll... we can make you see the pendulum right there very shortly.

And it is very cleverly designed.

When the pendulum starts to swing, it's going to move a small object.

There you have it.

I think I can turn this on again.

I think that's fine.

Ucapan Terima Kasih Kepada:

1. Para Dosen MIT di Departemen Fisika

a. Prof. Walter Lewin, Ph.D.

b. Prof. Bernd Surrow, Ph.D.

2. Para Dosen Pendidikan Fisika, FPMIPA, Universitas Pendidikan Indonesia.

Terima Kasih Semoga Bermanfaat dan mohon Maaf apabila ada kesalahan.

## Senin, 21 Maret 2011

### Science for Fun

EPISODE : Lampu Konveksi

Segmen 1

1. Salam pembuka, opening

2. pengarahan menuju tema lampu

3. penayangan video sejarah penemuan lampu/jenis-jenis lampu

 Video Narasi Ø Video konveksi air danau Ø Konveksi air di danaw Ø Eksplanasi Ø

5. pengarahan untuk segmen 2

Segmen 2

1. pengenalan alat dan bahan untuk membuat Lampu Konveksi

2. pembuatan Lampu Konveksi

3. pemasangan hiasan pada lampu konveksi

4. pengarahan untuk segmen 3:

“ kira-kira Apa yang akan terjadi pada lampu ketika dinyalakan?”

Segmen 3

1. lampu konveksi dinyalakan dengan menggunakan saklar
1. Pemberian pertanyaan arahan
2. Host menunjukan demonstrasi fenomena konveksi dengan menggunakan korek yang disusun melingkar.
3. Host memberikan pertanyaan arahan

Ø Batang korek manakah yang terbakar lebih dulu?

Ø Mengapa?

Segmen 4

1. penjelasan mengenai cara kerja lampu konveksi
2. penjelasan mengenai fenomena awal
3. penutupan

Lampiran

1. alat dan bahan

Ø Sebuah lampu dan dudukanya

Ø kawat

Ø kertas

Ø saklar

Ø stop kontak

2.prosedur:

(1) buatlah sebuah dudukan lampu

(2) pasangkan lampu, hubungkan dengan saklar dan stop kontak

(3) pasangkan sebuah kawat melewati lampu dan menuju ujung atas lampu

(4) buatlah sebuah kincir di atas lampu

(5) buatlah hiasan dengan menggunakan kertas

(6) pasangkan kertas tersebut mengelilingi lampu

3. Pertanyaan Arahan

(1) Apa yang mula-mula terjadi ketika saklar mulai di on kan?

(2) Rasakan suhu yang terjadi disekitar lampu tersebut ketika lampu telah dinyalakan

(3) Selain merubah energy listrik menjadi cahaya, lampu juga menghasilkan apa?

(4) Apa yang terjadi kemudian?

(5) Rasakan udara yang ada di atas kincir?

(6) Mengapa kincir tersebut bisa berputar?

4. penjelasan

Ketika lampu dinyalakan selain menghasilkan cahaya, juga menghasilkan panas, sehingga membuat suhu udara disekitar lampu tersebut menjadi lebih tinggi. Karena suhunya lebih tinggi maka udara berpindah ke yang suhunya lebih rendah (posisi diatas lampu). Tempat yang kosong yang ditinggalkan oleh udara panas tadi diisi oleh molekul udara lain. pada akhirnya udara tersebut juga menjadi panas dan berpindah keatas, begitu terus menerus sehingga terjadilah aliran udara yang dapat menggerakan kincir diatas lampu.

### Science for Fun

SKENERIO :KESEIMBANGAN

Segmen 1

1. Theme song,

Assalamu’alaikum/ apa kabar semua?/ ketemu lagi dengan ka Dzikri masih di acara Shabat mau tahu?/ yu cari tahu!/

Hari ini ka Dzikri sedang berada di SD ..../ wah .... lihat ada yang naek jungkat-jungkit. Ikut yu!

Hai semua .... mau ikutan dong/ anak-anak: ya boleh ka/ lalu ka Dzikri naik jungkat jungkit, tetapi tidak dapat menyeimbangkan berat anak/ anak-anak: ahh kakak ga bisa/ayo yang lain, tambahin beratnya/ akhirnya jungkat-jungkit bisa berjalan.

2. Pengarahan ke tema melalui:

> penayangan video

Wah rame ya/ sekarang ka Dzikri punya video/ sahabat mau tahu?/ yuk cari tahu/

 Video Narasi Sepeda yang berjalan diatas tali Sirkus (orang yang berjalan diatas tali) Jungkat jungkit Pertanyaan-pertanyaan untuk mengarahkan pada konsep.

