i
Hitam
Orange
Buku Guru
2
ii
Hitam
Orange
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu-ilmu Alam Penulis : - Sunardi - Siti Zenab Desain Cover Lay Out
: W. Abdul Aziz : M. Sya’bani
Diterbitkan oleh Penerbit Yrama Widya Jl. Permai 28 No. 100 Margahayu Permai, Bandung (40218) Telp. (022) 5403533 (Hunting), 5403518, 5426845 Fax. (022) 5403512 ANGGOTA IKAPI e–mail :
[email protected] (Redaksi)
[email protected] (Penjualan) http://www.yrama–widya.co.id Copyright © 2014 pada Penerbit Yrama Widya Dilarang keras mengutip, menjiplak, memfotokopi sebagian atau seluruh isi buku ini serta memperjualbelikannya tanpa mendapat izin tertulis dari Penerbit Yrama Widya © Hak Cipta Dilindungi oleh Undang-Undang
KATALOG DALAM TERBITAN Sunardi Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI / Penulis Sunardi, Siti Zenab. -- Cet.1. -- Bandung : Yrama Widya, 2014. viii + 192 hlm. ; 17,6 × 25 cm. untuk SMA/MA Kelompok Pemintan Ilmu-ilmu Alam ISBN 978-602-277-656-7 (no.jil. lengkap) ISBN 978-602-277-657-4 (jil.1) ISBN 978-602-277-658-1 (jil.2) ISBN 978-602-277-659-8 (jil.3) 1. Fisika -- Studi dan pengajaran I. Judul. 530.07
iii
Hitam
Orange
Kata Pengantar Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan yang Maha Kuasa, karena atas berkat dan rahmat-Nya, kami dapat menyelesaikan Buku Guru Fisika untuk SMA/MA kelas XI. Buku Guru Fisika ini dipergunakan sebagai pegangan guru untuk memberikan atau mentransfer ilmu fisika dan menghubungkan penerapan konsep Fisika tersebut dalam kehidupan sehari-hari. Materi dalam Buku Guru Fisika ini disajikan dengan bahasa yang sederhana, lugas, dan penyajiannya dilengkapi dengan ilustrasi yang mendukung materi yang akan dibahas sehingga mambantu guru untuk lebih mudah menyampaikan materi. Selain itu, buku ini juga menjadi pedoman untuk guru menyampaikan contoh-contoh sikap yang mencerminkan karakter bangsa Indonesia, misalnya bertanggung jawab dengan segala tindakan yang dilakukan dan membangun sikap kritis yang konstruktif pada siswa agar dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari. Dengan begitu, pengetahuan dan keterampilan siswa yang diberi pembekalan materi ini dapat berjalan selaras dengan perannya sebagai seorang pelajar.
Penulis
Kata Pengantar
iii
iv
Hitam
Orange
Daftar Isi Kata Pengantar .................................................................................................................................
iii
Daftar isi .............................................................................................................................................
iv
Bagian 1
Petunjuk Umum.......................................................................................................... A. Pendahuluan.......................................................................................................... B. Cakupan dan Lingkup Mata Pelajaran Fisika....................................................... C. Tujuan Pembelajaran Fisika ................................................................................. D. Strategi Pembelajaran Fisika SMA/MA................................................................ E. Media Pembelajaran Fisika................................................................................... F. Proses Kegiatan dan Evaluasi Pembelajaran Fisika.............................................. G. Panduan Evaluasi Proses dan Hasil Belajar.......................................................... H. Pentingnya Pembelajaran Fisika melalui Kurikulum 2013................................... I. Pembelajaran Remedial dan Pengayaan ..............................................................
1 2 5 6 7 17 18 21 35 35
Bagian 2
Petunjuk Khusus.........................................................................................................
37
Bab I
Gerak Dua Dimensi..................................................................................................... A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Gerak Dua Dimensi (Gerak dalam Bidang).......................................................... E. Hubungan Posisi, Kecepatan, dan Percepatan dari Suatu Fungsi ........................ F. Gerak Parabola...................................................................................................... G. Gerak Melingkar................................................................................................... H. Sikap dalam Pembelajaran tentang Gerak pada Bidang Dua Dimensi................. I. Pengayaan Materi.................................................................................................. J. Media Pembelajaran.............................................................................................. K. Bentuk Evaluasi.................................................................................................... L. Remedial .............................................................................................................. M. Rangkuman .......................................................................................................... N. Penutup..................................................................................................................
39 40 40 41 41 45 46 49 51 52 53 53 54 55 58
Bab II Hukum Newton tentang Gravitasi............................................................................. A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Gaya Gravitasi Antarpartikel................................................................................. E. Kuat Medan Gravitasi dan Percepatan Gravitasi.................................................. F. Hukum Kepler....................................................................................................... G. Jujur dan Taat dalam Menerapkan Hukum-hukum Newton dan Tiga Hukum Kepler........................................................................................
59 60 60 60 61 62 64
iv
66
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
v
Hitam
Orange
H. I. J. K. L. M.
Pengayaan Materi.................................................................................................. Media Pembelajaran.............................................................................................. Bentuk Evaluasi.................................................................................................... Remedial............................................................................................................... Rangkuman........................................................................................................... Penutup..................................................................................................................
66 67 67 68 69 70
Bab III
Usaha dan Energi........................................................................................................ A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Energi Kinetik dan Energi Potensial Gravitasi dan pegas..................................... E. Konsep Usaha........................................................................................................ F. Hubungan Usaha dan Energi Kinetik.................................................................... G. Hubungan Usaha dan Energi Potensial................................................................. H. Hukum Kekekalan Energi Mekanik...................................................................... I. Sikap dan Pembelajaran tentang Usaha dan Energi.............................................. J. Pengayaan Materi.................................................................................................. K. Media Pembelajaran.............................................................................................. L. Bentuk Evaluasi.................................................................................................... M. Remedial............................................................................................................... N. Rangkuman........................................................................................................... O. Penutup..................................................................................................................
71 72 72 73 73 75 76 77 77 79 80 81 81 82 83 84
Bab IV
Getaran Harmonis...................................................................................................... A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Karakteristik Getaran Harmonis........................................................................... E. Periode dan Frekuensi pada Pegas........................................................................ F. Simpangan Gerak Harmonis Sederhana................................................................ G. Kecepatan Gerak Harmonis Sederhana................................................................. H. Percepatan Gerak Harmonis Sederhana................................................................ I. Fase Gerak Harmonis Sederhana.......................................................................... J. Proaktif dalam Melakukan Percobaan dan Diskusi tentang Getaran Harmonis... K. Pengayaan Materi.................................................................................................. L. Media Pembelajaran.............................................................................................. M. Bentuk Evaluasi.................................................................................................... N. Remedial............................................................................................................... O. Rangkuman........................................................................................................... P. Penutup..................................................................................................................
85 86 86 86 87 88 89 90 90 90 91 92 92 92 93 94 94
Bab V
Momentum dan Impuls.............................................................................................. A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Momentum............................................................................................................
95 96 96 97 97
Daftar Isi
v
vi
Hitam
Orange
E. F. G. H. I. J. K. L. M. N. O. P.
Impuls.................................................................................................................... Hubungan Momentum dengan Impuls.................................................................. Hukum Kekekalan Momentum............................................................................. Tumbukan.............................................................................................................. Penerapan Konsep Momentum............................................................................. Sikap dalam Pembelajaran tentang Impuls dan Momentum................................. Pengayaan Materi.................................................................................................. Media Pembelajaran.............................................................................................. Bentuk Penilaian................................................................................................... Remedial............................................................................................................... Rangkuman........................................................................................................... Penutup..................................................................................................................
98 98 99 99 100 102 103 103 104 104 106 106
Bab VI
Dinamika Rotasi.......................................................................................................... A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Momen Gaya......................................................................................................... E. Momen Kopel........................................................................................................ F. Momen Inersia...................................................................................................... G. Titik Berat............................................................................................................. H. Dinamika Rotasi.................................................................................................... I. Momentum Sudut . ............................................................................................... J. Energi Kinetik Rotasi............................................................................................ K. Usaha dalam Gerak Rotasi ................................................................................... L. Energi dalam Gabungan Gerak Rotasi dan Translasi............................................ M. Sikap dalam Pembelajaran tentang Dinamika Rotasi........................................... N. Pengayaan Materi.................................................................................................. O. Media Pembelajaran.............................................................................................. P. Bentuk Penilaian................................................................................................... Q. Remedial .............................................................................................................. R. Rangkuman .......................................................................................................... S. Penutup..................................................................................................................
107 108 108 109 109 110 111 113 115 116 117 118 118 119 120 121 121 122 123 126
Bab VII
Dinamika Fluida.......................................................................................................... A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Garis Alir............................................................................................................... E. Asas Kontinuitas................................................................................................... F. Asas Bernoulli....................................................................................................... G. Penerapan Asas Kontinuitas dan Asas Bernoulli.................................................. H. Sikap dan Pembelajaran tentang Dinamika Fluida............................................... I. Pengayaan Materi..................................................................................................
127 128 128 128 129 130 131 132 136 138
vi
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
vii
Hitam
Orange
J. K. L. M. N.
Media Pembelajaran.............................................................................................. Bentuk Evaluasi.................................................................................................... Remedial............................................................................................................... Rangkuman........................................................................................................... Penutup..................................................................................................................
138 138 139 141 142
Bab VIII
Teori Kinetik Gas........................................................................................................ A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Teori Kinetik Gas.................................................................................................. E. Hukum-hukum yang Mendasari Persamaan Gas Ideal......................................... F. Persamaan Keadaan Gas Ideal.............................................................................. G. Tekanan Gas Ideal................................................................................................. H. Tekanan dan Energi Kinetik.................................................................................. I. Suhu Mutlak dan Energi Kinetik Rata-rata........................................................... J. Kecepatan Partikel Gas......................................................................................... K. Energi Dalam......................................................................................................... L. Sikap dan Pembelajaran tentang Teori Kinetik Gas.............................................. M. Pengayaan Materi.................................................................................................. N. Media Pembelajaran.............................................................................................. O. Bentuk Evaluasi.................................................................................................... P. Remedial .............................................................................................................. Q. Rangkuman........................................................................................................... R. Penutup . ...............................................................................................................
143 144 144 144 145 146 147 148 149 150 150 152 153 154 155 155 156 157 158
Bab IX
Efek Rumah Kaca....................................................................................................... A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Pengertian Efek Rumah Kaca dan Jenis-jenis Gas Rumah Kaca.......................... E. Emisi Karbon........................................................................................................ F. Pemanasan Global dan Perubahan Iklim............................................................... G. Solusi dan Penanggulangan Pemanasan Global.................................................... H. Sumber Energi Alternatif...................................................................................... I. Kesepakatan Internasional.................................................................................... J. Sikap dan Pembelajaran tentang Efek Rumah Kaca............................................. K. Pengayaan Materi.................................................................................................. L. Media Pembelajaran.............................................................................................. M. Bentuk Evaluasi.................................................................................................... N. Remedial............................................................................................................... O. Rangkuman........................................................................................................... P. Penutup..................................................................................................................
159 160 160 161 161 162 162 163 164 165 165 167 167 167 168 169 170
Daftar Isi
vii
viii
Hitam
Bab X
Orange
Gelombang................................................................................................................... A. Kompetensi dan Indikator Pembelajaran.............................................................. B. Tujuan Pembelajaran............................................................................................. C. Konsep Prasyarat................................................................................................... D. Pengertian dan Karakteristik Gelombang............................................................. E. Sifat-sifat Gelombang........................................................................................... F. Formulasi Gejala Gelombang............................................................................... G. Sikap dan Pembelajaran tentang Gelombang........................................................ H. Pengayaan Materi.................................................................................................. I. Media Pembelajaran.............................................................................................. J. Bentuk Evaluasi.................................................................................................... K. Remedial............................................................................................................... L Rangkuman........................................................................................................... M. Penutup..................................................................................................................
171 172 172 173 173 177 178 183 185 186 186 187 188 189
Glosarium............................................................................................................................................ 190 Daftar Pustaka.................................................................................................................................... 191 Indeks................................................................................................................................................... 192
viii
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
1
Hitam
Orange
Bagian 1 Petunjuk Umum
Petunjuk Umum
1
2
Hitam
A
Orange
Pendahuluan
1. Gambaran Umum
Buku Guru untuk Mata Pelajaran Fisika SMA/MA Kelas XI disusun untuk memudahkan para guru dalam melaksanakan pembelajaran fisika. Buku ini terdiri atas dua bagian. Bagian pertama berisi tentang petunjuk umum pembelajaran fisika, keterampilan proses dalam pembelajaran fisika, serta penilaian dalam pembelajaran fisika. Bagian kedua menguraikan strategi pembelajaran fisika pada tiap materi. Dengan model pengorganisasian seperti ini, diharapkan guru mendapatkan kemudahan dan pemahaman lebih dalam terhadap materi ajar, cara pembelajarannya, serta cara penilaiannya. Serta, guru mendapatkan gambaran terhadap rumusan indikator pencapaian kompetensi dasar (terutama untuk KD pada KI III dan KI IV). Sebagai muaranya, panduan pembelajaran Fisika ini diharapkan dapat membantu guru dalam memberikan kesempatan peserta didik untuk belajar secara optimal, sehingga peserta didik mampu mencapai Standar Kompetensi Lulusan (SKL) pada satuan pendidikan tertentu.
2. Penggunaan Buku Guru
Buku guru memiliki dua fungsi, yaitu sebagai petunjuk penggunaan buku peserta didik dan sebagai acuan kegiatan pembelajaran di kelas. Mengingat pentingnya buku ini, disarankan memerhatikan hal-hal sebagai berikut. a. Bacalah halaman demi halaman dengan teliti. b. Pahamilah setiap Kompetensi Dasar dan kegiatan pembelajaran yang dikaitkan dengan materi. c. Upayakan untuk mencakup Kompetensi Inti (KI) I dan (KI) II dalam semua kegiatan pembelajaran. Guru diharapkan melakukan penguatan untuk mendukung pembentukan sikap, pengetahuan, dan perilaku positif. d. Dukunglah ketercapaian Kompetensi Inti (KI) I dan (KI) II dengan kegiatan pembiasaan, keteladanan, dan budaya sekolah. e. Cocokkanlah setiap kegiatan peserta didik yang berhubungan dengan buku peserta didik sesuai dengan halaman yang dimaksud. f. Mulailah setiap kegiatan pembelajaran dengan memberikan pengantar sesuai materi pembelajaran. Lebih baik lagi jika dilengkapi dengan kegiatan pembuka yang menyenangkan dan membangkitkan rasa ingin tahu peserta didik. g. Kembangkan ide-ide kreatif dalam memilih metode pembelajaran. Termasuk di dalamnya menemukan kegiatan alternatif apabila kondisi yang terjadi kurang sesuai dengan perencanaan. h. Pilihlah beragam metode pembelajaran yang akan dikembangkan. i. Kembangkanlah keterampilan berikut ini: 1) pembelajaran Aktif, Inovatif, Kreatif, Efektif, dan Menyenangkan (PAIKEM), 2) keterampilan bertanya yang berorientasi pada kemampuan berpikir tingkat tinggi,
2
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
3
Hitam
j.
Orange
3) keterampilan membuka dan menutup pembelajaran, dan 4) keterampilan mengelola kelas. Gunakanlah media atau sumber belajar alternatif yang tersedia di lingkungan sekolah.
3. Interaksi Guru dan Orang Tua
Interaksi antara guru dengan orang tua harus dilakukan secara berkala agar kedua belah pihak dapat mengetahui proses belajar yang terjadi di rumah dan di sekolah. Hal ini dapat dijadikan suatu dasar dalam mengetahui kesesuaian perkembangan peserta didik melalui apa yang dilakukan di rumah dengan di sekolah. Selain itu, interaksi ini dapat dijadikan sebagai sarana bekerja sama pihak orang tua dan sekolah untuk terus memantau dan mengarahkan peserta didik agar dapat belajar dengan baik serta memiliki budi pekerti yang sesuai dengan yang diharapkan oleh masyarakat dan negara. Pada praktiknya, interaksi guru dan orang tua bisa menggunakan berbagai metode. Misalnya, melalui wawancara, lembar ceklis, atau melalui lembar laporan. Interaksi dapat dilakukan secara berkala, bisa setiap hari, seminggu sekali, satu bulan sekali, setiap tengah semester atau bisa juga dapat dilakukan setiap akhir semester. Akan tetapi, hal ini perlu dipertimbangkan dengan situasi dan kondisi. Berikut ini akan disajikan suatu contoh format laporan yang dilakukan secara berkala selama satu bulan sekali dan perkembangan yang dilihat adalah akumulasi tiap minggu.
Laporan Bulanan Perkembangan Peserta Didik
Nama : Dean Kelas : XI IPA 3 Mata Pelajaran : Fisika (Neni Sagita, S.Pd.)
Grafik perkembangan sikap siswa tiap minggu
sikap
SB B sikap
C K 1
2
3
4
5
Minggu ke-
Petunjuk Umum
3
4
Hitam
Orange
Komentar Ranah
Aktivitas Orang Tua peserta didik Telah Akan di rumah dilakukan dilakukan
Guru
Pengetahuan
Dean memiliki kemampuan yang baik dalam hal menerapkan suatu konsep akan tetapi kemampuan dalam menganalisis pada materi keseimbangan benda tegar masih kurang. Keterampilan Kemampuan Dean dalam membuat grafik, membuat hipotesis, dan mengolah data sudah baik akan tetapi dalam proses pengambilan data kemampuannya cukup. Sikap Sikap Dean sejauh ini sudah cukup baik dalam proses belajar di dalam kelas. Akan tetapi dalam kegiatan praktikum Dean belum mengikutinya dengan baik, khususnya dalam proses pengambilan data. Proses pengambilan data ini erat kaitannya dengan sikap kerja sama dan tanggung jawab. Paraf Guru
Orang Tua
(.........................)
(.........................)
Tanggal
Catatan: Diharapkan orang tua mengisi kolom yang telah disediakan. Format Interaksi guru dan orang tua sebaiknya dibuat oleh sekolah agar setiap guru mata pelajaran tinggal mengisinya saja sehingga akan lebih meringankan beban guru. Selain itu, bisa juga dalam proses pembuatannya ada komunikasi antara guru bimbingan konseling dengan guru mata pelajaran.
4
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
5
Hitam
Orange
4. SKL dan KI Standar Kompetensi Lulusan Dimensi Sikap
Pengetahuan
Keterampilan
1. 2.
3.
4.
B
Kualifikasi Kemampuan Memiliki perilaku yang mencerminkan sikap orang beriman, berakhlak mulia, berilmu, percaya diri, dan bertanggung jawab dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. Memiliki pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif dalam ilmu pengetahuan, teknologi, seni, dan budaya dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab serta dampak fenomena dan kejadian. Memiliki kemampuan berpikir dan bertindak yang efektif dan kreatif dalam ranah abstrak dan konkret sebagai pengembangan dari yang dipelajari di sekolah secara mandiri.
KI (Kompetensi Inti) Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerja sama, toleran, damai), santun, responsif, dan proaktif, dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.
Cakupan dan Lingkup Mata Pelajaran Fisika
Fisika termasuk ke dalam ilmu sains, sehingga fisika memiliki ciri tentatif, yaitu ilmu fisika akan terus berkembang sesuai dengan perkembangan waktu. Hal ini dipengaruhi oleh banyaknya para ilmuwan yang terus menggali ilmu pengetahuan fisika sehingga ditemukan penemuan baru, perkembangan ilmu pengetahuan lain yang terkait, dan perkembangan teknologi yang semakin maju.
Petunjuk Umum
5
6
Hitam
Orange
Mata pelajaran fisika merupakan varian dari mata pelajaran peminatan yang diberikan pada jenjang pendidikan menengah (SMA/MA dan SMK/MAK). Mata pelajaran fisika memiliki arti yang strategis dalam pembentukan sikap positif terhadap fisika dengan cara menyadari keteraturan dan keindahan alam sebagai anugerah Tuhan Yang Maha Esa dan pembentukan sikap ilmiah (seperti jujur, disiplin, objektif, komunikatif, santun, dan lain sebagainya). Ruang lingkup mata pelajaran Fisika kelas XI akan membahas materi-materi sebagai berikut. 1. Gerak Dua Dimensi 2. Hukum Newton tentang Gravitasi 3. Usaha dan Energi 4. Getaran Harmonis 5. Momentum dan Impuls 6. Dinamika Rotasi 7. Dinamika Fluida 8. Teori Kinetik Gas 9. Efek Rumah Kaca 10. Gelombang
C
Tujuan Pembelajaran Fisika
1. Membentuk sikap positif terhadap fisika dengan menyadari keteraturan dan keindahan alam serta mengagungkan kebesaran Tuhan Yang Maha Esa. 2. Memupuk sikap ilmiah yaitu jujur, objektif, terbuka, ulet, kritis dan dapat bekerja sama dengan orang lain. 3. Mengembangkan pengalaman untuk dapat merumuskan masalah, mengajukan dan menguji hipotesis melalui percobaan, merancang dan merakit instrumen percobaan, mengumpulkan, mengolah, dan menafsirkan data, serta mengomunikasikan hasil percobaan secara lisan dan tertulis. 4. Mengembangkan kemampuan bernalar dalam berpikir analisis induktif dan deduktif dengan menggunakan konsep dan prinsip fisika untuk menjelaskan berbagai peristiwa alam dan menyelesaikan masalah baik secara kualitatif maupun kuantitatif. 5. Menguasai konsep dan prinsip fisika serta mempunyai keterampilan mengembangkan pengetahuan dan sikap percaya diri sebagai bekal untuk melanjutkan pendidikan pada jenjang yang lebih tinggi serta mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi.
6
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
7
Hitam
D
Orange
Strategi Pembelajaran Fisika SMA/MA
1. Strategi dan Model Pembelajaran Fisika
Paradigma belajar bagi peserta didik menurut jiwa kurikulum 2013 adalah peserta didik aktif mencari bukan lagi peserta didik menerima. Oleh karena itu, pembelajarannya harus dikembangkan berdasarkan basis kegiatan, bersifat interaktif dan partisipatif yang memotivasi peserta didik dalam pencapaian Kompetensi Inti (KI) dan Kompentensi Dasar (KD) yang hendak dicapai. Berdasarkan hal tersebut, maka strategi dan model pembelajaran yang diterapkan dalam buku ini, dilandasi teori pembelajaran yang menganut paham konstruktivistik yang memberi perhatian pada aspek-aspek kognisi dan mengangkat proses pembelajaran. Terdapat berbagai macam model pembelajaran yang sesuai dengan teori konstruktivistik dan dapat diterapkan guru dalam proses pembelajaran, di antaranya sebagai berikut.
a. Model Pembelajaran Kooperatif Pembelajaran kooperatif adalah suatu model pembelajaran dimana peserta didik belajar dan bekerja dalam kelompok-kelompok kecil secara kolaboratif yang anggotanya 4-6 orang dengan struktur kelompok heterogen (Slavin dalam Isjoni 2010 : 15). Terdapat beberapa variasi model yang dapat diterapkan dalam pembelajaran kooperatif, di antaranya adalah sebagai berikut. 1) Model pembelajaran investigasi kelompok (Group Investigation) Model group investigation merupakan suatu model pembelajaran yang mengajak peserta didik untuk meningkatkan pemahamannya melalui investigasi terhadap suatu topik. Langkah-langkah model pembelajaran group investigation adalah sebagai berikut. a) Guru membagi peserta didik dalam beberapa kelompok heterogen. b) Guru menjelaskan maksud pembelajaran dan tugas kelompok. c) Guru memanggil ketua kelompok dan setiap kelompok mendapat tugas satu materi/tugas yang berbeda dari kelompok lain. d) Masing-masing kelompok membahas materi yang sudah ada secara kooperatif yang bersifat penemuan. e) Setelah selesai diskusi, juru bicara kelompok menyampaikan hasil pembahasan kelompok. f) Guru memberikan penjelasan singkat sekaligus memberi kesimpulan. 2) Model Pembelajaran Jigsaw Model pembelajaran jigsaw merupakan model pembelajaran dengan kegiatan diskusi kelompok tim ahli. Langkah-langkah penerapan model pembelajaran jigsaw adalah sebagai berikut.
Petunjuk Umum
7
8
Hitam
Orange
a) Peserta didik dikelompokkan ke dalam beberapa kelompok dengan masingmasing kelompok mempunyai 4 orang anggota. b) Setiap orang dalam tim diberi bagian materi yang berbeda. c) Tiap anggota tim dari seluruh kelompok berkumpul ke dalam kelompok baru (tim ahli) untuk membahas materi yang sama yang telah ditugaskan oleh guru. d) Setelah selesai berdiskusi, tiap anggota tim ahli kembali ke dalam kelompoknya untuk menyampaikan hasil diskusi mereka kepada kelompoknya. e) Tiap tim ahli mempresentasikan hasil diskusinya. f) Guru memberi evaluasi. 3) Model pembelajaran Student Team Achievement Division (STAD) Model pembelajaran ini menekankan pada adanya aktivitas dan interaksi di antara peserta didik untuk saling membantu dalam menguasai materi pelajaran guna mencapai prestasi yang maksimal. Dalam menerapkan model pembelajaran STAD, langkah-langkah yang harus ditempuh adalah sebagai berikut. a) Guru membentuk kelompok dengan masing-masing kelompok beranggotakan 4 orang secara heterogen. b) Guru menyajikan pelajaran. c) Guru memberikan tugas kepada kelompok untuk dikerjakan oleh setiap anggota kelompok. Anggota kelompok yang sudah mengerti dapat menjelaskan kepada anggota yang lainnya sampai semua anggota dalam kelompok mengerti. d) Guru memberi kuis/pertanyaan kepada seluruh peserta didik. Pada saat menjawab kuis, peserta didik tidak boleh saling membantu. e) Guru memberi evaluasi. f) Guru dan peserta didik bersama-sama membuat kesimpulan.
b. Model Pembelajaran Problem Based Learning (PBL) Problem Based Learning atau pembelajaran berbasis masalah merupakan sebuah model pembelajaran yang menekankan pada keterlibatan peserta didik dalam memecahkan suatu masalah (Komalasari: 2010). Langkah-langkah yang ditempuh dalam menerapkan model pembelajaran ini adalah sebagai berikut. 1) Guru menjelaskan kompetensi yang ingin dicapai dan menyebutkan sarana atau alat pendukung yang dibutuhkan. 2) Guru memotivasi peserta didik untuk terlibat dalam pemecahan masalah yang dipilih. 3) Guru membantu peserta didik mendefinisikan dan mengorganisasikan tugas belajar yang berhubungan dengan masalah tersebut (menetapkan topik, tugas, jadwal, dan lainlain). 4) Guru mendorong peserta didik untuk mengumpulkan informasi yang sesuai dengan eksperimen untuk mendapatkan penjelasan dan pemecahan masalah, pengumpulan data, hipotesis, dan pemecahan masalah.
8
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
9
Hitam
Orange
c. Model Pembelajaran Inquiry Model pembelajaran inquiry adalah model pembelajaran yang melibatkan peserta didik dalam proses pengumpulan data dan pengujian hipotesis. Guru membimbing peserta didik untuk menemukan pengertian baru, praktik keterampilan, dan memperoleh pengetahuan berdasarkan pengalaman belajar mereka sendiri. Dalam pembelajaran inquiry, peserta didik belajar secara aktif dan kreatif untuk mencari pengetahuan. Langkah-langkah pembelajaran inquiry yang dilakukan guru yaitu: 1) Guru menjelaskan tujuan pembelajaran. 2) Guru membagi petunjuk inquiry atau petunjuk praktikum. 3) Guru menugaskan peserta didik untuk melaksanakan inquiry. 4) Guru memantau pelaksanaan inquiry. 5) Guru dan peserta didik menyimpulkan hasil inquiry bersama-sama. Pembelajaran fisika yang diharapkan dalam praktik pembelajaran di kelas adalah (1) pembelajaran berpusat pada aktivitas peserta didik, (2) peserta didik diberi kebebasan berpikir memahami masalah, membangun strategi penyelesaian masalah, mengajukan ideide secara bebas, dan terbuka, (3) guru melatih dan membimbing peserta didik berpikir kritis dan kreatif dalam menyelesaikan masalah, (4) upaya guru mengorganisasikan bekerja sama dalam kelompok belajar, melatih peserta didik berkomunikasi menggunakan grafik, diagram, skema, dan variabel, (5) seluruh hasil kerja selalu dipresentasikan di depan kelas untuk menemukan berbagai konsep, hasil penyelesaian masalah ditemukan melalui proses pembelajaran.
2. Rancangan Pembelajaran
Rancangan pembelajaran yang diterapkan mengikuti 5 komponen utama model pembelajaran yang dijabarkan sebagai berikut.
a. Sintak Pengelolaan pembelajaran terdiri atas empat tahapan pembelajaran, yaitu: 1) Apersepsi Tahap apersepsi diawali dengan menginformasikan kompetensi dasar (KD) kepada peserta didik melalui pembelajaran yang akan diajarkan. Kemudian, guru menumbuhkan persepsi positif dan motivasi belajar pada diri peserta didik melalui pemaparan manfaat materi fisika yang dipelajari dalam penyelesaian masalah kehidupan. Dengan demikian, peserta didik akan lebih baik menguasai materi yang diajarkan, informasi baru berupa pengetahuan lebih bertahan lama di dalam ingatan peserta didik, dan pembelajaran lebih bermakna sebab setiap informasi baru dikaitkan dengan apa yang diketahui peserta didik dan menunjukkan secara nyata kegunaan konsep dan prinsip fisika yang dipelajari dalam kehidupan. 2) Interaksi Sosial di antara Peserta Didik, Guru, dan Masalah Pada tahap orientasi masalah dan penyelesaian masalah, guru meminta peserta didik mencoba memahami masalah dan mendiskusikan hasil pemikiran melalui belajar kelompok. Kelompok belajar dibentuk secara heterogen, hal ini
Petunjuk Umum
9
10
Hitam
Orange
bertujuan agar peserta didik senantiasa terlatih untuk bekerja sama, berkomunikasi, menumbuhkan rasa toleransi dalam perbedaan, saling berkontribusi memberikan ide atau gagasan masing-masing peserta didik dalam menyelesaikan masalah, saling membantu dan berbagi informasi dengan tujuan untuk keberhasilan bersama. Pada saat pembelajaran berlangsung guru memfasilitasi peserta didik dengan buku siswa, Lembar Kegiatan Siswa (LKS), dan asesmen autentik. Selanjutnya guru mengajukan permasalahan fisika yang bersumber dari lingkungan kehidupan peserta didik yang sering dijumpai pada kehidupan sehari-hari. Guru menanamkan nilai-nilai sikap ilmiah (jujur, kritis, mempunyai rasa ingin tahu, objektif, berani, santun, disiplin, tekun, peduli terhadap lingkungan, dan bisa bekerja sama secara tim) dan nilainilai budaya agar para peserta didik dapat saling berinteraksi secara sosio-kultural, memotivasi dan mengarahkan jalannya diskusi agar lebih efektif, serta mendorong peserta didik untuk bekerja sama dengan baik. Selanjutnya, untuk menyelesaikan masalah dalam pembelajaran, guru memusatkan pembelajaran pada peserta didik dalam kelompok belajar. Guru meminta peserta didik untuk memahami masalah secara individu, kemudian mendiskusikan hasil pemikirannya dalam kelompok, dan mempresentasikannya dengan cara membuat seperti diskusi panel kecil di depan kelas dengan arahan guru. Di sini akan terjadi suatu interaksi peserta didik, seperti saling berkontribusi dengan kelompok lain untuk bertukar ide, gagasan, saling berdebat mengemukakan pendapat, bertanya, mencari ide dan jalan keluar penyelesaian masalah. Setiap kelompok akan menuangkan hasil pemikirannya pada sebuah Lembar Kegiatan Siswa (LKS) yang sudah dipersiapkan oleh guru. Jika ada suatu hal yang tidak dimengerti oleh semua anggota kelompok, maka perwakilan dari kelompok tersebut dapat mengajukan pertanyaan kepada guru. Selanjutnya, guru akan memberikan arahan dan petunjuk sederhana agar peserta didik dapat dengan mudah memahami maksud dan tujuan pembelajaran sehingga peserta didik dapat mengambil alih tugas-tugas penyelesaian masalah yang mereka hadapi. 3) Mempresentasikan dan Mengembangkan Hasil Kerja Pada tahap ini, guru meminta salah satu kelompok peserta didik untuk mempresentasikan hasil diskusi atau hasil penelitian (praktikum) di depan kelas. Pada saat presentasi berlangsung, kelompok penyaji memberi kesempatan kepada kelompok lain untuk memberikan tanggapan berupa kritikan yang disertai dengan alasan-alasan yang jelas, serta memberikan masukan sebagai pembanding pemikiran. Selain itu, sesekali guru pun dapat mengajukan beberapa pertanyaan untuk menguji pemahaman dan penguasaan atas apa yang disajikan oleh kelompok penyaji dan dapat ditanggapi oleh kelompok lain. Selama presentasi berlangsung, guru sebaiknya mendorong peserta didik untuk mengajukan ide-ide secara terbuka sehingga berlangsung diskusi kelas. Tujuan tahapan ini adalah untuk mengetahui keefektifan hasil diskusi dan hasil kerja kelompok pada tahap sebelumnya. Pada tahap ini seluruh peserta didik akan mendapatkan pemikiran-pemikiran baru dan informasi baru. Selain itu, peserta didik akan lebih terampil menyajikan hasil karyanya serta lebih terampil dan komunikatif untuk mengomunikasikan ide dan gagasan tersebut.
