Cara Kerja Jam Bandul Pendulum
Cara Kerja Jam Bandul Pendulum

Cara Kerja Jam Bandul dan Jam Mekanik

Posted on

Salah satu hal yang sudah sangat jarang kita jumpai ialah jam bandul. Aku tertarik untuk menjelaskan bagaimana cara kerja jam bandul atau jam pendulum ini sebagai pengantar sebelum aku menerangkan tentang jam nuklir yang baru saja aku pelajari konsepnya. 

Di keluargaku sendiri yang punya jam bandul/pendulum ini hanya Mbahku di Madiun. Aku nggak tahu bagaimana sejarahnya jam itu ada di rumah Mbahku, tapi ketika pertama kali aku menemukannya, itu sudah tidak berfungsi lagi, sekarang sepertinya sudah di buang.

Tapi yang pasti jam ini sangat populer, ada di ruang tamu orang-orang ningrat zaman dulu. 

Jam Bandul (Pendulum)

Jam Pendulum atau dalam bahasa indonesia lebih dikenal sebagai jam bandul ini adalah barang kuno yang dulu sangat populer, mungkin beberapa orang masih punya di rumahnya. 

Jam yang bentuknya seperti lemari, kemudian di bagian atasnya ada lingkaran yang menunjukkan waktu, seperti jam yang sekarang kita kenal, kemudian di bagian bawahnya ada pendulum yang berayun kanan kiri. Itu adalah jam pendulum yang sangat populer pada abad ke 18-19.

Pengertian Pendulum

Di dalam KBBI, pendulum diartikan sebagai “bandul yang bergantung pada seutas tali (rantai dan sebagainya) atau gantungan yang relatif panjang”. Pendulum sederhana itu berupa beban yang digantungkan dengan tali atau bisa juga beban yang digantungan oleh statif (batang besi). Berat dari beban tersebut harus jauh lebih besar dibandingkan dengan berat tali/statif yang menggantungnya. Gambar sederhananya seperti ini:

Contoh pendulum sederhana. Merah: bandul, Biru: tali.

Ketika sebuah pendulum itu digerakkan/diayunkan maka akan terjadi gerakan bolak balik. Di dalam ruang vakum sempurna, gerakan bolak-balik ini akan berlangsung terus menerus karena tidak ada resistensi udara (Hk. Newton 1).

Konsep Osilasi/Ketukan

Osilasi atau ketukan ialah konsep gerakan yang berulang-ulang secara teratur/reguler. 

Galileo sebelumnya telah mendefinisikan bahwa salah satu sifat pendulum sederhana ialah gerakan bolak balik ke posisi awalnya (1 osilasi/ketukan) memerlukan waktu yang sama walaupun jarak yang ditempuh oleh pendulum berbeda-beda. Coba amati gambar ini:

Pendulum Sederhana

Berdasarkan pengamatan Galileo, waktu yang dibutuhkan pendulum untuk bergerak dari titik 3 (sebagai titik awal) kemudian menuju ke titik 5, berayun menuju titik 1 dan kembali ke titik 3 akan sama dengan jika pendulum bergerak dari titik 3 (sebagai titik awal) kemudian menuju ke titik 4, berayun menuju ke titik 2 dan kembali ke titik 3. Ini bisa kalian buktikan sendiri di rumah. 

Jadi waktu perjalanan dari titik awal menuju ke titik posisi maksimum pertama (kanan) kemudian berbalik ke posisi maksimum kedua (kiri) dan kembali ke titik awal akan stabil(tetap) pada satuan waktu tertentu (beberapa detik). 

Sifat dari pendulum ini mendukung untuk perhitungan waktu, sebab gerakan pendulum yang terkena resistensi udara tidak akan berpengaruh terhadap perhitungan jumlah osilasinya.  Jika tertarik, silahkan lihat video demostrasinya di sini(B. Inggris): https://www.youtube.com/watch?v=FSipEsvG9-U

Cara Kerja Jam Bandul / Pendulum

Nah gerakan dari pendulum dari kembali ke keadaan asalnya dapat kita hitung dalam satuan waktu tertentu. Misalkan untuk satu gerakan hingga kembali ke posisi awalnya ternyata memerlukan 0.5 detik. Maka disebut 2 osilasi /detik. Ini konsep frekuensi yang sudah kita pelajari di SMP:

 $ f = \frac{ketukan}{waktu} $

$ f = \frac{n}{t}$

Secara sederhana kalian juga pasti sudah tahu kalau kita bisa menghitung waktu berdasarkan dari jumlah ketukan pendulumnya. Misalkan pendulumnya bergerak sebanyak 2 kali dalam 1detik. Maka jika ia bergerak 20 kali berarti waktu yang berjalan ialah 10 detik. Mudah kan?

