30

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil

pengujian. Tujuan dilakukan pengujian adalah mengetahui sejauh mana kinerja hasil

perancangan yang telah dibahas pada Bab III serta mengetahui tingkat keberhasilan setiap

spesifikasi yang telah diajukan. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian perbagian

maupun keseluruhan sistem.

4.1. Pengujian Sensor Akselerometer

Pada bagian ini dilakukan pengujian terhadap sensor akselerometer digital

ADXL345 yang digunakan. Pengujian yang dilakukan antara lain pengujian data

percepatan gravitasi dan pengujian data kemiringan sudut yang dihasilkan.

4.1.1. Pegujian Data Percepatan Gravitasi

Data kemiringan sudut bisa didapatkan dengan mengolah data data percepatan

gravitasi hasil pembacaan sensor akselerometer. Oleh karena itu sebelum mengkonversi

data percepatan gravitasi ini, perlu dilakukan pengujian apakah data percepatan gravitasi

sesuai dengan data yang diharapkan.

Pengujian dilakukan dengan melihat data percepatan gravitasi pada enam orientasi

yang berbeda. Data percepatan gravitasi ini merupakan data mentah dalam LSB.

Dipilih resolusi sensor sebesar 2 g sehingga nilai sensitivitas sensor adalah 230-282 LSB/g.

Artinya, jika diberi percepatan gravitasi bumi pada sumbu tertentu, maka nilai data yang

diharapkan 230-282 LSB.

Data percepatan gravitasi dalam satuan LSB dapat dikonversi ke dalam satuan g

dengan mengalikan data diatas dengan scale factor typical untuk resolusi 2 g yaitu

0.00390625 g/LSB. Pada pengerjaan tugas akhir ini dipilih sensitifitas 2 g karena dengan

sensitifitas 2g hasil pengukuran akan memiliki resolusi yang lebih tinggi pada pergerakan

yang lambat sedangkan alat peraga ini tidak bergerak. Selain itu juga akan diuji data

kemiringan sudut yang dihasilkan. Tabel 4.1. menunjukkan hasil pengujian percepatan

gravitasi dan kemiringan sudut yang dihasilkan:

31

Tabel 4.1. Data pengujian percepatan gravitasi dan kemiringan sudut sensor

akselerometer sebelum dikalibrasi.

Arah

Percepatan

gravitasi

Percepatan Gravitasi (LSB) Percepatan Gravitasi

(g)

Kemiringan Sudut

(derajat)

X Y Z X Y Z ψ

Searah

sumbu Z-

1 2 223 0,00 0,01 0,87 0.53

Searah

sumbu Z+

-3 -3 -276 -0.01 -0.01 -1,07 -0.65

Searah

sumbu Y-

-1 263 -22 0,00 1,03 -0,08 86.99

Searah

sumbu Y+

-4 -265 -23 0,01 -1,03 -0,09 -86.77

Searah

sumbu X-

262 0 27 1,02 0,00 0,10 0

Searah

sumbu X+

-267 1 -27 1.04 0,00 -0,10 0.22

Sementara data percepatan gravitasi ideal (nilai typical) untuk resolusi 2 g

ditunjukkan oleh tabel berikut:

Tabel 4.2. Percepatan gravitasi dan kemiringan sudut ideal sensor akselerometer.

Arah

Percepatan

gravitasi

Percepatan Gravitasi

(LSB)

Percepatan Gravitasi

(g)

Kemiringan Sudut

(derajat)

X Y Z X Y Z θ

ψ

Searah

sumbu Z-

0 0 256 0,00 0,00 1,00 0,00°

Searah

sumbu Z+

0 0 -256 0,00 0,00 -1,00 0,00°

Searah

sumbu Y-

0 256 0 0,00 1,00 0,00 90,00°

Searah

sumbu Y+

0 -256 0 0,00 -1,00 0,00 -90,00°

Searah

sumbu X-

256 0 0 1,00 0,00 0,00 0,00°

Searah

sumbu X+

-256 0 0 -1,00 0,00 0,00 0,00°

Tanda negatif pada percepatan gravitasi di tabel menunjukkan arah percepatan

gravitasi yang berlawanan dengan arah percepatan gravitasi bumi.

