Media Pembelajaran IPA

GERAKAN AYUNAN, PERIODE DAN
FREKUENSI

Kelas : IV
Tema : 8
KD : 3.4 Menghubungkan gaya dengan gerak pada peristiwa di lingkungan sekitar

4.4 Menyajikan hasil percobaan tentang hubungan antara gaya dan gerak

1.Nur Azizah (34301900004)
2.Nirmala Wahyu Wardani (34301900064)
3. Firna zummi luthfiyana (34301900031)
4. Atika Puji Rahmawati (34301900017)
5. Selyyana Rochmawati (34301900078)
6.Amalia Mawardi (34301900011)
7.Nurul Aini (34301900068)
8. Muhammad Ichsan Arifka Rahman (34301900059)

PENGERTIAN GAYA DAN GERAK BESERTA CERITA SEDERHANA

 Gaya adalah suatu kekuatan yang mengakibatkan benda yang dikenainya dapat mengalami
gerak, perubahan kedudukan, atau perubahan bentuk. Gaya juga dapat diartikan sebagai
tarikan atau dorongan yang dapat memengaruhi keadaan suatu benda.

 Gerak adalah perpindahan kedudukan suatu benda terhadap benda lainnya, baik
perpindahan kedudukan yang mendekati maupun menjauhi suatu benda atau tempat asal
akibat benda itu dikenai gaya.

Cerita sederhana tentang bunyi dan gerak :
Di dekat rumah Udin di Jawa Barat terdapat taman bermain. Udin dan saudara-saudara
sepupunya bermain di sana. Dita ingin bermain ayunan. Udin membantu Dita menarik dan
mendorong ayunan.

Udin menarik ayunan. Kemudian, Udin mendorong ayunan. Udin telah memberikan gaya
pada ayunan itu. Gaya yang diberikan Udin terhadap ayunan yaitu tarikan dan dorongan.
Akibatnya, ayunan itu bergerak. Saat ditarik, ayunan bergerak ke belakang atau mendekati
Udin. Saat didorong, ayunan bergerak ke depan atau menjauhi Udin.

Amati percobaan gerak berikut!
Langkah percobaan :

1. Letakkan Kursi di tempat yang cukup luas, seperti di ruang kelas.
2.

Doronglah kursi itu.
Amati apa yang terjadi pada kursi itu.?
3.

Tariklah Kursi itu.
Dan amati apa yang terjadi pada kursi itu.?
Tulislah hasil sebuah percobaanmu dengan menjawab pertanyaan berikut ini.
1) Apa yang terjadi pada Kursi saat didorong.?
Jawaban: Kursi yang telah di dorong akan berpindah tempat.
2) Kemana arah Kursi saat didorong?
Jawaban: Sesuai dengan arah dorongannya.
3) Apa yang terjadi pada Kursi saat ditarik?
Jawaban: Kursi yang telah di tarik akan berpindah tempat.
4) Kemana arah Kursi saat ditarik?
Jawaban: akan mengikuti dari tarikan tersebut.

Pengertian Gerak Harmonik

Gerak harmonik adalah gerak bolak balik secara teratur melalui titik keseimbangan dengan
banyaknya getaran benda dalam setiap sekon selalu sama atau konstan.

Gerak Harmonik Sederhana Pada Pegas

Semua pegas memiliki panjang alami sebagaimana tampak pada gambar. Saat sebuah benda
dihubungkan ke ujung sebuah pegas, maka pegas akan meregang ( bertambah panjang)
sejauh y. Pegas akan mencapai titik kesetimbangan jika tidak diberikan gaya luar ( ditarik atau
digoyang).