10
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
11
Hitam
Orange
4) Menganalisis dan Mengevaluasi Proses dan Hasil Penyelesaian Masalah Pada tahap terakhir ini, guru diharapkan dapat membantu seluruh peserta didik dalam kelompok membahas ulang hasil penyelesaian masalah, pemahaman peserta didik dalam proses penemuan konsep, dan prinsip saat bekerja kelompok. Selanjutnya, guru dapat memberikan evaluasi materi kognitif kepada peserta didik dengan memberikan soal-soal uraian atau pilihan ganda, pertanyaan dalam bentuk kuis, atau dapat pula meminta peserta didik untuk membuat peta konsep dari konsep yang sudah dipelajari, dan dapat pula memberikan tugas di rumah dari materi pembelajaran yang telah dipelajari.
b. Sistem Sosial Pembelajaran menerapkan pola pembelajaran kooperatif. Dalam interaksi sosiokultural di antara peserta didik dan temannya, guru selalu menanamkan nilai-nilai soft skill dan nilai fisika. Peserta didik dalam kelompok saling bekerja sama dalam menyelesaikan masalah, saling bertanya/berdiskusi antara peserta didik yang lemah dan yang pintar, kebebasan mengajukan pendapat, berdialog dan berdebat, guru tidak boleh terlalu mendominasi peserta didik, dan mengarahkan penyelesaian masalah yang disepakati bersama. Dalam interaksi sosio-kultural, para peserta didik diizinkan berbahasa daerah dalam menyampaikan pertanyaan, kritikan, dan pendapat terhadap temannya maupun pada guru.
c. Prinsip Reaksi Model pembelajaran yang diterapkan dalam buku ini dilandasi teori konstruktivis yang memberi penekanan pembelajaran berpusat pada peserta didik, sehingga guru berperan sebagai fasilitator, motivator, dan mediator dalam pembelajaran. Respons guru dalam menanggapi hasil pemikiran peserta didik berupa pertanyaan atau kesulitan yang dialami dalam menyelesaikan masalah harus bersifat mengarahkan, membimbing, memotivasi, dan membangkitkan semangat belajar peserta didik. Untuk mewujudkan tingkah laku tersebut, guru harus memberikan kesempatan kepada peserta didik untuk mengungkapkan hasil pemikirannya secara bebas dan terbuka, mencermati pemahaman peserta didik atas objek fisika yang diperoleh dari proses dan hasil penyelesaian masalah, menunjukkan kelemahan atas pemahaman peserta didik, dan memancing mereka menemukan jalan keluar untuk mendapatkan penyelesaian masalah yang sesungguhnya. Jika ada peserta didik yang bertanya, sebelum guru memberikan penjelasan/bantuan, guru terlebih dahulu memberi kesempatan kepada peserta didik lainnya untuk memberikan tanggapan dan merangkum hasilnya. Jika keseluruhan peserta didik mengalami kesulitan, maka saatnya guru memberi penjelasan atau bantuan/ memberi petunjuk sampai peserta didik dapat mengambil alih penyelesaian masalah pada langkah berikutnya. Ketika peserta didik bekerja menyelesaikan tugas-tugas, guru mengontrol jalannya diskusi dan memberikan motivasi agar peserta didik tetap berusaha menyelesaikan tugas-tugasnya.
d. Sistem Pendukung Agar model pembelajaran ini dapat terlaksana secara praktis dan efektif, guru diwajibkan membuat suatu rancangan pembelajaran yang dilandasi teori pembelajaran konstruktivistik dan nilai soft skill matematis yang diwujudkan dalam setiap langkahlangkah pembelajaran yang ditetapkan dan menyediakan fasilitas belajar yang cukup. Petunjuk Umum
11
12
Hitam
Orange
Dalam hal ini dikembangkan buku model yang berisikan teori-teori pendukung dalam melaksanakan pembelajaran, komponen-komponen model, petunjuk pelaksanaan, dan seluruh perangkat pembelajaran yang digunakan seperti rencana pembelajaran, buku guru, buku peserta didik, Lembar Kerja Siswa (LKS), objek-objek abstraksi dari lingkungan budaya, dan media pembelajaran yang diperlukan.
e. Dampak Intruksional dan Pengiring yang Diharapkan Dampak langsung dari penerapan model pembelajaran ini adalah mampu merekonstruksi konsep dan prinsip fisika melalui penyelesaian masalah dan terbiasa menyelesaikan masalah nyata di lingkungan peserta didik. Pemahaman terhadap objek-objek fisika dibangun berdasarkan pengalaman budaya dan pengalaman belajar yang telah dimiliki peserta didik sebelumya. Peserta didik juga akan terbiasa menganalisis secara logis dan kritis memberikan pendapat atas apa saja yang telah ia pelajari menggunakan pengalaman belajar yang dimiliki sebelumnya. Dampak pengiring yang akan terjadi dengan penerapan model pembelajaran ini adalah sebagai berikut. 1) Pembelajaran berdasarkan konstruktivisme memberikan kesempatan kepada peserta didik untuk mengungkapkan gagasan secara eksplisit dengan menggunakan bahasa peserta didik sendiri, berbagi gagasan dengan temannya, dan mendorong peserta didik memberikan penjelasan tentang gagasannya. 2) Pembelajaran berdasarkan konstruktivisme memberi pengalaman yang berhubungan dengan gagasan yang telah dimiliki peserta didik atau rancangan kegiatan disesuaikan dengan gagasan awal untuk merangkai fenomena, sehingga peserta didik terdorong untuk membedakan dan memadukan gagasan tentang fenomena yang menantang peserta didik. 3) Pembelajaran konstruktivisme memberi peserta didik kesempatan untuk berpikir tentang pengalamannya. Hal ini dapat mendorong peserta didik berpikir kreatif, imajinatif, mendorong refleksi tentang model dan teori, dan mengenalkan gagasangagasan pada saat yang tepat. 4) Pembelajaran berdasarkan konstruktivisme memberi kesempatan kepada peserta didik untuk mencoba gagasan baru agar peserta didik terdorong untuk memperoleh kepercayaan diri dengan menggunakan berbagai konteks, baik yang telah dikenal maupun yang baru dan akhirnya memotivasi peserta didik untuk menggunakan berbagai strategi belajar. 5) Pembelajaran konstruktivisme mendorong peserta didik untuk memikirkan perubahan gagasan mereka setelah menyadari kemajuan mereka serta memberi kesempatan peserta didik untuk mengidentifikasi perubahan gagasan mereka. 6) Pembelajaran konstruktivisme memberikan lingkungan belajar yang kondusif yang mendukung peserta didik mengungkapkan gagasan, saling menyimak, dan menghindari kesan selalu ada satu jawaban yang benar.
12
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
13
Hitam
Orange
3. Panduan Pembelajaran Fisika
Pembelajaran fisika merupakan pembelajaran yang mengembangkan ranah kognitif, afektif, sekaligus psikomotor secara simultan. Oleh karena itu, rancangan pembelajaran fisika harus dapat memuat pengembangan ketiga ranah tersebut. Berikut ini beberapa panduan yang dapat diterapkan untuk menunjang keberhasilan pembelajaran fisika.
a. Panduan Pemilihan Jenis Metode Kegiatan Selain model pembelajaran yang dapat diterapkan pada pembelajaran fisika, adapula metode pembelajaran yang dapat diterapkan pada pembelajaran fisika, metode pembelajaran adalah suatu teknik atau cara mengajar dalam menyampaikan materi (informasi) dalam pelaksanaan pembelajaran untuk mencapai tujuan pembelajaran. Beberapa metode pembelajaran yang dapat diterapkan pada pembelajaran fisika adalah sebagai berikut. 1) Metode ceramah Metode ceramah adalah metode penyampaian informasi oleh seorang pembicara kepada sekelompok pendengar. 2) Metode diskusi Metode diskusi pada dasarnya adalah cara yang digunakan untuk bertukar informasi, pendapat, dan unsur-unsur pengalaman secara teratur dengan maksud untuk mendapat pengertian bersama yang lebih jelas dan lebih cermat tentang permasalahan atau topik yang telah dibahas. Dalam metode ini, setiap orang diharapkan memberikan sumbangan pemikiran sehingga dapat diperoleh pandangan dari berbagai sudut berkenaan dengan masalah tersebut. 3) Metode ekspositori Metode ekspositori adalah cara penyajian visual dengan menggunakan benda dua dimensi atau tiga dimensi dengan maksud mengemukakan gagasan atau sebagai alat untuk membantu menyampaikan informasi yang diperlukan. 4) Metode eksperimen Metode eksperimen (praktikum) adalah cara penyajian pelajaran dengan menggunakan kegiatan percobaan. 5) Metode domonstrasi Metode demonstrasi adalah suatu cara untuk menunjukkan suatu peristiwa tertentu. Perbedaannya antara lain adalah pada metode demonstrasi, percobaan tidak dilakukan oleh setiap peserta didik tetapi oleh satu atau dua peserta didik, dan yang lain sebagai pengamat.
b. Paduan Mengembangkan Soal Salah satu penunjang pembelajaran untuk melakukan penilaian tertulis adalah soalsoal tes, baik berupa tes pilihan ganda maupun tes uraian. Berdasarkan hal tersebut, guru dituntut untuk mampu mengembangkan soal-soal menjadi lebih bervariatif, baik dengan cara memodifikasi soal yang sudah ada maupun membuat baru soal sesuai dengan indikator yang diharapkan pada suatu kegiatan pembelajaran.
Petunjuk Umum
13
14
Hitam
Orange
Langkah-langkah untuk mengembangkan soal terstandar meliputi penentuan tujuan tes, penyusunan kisi-kisi tes, penulisan soal, penelaahan soal (validasi soal), perakitan soal menjadi perangkat tes, uji coba soal termasuk analisisnya, bank soal, penyajian tes kepada peserta didik, dan skoring. Langkah-langkah tersebut dapat diaplikasikan oleh Bapak/Ibu guru dengan membuat beberapa format, antara lain format kisi-kisi penulisan soal dan kartu soal bentuk pilihan ganda (PG). Setelah Bapak/Ibu guru mencoba menulis soal, sebaiknya Bapak/Ibu guru melakukan tahapan penganalisisan soal yang telah dibuat. Tahap-tahap analisis soal yang telah Bapak/Ibu guru buat dapat dilihat pada diagram alir berikut. menulis soal
telaah/revisi soal
merakit tes uji coba analisis soal
seleksi soal
soal jelek (kualitatif dan kuantitatif) soal baik kalibrasi bank soal
c. Panduan Mendidik Sikap Ilmiah Untuk menumbuhkan motivasi peserta didik dalam mempelajari fisika terutama untuk menarik minat peserta didik dalam mengembangkan konsep-konsep fisika, maka setiap peserta didik diperkenalkan dengan cara para ilmuwan bekerja untuk mencapai teori-teorinya. Cara kerja para ilmuwan ini dapat dicapai dengan pendekatan scientific atau pendekatan ilmiah. Pendekatan scientific adalah pendekatan pembelajaran yang diterapkan pada aplikasi pembelajaran kurikulum 2013. Pendekatan ini mengharuskan guru melakukan langkahlangkah pembelajaran sesuai dengan pendekatan ilmiah. Secara sederhana pendekatan ilmiah dapat diartikan sebagai cara atau mekanisme mendapatkan pengetahuan sesuai prosedur yang didasarkan pada suatu metode ilmiah. Langkah-langkah pokok pendekatan ilmiah meliputi kegiatan mengamati, menanya, menalar, mencoba, dan membentuk jejaring. Sesuai dengan Permendikbud No. 81A Tahun 2013 tentang Implementasi Kurikulum, dituliskan bahwa proses pembelajaran terdiri atas lima pengalaman belajar pokok yaitu:
14
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
15
Hitam
Orange
1) 2) 3) 4) 5)
mengamati; menanya; mengumpulkan informasi; mengasosiasi; dan mengomunikasikan. Kelima pembelajaran pokok tersebut dapat dirinci dalam berbagai kegiatan belajar sebagaimana tercantum dalam tabel berikut. Tabel 1 Keterkaitan antara Langkah Pembelajaran dengan Kegiatan Belajar dan Maknanya Langkah Pembelajaran Mengamati
Menanya
Mengumpulkan informasi/ eksperimen
Petunjuk Umum
Kegiatan Belajar Membaca, mendengar, menyimak, melihat (tanpa atau dengan alat). Mengajukan pertanyaan tentang informasi yang tidak dipahami dari apa yang diamati atau pertanyaan untuk mendapatkan informasi tambahan tentang apa yang diamati (dimulai dari pertanyaan faktual sampai ke pertanyaan yang bersifat hipotetik). - Melakukan eksperimen - Membaca sumber lain selain buku teks - Mengamati objek/ kejadian/aktivitas - Wawancara dengan narasumber
Kompetensi yang Dikembangkan Melatih kesungguhan, ketelitian, mencari informasi. Mengembangkan kreativitas, rasa ingin tahu, kemampuan merumuskan pertanyaan untuk membentuk pikiran kritis yang diperlukan untuk hidup cerdas dan belajar sepanjang hayat.
Mengembangkan sikap teliti, jujur,sopan, menghargai pendapat orang lain, kemampuan berkomunikasi, menerapkan kemampuan mengumpulkan informasi melalui berbagai cara yang dipelajari, mengembangkan kebiasaan belajar dan belajar sepanjang hayat.
15
16
Hitam
Mengolah informasi yang sudah dikumpulkan baik terbatas dari hasil kegiatan mengumpulkan/ eksperimen maupun hasil dari kegiatan mengamati dan kegiatan mengumpulkan informasi. Pengolahan informasi yang dikumpulkan dari yang bersifat menambah keluasan dan kedalaman sampai kepada pengolahan informasi yang bersifat mencari solusi dari berbagai sumber yang memiliki pendapat yang berbeda sampai kepada yang bertentangan. Menyampaikan hasil pengamatan, kesimpulan berdasarkan hasil analisis secara lisan, tertulis, atau media lainnya.
Orange
Mengasosiasikan/ - mengolah informasi
Mengembangkan sikap jujur, teliti, disiplin, taat aturan, kerja keras, kemampuan menerapkan prosedur dan kemampuan berpikir induktif serta deduktif dalam menyimpulkan.
Mengomunikasikan
Mengembangkan sikap jujur, teliti, toleransi, kemampuan berpikir sistematis, mengungkapkan pendapat dengan singkat dan jelas, dan mengembangkan kemampuan berbahasa yang baik dan benar.
Sumber: Permendikbud No. 81A Tahun 2013 Tentang Implementasi Kurikulum (2013:37)
Jadi, dengan menerapkan pendekatan ilmiah ini, secara tidak langsung, peserta didik pun dididik untuk memiliki sikap ilmiah seperti kritis, objektif, jujur, proaktif, responsif, teliti, ulet, bertanggung jawab, kreatif, dan inovatif.
d. Panduan Praktikum Untuk mengembangkan ranah afektif dan psikomotor tidak cukup hanya mengandalkan pembelajaran di kelas, tetapi perlu ditunjang dengan pembelajaran di luar kelas, baik dalam bentuk aktivitas proyek maupun aktivitas terarah berupa praktikum maupun eksperimen. Dalam mempersiapkan pelaksanaan praktikum di laboratorium, berbagai hal perlu dipersiapkan untuk menjaga keakuratan percobaan seperti alat-alat dan bahan-bahan fisika, perlengkapan praktikum, buku petunjuk praktikum, jadwal pelaksanaan, dan kesiapan guru. Mengingat jumlah peserta didik yang akan melakukan praktikum di suatu sekolah relatif banyak, sedangkan alat-alat dan bahan-bahan fisika yang tersedia jumlahnya terbatas (tidak memadai), serta waktu dan tempat yang juga terbatas, maka
16
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
17
Hitam
Orange
perlu dipikirkan berbagai kemungkinan agar kegiatan praktikum dapat dilakukan sesuai dengan situasi dan kondisi yang paling memungkinkan. Guru sebaiknya mencoba terlebih dahulu sebelum melakukan demonstrasi untuk mengantisipasi kemungkinan kegagalan percobaan. Guru pun perlu memberikan beberapa panduan kepada peserta didik agar memiliki kemampuan-kemampuan sebagai berikut. 1) Keterampilan praktik (mengamati, mengukur, mencatat, menghitung, menerangkan, dan menarik kesimpulan). 2) Bekerja cermat serta mengenal batas-batas kemampuan pengukuran laboratorium. 3) Ketelitian mencatat dan kejelasan melaporkan hasil percobaan. 4) Berpikir kritis analitis melalui penafsiran percobaan. 5) Mengembangkan kejujuran dan rasa tanggung jawab. 6) Merencanakan percobaan lebih lanjut dengan menggunakan alat-alat dan bahanbahan yang ada. 7) Mengolah data dengan benar, menalar, dan menyajikan hasil percobaan Secara umum, peran guru dalam praktikum terutama menilai keterampilan peserta didik dalam menggunakan alat/bahan, ketepatan, baik dalam hal ketepatan pemilihan alat, pengambilan data yang tepat, pengendalian variabel, perumusan hipotesis dan pengujiannya, serta penyimpulan berdasarkan data yang diperoleh, dan ketelitian
E
Media Pembelajaran Fisika
Berikut ini akan diuraikan klasifikasi media pembelajaran menurut taksonomi Leshin, dkk., dalam (Arsyad, 2008: 81-101), yaitu:
1. Media Berbasis Manusia
Media berbasis manusia merupakan media yang digunakan untuk mengirimkan dan mengomunikasikan pesan atau informasi. Media ini bermanfaat khususnya bila tujuan kita adalah mengubah sikap atau ingin secara langsung terlibat dengan pemantauan pembelajaran.
2. Media Berbasis Cetakan
Media pembelajaran berbasis cetakan yang paling umum dikenal adalah buku teks, buku penuntun, buku kerja/latihan, jurnal, majalah, dan lembar lepas. Pada pembelajaran fisika, buku ini juga merupakan media pembelajaran.
3. Media Berbasis Visual
Media berbasis visual (image atau perumpamaan) memegang peranan yang sangat penting dalam proses belajar. Media visual dapat memperlancar pemahaman dan memperkuat ingatan. Visual dapat pula menumbuhkan minat peserta didik dan dapat memberikan hubungan antara isi materi pelajaran dengan dunia nyata. Dalam pembelajaran fisika biasanya menggunakan poster atau OHP.
Petunjuk Umum
17
18
Hitam
Orange
4. Media Berbasis Audio-Visual
Media visual yang menggabungkan penggunaan suara memerlukan pekerjaan tambahan untuk memproduksinya. Salah satu pekerjaan penting yang diperlukan dalam media audiovisual adalah penulisan naskah dan storyboard yang memerlukan persiapan yang banyak, rancangan, dan penelitian. Contoh media yang berbasis audio-visual dalam pembelajaran fisika adalah video atau film mengenai fenomena tertentu yang akan dipelajari.
5. Media Berbasis Komputer
Dewasa ini komputer memiliki fungsi yang berbeda-beda dalam bidang pendidikan dan latihan. Komputer berperan sebagai manajer dalam proses pembelajaran yang dikenal dengan nama Computer-Managed Instruction (CMI). Adapula peran komputer sebagai pembantu tambahan dalam belajar; pemanfaatannya meliputi penyajian informasi isi materi pelajaran, latihan, atau kedua-duanya. Modus ini dikenal sebagai Computer-Assisted Instruction (CAI). CAI mendukung pembelajaran dan pelatihan akan tetapi ia bukanlah penyampai utama materi pelajaran. Komputer dapat menyajikan informasi dan tahapan pembelajaran lainnya disampaikan bukan dengan media komputer. Media berbasis komputer dalam pembelajaran fisika dapat menggunakan animasi dan laboratorium virtual art.
F
Proses Kegiatan dan Evaluasi Pembelajaran Fisika
1. Proses Kegiatan Pembelajaran
Proses kegiatan pembelajaran fisika dapat dirumuskan pada rencana pembelajaran berpedoman pada kurikulum Fisika 2013 dan sintaksis model pembelajaran. Berdasarkan analisis kurikulum fisika, ditetapkan hal-hal berikut. a. Kompetensi Dasar (KD) dan kegiatan pembelajaran untuk setiap bahasan. Rumusan kompetensi dasar dan kegiatan pembelajaran harus disesuaikan dengan prinsip-prinsip pembelajaran fisika berdasarkan masalah, memberikan pengalaman belajar peserta didik, seperti menyelesaikan masalah autentik (masalah bersumber dari fakta dan lingkungan budaya), berkolaborasi, berbagai pengetahuan, saling membantu, berdiskusi dalam menyelesaikan masalah. b. Materi pokok yang akan diajarkan, termasuk analisis topik dan peta konsep. c. Materi prasyarat, yaitu materi yang harus dikuasai oleh peserta didik sebagai dasar untuk mempelajari materi pokok. Dalam hal ini perlu dilakukan tes kemampuan awal peserta didik (pretes). d. Kelengkapan, yaitu fasilitas pembelajaran yang harus dipersiapkan oleh guru. Misalnya, rencana pembelajaran, buku petunjuk guru, buku peserta didik, Lembar Kegiatan Siswa (LKS), kumpulan berbagai masalah-masalah, laboratorium, dan alat peraga, serta media pembelajaran jika dibutuhkan. e. Alokasi waktu, yaitu banyaknya jam pertemuan untuk setiap pokok bahasan tidak harus tergantung kepadatan dan kesulitan materi untuk setiap pokok bahasan. Penentuan ratarata banyak jam pelajaran untuk suatu pokok bahasan adalah hasil bagi jumlah jam efektif untuk satu semester dibagi banyak pokok bahasan yang akan diajarkan untuk semester tersebut.
18
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
19
Hitam
Orange
f. Hasil belajar yang akan dicapai melalui kegiatan pembelajaran antara lain sebagai berikut. Produk : Konsep dan prinsip-prinsip terkait dengan materi pokok. Proses : Apersepsi, interaksi sosial dalam penyelesaian masalah, merencanakan penyelesaian masalah, menyajikan hasil kerja, dan menganalisis serta mengevaluasi kembali hasil penyelesaian masalah. Kognitif : Kemampuan fisika, kemampuan abstraksi, pola pikir deduktif, berpikir tingkat tinggi (berpikir kritis, objektif, dan berpikir kreatif). Psikomotor : Keterampilan menyelesaikan masalah, keterampilan berkolaborasi, dan kemampuan berkomunikasi. Afektif : Menghargai pendapat orang lain, dapat menerima perbedaan setiap individu, bekerja sama, jujur mengungkapkan pendapat, senang belajar fisika, dan tangguh menghadapi suatu permasalahan. Sintaksis pembelajaran adalah langkah-langkah pembelajaran yang dirancang dan dihasilkan dari kajian teori yang melandasi model pembelajaran berbasis konstruktivistik. Adapun rencana pembelajaran adalah operasional dari sintaks. Oleh karena itu, skenario pembelajaran yang terdapat pada rencana pembelajaran disusun mengikuti setiap langkah-langkah pembelajaran (sintaks). Sintaks model pembelajaran terdiri dari lima langkah pokok, yaitu: (1) apersepsi budaya, (2) orientasi dan penyelesaian masalah, (3) persentase dan mengembangkan hasil kerja, (4) menganalisis dan (5) mengevaluasi proses dan hasil penyelesaian masalah. Kegiatan yang dilakukan untuk setiap tahapan pembelajaran dijabarkan sebagai berikut. 1. Kegiatan guru pada tahap apersepsi budaya antara lain sebagai berikut. a. Menginformasikan kompetensi dasar. b. Menciptakan persepsi positif dalam diri peserta didik terhadap budayanya dan Fisika sebagai hasil konstruksi sosial. c. Menjelaskan pola interaksi sosial, menjelaskan peranan peserta didik dalam menyelesaikan masalah. d. Memberikan motivasi belajar pada peserta didik melalui penanaman nilai-nilai positif dari pembelajaran Fisika, soft skill dan kebergunaan Fisika. e. Memberi kesempatan pada peserta didik menanyakan hal-hal yang sulit dimengerti pada materi sebelumnya. 2. Kegiatan guru pada tahap penyelesaian masalah dengan pola interaksi edukatif yaitu sebagai berikut. a. Membentuk kelompok. b. Mengajukan masalah yang bersumber dari fakta dan lingkungan budaya peserta didik. c. Meminta peserta didik memahami masalah secara individual dan kelompok. d. Mendorong peserta didik bekerja sama menyelesaikan tugas-tugas. e. Membantu peserta didik merumuskan hipotesis (dugaan). f. Membimbing, mendorong/mengarahkan peserta didik menyelesaikan dan mengerjakan LKS. g. Memberikan scaffolding pada kelompok atau individu yang mengalami kesulitan.
Petunjuk Umum
19
20
Hitam
Orange
h. Mengondisikan antarkelompok berdiskusi dan berdebat dengan pola kooperatif. i. Mendorong peserta didik mengekspresikan ide-ide secara terbuka. j. Membantu dan memberi kemudahan pengerjaan peserta didik dalam menyelesai kan masalah dalam pemberian solusi. 3. Kegiatan guru pada tahap presentasi dan mengembangkan hasil kerja antara lain: a. Memberi kesempatan pada kelompok mempresentasikan hasil penyelesaian masalah di depan kelas. b. Membimbing peserta didik menyajikan hasil kerja. c. Memberi kesempatan kelompok lain mengkritisi/menanggapi hasil kerja kelompok penyaji dan memberi masukan sebagai alternatif pemikiran. d. Membantu peserta didik menemukan konsep berdasarkan masalah. e. Mengontrol jalannya diskusi agar pembelajaran berjalan dengan efektif. f. Mendorong keterbukaan dan proses-proses demokrasi. g. Menguji pemahaman peserta didik. 4. Kegiatan guru pada tahap menganalisis dan mengevaluasi proses dan hasil penyelesaian masalah antara lain: a. Membantu peserta didik mengkaji ulang hasil penyelesaian masalah. b. Memotivasi peserta didik untuk terlibat dalam penyelesaian masalah yang selektif. c. Mengevaluasi materi akademik: memberi kuis atau membuat peta konsep atau peta materi.
2. Prinsip-prinsip Evaluasi a. b. c. d. e.
20
Prinsip-prinsip evaluasi dalam mata pelajaran Fisika kelas XI, yaitu sebagai berikut. Menentukan aspek dari hasil belajar fisika yang sudah dan belum dikuasai peserta didik setelah satu proses pembelajaran. Umpan balik bagi peserta didik untuk memperbaiki hasil belajar yang kurang atau belum dikuasai. Umpan balik bagi guru untuk memberikan bantuan bagi peserta didik yang mengalami masalah dalam penguasaan pengetahuan, kemampuan, nilai, dan sikap. Umpan balik bagi guru untuk memperbaiki perencanaan pembelajaran berikutnya. Aspek-aspek yang dievaluasi mencakup hal-hal berikut. 1) Produk: konsep dan prinsip-prinsip yang terkait dengan materi pokok. 2) Proses: apersepsi, interaksi sosial dalam penyelesaian masalah, merencanakan penyelesaian masalah, menyajikan hasil kerja, dan menganalisis serta mengevaluasi kembali hasil penyelesaian masalah. 3) Kognitif: kemampuan fisika, kemampuan abstraksi, pola pikir deduktif, berpikir tingkat tinggi (berpikir kritis, objektif, dan berpikir kreatif). 4) Psikomotor: keterampilan menyelesaikan masalah, keterampilan berkolaborasi, dan kemampuan berkomunikasi.
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
21
Hitam
Orange
5) Afektif: menghargai pendapat orang lain, dapat menerima perbedaan setiap individu, bekerja sama, jujur mengungkapkan pendapat, senang belajar fisika, dan tangguh menghadapi suatu permasalahan. Guru melakukan penilaian terhadap peserta didik selama proses dan setelah pembelajaran berlangsung. Penilaian dapat berupa tes tertulis, lisan, uraian, produk, observasi, dan lain sebagainya. Apabila nilai peserta didik tidak memenuhi kompetensi yang diharapkan, Bapak/ Ibu guru dapat melakukan remedial kepada peserta didik
G
Panduan Evaluasi Proses dan Hasil Belajar
Proses pembuatan bahan evaluasi harus didasarkan pada indikator pembelajaran yang bercermin pada KI-KD. Oleh karena itu, pembuatan indikator pembelajaran sangat penting sekali untuk mendapatkan sebuah gambaran khusus bagaimana KI-KD akan dicapai yang nantinya akan dilihat ketercapaiannya melalui evaluasi proses dan hasil belajar. Manfaat adanya indikator adalah a) guru dapat memilih materi, metode, media dan sumber belajar yang tepat, sesuai dengan KIKD yang telah ditetapkan dan b) sebagai pedoman dan pegangan bagi guru untuk menyusun soal atau instrumen penilaian yang tepat, sesuai dengan KI-KD yang telah ditetapkan. Setiap indikator yang dibuat minimal harus memuat satu buah instrumen untuk melihat ketercapaiannya. Oleh karena itu, jenis tes yang digunakan harus sesuai dengan indikator pembelajaran. Jenis tes harus disesuaikan dengan karakteristik indikator pembelajaran apakah indikator tersebut berkaitan dengan proses belajar atau dengan hasil belajarnya, jadi instrumen yang digunakan pun harus sesuai dengan kebutuhannya. Evaluasi biasanya dilakukan pada tiga domain utama, yaitu domain kognitif, afektif, dan psikomotor. Dalam praktiknya, pembuatan indikator harus menggunakan kata kerja operasional yang harus disesuaikan dengan domain dan jenjang kemampuan yang diukur. Ada dua macam teknik yang digunakan dalam melaksanakan evaluasi, yaitu teknik tes dan teknik nontes. Teknik tes meliputi tes lisan, tes tertulis, dan tes performance. Tes lisan dilakukan dalam bentuk pertanyaan lisan di kelas yang dilakukan pada saat pembelajaran berlangsung atau di akhir pembelajaran. Tes tertulis adalah tes yang dilakukan tertulis, baik pertanyaan maupun jawabannya, sedangkan tes performance atau tes unjuk kerja adalah tes yang dilaksanakan dengan jawaban berbentuk performance atau tindakan. Evaluasi dengan menggunakan teknik tes bertujuan untuk mengetahui: 1. tingkat kemampuan peserta didik, 2. hasil belajar peserta didik, 3. perkembangan prestasi peserta didik, 4. keberhasilan guru dalam melaksanakan kegiatan pembelajaran. Adapun bentuk teknik nontes penilaian atau evaluasi belajar peserta didik dilakukan tanpa menguji peserta didik. Teknik nontes dilakukan melalui pengamatan/observasi, wawancara, angket, dan skala.
Petunjuk Umum
21
22
Hitam
Orange
1. Pengamatan atau observasi dilakukan dengan mengamati perilaku atau sikap yang terlihat dan dicatat secara sistematis dari objek yang dijadikan sasaran pengamatan. Instrumen yang digunakan berupa lembar observasi yang disusun dalam bentuk check list atau skala penilaian. 2. Wawancara adalah cara untuk menghimpun bahan-bahan keterangan yang dilaksanakan dengan melakukan tanya jawab lisan secara sepihak. Instrumen yang digunakan adalah pedoman wawancara yang mengacu pada tujuan yang telah ditetapkan. 3. Angket adalah bentuk lain dari wawancara yang penyajiannya dilakukan secara tertulis. Angket dapat diberikan langsung kepada peserta didik atau diberikan pada orang tua. 4. Skala adalah alat untuk mengukur nilai, sikap, minat, perhatian, dan lain-lain yang disusun dalam bentuk pernyataan untuk dinilai oleh responden dan hasilnya dalam bentuk rentangan nilai sesuai dengan kriteria yang ditentukan. Norman E. Gronlund (1985) menyatakan jika dalam evaluasi akan digunakan teknik tes maka langkah-langkah yang harus ditempuh dalam perencanaannya adalah sebagai berikut. 1. Menentukan tujuan tes. 2. Mengidentifikasi hasil belajar yang akan diukur melalui tes. 3. Merumuskan hasil belajar dalam bentuk perilaku yang spesifik dan dapat diamati. 4. Menyusun garis besar materi pelajaran yang akan diukur melalui tes. 5. Menyiapkan suatu tabel yang spesifik atau kisi-kisi. 6. Menggunakan tabel spesifik sebagai dasar untuk persiapan tes. Dalam kebutuhan pembelajaran di dalam atau di luar kelas sebaiknya kedua teknik tes ini digabungkan dalam menilai kemampuan peserta didik baik dalam domain kognitif, afektif, dan psikomotor. Di bawah ini akan dijelaskan mengenai instrumen evaluasi untuk domain-domain tersebut.
1. Domain Kognitif atau Pengetahuan
Untuk mengukur kemampuan kognitif peserta didik biasanya digunakan bentuk tes subjektif atau tes objektif.
a. Tes Subjektif Arikunto S. (2013) menyatakan bahwa tes subjektif adalah tes yang dalam pemeriksaannya terdapat kemungkinan risiko unsur-unsur subjektif. Tes ini biasanya dalam bentuk uraian (esai). Tes bentuk ini memerlukan jawaban yang bersifat pembahasan atau uraian kata-kata. Soal-soal dalam bentuk esai menuntut kemampuan peserta didik untuk dapat mengorganisir, menginterpretasi, menghubungkan pengertian-pengertian yang telah dimiliki. Dengan kata lain, tes ini merangsang peserta didik untuk menggunakan daya kreativitas yang tinggi dalam menjawab soal. Pembuatan soal ini harus dilengkapi dengan kunci jawaban dan pedoman penilaiannya. Dalam pedoman penilaiannya alangkah baiknya jika penilaian jawaban didasarkan pada kelengkapan dan ketepatan jawabannya dalam bentuk skor yang telah dibuat seperti skala bertingkat.
22
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
23
Hitam
Orange
Contoh, KD
Indikator Pembelajaran Soal
Jawaban
Rubrik Penilaian
Mendeskripsikan momentum dan impuls, hukum kekekalan momentum. Serta penerapannya dalam kehidupan seharihari. Menghitung besar momentum suatu benda. Sebuah benda dengan massa 2 kg jatuh bebas dari suatu ketinggian 80 m di atas permukaan tanah. Tentukanlah besar momentum benda, ketika benda tersebut sampai di permukaan tanah! (percepatan gravitasi g = 10 m/s2). Diketahui : m = 2 kg vo = 0 m/s (benda jatuh bebas) Pada gerak jatuh bebas vt2 = v02 + 2gh vt2 = 0 + 2 (10) (80) vt2 = 1600 vt = 1600 = 40 m/s p = m. vt = 2 kg . 40m/s = 80 kg m/s Skor 4: Peserta didik menjawab dengan lengkap sesuai dengan langkah-langkahnya Skor 3: Peserta didik menjawab tidak lengkap sesuai dengan langkah-langkahnya (1 langkah terlewat) Skor 2: Peserta didik menjawab tidak lengkap sesuai dengan langkah-langkahnya (2 langkah terlewat) Skor 1: Peserta didik menjawab tidak lengkap sesuai dengan langkah-langkahnya (lebih dari 3 langkah terlewat) Skor 0: Peserta didik tidak menjawab pertanyaan sama sekali
Untuk pemberian nilai akhir dapat menggunakan persamaan di bawah ini. Jumlah skor yang diperoleh Nilai = ×100 Jumlah skor total Pedoman penilaian ini digunakan untuk mengurangi risiko adanya unsur-unsur subjektif dalam penilaian.
Petunjuk Umum
23
24
Hitam
Orange
b. Tes Objektif Menurut Arikunto S. (2009), tes objektif adalah tes yang dalam pemeriksaannya dapat dilakukan secara objektif. Tes objektif mempunyai karakteristik lebih mudah untuk diperiksa dan tidak ada unsur subjektifnya. Berikut adalah penjelasan dari macammacam tes objektif. Untuk tes objektif penskoran biasanya hanya dilihat dari jawaban benar atau salah. Jika jawaban benar maka diberikan skor 1, sedangkan untuk jawaban salah diberikan skor 0. 1) Tes benar salah (true-false) Umumnya bentuk soal dari tes benar salah berupa pernyataan-pernyataan. Pernyataan-pernyataan yang dibuat terdiri atas pernyataan yang salah dan benar. Pada praktiknya peserta didik menilai apakah pernyataan dalam soal tersebut benar atau salah, dengan melingkari huruf B jika benar atau huruf S jika salah. Jika penilaian peserta didik terhadap pernyataan benar maka diberi skor 1, sedangkan jika salah diberi skor 0. Untuk nilai peserta didik dapat diperoleh dengan persamaan: Jumlah skor yang diperoleh Nilai = ×100 Jumlah skor total Contoh pembuatan kisi-kisi bisa dilihat pada submateri tes pilihan ganda. 2) Tes pilihan ganda Tes pilhan ganda atau multiple choice terdiri atas suatu keterangan atau pemberitahuan tentang suatu konsep, analisis, atau penerapan yang belum lengkap. Untuk melengkapinya harus memilih salah satu kemungkinan jawaban yang telah disediakan. Untuk penskorannya, untuk soal yang dijawab benar diberi skor 1 sedangkan untuk jawaban salah diberi skor 0. Contoh penyusunan tes pilihan ganda. No.
KD
1.
3.1 Menganalisis gerak parabola dan gerak melingkar dengan menggunakan vektor.
Indikator Pembelajaran Menentukan besaran fisis pada gerak melingkar.
Soal
Jawaban
Sebuah benda bergerak melingkar dengan persamaan ω = (t2 + 2t + 5) rad/s. Percepatan sudut rata-rata benda tersebut dari t =0 sampai t = 1 sekon adalah …. A. 1 rad/s2 D. 4 rad/s2 B. 2 rad/s2 E. 5 rad/s2 C. 3 rad/s2
C
Rubrik Penilaian Skor 1: jika benar Skor 0: jika salah
Nilai yang diperoleh peserta didik dapat diperoleh dengan persamaan: Jumlah skor yang diperoleh Nilai = ×100 Jumlah skor total
24
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
25
Hitam
Orange
3) Kegiatan Kajian Literatur Kriteria
Sering
Kadang
Jarang
Comprehension: Apakah Anda memahami yang Anda baca? Strategi: Sebelum membaca, apakah Anda menggunakan strategi, seperti: Membaca sekilas seluruh teks? Membuat prediksi-prediksi? Strategi: Setelah selesai membaca, apakah Anda menggunakan strategi, seperti: Memeriksa prediksi yang telah Anda buat? Membuat ikhtisar? Keterampilan Berpikir Tingkat Tinggi: Apakah Anda mempertanyakan apa yang dibaca? Apakah Anda membuat koneksi-koneksi? Apakah Anda membuat penilaian-penilaian? Motivasi: Apakah Anda gemar membaca? Apakah Anda sering membaca? Apakah Anda percaya diri dalam membaca? Apakah Anda suka berbicara tentang apa yang Anda baca?
Setelah membaca buku referensi, saya menjadi tahu bahwa .......................................................................................................................... Target saya dalam membaca sekarang adalah .......................................................................................................................... 4) Kegiatan Diskusi Tema
Petunjuk Umum
Topik Setiap anggota tim menyampaikan informasi selama diskusi. Memberikan fakta yang akurat. Informasi disampaikan secara logis dan kronologis. Penyaji bersemangat membawakan presentasinya. Sopan terhadap anggota panel yang lain maupun hadirin. Penyaji merespons pertanyaan hadirin secara faktual dan akurat. Kelompok melakukan evaluasi diri dan menetapkan target untuk presentasi berikutnya.