32

Dari tabel 4.1. dapat dihitung sensitivitas asli sensor akselerometer ADXL345

untuk masing-masing sumbu x, y, dan z :

Perhitungan Sensitivitas Sumbu X

𝐗𝐬 = (𝐀𝐗,𝐌𝐚𝐱 − 𝐀𝐗,𝐌𝐢𝐧)

𝟐

𝐗𝐬 = (𝟐𝟔𝟐 − (−𝟐𝟔𝟕) )

𝟐

𝐗𝐬 = 264.5

Perhitungan Sensitivitas Sumbu Y

𝐘𝐬 = (𝐀𝐘,𝐌𝐚𝐱 − 𝐀𝐘,𝐌𝐢𝐧)

𝟐

𝐘𝐬 = (𝟐𝟔𝟑 − (−𝟐𝟔𝟓))

𝟐

𝐘𝐬 = 264

Perhitungan Sensitivitas Sumbu Z

𝐙𝐬 = (𝐀𝐙,𝐌𝐚𝐱 − 𝐀𝐙,𝐌𝐢𝐧)

𝟐

𝐙𝐬 = (𝟐𝟐𝟑 − (−𝟐𝟕𝟔))

𝟐

𝐙𝐬 = 249.5

Setelah itu dilakukan perhitungan untuk memeriksa apakah terdapat offset pada

pembacaan data percepatan gravitasi akselerometer digital. Berikut adalah perhitungannya:

Perhitungan Offset Sumbu X

𝐗𝐎𝐟𝐟 = (𝐀𝐗,𝐌𝐚𝐱 − 𝐗𝐒)

𝐗𝐎𝐟𝐟 = (𝟐𝟔𝟐 − 𝟐𝟔𝟒, 𝟓)

𝐗𝐎𝐟𝐟 = -2.5

Perhitungan Offset Sumbu Y

𝐘𝐎𝐟𝐟 = (𝐀𝐘,𝐌𝐚𝐱 − 𝐘𝐒)

𝐘𝐎𝐟𝐟 = (𝟐𝟔𝟑 − 𝟐𝟔𝟒)

𝐘𝐎𝐟𝐟 = -1

Perhitungan Offset Sumbu Z

𝐙𝐎𝐟𝐟 = (𝐀𝐙,𝐌𝐚𝐱 − 𝐙𝐒)

𝐙𝐬 = (𝟐𝟐𝟑 − 𝟐𝟒𝟗. 𝟓)

𝐙𝐬 = −𝟐𝟔. 𝟓

33

Dari pengujian ditemukan bahwa nilai data percepatan gravitasi yang dihasilkan

oleh akselerometer digital memiliki sensitivitas yang berbeda untuk setiap sumbunya dan

memiliki offset. Akibatnya data kemiringan sudut yang dihasilkan juga tidak akurat.

Maka dari itu dirasa perlu untuk melakukan kalibrasi sehingga data percepatan

gravitasi yang dihasilkan nilainya mendekati data ideal sensor akselerometer digital.

Data dalam satuan LSB bisa didapatkan dengan mengalikan nilai typical percepatan

gravitasi yaitu 256 LSB/g, dengan nilai percepatan gravitasi dalam satuan g yang sudah

dikalibrasi. Tabel 4.3. menujukkan pengujian data hasil kalibrasi:

Tabel 4.3. Data pengujian percepatan gravitasi dan kemiringan sudut sensor

akslerometer setelah dikalibrasi.

Arah

Percepatan

gravitasi

Percepatan Gravitasi

(LSB)

Percepatan Gravitasi

(g)

Kemiringan Sudut

(derajat)

X Y Z X Y Z ψ

Searah

sumbu Z-

1.45 0 256 0,009 -0,002 1,000 0

Searah

sumbu Z+

-1.45 0 -256 -0,001 0,005 -1,000 0

Searah

sumbu Y-

1.45 256,00 -1.54 0,002 1,000 -0,001 89.80

Searah

sumbu Y+

-0.48 -256,00 1.54 -0,017 -1,003 0,005 -89.91

Searah

sumbu X-

256 -0.97 2.57 1,000 -0,005 0,021 -0.22

Searah

sumbu X+

-256 0.97 -2.57 -1,000 0,005 -0,005 0.22

Dapat dilihat bahwa data percepatan gravitasi setelah dilakukan kalibrasi lebih

mendekati data percepatan gravitasi ideal dari akselerometer.