Contoh Gerak Harmonik Sederhana Pada Pegas

Pegas / Shocker dipasang pada roda mobil untuk memastikan perjalanan yang aman bagi
penumpang. Setiap kali mobil menabrak jalan bergelombang, pegas / shocker ini berfungsi
sebagai peredam kejut; menuju perjalanan yang mulus. Gaya pemulihan pada pegas akan
mendorong roda mobil kembali ke tempatnya

Gerak Harmonik Sederhana Pada Bandul

Saat beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan gaya, maka benda akan diam di
titik keseimbangan B. Jika beban ditarik ke titik A dan diloloskan, maka beban akan melakukan
usaha ke B,C, lalu kembali lagi ke A. Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodic,
dengan kata lain beban pada ayunan di atas menerapkan gerak harmonik sederhana.

Contoh Gerak Harmonik Sederhana Pada Bandul

Kita semua pasti pernah melihat pendulum di jam bergerak ke sana kemari secara
teratur. Saat kita menarik sebuah bandul sederhana dari posisi kesetimbangannya dan
kemudian melepaskannya, ia akan berayun dalam bidang vertikal di bawah pengaruh
gravitasi. Pendulum ini mulai terombang-ambing tentang posisinya yang rata-rata. Oleh
karena itu, gerakan ini bersifat osilasi dan merupakan gerakan harmonik sederhana.

Besaran Fisika Pada Ayunan Bandul
Ayunan bandul sederhana dapat dibuat menggunakan sebuah bola yang diikat tali

dan tergantung pada sebuah bilang tetep. Ketika ayunan bandul di ayunkan akan terjadi
gerakan bolak-balik melalui suatu titik keseimbangan dengan banyaknya getaran benda
dalam setiap sekon selalu konstan. Contoh gerak bandul ini termasuk dalam gerak harmonik
sederhana. Banyak getaran dan lamanya waktu melakukan gerakan akan mempengaruhi
besar nilai Periode dan Frekuensi. Periode menyatakan waktu selama terjadi satu kali getaran.
Sedangkan Frekuensi menyatakan banyaknya getaran dalam satu sekon.

A. Gerakan Pada Ayunan Bandul Sederhana
Perhatikan sebuah bandul yang diikat oleh sebuah tali. Gerakan sebuah ayunan bandul

sederhana membentuk lintasan A-B-C-D-E. Titik C merupakan titik setimbang. Satu getaran
dinyatakan melalui lintasan C-D-E-D-C-B-A-B-C. Simpangan pada ayunan bandul tersebut
adalah C-B atau C-D. Sedangkan amplitudo ayunan bandul tersebut sama dengan lintasan C-
A atau C-E

Satu getaran dinyatakan melalui getaran melalui gerakan dari titik awal menuju titik akhir
kemudian menuju kembali ke titik awal. Pada setiap getaran terdapat simpangan. Simpangan
terjauh dari titik seimbang yang dapat dicapai oleh benda bergetar disebut Amplitudo.
Panjang tali (L) yang digunakan sama dengan jarak ikatan bola dengan bidang tetap.
Faktor Yang Mempengaruhi Nilai Periode dan Frekuensi Ayunan Bandul:
1. Panjang tali pada bandul
2. Percepatan/ gaya gravitasi tempat bandul diayun.
Faktor Yang Tidak Mempengaruhi Nilai Periode dan Frekuensi Ayunan Bandul:
1. Masa bandul
2. Amplitudo

B. Periode Pada Ayunan Bandul Sederhana
Periode menyatakan waktu selama terjadi satu kali getaran. Sehingga, nilai periode

sama dengan perbandingan waktu (t) perbanyaknya getaran (n). Nilai periode berkebalikan
dengan frekuensi. Satuan periode dinyatakan dalam sekon. Selain itu, nilai periode juga dapat
dihitung dari panjang tali dan besar gravitasi dimana tempat bandul diayun. Persamaan
periode pada ayunan bandul sederhana diberikan seperti berikut:

Perhatikan bahwa persamaan nilai periode dipengaruhi oleh besar nilai panjang tali (L)
dan percepatan gravitasi (g). Nilail (L) berada dalam akar sebagai pembilang. Semakin besar
nilai (L) akan membuat nilai dalam akar menjadi besar pula. Kondisi tersebut akan membuat
periode otomatis menjadi besar pula. Kondisi sebaliknya akan membuat nilai periode menjadi
semakin kecil.