Tanggal
25
26
Hitam
Orange
Catatan: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… 5) Laporan Praktikum Laporan praktikum digunakan untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan dan mencatat data, menganalisis data, dan menarik kesimpulan dari data ketika diadakannya kegiatan praktikum di dalam kelas maupun di laboratorium sekolah. Contoh instrumen penilaian laporan praktikum Lembar Penilaian Laporan Praktikum Kelompok : Kelas : Tugas : Tanggal : No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Aspek yang dinilai Sistematika laporan Kelengkapan laporan Kejelasan dan keruntutan penulisan Kebenaran konsep ide yang dipaparkan Ketepatan pemilihan kosakata Kemampuan peserta didik menjelaskan isi laporan Usaha peserta didik dalam menyusun laporan Presentasi laporan praktikum
Skor maksimal 4 4 4 4 4 4
Skor yang diperoleh peserta didik
4
Skor maksimal = 32/32 × 100 = 100 Rubrik Penilaian Laporan Praktikum 1. Sistematika laporan 4 = laporan dibuat sesuai sistematika penulisan, jelas, dan benar 3 = laporan dibuat dengan benar tetapi kurang jelas 2 = laporan dibuat kurang benar dan kurang jelas 1 = laporan dibuat dengan sistematika yang salah 2. Kelengkapan laporan 4 = laporan dibuat secara lengkap sesuai petunjuk pembuatan laporan 3 = laporan dibuat tanpa kesimpulan 2 = laporan dibuat tanpa diskusi, kesimpulan, daftar pustaka 1 = laporan dibuat tidak lengkap (mencakup 3 unsur saja)
26
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
27
Hitam
Orange
3. Kejelasan laporan 4 = laporan jelas, dapat dipahami, ditulis secara runtut 3 = laporan jelas, tetapi penulisan kurang runtut 2 = laporan kurang jelas, kurang sesuai dengan keruntutan penulisan 1 = laporan tidak jelas, tidak sesuai dengan keruntutan penulisan 4. Kebenaran konsep 4 = konsep/ide yang dipaparkan tepat, benar, dan sesuai dengan teori 3 = konsep/ide yang dipaparkan sesuai dengan teori tetapi kurang jelas 2 = konsep/ide yang dipaparkan kurang tepat 1 = konsep/ide yang dipaparkan tidak tepat 5. Ketepatan pemilihan kosakata 4 = menggunakan kata-kata yang tepat, menggunakan kalimat aktif 3 = menggunakan kata-kata yang kurang tepat, menggunakan kalimat aktif 2 = menggunakan kata-kata yang kurang tepat, tidak menggunakan kalimat aktif 1 = menggunakan kosakata yang salah 6. Kemampuan peserta didik menjelaskan isi laporan 4 = menguasai latar belakang, metode, diskusi, kesimpulan 3 = menguasai latar belakang, metode, dan diskusi 2 = menguasai latar belakang dan metode 1 = menguasai latar belakang saja 7. Usaha peserta didik dalam menyusun laporan 4 = berusaha melengkapi isi laporan dengan sungguh-sungguh, berusaha memperbaiki isi, tulisan rapi, mudah dibaca 3 = sesuai aspek yang tercantum pada nomor 4, kecuali ada 1 aspek yang tidak dilakukan 2 = sesuai aspek yang tercantum pada nomor 4, kecuali ada 2 aspek yang tidak dilakukan 1 = tidak berusaha melengkapi dan memperbaiki isi laporan 8. Presentasi laporan praktikum 4 = semua anggota kelompok aktif dan berusaha menjawab pertanyaan dengan benar 3 = semua anggota kelompok aktif akan tetapi kurang berusaha menjawab pertanyaan dengan benar 2 = beberapa anggota saja yang aktif (dominasi) namun ada usaha untuk menjawab pertanyaan dengan benar 1 = beberapa anggota saja yang aktif (dominasi) namun kurang berusaha untuk menjawab pertanyaan dengan benar 6) Mind Map Tugas mind map digunakan untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran.
Petunjuk Umum
27
28
Hitam
Orange
Contoh teknik penilaian tugas mind map. Nama : NIS : Kelas : Skor
No.
Kriteria
1. 2. 3.
Kata kunci Hubungan cabang utama dengan cabang lainnya Desain (warna dan gambar)
1
2
3
4
Rubrik Penilaian Tugas Mind Map 1. Kata kunci 4 = Penggunaan kata kunci yang sangat efektif (semua ide ditulis dalam bentuk kata kunci) 3 = Semua ide ditulis dalam kata kunci dan kalimat 2 = Penggunaan kata kunci terbatas (semua ide ditulis dalam bentuk kalimat) 1 = Tidak ada atau sangat terbatas dalam pemilihan kata kunci (beberapa ide ditulis dalam bentuk paragraf) 2. Hubungan cabang utama dengan cabang lainnya 4 = Menggunakan lebih dari 3 cabang 3 = Menggunakan 3 cabang 2 = Menggunakan 2 cabang 1 = Hanya menggunakan 1 cabang 3. Desain (warna dan gambar) 4 = Mengggunakan warna berbeda di setiap cabang dan pemberian gambar/ simbol pada ide sentral, cabang utama dan cabang lainnya 3 = Mengggunakan warna berbeda di setiap cabang dan pemberian gambar/ simbol hanya pada ide sentral, dan cabang utama 2 = Mengggunakan warna berbeda di setiap cabang dan pemberian gambar/ simbol pada ide sentral. 1 = Tidak menggunakan warna dan gambar atau hanya menggunakan satu warna 7) Tugas proyek Tugas proyek digunakan untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal kemampuan menyelesaikan tugas proyek pemecahan masalah secara berkelompok dan menerapkan pengamatan (termasuk pengukuran), memecahkan masalah yang relevan dalam kehidupan sehari-hari.
28
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
29
Hitam
Orange
Contoh teknik penilaian tugas proyek. Mata pelajaran Nama Proyek Alokasi Waktu Guru Pembimbing
: : : :
Nama : NIS : Kelas : No.
Aspek
1
Skor (1-4) 2 3
4
1.
PERENCANAAN: Persiapan Rumusan Judul 2. PELAKSANAAN: Sistematika Penulisan Keakuratan Sumber Data/Informasi Kuantitas Sumber Data Analisis Data Penarikan Kesimpulan 3. LAPORAN PROYEK: Perfomans Presentasi/Penguasaan TOTAL SKOR
Keterangan: skor 1 (kurang), skor 2 (cukup), skor 3 (baik), skor 4 (baik sekali) Kriteria: 33 ke atas : A (Baik sekali dan berkualitas) 24-32 : B (Baik) 14-23 : C (Cukup) < 9 : D (Kurang memenuhi syarat) 8) Portofolio Penilaian portofolio merupakan penilaian berkelanjutan yang didasarkan pada kumpulan informasi yang menunjukkan perkembangan kemampuan peserta didik dalam satu periode tertentu. Informasi tersebut dapat berupa karya peserta didik dari proses pembelajaran yang dianggap terbaik oleh peserta didik.
Petunjuk Umum
29
30
Hitam
Orange
Contoh lembar penilaian tugas portofolio. LEMBAR PENILAIAN TUGAS PORTOFOLIO Nama Kelompok : ……………… Anggota Kelompok : ……………… Hasil Penilaian No.
Indikator
1.
Komponen makalah: judul, pendahuluan, isi, penutup, gambar, daftar tabel, dan daftar pustaka
2.
Penyajian data dan isi materi dalam makalah relevan
3.
Menyimpulkan dan memberi saran dari hasil diskusi
4.
Menyerahkan makalah yang telah dibuat
5.
Menyerahkan laporan hasil diskusi
3 (baik)
2 (cukup)
1 (kurang)
Rubrik Penilaian No.
Indikator
Rubrik
1.
Komponen makalah: judul, pendahuluan, isi, penutup, gambar, daftar tabel, dan daftar pustaka.
3 = Makalah mengandung 7 komponen. 2 = Makalah mengandung 4 komponen. 1 = Makalah mengandung 1 komponen.
2.
Penyajian data dan isi materi dalam makalah relevan
3 = Memuat data dan isi materi yang relevan. 2 = Memuat salah satu dari data dan isi materi yang relevan. 1 = Tidak memuat data dan isi materi yang relevan.
3.
Menyimpulkan dan membe rikan saran dari hasil diskusi
3 = Mampu menyimpulkan dan memberi saran dari hasil diskusi dengan benar. 2 = Mampu menyimpulkan dan memberi saran sebagian dengan benar. 1 = Tidak mampu menyimpulkan dan memberi saran dari hasil diskusi dengan benar.
4.
Menyerahkan makalah yang telah dibuat
3 = Menyerahkan makalah tepat waktu. 2 = Menyerahkan makalah telat satu jam. 1 = Menyerahkan makalah telat dua jam.
5.
Menyerahkan laporan hasil diskusi
3 = Menyerahkan laporan hasil diskusi tepat waktu. 2 = Menyerahkan laporan hasil diskusi telat satu jam. 1 = Tidak mampu menyimpulkan dan memberi saran dari hasil diskusi dengan benar.
Kriteria Penilaian: Jumlah skor yang diperoleh Nilai = ×100 Jumlah skor total
30
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
31
Hitam
Orange
2. Domain Afektif atau Sikap
Arikunto S. (2009) menyatakan bahwa pengukuran afektif tidak dapat dilakukan setiap saat (dalam arti pengukuran formal) karena perubahan tingkah laku peserta didik memerlukan waktu yang sama dan tidak berubah dalam waktu yang relatif singkat. Tujuan penilaian sikap ini, yaitu mendapatkan umpan balik, mengetahui perubahan tingkah laku, menempatkan peserta didik dalam situasi belajar mengajar yang tepat sesuai dengan tingkat pencapaian, kemampuan, dan karakteristik peserta didik, untuk mengenal latar belakang kegiatan belajar dan kelainan tingkah laku peserta didik. Sebelum melakukan penilaian atau pengukuran terhadap sikap peserta didik, guru diharapkan mendaftar sikap apa yang dapat muncul atau dikembangkan dari materi yang dicakup dalam KI-KD. Kemudian, sikap yang terlihat dan dapat dikembangkan dibuat indikator ketercapaiannya dan dibuat skala untuk mengukurnya. Ada beberapa bentuk skala yang digunakan untuk mengukur skala sikap, antara lain:
a. Skala Likert Skala ini disusun dalam bentuk suatu pernyataan dan diikuti oleh lima respons yang menunjukkan tingkatan.
b. Skala Pilihan Ganda Skala ini bentuknya seperti soal bentuk pilihan ganda yaitu suatu pernyataan yang diikuti oleh sejumlah alternatif pendapat.
c. Skala Thurstone Skala thurstone merupakan skala mirip skala likert karena merupakan suatu instrumen yang menunjukkan tingkatan.
d. Skala Guttman Skala ini terdiri atas tiga atau empat buah pernyataan yang masing-masing harus dijawab “ya” atau “tidak”. Pernyataan-pernyataan tersebut menunjukkan tingkatan yang berurutan sehingga bila peserta didik setuju dengan pernyataan nomor 2, diasumsikan setuju juga dengan pernyataan nomor 1. Selanjutnya jika setuju dengan pernyataan nomor 3, berarti setuju juga dengan pernyataan nomor 1 dan 2.
e. Semantic Differential Instrumen ini digunakan untuk mengukur konsep-konsep tiga dimensi. Dimensi yang ada diukur dalam kategori baik-tidak baik, kuat-lemah, dan cepat-lambat atau aktif-pasif, atau juga berguna-tidak berguna. Dalam buku Osgood dikemukakan adanya 4 faktor untuk menganalisis skalanya yaitu sebagai berikut. 1) Evaluation (baik-buruk) 2) Potency (kuat-lemah) 3) Activity (cepat-lambat) 4) Familiarity (tambahan/Nunnally)
Petunjuk Umum
31
32
Hitam
Orange
Jenis-jenis skala sikap tersebut hanya sebagai panduan dan dasar teori saja. Sebaiknya dalam penentuan skala sikap disesuaikan dengan kebutuhan dan kemampuan guru dalam menilai peserta didik secara autentik. Bisa jadi jenis-jenis skala di atas dapat diambil keuntungan dan kemudahannya untuk keperluan pembuatan skala yang sesuai dengan situasi dan kondisi serta tuntutan kurikulum, proses pembelajaran, peserta didik, sarana dan prasarana di sekolah. Berikut adalah contoh kisi-kisi format penilaian sikap dalam suatu pembelajaran berbentuk praktikum. No.
Aspek yang dinilai Kerja sama
Kejujuran
Tanggung jawab
Jumlah skor
Rubrik: Aspek yang dinilai Kerja sama
Kejujuran
Tanggung jawab
Indikator
Kriteria
Bekerja sama dalam Semua anggota kelompok aktif bekerja sama melakukan percobaan Hanya beberapa orang yang bekerja sama
Jujur dalam mengo munikasikan data
Bertanggung jawab atas semua tugas yang diberikan
Skors 3 2
Hanya satu orang yang bekerja
1
Semua anggota kelompok tidak bekerja sama
0
Peserta didik menuliskan seluruh data sesuai dengan hasil percobaan
3
Peserta didik menuliskan seluruh data, tetapi sebagian data didapat berdasarkan hasil interpretasi beberapa data
2
Peserta didik sama sekali tidak menuliskan data yang sesuai
1
Peserta didik tidak melakukan percobaan tapi mendapatkan data.
0
Peserta didik mengerjakan LKS seperti prosedur yang telah disediakan
3
Peserta didik hanya mengerjakan 2/3 pertanyaan yang ada dalam LKS
2
Peserta didik hanya mengerjakan 1/3 pertanyaan yang ada dalam LKS
1
Peserta didik tidak mengerjakan LKS
0
Sebaiknya penilaian ini dilakukan saat peserta didik sibuk beraktivitas dan guru mengamati jalannya aktivitas tersebut. Tuntutan kurikulum 2013 untuk penilaian sikap tidak hanya pada penilaian autentik yang dilakukan oleh guru, akan tetapi, peserta didik harus mampu untuk melakukan penilaian sikap pada diri sendiri dan lingkungannya. Penilaian terhadap diri sendiri bisa menggunakan
32
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
33
Hitam
Orange
self evaluation yang berisi beberapa indikator yang disesuaikan dengan penilaian autentik yang dilakukan oleh guru. Skor evaluasi yang dilakukan oleh peserta didik ini kemudian digabung dengan skor yang diperoleh dari penilaian autentik. Kemudian, gabungan dari skor penilaian tersebut digunakan sebagai nilai akhir untuk buku rapor. Berikut adalah contoh rubrik self evaluation. Nama : .................................. Kelas : .................................. Untuk setiap item, berilah tanda centang () pada kolom skor yang merefleksikan usaha dan sikap Anda pada saat pembelajaran tadi! Jika Anda merasa: • Selalu melakukannya atau mengerjakannya, pilih skor 3 • Sering melakukannya atau mengerjakannya, pilih skor 2 • Kadang-kadang melakukannya atau mengerjakannya, pilih skor 1 • Sama sekali tidak pernah melakukannya atau mengerjakannya, pilih skor 0 Sikap Bekerja sama dalam setiap proses atau langkah-langkah percobaan Menuliskan data apa adanya dan sesuai dengan data yang diperoleh dari percobaan Mengerjakan tugas yang diberikan dengan baik
0
1
2
3
Nilai akhir yang peserta didik dapatkan diperoleh dari gabungan penilaian autentik guru dan penilaian diri sendiri oleh peserta didik, nilai akhir dapat diperoleh dengan persamaan: G +S Nilai = ×100 T Keterangan: G : skor yang diperoleh peserta didik dari penilaian autentik oleh guru S : skor yang diperoleh peserta didik dari self evaluation T : jumlah skor total sempurna dari penilaian autentik oleh guru dengan penilaian self evaluation peserta didik. Penilaian di dalam rapot untuk domain afektif atau sikap dituliskan dalam bentuk keterangan melalui huruf SB (sangat baik), B (baik), C (cukup), K (kurang) maka nilai yang diperoleh dalam bentuk angka sebaiknya diubah dalam bentuk huruf yang telah ditentukan. Misalnya,
Petunjuk Umum
Rentang Nilai
Huruf
0-25 26-50 51-75 76 - 100
K C B SB
33
34
Hitam
Orange
3. Domain Psikomotor atau Keterampilan
Senada dengan yang diungkapkan Arikunto S. (2009), pengukuran domain psikomotor atau keterampilan dilakukan terhadap performance peserta didik pada saat proses pembelajaran. Akan tetapi, biasanya pengukuran domain ini disatukan dengan pengukuran domain kognitif sekaligus. Misalnya, keterampilan dalam menggunakan termometer diukur mulai dari pengetahuannya mengenai alat tersebut, pemahaman alat dan penggunaannya, kemudian baru cara menggunakannya dalam bentuk keterampilan. Untuk pengukuran yang terakhir ini harus diperinci antara lain: cara memegang, cara meletakkan, cara membaca angka, dan lain-lain. Untuk proses pembelajaran sains keterampilan yang sering terlihat dalam suatu aktivitas adalah keterampilan proses sains. Penilaian Kinerja Melakukan Praktikum No. 1. 2. 3. 4.
Aspek yang dinilai
Penilaian 1
2
3
Merangkai alat Pengamatan Data yang diperoleh Kesimpulan
Rubrik: Aspek yang dinilai Merangkai alat
Pengamatan
Data yang diperoleh
Kesimpulan
34
Penilaian 1 2 Rangkaian alat tidak Rangkaian alat benar, benar tetapi tidak rapi atau tidak memerhatikan keselamatan kerja Pengamatan tidak Pengamatan cermat, cermat tetapi mengandung interpretasi Data tidak lengkap Data lengkap, tetapi tidak terorganisir, atau ada yang salah tulis Tidak benar atau Sebagian kesimpulan tidak sesuai tujuan ada yang salah atau tidak sesuai tujuan
3 Rangkaian alat benar, rapi, dan memerhatikan keselamatan kerja Pengamatan cermat dan bebas interpretasi Data lengkap, terorganisir, dan ditulis dengan benar Semua benar atau sesuai tujuan
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
35
Hitam
Orange
Penilaian Keterampilan Proses Sains Nama Peserta didik
H
Keterampilan yang diharapkan Meng amati
Merumuskan Merencanakan Menafsir Meramal Menerapkan hipotesis percobaan kan kan konsep
Berkomu nikasi
Pentingnya Pembelajaran Fisika melalui Kurikulum 2013
1. Guru sebagai ujung tombak pendidikan, dapat mengembangkan pembelajaran sikap dan nilai sainstifik dengan pendekatan yang lebih demokratis, religius, dan menyenangkan serta penilaian autentik yang lebih komprehensif dan terukur. 2. Peserta didik dapat mengembangkan pola pikir ilmiah dan perilaku yang lebih bertanggung jawab demi masa depan yang lebih baik dan mampu menghadapi tantangan kehidupan. 3. Bagi satuan pendidikan, implementasi kurikulum 2013 membuat sistem pembelajaran menjadi lebih hidup dengan suasana lingkungan pendidikan yang harmonis, religius, dan humanis. 4. Bagi keluarga dan masyarakat, pembiasaan penerapan sikap dan nilai-nilai ilmiah di sekolah akan berimplikasi pada terbentuknya model kehidupan keluarga yang harmonis dan religius sebagai komunitas yang menghasilkan
I
Pembelajaran Remedial dan Pengayaan
Salah satu alasan pengadaan program pembelajaran remedial adalah untuk membantu peserta didik yang tergolong pebelajar lambat, sedangkan untuk pengadaan program pembelajaran pengayaan untuk membantu peserta didik yang termasuk kategori pebelajar cepat.
1. Pembelajaran Remedial
Seperti yang telah disebutkan di atas bahwa pembelajaran remedial diselenggarakan jika ada peserta didik yang mengalami kesulitan belajar atau dengan kata lain dapat dikatakan lambat dalam belajar. Informasi mengenai kecepatan peserta didik dalam belajar didapat dari hasil evaluasi pembelajaran atau yang sering digunakan adalah istilah ulangan harian. Jika peserta didik memiliki nilai yang kurang dari kriteria ketuntasan minimal (KKM) maka akan mendapatkan pembelajaran remedial. Dalam pengadaannya, ada beberapa prinsip yang harus dipenuhi, dimana prinsip-prinsip ini harus sesuai dengan sifat dan karakteristik dari peserta didik. Prinsip tersebut, yaitu
Petunjuk Umum
35
36
Hitam
Orange
a) adaptif, b) interaktif, c) fleksibilitas dalam metode pembelajaran dan penilaian, d) pemberian umpan balik sesegera mungkin, dan e) kesinambungan dan ketersediaan dalam pemberian pelayanan. Berdasarkan prinsip-prinsip di atas, maka bentuk kegiatan yang bisa dilaksanakan dalam pembelajaran remedial adalah a) memberikan tambahan penjelasan atau contoh, b) menggunakan strategi pembelajaran yang berbeda dengan sebelumnya, c) mengkaji ulang pembelajaran yang lalu, dan d) menggunakan berbagai jenis media. Bentuk-bentuk kegiatan remedial di atas dapat diterjemahkan melalui gambaran pelaksanaan pembelajaran remedial secara nyata. Untuk pelaksanaan pembelajaran remedial dapat dilakukan dengan a) pemberian pembelajaran ulang dengan metode dan media yang berbeda, b) pemberian bimbingan secara khusus, c) pemberian tugas-tugas secara khusus, atau d) pemanfaatan tutor sebaya.
2. Pembelajaran Pengayaan
Seperti yang telah disebutkan di atas bahwa pembelajaran pengayaan diselenggarakan karena adanya peserta didik yang memiliki kemampuan belajar lebih cepat. Untuk mengetahui apakah peserta didik memiliki sifat pebelajar cepat atau tidak dapat digunakan tes. Tes yang dapat digunakan misalnya tes IQ, tes inventori, wawancara, pengamatan (observasi), dll. Selain tes-tes tersebut, cara mudah yang dapat digunakan adalah mengetahui nilai ulangan harian. Jika peserta didik memiliki nilai di atas KKM atau di atas rata-rata orang lain, maka peserta didik tersebut berhak mengikuti kegiatan pembelajaran pengayaan. Selain diketahui dari nilai, peserta didik yang berhak mendapatkan pembelajaran pengayaan biasanya memiliki kemampuan belajar lebih cepat, memiliki kemampuan yang mudah untuk menyimpan informasi, memiliki rasa keingintahuan yang tinggi, dapat berpikir mandiri, superior dalam berpikir abstrak, dan memiliki minat yang banyak serta mudah untuk termotivasi dalam melakukan hal-hal yang baru. Ada tiga jenis kegiatan pengayaan yang dapat dilakukan, yaitu kegiatan eksploratori, pembelajaran mandiri, dan kegiatan pemecahan masalah. Bentuk pelaksanaan pembelajaran pengayaan secara nyata dapat dilakukan dengan kegiatan berikut ini. a. Belajar kelompok Sekelompok peserta didik yang memiliki minat tertentu diberikan pembelajaran bersama pada jam-jam pelajaran sekolah biasa atau dapat dilakukan sambil menunggu peserta didik lain yang sedang melaksanakan pembelajaran remedial. b. Belajar mandiri Secara mandiri peserta didik belajar mengenai sesuatu yang diminati. c. Pembelajaran berbasis tema Memadukan kurikulum di bawah tema besar sehingga peserta didik dapat mempelajari hubungan antara berbagai disiplin ilmu. d. Pemadatan kurikulum Pemberian materi yang belum diketahui peserta didik. Dengan demikian, tersedia waktu bagi peserta didik untuk memperoleh materi baru, atau bekerja dalam proyek secara mandiri sesuai dengan kapasitas maupun kapabilitas masing-masing.
36
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
37
Hitam
Orange
Bagian 2 Petunjuk Khusus
Petunjuk Khusus
37
38
Hitam
38
Orange
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
39
Hitam
Orange
Bab I Gerak Dua Dimensi
a = 9,8 m/s2 Vy = 0
v θ
v = vx2 + v y2
Vx
vy Vy
vx
tan θ = vy/vx θ = tan–1 (vy/vx)
θ s
Sumber: Dokumentasi Penerbit
Pada KD 3.1 dan 4.1 kedalaman materi ditekankan pada gerak dua dimensi dengan analisis vektor khususnya gerak parabola dan gerak melingkar. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan gerak lurus beraturan (GLB) dan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) pada gerak parabola dan gerak melingkar serta mengolah dan menganalisis data hasil percobaan gerak parabola dan gerak melingkar. Kajian tentang Gerak dua dimensi dapat ditinjau dari gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan pada gerak parabola dan gerak melingkar. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan hubungan gerak linier dengan gerak melingkar. Peserta didik juga diharapkan dapat menerapkan konsep integral untuk menentukan fungsi posisi partikel yang diperoleh dari fungsi kecepatan, fungsi kecepatan yang diperoleh dari fungsi percepatan serta fungsi posisi sudut partikel yang diperoleh dari fungsi kecepatan sudut, dan fungsi kecepatan sudut yang diperoleh dari fungsi percepatan sudut. Alangkah baiknya jika dalam membahas Gerak dua dimensi dengan analisis vektor ini menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah konsep dasar vektor, kinematika gerak lurus, dan gerak melingkar yang telah dipelajari ketika kelas X SMA/MA.
Petunjuk Khusus
39
40
Hitam
A
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
3.1
Indikator Pembelajaran
Menganalisis gerak parabola 3.2.1 dan gerak melingkar dengan menggunakan vektor. 3.2.2
3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 4.1
B
Orange
Mengolah dan menganalisis data hasil percobaan gerak parabola dan gerak melingkar.
4.2.1 4.2.2 4.2.3
Menentukan posisi suatu partikel, kecepatan rata-rata, kecepatan sesaat, percepatan rata-rata, dan percepatan suatu partikel pada bidang dengan analisis vektor. Merumuskan posisi suatu partikel, kecepatan rata-rata, kecepatan sesaat, percepatan rata-rata, dan percepatan suatu partikel pada bidang dengan analisis vektor. Menentukan posisi dari fungsi kecepatan. Menentukan kecepatan dari fungsi percepatan. Menjelaskan gerak parabola. Merumuskan besaran fisis pada gerak parabola. Menentukan persamaan posisi sudut, kecepatan sudut, dan percepatan sudut suatu partikel pada gerak melingkar. Menganalisis konsep vektor dalam gerak dua dimensi. Menganalisis konsep vektor dalam gerak parabola. Menganalisis konsep vektor dalam gerak melingkar.
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan diskusi kelompok tentang gerak dua dimensi (gerak dalam bidang), peserta didik dapat menentukan posisi suatu partikel, kecepatan rata-rata, kecepatan sesaat, percepatan rata-rata, dan percepatan sesaat suatu partikel pada bidang dengan analisis vektor. 2. Setelah melakukan kajian literatur tentang gerak dua dimensi (gerak dalam bidang), peserta didik dapat merumuskan posisi suatu partikel, kecepatan rata-rata, kecepatan sesaat, percepatan rata-rata, dan percepatan sesaat suatu partikel pada bidang dengan analisis vektor. 3. Setelah melakukan kajian literatur kecepatan partikel pada suatu bidang, peserta didik dapat menentukan posisi dari fungsi kecepatan. 4. Setelah melakukan kajian literatur tentang percepatan partikel pada suatu bidang, peserta didik dapat menentukan kecepatan dari fungsi percepatan. 5. Setelah melakukan praktikum tentang gerak parabola, peserta didik dapat menjelaskan gerak parabola. 6. Setelah melakukan kajian literatur tentang gerak parabola, peserta didik dapat merumuskan besaran fisis pada gerak parabola. 7. Setelah melakukan kajian literatur tentang gerak melingkar, peserta didik dapat menentukan persamaan posisi sudut, kecepatan sudut, dan percepatan sudut suatu partikel pada gerak melingkar.
40
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
41
Hitam
C
Orange
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada siswa antara lain sebagai berikut. 1. Apa yang dimaksud dengan vektor? 2. Bagaimanakah penulisan notasi vektor? 3. Apa yang Anda ketahui tentang perpindahan? 4. Apa yang dimaksud dengan kecepatan rata-rata dan kecepatan sesaat? 5. Bagaimanakah rumus untuk menghitung kecepatan rata-rata dan kecepatan sesaat? 6. Apa saja yang termasuk ke dalam besaran-besaran fisis dalam gerak melingkar? 7. Bagaimanakah rumus untuk menghitung besaran-besaran fisis dalam gerak melingkar?
D
Gerak Dua Dimensi (Gerak dalam Bidang)
Sebelum masuk ke dalam pembahasan pada bab ini, alangkah baiknya jika guru mengingatkan kembali peserta didik tentang konsep dasar vektor yang telah dipelajari di kelas X. Guru dapat meminta beberapa peserta didik untuk mengemukakan tentang pengertian vektor, notasi vektor, serta penjumlahan dan pengurangan vektor. Berikan pengarahan kepada peserta didik bahwa ke depannya konsep vektor akan lebih sering digunakan dalam mempelajari materi ini. Agar peserta didik dapat mengeksplorasi tentang besaran-besaran fisis dalam gerak dua dimensi, tuntunlah peserta didik untuk melakukan Kegiatan 1.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 3. Setelah itu mintalah peserta didik untuk membuat laporan sederhana dari hasil kegiatannya tersebut dan mempresentasikannya di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab agar seluruh peserta didik dapat berpartisipasi secara aktif dalam kegiatan pembelajaran.
Kegiatan Siswa 1.1 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu guru dapat menentukan sendiri alternatif lain alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini.
Petunjuk Khusus
41
42
Hitam
Orange
1. Posisi dan Perpindahan Ingatkan kembali peserta didik tentang cara menyatakan posisi partikel yang bergerak pada garis lurus, kemudian mintalah perwakilan peserta didik untuk menggambarkan posisi partikel yang bergerak pada garis lurus. Setelah itu, guru menjelaskan kepada peserta didik cara menentukan posisi suatu partikel yang bergerak pada suatu bidang, dengan terlebih dahulu meminta peserta didik untuk mengamati Gambar 1.2, 1.3, dan 1.4 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 4–7. Posisi partikel yang bergerak pada bidang dua dimensi dapat ditentukan dengan menggunakan vektor satuan. Pada bidang dua dimensi, dalam koordinat kartesius terdapat dua buah vektor satuan, yaitu yang menyatakan vektor satuan pada sumbu X dan ˆj yang menyatakan vektor satuan pada sumbu Y. Apabila pada saat t posisi partikel berada pada titik (X, Y), maka posisi partikel pada bidang X-O-Y dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. r = xˆi + yˆj Perpindahan suatu partikel dari titik satu ke titik yang lainnya dapat dinyatakan sebagai vektor perpindahan Δr dan dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut. Δr = r2 – r1 Bila dinyatakan dalam satuan vektor, maka dapat dituliskan sebagai berikut. Δr = (x2 + y2 ) – (x1 + y1 ) Δr = x2 – x1 + y2 – y1 Δr = (x2 – x1) + (y2 – y1) Δr = ∆x + ∆y Tekankan kepada peserta didik bahwa besar perpindahan dapat ditentukan dengan menggunakan teorema phytagoras dan arah vektor perpindahan dapat ditentukan dengan menggunakan konsep trigonometri. Besarnya perpindahan partikel dan arahnya dapat ditentukan dengan persamaan berikut. ∆y 2 2 tan = ∆r = ( ∆x ) + ( ∆y ) ∆x dengan: ∆r = besar perpindahan partikel Δx = x2 – x1 = besar perpindahan dalam arah sumbu x (m) Δy = y2 – y1 = besar perpindahan dalam arah sumbu y (m) θ = Arah vektor perpindahan (sudut vektor perpindahan terhadap sumbu x positif).
42
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
43
Hitam
Orange
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami cara menentukan vektor posisi dan perpindahan partikel, berikanlah Masalah 1.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 5. Sebagai bahan evaluasi bagi guru, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 1.1 yang terdapat pada halaman 6. Untuk meningkatkan keaktifan serta pemahaman peserta didik terkait materi yang telah dibahas, mintalah peserta didik untuk memerhatikan kembali Masalah 1.1 dan Evaluasi 1.1 (soal nomor 3 dan 4). Berdasarkan soal-soal tersebut mintalah peserta didik untuk mendiskusikan komponen x dan y dari masing-masing vektor posisi dalam soal-soal tersebut. Bimbinglah peserta didik untuk membuat kesimpulan. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi peserta didik untuk melakukan diskusi, sehingga peserta didik memperoleh jawaban dari pertanyaan-pertanyaan yang diajukan, yaitu sebagai berikut. 1. x dan y dari Masalah 1.1 x = t 3 + t ; y = 2t 2 2. x dan y dari Evaluasi 1.1 nomor 3 x = 2 + 4t + 4t 2 ; y = 1 + 6t + 3t 2 3. x dan y dari Evaluasi 1.1 nomor 4 x = t 2 + t ; y = 3t 4. Variabel t pada x dan y dari ketiga soal tersebut menunjukkan bahwa posisi benda selalu berubah terhadap waktu. Alangkah baiknya jika guru mengingatkan kembali peserta didik tentang konsep kecepatan rata-rata dan kecepatan sesaat pada garis lurus yang telah dipelajari pada kelas X. Sebagai bahan pengingat, mintalah perwakilan peserta didik untuk menjelaskan dan menuliskan persamaan konsep tersebut. Dalam pembahasan materi ini, guru hanya menambahkan penjelasan tentang keterkaitan penggunaan vektor untuk menentukan kecepatan rata-rata dan kecepatan sesaat suatu partikel pada suatu bidang.
2. Kecepatan
Untuk menentukan kecepatan rata-rata suatu partikel atau benda pada suatu bidang dapat menggunakan persamaan sebagai berikut.
r2 − r1 ∆r v = ∆t = t2 − t1 dengan: v = kecepatan rata-rata Δr = vektor perpindahan partikel r1 = vektor posisi pada t1 r2 = vektor posisi pada t2 Kecepatan rata-rata dapat dinyatakan kedalam bentuk komponen-komponen vektor, sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut. v=
Petunjuk Khusus
∆x ∆y i+ j ∆t ∆t
43
44
Hitam
Orange
v = vx ˆi + vy ˆj Tuntunlah peserta didik untuk menurunkan persamaan kecepatan sesaat suatu partikel atau benda yang bergerak pada suatu bidang. Kecepatan sesaat untuk gerak partikel pada bidang adalah turunan pertama dari fungsi r terhadap waktu t. Secara matematis dapat dituliskan sabagai berikut.
v=
dr dt
Kecepatan rata-rata dapat dinyatakan kedalam bentuk komponen-komponen vektor, sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut. v=
(
d x i + y j dt
) ⇔ v = dx i + dy j dt
dt
Tekankan kepada peserta didik bahwa besar kecepatan sesaat partikel yang bergerak pada suatu bidang, analog dengan perpindahan partikel pada suatu bidang. Sehingga dapat ditentukan dengan menggunakan teorema phytagoras dan arah vektor perpindahan dapat ditentukan dengan menggunakan konsep trigonometri. Besar dan arah kecepatan sesaat partikel yang bergerak pada suatu bidang dapat ditentukan menggunakan persamaan sebagai berikut.
v = vx2 + v y2
v θ = tan −1 y vx
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami cara menentukan kecepatan rata-rata dan sesaat partikel yang bergerak pada suatu bidang, berikanlah Masalah 1.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 8. Kemudian mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 1.2 yang terdapat pada halaman 9.
3. Percepatan Alangkah baiknya jika guru mengingatkan kembali peserta didik tentang konsep percepatan rata-rata dan percepatan sesaat pada garis lurus, yang telah dipelajari pada kelas X. Sebagai bahan pengingat, mintalah perwakilan peserta didik untuk menjelaskan dan menuliskan persamaan konsep tersebut. Dalam pembahasan materi ini, guru hanya menambahkan penjelasan tentang keterkaitan penggunaan vektor untuk menentukan percepatan rata-rata dan percepatan sesaat suatu partikel pada suatu bidang. Analog dengan kecepatan rata-rata, percepatan rata-rata pada suatu bidang dinyatakan dalam bentuk vektor dengan persamaan sebagai berikut.
