Praktikum Virtual Gerak Parabola: Mengukur g dari Video

Praktikum virtual gerak parabola ini adalah praktikum analisis video, seperti kegiatan kronofotografi dalam kurikulum lycée Prancis atau pengukuran g dengan jatuh bebas. Simulasi merekam bola yang diluncurkan sebagai foto stroboskop, satu gambar setiap Δt, lengkap dengan batang skala. Siswa mengetuk setiap gambar untuk menyusun x dan y terhadap t, mencari vₓ dari grafik x–t serta g dari grafik y–t dan vy–t, menguji hukum II Newton dengan panah Δv, lalu mengukur g di planet misterius. Setiap nilai di bawah dibaca dari simulasi.

Keterkaitan dengan kurikulum

• Physique-chimie lycée Prancis: Seconde, Mouvement et interactions (kronofotografi, vektor kecepatan, Δv dan gaya); Première spécialité (energi mekanik); Terminale spécialité (gerak dalam medan homogen, hukum II Newton).
• AQA A-level Physics, praktikum wajib 3 (required practical 3): penentuan g dengan metode jatuh bebas (lihat Pengayaan).
• AP Physics 1, Unit 1 Kinematics: gerak parabola.
• NGSS HS-PS2-1 (standar sains AS): menganalisis data untuk mendukung hukum II Newton.

Simulic tidak berafiliasi dengan Kementerian Pendidikan Prancis, AQA, maupun College Board dan tidak didukung oleh ketiganya.

Sebelum praktikum (5 menit)

Minta siswa menetapkan prediksi, di kertas atau sebagai pertanyaan 1 pada tautan kelas:

"Sebuah bola diluncurkan dengan sudut 45° dan difoto setiap 0,10 s. Bagaimana jarak antar-gambarnya?"

Banyak siswa memperkirakan jaraknya sama di sepanjang lintasan.

Langkah kerja dalam simulasi

1. Klik tab Kronofotografi. Biarkan Ketinggian peluncuran 0,0 m, Sudut elevasi 45°, Kelajuan awal 15 m/s, Gerak: Lemparan, Tempat: Bumi (9,81), Selang waktu Δt antar-gambar 0,10 s, dan Set data no. 1.
2. Tekan Luncurkan dan tunggu sampai ke-22 gambar muncul di layar.
3. Ketuk bagian tengah setiap gambar: titik yang Anda ketuk adalah hasil pengukuran Anda. Laptop atau tablet dalam posisi lanskap lebih presisi daripada ponsel. Waktunya sempit? Tandai otomatis menandai setiap gambar dengan galat pembacaan kecil.
4. Salin t, x, y, dan vy untuk gambar 0, 5, 10, 15, dan 20 ke tabel, atau tekan Data CSV untuk tabel lengkap.
5. Atur Grafik ke x terhadap t, lalu y terhadap t, lalu vy terhadap t. Catat vₓ dan kedua nilai g dari tabel hasil.
6. Centang Δv. Perhatikan arah panah ungu dan baris a = Δv/(2Δt).
7. Atur Tempat ke Planet misterius (tetap set data 1), tekan Luncurkan, tandai gambar-gambarnya lagi, dan cari g dari gradien vy–t. Tekan Tampilkan g hanya di akhir.

Gambar	t (s)	x (m)	y (m)	vy (m/s)
0	0,00
5	0,50
10	1,00
15	1,50
20	2,00

Hasil yang diharapkan

Dengan Tandai otomatis pada set data 1:

Gambar	0	5	10	15	20
x (m)	−0,01	5,29	10,65	15,93	21,22
y (m)	−0,02	4,06	5,67	4,88	1,66
vy (m/s)	—	5,80	0,67	−4,22	−9,36

• Arah mendatar: jarak antar-gambar sekitar 1,06 m, jadi vₓ = 10,60 m/s (nilai acuan 10,61).
• Arah vertikal: jaraknya menyusut sekitar g·Δt² = 0,098 m per gambar saat naik (1,04, 0,91, 0,78 m …) dan membesar saat turun.
• g: 9,77 m/s² dari parabola y–t dan 9,78 m/s² dari gradien vy–t (−0,4%).
• Δv mengarah lurus ke bawah pada setiap gambar: a = (0,02 ; −9,82) m/s², dan m·|a| = 4,91 N sama dengan berat mg.
• Dengan tangan: dengan ketukan yang menyebar sekitar 3 piksel, g menyimpang tidak lebih dari sekitar 2% pada laptop dan 6% pada ponsel.
• Planet misterius, set data 1: g = 14,97 m/s² (y–t) dan 15,01 m/s² (vy–t). Tampilkan g menunjukkan 15,00.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Bagaimana jarak antar-gambarnya?
2. Untuk mencari g dari y terhadap t, mana variabel bebas dan variabel terikatnya?
3. Berapa kecepatan mendatar vₓ dari grafik x–t?
4. Berapa g di planet misterius (set data 1), dari gradien vy–t?
5. Apa yang ditunjukkan panah Δv tentang gaya-gaya pada bola?

Jawaban untuk guru: (1) Jarak mendatar sama; jarak vertikal menyusut saat naik dan membesar saat turun. (2) Bebas: waktu t; terikat: ketinggian y. (3) Terima 10,3–10,9 m/s (10,60 dengan Tandai otomatis). (4) Terima 14,0–16,0 m/s² (15,01 dengan Tandai otomatis; nilai sebenarnya 15,00). (5) Setiap Δv mengarah lurus ke bawah dengan besar yang sama: percepatan g yang tetap dan mengarah ke bawah. Satu-satunya gaya adalah berat, jadi vₓ tetap.

Miskonsepsi umum

• "Bola melambat pada arah mendatar." Jarak mendatar antar-gambar tetap sekitar 1,06 m.
• "Di titik tertinggi percepatannya nol." Pada gambar 11, vy hanya 0,25 m/s, tetapi Δv tetap mengarah ke bawah dengan panjang yang sama.

Pengayaan

• Metode jatuh bebas untuk g: atur Gerak: Jatuh dari diam (ketinggian peluncuran langsung menjadi 10 m). Tandai otomatis memberi 15 gambar dan g = 9,80 m/s² (y–t) serta 9,81 m/s² (vy–t).

Pertanyaan umum

Bisakah tautan kelas terbuka di layar Kronofotografi?

Bisa. Pada nilai awal tautan, atur Layar ke Kronofotografi. Biarkan Tempat (layar Kronofotografi) pada Bumi, Selang waktu Δt antar-gambar pada 0,1, dan Nomor set data (galat tandai otomatis, planet misterius) pada 1, agar jawabannya cocok.

Bagaimana jika kelompok memakai nomor set data yang berbeda?

Setiap nomor set data memberi planet misterius yang berbeda, dengan g antara 3 dan 25 m/s² (set data 2: 21,8; set data 3: 8,8). Pertanyaan 1, 2, 3, dan 5 tetap berlaku, tetapi rentang untuk pertanyaan 4 hanya cocok untuk set data 1.

Sebaiknya siswa mengetuk gambar atau memakai Tandai otomatis?

Mengetuk adalah keterampilan yang sebenarnya; rentang jawabannya masih menerima ketukan yang teliti di ponsel. Tandai otomatis cocok untuk pelajaran singkat: hasilnya berada dalam sekitar 1% dari nilai acuan.

Simulasi dan panduan terkait

Mengukur g dengan bandul sederhana Gerak jatuh bebas dan jatuh dengan hambatan udara

Untuk jarak mendatar, sudut, dan hambatan udara, lihat RPP gerak parabola. Untuk cara lain mengukur g, lihat RPP bandul sederhana.