3. Pengarahan ke segmen 2 dengan memberikan pernyataan:

Setelah ini kakak akan menunjukan demonstrasi dan memberikan tantangan yang dapat menjelaskan fenomena yang telah disebutkan diatas”

Segmen 2

1. Host menunjukan demonstrasi kesetimbangan dengan menggunakan garpu dan sendok.

Lihat ini/ kakak punya sendok, garpu, dan korek api/ kaka ingin membuat keduanya bisa seimbang di atas mulut botol/ ada yang bisa?/

Host menunjukkan demonstrasi

Anak-anak: ko bisa sih ka?/ wah magic!/ ini bukan magic, tapi ini tuh fisika/

2. Host memberikan tantangan untuk membuat keseimbangan dengan menggunakan paku.

Sekarang kakak punya tantangan/ kakak mempunyai .... paku/ nah kaka ingin semua paku salaing bertumpu, dan dapat seimbang di atas sebuah paku/

3. Siswa mencoba untuk membuat keseimbangan dengan menggunakan paku.

4. Host menjelaskan bagaimana membuat paku seimbang.

Nah/ untuk membuat semua paku dapat seimbang/ maka setiap sisi harus sama dan terdistribusi/

5. Host memberikan pertanyaan arahan,

Apa fungsi dari batang korek api?/ Mengapa batang korek api harus diletakan ditengah-tengah dari susunan garpu dan sendok?/ Mengapa susunan tersebut tidak jatuh ke salah satu sisi?/ Apa yang terjadi ketika jumlah paku di kedua sisi tidak sama?/ Mengapa jumlah paku harus sama di kedua sisi?/

Tahu mengapa sendok dan garpu dapat seimbang?/ dan paku juga dapat seimbang?/ hal ini dikarenakan terdapat titik pusat massa/ ketika benda berada pada titik pusat, maka benda itu akan seimbang/ Jadi batang korek api itu dibuat agar menjadi titik pusat massanya.

Animasi untuk penjelasan.

6. Pengarahan untuk segmen 3 dengan memberikan pernyataan :

Berikutnya kita akan membuat sebuah mainan yang menarik dengan konsep yang sama/ sahabat mau tahu?/ yuk cari tahu.

Segmen 3

1. Menunjukan alat dan bahan untuk membuat mainan keseimbangan.

Nah tadi kakak bilang akan mengjarkan kalian untuk membuat mainan keseimbangan/ bahan-bahannya ini dia/ kakak kasih kalian satu-satu ya/

2. Membuat boneka seimbang.

3. Anak-anak mencoba boneka yang telah dibuatnya.

Yu kita coba bonekanya/

4. Memberi quiz keseimbangan

Ayo, siapa yang tahu mengapa bonekanya bolak-balik?/ tidak berputar?/ untuk apa batu yang ada di dalam?/

Segmen 4

1. Host menyimpulkan konsep keseimbangan (disertai animasi).

2. Pemberian jawaban quiz keseimbangan.

Nah, jadi boneka itu dapat bolak-balik karena ada titik pusat massa/ batu yang di dalan digunakan untuk penempatan pusat massanya.

3. Trivia (info mengenai keseimbangan).

4. Penutupan.

Lampiran

1. Cara membuat garpu dan sendok seimbang

> kepala sendok diselipkan disela-sela gigi garpu

> selipkan batang korek api pada sela-sela yang tersisa antara gapu dan sendok

> letakan ujung batang korek api yang telah dipasangkan dengan sendok dan garpu pada mulut botol

> sendok dan garpu berada pada keadaan yang seimbang.

2. Cara untuk membuat paku seimbang

> letakan sebuah paku secara mendatar

> letakan paku yang lain diatas paku yang mendatar secara berselang seling posisi kepala pakunya di kedua bagian paku yang mendatar

>letakan sebuah paku yang lain secara mendatar sejajar dengan paku yang pertama diletakan secara mendatar

>angkatlah susunan paku tersebut dan letakan diatas sebuah paku yang vertikal ( dengan ujung runcing paku vertikal tepat ditengah tengah susunan paku agar sistem seimbang).

3. Pertanyaan arahan.

> “Apa fungsi dari batang korek api?”

>” Mengapa batang korek api harus diletakan ditengah-tengah dari susunan garpu dan sendok?”

>Mengapa susunan tersebut tidak jatuh ke salah satu sisi?

>”Apa yang terjadi ketika jumlah paku di kedua sisi tidak sama?”

>”Mengapa jumlah paku harus sama di kedua sisi?”