44
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
45
Hitam
ar =
∆vx ∆v y i+ j ∆t ∆t
Orange
ar = arx i + ary j
sehingga
dengan: –a = percepatan rata-rata dalam arah x (m/s2) rx –a = percepatan rata-rata dalam arah y (m/s2) ry Percepatan sesaat pada suatu bidang dapat dinyatakan dalam bentuk komponen vektor dengan persamaan sebagai berikut. dv y dv a = dv = d (vx i + v y j ) a = x i + j dt dt dt dt Tekankan kepada peserta didik bahwa komponen-komponen percepatan sesaat merupakan turunan kedua koordinat posisi dari gerak partikel. Besar dan arah percepatan sesaat dapat ditentukan menggunakan rumus berikut. a = ax 2 + a y 2
tan =
ay = tan −1 ax
ay ax
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami cara menentukan percepatan rata-rata dan pencerminan sesaat partikel yang bergerak pada suatu bidang, berikanlah Masalah 1.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 11–13. Setelah itu, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 1.3 yang terdapat pada halaman 13.
E
Hubungan Posisi, Kecepatan, dan Percepatan dari Suatu Fungsi
Tekankan kepada peserta didik bahwa posisi suatu partikel dapat ditentukan dari suatu fungsi kecepatan, dengan menerapkan konsep integral. Jelaskan dan bimbinglah peserta didik untuk memperoleh posisi suatu partikel dari suatu fungsi kecepatan. Untuk menentukan posisi partikel pada bidang yang fungsi kecepatannya diketahui dapat ditentukan dengan metode integral dengan menggunakan persamaan berikut. t
t
r = ( x0 + vx dt ) i + ( y0 + v y dt ) j
∫ 0
∫ 0
Tekankan kepada peserta didik bahwa fungsi kecepatan suatu partikel dapat ditentukan dari suatu fungsi percepatan, dengan menerapkan konsep integral. Jelaskan dan bimbinglah peserta didik untuk memperoleh fungsi kecepatan suatu partikel dari suatu fungsi percepatan yang telah diketahui.
Petunjuk Khusus
45
46
Hitam
Orange
Sama halnya dengan menentukan posisi dari fungsi kecepatan, menentukan kecepatan dari fungsi percepatan juga dapat dilakukan dengan menggunakan metode integral. v
t
v0
0
∫ dv = ∫ a dt t
v − v0 = ∫ a dt 0
t
v = v0 + ∫ a dt 0
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami cara menentukan fungsi kecepatan partikel berdasarkan fungsi percepatannya, guru dapat memberikan Masalah 1.4 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 15–16. Sebagai bahan evaluasi bagi guru, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 1.4 yang terdapat pada halaman 16.
F
Gerak Parabola
Untuk memotivasi peserta didik tampilkanlah gambar seorang atlet yang melakukan lompat jauh ataupun gambar sebuah bola yang ditendang. Kemudian, berikan peserta didik pertanyaan yang mengarah kepada konsep gerak parabola. Misalnya, "gerakan apa yang terjadi pada gambar tersebut?" Jawaban yang diharapkan: "gerakan pada gambar tersebut merupakan salah satu contoh gerak parabola, karena lintasan gerak tersebut berbentuk setengah lingkaran." Sebelum Bapak/Ibu guru membahas materi ini, alangkah baiknya jika peserta didik melakukan Kegiatan 1.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 17. Mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasil kegiatan tersebut. Bukalah sesi tanya jawab agar peserta didik dapat saling bertukar pendapat. Guru membimbing peserta didik untuk bersama-sama menyimpulkan hasil percobaan tersebut.
Kegiatan Siswa 1.2 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik.Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu dapat menentukan sendiri alternatif alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini. Bimbinglah peserta didik untuk menganalisis Gambar 1.7 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI halaman 18, sehingga peserta didik dapat memahami persamaan-persamaan yang memengaruhi gerak parabola.
46
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
47
Hitam
y
H v
vy
P(x, y)
v0
vy = 0 vtx
v vx
yH
x v0y
Orange
vx
vy v
ay = –g
y α
O(0, 0)
A
v0x
vx v = – v0
xA
vy
x
v
Gambar 1.1 Lintasan gerak parabola suatu benda yang dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal V0 dan membentuk sudut α0
Berdasarkan gambar tersebut, dapat diperoleh persamaan sumbu x dan sumbu y sebagai berikut. vx= v0x = v0 cos α x = v0x t = v0 cos α × t
dan
v y = v0 y − gt = v0 sin − gt y = v0 y t − 12 gt 2 = (v0 sin )t − 12 gt 2
Tekankan kepada peserta didik bahwa gerak parabola pada sumbu x merupakan gerak lurus beraturan dan gerak pada sumbu y merupakan gerak lurus berubah beraturan. Untuk mengetahui besar kecepatan dan arah kecepatan benda dapat dinyatakan dalam persamaan matematis berikut ini. v = vx 2 + v y 2
;
tan =
vy vx
Komponen kecepatan benda pada saat di titik tertinggi (titik H) dapat dituliskan sebagai berikut. vy = 0 vx = v0x = v0 cos α Agar peserta didik lebih memahami pembahasan di atas, mintalah peserta didik untuk melakukan diskusi tentang penyebab terjadinya GLBB dalam arah sumbu Y pada gerak parabola. Setelah itu mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasil diskusi yang telah dilakukan di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi dan membimbing diskusi peserta didik, sehingga peserta didik memperoleh kesimpulan bahwa GLBB pada gerak parabola terjadi karena adanya gaya gravitasi pada benda dan semua gerakan pada benda diabaikan. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik tertinggi H (tinggi maksimum) dapat ditentukan sebagai berikut.
Petunjuk Khusus
47
48
Hitam
tH =
Orange
v0 sin g
dengan: tH = waktu untuk mencapai titik tertinggi (s) Koordinat titik tertinggi dapat dinyatakan dalam persamaan matematis berikut ini. xH =
v02 sin 2 2g
yH =
v02 sin 2 α 2g
Untuk mencapai titik terjauh (titik A) diperlukan waktu dua kali dari waktu untuk mencapai titik tertinggi (titik H), maka untuk titik terjauh berlaku persamaan sebagai berikut. tA =
2v0 sin 0 g
Untuk menentukan koordinat titik terjauh berlaku persamaan sebagai berikut. xH =
v02 sin 2 2g
dan
yA = 0
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami pemecahan masalah dalam gerak parabola, guru dapat memberikan Masalah 1.5 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 22. Sebagai bahan evaluasi bagi guru, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 1.5 yang terdapat pada halaman 22–23. Guru dapat memberikan ilustrasi seorang anak yang berada di atas kerata api yang bergerak dengan kecepatan tetap menjatuhkan uang logam ke bawah. Mintalah peserta didik untuk menggambarkan bentuk lintasan uang logam tersebut bila dilihat oleh anak tersebut dan bila dilihat oleh orang yang berdiri di atas dekat rel kereta api. Mintalah perwakilan peserta didik untuk menggambarkan lintasan tersebut di depan kelas. Dalam kegiatan ini guru diharapkan dapat memfasilitasi dan membimbing peserta didik untuk berpikir kritis terhadap permasalahan yang diajukan, sehingga peserta didik mampu menggambarkan lintasan uang logam sebagai berikut. dilihat oleh anak
48
dilihat oleh orang yang berdiri di atas tanah dekat rel kereta api
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
49
Hitam
G
Orange
Gerak Melingkar
Bapak/Ibu guru dapat mengingatkan kembali peserta didik tentang materi gerak melingkar yang telah dipelajari di kelas X, dengan memberikan pertanyaan kepada peserta didik. Misalnya, "apa yang menjadi ciri dari gerak melingkar dan apa saja contoh gerak melingkar dalam kehidupan sehari-hari?" Jawaban yang diharapkan: "ciri gerak melingkar adalah lintasannya berupa lingkaran. Contohnya adalah gerakan jarum jam, gerak roda sepeda, dan gerak kipas angin." Selain itu, guru dapat memberi penekanan kepada peserta didik bahwa besar kecepatan di posisi lintasan gerak melingkar selalu konstan, hanya arahnya yang berubah. Sebelum Bapak/Ibu guru membahas materi ini, alangkah baiknya jika peserta didik melakukan Kegiatan 1.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 23–24. Mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasil kegiatan tersebut. Bukalah sesi tanya jawab untuk melibatkan seluruh peserta didik agar proses pembelajaran dapat berpusat pada peserta didik. Guru membimbing peserta didik untuk bersama-sama menyimpulkan hasil percobaan tersebut.
Kegiatan Siswa 1.3 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini. Dalam praktikum membutuhkan simulator gerak melingkar. Guru dapat mencari simulator gerak lainnya yang masih terkait dengan kegiatan ini. Bapak/Ibu guru dapat mengingatkan kembali peserta didik tentang besaran-besaran fisika dalam gerak melingkar dengan meminta perwakilan peserta didik untuk mengemukakan besaran-besaran tersebut.
1. Hubungan Posisi Sudut dengan Posisi Linear
Jika benda bergerak melintasi panjang busur AB (s) secara langsung, maka perpindahannya akan membentuk sudut (θ) terhadap posisi awal. Hubungan antara panjang busur (s) dan sudut (θ) secara matematis adalah:
θ=
s r
dengan: θ = jarak sudut (rad) s = panjang busur (m) r = jari-jari lintasan (m)
2. Hubungan Kecepatan Sudut dengan Kecepatan Linear
Jika benda bergerak dari A ke B dalam selang waktu Δt sehingga membentuk sebuah sudut tertentu, Δθ. Hubungan keduanya merupakan kecepatan sudut rata-rata benda yang dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini.
Petunjuk Khusus
49
50
Hitam
ω=
Orange
θ1 − θ 0 ∆θ = t1 − t0 ∆t
Sedangkan untuk kecepatan sudut sesaatnya, dapat dinyatakan dalam persamaan matematis berikut ini. ∆θ dθ ω = lim = = ∆t → 0 dt ∆t Hubungan kecepatan sudut dengan kecepatan linear, dapat dinyatakan dalam persamaan matematis berikut ini. ∆s ∆θ .r v=ω r = = Δs = Δθ r = ∆t ∆t dengan: v = laju linear (m/s) ω = kecepatan sudut (rad/s) r = jari-jari lintasan (m)
3. Hubungan antara Percepatan Sudut dan Percepatan Linear
Dapat dinyatakan pada penurunan persamaan berikut ini. r.∆ω ∆v at = r α = at = = at = ∆t ∆t dengan: at = percepatan tangensial/linear (m/s2) r = jari-jari lintasan melingkar (m) α = percepatan sudut (rad/s2) Pada gerak melingkar berubah beraturan terdapat dua komponen percepatan yaitu percepatan tangensial dan percepatan sentripetal sehingga percepatan total yang dilakukan oleh benda yang dapat dinyatakan dalam persamaan matematis berikut ini. a = as2 + at2 , dengan arah tan θ =
at as
4. Hubungan Fungsi Posisi, Kecepatan, dan Percepatan Sudut
Untuk menentukan posisi sudut suatu partikel dari fungsi kecepatan sudut dapat menggunakan metode integral yang dapat dinyatakan dalam persamaan matematis berikut ini. t
0 dt 0
dengan: θ0 = posisi sudut awal (θ pada t = 0)
50
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
51
Hitam
Orange
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memecahkan permasalahan yang berhubungan dengan besaran-besaran fisis dalam gerak melingkar, guru dapat memberikan Masalah 1.6 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 28–29. Setelah itu, sebagai bahan evaluasi guru dapat meminta peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 1.6 yang terdapat pada halaman 30. Percepatan sudut sesaat adalah turunan kedua dari fungsi posisi sudut terhadap waktu yang dinyatakan dalam persamaan berikut.
d d 2 dt dt
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami pemecahan masalah dalam gerak melingkar guru dapat memberikan Masalah 1.7 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 31–32. Sebagai bahan evaluasi, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 1.7. yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI halaman 32.
H
Sikap dalam Pembelajaran tentang Gerak pada Bidang Dua Dimensi
Setelah mengalami proses pembelajaran melalui buku ini setidaknya ada beberapa pengembangan sikap yang dapat Anda rasakan, baik sikap dalam segi spiritual, sosial, maupun individual. Untuk merasakan sikap apa yang telah dikembangkan, marilah kita resapi penjelasan berikut ini. 1. Spiritual Sikap spiritual yang muncul pada pembelajaran dapat berasal dari pemahaman Anda tentang penerapan konsep gerak dua dimensi yang ada di lingkungan sekitar Anda. Banyaknya peristiwa yang ada di lingkungan Anda dapat dianalisis salah satunya dengan menggunakan konsep ini sehingga nantinya Anda mampu memahami bahwa semua peristiwa yang ada di alam semesta ini memiliki keteraturan. Setelah mampu memahami keteraturan kemudian Anda akan memiliki pertanyaan mengenai siapakah yang membuat alam semesta ini dapat teratur begitu sempurna. Ya, jawabannya hanyalah Tuhan Yang Maha Esa yang dapat membuat keteraturan tersebut. Oleh sebab itu, marilah kita syukuri segala karunia yang telah diberikan-Nya sehingga alam semesta ini dapat teratur dan menjadi tempat hidup yang nyaman bagi kita. 2. Sosial Sikap sosial yang muncul melalui pembelajaran ini adalah sikap suka bekerja sama dan dapat saling menghargai. Sikap-sikap ini dapat diperoleh melalui kegiatan-kegiatan yang telah Anda lakukan dengan cara berkelompok. Saat kegiatan yang melibatkan kelompok, pasti Anda akan membagi pekerjaan masingmasing agar dapat dikerjakan lebih cepat dan lebih baik. Selain itu, hasil pekerjaan teman kelompok yang lain harus dihargai sebagaimana mestinya, baik dengan cara menggunakan data yang telah didapat ataupun dengan cara membantunya dalam pengambilan data yang baik.
Petunjuk Khusus
51
52
Hitam
Orange
3. Individual Saat mempelajari gerak dalam bidang dua dimensi melalui buku ini, kita menggunakan simulator untuk mempelajari karakteristik geraknya. Simulator-simulator ini merupakan teknologi yang dapat mempermudah kita untuk memahami materi. Akan tetapi, kita terlebih dahulu harus mengetahui mekanisme kerja simulator tersebut. Dalam mempelajari mekanisme kerja simulator ini setidaknya kita bertanya mengenai bagaimana cara menggunakannya. Pertanyaan-pertanyaan seperti ini merupakan langkah awal yang baik dalam mengembangkan rasa ingin tahu. Gerak benda pada lintasan yang berbentuk parabola dan melingkar memiliki karakteristik yang berbeda di setiap titik atau posisi pada lintasannya. Untuk itu, dalam mengamati gerak dalam setiap posisi pada kedua jenis gerak tersebut kita harus teliti dan cermat agar tidak terjadi miskonsepsi. Jadi, secara tidak langsung kita sedang melatih sikap teliti dan cermat melalui materi ini. Sikap-sikap tadi sebaiknya Anda terapkan di lingkungan sekitar Anda, baik lingkungan alam maupun lingkungan sosial, sehingga lingkungan dapat merasakan manfaat dari keberadaan Anda. Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Gerak Dua Dimensi. Pada akhir bab alangkah baiknya Bapak/Ibu guru mengajak peserta didik untuk merefleksikan hikmah yang dapat diambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini sehingga berguna untuk hidup berketuhanan, bersosial, dan berbudaya.
I
Pengayaan Materi
Vektor Posisi untuk Gerak Tiga Dimensi Sebuah objek/benda yang berada di sebuah titik tertentu, baik itu di bidang 2 Dimensi (bidang datar) ataupun bidang 3 Dimensi, bisa dinyatakan ke dalam sebuah vektor. Vektor satuan pada sumbu X dinyatakan dengan i Vektor satuan pada sumbu Y dinyatakan dengan j Vektor satuan pada sumbu Z dinyatakan dengan k
y 2
1
z
x
1
Gambar 1.2 Contoh vektor pada bidang 3 dimensi
Apabila vektor pada Gambar 1.2 tersebut dituliskan maka didapat: i + 2j + k
52
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
53
Hitam
Orange
Contoh Soal Sebuah CD (Compact Disc) berputar dengan percepatan sudut α = 14t rad/s2, dengan t dalam sekon. Pada saat t = 0 sebuah titik berada pada sudut θ0 = 3 rad dengan kecepatan sudut awal ω0 = 2 rad/s. Nyatakanlah: a. kecepatan sudut sebagai fungsi waktu ω (t), b. posisi sudut sebagai fungsi waktu θ (t). Penyelesaian: a. Persamaan ω (t) ditentukan dengan mengintegralkan fungsi percepatan sudut.
ω(t)
t
t
0
0
= ω0 + ∫ α (t) dt = 2 + ∫ 14t dt = 2 + 7t2 rad/s
b. Persamaan θ (t) ditentukan dengan mengintegralkan fungsi kecepatan sudut.
J
t
t
0
0
θ(t) = θ0 + ∫ ω (t) dt = 3 + ∫ (2 + 7t2 ) dt = (3 + 2t + 73 t 3 ) rad
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada bab I adalah sebagai berikut. 1. Media visual : buku Fisika Kelas XI karya Sunardi dan Siti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Siswa (LKS). 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet 3. Media peraga : alat dan bahan praktikum
K
Bentuk Evaluasi
Untuk menguji pemahaman peserta didik terkait materi yang terdapat dalam bab I ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi yang dapat dipergunakan sebagai berikut. 1. Soal evaluasi, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal-soal pada setiap akhir subbab terdiri atas soal-soal uraian. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 23) 2. Soal evaluasi di akhir bab, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23-24) 3. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku bekerja sama, saling menghargai, cermat, teliti, memiliki rasa syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa di lingkungan sekitarnya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku siswa Fisika, halaman 42) 4. Refleksi, merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemukakan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya dalam konteks pencapaian diri. (Format tabel refleksi tertera pada buku siswa Fisika, halaman 38) 5. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format tabel penilaian kegiatan kajian literatur tertera pada petunjuk umum, halaman 25) 6. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik untuk dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 25-26) Petunjuk Khusus
53
54
Hitam
Orange
7. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 27-28) 8. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 26-27) 9. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains siswa ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 35) 10. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 29-30)
L
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial. Kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan ajar yang diremedi. Contoh soal untuk remedial bab adalah sebagai berikut. 1. Sebuah partikel bergerak dalam lintasan lurus dengan vektor posisi 3t2 – 2t + 24, x dalam meter dan t dalam sekon. Tentukan kecepatan rata-rata partikel tersebut antara t = 0 dan t = 2 sekon. Pembahasan: Saat t = 0 sekon → x1 = 3(0)2 – 2(0) + 24 = 24 meter Saat t = 2 sekon → x2 = 3(2)2 – 2(2) + 24 = 32 meter Kecepatan rata-rata partikel: ∆x x2 − x1 32 − 24 8 v= = = = = 4 m/s ∆t t2 − t1 2−0 2 2. Sebuah kincir berputar memiliki kecepatan sudut ω = 6t2 – 8t + 30, ω dalam rad/s dan t dalam sekon. Tentukan: a. persamaan posisi sudutnya; b. persamaan percepatan sudutnya; c. hitung percepatan sudut pada t = 2 sekon. Pembahasan: a. persamaan posisi sudut θ = ∫ (6t2 – 8t + 30) dt θ = 2t3 – 4t2 + 30t
54
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
55
Hitam
Orange
b. persamaan percepatan sudut ω = 6t2 – 8t + 30 dÉ d = = ( 6t 2 − 8t + 30 ) d t dt α = (12t – 8) m/s2 c. saat t = 2 sekon α = (12)(2) – 8 = 16 m/s2
M
Rangkuman
1. Vektor posisi r mempunyai arah dari titik asal ke posisi partikel. Vektor posisi partikel pada bidang x-O-y dinyatakan sebagai r = xˆi + yˆj Vektor perpindahan ∆r dinyatakan sebagai ∆r = r2 – r1 Besar perpindahan dinyatakan sebagai: ∆r = ∆x 2 + ∆y 2 2. Kecepatan rata-rata v = v i + v j x
y
Kecepatan sesaat v = lim v r = dr = vx i + v y j ∆ t →0 dt Kecepatan sesaat suatu benda dapat diperoleh dari garis singgung pada kurva lintasan. Besar kecepatan dinyatakan sebagai: v = vx 2 + v y 2 3. Percepatan rata-rata a = a i + a j x
y
Percepatan sesaat a = lim ar = dv = ax i + a y j ∆t → 0 dt Percepatan sesaat dapat diperoleh dari garis singgung pada kurva kecepatan. Jika garis singgung terhadap kurva kecepatan membentuk sudut α terhadap sumbu t, maka berlaku: a = tan α 4. Gerak parabola dapat ditinjau dalam dua arah, yaitu arah horizontal (sumbu x) dan arah vertikal (sumbu y). a. Gerak pada sumbu x (horizontal) adalah gerak lurus beraturan, sehingga berlaku persamaan-persamaan: vx = v0x = v0 cos α x = vx t = v0 t cos α
Petunjuk Khusus
55
56
Hitam
Orange
b. Gerak pada sumbu y (vertikal) adalah gerak lurus berubah beraturan. Jika ditetapkan arah ke atas adalah positif maka percepatan vertikal ay = –g, dan berlaku persamaanpersamaan: v0 y v0 sin v y v0 y a y t v y v0 y gt 1 y v0 y t a y t 2 2 1 y v0 y t gt 2 2
1 y v0 sin t gt 2 2
5. Besar kecepatan benda pada saat t ditentukan sebagai berikut. v = vx 2 + v y 2
Arah kecepatan benda terhadap sumbu mendatar (sumbu x) dirumuskan sebagai berikut. vy tanα = vx
6. Pada gerak parabola dengan lintasan dari tanah kembali ke tanah berlaku persamaan-persamaan berikut. a. Tinggi maksimum (yH) yang dapat dicapai dalam gerak parabola. v02 sin 2 α 0 2g b. Waktu untuk mencapai titik tertinggi (H) yH =
v0 sinα 0 2 yH = g g Waktu untuk mencapai titik terjauh (titik A) sama dengan dua kali waktu untuk mencapai titik tertinggi (tA = 2 tH). c. Jarak horizontal dari titik tertinggi (H): tH =
v02 sin 2α 0 2g Jarak terjauh yang dapat dicapai dalam gerak parabola. xH =
v02 sin 2α 0 g 7. Kecepatan sudut rata-rata ∆θ θ 2 − θ1 = ω= ∆t t2 − t1 x A = 2 xH =
56
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
57
Hitam
Orange
Kecepatan sudut sesaat ∆θ dθ ω = lim ω = lim = ∆t → 0 ∆t → 0 ∆t dt 8. Percepatan sudut dω d 2θ = dt dt 9. Hubungan besaran fisika pada gerak melingkar dan gerak lurus. a. posisi sudut dengan posisi gerak lurus s θ= r α=
dengan: θ = perpindahan atau jarak sudut (rad) s = panjang busur/ jarak linear (m) r = jari-jari lintasan (m) b. kecepatan sudut dengan kecepatan linear v=ωr dengan: v = laju linear (m/s) ω = kecepatan sudut (rad/s) r = jari-jari lintasan (m) c. percepatan sudut dengan percepatan linear at = r α dengan: at = percepatan tangensial/linear (m/s2) r = jari-jari lintasan melingkar (m) α = percepatan sudut (rad/s2) d. percepatan total a a = as2 + at2 , dengan arah tan θ = t as dengan:
a = percepatan total (m/s2)
Petunjuk Khusus
57
58
Hitam
N
Orange
Penutup
Setelah peserta didik mempelajari materi pada bab ini, peserta didik akan belajar mengenai hukum Newton tentang gravitasi. Materi mengenai gerak dua dimensi sangat bermanfaat dalam mempelajari konsep pada bab-bab selanjutnya, termasuk konsep hukum Newton tentang gravitasi. Oleh sebab itu, berilah motivasi pada peserta didik bahwa materi yang telah dipelajari masih terhubung dengan materi yang lain sehingga peserta didik mendapatkan suatu motivasi, yaitu khususnya dalam Fisika suatu konsep atau materi saling terkait satu sama lain. Pada umumnya, peserta didik akan merasakan bahwa hidup seorang manusia saling terhubung dengan semua makhluk hidup ciptaan Tuhan dimana semuanya saling membutuhkan.
58
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
59
Hitam
Orange
Bab II Hukum Newton tentang Gravitasi
Sumber: http://www.digaleri.com/2013/01/gambar-planet-di-tata-surya.html
Pada KD 3.2 dan 4.2 kedalaman materi ditekankan pada hukum Newton tentang gravitasi. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan penemuan fenomena gravitasi, merumuskan persamaan gaya gravitasi umum Newton, merumuskan nilai percepatan gravitasi, dan merumuskan hubungan gravitasi Newton dengan hukum Kepler yang berkaitan dengan hukum gravitasi umum Newton. Kajian tentang hukum Newton tentang gravitasi dapat ditinjau dari gaya gravitasi dan medan gravitasi serta hukum Kepler yang berkaitan dengan hukum gravitasi umum Newton. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan gaya gravitasi di antara dua benda. Peserta didik juga diharapkan dapat menjelaskan keteraturan gerak planet dalam tata surya dan gerak satelit mengelilingi planet berdasarkan hukum Newton dan hukum Kepler. Alangkah baiknya jika dalam mempelajari hukum Newton tentang gravitasi ini menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah dinamika, hukum Newton, dan gerak melingkar.
Petunjuk Khusus
59
60
Hitam
A
Orange
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
Indikator Pembelajaran
3.2
Mengevaluasi pemikiran dirinya terhadap keteraturan gerak planet dalam tata surya berdasarkan hukumhukum Newton.
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4
4.2
Menyajikan data dan informasi tentang satelit buatan yang mengorbit bumi dan permasalahan yang ditimbulkannya.
4.2.1 Menghitung gaya gravitasi pada benda. 4.2.2 Menghitung percepatan gravitasi berdasarkan kuat medan magnet.
B
Mendeskripsikan penemuan fenomena gaya gravitasi. Merumuskan persamaan gravitasi umum Newton. Merumuskan nilai percepatan gravitasi. Menganalisis hubungan antara gaya gravitasi dengan massa benda dan jaraknya. 3.2.5 Mengidentifikasi gerak planet dalam tata surya berdasarkan hukum Kepler. 3.2.6 Menganalisis hubungan hukum gravitasi Newton dengan hukum Kepler.
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan diskusi “ilustrasi Gunung Newton”, peserta didik dapat mendeskripsikan penemuan fenomena gaya gravitasi. 2. Setelah melakukan kajian literatur tentang gaya gravitasi, peserta didik dapat merumuskan hukum gravitasi Newton. 3. Setelah melakukan praktikum tentang gaya gravitasi pada benda, peserta didik dapat merumuskan nilai percepatan gravitasi. 4. Setelah menganalisis grafik hubungan percepatan jarak dari pusat bumi, peserta didik dapat memahami hubungan percepatan gravitasi dengan jarak dari pusat bumi. 5. Setelah melakukan kajian literatur tentang hukum Kepler, peserta didik dapat mengidentifikasi gerak planet dalam tata surya berdasarkan hukum Kepler. 6. Setelah melakukan kajian literatur tentang hubungan hukum gravitasi Newton dengan hukum Kepler, peserta didik dapat menganalisis hubungan hukum gravitasi Newton dengan hukum Kepler.
C
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada peserta didik antara lain sebagai berikut. 60
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
61
Hitam
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Orange
Apa yang dimaksud dengan gaya gravitasi? Dapatkah Anda memberi contoh pembuktian bahwa gaya gravitasi benar adanya? Faktor apakah yang memengaruhi kuat medan gravitasi di permukaan bumi? Bagaimana cara mengukur percepatan gravitasi bumi? Apa bunyi hukum I, II, dan III Newton? Apa bunyi hukum I, II, dan III Kepler?
D
Gaya Gravitasi Antarpartikel
Untuk menjelaskan materi ini, alangkah baiknya sebelum masuk ke dalam pembelajaran, guru mempersiapkan sebuah benda yang dapat merangsang serta mengingatkan kembali peserta didik tentang gaya gravitasi. Contoh, benda yang ada di sekitar ruangan kelas misalnya spidol. Peserta didik diminta untuk mengamati faktor yang memengaruhi spidol tersebut dapat jatuh ke bawah bila dijatuhkan. Selanjutnya guru meminta beberapa peserta didik untuk mengungkapkan hasil pengamatannya tersebut. Kalimat yang diharapkan keluar dari peserta didik yakni, “spidol tersebut dapat jatuh ke bawah diakibatkan tarikan gaya gravitasi bumi.” Gaya gravitasi merupakan gaya tarik yang berasal dari pusat bumi yang bekerja pada benda sehingga benda tersebut akan selalu jatuh menuju pusat bumi. Mintalah peserta didik untuk memerhatikan Gambar 2.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 45. Setelah itu arahkan peserta didik untuk menginterpretasikan maksud dari gambar tersebut. Kemudian guru dapat meminta peserta didik untuk melakukan diskusi. Guru dapat mengajukan pertanyaan untuk menjadi bahan diskusi bagi peserta didik. Misalnya “Apa yang akan terjadi pada peluru meriam pada Gambar 2.1, jika tidak ada gaya gravitasi yang bekerja padanya?” Mintalah peserta didik untuk mendiskusikannya. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk memperoleh kesimpulan hasil diskusi, yaitu “gaya gravitasi menjaga peluru meriam untuk tetap berada dalam lintasan melingkarnya. Tanpa adanya gaya gravitasi peluru meriam yang ditembakkan akan bergerak mengikuti lintasan yang lurus seperti gambar di bawah ini.
Berdasarkan penelitiannya, Newton mengemukakan hukum gravitasi umum, yaitu “Gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya tarik menarik yang besarnya berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua pusat benda tersebut”. Secara sistematis hukum tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut.
Petunjuk Khusus
61
62
Hitam
m m Fg = G 1 2 2 r
Orange
dengan: G = tetapan gravitasi umum
Untuk meningkatkan penguasaan konsep peserta didik, guru dapat mengajukan beberapa pertanyaan misalnya “Apa yang terjadi pada gaya gravitasi di antara dua buah benda jika jarak kedua benda diperbesar menjadi dua kali semula? dan Apa yang terjadi jika pada gaya gravitasi di antara dua benda jika massa salah satu benda diperbesar menjadi 8 kali semula?” Mintalah peserta didik melakukan simulasi perhitungan sederhana untuk menjawab pertanyaan yang Bapak/Ibu ajukan. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi peserta didik untuk memperoleh jawaban dari kedua pertanyaan tersebut, yaitu: m1m2 F1 r12 = F2 G m1m2 2r12 G
1.
F1 4r12 F = 2 ⇒ F2 = 1 F2 r1 4 Gaya gravitasi di antara kedua benda seperempat lebih kecil dari gaya gravitasi mula-mula.
m1m2 F r12 2. 1 = F2 G m1 (8m1 ) r12 G
F2 = 8 F1 Gaya gravitasi di antara kedua benda menjadi delapan kali lebih besar dari gaya gravitasi mula-mula.
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami penggunaan persamaan hukum gravitasi umum, berikanlah Masalah 2.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 48-50. Sebagai bahan evaluasi bagi guru, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 2.1, yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI, halaman 50.
E
Kuat Medan Gravitasi dan Percepatan Gravitasi
Sebaiknya, sebelum guru menjelaskan materi kuat medan gravitasi dan percepatan gravitasi guru mengingatkan kembali akan peristiwa jatuhnya buah kelapa dari pohonnya akibat tarikan gaya gravitasi bumi. Jelaskan pula kepada siswa bahwa daerah di sekitar bumi yang masih dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi ini disebut dengan medan gravitasi bumi. Tekankan kepada peserta didik bahwa gaya gravitasi bukanlah merupakan gaya kontak, melainkan gaya yang bekerja melalui suatu jarak dalam ruang. Daerah di sekitar bumi yang masih dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi disebut medan gravitasi. Medan gravitasi dapat divisualisasikan dalam bentuk garis-garis berarah serta dapat menggunakan garis-garis medan yang ditunjukkan pada gambar berikut ini.
62
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
63
Hitam
M
Orange
3M
(a) (b) Gambar 2.1 (a) Garis-garis medan gravitasi di sekitar benda bermassa M (b) dan di sekitar sebuah benda bermassa 3M
Agar peserta didik lebih memahami lagi tentang garis-garis medan gravitasi, mintalah peserta didik untuk mengamati kembali Gambar 2.1 di atas, kemudian arahkan peserta didik untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritisnya dengan cara mengajukan beberapa pertanyaan. Misalnya “Mengapa arah medan gravitasi radial menuju ke benda sumber?” dan “Coba jelaskan mengapa garis medan gravitasi benda bermassa 3M lebih rapat daripada garis medan gravitasi benda bermassa M?” Mintalah beberapa perwakilan peserta didik untuk membacakan hasil kegiatannya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk mengemukakan pemikirannya secara kritis dalam rangka memperoleh jawaban dari pertanyaan-pertanyaan yang diajukan, yaitu sebagai berikut. 1. Medan gravitasi mempunyai arah radial menuju ke benda sumber karena hal ini menyatakan arah vektor gaya yang dialami oleh benda uji di sekitar benda sumber tersebut. 2. Gaya gravitasi sebanding dengan massa benda, sehingga semakin kuat besar massa benda semakin besar gaya gravitasi dan juga semakin besar medan gravitasi. GM g = 2 → Gambar 2.1 a r g
G 3M r2
→ Gambar 2.1 b
Besaran yang menyatakan medan gravitasi disebut dengan kuat medan gravitasi. Kuat medan gravitasi g disebut juga percepatan gravitasi. Persamaan kuat medan gravitasi dapat dirumuskan sebagai berikut. g =
G
Mm r 2 = GM m r2
dengan: M = massa benda sumber (kg) r = jarak suatu titik ke benda sumber (m) Petunjuk Khusus
63
64
Hitam
Orange
Jelaskan kepada peserta didik berdasarkan persamaan tersebut, dapat terlihat bahwa percepatan gravitasi bergantung pada massa bumi dan jarak benda dari pusat bumi (lokasi benda). Agar dapat meningkatkan penguasaan konsep peserta didik, guru dapat mengajukan pertanyaan kepada peserta didik. Misalnya “bagaimana perbedaan percepatan gravitasi atau kuat medan gravitasi bumi di bagian kutub dan khatulistiwa?. Mintalah peserta didik untuk membuat jawaban dari pertanyaan tadi pada kertas terpisah. Mintalah perwakilan peserta didik untuk membacakannya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi GM peserta didik untuk menggunakan konsep percepatan gravitasi, yaitu g = 2 . Karena r rkutub < rkhatulistiwa, maka peserta didik diharapkan memperoleh kesimpulan “g di kutub > g di khatulistiwa”. Sebagai aplikasi dari materi pelajaran yang telah disampaikan kepada peserta didik, alangkah baiknya jika Bapak/ibu guru dapat memberikan contoh soal yang berkaitan dengan kuat medan gravitasi dan percepatan gravitasi seperti Masalah 2.2 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 53-54.
F
Hukum Kepler
Sebelum guru memberikan penjelasan mengenai materi hukum Kepler, alangkah baiknya bila guru mengarahkan peserta didik untuk mengingat kembali tentang materi periode benda yang melingkar.
1. Hukum I Kepler
Hukum ini menjelaskan bahwa planet-planet yang mengitari lintasannya digambarkan sebagai elips (hukum lintasan elips).
2. Hukum II Kepler (hukum luas yang sama) Hukum ini menjelaskan jika sebuah garis digambarkan dari pusat planet ke pusat matahari kemudian planet bergerak mengelilingi matahari mengikuti lintasan elips, maka garis tersebut akan menyapu luas daerah yang sama dalam periode waktu yang sama. Daerah yang terbentuk ketika planet dekat dengan matahari dapat diperkirakan sebagai segitiga yang pendek tetapi lebar. Sedangkan daerah yang terbentuk ketika planet jauh dengan matahari dapat diperkirakan sebagai segitiga yang panjang tetapi sempit.