Sedangkan nilai percepatan gravitasi (g) pada persamaan berada di dalam akar sebagai
penyebut. Semakin besar nilai g akan membuat nilai di dalam akar menjadi semakin kecil. Hal
ini akan membuat nilai periode menjadi semakin kecil. Kondisi sebaliknya akan membuat nilai
periode semakin besar.
Kesimpulannya:

 Semakin panjang tali yang digunakan:nilai periode (T) semakin besar
 Semakin pendek tali yang digunakan:nilai periode (T) semakin kecil.
 Gaya gravitasi semakin besar:nilai periode (T) semakin kecil
 Gaya gravitasi semakin kecil:nilai periode (T) semakin besar

C. Frekuensi Pada Ayunan Bandul Sederhana
Frekuensi pada ayunan bandul merupakan banyaknya getaran dalam satu sekon.

Sehingga,nilai frekuensi sama dengan perbandingan antara banyaknya getaran (n) per lamanya
waktu bergetar (t). Sama seperti periode, nilai frekuensi berbanding terbalik dengan periode. Satuan
frekuensi dinyatakan dalam Hertz(Hz). Rumus frekuensi pada ayunan bandul sederhana dinyatakan
seperti persamaan berikut ini:

Persamaan frekuensi menandakan bahwa nilai periode dipengaruhi oleh besar nilai panjang
tali (L) dan percepatan gravitasi (g). Nilai L berada dalam akar sebagai penyebut. Semakin besar nilai
L akan membuat nilai dalam akar menjadi semakin kecil. Kondisi tersebut akan membuat nilai
frekuensi otomatis menjadi kecil pula.kondisi sebaliknya akan membuat nilai frekuensi menjadi
semakin kecil.

Nilai percepatan gravitasi (g) pada persamaan berada di dalam akar sebagai pembilang.
Semakin besar nilai g akan membuat nilai di dalam akar menjadi semakin besar. Hal ini akan
membuat nilai frekuensi juga semakin besar. Kondisi sebaliknya akan membuat nilai frekuensi
semakin besar.
Kesimpulannya:

 Semakin panjang tali yang digunakan:frekuensi (f) semakin kecil
 Semakin pendek tali yang digunakan:frekuensi (f) semakin besar
 Gaya gravitasi semakin besar:frekuensi (f) semakin besar
 Gaya gravitasi semakin kecil:frekuensi (f) semakin kecil

Pengaruh gaya pada benda elastis
Elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk awalnya segera

setelah gaya luar yang diberikan kepada benda itu dihilangkan. Berdasarkan pengertian
elastisitas di atas maka elastisitas itu sendiri adalah suatu benda yang memiliki sifat
kecenderungan dapat kembali dalam posisi awalnya akibat adanya gaya dari luar.

Seperti pada sebuah pegas yang digantungi dengan beban pada salah satu sisi ujungnya,
akan kembali ke bentuk semula jika beban tersebut kita ambil kembali. Contoh lainnya adalah
ketapel dan karet gelang jika kita rentangkan maka akan terjadi pertambahan panjang pada
kedua benda tersebut, tapi jika gaya yang bekerja pada kedua benda tersebut dihilangkan,
maka kedua benda tersebut akan kembali ke bentuk semula.
Gaya Pegas dan Energi Potensial Pegas

Sifat elastisitas pegas menjadi objek penelitian Robert Hooke, melalui percobaan yang
dilakukannya, Hooke menemukan adanya hubungan sebanding antara gaya dengan
pertambahan panjang pegas yang dikenai gaya. Hubungan tersebut merupakan perbandingan
senilai. Semakin besar gaya yang bekerja pada pegas maka pertambahan panjang pegas akan
semakin besar/panjang pula. Begitu juga untuk kondisi sebaliknya, semakin kecil gaya yang
bekerja pada pegas maka pertambahan panjang pegas akan semakin kecil/pendek.