Gerakan osilasi pendulum itu hanya dipengaruhi oleh panjang tali/lengan pendulum tersebut dan momen inersianya.  Maka dengan membuat standard panjang tali/lengan pendulum kita akan dapat menentukan satuan waktu tertentu.


Misalkan, agar sebuah pendulum dapat bergerak satu osilasi perdetik maka diperlukan panjang lengan pendulum sekitar 0.994 meter. Itu jika lengan pendulumnya berupa seutas tali yang massanya sangat kecil dibandingkan beban.

Artinya jika lengan pendulumnya terbuat dari logam dan massanya agak lebih besar maka panjang lengannya harus dikurangin. Di sinilah peran dari desainer jam pendulum untuk membuat desain pendulum dengan panjang lengan dan bahan yang standard. 

Inilah yang mendasari kenapa jam pendulum itu ukurannya hingga satu lemari besar. Sebab banyak desainer yang mendesain jam-nya agar melakukan satu osilasi setiap detiknya, sehingga perlu panjang lengan pendulum kurang lebih 1meter. 

Yap itulah konsep dasar dari jam pendulum. 

Desain, mekanisme dari roda gir di bagian dalam jam dan cara mendeteksi ketukannya agak sulit untuk aku jelaskan karena perlu pemahaman gambar dalam 3D. Kalau kalian tertarik dapat kalian pelajari di sini (B. Inggris): https://www.youtube.com/watch?v=lDZHlcjQnOo 

Cara Kerja Jam Mekanik

Setelah perkembangan jam pendulum, kemudian pada abad ke 17 kita memasuki era jam portabel. Ini diawali dengan ditemukannya sebuah benda yang mampu melakukan gerakan osilasi berulang-ulang secara teratur. Yap! Benda itu adalah pegas spiral (spring). 

cara kerja jam mekanik pegas
Komponen jam mekanik menggunakan pegas

Dengan menggunakan gerakan osilasi dari pegas, kita dapat mencatat waktu dengan jauh lebih tepat sebab gerakan pegas bisa jauh lebih sensitif dari pendulum. Frekuensi gerak pegas yang jauh lebih cepat juga membuat akurasi jam menjadi lebih tinggi lagi. Silahkan lihat cara kerjanya di sini (B. Inggris): https://www.youtube.com/watch?v=G1XBb7kJJWg&t=251s 

Jika sebelumnya banyak yang menggunakan jam pendulum dengan akurasi satu osilasi/ detik. Maka dengan jam pegas ini dapat mencapai 144 osilasi /detik. Artinya keberadaan jam pegas ini meningkatkan akurasi jam hingga 10menit perharinya jika dibandingkan dengan jam pendulum. 

Karena jam pegas ini dibuat portabel bahkan menjadi jam tangan, maka ukuran dari komponen-komponennya semakin kecil. Ukuran komponen yang kecil harus didukung dengan permukaan gir yang licin dan tanpa resistensi.

Semakin kecil jam tersebut maka diperlukan gir dan komponen yang semakin licin agar tidak terdapat resistensi dalam sentuhan antar gir. Sebab resistensi yang ada karena permukaan gir yang kasar dapat mengurangi akurasi jam. 

Karena diperlukannya komponen gir yang licin dan tahan sempurna maka inilah yang membuat harga-harga jam melambung tinggi di pasaran. 

Mungkin sekarang kalian melihat penggunaan berlian di jam itu ditampilkan di bagian luar sebagai ornamen. Tetapi pengrajin jam tangan di masa lalu itu menggunakan batu-batu sekelas berlian untuk dijadikan gir bagian dalam jam karena sifat materialnya yan sangat licin, keras, kuat dan tidak terpengaruh magnet. 

Itu yang menyebabkan trend harga jam tangan yang gila-gilaan bahkan hingga saat ini. 

Kesimpulan

Jadi konsep dasar dari cara kerja jam bandul dan jam mekanik ialah menghitung frekuensi dari gerakan berulang-ulang (osilasi) yang terjadi pada pendulum ataupun pegas. 

Nah.. Karena saat ini ilmuwan sudah mengetahui bahwa osilasi itu juga terjadi pada atom berupa gelombang, maka gelombang pada atom tersebut dapat digunakan sebagai konsep baru dalam pengukuran waktu yang lebih akurat. Bagaimana konsepnya? Simak postinganku berikutnya tentang Jam Nuklir dan Penggunaannya di dalam GPS.

Mengaku-ngaku sebagai penulis sejak 2013, tak satupun buku yang berhasil dituliskan. Amatir Garis Keras!

3 thoughts on “Cara Kerja Jam Bandul dan Jam Mekanik

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.