64
Gambar 2.2 Sebuah garis khayal yang digambar dari matahari ke planet menyapu luas daerah yang sama dalam selang waktu yang sama
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
65
Hitam
Orange
3. Hukum III Kepler (hukum harmonik)
Hukum ini menjelaskan tentang perbandingan periode orbit dan jari-jari dari suatu planet terhadap planet yang lain. Menurut hukum ini, perbandingan dari kuadrat periode terhadap pangkat tiga jarak rata-rata dari matahari adalah sama untuk setiap planet. Hukum ini dapat dituliskan sebagai berikut. T2 =k R3 T12 T2 2 = R13 R23 dengan: T = periode planet mengelilingi matahari (s) R = jarak rata-rata planet ke matahari (m)
Untuk mempermudah peserta didik dalam memahami periode orbit dan jarak rata-rata antara T2 matahari ke Bumi dan matahari ke Mars, gunakanlah tabel perbandingan 3 Bumi dan Mars R T2 serta perbandingan 3 beberapa planet. R
Tabel 2.1 Perbandingan
T 2 Bumi dan Mars R3
Planet
T (s)
R (m)
T 2 (s2/m3) R3
Bumi Mars
3,156 × 107 5,93 × 107
1,4957 × 1011 2,278 × 1011
2,977 × 10–19 2,975 × 10–19
2 Tabel 2.2 Perbandingan T beberapa planet
R3
T (tahun)
R (sa)
T2 R3
Merkurius
0,241
0,39
0,98
Venus
0,615
0,72
1,01
Bumi
1,00
1,00
1,00
Mars
1,88
1,52
1,01
Jupiter
11,8
5,20
0,99
Saturnus
29,5
9,54
1,00
Uranus
84,0
19,18
1,00
Neptunus
164,8
30,6
Planet
Petunjuk Khusus
1,00
1 sa ( sa = satuan astronomi) = 1,4957 × 10 m 11
65
66
Hitam
Orange
Sebagai bahan evaluasi, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 2.2, yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI, halaman 56. Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Hukum Newton tentang Gravitasi. Pada akhir bab alangkah baiknya jika Bapak/Ibu guru mengajak peserta didik untuk merefleksikan hikmah yang dapat diambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini sehingga berguna untuk hidup berketuhanan, bersosial, dan berbudaya.
G
Jujur dan Taat dalam Menerapkan Hukumhukum Newton dan Tiga Hukum Kepler
Hukum-hukum Newton dan tiga hukum Kepler merupakan hukum-hukum alam yang pasti dan telah teruji kebenarannya. Pemahaman dan penerapan hukum-hukum Newton dan tiga hukum Kepler memberikan implikasi akan pentingnya kejujuran, ketaatan, dan ketelitian. Perilaku-perilaku yang menyimpang dari hukum-hukum alam akan berakibat negatif dan menimbulkan penyimpanganpenyimpangan baru. Kepastian hukum-hukum alam ini merupakan wujud dari kepastian akan hukumhukum Tuhan yang berlaku bagi alam semesta dan seisinya, termasuk umat manusia. Oleh karena itu, sebagai makhluk ciptaan Tuhan yang paling sempurna, sudah semestinya dengan tingkat kecerdasan yang dianugerahkan oleh Tuhan, manusia mampu dan pandai mentaati dan mempelajari hukum-hukum Tuhan. Manusia seharusnya tunduk dan patuh pada ajaran Tuhan agar dapat hidup dengan lebih baik dan dapat mengelola alam dengan sebaik-baiknya sebagai tempat hidupnya yang penuh anugerah dan keberkahan. Hukum-hukum Tuhan tidak pernah salah dan pasti bermanfaat bagi umat-Nya. Pernahkah Anda merenungkan bagaimana keadaan makhluk hidup di bumi jika tidak ada gravitasi? Tentu kita akan melayang-layang dan terhempas ke luar angkasa yang gelap dan tanpa udara. Kemudian jika tanpa gravitasi bumi, apakah bulan akan selalu mengitari bumi? Tentu saja tidak, tanpa gravitasi bumi, bulan akan keluar dari lintasan lingkarannya dan tidak mengelilingi bumi lagi. Melalui materi ini kita bisa banyak tahu tentang gravitasi dan manfaat-manfaat bagi kehidupan di bumi. Selain dua manfaat di atas, masih banyak manfaat gravitasi bagi makhluk hidup di bumi khususnya manusia. Karena itu, kita harus bersyukur atas salah satu nikmat terbesar dari Tuhan Yang Maha Kuasa, yaitu gravitasi.
H
Pengayaan Materi
Energi Potensial Gravitasi
Energi potensial gravitasi Newton adalah energi potensial gravitasi antara dua benda angkasa. Energi ini dirumuskan sebagai berikut: Mm Ep = −G r
66
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
67
Hitam
Orange
Ketarangan: Ep : energi potensial gravitasi Newton (joule) M : massa planet (kg) m : massa benda (kg) r : jarak benda ke pusat planet (m) G : tetapan gravitasi universal = 6,673 × 10–11 N.m2/kg2 Dari rumus di atas terlihat bahwa Ep bernilai negatif. Artinya, untuk memindahkan benda dari posisi tertentu ke posisi lain yang jaraknya lebih jauh dari pusat planet diperlukan sejumlah energi. Selain itu, tanda negatif pada Ep juga menunjukkan bahwa suatu planet akan tetap terikat pada medan gravitasi matahari, sehingga planet tetap berada pada orbitnya.
I
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada bab II adalah sebagai berikut. 1. Media Visual : buku Fisika kelas XI karya Sunardi dan Siti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Siswa (LKS). 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet.
J
Bentuk Evaluasi
Untuk menguji pemahaman peserta didik terkait materi yang terdapat dalam bab II ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi yang dapat dipergunakan, sebagai berikut. 1. Soal evaluasi, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal-soal pada setiap akhir subbab terdiri atas soal-soal uraian. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 23) 2. Soal evaluasi di akhir bab, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23-24) 3. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku bekerja sama, saling menghargai, cermat, teliti, memiliki rasa syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa di lingkungan sekitaranya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku siswa Fisika, halaman 62) 4. Refleksi, merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemukakan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya terkait dalam konteks pencapaian diri. (Format tabel refleksi tertera pada buku siswa Fisika, halaman 59) 5. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format tabel penilaian kegiatan kajian literatur tertera pada petunjuk umum, halaman 25) 6. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 25-26) 7. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 27-28) Petunjuk Khusus
67
68
Hitam
Orange
8. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 26-27) 9. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains siswa ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 35) 10. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 29-30)
K
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial, kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan yang diremedi. Contoh soal remedial: 1. Dua buah benda bermassa 6 kg dan 8 kg terpisah sejauh 60 cm. Tentukan gaya tarik menarik yang bekerja antara kedua benda tersebut! Pembahasan: m1 = 6 kg r = 60 cm = 0,6 m m2 = 8 kg G = 6,67 × 10–11 N m2/kg2 Gaya gravitasi yang bekerja antara kedua benda adalah ( 6 kg )(8 kg ) = 8, 89 × 10−9 N m m F = G 1 2 2 = 6, 67 × 10−11 N m 2 /kg 2 2 r ( 0, 6 m ) 2. Tentukan gaya gravitasi yang bekerja di antara bumi (M = 5,98 × 1024 kg) dan orang bermassa 70 kg yang berdiri di permukaan bumi yang jaraknya 6,38 × 106 m dari pusat bumi. Pembahasan: G = 6,67 × 10–11 N m2/kg2 m2 = 70 kg 24 M = m1 = 5,98 × 10 kg r = 6,38 × 106 m Gaya gravitasi yang bekerja di antara bumi dan orang adalah 5, 98 × 1024 kg ) ( 70 kg ) m1 m2 −11 2 2 ( F = G 2 = ( 6, 67 × 10 N m /kg ) = 685, 94 N 2 r ( 6, 38 ×106 m )
3. Tentukan gravitasi yang dialami suatu pesawat yang berada pada ketinggian setengah dari jari-jari Bumi. (jari-jari Bumi = 6400 km, gravitasi bumi = 9,8 m/s2) Pembahasan: 1 3 gA = gravitasi bumi = 9,8 m/s2 rB = R + R = R 2 2 r = R = 6400 km A
maka, gravitasi yang dialami pesawat adalah
68
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
69
Hitam
Orange
GM 2 g B rB = g A GM 2 rB
2 2 2 = rA = R = 2 = 4 rB 32 R 3 9 4 4 g B = g A = ( 9, 8 m/s 2 ) = 4, 4 m/s 2 9 9
L
Rangkuman
1. Hukum gravitasi umum Newton menyatakan bahwa gaya gravitasi antara dua buah benda merupakan gaya tarik-menarik yang besarnya berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua pusat benda tersebut. Secara matematis ditulis sebagai berikut. m m Fg = G 1 2 2 r 2. Nilai tetapan gravitasi umum (G) pertama kali ditentukan oleh Henry Cavendish dengan menggunakan neraca Cavendish, yaitu G = 6,6754 × 10–11 Nm2/kg2. 3. Kuat medan gravitasi atau percepatan gravitasi adalah gaya gravitasi per satuan massa suatu benda. Secara matematis ditulis sebagai berikut. F GM g = = m r2 4. Kuat medan gravitasi atau percepatan gravitasi pada ketinggian tertentu dari permukaan bumi dapat dirumuskan sebagai berikut. 2 g'= R 2 g ( R + h) 5. Perbandingan percepatan gravitasi dua buah planet adalah sebagai berikut. 2 mB rA gB = × gA mA rB 6. Hukum pertama Kepler atau hukum lintasan elips berbunyi: “Lintasan planet-planet yang mengitari matahari berbentuk elips dengan pusat matahari berada pada salah satu titik fokusnya”. Hukum kedua Kepler atau hukum luas yang sama berbunyi “Suatu garis khayal yang dilukis dari pusat matahari ke pusat planet akan menyapu luas daerah yang sama dalam selang waktu yang sama”. Hukum ketiga Kepler atau hukum harmonik berbunyi “ Perbandingan kuadrat periode dari dua planet sembarang sama dengan perbandingan pangkat tiga dari jarak rata-rata kedua planet tersebut dari matahari”.
Petunjuk Khusus
69
70
Hitam
Orange
7. Hukum ketiga Kepler ini dapat ditulis dalam bentuk persamaan sebagai berikut. T12 R13 T2 = ⇔ = k R3 T2 2 R23 8. Hubungan hukum gravitasi Newton dengan hukum ketiga Kepler adalah sebagai berikut. T2 4 π2 k = 3 = R G Mm
M
Penutup
Setelah peserta didik mempelajari materi pada bab ini, peserta didik akan belajar mengenai usaha dan energi. Untuk materi mengenai hukum Newton tentang gravitasi sangat bermanfaat dalam mempelajari konsep-konsep pada bab-bab selanjutnya, termasuk konsep usaha dan energi. Oleh sebab itu, berilah motivasi pada peserta didik bahwa materi yang telah dipelajari masih terhubung dengan materi yang lain sehingga peserta didik mendapatkan suatu motivasi, yaitu pada khususnya dalam Fisika, suatu konsep atau materi saling terkait satu sama lain. Pada umumnya, peserta didik akan merasakan bahwa hidup seorang manusia saling terhubung dengan semua makhluk hidup ciptaanTuhan dimana semuanya saling membutuhkan.
70
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
71
Hitam
Orange
Bab III Usaha dan Energi
Sumber: http://ainurrizki.wordpress.com/2011/03/18/plta/
Pada KD 3.3 dan 4.3 kedalaman materi ditekankan pada usaha dan energi. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan energi kinetik, energi potensial gravitasi, dan energi potensial pegas. Kajian tentang usaha dan energi dapat ditinjau dari konsep usaha dan hubungan usaha dengan energi potensial serta energi kinetik. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan hubungan usaha dengan energi potensial dan hubungan usaha dengan energi kinetik. Peserta didik juga diharapkan dapat menjelaskan hukum kekekalan energi mekanik dan konsep daya. Alangkah baiknya jika dalam membahas usaha dan energi ini menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah gaya, energi, dan usaha yang pernah didapat di SMP/MTs kelas VIII dan hukum II Newton yang pernah dipelajari ketika kelas X SMA/MA.
Petunjuk Khusus
71
72
Hitam
A
Orange
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
Indikator Pembelajaran
3.3
Menganalisis konsep energi, usaha, hubungan usaha dan perubahan energi, dan hukum kekekalan energi untuk menyelesaikan permasalahan gerak dalam kejadian sehari-hari.
3.3.1 Menjelaskan karakteristik energi kinetik dan energi potensial (gravitasi dan pegas). 3.3.2 Merumuskan persamaan energi kinetik dan energi potensial (gravitasi dan pegas). 3.3.3 Menghitung besar energi kinetik dan energi potensial (gravitasi dan pegas). 3.3.4 Mendeskripsikan konsep usaha dalam fisika. 3.3.5 Menghitung besar usaha untuk menyelesaikan permasalahan dalam kehidupan sehari-hari. 3.3.6 Menganalisis hubungan antara usaha dengan energi potensial dalam kejadian sehari-hari. 3.3.7 Menganalisis hubungan antara usaha dan energi kinetik dalam kejadian sehari-hari. 3.3.8 Merumuskan bentuk hukum kekekalan energi mekanik.
4.3
Memecahkan masalah dengan menggunakan metode ilmiah terkait dengan konsep gaya dan kekekalan energi.
4.3.1 Menghubungkan konsep gaya untuk memecahkan masalah nyata. 4.3.2 Menghubungkan konsep kekekalan energi untuk memecahkan masalah nyata.
B
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan kegiatan praktikum tentang energi kinetik dan energi potensial, peserta didik dapat menjelaskan karakteristik energi kinetik dan energi potensial (gravitasi dan pegas). 2. Setelah melakukan kajian literatur tentang energi kinetik dan energi potensial, peserta didik dapat merumuskan persamaan energi kinetik dan energi potensial (gravitasi dan pegas). 3. Setelah melakukan kajian literatur tentang energi kinetik dan energi potensial peserta didik dapat menghitung besar energi kinetik dan energi potensial (gravitasi dan pegas). 4. Setelah melakukan kegiatan diskusi, peserta didik dapat mendeskripsikan konsep usaha dalam fisika. 5. Setelah melakukan kegiatan diskusi, peserta didik dapat menghitung besar usaha untuk menyelesaikan permasalahan dalam kehidupan sehari-hari. 6. Setelah menganalisis gambar, peserta didik dapat menganalisis hubungan usaha dan energi potensial. 7. Setelah menganalisis gambar, peserta didik dapat menganalisis hubungan usaha dan energi kinetik. 8. Setelah mengamati penjelasan guru mengenai hukum kekekalan energi mekanik, peserta didik dapat merumuskan bentuk hukum kekekalan energi mekanik.
72
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
73
Hitam
C
Orange
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada siswa antara lain sebagai berikut. 1. Apa yang dimaksud dengan usaha dalam fisika? 2. Apakah yang dimaksud dengan teorema usaha-energi? 3. Apa yang dimaksud dengan energi kinetik? 4. Apa yang dimaksud dengan energi potensial? 5. Bagaimana persamaan dari energi potensial dan kinetik? 6. Apa bunyi dari hukum kekekalan energi mekanik?
D
Energi Kinetik dan Energi Potensial (Gravitasi dan Pegas)
Ketika peserta didik akan mempelajari materi pada subbab ini, guru dapat menggunakan berbagai macam media, seperti gambar, video, atau animasi yang relevan. Hal ini bertujuan untuk membangkitkan motivasi belajar peserta didik dan peserta didik dapat lebih mudah memahami konsep yang akan dipelajari. Contoh video dan animasi mengenai usaha dan energi dapat dilihat pada situs berikut. http://www.youtube.com/watch?v=ztT8rOhLV6c http://www.agussuwasono.com/ilearning/ENERGIMEKANIK.swf http://sman12bandung.blogdns.com/elearning/Fisika/CD%20Int%20Fis%20SMA%202A/ BAB4.swf Sebelum masuk ke dalam pembahasan materi ini, arahkan peserta didik untuk melakukan Kegiatan 3.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika, halaman 65. Setelah itu, mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasil praktikumnya di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab agar peserta didik dapat terlibat aktif di dalam kegiatan pembelajaran. Bimbinglah peserta didik untuk membuat kesimpulan dari kegiatan praktikum yang telah dilakukan.
Kegiatan Siswa 3.1 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu guru dapat menentukan sendiri alternatif alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini.
Petunjuk Khusus
73
74
Hitam
Orange
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena gerakannya.Secara matematis energi kinetik dirumuskan sebagai berikut. Ek =
1 2 mv 2
dengan: Ek = energi kinetik (J) m = massa benda (kg) v = kecepatan benda (m/s) Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh kedudukan atau letak benda tersebut. Energi potensial dibedakan menjadi dua jenis, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial elastik. Ingatkan kembali peserta didik mengenai perumusan hukum Newton tentang gravitasi yang telah dipelajari pada subbab sebelumnya. Energi potensial gravitasi adalah energi yang tersimpan dalam sebuah benda sebagai akibat posisi vertikal atau ketinggiannya. Persamaannya adalah sebagai berikut. EP = m g h dengan: Ep = energi potensial gravitasi (J) m = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi bumi (m/s2) h = tinggi benda dari permukaan bumi (m) Energi potensial elastik adalah energi yang tersimpan dalam benda-benda elastik sebagai akibat benda-benda tersebut direnggangkan atau ditekan. Persamaan energi potensial elastik adalah sebagai berikut. Ep =
1 k x2 2
dengan: EP = energi potensial elastik (J) k = konstanta pegas (N/m) x = perubahan panjang pegas (m) Guru dapat meminta peserta didik melakukan kajian literatur untuk mendata beberapa produk yang memanfaatkan energi potensial elastik. Bapak/Ibu guru dapat meminta peserta didik untuk membuat deskripsi singkat tentang cara kerja produk-produk teknologi yang didata. Mintalah peserta didik untuk membacakan hasil kegiatannya ini di depan kelas.
74
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
75
Hitam
Orange
Agar peserta didik dapat memahami tentang energi kinetik dan energi potensial dalam pemecahan masalah berikanlah peserta didik Masalah 3.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 68-69. Setelah itu mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 3.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 69-70.
E
Konsep Usaha
Untuk mengawali materi usaha mintalah peserta didik untuk mendemonstrasikan di depan kelas mengenai konsep usaha. Caranya mudah, yaitu: minta dua orang peserta didik untuk tampil di depan kelas. Satu orang bertugas mendorong sebuah meja, tetapi meja itu tidak berpindah tempat. Sementara itu, peserta didik satunya lagi bertugas mendorong sebuah meja sampai meja itu berpindah tempat. Peserta didik yang lainnya diminta untuk mengamati demonstrasi yang dilakukan oleh temannya di depan kelas. Tugas guru dalam hal ini adalah membimbing dan mengarahkan peserta didik agar mereka memahami dan dapat membedakan apa itu konsep usaha dalam fisika. Sehingga peserta didik memiliki pemahaman yang sama pada materi yang akan dipelajari. Mintalah peserta didik untuk mengamati gambar seorang pria yang sedang mendorong mobil kemudian mintalah peserta didik untuk melakukan diskusi. Guru dapat memberikan pertanyaan-pertanyaan untuk mengajak peserta didik berdiskusi. Pertanyaan-pertanyaan yang dapat guru ajukan adalah sebagai berikut. 1. Jika dorongan pria tersebut mampu menahan gerak mobil ke belakang dan membuat mobil bergeser ke arah depan, apakah dapat dikatakan bahwa mobil tersebut mengalami usaha? 2. Jika dorongan pria tersebut hanya mampu menahan gerak mobil ke belakang tetapi tidak membuat mobil bergeser ke depan, apakah dapat dikatakan bahwa mobil tersebut mengalami usaha? 3. Jika dorongan pria tersebut tidak mampu menahan gerak mobil ke belakang, sehingga mobil bergeser ke belakang, apakah dapat dikatakan bahwa mobil tersebut mengalami usaha? Setelah peserta didik melakukan diskusi terkait pertanyaan-pertanyaan tersebut guru dapat menunjuk salah satu perwakilan peserta didik untuk mempresentasikan hasil diskusinya di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab agar seluruh peserta didik dapat terlibat di dalam kegiatan pembelajaran. Tekankan pada peserta didik bahwa konsep usaha dalam kehidupan sehari-hari berbeda dengan konsep usaha dalam Fisika. Guru dapat meminta peserta didik untuk memberi contoh perbedaan kedua konsep usaha tersebut.
Petunjuk Khusus
75
76
Hitam
Orange
Secara matematis, besarnya gaya yang bekerja pada benda membentuk sudut perpindahan, maka dapat dinyatakan dengan persamaan: W = F s cos θ dengan: W = usaha (joule) F = gaya (N) s = perpindahan (m) θ = sudut antara gaya dengan perpindahan Sementara untuk menentukan usaha yang arah gayanya searah dengan perpindahan dapat ditentukan dengan persamaan berikut: W=F.s Mintalah peserta didik untuk mengamati Gambar 3.11 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 72. Bimbinglah peserta didik untuk dapat menentukan usaha dari grafik (F-x) seperti gambar yang diamati. Usaha = luas daerah di bawah kurva grafik F = f (x) Untuk usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya pada suatu benda sama dengan jumlah usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya. W = W1 + W2 + W3 + … Agar peserta didik dapat memahami penggunaan konsep usaha dalam pemecahan masalah, berikanlah peserta didik Masalah 3.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 73-74. Setelah itu, sebagai bahan evaluasi bagi guru, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 3.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI halaman 74-75.
F
Hubungan Usaha dan Energi Kinetik
Arahkan peserta didik untuk menganalisis Gambar 3.14 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI halaman 75, kemudian pilihlah beberapa orang peserta didik untuk menceritakan hasil analisisnya. Tekankan kepada peserta didik bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut.
76
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
77
Hitam
Orange
Persamaan hubungan antara usaha dengan perubahan energi kinetik yaitu sebagai berikut. 1 1 mv2 2 − mv12 2 2 W = Ek 2 − Ek 1 W=
W = ∆Ek Agar peserta didik dapat memahami penggunaan rumus hubungan usaha dan energi kinetik dalam pemecahan masalah, berikanlah peserta didik Masalah 3.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 76. Setelah itu sebagai bahan evaluasi, arahkan peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 3.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI halaman 76.
G
Hubungan Usaha dan Energi Potensial
Mintalah peserta didik untuk menganalisis Gambar 3.15 dan 3.16 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 77. Kemudian arahkan peserta didik untuk dapat merumuskan persamaan hubungan antara energi potensial gravitasi dan energi potensial elastik dengan usaha. Persamaan hubungan antara perubahan energi potensial gravitasi (ΔEP) dengan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi (W), yaitu sebagai berikut. W = – ∆EP
W = – (EP2 – EP1) W = – mg (h2 – h1) Persamaan hubungan antara usaha elastik dengan perubahan energi potensial elastik sebagai berikut. W = – (EP2 – EP1) W = – ∆EP
1 W = − k ( x22 − x12 ) 2
H
Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Ingatkan kembali peserta didik tentang energi kinetik dan energi mekanik yang telah dibahas pada subbab sebelumnya. Kemudian bimbinglah peserta didik untuk dapat menentukan persamaan energi mekanik.
Petunjuk Khusus
77
78
Hitam
Orange
Besarnya energi mekanik pada suatu benda dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. Em = Ep + Ek dengan: Em = energi mekanik (Joule) Ep = energi potensial (Joule) Ek = energi kinetik (Joule) Karena energi mekanik yang dimiliki suatu benda selalu tetap, berarti energi mekanik pada posisi awal (Em1) sama dengan energi mekanik pada posisi akhir (Em2), sehingga dapat ditulis persamaan berikut. Em1 = Em 2 EP1 + EK 1 = EP 2 + EK 2 1 1 mgh1 + mv12 = mgh2 + mv22 2 2 Setelah peserta didik mempelajari persamaan di atas, minta peserta didik untuk menyebutkan bunyi hukum kekekalan energi mekanik. Hukum kekekalan energi mekanik berlaku juga pada kasus gerak benda yang dipengaruhi oleh gaya pegas. Hukum kekekalan energi mekanik pada sistem benda pegas dapat ditulis sebagai berikut. Em1 = Em 2 EP1 + EK 1 = EP 2 + EK 2 1 2 1 2 1 2 1 2 kx + mv = kx + mv 2 1 2 1 2 2 2 2 Agar peserta didik lebih dapat memahami tentang fungsi hukum kekekalan energi untuk menganalisis berbagai gerak dalam Fisika, mintalah peserta didik untuk melakukan Kajian Literatur tentang penerapan hukum kekekalan energi mekanik untuk menganalisis gerak parabola, gerak melingkar, dan gerak satelit/planet dalam tata surya. Mintalah peserta didik untuk membuat resume dari kajian literatur yang dilakukannya. Setelah itu, mintalah beberapa peserta didik untuk membacakan hasil kegiatan yang telah dilakukannya di depan kelas. Bimbing peserta didik untuk dapat membuat kesimpulan dari kajian literatur yang dilakukan. Sebagai bahan evaluasi dan untuk menambah pemahaman peserta didik mengenai pemecahan masalah yang berhubungan hukum kekekalan energi, arahkan peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 3.5 yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI halaman 81-82.
78
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
79
Hitam
Orange
Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Energi. Pada akhir bab alangkah baiknya jika Bapak/ibu guru mengajak peserta didik untuk merefleksikan hikmah yang dapat diambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini sehingga berguna untuk hidup berketuhanan, bersosial, dan berbudaya.
I
Sikap dan Pembelajaran tentang Usaha dan Energi
Hikmah apa saja yang Anda dapatkan setelah mempelajari materi usaha dan energi selain bertambahnya pengetahuan yang Anda peroleh? Pada bab yang telah kita pelajari banyak sekali yang dapat Anda renungkan, baik dari sisi spiritual, sosial, maupun sisi individual. Mari kita ulas kembali hingga kita benar-benar merasakannya. 1. Spiritual Pernahkah Anda merenungkan mengapa kita butuh energi listrik dan bagaimana cara untuk mendapatkan energi listrik? Setelah mempelajari materi tentang usaha dan energi pasti Anda bisa menjawabnya. Namun, untuk apa kita harus mempelajarinya? Selain untuk digunakan dalam permasalahan sehari-hari (misalnya masalah kelangkaan energi fosil), konsep ini dapat menyadarkan kita tentang kebesaran Tuhan Yang Maha-kuasa. Tuhan telah memberikan kita akal dan pikiran untuk melihat semua kejadian yang ada di alam semesta ini sebagai bahan pembelajaran yang berharga. Energi listrik sudah menjadi kebutuhan pokok bagi manusia karena hampir semua aktivitas menggunakan energi listrik. Untuk menghasilkan energi listrik dibutuhkan energi fosil seperti batu bara dan minyak bumi. Namun energi fosil sekarang semakin langka sehingga harus mencari alternatif lain, salah satunya misalnya dengan menggunakan air terjun. Dengan konsep ini, kita bisa mendapatkan energi listrik dari energi potensial air terjun. Tuhan telah menciptakan konsep ini agar kita berpikir dan menyadari kebesaran-Nya bahwa setiap permasalahan pasti ada penyebabnya dan cara menanggulanginya serta semua ciptaan Tuhan dapat dijelaskan secara ilmiah dan masuk akal. 2. Sosial Saat melakukan kegiatan siswa, ada beberapa yang memfasilitasi Anda untuk bekerja secara kelompok. Hal ini diharapkan agar Anda dapat bekerja sama dan dapat menghargai peran serta pekerjaan teman kelompok Anda saat melakukan kegiatan. Misalnya pada Kegiatan Siswa 3.1 Anda diminta untuk membuat kelompok dan melakukan kegiatan mengenai energi potensial pegas yang ditekan menggunakan balok kecil. Pada Kegiatan Siswa 3.1 Anda dituntut untuk melakukan secara berkelompok meskipun kegiatan tersebut bisa dilakukan secara individu. Hal ini sengaja dibentuk untuk membangun rasa saling menghargai dan saling mempercayai pekerjaan antarsesama. Selain itu, Anda dapat merasakan suatu pekerjaan akan terasa ringan jika dilakukan secara bersama-sama dan saling bekerja sama.
Petunjuk Khusus
79
80
Hitam
Orange
3. Individual Sikap yang terbangun pada proses pembelajaran yang dirasakan secara individu adalah sikap ilmiah. Konsep usaha dan energi sangat berkaitan sekali dengan kegiatan ilmah. Oleh sebab itu, secara langsung akan membangun perilaku ilmiah. Misalnya saja adalah sikap terbuka, teliti, cermat, dan rasa ingin tahu. Saat Anda melakukan kegiatan tentang energi potensial pegas yang ditekan menggunakan balok kecil, otomatis Anda harus melakukannya secara teliti dan cermat agar data yang diperoleh bisa akurat. Data hasil kegiatan yang telah Anda peroleh kemudian harus dikomunikasikan baik secara tertulis maupun tidak tertulis. Hal ini menunjukkan bahwa adanya sikap terbuka. Di samping itu keterbukaan bisa terlatih melalui presentasi hasil kegiatan di depan kelas. Satu hal yang sangat penting dari penjabaran mengenai sikap yang terbangun selama proses pembelajaran adalah rasa ingin tahu, karena tanpa sikap itu Anda tidak mungkin dapat merasakan dan membangun sikap-sikap di atas. Rasa ingin tahu memandu Anda untuk terus menemukan segala hal yang Anda belum tahu. Dalam kegiatan siswa tentang energi potensial pegas yang ditekan menggunakan balok kecil misalnya, Anda tidak mungkin memahami materi tersebut bila tidak dilandasi rasa ingin tahu. Sikap-sikap di atas baik dalam dimensi spiritual, individual, dan sosial sebaiknya Anda terapkan dalam kehidupan sehari-hari agar bangsa Indonesia menjadi bangsa yang bermartabat, dihargai, dan mampu mengolah segala potensi yang dimiliki negeri kita.
J
Pengayaan Materi
Usaha oleh Gaya Tak Konservatif
Apabila usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya ketika benda mulai bergerak dari posisi awal hingga kembali lagi ke posisi semula tidak sama dengan nol, maka gaya tersebut dinamakan gaya tak konservatif. Contoh gaya tak konservatif adalah gaya dorong dan gaya gesek kinetis. Perhatikan gambar berikut ini. fk
F
F
fk
s
Gambar 3.1
Ketika benda berpindah ke kanan, gaya dorong (F) melakukan usaha positif, sedangkan gaya gesek kinetis (fk) melakukan usaha negatif pada benda. Ketika benda berpindah ke kiri, gaya dorong (F) melakukan usaha positif, sedangkan gaya gesek kinetis melakukan usaha negatif. Tinjau sebuah benda yang didorong ke kanan lalu didorong lagi ke kiri. Ketika bergerak atau berpindah ke kanan, arah perpindahan benda sama dengan arah gaya dorong (F) dan berlawanan arah dengan gaya gesek kinetis (fk).Karena searah dengan perpindahan, maka gaya dorong melakukan usaha positif pada benda. W=Fs
80
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
81
Hitam
Orange
Sebaliknya gaya gesek kinetis melakukan usaha negatif pada benda. W = fk s
K
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada Bab III sebagai berikut. 1. Media visual : buku Fisika Kelas XI karya Sunardi dan Siti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Siswa (LKS). 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet. 3. Media peraga : alat dan bahan praktikum.
L
Bentuk Evaluasi
Untuk menguji pemahaman peserta didik terkait materi dalam Bab III ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi, antara lain sebagai berikut. 1. Soal evaluasi, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal-soal pada setiap akhir subbab terdiri atas soal-soal uraian. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 23) 2. Soal evaluasi di akhir Bab, untuk melatih siswa mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23–24) 3. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku sadar akan kebesaran Tuhan, bekerja sama, cermat, teliti, terbuka, serta memiliki rasa ingin tahu yang tinggi di lingkungan sekitaranya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku siswa Fisika, halaman, 88) 4. Refleksi, merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemukakan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya terkait dalam konteks pencapaian diri. (Format tabel refleksi tertera pada buku siswa Fisika, halaman 85) 5. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format tabel penilaian kegiatan kajian literatur tertera pada petunjuk umum, halaman 25) 6. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 25-26) 7. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 27-28) 8. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan prakikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 26–27)
Petunjuk Khusus
81
82
Hitam
Orange
9. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains siswa ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 35) 10. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 29-30)
M
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial. Kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan ajar yang diremedi. Contoh soal untuk remedial bab III adalah sebagai berikut. 1. Sebuah benda bermassa 4 kg, mula-mula diam, kemudian bergerak lurus dengan percepatan 3m/s2. Tentukan usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah dua detik. Pembahasan: v1 = 0
v2 a = 3 m/s2 t = 2 detik
Usaha yang diubah menjadi energi kinetik W = Ek2 – Ek1 = ½ mv22 - ½ mv12 = ½ ×4 × 62 -0 = 72 Joule 2. Sebuah benda massanya 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m dari atas tanah. Hitunglah a. energi potensial setelah benda bergerak 1 sekon b. usaha yang dilakukan gaya berat pada saat ketinggian benda 10 m Pembahasan: m = 2 kg t = 1 s h1 = 20 m h1 = 10 m a. ∆h = vo × t +1/2 gth2 ∆h = 0,1 + ½ × 10 × 12 ∆h = 5 m W = Ep1 – Ep2 Ep2 = Ep1 – W = mgh1 – mg ∆h = mg(h1 – ∆h ) = 2 × 10 (20 – 5) = 300 Joule b. W = mg ∆h = mg(h1 – ∆h1) = 2 × 10 (20 – 10) = 200 Joule 3. Sebuah benda jatuh dari ketinggian 6 meter dari atas tanah. Berapa kecepatan benda tersebut pada saat mencapai ketinggian 1 meter dari tanah, bila percepatan gravitasi bumi 10 m/s2?
82
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
83
Hitam
Orange
Pembahasan: h1 = 6 m h2 = 1 m g = 10 m/s2 Em1 = Em 2 EP1 + EK 1 = EP 2 + EK 2
1 2 1 2 1 2 1 2 kx + mv = kx + mv 2 1 2 1 2 2 2 2 Benda jatuh bebas, berarti v1 = 0 gh1 = gh2 + 1/2v22 10 × 6 = 10 × 1 + 1/2v22 60 = 10+1/2v22 50 = 1/2 v22 v22 = 100 v2 = 10
N
Rangkuman
1. Besarnya usaha oleh gaya (F) yang menghasilkan perpindahan sejauh s adalah: W = F × s (F searah s) ; W = F s cos θ (F membentuk sudut θ terhadap s). 2. Usaha dapat dihitung dari luas daerah di bawah grafik gaya terhadap posisi. Untuk grafik F = f(x), maka W = luas daerah di bawah kurva F = f(x). 3. Usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya pada suatu sistem sama dengan jumlah usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya. W = W1 + W2 + W3 + ... 4. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi mekanik merupakan jumlah energi kinetik dan energi potensial. 1 EK = mv2 2 EP = mgh Em = EK + EP 5. Teorema usaha-energi kinetik: usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda (termasuk gaya berat) sama dengan perubahan energi kinetik yang dialami benda tersebut. W = ∆EK = EK2 – EK1 6. Hubungan usaha dengan energi potensial dinyatakan dengan: W = – ∆Ep = – (EP2 – EP1) 7. Hukum kekekalan energi mekanik dapat dinyatakan dengan: Em1 = Em 2 EP1 + EK 1 = EP 2 + EK 2 1 1 mgh1 + mv12 = mgh2 + mv22 2 2 Petunjuk Khusus
83
84
Hitam
O
Orange
Penutup
Setelah peserta didik mempelajari materi pada bab ini, peserta didik akan belajar mengenai getaran harmonis. Untuk materi mengenai usaha dan energi sangat bermanfaat dalam mempelajari konsep-konsep pada bab-bab selanjutnya, termasuk konsep getaran harmonis. Oleh sebab itu, berilah motivasi pada peserta didik bahwa materi yang telah dipelajari masih terhubung dengan materi yang lain sehingga peserta didik mendapatkan suatu motivasi, yaitu pada khususnya dalam Fisika, suatu konsep atau materi saling terkait satu sama lain. Pada umumnya, siswa akan merasakan bahwa hidup seorang manusia saling terhubung dengan semua makhluk hidup ciptaan Tuhan dimana semuanya saling membutuhkan.
84
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
85
Hitam
Orange
Bab IV Getaran Harmonis
Sumber: sssip.wordpress.com
Pada KD 3.4 dan 4.4 kedalaman materi ditekankan pada getaran harmonis atau gerak harmonis sederhana. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan tentang gaya pemulih serta menjelaskan tentang periode dan frekuensi gerak harmonis sederhana pada pegas dan bandul sederhana. Kajian tentang gerak harmonis sederhana dapat ditinjau dari besaran-besaran fisis gerak harmonis sederhana. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan energi pada gerak harmonis pada pegas dan bandul sederhana. Alangkah baiknya jika dalam membahas getaran harmonis ini menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah getaran dan gelombang yang telah dipelajari ketika SMP/MTs dan gerak melingkar yang telah diberikan kelas X SMA/MA.
Petunjuk Khusus
85
86
Hitam
A
Orange
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
Indikator Pembelajaran
3.4
Menganalisis hubungan antara gaya dan gerak getaran.
4.4
Merencanakan dan 4.4.1 Merancang kegiatan percobaan getaran harmonis. melaksanakan percobaan 4.4.2 Melakukan percobaan untuk memahami konsep gerak getaran harmonis pada ayunan harmonis. bandul dan getaran pegas.