Bunyi Hukum Hooke: jika gaya tarik yang diberikan pada sebuah pegas tidak melampaui batas
elastis bahan maka pertambahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya tariknya.

Secara matematis, bunyi hukum Hooke dinyatakan melalui persamaan di bawah.

Pegas yang dikenai gaya memiliki energi potensial elastis yaitu energi yang tersimpan di
dalam benda elastis karena adanya gaya tekan dan gaya regang yang bekerja pada benda.
Saat pegas ditarik dengan gaya sebesar F1 maka pegas itu bertambah panjang sebesar Δx1,
pada saat pegas ditarik dengan gaya sebesar F2 maka pegas akan bertambah panjang
sebesar Δx2, dan begitu seterusnya.
Hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegas yang memenuhi Hukum Hooke
diberikan seperti pada grafik di bawah.

Besarnya energi potensial pegas (EP) sama dengan usaha total yang diberikan untuk
meregangkan pegas. Besar usaha tersebut sama dengan luas segitiga di bawah kurva F
terhadap Δx.

Konstanta Pegas (k) pada Susunan Seri dan Paralel

Pegas dapat disusun secara seri, paralel, atau campuran (terdiri dari kombinasi rangkaian
pegas seri dan paralel). Konstanta pegas pada rangkaian pegas dengan susunan
seri/paralel/campuran menggunakan konstanta pengganti. Satuan konstata pegas
dinyatakan dalam N/m.

Besar nilai konstanta pengganti bergantung pada nilai konstanta pegas dan bentuk
rangkaiannya. Cara mencari konstanta pengganti pegas dengan rangkaian seri berbeda
dengan rangkaian paralel, begitu juga untuk rangkaian campuran.

Konstanta Pengganti pada Pegas Susunan Seri

Pegas yang disusun secara seri memiliki rangkaian yang memanjang dengan gaya pada
pegas susunan terakhir. Pada saat rangkaian susunan seri ini diberi gaya, semua pegas
merasakan gaya yang sama. Konstanta pengganti pegas yang disusun secara seri memenuhi
persaman berikut.

Konstanta Pengganti pada Pegas Susunan Paralel

Rangkaian pegas yang disusun secara paralel disusun berjajar dengan sebuah gaya terhubung
semua pegas. Pada saat rangkaian paralel pegas ini diberi gaya, pemanjangan pegas sama dan
gaya yang diberikan dibagi sebanding konstantanya. Konstanta pengganti pegas untuk
rangkaian paralel memenuhi persaman berikut.

CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN
 Perhatikan gambar ayunan bandul berikut ini.

Jika bandul bergerak dari A-B-C selama 5 sekon maka frekuensi dan periode getaran bandul
adalah…

Pembahasan:
Bila bandul ditarik sampai pada titik A kemudian dilepaskan. Bandul akan bergerak ke titik B-
C dan kembali ke titik B dan A. Gerak bandul A-B-C-B-A disebut 1 getaran penuh. Sedangkan
gerak bandul A-B-C atau C-B-A disebut ½ getaran.
Jika bandul bergerak ½ getaran (A-B-C) selama 5 sekon maka frekuensi getaran adalah jumlah
getaran per waktu yang dibutuhkan, atau disimbol f = n/t, dimana n = jumlah getaran dan t =
waktu getar. Oleh sebab itu;
f = n/t
f = ½ getaran/ 5 sekon
f = 0.1 getaran/sekon
f = 0.1 Hz
Periode getaran adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh 1 getaran penuh. Maka:
periode adalah waktu getar per jumlah getaran, disimbol : T = t/n, dimana t = waktu getar dan
n = jumlah getaran.
T = t/n
T = 5 sekon/1/2 getaran
T = 10 sekon/getaran
Frekuensi berbanding terbalik dengan periode getaran sehingga dapat ditulis f = 1/T atau T =
1/f

Pembahasan:

Satu getaran pada gerak bandul pada soal adalah A – B – C – B – A. Informasi yang diberikan
pada soal bandul bergerak dari A ke C, artinya getaran pada bandul sama dengan 0,5 getaran
( ½ getaran).