4. Pertanyaan quizz.

### Science for Fun

Episode Magnet dan Kemagnetan

Segmen 1

1. Theme Song

2. Salam Pembuka (assalammu’alaikum wr.wb… ketemu lagi bersama Ka ..... dalam acara Sahabat Mau Tahu…. Yuk Cari tahu!…. Sekarang kaka sedang berada di ..............................//) eh... disana ada adik-adik yang sedang kumpul-kumpul, kita sapa mereka yuk...!!!

- Assalamu’alaikum,, halloo adik-adik sedang ngapain nih?

- (anak-anak) sedang diskusi tentang magnet nih ka,...

- Tentang magnet??? (anak-anak) iya ka!!! Kami kesulitan nih mempelajarinya!!!

- Wah .. kebetulan,.. coba lihat, kaka bawa apa nih???

- (anak-anak) Apa itu ka??

- Ini lah yang dinamakan magnet...

- (anak-anak) Ko bentuk magnetnya berbeda-beda sih ka??

- Iya, magnet ada bermacam-macam bentuknya, ada yang berbentuk batang, silinder, jarum, cincin, cakram, jarum, juga berbentuk ladam.

- Eh, sebelumnya kalian tahu tidak bagaimana sejarahnya magnet bisa ditemukan???

- (Anak-anak)Tidak!!!

- Sahabat mau tahu??? Yuk cari tahu!!!!

Pemutaran video/animasi sejarah penemuan magnet!!! (video dan narasi)

Segmen 2

- Halo adik-adik,, masih bersama kakak dalam acara sahabat mau tau? Yuk cari tahu!!//

- Ok,... tadi kan kalian sudah tahu sejarah penemuan magnet seperti apa? dan bentuk magnet apa saja??

- Sekarang kita cari tahu apa aja sih sifat-sifat yang terdapat pada magnet...

- Sebelumnya, coba kalian jawab, apa yang terjadi jika magnet ini kakak dekatkan pada penjepit kertas? (anak-anak) nempel kak!!! Ya, penjepit kertas akan tertarik dan menempel pada magnet.

· Kutub-kutub magnet.

- Mempelajari bagian magnet yang memiliki tarikan paling kuat yang disebut dengan Kutub magnet. Caranya yaitu menempelkan sejumlah penjepit kertas pada salah dua kutub magnet yang dirangkai saling menempel pada penjepit kertas serta bagian tengah magnet. Manakah rangkaian penjepit kertas yang paling banyak??

- Kemudian menjelaskan Setiap magnet memiliki daerah yang paling kuat menarik penjepit kertas itulah yang di sebut dengan kutub-kutub magnet. Ada dua kutub magnet yaitu kutub utara U dan kutub selatan S. Namun seringkalimenemukan kutub-kutub magnet yang bertuliskan N dan S. Jelaskan!

- Jika dua buah magnet didekatkan, kira-kira apa yang akan terjadi?

- Mempraktekan jika dua buah magnet dedekatkan maka akan terjadi tolak menolak atau tarik menarik, jelaskan syaratnya...

- Melakukan percobaan magnet yang melayang!!!

· Membuat magnet

- (anak-anak) kak mau tanya?? Magnet bisa dibuat oleh kita tidak kak?

- Bisa, jika kita memilki logam yang dapat ditarik magnet maka kita bisa membuat logam tersebut menjadi magnet/bersifat magnet. ada tiga cara dalam membuat magnet:

1. Digosok (searah) / sambil mempraktikan

2. Induksi (didekatkan dengan magnet)

3. Mengalirkan arus listrik pada kawat. Sambil di praktekan menggunakan baterai.

· Menghilangkan sifat magnet

(anak-anak) kak mau nanya lagi!, Iya silakan, sifat magnet pada logam bisa hilang ga?

Bisa,... magnet permanen (magnet tetap) dapat hilang jika magnet sering jatuh atau dipukul-pukul dan juga dibakar. Jika kita melakukan hal demikian maka magnet akan berkurang sifat kemagnetannya bahkan hilang.

Nah, adik-adik itulah kira-kira beberapa sifat dari magnet. Setelah ini kalian akan diajak oleh kakak membuat mainan dari magnet. Tentunya pasti akan seru!!!!

Kalian mau tahu ??? (anak-anak) Mau!!!

Baik teman-teman dirumah jangan kemana-mana ya,... tetap di acara Sahabat Mau Tahu??? Yuk Cari Tahu!!!!