B
3.4.1 Menjelaskan konsep gaya pemulih gerak harmonis sederhana. 3.4.2 Mengaitkan hubungan periode dan frekuensi pada pegas. 3.4.3 Merumuskan simpangan gerak harmonis sederhana. 3.4.4 Merumuskan kecepatan dan percepatan gerak harmonis sederhana. 3.4.5 Merumuskan fase, sudut fase, dan beda fase dari gerak harmonis sederhana. 3.4.6 Merumuskan energi gerak harmonis sederhana.
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan percobaan, peserta didik dapat menjelaskan konsep getaran harmonis. 2. Setelah melakukan kajian literatur tentang periode dan frekuensi gerak harmonis sederhana, peserta didik dapat mengaitkan hubungan periode dan frekuensi pada pegas. 3. Setelah menganalisis grafik simpangan gerak harmonis sederhana, peserta didik dapat merumuskan simpangan gerak harmonis sederhana. 4. Setelah melakukan kajian literatur tentang besaran-besaran fisis gerak harmonis sederhana, peserta didik dapat merumuskan kecepatan dan percepatan gerak harmonis sederhana. 5. Setelah melakukan kajian literatur tentang besaran-besaran fisis gerak harmonis sederhana, peserta didik dapat merumuskan fase, sudut fase, dan beda fase dari gerak harmonis sederhana. 6. Setelah melakukan kajian literatur tentang besaran-besaran fisis gerak harmonis sederhana, peserta didik dapat merumuskan energi pada gerak harmonis sederhana. 7. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat merancang kegiatan percobaan getaran harmonis sederhana.
C
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada peserta didik antara lain sebagai berikut. 86
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
87
Hitam
1. 2. 3. 4. 5.
Orange
Apa yang dimaksud dengan getaran? Apa yang dimaksud dengan getaran harmonis? Apa saja contoh getaran harmonis dalam kehidupan sehari-hari? Bagaimana cara menentukan besar frekuensi dan periode suatu pegas? Bagaimana hubungan periode dan frekuensi pada suatu pegas?
Bapak/Ibu guru dapat memotivasi peserta didik terlebih dahulu dengan memberikan contohcontoh penerapan getaran harmonis sederhana dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, gerakan bandul pada jam antik, gerakan ayunan, shock breaker pada sepeda motor, dan garpu tala. Bapak/Ibu guru dapat memberikan contoh disertai gambar/animasi/video. Contoh animasi dapat diakses pada link berikut ini : http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/Flash/ ClassMechanics/SHM/TwoSHM.swf. Setelah itu, guru dapat menjelaskan bahwa contoh-contoh yang telah disebutkan merupakan contoh aplikasi penerapan getaran harmonis. Mintalah peserta didik untuk menyebutkan contoh-contoh penerapan getaran harmonis lainnya.
D
Karakteristik Getaran Harmonis
Sebelum masuk ke dalam pembahasan pada subbab ini, alangkah baiknya jika guru mengarahkan peserta didik untuk melakukan Kegiatan 4.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 91. Mintalah peserta didik untuk mendiskusikan hasil kegiatan tersebut. Setelah itu mintalah peserta didik untuk membuat laporan sederhana dari hasil kegiatannya tersebut dan mempresentasikannya di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab agar seluruh peserta didik dapat berpartisipasi secara aktif dalam kegiatan pembelajaran.
Kegiatan Siswa 4.1 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu guru dapat menentukan sendiri alternatif alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini. Getaran harmonis atau gerak harmonis sederhana adalah gerak suatu benda bolak-balik di sekitar titik keseimbangannya. Pada dasarnya, gerak harmonis sederhana terjadi karena adanya gaya pemulih pada benda. Arahkan peserta didik untuk mengamati Gambar 4.1, 4.2, dan 4.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI, halaman 91 dan 92. Kemudian bimbinglah peserta didik untuk dapat merumuskan gaya pemulih pada bandul dan pegas berdasarkan gambar tersebut. Gaya pemulih ini merupakan gaya yang berlawanan arah dengan posisi (arah gerak) atau arah simpangan benda dan besarnya sebanding dengan simpangan benda terhadap keseimbangannya. Besar gaya pemulih pada getaran bandul sederhana dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
Petunjuk Khusus
87
88
Hitam
Orange
F = mg sin q dengan: m = massa bandul θ = sudut antara tali dengan sumbu vertikal. Besar gaya pemulih pada getaran pegas dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. F = –ky dengan: k = tetapan pegas y = simpangan
E
Periode dan Frekuensi pada Pegas
Untuk meningkatkan rasa ingin tahu peserta didik, sebelum masuk ke dalam pembahasan pada subbab ini, alangkah baiknya jika guru mengarahkan peserta didik untuk melakukan kajian literatur untuk mencari informasi tentang periode dan frekuensi getaran harmonis. Setelah itu mintalah peserta didik untuk mengomunikasikan hasil kegiatannya tersebut di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab agar seluruh peserta didik dapat berpartisipasi secara aktif dalam kegiatan pembelajaran. Untuk menentukan persamaan periode dan frekuensi getaran harmonis pada pegas, arahkan peserta didik untuk mengingat kembali hukum II Newton dengan cara meminta perwakilan peserta didik untuk menuliskan dan menyebutkan hukum II Newton. Setelah itu, guru dapat membimbing peserta didik untuk menurunkan persamaan frekuensi dan getaran harmonis pada pegas. Besarnya frekuensi getaran pegas sederhana dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut. f dengan: T = periode getaran pegas (s) f = frekuensi getaran pegas (Hz) k = konstanta pegas (N/m) m = massa beban (kg)
1 2
k m
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam menggunakan persamaan periode dan frekuensi pegas, guru dapat memberikan Masalah 4.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 94.
88
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
89
Hitam
Orange
Ingatkan peserta didik tentang berbagai konsep gerak yang sudah dipelajari di kelas X dan pertemuan-pertemuan sebelumnya.
F
Simpangan Gerak Harmonis Sederhana
Untuk meningkatkan rasa ingin tahu peserta didik, sebelum masuk ke dalam pembahasan pada subbab ini, alangkah baiknya jika guru mengarahkan peserta didik untuk melakukan kajian literatur tentang karakteristik berbagai besaran fisis dari gerak harmonis sederhana. Setelah itu, mintalah peserta didik untuk mengomunikasikan hasil kegiatannya tersebut di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab agar seluruh peserta didik dapat berpartisipasi secara aktif dalam kegiatan pembelajaran. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi peserta didik untuk melakukan kajian literatur, sehingga peserta didik mampu menemukan informasi tentang besaran-besaran fisis gerak harmonis sederhana yang meliputi simpangan, kecepatan, percepatan, fase, dan energi. Mintalah peserta didik untuk mengamati Gambar 4.5 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 95. Agar peserta didik lebih memahami tampilkanlah animasi terkait materi ini. Contoh animasi dapat diakses pada link berikut ini : http://www.montereymotiongraphics.com/ samples/mmg_ph05.swf Secara matematis persamaan simpangan untuk grafik y = f(t) sinusoidal seperti pada gambar di atas dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. y = A sin ω t Karena =
2 2 f , maka: T y = A sin 2 π f t
dengan: y = simpangan (m) A = amplitudo (m) ω = kecepatan sudut (rad/s) T = periode (s) f = frekuensi (Hz) t = waktu benda bergerak harmonis (s)
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik tentang penerapan konsep simpangan gerak harmonis sederhana, guru dapat memberikan Masalah 4.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 97-98.
Petunjuk Khusus
89
90
Hitam
G
Orange
Kecepatan Gerak Harmonis Sederhana
Ingatkan kembali peserta didik bahwa kecepatan adalah turunan pertama dari fungsi perpindahan terhadap waktu dengan cara meminta perwakilan peserta didik untuk menuliskannya di depan kelas. Tekankan kepada peserta didik bahwa simpangan (y) pada getaran harmonis dapat dianalogikan sebagai perpindahan partikel yang bergetar harmonis terhadap posisi keseimbangan. Arahkan peserta didik untuk menentukan kecepatan gerak harmonis dengan melakukan penurunan posisi pada simpangan. Kecepatan gerak harmonis sederhana dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut. v y = A cos ( t + 0 ) Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami konsep kecepatan gerak harmonis sederhana, guru dapat memberikan Masalah 4.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 99-101.
H
Percepatan Gerak Harmonis Sederhana
Arahkan peserta didik untuk menentukan percepatan gerak harmonis sederhana dengan melakukan penurunan fungsi kecepatan. Percepatan gerak harmonis sederhana dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut. a y = − 2 A sin ( t + 0 ) Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami konsep percepatan gerak harmonis sederhana, guru dapat memberikan Masalah 4.4 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 102-103.
I
Fase Gerak Harmonis Sederhana
Mintalah peserta didik untuk memerhatikan kembali persamaan simpangan, kecepatan, dan percepatan pada gerak harmonis sederhana. Kemudian arahkan peserta didik untuk dapat menyebutkan makna sudut dalam fungsi sinusoidal persamaan tersebut.
90
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
91
Hitam
Orange
Sudut fase gerak harmonis sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut. t = 2 + 0 = 2 T 2 Bila pada suatu benda atau partikel yang bergetar harmonis dari t1 sampai t2 maka terdapat beda fase sebesar Δφ yang dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut. ∆ =
t2 − t1 ∆t = T T
Untuk dua buah benda yang sefase, beda fase di antara keduanya adalah sebagai berikut. ∆φ = 0, 1, 2, ...
atau
∆φ = n
Untuk dua buah benda yang berbeda fase, beda fase di antara keduanya adalah sebagai berikut. ∆ =
1 1 1 1 1 ∆ = n + , 1 , 2 , ... =atau n+ 2 2 2 2 2
Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami konsep fase gerak harmonis sederhana, guru dapat memberikan Masalah 4.5 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 104-106. Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Getaran Harmonis. Pada akhir bab alangkah baiknya Bapak/ibu guru mengajak peserta didik untuk merefleksikan hikmah yang dapat diambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini sehingga berguna untuk hidup berketuhanan, bersosial, dan berbudaya.
J
Proaktif dalam Melakukan Percobaan dan Diskusi tentang Getaran Harmonis
Pemahaman tentang getaran harmonis antara lain didukung dengan praktikum dan diskusi. Dalam bab ini, Anda telah melakukan kedua hal tersebut, bukan? Bagaimana peran Anda dalam diskusi dan praktikum yang dilakukan bersama kelompok Anda? Proaktif merupakan salah satu sikap yang perlu Anda miliki dan kembangkan agar Anda mendapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang apa yang telah Anda pelajari. Selain menambah pengetahuan Anda, sikap proaktif dapat memberikan manfaat yang besar bagi keberhasilan kerja dalam suatu kelompok. Tanpa sikap proaktif dari para anggotanya, kegiatan kelompok tidak akan menghasilkan sesuatu yang berarti dan sesuai dengan yang diharapkan. Sikap proaktif dalam diskusi atau praktikum yang dilakukan secara berkelompok dapat diukur dari peran dan kontribusi yang Anda berikan dalam kegiatan tersebut. Bentuk kontribusi yang dapat Anda berikan bermacam-macam, misalnya melalui sumbangan pemikiran, tenaga, atau mencari referensi yang bermanfaat bagi kegiatan tersebut. Petunjuk Khusus
91
92
Hitam
Orange
Salah satu penerapan getaran harmonis adalah jam mekanik. Pada jam tangan mekanik, pernahkah Anda merenungkan tentang roda gigi pada jam mekanik? Susunan roda-roda gigi yang ukurannya kecil dan disusun sedemikian rupa sehingga bisa beroperasi menghitung detik demi detik dengan akurat. Fenomena roda gigi pada jam tangan mekanik merupakan suatu hal yang menakjubkan yang diciptakan Tuhan Yang Mahakuasa untuk kita pelajari dan renungkan. Juga masih banyak penerapan-penerapan getaran harmonis yang dapat dijadikan bahan renungan tentang kebesaran Tuhan Yang Maha Esa.
K
Pengayaan Materi
Superposusu Getaran Harmonis Sederhana Dua persamaan getaran dengan A sama y1 = A sin (ωt + θ1) y2 = A sin (ωt + θ2)
θ +θ θ −θ yR = y1 + y2 = 2 A sin ωt + 1 2 cos ωt + 1 2 2 2 Dua fungsi gelombang dengan A berbeda dan ω, k sama y1 = A1 sin (ωt + θ1) y2 = A2 sin (ωt + θ2) yR = AR sin (ωt + θR) AR = A12 + A2 2 + 2 A1 A2 cos (θ 2 − θ1 ) tan θ R =
L
A1 sin θ1 + A2 sin θ 2 A1 cos θ1 + A2 cos θ 2
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada bab IV sebagai berikut. 1. Media visual : buku Fisika Kelas XI karya Sunardi dan Siti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Siswa. 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet. 3. Media peraga : alat dan bahan praktikum.
M
Bentuk Evaluasi
Untuk menguji pemahaman peserta didik terkait materi dalam bab IV ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi, sebagai berikut: 1. Soal evalusi di akhir Bab, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23-24) 2. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku sikap saling kerja sama, proaktif serta menerangkan kebesaran Tuhan YME di lingkungan sekitaranya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku siswa Fisika, halaman 110) 3. Refleksi, merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemukakan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya terkait dalam konteks pencapaian diri. (Format tabel refleksi tertera pada buku siswa Fisika, halaman 108) 92
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
93
Hitam
Orange
4. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format tabel penilaian kegiatan kajian literatur tertera pada petunjuk umum, halaman 25) 5. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 25-26) 6. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 27-28) 7. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 26-27) 8. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains siswa ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 35) 9. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 29-30)
N
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial. Kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan ajar yang diremedi. Contoh soal untuk remedial bab IV adalah sebagai berikut. 1. Sebuah pegas dengan tetapan gaya 1500 N/m digantungkan di atas dan dibebani dengan benda bermassa 10 g. Dari titik keseimbangan pegas ditarik ke bawah sejauh 0,5 cm. Besar gaya pemulih dari pegas untuk mencapai titik keseimbangan adalah …. Pembahasan: Diketahui: k = 1500 N/m m = 10 g y = 0,5 cm Ditanyakan : gaya pemulih (F) Gaya pemulih : F = –k × y = –1500 × 0,5 = –7,5 N Jadi, besar gaya pemulih adalah 7,5 N 2. Suatu ayunan sederhana memiliki periode 1 detik di suatu tempat yang gravitasinya 9,8 m/ det2. Panjang tali ayunan tersebut adalah …. Pembahasan: Diketahui : T = 1 detik g = 9,8 m/det2 π = 3,14 Ditanyakan : panjang tali (L) L L L 9, 8 1 Periode: T = 2π ⇔ 1 = 2π ⇔ 1 = 4π 2 × ⇔ L = 2 (π 2 = 9, 8) ⇔ L = g 9, 8 9, 8 4π 4 Jadi, panjang tali ayunan adalah ¼ meter. 3. Sebuah partikel bergerak harmonis sederhana. Persamaan simpangannya dinyatakan sebagai y = 6 sin 0,2 t, dengan t dalam sekon dan y dalam m. Tentukan: a. amplitudo, periode, dan frekuensi b. persamaan kecepatannya Petunjuk Khusus
93
94
Hitam
Orange
c. simpangan dan kecepatan pada t = 2,5 sekon Pembahasan: –t – = 0,2 rad/s a. y = A sin ω y = 6 sin 0,2t A = 6 m ω 2π 2π 1 1 0,1 T= = = 10π sekon f = = = Hz 0 2 T 10 , ω π π b. c.
O
Persamaan kecepatan – cos ω –t v =A ω Saat t = 2,5 π sekon y = 6 sin (0,2) ×(2,5) = 6m
v =1,2 cos 0,2 t v =1,2 cos (0,2) ×(2,5) = 0 m/s
Rangkuman
1. Gaya pemulih • pada pegas: F = – kx • pada bandul sederhana: F = – mg sin θ 2. Persamaan simpangan pada gerak harmonis sederhana y = A sin ωt 3. Persamaan kecepatan pada gerak harmonis sederhana v = ω A cos ωt 4. Persamaan percepatan pada gerak harmonis sederhana a = – ω2A sin ωt 5. Persamaan kecepatan maksimum pada gerak harmonis sederhana vmax = ωA 6. Persamaan percepatan maksimum pada gerak harmonis sederhana amax = – ω2A 7. Dua buah benda yang sefase, beda fase Δφ = 0, 1, 2, ... 8. Dua buah benda yang berbeda fase, beda fase 1 1 1 ∆ = , 1 , 2 , ... 2 2 2
P
Penutup
Setelah peserta didik mempelajari materi pada bab ini, peserta didik akan belajar mengenai momentum dan impuls. Untuk materi mengenai getaran harmonis sangat bermanfaat dalam mempelajari konsep-konsep pada bab-bab selanjutnya, termasuk konsep momentum dan impuls. Oleh sebab itu, berilah motivasi pada peserta didik bahwa materi yang telah dipelajari masih terhubung dengan materi yang lain sehingga peserta didik mendapatkan suatu motivasi bahwa khususnya dalam Fisika, suatu konsep atau materi saling terkait satu sama lain. Pada umumnya, peserta didik akan merasakan bahwa hidup seorang manusia saling terhubung dengan semua makhluk hidup ciptaan Tuhan dimana semuanya saling membutuhkan. 94
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
95
Hitam
Orange
Bab V Momentum dan Impuls
Sumber: www.tribunnews.com
Pada KD 3.5 dan 4.5 kedalaman materi ditekankan pada momentum dan impuls. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan tentang tumbukan baik tumbukan lenting sempurna, tumbukan lenting sebagian maupun tumbukan tidak lenting sama sekali. Kajian tentang momentum dan impuls dapat ditinjau dari hubungan momentum dengan impuls, hukum kekekalan momentum, dan jenis-jenis tumbukan. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan penerapan konsep momentum dan impuls pada peluncuran roket, tembakan peluru dari senapan atau meriam, dan sebuah sistem yang terpisah menjadi dua bagian. Alangkah baiknya jika dalam mempelajari momentum dan impuls ini menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah kinematika gerak lurus yang telah dipelajari ketika kelas X dan XI SMA/MA.
Petunjuk Khusus
95
96
Hitam
A
Orange
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
Indikator Pembelajaran
3.5
Mendeskripsikan momentum dan impuls, hukum kekekalan momentum. Serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
3.5.1 Mendefinisikan konsep momentum berdasarkan hasil kegiatan. 3.5.2 Menghitung besar momentum suatu benda. 3.5.3 Mendefinisikan konsep impuls berdasarkan hasil kegiatan. 3.5.4 Menghitung besar suatu impuls. 3.5.5 Menyelesaikan permasalahan yang berkaitan dengan hubungan impuls dan momentum. 3.5.6 Merumuskan hukum kekekalan momentum. 3.5.7 Membedakan tumbukan lenting sempurna, tumbukan lenting sebagian, dan tumbukan tidak lenting sama sekali. 3.5.8 Menyelesaikan permasalahan yang berkaitan dengan penerapan konsep momentum dan impuls.
4.5
Memodifikasi roket sederhana dengan menerapkan hukum kekekalan momentum.
4.5.1 Membuat roket sederhana dengan menerapkan hukum kekekalan momentum. 4.5.2 Memodifikasi roket sederhana dengan menerapkan hukum kekekalan momentum.
B
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan diskusi yang berkaitan dengan momentum, peserta didik dapat mendefinisikan konsep momentum. 2. Setelah melakukan kajian literatur tentang momentum siswa dapat menghitung momentum suatu benda. 3. Setelah melakukan kegiatan yang berkaitan dengan impuls, peserta didik dapat mendefinisikan konsep impuls. 4. Setelah peserta didik melakukan kajian literatur tentang impuls peserta didik dapat menghitung besar suatu impuls. 5. Setelah diberi penjelasan oleh guru mengenai hubungan impuls dan momentum, peserta didik dapat menyelesaikan permasalahan yang berkaitan dengan hubungan momentum dan impuls. 6. Setelah melakukan kegiatan praktikum tentang hukum kekekalan momentum, peserta didik dapat menjelaskan prinsip hukum kekekalan momentum. 7. Setelah melakukan tanya jawab dengan guru, peserta didik dapat merumuskan hukum kekekalan momentum. 8. Setelah melihat video tentang tumbukan, peserta didik dapat membedakan jenis-jenis tumbukan. 9. Setelah mendapat penjelasan dari guru, peserta didik dapat memecahkan masalah yang berkaitan dengan tumbukan. 10. Setelah melakukan tanya jawab dengan guru, peserta didik dapat menyelesaikan permasalahan yang berkaitan dengan penerapan konsep momentum dan impuls.
96
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
97
Hitam
Orange
11. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat membuat roket sederhana dengan menerapkan hukum kekekalan momentum. 12. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat memodifikasi roket sederhana dengan menerapkan hukum kekekalan momentum.
C
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). 1. Apa yang dimaksud dengan momentum? 2. Apa yang dimaksud dengan impuls? 3. Bagaimanakah hubungan momentum dengan impuls? 4. Apa saja contoh peristiwa yang berkaitan dengan peristiwa momentum dan impuls? 5. Apa yang dimaksud dengan tumbukan? 6. Apa saja contoh dari peristiwa tumbukan?
D
Momentum
Guru dapat memotivasi peserta didik terlebih dahulu dengan memberikan pertanyaan yang berkaitan dengan momentum. Misalnya, “menurut kalian jika sebuah bus dan sepeda motor bergerak dengan kecepatan yang sama, manakah yang paling sulit untuk dihentikan?Mengapa?” Jawaban yang diharapkan : “bus, karena walaupun bus dan sepeda motor bergerak dengan kecepatan sama, namun bus memiliki massa yang jauh lebih besar daripada sepeda motor, sehingga untuk menghentikannya pun akan lebih sulit. Setelah itu Bapak/Ibu guru dapat menjelaskan bahwa hal tersebut berkaitan dengan materi yang akan dibahas pada pembelajaran kali ini. Bapak/ Ibu guru pun dapat menampilkan gambar/animasi terkait materi ini. Alangkah baiknya jika sebelum membahas tentang momentum, Bapak/Ibu guru dapat mengarahkan peserta didik untuk melakukan Kegiatan 5.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI, halaman 113. Mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasil kegiatannya tersebut di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab agar seluruh peserta didik dapat berperan aktif di dalam kegiatan pembelajaran. Momentum adalah kecenderungan benda yang bergerak untuk melanjutkan gerakannya pada kelajuan yang konstan. Secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
p = mv dengan: m = massa benda (kg) p = momentum (kg m/s) v = kecepatan benda (m/s) Petunjuk Khusus
97
98
Hitam
Orange
Agar peserta didik dapat memahami penggunaan konsep momentum dalam pemecahan masalah, berikanlah peserta didik Masalah 5.1 yang terdapat buku siswa Fisika kelas XI, halaman 114. Sebagai bahan evaluasi bagi guru, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 5.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 114.
E
Impuls
Agar dapat memotivasi peserta didik sebelum membahas tentang materi impuls. Guru dapat memperlihatkan gambar/animasi/video terkait dengan impuls. Contoh animasi silakan akses pada link berikut ini. http://www.mrwaynesclass.com/teacher/Impulse/Impulse%20and%20 Momentum2.swf Sebelum mempelajari materi ini, mintalah peserta didik untuk melakukan Kegiatan 5.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika halaman 115. Setelah itu guru dapat meminta beberapa orang peserta didik untuk mengemukakan hasil kegiatannya tersebut. Guru dan peserta didik bersama-sama menyimpulkan hasil kegiatan. Agar peserta didik dapat memahami penggunaan konsep impuls dalam pemecahan masalah, berikanlah peserta didik Masalah 5.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 116. Setelah itu, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 5.2.
F
Hubungan Momentum dengan Impuls
Ingatkan kembali peserta didik tentang persamaan hukum kedua Newton dan definisi percepatan. Setelah itu bimbinglah peserta didik untuk menemukan persamaan perubahan momentum. Impuls yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan momentum yang dimiliki benda tersebut, yang dapat dinyatakan dengan rumus berikut
F ∆t = mv2 − mv1 I = p2 − p1 I = ∆p Agar peserta didik dapat memahami hubungan momentum dengan impuls, dalam pemecahan masalah, berikanlah peserta didik Masalah 5.3 yang terdapat buku siswa Fisika kelas XI, halaman 117. Setelah itu, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 5.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 118.
98
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
99
Hitam
G
Orange
Hukum Kekekalan Momentum
Agar peserta didik terlibat aktif di dalam kegiatan pembelajaran, mintalah peserta didik untuk melakukan Kegiatan 5.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 118. Minta peserta didik untuk berdiskusi tentang hasil kegiatan tersebut. Hal ini bertujuan agar peserta didik dapat menganalisis hukum kekekalan momentum dalam kehidupan sehari-hari. Setelah peserta didik selesai melakukan kegiatan ini, mintalah beberapa perwakilan kelompok untuk mempresentasikannya di depan kelas. Bapak/ Ibu guru dapat mengarahkan peserta didik agar mereka aktif bertanya dan mengemukakan pendapat. Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa “Jumlah momentum benda sebelum tumbukan sama dengan jumlah momentum benda sesudah tumbukan”. Secara matematis dapat dirumuskan dengan persamaan berikut. p1 + p2 = p '1 + p '2 m1v1 + m2 v2 + = m1v '1 + m2 v '2 Agar peserta didik dapat memahami hubungan momentum dengan impuls, dalam pemecahan masalah, berikanlah peserta didik Masalah 5.4 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 121. Setelah itu, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 5.4. Agar peserta didik dapat memahami lebih dalam lagi mengenai hukum kekekalan momentum, silakan Bapak/Ibu guru dan peserta didik mengakses link berikut ini http://www. physicsclassroom.com/class/momentum/u4l2b.cfm
H
Tumbukan
Alangkah baiknya jika Bapak/Ibu guru memotivasi peserta didik terlebih dahulu. Misalnya dengan menceritakan peristiwa yang terjadi pada 11 September 2001, yaitu dua buah pesawat yang sedang melaju dengan kecepatan tinggi menabrak menara kembar World Trade Center (WTC). Guru dapat menjelaskan bahwa peristiwa tersebut merupakan contoh tumbukan. Selain itu guru dapat memperlihatkan gambar/video yang relevan dengan peristiwa tumbukan. Bapak/Ibu guru dapat meminta peserta didik untuk memberikan contoh lain dari peristiwa tumbukan.
1. Lenting Sempurna
Tumbukan antara dua buah benda dikatakan lenting sempurna apabila jumlah energi mekanik benda sebelum dan sesudah tumbukan tetap. Pada tumbukan lenting sempurna berlaku hukum kekekalan energi kinetik.
Ek1 + Ek 2 = Ek1' + Ek 2' 1 2
m1v12 +
1 2
m2 v2 2 = 12 m1 (v1' ) 2 +
1 2
m2 (v2' ) 2
Selain memenuhi hukum kekekalan energi kinetik, tumbukan lenting sempurna juga memenuhi hukum kekekalan momentum. Oleh karena itu, koefisien elastisitas untuk tumbukan lenting sempurna sama dengan satu (e = 1). Petunjuk Khusus
99
100
Hitam
Orange
Agar peserta didik lebih memahami konsep ini, mintalah peserta didik untuk mengakses animasi lenting sempurna. Contoh animasi silakan akses pada link berikut ini. http://www. science-animations.com/support-files/collisions.swf.
2. Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali
Hukum kekekalan momentum untuk dua buah benda yang bertumbukan tidak lenting sama sekali dapat ditulis sebagai berikut.
m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) v ' Koefisien elastisitas untuk tumbukan tidak lenting sama sekali sama dengan nol, yaitu sesuai dengan persamaan berikut. e=
- (v1' - v2' ) =0 v1 - v2
3. Tumbukan Lenting Sebagian
Pada tumbukan lenting sebagian berlaku hukum kekekalan momentum, tetapi tidak berlaku hukum kekekalan energi kinetik. Untuk tumbukan lenting sebagian, koefisien restitusi bernilai antara 0 (e < e < 1).
Agar peserta didik lebih memahami tentang penerapan materi ini secara lebih mendalam, tampilkanlah animasi yang relevan. Contoh animasi silakan akses pada link berikut ini: http://www.curriki.org/nroc/Introductory_Physics_1/lesson13/1D3_pt1.swf. Setelah itu, guru dapat meminta peserta didik untuk melakukan kajian literatur untuk mencari berbagai informasi tentang berbagai jenis tumbukan yang ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasilnya di depan kelas. Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan kajian literatur sehingga peserta didik dapat menjelaskan jenis-jenis tumbukan dan mencari contoh-contoh tumbukan dalam kehidupan sehari-hari serta mampu mengklasifikasikan contoh-contoh tersebut ke dalam tumbukan lenting sempurna, lenting sebagian, atau tidak lenting sama sekali. Agar peserta didik dapat memahami tentang jenis-jenis tumbukan dalam pemecahan masalah, berikanlah peserta didik Masalah 5.5 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 124-127. Setelah itu, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 5.5 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 128.
I
Penerapan Konsep Momentum
Agar pembelajaran di kelas melibatkan peserta didik, mintalah peserta didik melakukan kajian literatur tentang penerapan konsep impuls dan momentum dalam kehidupan sehari-hari. Guru dan peserta didik dapat melakukan tanya jawab terkait dengan kajian literatur yang dilakukan oleh peserta didik.
100
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
101
Hitam
Orange
1. Tembakan Peluru dari Senapan atau Meriam
Persamaan-persamaan yang berlaku pada peristiwa ditembakkannya peluru dari senapan adalah sebagai berikut. mAvA + mBvB = mAvA' + mBvB' Karena vA = vB = 0 (keadaan diam), maka mAvA' = – mBvB' dengan: mA = massa peluru (kg) mB = massa senapan (kg) vA’ = kecepatan peluru keluar dari senapan (m/s) vB’ = kecepatan senapan saat tertolak ke belakang (m/s)
Agar peserta didik dapat memahami tentang pemecahan masalah yang berkaitan dengan tembakan peluru dari senapan atau meriam, guru dapat memberikan Masalah 5.6 yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI halaman 129-130.
2. Sebuah Sistem yang Terpisah Menjadi Dua Bagian
Apabila terdapat sebuah sistem dalam keadaan tertentu kemudian terpisah menjadi dua bagian dan bergerak dengan kecepatan tertentu, maka kecepatan masing-masing bagian sistem dapat ditentukan berdasarkan prinsip hukum kekekalan momentum.
Agar peserta didik dapat memahami tentang pemecahan masalah yang berkaitan dengan sebuah sistem yang terpisah menjadi dua bagian, guru dapat memberikan Masalah 5.7 yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI halaman 130-131.
3. Peluncuran Roket
Roket dapat meluncur karena adanya gaya aksi-reaksi yaitu ketika roket menyemburkan gas panas dan hasil pembakaran bahan bakar roket, gas panas yang tersembur inilah yang memberikan dorongan terhadap roket. Berdasarkan prinsip momentum dan impuls, gaya dorong pada roket dapat dinyatakan sebagai berikut. dengan: ∆ m F = gaya dorong roket (N) F= v ∆t ∆m = perubahan massa roket tiap satuan waktu (kg/s)
∆t
v
= kecepatan roket (m/s)
Agar peserta didik dapat memahami tentang pemecahan masalah yang berkaitan dengan peluncuran roket guru dapat memberikan Masalah 5.8 yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI halaman 132. Petunjuk Khusus
101
102
Hitam
J
Orange
Sikap dalam Pembelajaran tentang Impuls dan Momentum
Setelah mengalami proses pembelajaran melalui buku ini setidaknya ada beberapa pengembangan sikap yang dapat Anda rasakan, baik sikap dalam segi spiritual, sosial maupun individual. Untuk merasakan sikap apa yang telah dikembangkan atau dirangsang, marilah kita resapi penjelasan berikut ini. 1. Spiritual Setelah mempelajari mengenai konsep ini, tidakkah Anda menyadari bagaimana kebesaran Tuhan dalam mengatur jagad raya ini agar tetap seimbang? Coba Anda bayangkan, kondisi alam jika semuanya berada dalam kondisi tumbukan lenting sempurna. Saat Anda terjatuh dari tempat tidur, tubuh Anda akan tetap terus memantul terus menerus tanpa henti. Untuk menghentikannya Anda membutuhkan gaya eksternal dari luar tubuh Anda, artinya harus ada orang atau kekuatan yang menghentikannya dengan cara memberikan Anda sebuah gaya baik berupa dorongan atau tekanan. Betapa hidup ini akan tersiksa pada kondisi ini. Selain itu, Anda akan sangat tergantung pada orang lain sehingga Anda tidak dapat hidup mandiri. Tuhan telah memperhitungkan segalanya agar jagad raya berada pada kondisi yang ideal untuk kita hidup di dalamnya sebagai makhluk-Nya. Kondisi ini membuat kita harus berpikir kritis, bahwa secara tidak langsung hidup di dunia ini harus dilakukan secara mandiri, tentu saja dengan bantuan Tuhan Yang Maha Esa, karena kondisi jagad raya diatur sedemikian rupa oleh Tuhan agar kita dapat mandiri dalam memperjuangkan hidup kita. 2. Sosial Saat proses pembelajaran ada beberapa kegiatan yang melibatkan teman Anda sebagai partner untuk memahami suatu konsep momentum dan impuls. Dari kegiatan tersebut ada beberapa sikap yang dikembangkan, misalnya adalah mampu bekerja sama, saling menghargai, saling percaya, dan sikap tolong menolong. Pada Kegiatan 5.1, Anda dituntut untuk mampu memahami konsep momentum melalui kerja sama dengan teman Anda. Kegiatan ini memposisikan teman Anda berlari menuju Anda kemudian Anda menghadangnya. Agar tidak terjadi kecelakaan maka Anda harus memiliki sikap saling menghargai kinerja orang lain dan memiliki rasa percaya. Kalaupun terjadi sesuatu maka Anda harus segera menolong teman Anda. 3. Individual Konsep momentum dan impuls menuntut diri kita untuk menyadari bahwa masih banyak teknologi yang dapat dikembangkan dari konsep ini. Pembuatan kantong udara pada mobil merupakan salah satu contoh teknologi yang menggunakan konsep ini. Selain itu, teknologi yang menggunakan konsep ini adalah gerak roket, senjata api, dan lain-lain. Tidakkah Anda ingin membuat suatu penemuan seperti orang-orang lain yang dapat membuat roket ataupun teknologi lainnya? Melalui proses pembuatan roket sederhana yang telah Anda lakukan pada Proyek 5.1 seharusnya dapat memicu kemampuan untuk berinovasi, kreatif, dan memiliki rasa ingin tahu dalam memperbaiki produk yang sudah ada sehingga bisa menjadi lebih baik, sesuai dengan keinginan Anda, dan justru lebih bermanfaat bagi orang lain. Jika rakyat Indonesia memiliki kemampuan-kemampuan tersebut maka bukan hal yang sulit untuk menjadikan negeri ini dapat mengalahkan negara-negara berkuasa di belahan dunia mana pun dalam hal apa pun.
102
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
103
Hitam
Orange
Sikap-sikap yang telah kita ulas tersebut sebaiknya Anda terapkan di lingkungan sekitar Anda agar lingkungan, baik dalam lingkungan alam maupun lingkungan sosial, dapat merasakan manfaat atas keberadaan Anda. Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Momentum dan Impuls. Pada akhir bab alangkah baiknya Bapak/ibu guru mengajak peserta didik untuk merefleksikan hikmah yang dapat diambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini hingga berguna untuk hidup berketuhanan, bersosial, dan berbudaya.