Diketahui:

 banyak getaran: n = 0,5
 waktu: t = 0,2 sekon
 Jarak dari A ke C = 10 cm

Mencari nilai frekuensi:

f = n/t
f = 0,5/0,2
f = 2,5 Hz

Jadi, frekuensi dan amlitudo bandul tersebut adalah 2,5 Hz

Latihan soal

1) Sebuah pegas menghasilkan frekuensi 50 Hz. Tentukan periode getaran itu?
2) Benda A bergetar 75 getaran tiap sekon, dan benda B bergetar 60 getaran tiap sekon.

Perbandingan frekuensi benda A dengan benda B adalah…
3) Apabila sebuah benda bergetar sebanyak 600 getaran setiap 5 menit,

maka periodegetarannya adalah…
4) Suatu sumber getar menghasilkan frekuensi 20 Hz. Periode getaran tersebut adalah…
5) Suatu benda bergetar menghasilkan frekuensi 20 Hz. Periode getaran tersebut adalah ?
6) Jika benda A bergetar 75 getaran tiap sekon, dan benda B bergetar 60 getaran tiap

sekon. Perbandingan antara frekuensi benda A dengan benda B adalah?
7) sebuah pegas menghasilkan frekuensi 50 Hz. Tentukanlah periode getaran itu ?
8) Apabila sebuah benda bergetar sebanyak 600x setiap 5 menit, maka periode

getarannya adalah ?
9) Sebuah benda bergerak dalam selang waktu 60 sekon dan membuat 6000 getaran.

Tentukanlah besar frekuensi dan periodenya!
10) Sebuah garputala bergetar dengan frekuensi 100 Hz. Berapa banyak getran yang dapat

dilakuka oleh garputala tersebut selama 1 menit?

PRAKTIKUM

Buatlah kelompok terdiri dari 3 – 4 anggota. Kelompokmu akan melakukan percobaan untuk
menghitung periode dan frekuensi.

Periode dan Frekuensi

Alat dan Bahan

1. Bandul besi berat 50 gram dan 100 gram
2. Benang dengan panjang 30 cm, 50 cm, dan 100 cm
3. Tiang gantungan
4. Stopwatch
Cara Kerja

1. Gantungkan bandul besi pada gantungan
2. Tariklah beban dengan tangan kiri, sehingga menyimpang kira-kira 10° (titik A)
3. Siapkan stopwatch di tangan kanan, jalankan stopwatch bersamaan dengan

melepaskan beban dari titik A. amati yang terjadi.
4. Berilah hitungan 1 pada saat beban kembali ke A untuk pertama kalinya, hitungan 2

untuk kedua kalinya, dan seterusnya. Pada hitungan ke 10 matikan stopwatch dan
catat hasilnya.
5. Lakukan percobaan yang sama dengan mengganti beban (bandul)
6. Lakukan percobaan 1 -4 dengan mengganti panjang tali yang berbeda.

7. Tulislah hasil pengamatan pada lembar pengamatan
8. Apakah periode dan frekuensi dipengaruhi oleh beban dan panjang tali? Berikan

penjelasanmu!

Lembar Pengamatan

1. Tabel Pengamatan Beban 50 gram Beban 100 gram

No. Panjang Tali Ayunan T f Ayunan T f

1 30 cm 10 10
2 50 cm
3 100 cm 10 10

Rata-rata 10 10

2. Apakah periode dan frekuensi dipengaruhi oleh beban dan panjang tali? Berikan
penjelasanmu!
............................................................................................................................. ..................
................................................................................................................ ...............................
............................................................................................................................. ..................
....................