Segmen 3

- Halo adik-adik,, masih bersama kakak dalam acara sahabat mau tahu? Yuk cari tahu!!//

Yap, kaka tadi sudah janji kalo sekarang kaka akan mengajak kalian membuat mainan dari magnet. Kalia tahu namanya apa? Namanya : Pensil terbang

· Membuat Pensil terbang

Alat dan bahan yang dibutuhkan

1. Sendal jepit bekas (1 buah)

2. Pensil 1 buah (1buah)

3. Kertas lipat berwarna (1 lembar)

4. Cutter (1 buah)

5. Koin (Rp 500 1 buah)

6. Magnet cincin ukuran kecil (6 buah)

7. Lem

8. Gunting

Prosedur pembuatan yaitu:

1. Buat tiga irisan pada sandal jepit bekas untuk tempat koin dan magnet.

2. Tancapkan koin pada irisan yang telah dibuat pada sandal.

3. Pasang dua buah magnet cincin pada pensil

4. Tancapkan magnet cincin pada irisan yang dibuat pada sandal. Masing-masing irisan dipasang dua buah magnet cincin.

.

Perhatikan kutub-kutub magnet, atur agar magnet yang dipasang pada pensil tolak menolak dengan magnet ada sandal.

5. Letakkan pensil (yang sudah dipasang magnet) diatas magnet yang dipasang pada sandal. Atur agar pensil dapat melayang. Kemudian pelintirkan pensil. Akhirnya pensil selain dapat melayang juga dapat memutar.

6. Agar putaran pensil dapat terlihat , maka potonglah kertas lipat membentuk jarum kemudan beri lem dan tempelkan kertas lipat pada pangkal pensil.

Tempelkan membentuk spiral

7. Selesai, akhirnya kita memliki mainan pensil yang dapat terbang sambil berputar.

Nah, adik-adik ini dia mainan nya,... coba kita perhatikan!!! Kenapa ya pensilnya bisa melayang??? Coba siapa yang bisa menjelaskan???

- Salah seoran anak menjawab: pensil dapat melayang karena magnet pada pensil mendapatkan gaya tolak dari magnet pada sendal!!!

- Bagus sekali,... ya jawabannya benar,... pensil dapat melayang karena magnet pada pensil mendapatkan gaya tolak dari magnet pada sendal!!!

- Jadi bagaimana kutub magnet pada senda dengan magnet pada pensil??? Jawab: senama..

Baik adik-adik, tetap jangan kemana-mana yah, setelah ini masih ada informasi buat adik-adik, yang pastinya penting buat adik-adik simak... tetap di acara Sahabat Mau Tahu??? Yuk Cari Tahu!!!

Segmen 4

- Sahabat, tadi kita sudah membuat mainan namanya pensil yang dapat terbang dan melayang. Mainan tersebut merupakan penerapan dari konsep kemagnetan.

- Sahabat tahu tidak? ternyata konsep kemagnetan itu banyak aplikasinya loh dalam kehidupan sehari-hari. Dari mulai penerapan dalam alat elektronik, kompas, sampai transportasi.

- (Anak-anak kaget!) haaaaah... transportasi??? Kok bisa kak??

- Iya bisa,... contohnya yaitu kereta api. Kalian tahu namanya kereta api apa?

- (anak-anak) tidak tahu kak!!

- Kalian mau tahu??? (anak-anak) mau kak, mau...!!!

- Sahabat di rumah juga mau tahu????? Yuk cari tahu!!!!!

Tayangan video seputar informasi Kereta Api Shinkansen Jepang! (video dan Narasi)

- Ok, adik-adik jadi sekarang kalian sudah paham tentang magnet? Jawab; sudah!!

- Ok kaka tanya kembali, disebut apakah daerah pada magnet yang memiliki tarikan atau tolakan paling kuat? Jawab: kutub magnet!

- Ada berapa kutub pada magnet? Jawab : 2. Sebutkan apa saja?jawab: Kutub Utara dan Selatan

- Apa yang akan terjadi jika kutub utara magnet satu didekatkan dengan kutub selatan magnet lain? Jawab: akan tarik menarik

- Apa yang akan terjadi jika kutub utara magnet satu didekatkan dengan kutub utara magnet lain? Jawab: akan tolak-menolak

- Ada berapa cara membuat magnet? Jawab: 3,. Coba sebutkan? Di gosok (satu arah), di Induksi, dan mengaliri arus listrik pada kawat.

- Bagaimana caranya agar magnet permanen dapt hilang sifat kemagnetannya?? Jawab: di pukul-pukul/dijatuhkan dan di bakar/dipanasi.

- Ok, seratus buat kalian....

- Karena adik-adik sudah paham maka saatnya kakak undur diri meninggalkan adik-adik di sini juga adik-adik dirumah... tetap saksikan acara Sahabat Mau tahu??? Yuk Cari tahu!! Dilain kesempatan,...

- Mohon maaf bila ada hal yang tidak berkenan,

- Sahabat mau Tahu?? Yuk cari tahu!!!!!

- Wassalamu’alaikumslm wr. wb.