K
Pengayaan Materi
Tumbukan Dua Dimensi setelah tumbukan
sebelum tumbukan
v1f sin θ θ φ
m1i m1 m2 A
v2f sin φ
v1f
v1f cos θ v2f cos φ v2f
B Gambar 5.1
Contoh kasus tumbukan dua dimensi ini adalah tumbukan pada permainan biliar. Momentum sistem dua partikel bersifat kekal ketika sistem terisolasi. Untuk setiap tumbukan dua partikel, hasil ini menunjukkan bahwa momentum di masing-masing arah x, y, dan z adalah kekal. Untuk tumbukan dua dimensi seperti itu, kita memperoleh dua persamaan komponen untuk kekekalan momentum: m1v1ix + m2v2iy = m1v1fx + m2v2fx m1v1iy + m2v2iy = m1v1fy + m2v2fy
L
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada Bab V sebagai berikut 1. Media visual : buku Fisika Kelas XI karya Sunardi dan Siti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Siswa 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet, gambar-gambar penunjang. 3. Media peraga : alat dan bahan praktikum. Petunjuk Khusus
103
104
Hitam
M
Orange
Bentuk Penilaian
Untuk menguji pemahaman peserta didik atas materi dalam Bab V ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi, antara lain sebagai berikut. 1. Soal evaluasi, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal-soal pada setiap akhir subbab terdiri atas soal-soal uraian. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 23) 2. Soal evalusi di akhir bab, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23-24) 3. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku bekerja sama, saling menghargai, sadar akan kebesaran Tuhan, saling tolong-menolong, saling mempercayai, inovatif, memiliki rasa ingin tahu, kreatif di lingkungan sekitaranya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku siswa Fisika, halaman 140) 4. Refleksi, merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemukakan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya terkait dalam konteks pencapaian diri. (Format tabel refleksi tertera pada buku siswa Fisika, halaman 136) 5. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format tabel penilaian kegiatan kajian literatur tertera pada petunjuk umum, halaman 25) 6. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 25-26) 7. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 27-28) 8. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan praktikum. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 26-27) 9. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains peserta didik ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 35) 10. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 29-30)
N
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial. Kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu
104
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
105
Hitam
Orange
guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan ajar yang diremedi. Contoh soal untuk remedial bab V adalah sebagai berikut. 1. Sebuah bola bermassa 0,15 kg mula-mula diam, kemudian setelah dipukul dengan tongkat, kecepatan bola 15 m/s. Berapa implus dari gaya pemukul tersebut? Pembahasan: Diketahui m = 0,15 kg v1 = 0 m/s (mula-mula diam) v2 = 15 m/s Impuls sama dengan perubahan momentum I = p2 – p1 = m (v2 – v1) = 0,15 × 15 = 2,25 2. Sebuah mobil yang massanya 1.500 kg bergerak dengan kecepatan 72 km/jam, tiba-tiba menabrak sebuah tebing. Mobil tersebut berhenti setelah 0,2 sekon. Berapa besar gaya ratarata yang bekerja pada mobil selama tumbukan? Pembahasan: m = 1.500 kg v1 = 72 km/jam =
72 × 103 = 20 m/s 3600
v2 = 0 m/s Δt = 0,2 s
I = ∆P F × ∆t = m ( v2 − v1 ) F=
m ( v2 − v1 ) 1.500 kg ( 0 m/s − 20 m/s ) = 0, 2 s ∆t
= 150.000 kg m/s 2
Jadi, gaya rata-rata yang bekerja pada mobil selama tumbukan sebesar 150.000 N (tanda negatif menunjukkan arah) 3. Sebuah senapan bermassa 0,80 kg menembakkan peluru bermassa 0,016 kg dengan kecepatan 700 m/s. Berapa kecepatan senapan mendorong bahu penembak? Diketahui: kecepatan peluru = v1 = 0 m/s kecepatan senapan = v2 = 0 m/s massa peluru = m1 = 0,016 kg massa senapan = 0,8 kg sesudah peluru ditembakkan, kecepatan peluru v1’= 700 m/s
Petunjuk Khusus
105
106
Hitam
Orange
hukum kekekalan momentum m1 + v1+ m2 + v2 = m1v1’ + m2 v2’ 100 (10) + 50 (10) = 100 v1’+ 50 (–2) 1500 = 100 v1’ – 100 1600 = 100 v1’ v1’ = 16 m/s
O
Rangkuman
1. Momentum merupakan sebuah konsep yang menjelaskan sifat inersia atau kelembaman saat benda dalam keadaan bergerak dan didefinisikan sebagai hasil kali antara massa dengan kecepatan benda. Persamaan matematikanya adalah sebagai berikut. p=mv 2. Impuls merupakan sebuah konsep yang menjelaskan pengaruh adanya gaya dari luar yang bekerja pada selang waktu tertentu pada benda sehingga dapat menimbulkan perubahan momentum benda. Secara matematis impuls dapat dinyatakan oleh persamaan berikut ini. I = F ∆t atau I = ∆p 3. Hukum kekekalan momentum. p1 + p2 = p1' + p2' 4. Koefisien restitusi dari dua buah benda yang bertumbukan adalah: - (v1' - v2' ) e= v1 - v2 5. Jenis-jenis tumbukan: a. Tumbukan lenting sempurna dengan nilai koefisien restitusi e = 1. b. Tumbukan tidak lenting sama sekali dengan nilai koefisien restitusi e = 0. c. Tumbukan lenting sebagian dengan nilai koefisien restitusi 0 < e < 1. 6. Gaya dorong pada roket adalah: ∆m F= vrel ∆t
P
Penutup
Setelah peserta didik mempelajari materi pada bab ini, peserta didik akan belajar mengenai dinamika rotasi. Untuk materi mengenai momentum dan impuls sangat bermanfaat dalam mempelajari konsep-konsep pada bab-bab selanjutnya, termasuk konsep dinamika rotasi. Oleh sebab itu, berilah motivasi pada peserta didik bahwa materi yang telah dipelajari masih terhubung dengan materi yang lain sehingga siswa mendapatkan suatu motivasi bahwa pada khususnya dalam Fisika, suatu konsep atau materi saling terkait satu sama lain. Pada umumnya, peserta didik akan merasakan bahwa hidup seorang manusia saling terhubung dengan semua makhluk hidup ciptaan Tuhan dimana semuanya saling membutuhkan.
106
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
107
Hitam
Orange
Bab VI Dinamika Rotasi
Sumber: hdwallpapers.in/walls/yokohama_bay_brige_japan_wide.jpg
Pada KD 3.6 dan 4.6 kedalaman materi ditekankan pada dinamika rotasi. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan tentang rotasi benda tegar. Kajian tentang dinamika rotasi tegar dapat ditinjau dari hubungan besaran-besaran translasi dan rotasi. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan keseimbangan benda tegar dan jenis-jenis keseimbangan. Peserta didik juga diharapkan dapat menjelaskan tentang hukum kekekalan momentum sudut, energi kinetik rotasi, usaha dalam gerak rotasi, serta gabungan energi kinetik translasi dan rotasi. Alangkah baiknya jika dalam membahas dinamika rotasi menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah gaya, energi, dan usaha yang pernah didapat di SMP/MTs kelas VIII, vektor yang pernah didapat di SMA/MA kelas X dan pada Bab I pembahasan sebelumnya, gerak melingkar beraturan, usaha dan energi, dan hukum Newton II yang pernah didapat di SMA/MA kelas X.
Petunjuk Khusus
107
108
Hitam
A
Orange
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
Indikator Pembelajaran
3.6
Menerapkan konsep torsi, momen inersia, titik berat, dan momentum sudut pada benda tegar (statis dan dinamis) dalam kehidupan sehari-hari.
3.6.1 Merumuskan pengaruh torsi atau momen gaya pada sebuah benda dalam kaitannya dengan gerak rotasi benda tersebut. 3.6.2 Menggunakan konsep momen kopel untuk berbagai bentuk benda tegar dalam kehidupan sehari-hari. 3.6.3 Menggunakan konsep momen inersia untuk berbagai bentuk benda tegar dalam kehidupan sehari-hari. 3.6.4 Menerapkan konsep titik berat benda dalam kehidupan seharihari. 3.6.5 Mengungkap analogi hukum II Newton tentang gerak translasi dan gerak rotasi. 3.6.6 Menganalisis masalah dinamika rotasi dinamika benda tegar untuk berbagai keadaan. 3.6.7 Merumuskan hukum kekekalan momentum sudut pada benda tegar dalam kehidupan sehari-hari. 3.6.8 Menentukan energi benda yang berotasi. 3.6.9 Menentukan usaha dalam gerak rotasi. 3.6.10 Menganalisis energi dalam gabungan gerak rotasi dan translasi.
4.6
Merencanakan dan melaksanakan percobaan titik berat dan keseimbangan benda tegar.
4.6.1 Merencanakan percobaan untuk menyelidiki titik berat benda secara berkelompok. 4.6.2 Melaksanakan percobaan yang telah direncanakan untuk menyelidiki titik berat benda secara berkelompok. 4.6.3 Merencanakan percobaan untuk menyelidiki hukum I Newton (keseimbangan benda tegar) untuk dinamika rotasi secara berkelompok. 4.6.4 Melaksanakan percobaan yang telah direncanakan menyelidiki hukum I Newton (keseimbangan benda tegar) untuk dinamika rotasi secara berkelompok.
B
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan kegiatan praktikum mengenai momen gaya, siswa dapat merumuskan pengaruh torsi atau momen gaya pada sebuah benda. 2. Setelah melakukan studi literatur mengenai momen kopel, siswa dapat menggunakan konsep momen kopel untuk berbagai bentuk benda. 3. Setelah melakukan kegiatan praktikum mengenai momen inersia, siswa dapat menggunakan konsep momen inersia untuk berbagai bentuk benda tegar. 4. Setelah menganalisis tabel momen inersia beberapa benda, siswa dapat mengetahui perbedaan antara momen inersia benda satu dengan yang lainnya.
108
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
109
Hitam
Orange
5. Setelah melakukan kegiatan praktikum mengenai titik berat, siswa dapat menerapkan konsep titik berat benda dalam kehidupan sehari-hari. 6. Setelah melakukan praktikum dan diskusi mengenai dinamika rotasi, siswa dapat mengungkap analogi hukum II Newton tentang gerak translasi dan gerak rotasi. 7. Setelah mengamati animasi dan demonstrasi siswa mengenai momentum sudut, siswa dapat menjelaskan momentum sudut secara jelas. 8. Setelah melakukan kegiatan praktikum mengenai hukum kekekalan momentum sudut, siswa dapat merumuskan hukum kekekalan momentum sudut pada benda tegar. 9. Setelah menganalisis alternatif soal-soal penyelesaian masalah, siswa dapat menentukan energi kinetik rotasi dan usaha dalam gerak rotasi. 10. Setelah menganalisis gambar benda bergerak translasi, siswa dapat menganalisis energi dalam gabungan gerak rotasi dan translasi.
C
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada peserta didik antara lain sebagai berikut. 1. Apa yang dimaksud dengan gaya? 2. Bagaimana penerapan momen inersia dalam kehidupan sehari-hari? 3. Bagaimana bunyi hukum I dan II Newton? 4. Bagaimana cara menentukan titik berat benda? 5. Sebutkan bunyi hukum kekekalan momentum sudut! 6. Bagaimana hubungan energi pada gabungan gerak rotasi dan translasi? Motivasi peserta didik dengan cara mengajak peserta didik untuk mensyukuri ciptaan Tuhan atas konsep dinamika rotasi. Hal ini dimaksudkan agar peserta didik memiliki sikap spiritual yang luhur.
D
Momen Gaya
Gaya yang dapat menyebabkan suatu benda berotasi dinamakan momen gaya atau torsi. Dalam Fisika, momen gaya didefinisikan sebagai hasil perkalian silang antara vektor posisi titik kerja gaya dengan vektor gaya. Mintalah peserta didik untuk menganalisis Gambar 6.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 144. Kemudian bimbinglah peserta didik untuk menentukan persamaan momen gaya berdasarkan gambar tersebut.
Petunjuk Khusus
109
110
Hitam
Orange
Secara matematis momen gaya dinyatakan dengan persamaan berikut. τ=F×r Sehingga besar vektor momen gaya dapat dinyatakan sebagai berikut. τ = F r sin θ dengan: τ = vektor momen gaya (Nm) r = vektor posisi titik kerja gaya terhadap poros (m) F = vektor gaya (N) Berdasarkan konsep perkalian Untuk lebih memahami konsep momen gaya atau torsi, mintalah peserta didik untuk memerhatikan alternatif penyelesaian pada Masalah 6.1 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 146.
E
Momen Kopel
Kopel merupakan pasangan dua buah gaya yang sama besar, mempunyai garis kerja yang sejajar (tidak berimpit) dan arahnya berlawanan.Momen kopel didefinisikan sebagai perkalian salah satu gaya dengan jarak tegak lurus antara kedua garis gaya tersebut. Dalam bentuk persamaan, momen kopel dapat ditulis sebagai berikut. dengan: M = momen kopel (Nm) F = gaya (N) d = lengan kopel (m)
M=Fd
Agar peserta didik dapat meningkatkan pemahamannya tentang aplikasi dari momen kopel dalam kehidupan sehari-hari, guru dapat memberikan beberapa pertanyaan untuk didiskusikan oleh peserta didik. Misalnya “Manakah dari gerakan-gerakan benda berikut ini yang menghasilkan momen kopel 1. Putaran jarum jam 2. Putaran kincir angin Kemudian mintalah perwakilan peserta didik untuk membacakan hasil diskusinya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi dan mengarahkan diskusi yang dilakukan peserta didik, sehingga peserta didik dapat memperoleh kesimpulan bahwa putaran kincir angin terjadi karena adanya momen kopel.
110
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
111
Hitam
Orange
Untuk lebih memahami konsep momen kopel, mintalah peserta didik untuk memerhatikan alternatif penyelesaian pada Masalah 6.2 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 147. Setelah itu mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 6.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika, halaman 148.
F
Momen Inersia
Sebelum membahas momen inersia secara lebih lanjut, guru dapat mendemonstrasikan dua buah benda yang dapat digunakan untuk mendefinisikan momen inersia. Misalnya guru menyiapkan dua buah benda yang berukuran sama. Contohnya penggaris plastik dan penggaris besi. Arahkan peserta didik dengan mengajukan pertanyaan Manakah di antara kedua benda tersebut yang akan lebih mudah berputar jika ujungnya dikenai gaya yang sama besar? Jawaban yang diharapkan dari peserta didik adalah: penggaris besi karena walaupun berukuran sama dengan penggaris plastik, penggaris besi lebih berat bila dibandingkan penggaris plastik. Bimbinglah peserta didik untuk mendefinisikan momen inersia dari demonstrasi tersebut. Setelah itu bimbinglah peserta didik untuk melakukan Kegiatan 6.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika halaman 148-149.
Kegiatan Siswa 6.2 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerjasama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu dapat menentukan sendiri alternatif alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini. Momen inersia adalah ukuran kelembaman benda yang berotasi atau berputar terhadap sumbu putarnya. Momen inersia diungkapkan dengan persamaan matematis (kuantitatif) di bawah ini. I = m r2 dengan: I = momen inersia partikel (kg m2) m = massa partikel (kg) r = jarak partikel terhadap porosnya (m) Ketika akan mempelajari momen inersia pada beberapa benda, alangkah baiknya jika dipelajari dalam bentuk tabel agar lebih mudah dipahami dan mudah terlihat perbedaan antara momen inersia benda satu dengan yang lainnya.
Petunjuk Khusus
111
112
Hitam
Orange
Tabel 6.1 Momen Inersia Beberapa Benda No.
1.
2.
3.
Nama Benda Momen inersia batang homogen
Momen inersia pelat segiempat tipis
Bentuk Benda
Poros melalui pusat
ℓ
Poros melalui salah satu ujung batang
ℓ
Poros melalui pusat
=
1 m 2 12
I
=
1 m 2 3
I
=
1 m (a 2 + b 2 ) 2
I
=
1 ma 3
I
=
1 m ( r12 + r22 ) 2
I
=
1 m r2 2
b
a
Momen inersia silinder berongga r2
r1
4.
I
b
a
Poros melalui tepi panjang
Momen Inersia
Momen inersia silinder pejal r
5.
Momen inersia silinder tipis berongga (cincin)
6.
Momen inersia bola pejal
I = m r2
r
I
=
2 m r2 5
r
7.
2 3
I = mr 2
Momen inersia bola tipis berongga r
Untuk lebih memahami materi ini, mintalah peserta didik untuk mempelajari alternatif penyelesaian pada Masalah 6.3 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 153. Setelah itu mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 6.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 153-154.
112
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
113
Hitam
G
Orange
Titik Berat
Agar peserta didik mudah memahami mengenai materi titik berat, minta peserta didik untuk melakukan Kegiatan 6.3 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 154. Tugas Bapak/Ibu guru dalam hal ini adalah mendorong, memotivasi, mengarahkan, dan membimbing peserta didik ketika melakukan kegiatan pembelajaran. Mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasil dari kegiatannya tersebut di depan kelas. Bimbinglah peserta didik untuk membuat kesimpulan.
Kegiatan Siswa 6.3 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu dapat menentukan sendiri alternatif alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini. Bimbinglah peserta didik untuk menganalisis Gambar 6.15 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 155. Untuk menentukan titik berat suatu benda dapat dilakukan dengan cara menyatakan terlebih dahulu benda dalam koordinat kartesian. Misalkan sebuah benda terdiri atas partikel-partikel yang beratnya w1, w2, w3, ...,wn dan masing-masing mempunyai koordinat dalam arah mendatar x1, x2, x3, ..., xn dan koordinat dalam arah vertikal y1, y2, y3, …, yn. Resultan dari gaya-gaya berat partikel ini adalah berat benda (w) yang bertitik tangkap di Z (x, y). Apabila semua komponen gaya pada sumbu Y dapat diganti oleh sebuah gaya wy, dengan wy = yang berjarak X dari sumbu Y. Supaya wy dapat menggantikan semua komponen gaya tersebut, maka efek putarannya (momen) terhadap sumbu Y haruslah sama besar. Y n
wy = Σ wi = w1 + w2 + w3 + ... + wn
x1, y1
i =1
wy x = w1 x1 + w2 x2 + w3 x3 + ... + wn xn
x1 w1
x, y
n
wy x = Σ wi xi ⇒
x2, y2
i =1
x2
n
w
O
Σ wi xi x = i =1 wy
w2 X
Gambar 6.1 Berat benda w adalah resultan gaya berat partikel-partikelnya.
dengan: n
wy = Σ wi = w1 + w2 + w3 + ... + wn i =1
Petunjuk Khusus
113
114
Hitam
Orange
n
∑ wi xi
x = i =1n ∑ wi i =1
atau x=
w1 x1 + w2 x2 + w3 x3 + ... + wn xn w1 + w2 + w3 + ... + wn
Dengan cara yang sama dapat ditentukan koordinat dalam sumbu Y. n
y=
Σ wi yi
i =1 n
Σ wi
i =1
atau y=
w1 y1 + w2 y2 + w3 y3 + ..... + wn yn w1 + w2 + w3 + ..... + wn
Untuk benda homogen yang mempunyai massa jenis serba sama, maka koordinat titik berat benda tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut. a. Untuk benda berdimensi tiga Vi xi Vi yi ,y= Vi Vi
x= dengan: V = volume (m3) b. Untuk benda yang berdimensi dua x=
Ai xi Ai yi , y= Ai Ai
dengan: A = luas (m2) c. Untuk benda berdimensi satu x=
Σ i xi Σ y , y= i i Σ i Σ i
dengan: ℓ = panjang (m) Untuk lebih memahami materi ini, mintalah siswa untuk mempelajari alternatif penyelesaian pada Masalah 6.4 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 160-163. Setelah itu mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 6.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 163. 114
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
115
Hitam
H
Orange
Dinamika Rotasi
Agar peserta didik mudah memahami mengenai materi dinamika rotasi, minta peserta didik untuk melakukan Kegiatan 6.4 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI halaman 163-164. Hal ini bertujuan agar peserta didik dapat memformalisasikan hukum Newton untuk dinamika rotasi. Selain itu untuk mempermudah penyampaian materi dan materi yang disampaikan mudah dipahami oleh siswa, Bapak/Ibu guru dapat menggunakan animasi mengenai dinamika rotasi yang dapat dilihat di: http://mahboeb.net/web_flash/benda_tegar.swf Secara matematis persamaan dinamika rotasi dapat dinyatakan sebagai berikut. τ = Iα
dengan: τ = momen gaya (Nm) I = momen inersia (kg m2) α = percepatan sudut (rad/s2) Bimbing dan arahkan siswa untuk melakukan diskusi kelompok yang terdiri atas 4-5 orang mengenai penerapan hukum I dan II Newton pada dinamika rotasi.
1. Hukum I Newton (Keseimbangan Benda Tegar) Ingatkan kembali kepada siswa materi mengenai keseimbangan benda titik atau partikel yang dijelaskan oleh Isaac Newton di kelas X. Keseimbangan benda tegar terbagi atas dua jenis, yaitu keseimbangan benda tegar. a. Keseimbangan benda tegar statis Keseimbangan statis benda tegar didefinisikan sebagai benda dalam keadaan seimbang (translasi dan rotasi). Syarat keseimbangan statis benda tegar adalah:
∑F = 0 ∑F = 0 ∑τ = 0 x
y
b. Keseimbangan benda tegar dinamis Keseimbangan dinamis benda tegar didefinisikan sebagai benda dalam keadaan seimbang (translasi dan rotasi), yang dipenuhi oleh ΣF = 0 dan Στ = 0, dan benda berada dalam keadaan bergerak dengan kecepatan linear v konstan dan kecepatan sudut ω juga konstan.
Petunjuk Khusus
115
116
Hitam
Orange
2. Hukum II Newton
Pada dinamika rotasi berlaku pula hukum II Newton untuk gerak rotasi yang berbunyi: “Percepatan sudut yang dialami suatu benda berbanding lurus dengan resultan momen gaya luar yang bekerja terhadap poros melalui pusat massa dan berbanding terbalik dengan momen inersia benda terhadap poros” atau dalam bentuk persamaan ditulis sebagai berikut. α=
∑τ I
Untuk memahami tentang dinamika rotasi, mintalah siswa untuk memerhatikan penyelesaian masalah pada Masalah 6.5 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 167-176. Setelah itu sebagai bahan evaluasi mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 6.4 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 177-178.
I
Momentum Sudut
Ingatkan kembali peserta didik mengenai konsep momentum linier yang telah dipelajari pada bab sebelumnya, dengan cara meminta salah satu perwakilan peserta didik untuk menuliskan dan menjelaskan persamaan momentum linier di depan kelas. Tekankan kepada peserta didik bahwa benda yang bergerak rotasi memiliki momentum sudut yang besarannya analog dengan momentum linier. Momentum sudut didefinisikan sebagai hasil kali momen inersia dengan kecepatan sudut. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut. L=I ω dengan: L = momentum sudut (kg m2/s) I = momen inersia (kg m2) ω = kecepatan sudut (rad/s) Untuk mempermudah peserta didik dalam menentukan arah momentum sudut dari suatu benda yang berotasi, guru dapat memperagakan kaidah tangan kanan.
1. Hubungan Momentum Sudut dengan Momen Gaya
Persamaan hubungan momentum sudut dengan momen gaya dapat dituliskan sebagai berikut. =
116
d (I ) dt
=
dL dt
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
117
Hitam
Orange
Tekankan kepada peserta didik bahwa momen gaya merupakan turunan fungsi momentum sudut terhadap waktu.
2. Hukum Kekekalan Momentum Sudut Agar peserta didik mudah memahami mengenai hukum kekekalan momentum dalam kehidupan sehari-hari, minta peserta didik untuk melakukan Kegiatan 6.5 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI halaman 179-180. Setelah itu mintalah perwakilan peserta didik untuk mempresentasikan hasil kegiatannya di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab agar seluruh peserta didik dapat berkontribusi untuk saling bertukar pikiran.
Kegiatan Siswa 6.5 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu dapat menentukan sendiri alternatif alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini. Hukum kekekalan momentum sudut menyatakan bahwa apabila pada sistem benda yang dL sedang berotasi tidak ada momen gaya luar ( = = 0 ) yang bekerja, maka momentum sudut dt sistem benda besarnya tetap (kekal) atau tidak mengalami perubahan. Untuk memahami tentang hukum kekekalan momentum sudut mintalah peserta didik untuk memerhatikan penyelesaian masalah pada Masalah 6.6 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 181.
J
Energi Kinetik Rotasi
Motivasi peserta didik dengan cara mengajukan pertanyaan seperti yang ada pada konsep prasyarat dan ingatkan kembali kepada peserta didik mengenai energi kinetik. Mintalah beberapa orang peserta didik untuk menjelaskan apa itu energi kinetik. Jawaban yang diharapkan: energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya (atau kecepatannya). Persamaan energi kinetik rotasi dapat dinyatakan dengan persamaan: Ek rotasi = 12 I dengan: Ek rotasi = energi kinetik rotasi (joule) I = momen inersia (kg m2) ω = kecepatan sudut (rad/s)
Petunjuk Khusus
117
118
Hitam
Orange
Agar peserta didik dapat memahami penerapan energi kinetik rotasi dalam pemecahan masalah, guru dapat memberikan Masalah 6.7 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 183.
K
Usaha dalam Gerak Rotasi
Usaha yang dilakukan oleh momen gaya τ pada sebuah benda yang berotasi dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. W=τθ dengan: W = usaha (joule) τ = momen gaya (Nm) θ = perpindahan sudut (rad) Usaha ini akan mengubah energi kinetik rotasi sesuai dengan hubungan W = =
1 2 1 2 I 2 − I 1 2 2
Agar peserta didik dapat memahami penerapan usaha dalam gerak rotasi dalam pemecahan masalah, guru dapat memberikan Masalah 6.8 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 183.
L
Energi dalam Gabungan Gerak Rotasi dan Translasi
Apabila sebuah benda tegar melakukan gerak translasi dan gerak rotasi secara simultan (bersamaan), maka energi kinetik benda tegar tersebut sama dengan jumlah energi kinetik translasi dan energi kinetik rotasi benda tersebut. Persamaannya adalah sebagai berikut. 1 1 atau Ek = mv 2 + I 2 Ek = Ek translasi + Ek rotasi 2 2 dengan: Ek = energi kinetik benda (J) m = massa benda (kg) v = kecepatan pusat massa (m/s) ω = kecepatan sudut terhadap poros (rad/s) I = momen inersia terhadap poros (kg m2)
118
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
119
Hitam
Orange
Agar peserta didik dapat memahami materi ini dalam pemecahan masalah, mintalah peserta didik untuk mempelajari Masalah 6.9 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 184. Setelah itu mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 6.5 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 185.
M
Sikap dalam Pembelajaran tentang Dinamika Rotasi
Apa yang Anda dapatkan setelah mempelajari materi dinamika rotasi selain hanya materi saja? Pada bab yang telah kita pelajari banyak sekali yang dapat Anda renungkan baik dari sisi spiritual, sosial dan sisi individual. Mari kita ulas kembali hingga kita benar-benar merasakannya. 1. Spiritual Pernahkah Anda berpikir secara mendasar bagaimana mungkin suatu benda dapat bergerak berputar? Setelah mempelajari tentang dinamika rotasi pasti Anda dapat menjawabnya. Akan tetapi, untuk apa kita harus mempelajarinya? Selain untuk menggunakannya dalam permasalahan yang kita hadapi dalam kehidupan sehari-hari, konsep ini dapat menyadarkan kita tentang kebesaran Tuhan Yang Maha Esa. Tuhan telah memberikan kita akal dan pikiran untuk melihat semua kejadian yang ada di Alam semesta ini sebagai bahan pembelajaran yang berharga. Sistem yang ada di alam semesta ini sangat banyak. Di antaranya adalah adanya sistem benda yang bergerak rotasi. Penyebab gerak rotasi adalah adanya momen gaya yang bekerja pada benda. Konsep ini Tuhan ciptakan agar kita berpikir dan menyadari kebesaran-Nya bahwa setiap ada peristiwa pasti ada penyebabnya serta semua ciptaan Tuhan dapat dijelaskan secara ilmiah dan masuk akal. 2. Sosial Apa saja yang telah Anda lakukan selama proses pembelajaran? Jika Anda mengikuti buku ini dan melaksanakan semua kegiatannya, Anda akan menemukan beberapa kegiatan yang dianjurkan untuk dilakukan secara berkelompok. Dalam kegiatan berkelompok Anda akan dirangsang untuk bekerja sama dan memiliki sikap saling menghargai. Misalnya dalam kegiatan praktikum, dalam kegiatan ini Anda dibagi dalam beberapa kelompok. Saat proses praktikum setiap anggota yang ada di dalam kelompok dibagi tugas agar praktikum dapat dilakukan dengan cepat dan benar. Kemudian, Anda harus menghargai hasil pekerjaan anggota lain yang ada di dalam kelompok Anda dengan cara menerima hasil pekerjaannya dan membantunya jika mengalami kesulitan. 3. Individual Apa yang dapat Anda rasakan selama proses pembelajaran mengenai dinamika rotasi? Pada saat pembelajaran mengenai dinamika rotasi Anda banyak melakukan kegiatan. Baik kegiatan diskusi, kajian literasi ataupun kegiatan praktikum. Pada kegiatan tersebut Anda dirangsang untuk memiliki rasa ingin tahu yang tinggi. Selain itu pada kegiatan praktikum tentang materi dinamika rotasi diatur untuk menimbulkan kreativitas, teliti, dan sikap kritis Anda dalam menganalisis peristiwa yang muncul dalam praktikum.
Petunjuk Khusus
119
120
Hitam
Orange
Misalnya pada kegiatan dengan menggunakan gasing untuk menganalisis hukum kekekalan momentum sudut. Peristiwa yang terjadi adalah setelah gasing diberikan plastisin ternyata kecepatan putaran gasing semakin berkurang. Hal ini, dapat merangsang kekritisan Anda mengenai apa penyebab peristiwa itu dapat terjadi. Sikap-sikap di atas coba Anda kembangkan dan terapkan dalam kehidupan sehari-hari Anda. Jika sikap tersebut digunakan dalam kehidupan sehari-hari Anda maka negeri kita tercinta ini akan sangat maju dan berkembang dengan pesat. Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Dinamika rotasi. Pada akhir bab alangkah baiknya Bapak/Ibu guru mengajak peserta didik untuk merefleksikan hikmah yang dapat diambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini hingga berguna untuk hidup berketuhanan, bersosial, dan berbudaya.
N
Pengayaan Materi
Pusat Gaya Gravitasi Pusat gaya gravitasi merupakan sebuah titik yang dianggap sebagai tempat seluruh gaya gravitasi atau berat benda bekerja, bila benda tersebut berada di dalam medan gravitasi seragam. Torsi pusat gaya gravitasi (τg) merupakan torsi pada suatu titik acuan pada benda terhadap dari pusat gaya gravitasi bendanya. Contoh cara mencari τg pada lengan yang direntangkan. Perhatikan gambar di bawah ini. 0,28
Fg = 1,57 N Gambar 6.2
τg = –Fg.d = –1,57 N × 0,28 m = 0,44 Nm
120
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
121
Hitam
O
Orange
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada Bab VI sebagai berikut 1. Media visual : buku Fisika Kelas XI karya Sunardi dan Ziti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Peserta didik 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet 3. Media peraga : alat dan bahan praktikum
P
Bentuk Penilaian
Untuk menguji pemahaman peserta didik atas materi dalam bab VI ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi, sebagai berikut. 1. Soal evaluasi, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal-soal pada setiap akhir subbab terdiri atas soal-soal uraian. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 23) 2. Soal evaluasi di akhir bab, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23-24) 3. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku menyadari kebesaran Tuhan, bekerja sama, saling menghargai, kreatif, kritis, memiliki rasa ingin tahu yang tinggi dan teliti, di lingkungan sekitarnya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku peserta didik Fisika, halaman 194) 4. Refleksi, merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemuka kan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya terkait dalam konteks pencapaian diri. (Format tabel refleksi tertera pada buku peserta didik Fisika, halaman 189) 5. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format tabel penilaian kegiatan kajian literatur tertera pada petunjuk umum, halaman 25) 6. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 25-26) 7. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 27-28) 8. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 26-27) 9. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains peserta didik ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 35) 10. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 29-30)
Petunjuk Khusus
121
122
Hitam
Q
Orange
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial. Kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan ajar yang diremedial. Contoh soal untuk remedial Bab VI adalah sebagai berikut. 1. Sebuah silinder pejal dengan massa m dan memiliki jari-jari r, bergerak pada kelajuan v sambil berputar. Total energi kinetiknya adalah .... Pembahasan: Momen inersia total: Ek = Ektranslasi + Ekrotasi 1 1 Ek = m v2 + I ω2 2 2 1 Momen inersia silinder pejal adalah: I = m r2 2 v Telah diketahui bahwa = r Dengan demikian: 1 1 1 v Ek = mv 2 + × mr 2 × 2 2 2 r 1 1 3 Ek = mv 2 + mv 2 = mv 2 2 4 4 2. Sebuah bola pejal yang massanya 4 kg dan berjari-jari 15 cm menggelinding dari puncak miring kasar yang membentuk sudut kemiringan 30° terhadap tanah seperti pada gambar. Jika jarak AB 20 m dan bola dilepas tanpa kecepatan awal, maka energi kinetik bola saat tiba di B adalah .... (g = 10 m/s) Pembahasan: Diketahui: m = 4 kg r = 15 cm = 0,5 m θ = 30° vA = 0 AB = 20 m Ditanyakan: energi kinetik total bola saat tiba di B? Hukum kekekalan energi mekanik menyatakan EPA + EKA = EPB + EKB
122
A
h
30°
B
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
123
Hitam
Orange
Energi kinetik di B adalah gabungan energi kinetik translasi dan rotasi. Energi kinetik di A, 1 yaitu EKA = m vA2 sama dengan nol karena vA = 0. 2 Energi potensial di B, yaitu EPB = mghB sama dengan nol karena hB = 0 Dengan demikian EKB = EPA EKB = mghA = m × g × AB sin θ EKB = 4 × 10 × 20 sin 30° = 4 × 10 × 20 × 0,5 = 400 joule 3. Tiga buah partikel diletakkan pada sistem koordinat cartesius sebagai berikut. Massa 1 kg di (0, 0), massa 2 kg di (2, 1) dan massa 3 kg di (1, 5). Dengan semua jarak diukur dalam meter. Tentukan letak titik berat sistem partikel tersebut. Pembahasan: Diketahui: m1 = 1 kg; x1 = 0; y1 = 0 m2 = 2 kg; x2 = 2; y1 = 1 m3 = 3 kg; x3 = 1; y3 = 5 Ditanyakan titik berat sistem partikel. Titik berat sistem ditentukan oleh persamaan berikut ini. m x + m2 x2 + m3 x3 x0 = 1 1 m1 + m2 + m3 x0 =
1( 0 ) + 2 ( 2 ) + 3 (1)
=
7 6
=
17 6
1+ 2 + 3 m1 y1 + m2 y2 + m3 y3 y0 = m1 + m2 + m3 y0 =
R
1( 0 ) + 2 (1) + 3 ( 5 ) 1+ 2 + 3
Rangkuman
1. Suatu benda dapat berotasi karena terdapat gaya yang dinamakan momen gaya atau torsi. Momen gaya dirumuskan sebagai berikut. =F d dengan: d = lengan momen (m) Besar momen gaya yang dilakukan oleh beberapa gaya pada suatu benda dirumuskan sebagai berikut.