4.1.2. Pengujian Data Kemiringan Sudut ψ Akselerometer

Selanjutnya dilakukan pengujian pembacaan data kemiringan sudut yang dihasilkan

dari kalkulasi data percepatan gravitasi. Pengujian ini dilakukan untuk melihat keakuratan

data kemiringan sudut yang dihasilkan dari pengolahan data percepatan gravitasi yang

dihasilkan akselerometer digital.

Pengujian dilakukan dengan membandingkan data kemiringan sudut ψ

akselerometer dengan data kemiringan sudut alat pembanding. Alat pembanding yang

digunakan adalah busur penggaris dan waterpass Digital.

34

Pengujian dilakukan baik untuk data kemiringan sudut kemiringan ψ yang

dihasilkan akselerometer digital. Tabel 4.4. dan tabel 4.5. menunjukkan data hasil

pengujian.

Tabel 4.4. Perbandingan data kemiringan sudut ψ antara busur penggaris, waterpass

digital dengan data kemiringan sudut akselerometer digital.

Waterpass digital Busur Penggaris Akselerometer digital

90,0° 90.0° 89.4°

80,5° 80,0° 79.7°

70,0° 70,0° 69.7°

60,4° 60,0° 59.5°

50,1° 50,0° 49.7°

40,0° 40.0° 39.8°

30,6° 30,0° 30.1°

20,3° 20,0° 20.8°

10,0° 10,0° 10°

0,0° 0.0° 0°

Dari tabel dapat dilihat data sudut ψ hasil pengolahan data dari keluaran

akselerometer sudah cukup akurat, dengan ralat untuk sudut ψ antara 0,1° sampai 0,9° jika

dibandingkan dengan data kemiringan sudut waterpass digital.

Pengujian dilakukan dengan mengirimkan data kemiringan sudut sensor

akslerometer digital secara serial ke komputer.

4.2. Pengujian Sensor Jarak HY-SRF05

Pada bagian ini dilakukan pengujian terhadap sensor jarak HY-SRF05. Pengujian

yang dilakukan adalah pengujian pengukuran jarak yang dihasilkan. Dari hasil

perbandingan terlihat bahwa hasil pengukuran jarak menggunakan sensor HY-SRF05

cukup presisi mulai dari jarak 3cm dan baru terjadi kemelesetan sebesar 1cm pada jarak

140 cm , sedangkan panjang sisi miring alat peraga adalah 140 cm, sehingga sensor ini

dapat digunakan sebagai sensor pengukur jarak pada alat peraga ini.

35

Tabel 4.5. Perbandingan pengukuran jarak

Penggaris (cm)

HY-SRF05 (cm)

0 0

1 0

2 0

3 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 9

10 10

… …

135 135

136 136

137 137

138 138

139 139

140 141

141 142

142 143

143 144

4.3. Pengujian Data Program User Interface

Pengujian aplikasi desktop / user interface dilakukukan untuk mengetahui tingkat

keberhasilan aplikasi tersebut. Fungsi utama dari aplikasi ini adalah untuk membantu

pengguna dalam mengamati dan melakukan pencatatan hasil peragaan berupa besaran-

besaran fisika yaitu kecepatan, percepatan, energi mekanik, energi potensial, dan energi

kinetik.

Aplikasi desktop ini haruslah terhubung dengan alat peraga melalui komunikasi

serial.

Selain melakukan komunikasi dengan alat peraga, program desktop juga akan

melakukan semua proses perhitungan matematis untuk mendapatkan data besaran-besaran

fisika yang ingin diamati berdasarkan data sensor.

Data kecepatan sesaat diperoleh dengan cara membagi selisih jarak tiap

pencuplikan dengan waktu cuplik yang sudah ditentukan sesuai dengan persamaan 2.4.,

36

begitu pula untuk data percepatan sesaat dapat kita hitung secara matematis sesuai

persamaan 2.6.

Untuk mendapatkan kecepatan rata-rata dan percepatan rata-rata. Kita tinggal

menghitung rata-rata dari seluruh data kecepatan sesaat dan percepatan sesaat.

Berikut adalah hasil pengambilan data menggunakan program desktop:

(a)

(b)

Gambar 4.1. Pengambilan data berdasarkan perbedaan besar massa

(a) Massa 200 gram ; (b) Massa 500 gram.

