A. Pendahuluan

Waktu dapat diukur menggunakan proses fisik yang bersifat periodik atau kontinu. Sebelum ditemukannya jam atom modern, berbagai metode digunakan untuk mengukur waktu, seperti jam matahari, jam bandul, dan jam air.

Jam air mengukur waktu melalui aliran air terkendali. Dalam eksperimen ini, Anda akan menyelidiki prinsip-prinsip fisika yang mengatur aliran air dan menerapkannya untuk membuat jam air.

B. Komponen Eksperiment

Daftar Peralatan:

1. Tangki A (tangki bawah, dilengkapi dengan katup dan 2 plug lubang)

2. Tangki B (tangki atas, untuk pasokan air dan 1 plug lubang)

3. Penyangga tangki

4. Wadah penampung air

5. Dua botol air (masing-masing 2 L , tidak ada dalam gambar)

6. Pompa sifon

7. Stopwatch

8. Beaker (gelas ukur)

9. Penggaris

10. Waterpas gelembung

11. Alas penyangga yang dapat diatur kedatarannya

12. Handuk (tidak ada dalam gambar)

*Handuk ini sebagai suvenir, silakan ambil setelah ujian selesai.

None

Menyesuaikan ketinggian penyangga

Terdapat empat sekrup pedal di bawah pelat penyangga yang dapat disesuaikan. Anda dapat mengubah ketinggian masing-masing pedal dengan memutar sekrup tersebut. Anda juga dapat mengubah orientasi dan menukar posisi tangki-tangki untuk memudahkan pengukuran.

None

Pompa sifon

Jika wadah penampung air terisi penuh dengan air, Anda dapat mengosongkannya dengan pompa sifon. Masukkan selang lurus ke dalam air, lalu masukkan selang fleksibel ke dalam botol air. Kemudian, dengan menekan pegangan merah, Anda dapat memindahkan air ke dalam tangki air.

CATATAN:

Pastikan tangki dalam posisi horizontal (gunakan sekrup di bawah alas penyangga) sebelum memulai pengukuran.

Kosongkan wadah penampung secara teratur untuk mencegah alat terapung.

Keringkan tangan Anda sebelum menulis di lembar jawaban atau melakukan eksperimen lainnya.

Segera laporkan kepada pengawas jika terjadi kebocoran, kerusakan atau kehilangan plug lubang.

C. Eksperimen

Aliran air melalui katup

1. Letakkan alas penyangga (dengan sekrup di bawah) di dalam wadah penampung air.

2. Atur alas penyangga dengan memutar sekrup pengatur di bawah.

3. Letakkan penyangga tangki di atas alas penyangga .

4. Letakkan tangki A di atas penyangga tangki.

Tangki A memiliki tiga saluran keluar: satu lubang berdiameter 5 mm, satu lubang berdiameter 4 mm and

satu katup berdiameter 4 mm.

Pada bagian ini, gunakan hanya katup.

A1  ^0.50 Ukur dimensi dalam Tangki A. Ukur lebar, panjang, dan jarak antar tanda ketinggian pada tangki. Perhatikan posisi penandaan dimulai dari tengah katup, dan ketinggian diukur dari posisi ini (untuk eksperimen lain dari tengah lubang-lubang).

A2  ^1.00 Isi Tangki A dengan air hingga ketinggian 5.0 cm. Buka katupnya sampai maksimum. Ukur waktu yang dibutuhkan agar permukaan air turun dari 5.0 cm hingga 4.0 cm, ulangi beberapa kali. Gunakan penanda pada tangki sama dengan ketinggian air.

A3  ^1.50 Ulangi pengukuran pada bagian A.2 setidaknya empat kali dengan ketinggian air awal yang berbeda-beda dan lebih dari 3 cm. Pada ketinggian awal yang lebih rendah, misalnya 1 hingga 3 cm, waktu yang dibutuhkan untuk eksperimen menjadi terlalu lama. Untuk setiap pengukuran, catat data eksperimen Anda serta waktu rata-rata yang diperlukan agar permukaan air dari masing-masing ketinggian turun sebesar 1.0 cm, tuliskan pengulangan berapa kali.

A4  ^1.00 Tentukan kecepatan rata-rata $v_v$, yaitu aliran air saat ketinggiannya berkurang sebesar 1 cm dari setiap ketinggian awal.

CATATAN: Anda dapat menggunakan kalkulator yang disediakan.

A5  ^1.00 Asumsikan bahwa kecepatan memenuhi

$$v_v = C_1 h^x$$
Buatlah grafik yang sesuai untuk menentukan pangkat $x$. Berapa nilai $x$ yang diperoleh dari grafik Anda?

Perlu diperhatikan bahwa lebih baik menggunakan nilai tengah antara tinggi awal dan tinggi akhir untuk menentukan pangkat $x$.

Aliran air melalui lubang

Pada bagian ini, gunakan lubang berdiameter4 mm, yaitu lubang yang lebih kecil pada tangki A.

Dan katup yang digunakan pada bagian A harus ditutup.

B1  ^1.50 Untuk setidaknya lima ketinggian air awal h yang berbeda-beda, ukur waktu yang diperlukan agar permukaan air turun sebesar 1.0 cm, ulangi beberapa kali.

B2  ^0.50 Tentukan kecepatan rata-rata air yang keluar $v_h$ dari lubang untuk setiap ketinggian air awal.

Gunakan metode yang sama seperti pada A-4.

B3  ^1.00 Bandingkan kecepatan aliran rata-rata melalui katup $v_v$dan melalui lubang $v_h$.

Asumsikan, $v_v = C_2 v_h$

Tentukan konstanta $C_2$ tersebut.

Pembuatan jam air

Buatlah jam air dengan menggunakan Tangki A dan B.

Susun tangki-tangki tersebut sebagai berikut:

Tangki A (dengan katup) diletakkan di bawah.
Tangki B (dengan lubang 5 mm) diletakkan di atas.

Tangki B mengalirkan air ke Tangki A.

Tangki A mengalirkan air melalui katup yang terbuka penuh.

Agar beroperasi dengan stabil, Tangki A harus tetap penuh.

C1  ^1.00 Misalkan $h_c$ adalah ketinggian air minimum dari pusat lubang pada Tangki B yang diperlukan agar Tangki A tetap penuh atau meluap. Rancanglah percobaan, catat data dan perkirakan $h_c$ berdasarkan hasil percobaan Anda.

C2  ^1.00 Tangki B harus diisi ulang secara berkala agar jam air dapat berfungsi.

Rancanglah eksperimen Anda sendiri.

Gambarlah skema percobaan Anda dan tuliskan apa yang Anda ukur.

Tentukan interval waktu maksimum antara pengisian ulang secara eksperimental sambil memastikan jam air tetap beroperasi secara terus-menerus.