37

Pada pengambilan data di atas nampak bahwa kecepatan memiliki grafik kenaikan

yang cukup linear, sedangkan grafik percepatan yang seharusnya memiliki besar

percepatan yang selalu sama dikarenakan tidak ada gaya dari luar memiliki bentuk grafik

yang agak naik turun namun tidak terlalu besar ralatnya. Pada titik tertentu nampak bahwa

adanya lonjakan yang cukup besar pada percepatan, hal ini dikarenakan gesekan antara

beban dan permukaan bidang miring pada bagian tertentu yang tidak merata.

Selain itu juga terdapat koefisien gaya gesek kinetis di mana dapat kita hitung pula

secara matematis dengan berdasarkan pada hukum Newton II (persamaan 2.9) di mana,

F = ma

wsinθ - Fg = ma

wsinθ - Nµk = ma

𝒘sinθ – µk mgcosθ = ma

Sehingga bisa kita dapatkan,

µ𝑘 = 𝒘𝑠𝑖𝑛𝜃−𝑚𝒂

𝑚𝒈𝑐𝑜𝑠𝜃 (4.1)

(a)

38

(b)

(c)

Gambar 4.2. Pengambilan data berdasarkan perbedaan jenis permukaan alas

(a) Alas berupa akrilik ; (b) Alas berupa triplek ; (c) Alas berupa kertas HVS

39

Dari percobaan di atas bisa kita lihat pada gambar 4.2 bahwa dengan menggunakan

beban yang sama yaitu 500 gram dan dengan sudut yang sama yaitu 42o, dengan

menggunakan jenis permukaan alas beban yang bervariasi yaitu pada gambar A digunakan

jenis bahan akrilik, pada gambar B digunakan jenis bahan triplek, dan pada gambar C

digunakan jenis bahan kertas HVS. Dapat kita lihat bahwa koefisien gesek kinetik yang

didapatkan pun berbeda-beda, di mana pada percobaan ini dapat kita amati bahwa kertas

HVS lah yang memiliki koefisien gesek kinetik yang paling besar.

Kita juga dapat mengamati besar perubahan energi potensial dan energi kinetik

pada program desktop dengan cara mengganti pemilihan menu tampilan pada dropbox

besaran fisika yang ingin diamati.

Digambarkan secara ideal bahwa energi mekanik pada saat beban belum

diluncurkan akan sama dengan energi mekanik pada saat benda tepat menyentuh dasar

bidang miring dapat kita kita lihat pada gambar 4.3.

Gambar 4.3. Permodelan Hukum Kekekalan Energi Pada Bidang Miring

Namun pada kenyataanya energi mekanik saat benda berada di puncak bidang

miring sebelum diluncurkan dan energi mekanik saat benda berada pada dasar bidang

miring tidak akan sama, hal tersebut dikarenakan adanya energi yang hilang karena adanya

gaya gesek antara benda yang diluncurkan dengan permukaan bidang miring.

Berdasarkan persamaan 2.15, di mana

EMA = EMB

40

EPA + EKA = EPB + EKB

Karena adanya energi yang hilang oleh adanya gaya gesek maka,

EPA + EKA + EfA= EPB + EKB + EfB

Di mana, EfA = Energi yang hilang di titik A karena gesekan

EfB = Energi yang hilang di titik B karena gesekan

Besarnya energi yang hilang karena gesekan dapat kita hitung secara matematis

dengan menggunakan persamaan berikut :

Ef = Fg.∆x (4.2)

Di mana, Ef : Energi yang hilang karena gaya gesek

Fg : Gaya Gesek

∆x : Selisih perpindahan beban

Berikut adalah hasil pengambilan data energi pada program desktop

Gambar 4.4. Pengambilan Data Energi

Pada grafik sebelah kiri terlihat bahwa energi potensial semakin menurun

sedangkan energi kinetiknya semakin meningkat seiring dengan meluncurnya beban dari

puncak bidang miring hingga dasar.

Pada grafik sebelah kanan nampak pula energi yang hilang dan penurunan total dari

EP ditambah EK dikarenakan adanya gesekan antara beban dengan permukaan bidang

miring. Di situ juga dapat dilihat bahwa besarnya energi mekanik (EM = EP + EK + Ef)

41

mendekati garis lurus yang konstan. Hal ini membuktikan bahwa hukum kekekalan energi

mekanik berlaku pada gerak translasi berubah beraturan pada bidang miring.