Petunjuk Khusus
123
124
Hitam
Orange
= ( Fd ) = F1d1 + F2 d 2 + F3 d3 + .... 2. Momen kopel merupakan momen yang disebabkan oleh suatu pasang gaya yang sama besar. M = F d
(untuk 1 buah kopel)
M = Σ ( Fd )
(untuk beberapa kopel)
dengan: d = lengan kopel (m) 3. Momen inersia dari sudut partikel merupakan hasil kali massa partikel dengan kuadrat jarak partikel terhadap sumbu putarnya atau porosnya. I = m r2 4. Hukum II Newton untuk benda yang bergerak rotasi. =I 5. Momentum sudut merupakan hasil kali momen inersia dengan kecepatan sudut. L=Iω 6. Hubungan momentum sudut dengan momen gaya. dL = dt 7. Hukum kekekalan momentum sudut Apabila pada sistem benda yang sedang berotasi tidak ada momen gaya luar yang bekerja, maka momentum sudut sistem benda besarnya tetap (kekal) atau tidak mengalami perubahan. L1 = L2 I1 ω1 = I2 ω2 8. Energi kinetik rotasi sebuah benda dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. 1 EK rotasi = I 2 2 9. Usaha yang dilakukan oleh momen gaya pada sebuah benda yang berotasi dapat dinyatakan sebagai berikut. 1 1 W = = I 22 I 12 2 2
124
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
125
Hitam
Orange
10. Suatu benda tegar yang melakukan gerak translasi dan gerak rotasi secara bersamaan mem punyai energi kinetik yang besarnya dapat dinyatakan sebagai berikut. 1 1 EK = m v 2 + I 2 2 2 11. Hukum II Newton untuk gerak rotasi Percepatan sudut yang dilalui suatu benda berbanding lurus dengan resultan momen gaya luar yang bekerja terhadap poros melalui pusat massa dan berbanding terbalik dengan momen inersia benda terhadap poros. ∑ = I 12. Syarat keseimbangan benda tegar ∑ F = 0 dan ∑ = 0 13. Titik berat adalah titik tangkap gaya berat suatu benda. a) Titik berat untuk benda homogen berdimensi tiga. x=
∑V x ∑V
i i i
, y=
∑V y ∑V i
i
i
dengan: V = volume benda (m3) b) Titik berat untuk benda homogen berdimensi dua x=
∑Ax ∑A
i i
, y=
i
∑Ay ∑A i
i
i
dengan: A = luas benda (m2) c) Titik berat untuk benda homogen berdimensi satu x=
∑ x ∑
i i i
, y=
∑ y ∑ i
i
i
dengan: ℓ = panjang benda (m)
Petunjuk Khusus
125
126
Hitam
S
Orange
Penutup
Setelah Anda mempelajari materi pada bab ini, peserta didik akan belajar mengenai Dinamika Fluida. Untuk materi mengenai dinamika rotasi dan kesetimbangan benda tegar sangat bermanfaat dalam mempelajari konsep-konsep pada bab-bab selanjutnya, termasuk konsep dinamika fluida. Misalkan subbab gaya angkat pesawat terbang pada bab dinamika fluida, agar pesawat terbang bisa dalam keadaan setimbang di udara setelah tinggal landas, terdapat gaya-gaya yang bekerja pada bagian atas sayap dan bagian bawah sayap. Oleh sebab itu, berilah motivasi pada peserta didik bahwa materi yang telah dipelajari masih terhubung dengan materi yang lain sehingga peserta didik mendapatkan suatu motivasi bahwa pada khususnya dalam Fisika, suatu konsep atau materi saling terkait satu sama lain. Pada umumnya, peserta didik akan merasakan bahwa hidup seorang manusia saling terhubung dengan semua makhluk hidup ciptaan Tuhan dimana semuanya saling membutuhkan.
126
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
127
Hitam
Orange
Bab VII Dinamika Fluida
Sumber : openwalls.com
Pada KD 3.7 dan 4.7 kedalaman materi ditekankan pada dinamika fluida. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan tentang dinamika fluida yang dititikberatkan pada fluida ideal. Kajian tentang analisis vektor gerak dua dimensi dapat ditinjau dari asas kontinuitas dan asas Bernoulli. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli, misalkan tangki berlubang, venturimeter, penyemprot nyamuk, dan gaya angkat sayap pesawat terbang. Alangkah baiknya jika dalam membahas dinamika fluida ini menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah zat padat, cair, dan gas yang telah diberikan di SMP/MTs dan fluida statis yang telah diberikan di SMA/MA kelas X semester II.
Petunjuk Khusus
127
128
Hitam
A
Orange
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
Indikator Pembelajaran
3.7
Menerapkan prinsip fluida dinamik dalam teknologi.
3.7.1 Menjelaskan garis alir pada fluida mengalir. 3.7.2 Menerapkan persamaan asas kontinuitas dan menggunakannya dalam pemecahan masalah teknologi sehari-hari. 3.7.3 Menerapkan persamaan asas Bernoulli dan menerapkannya dalam memecahkan masalah Fisika dalam teknologi sehari-hari.
4.7
Memodifikasi ide/ gagasan proyek sederhana yang menerapkan prinsip dinamika fluida.
4.7.1 Merancang suatu percobaan/praktikum untuk menyelidiki penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli. 4.7.2 Melakukan suatu percobaan/praktikum untuk menyelidiki penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli.
B
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan kajian literatur tentang garis alir, peserta didik dapat menjelaskan garis alir pada fluida mengalir. 2. Setelah mengamati animasi asas kontinuitas, peserta didik dapat menerapkan persamaan kontinuitas dan menggunakannya dalam pemecahan masalah. 3. Setelah mengamati animasi atau gambar asas Bernoulli, peserta didik dapat menerapkan asas Bernoulli dan menggunakannya dalam memecahkan masalah fisika sehari-hari. 4. Setelah melakukan kegiatan praktikum penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli, peserta didik dapat mengetahui berbagai penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli dalam teknologi kehidupan sehari-hari. 5. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat merancang suatu percobaan/ praktikum untuk menyelidiki penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli. 6. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat melakukan suatu percobaan/ praktikum untuk menyelidiki penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli.
C
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada peserta didik antara lain sebagai berikut.
128
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
129
Hitam
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Orange
Jelaskan macam-macam zat padat, cair, dan gas! Apa perbedaan fluida statis dan fluida dinamis? Bagaimana bunyi dan persamaan tekanan hidrostatis? Apa yang dimaksud dengan diagram alir? Bagaimana bunyi dan persamaan asas kontinuitas? Bagaimana bunyi dan persamaan asas Bernoulli? Sebutkan penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli dalam teknologi sehari-hari!
Pada awal pembelajaran, sebaiknya guru memotivasi peserta didik terlebih dahulu dengan cara mengajukan beberapa pertanyaan mengenai fluida dinamis. Setelah itu, ingatkan kepada peserta didik mengenai fluida statis yang telah dibahas pada pembahasan sebelumnya. Kemudian jelaskan kepada peserta didik tentang jenis-jenis aliran fluida seperti yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 197.
D
Garis Alir
Agar proses pembelajaran dapat berpusat pada peserta didik, mintalah peserta didik untuk melakukan kajian literatur dari berbagai sumber tentang fluida ideal. Mintalah peserta didik untuk mengomunikasikan hasil kegiatannya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan kajian literatur untuk mendefinisikan fluida ideal, yaitu fluida yang tidak termampatkan, tidak kental, alirannya tidak bergolak (bukan aliran turbulen), dan alirannya tunak. Ketika akan mempelajari materi tentang garis alir, minta peserta didik untuk mengamati dan menganalisis Gambar 7.2 tentang dua jenis garis alir seperti yang ada pada buku siswa kelas XI, halaman 197. Kemudian, minta peserta didik untuk mendiskusikan kedua jenis garis alir tersebut bersama dengan teman sebangkunya. Apabila diskusi telah selesai, tunjuklah beberapa perwakilan peserta didik untuk mempresentasikan hasil diskusinya di depan kelas, mulai dari pengertian garis alir, jenis-jenis garis alir, dan perbedaan kedua jenis garis alir tersebut. Garis alir adalah lintasan yang ditempuh oleh suatu partikel dalam fluida yang mengalir. Garis alir terdapat dua jenis, yaitu: 1. aliran laminar adalah aliran fluida yang mengikuti suatu garis lurus atau melengkung yang jelas ujung dan pangkalnya serta tidak ada garis arus yang bersilangan. 2. aliran turbulen adalah aliran fluida yang ditandai dengan adanya aliran berputar dan arah gerak partikelnya berbeda, bahkan berlawanan dengan arah gerak keseluruhan fluida. Pada setiap titik dalam fluida yang mempunyai aliran tunak, maka akan terdapat beberapa buah garis arus yang akan membentuk sebuah tabung, yang disebut tabung aliran.
Petunjuk Khusus
129
130
Hitam
E
Orange
Asas Kontinuitas
Sebelum masuk ke dalam pembahasan asas kontinuitas, ajaklah peserta didik untuk melakukan diskusi dan simulasi sederhana. Caranya adalah Bapak/Ibu guru dapat memperlihatkan gambar seseorang yang sedang mencuci sepeda motor atau mobil menggunakan selang. Kemudian guru dapat mengajukan pertanyaan, misalnya “Bagaimana cara yang harus dilakukan untuk mempercepat pancaran dari selang?” Mintalah peserta didik untuk mendiskusikan pertanyaan tersebut. Setelah itu pilihlah perwakilan peserta didik untuk mengomunikasikan hasil diskusinya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi peserta didik untuk mendiskusikan salah satu fenomena sehari-hari yang berkaitan dengan asas kontinuitas. Apabila suatu fluida mengalir dalam sebuah pipa dengan luas penampang A dan kecepatan aliran fluidanya v, maka banyaknya fluida (volume) yang mengalir melalui penampang tersebut tiap satuan waktu dinamakan dengan debit. Bentuk persamaannya adalah sebagai berikut Q=
V atau Q = A v t
Jika suatu fluida mengalir dengan aliran untuk melewati pipa yang mempunyai luas penampang yang berbeda, maka volume fluida yang melewati setiap penampang itu sama besar dalam selang waktu yang sama. Agar peserta didik lebih mudah memahami materi ini, tampilkan animasi yang dapat menjelaskan asas kontinuitas. Contoh animasi dapat dilihat di: http://resources.wwps.org/wwhs/tcarlsen/documents/cp%20physics/visual%20 concepts/090303%20Bernoulli’s%20Principle.swf Berdasarkan animasi tersebut, untuk aliran fluida yang tunak berlaku persamaan kontinuitas, yaitu: ρ1 A1 v1 = ρ2 A2 v2 dengan: ρ1 = massa jenis fluida pada penampang 1 (kg/m3) A1 = luas penampang 1 (m2) v1 = kecepatan fluida pada penampang 1 (m/s) ρ2 = massa jenis fluida pada penampang 2 (kg/m3) A2 = luas penampang 2 (m2) V2 = kecepatan fluida pada penampang 2 (m/s)
130
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
131
Hitam
Orange
Untuk fluida yang tak termampatkan, massa jenis fluida selama mengalir adalah konstan (ρ1 = ρ2), sehingga: A1v1 = A2v2 Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami cara menerapkan asas kontinuitas dalam pemecahan masalah, guru dapat memberikan Masalah 7.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 200. Setelah itu guru dapat meminta peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 7.1. Ketika akan mempelajari materi asas Bernoulli, pertama-tama minta peserta didik untuk mengamati Gambar 7.8 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI halaman 201 atau guru dapat menampilkan animasi yang menggambarkan asas Bernoulli di depan kelas. Kemudian peserta didik menganalisis gambar atau animasi tersebut berdasarkan pengamatannya. Contoh animasi tentang asas Bernoulli dapat dilihat di: http://www.science-animations.com/supportfiles/bernoulli07.swf
F
Asas Bernoulli
Setelah peserta didik memahami dan mengerti mengenai pengertian asas Bernoulli, Bapak/Ibu guru dapat menunjuk beberapa orang peserta didik untuk menyebutkan bunyi asas Bernoulli berdasarkan hasil pengamatan mereka. Jawaban yang diharapkan: Asas Bernoulli menyatakan bahwa: “Pada pipa horizontal, tekanan yang paling kecil adalah pada bagian yang kelajuannya paling besar dan tekanan yang paling besar adalah pada bagian yang kelajuannya paling kecil.” Setelah selesai, Bapak/Ibu guru dapat melanjutkan pembahasan materi selanjutnya, yaitu persamaan Bernoulli. Ingatkan kembali peserta didik tentang hukum kekekalan energi. Kemudian arahkan peserta didik untuk menentukan persamaan asas Bernoulli berdasarkan hukum kekekalan energi dan persamaan kontinuitas Persamaan asas Bernoulli menyatakan bahwa: “Jumlah tekanan, energi kinetik tiap satuan volume dan energi potensial per satuan volume selalu bernilai sama pada setiap titik sepanjang garis lurus.” p1 + gh1 + 1 v12 = p2 + gh2 + 1 v22 2 2 p + gh + 1 v 2 = konstan 2 Petunjuk Khusus
131
132
Hitam
Orange
dengan: p = tekanan (N/m2) ρ = massa jenis fluida (kg/m3) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = ketinggian fluida dari titik acuan (m) v = kecepatan fluida (m/s) Untuk kasus fluida tak mengalir, persamaan asas Bernoulli menjadi: p1 + gh1 + 1 (0) 2 = p2 + gh2 + 1 (0) 2 2 2 p1 – p2 = ρ gh2 – ρgh1 p1 – p2 = ρg (h2 – h1) Untuk kasus fluida yang mengalir pada pipa horizontal (h1 = h2), persamaan Bernoulli menjadi: p1 + gh + 1 v12 = p2 + gh + 1 v22 2 2 2 2 1 1 p1 + v1 = p2 + v2 2 2 p1 − p2 = 1 (v22 − v12 ) 2
G
Penerapan Asas Kontinuitas dan Asas Bernoulli
Sebelum masuk ke dalam pembahasan selanjutnya, mintalah peserta didik untuk melakukan Kegiatan 7.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika, halaman 204. Hal tersebut bertujuan agar peserta didik merasa tertarik pada pembahasan materi ini, selain itu seluruh peserta didik akan berperan aktif dalam kegiatan pembelajaran. Kemudian mintalah peserta didik untuk membuat laporan sederhana dari kegiatan ini dan presentasikanlah hasilnya di depan kelas. Bimbinglah peserta didik untuk menyimpulkan hasil kegiatan yang telah dilakukannya.
Kegiatan Siswa 7.1 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu guru dapat menentukan sendiri alternatif alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini.
132
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
133
Hitam
Orange
1. Menentukan Kecepatan dan Debit Semburan Air pada Tangki yang Berlubang Mintalah peserta didik untuk mengamati Gambar 7.10 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 205. Arahkan peserta didik untuk dapat menentukan persamaan-persamaan yang terkait dengan kecepatan dan debit semburan air pada tangki berlubang. Besarnya semburan air pada lubang yang terdapat pada dinding tangki dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan: v2 =
2 gh
dengan: h = tinggi air di atas lubang (m) Persamaan debit aliran dari lubang bocoran dapat dirumuskan sebagai berikut. Q = A 2 gh Jika air keluar dari lubang B dengan kelajuan v dan jatuh di titik D, maka terlihat lintasan air dari B ke D berbentuk parabola. Berdasarkan persamaan jarak pada gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Sehingga berlaku persamaan: t=
2h2 g
dengan: t = waktu yang diperlukan dari B ke D (s) h2 = ketinggian lubang diukur dari dasar tangki (m) g = percepatan gravitasi (m/s2) Gerak air (fluida) pada sumbu x merupakan gerak lurus beraturan (GLBB). Sehingga berlaku persamaan: x = 2 h (h2 ) dengan: x = jarak mendatar diukur dari tangki (m) h = h1 – h2 (m) h2 = ketinggian lubang (m) Setelah peserta didik memahami dan mengerti mengenai cara menentukan kecepatan dan debit semburan air pada tangki yang berlubang, berikanlah suatu contoh permasalahan perhitungan dari konsep yang telah dipelajari, seperti pada Masalah 7.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika SMA/MA kelas XI halaman 206-207.
Petunjuk Khusus
133
134
Hitam
Orange
2. Venturimeter
Venturimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu zat cair. Alat ukur venturi ini terdiri atas dua jenis, yaitu venturimeter tanpa manometer dan venturimeter dengan manometer. Persamaan hukum Bernoulli pada venturimeter tanpa manometer adalah:
h v1 A1
2 1
h1
v2
A2
h2
Gambar 7.1 Venturimeter tanpa manometer
p1 − p2 = 1 (v22 − v12 ) 2 Gabungan persamaan di atas dengan persamaan kontinuitas akan menghasilkan persamaan berikut yang dapat digunakan untuk menentukan laju aliran fluida (zat cair) pada bagian 1 dan 2. v1 =
2 gh 2
A1 −1 A2
, v2 =
2 gh A 1 2 A1
Jika venturimeter dilengkapi dengan manometer (berupa pipa U yang berisi zat cair lain), seperti tampak pada Gambar 7.2, maka kecepatan aliran fluida dapat ditentukan dengan persamaan: v1 = A2
2 (' ) gh ( A12 A2 2 )
2
Tekanan tinggi v1
h
dengan: ρ´ = massa jenis fluida pada manometer (kg/m3) ρ = massa jenis fluida yang diukur kecepatannya (kg/m3) h = perbedaan tinggi permukaan fluida pada manometer (m)
Tekanan rendah
Gambar 7.2 Venturimeter dengan manometer
Setelah peserta didik memahami dan mengerti mengenai konsep venturimeter, berikanlah suatu contoh permasalahan perhitungan dari konsep yang telah dipelajari, seperti pada Masalah 7.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika SMA/MA kelas XI halaman 209.
3. Karburator
Pada karburator, terdapat semacam tabung venturi yang bagian menyempitnya berada pada bagian atas jet. Ketika udara masuk ke dalam tabung venturi dan melalui bagian menyempit, udara akan bergerak dengan kecepatan tinggi. Sesuai dengan Asas Bernoulli, pada bagian penyempit ini tekanan udaranya rendah, lebih kecil daripada tekanan atmosfer pada permukaan bahan bakar (bensin) di dalam tangki bensin sehingga tekanan atmosfer
134
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
135
Hitam
Orange
pada permukaan bensin di dalam tangki akan memaksa bensin tersembur keluar melalui jet dan bensin akan bercampur dengan udara. Campuran ini berupa kabut yang mudah sekali terbakar.
4. Penyemprot Nyamuk
Penyemprot nyamuk memiliki prinsip kerja yang mirip dengan karburator. Semburan udara yang bergerak cepat di atas mulut nosel karena tekanan udara di atas nosel lebih kecil daripada tekanan udara pada permukaan cairan di dalam tabung, maka cairan akan menyemprot melalui nosel.
5. Tabung Pitot
Tabung pitot merupakan alat yang digunakan untuk mengukur laju aliran suatu gas atau udara. Kelajuan gas atau udara yang mengalir melalui tabung pitot dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini. v=
2 ' gh
dengan: v = kelajuan aliran udara atau gas (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = selisih tinggi permukaan kolom zat cair di dalam manometer (m) ρ´ = massa jenis zat cair dalam manometer (kg/m3) ρ = massa jenis gas (kg/m3) Setelah peserta didik memahami dan mengerti mengenai konsep tabung pitot, berikanlah suatu contoh permasalahan perhitungan dari konsep yang telah dipelajari, seperti yang terdapat pada Masalah 7.4 yang terdapat pada buku siswa Fisika SMA/MA kelas XI halaman 210. Alangkah baiknya ketika akan mempelajari subbab ini, Bapak/Ibu guru dapat menampilkan gambar, animasi, atau video yang relevan mengenai materi ini. Contoh animasi mengenai gaya angkat pesawat terbang dapat dilihat di: www.calgaryacademy.com/tools/Bernoulli.swf
6. Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang Alangkah baiknya jika Bapak/Ibu guru memperlihatkan demonstrasi sederhana yang berkaitan dengan materi ini. Misalnya guru membawa dua buah kaleng bekas minuman, dan meletakkannya di atas meja secara sejajar dengan jarak kurang lebih 4 cm. Kemudian guru dapat meminta beberapa perwakilan peserta didik untuk memberi hembusan udara tepat di depan kaleng tersebut (meniup sekencang-kencangnya). Mintalah peserta didik untuk berdiskusi mengenai demonstrasi tersebut dan mengaitkannya dengan asas Bernoulli yang telah dipelajari. Mintalah peserta didik untuk mengomunikasikan.
Petunjuk Khusus
135
136
Hitam
Orange
Sebuah pesawat terbang dapat tinggal landas dan mengudara karena adanya gaya angkat pada sayap pesawat terbang. Sayap pesawat didesain memiliki bagian belakang yang lebih pipih (tajam) dibandingkan dengan bagian depannya dan sisi bagian atas lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Dengan desain seperti itu, pada saat pesawat bergerak maju kelajuan aliran udara pada bagian atas sayap lebih besar dibandingkan dengan kelajuan aliran udara pada bagian bawah sayap. Sesuai dengan asas Bernoulli, keadaan ini menyebabkan tekanan dari bagian bawah sayap lebih besar di bagian atasnya. Selisih kedua tekanan ini menghasilkan gaya angkat pesawat yang besarnya adalah: F1 – F2 = (p1 – p2) A
F1 − F2 = 1 (v22 − v12 ) A 2
Jika nilai F1 – F2 > mg (berat pesawat), maka peswat akan terangkat ke udara. Setelah peserta didik memahami dan mengerti mengenai konsep gaya angkat pada pesawat terbang, berikanlah suatu contoh permsalahan perhitungan dari konsep yang telah dipelajari, seperti yang pada Masalah 7.5 yang terdapat pada buku siswa Fisika SMA/MA kelas XI halaman 213. Agar peserta didik lebih memahami lagi tentang penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli, mintalah peserta didik untuk mencari informasi mengenai penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli pada produk teknologi lainnya. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan kajian literatur sehingga peserta didik dapat mengetahui penerapan asas kontinuitas dan asas Bernoulli pada produk teknologi selain yang sudah dijelaskan dalam bab ini seperti parfum, cerobong asap, dan lain sebagainya.
H
Sikap dan Pembelajaran tentang Dinamika Fluida
Hikmah apa saja yang Anda peroleh setelah mempelajari materi dinamika fluida? Pada bab yang telah kita pelajari banyak sekali yang dapat Anda renungkan, baik dari sisi spiritual, sosial, maupun sisi individual. Mari kita ulas kembali hingga kita benar-benar merasakannya. 1. Spiritual Pernahkah Anda merenungkan bagaimana mungkin manusia yang tidak punya sayap bisa terbang di udara? Setelah mempelajari materi tentang dinamika fluida pasti Anda bisa menjawabnya. Namun, untuk apa kita harus mempelajarinya? Selain untuk digunakan dalam permasalahan yang kita hadapi sehari-hari, konsep ini dapat menyadarkan kita tentang kebesaran Tuhan Yang Mahakuasa. Tuhan telah memberikan kita akal dan pikiran untuk melihat semua kejadian yang ada di alam semesta ini sebagai bahan pembelajaran yang berharga. 136
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
137
Hitam
Orange
Sistem yang ada di alam semesta ini sangat banyak. Salah satu di antaranya adalah adanya sistem dinamika fluida atau fluida dinamis. Dengan menggunakan konsep dinamika fluida, kita bisa membuat pesawat terbang melayang di udara. Tentu saja selain pesawat terbang, masih banyak penerapan dinamika fluida yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Konsep ini Tuhan ciptakan agar kita berpikir dan menyadari akan kebesaran-Nya bahwa setiap peristiwa pasti ada penyebab dan penjelasannya serta semua ciptaan Tuhan dapat dijelaskan secara ilmiah dan masuk akal. 2. Sosial Apa saja yang telah Anda lakukan selama proses pembelajaran? Jika Anda mengikuti buku ini dan melaksanakan semua kegiatannya, Anda akan menemukan beberapa kegiatan yang ditugaskan secara berkelompok. Dalam kegiatan berkelompok, diharapkan agar Anda dapat bekerja sama dan dapat menghargai peran serta pekerjaan teman kelompok Anda saat melakukan kegiatan. Misalnya pada Kegiatan Siswa 7.1, Anda diminta untuk membuat kelompok dan melakukan praktikum mengenai tangki berlubang menggunakan botol plastik sebagai tangkinya. Pada Kegiatan Siswa 7.1, Anda dituntut untuk melakukan secara berkelompok meskipun kegiatan tersebut sebenarnya bisa saja dilakukan secara individu. Hal ini sengaja dibentuk untuk membangun rasa saling menghargai dan saling mempercayai pekerjaan antarsesama. Selain itu, Anda dapat merasakan suatu pekerjaan akan terasa ringan jika dilakukan secara bersama-sama dan saling bekerja sama. 3. Individual Apa yang dapat Anda rasakan selama proses pembelajaran mengenai dinamika fluida? Sikap yang terbangun pada proses pembelajaran yang dirasakan secara individu adalah sikap ilmiah. Materi dinamika fluida sangat berkaitan sekali dengan kegiatan ilmiah. Oleh sebab itu, secara tidak langsung akan membangun perilaku ilmiah. Misalnya saja adalah sikap terbuka, teliti, jujur, rasa ingin tahu, dan cermat. Saat Anda melakukan kegiatan yang berkaitan dengan praktikum tentang tangki berlubang, otomatis Anda harus melakukannya secara teliti dan cermat agar data yang diperoleh bisa akurat. Data praktikum yang telah Anda dapat kemudian harus dikomunikasikan baik secara tertulis maupun tidak tertulis. Hal ini menunjukkan bahwa adanya sikap terbuka. Keterbukaan juga dapat dilatih melalui presentasi hasil dan kesimpulan praktikum di depan kelas. Satu hal yang sangat penting dari penjabaran mengenai sikap yang terbangun selama proses pembelajaran adalah rasa ingin tahu, karena tanpa sikap itu Anda tidak mungkin dapat merasakan dan membangun sikap-sikap di atas. Rasa ingin tahu menuntun Anda untuk terus menemukan segala hal yang Anda belum tahu. Pada kegiatan siswa tentang penerapan dinamika fluida tangki berlubang misalnya, Anda tidak mungkin memahami materi tersebut jika tidak dilandasi rasa ingin tahu. Sikap-sikap di atas baik dalam dimensi spiritual, individual, dan sosial sebaiknya Anda terapkan dalam kehidupan sehari-hari agar bangsa Indonesia menjadi bangsa yang bermartabat, dihargai, dan mampu mengolah segala potensi yang dimiliki negeri kita. Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Dinamika Fluida.
Petunjuk Khusus
137
138
Hitam
Orange
Pada akhir bab alangkah baiknya Bapak/Ibu guru mengajak peserta didik untuk merefleksikan hikmah yang dapat diambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini hingga berguna untuk hidup berketuhanan, bersosial, dan berbudaya.
I
Pengayaan Materi
1.
Sambungan Y dengan Diameter yang Sama dengan Pipa Utama Persamaan kontinuitas: A1v1 = A2v2 Sehingga A2 = A1 + A1 = 2A1 Pada keadaan ini, laju fluida di pipa percabangan (2) lebih lambat setengah kali laju fluida di pipa utama (1). 2. Sambungan Y dengan Diameter Setengah dari Diameter Pipa Utama Persamaan kontinuitas: A1v1 = A2v2 Sehingga A = 1 A + 1 A = A 2 1 1 1 2 2 Pada keadaan ini, laju fluida di pipa percabangan (2) sama dengan laju fluida di pipa utama (1).
J
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada bab VII adalah sebagai berikut. 1. Media visual : buku Fisika Kelas XI karya Sunardi dan Siti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Peserta didik. 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet. 3. Media peraga : alat dan bahan praktikum.
K
Bentuk Evaluasi
Untuk menguji pemahaman peserta didik atas materi dalam bab VII ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi yang dapat dipergunakan sebagai berikut. 1. Soal evaluasi, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal-soal pada setiap akhir subbab terdiri atas soal-soal uraian. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 23) 2. Soal evaluasi di akhir bab, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23-24) 138
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
139
Hitam
Orange
3. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku sadar akan kebesaran Tuhan, bekerja sama, saling menghargai, teliti, cermat, terbuka, serta memiliki rasa ingin tahu yang tinggi di lingkungan sekitarnya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku peserta didik Fisika, halaman, 222) 4. Refleksi, merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemukakan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya terkait dalam konteks pencapaian diri. (format tabel refleksi tertera pada buku peserta didik Fisika, halaman 218) 5. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format tabel penilaian kegiatan kajian literatur tertera pada petunjuk umum, halaman 25) 6. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik untuk dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 25-26) 7. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 27-28) 8. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan praktikum. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 26-27) 9. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains peserta didik ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format tabel penilaian tertera petunjuk umum, halaman 35) 10. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 29-30)
L
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial. Kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan ajar yang diremedi. Contoh soal untuk remedial Bab VII, adalah sebagai berikut. 1. Tentukan besar debit dari suatu aliran air yang melalui sebuah pipa berdiameter 4 cm dengan kecepatan rata-rata 4 m/s. Pembahasan: Diketahui: d = 4 cm = 4 × 10–2 m r = 2 × 10–2 m v = 4 m/s Ditanyakan: debit (Q) A = luas lingkaran A = π r2 = 3,14 × (2 × 10–2)2 = 1,256 × 10–3 m2 Q = A v = 1,256 × 10–3 × 4 = 5,024 × 10–3 m3/s
Petunjuk Khusus
139
140
Hitam
Orange
2. Sebuah bak diisi air setinggi 20 m. Di sisi bak dibuat satu buah lubang yang berjarak 2 m dari dasar bak. Tentukan jarak horizontal yang dicapai air. Pembahasan: Diketahui: h = 18 m h2 = 2 m Ditanyakan: Jarak horizontal (x) yang dicapai.
20 m
A
B 2m
x = 2 h . h2 x = 2 18 × 2 = 2 36 = 2 × 6 = 12. 3. Tentukan kecepatan aliran udara di bagian atas sayap, jika kecepatan aliran udara di bagian bawah sayap pesawat adalah 60 m/s dan beda tekanan di atas dan di bawah sayap adalah 10 N/m2 (ρudara = 1,29 kg/m3) Pembahasan: Diketahui: v1 = 60 m/s p1 – p2 = 10 N/m2 ρudara = 1,29 kg/m3 g = 10 m/s2 Ditanyakan: Kecepatan aliran udara di bagian atas sayap (v2) Beda tekanan di atas dan di bawah sayap 1 p1 − p2 = ( v2 2 − v12 ) 2 2 ( p1 − p2 ) v2 2 = v12 + 2 × 10 2 = ( 60 ) + 1, 29 = 3600 + 15, 5 = 3.615, 5 v2 = 3.615, 5 = 60,13
140
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
141
Hitam
M
Orange
Rangkuman
1. Garis alir terbagi menjadi dua jenis: a. aliran garis arus atau aliran laminar b. aliran turbulen 2. Persamaan kontinuitas Pada aliran fluida ideal, hasil kali laju aliran fluida dengan luas penampangnya adalah konstan. A1v1 = A2v2 A v dikenal sebagai debit (Q) (jumlah zat cair yang mengalir lewat suatu penampang tiap detik). 3. Persamaan Bernoulli p1 + 1 v12 + gh1 = p2 + 1 v22 + gh2 2 2
Untuk zat cair yang mengalir melalui sebuah lubang pada tangki, maka besar kecepatannya selalu dapat diturunkan dari persamaan Bernoulli yaitu: v = 2 gh
4. Kecepatan aliran suatu fluida dapat diukur dengan menggunakan venturimeter. Venturimeter terdiri atas dua jenis, yaitu venturimeter tanpa manometer dan venturimeter dengan manometer. Kecepatan aliran fluida diukur dengan venturimeter tanpa manometer: v1 =
2 gh A1 A2
2
1
Kecepatan aliran fluida diukur dengan venturimeter dengan manometer: v1 = A2
2 (' ) gh (A12 A2 2 )
5. Kecepatan gas yang mengalir melalui tabung Pitot dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut. v =
2 ' gh
6. Besarnya gaya angkat sayap pesawat terbang dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. F1 − F2 = ( p1 − p2 ) A F1 − F2 = 1 (v22 − v12 ) A 2
Petunjuk Khusus
141
142
Hitam
N
Orange
Penutup
Setelah peserta didik mempelajari materi pada bab ini, peserta didik akan belajar mengenai Teori Kinetik Gas. Untuk materi mengenai Dinamika Fluida sangat bermanfaat dalam mempelajari konsep-konsep pada bab-bab selanjutnya, termasuk konsep dinamika rotasi dan keseimbangan benda tegar. Oleh sebab itu, berilah motivasi pada peserta didik materi yang telah dipelajari masih terhubung dengan materi yang lain sehingga peserta didik mendapatkan suatu motivasi, yaitu khususnya dalam fisika, suatu konsep atau materi saling terkait satu sama lain. Pada umumnya, siswa akan merasakan bahwa hidup seorang manusia saling terhubung dengan semua makhluk hidup ciptaan Tuhan dimana semuanya saling membutuhkan.
142
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
143
Hitam
Orange
Bab VIII Teori Kinetik Gas
Sumber: cool-stuff.lintas.me
Pada KD 3.8 kedalaman materi ditekankan pada teori kinetik gas. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan hukum-hukum yang mendasari persamaan gas ideal. Kajian tentang teori kinetik gas dapat ditinjau dari persamaan gas ideal. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan tentang variabel-variabel yang berhubungan dengan persamaan gas ideal. Alangkah baiknya jika dalam membahas teori kinetik gas ini menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah usaha dan energi yang telah dipelajari pada bab III, momentum dan impuls yang telah dipelajari pada bab V, serta suhu dan kalor yang telah dipelajari di kelas X.
Petunjuk Khusus
143
144
Hitam
A
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
3.8
B
Orange
Memahami teori kinetik gas dalam menjelaskan karakteristik gas pada ruang tertutup.
Indikator Pembelajaran 3.8.1 Menjelaskan konsep teori kinetik gas. 3.8.2 Membedakan hukum-hukum yang mendasari persamaan gas ideal. 3.8.3 Merumuskan persamaan keadaan gas ideal. 3.8.4 Merumuskan hubungan besaran-besaran dalam persamaan gas. 3.8.5 Merumuskan persamaan kecepatan partikel gas. 3.8.6 Menentukan energi dalam dari suatu gas.
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan kajian literatur tentang teori kinetik peserta didik dapat menjelaskan konsep teori kinetik gas. 2. Setelah menyimak animasi yang disajikan, peserta didik dapat membedakan hukum-hukum yang mendasari persamaan gas ideal. 3. Setelah melakukan kajian literatur tentang persamaan keadaan gas ideal, peserta didik dapat merumuskan persamaan keadaan gas ideal. 4. Setelah mengamati gambar, peserta didik dapat merumuskan hubungan besaran-besaran dalam persamaan gas. 5. Setelah melakukan kajian literatur tentang kecepatan partikel gas, peserta didik dapat merumuskan persamaan kecepatan partikel gas.
C
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada peserta antara lain sebagai berikut. 1. Apakah ciri dari zat gas? 2. Bagaimanakah cara menghitung energi kinetik suatu benda? 3. Apa yang dimaksud teori kinetik gas? 4. Hukum-hukum apa saja yang mendasari persamaan gas ideal? 5. Apa yang dimaksud dengan suhu mutlak?
144
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
145
Hitam
Orange
Alangkah baiknya jika Bapak/Ibu guru memotivasi peserta didik terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam kegiatan pembelajaran. Misalnya guru dapat menampilkan gambar balon udara, kemudian guru bertanya kepada peserta didik Apa yang menyebabkan balon udara dapat mengapung di udara? Jawaban yang diharapkan karena pada saat proses pembakaran gas, udara dipanaskan sehingga menyebabkan udara di dalam balon mengapung ke udara.Selain itu kaitkanlah materi ini dengan materi yang pernah dipelajari sebelumnya tentang zat. Mintalah peserta didik menyebutkan karakteristik partikel dari zat gas yaitu partikel- partikel gas yang bergerak memiliki energi kinetik dan massa jenis. Guru dapat menjelaskan bahwa dengan memanfaatkan energi kinetik dan massa jenis gas tersebut, balon udara pun dapat mengapung di udara. Untuk mempermudah Bapak/Ibu guru dalam membahas materi pada bab ini secara keseluruhan. Silakan akses link berikut ini http://www.youtube.com/watch?v=YSTRa27a3BQ&html5=1& hd=1
D
Teori Kinetik Gas
Mintalah peserta didik untuk melakukan Kegiatan 8.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 225. Agar seluruh peserta didik terlibat di dalam kegiatan pembelajaran ini mintalah peserta didik lain untuk berpendapat dan mengajukan pertanyaan, guru dapat memilih beberapa orang peserta didik untuk menyimpulkan hasil kegiatan tersebut di depan kelas. Di akhir kegiatan ini guru dan peserta didik bersama-sama menyimpulkan hasil kegiatan tersebut.
Kegiatan Siswa 8.1 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu dapat menentukan sendiri alternatif alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini. Teori yang menggunakan tinjauan tentang gerak dan energi partikel-partikel gas untuk menyelidiki sifat-sifatnya secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel-partikel gas tersebut disebut teori kinetik gas. Gas ideal merupakan gas-gas yang memenuhi asumsiasumsi sebagai berikut. 1. Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom atau molekul-molekul) yang jumlahnya banyak sekali dan antarpartikelnya tidak terjadi gaya tarik-menarik. 2. Partikel-partikel gas bergerak dalam lintasan lurus dengan kelajuan tetap dan arah geraknya acak/sembarang. 3. Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruangan atau wadah yang ditempatinya.
Petunjuk Khusus
145
146
Hitam
Orange
4. Setiap tumbukan yang terjadi, baik antara partikel-partikel gas maupun antara partikel dengan dinding wadahnya merupakan tumbukan lenting sempurna, sehingga tidak ada energi yang hilang. 5. Partikel gas terdistribusi merata dalam seluruh ruangan. 6. Untuk semua partikel gas berlaku hukum-hukum Newton tentang gerak. Tekankan kepada peserta didik bahwa pada kenyataannya tidak ada gas yang memenuhi sifatsifat gas ideal. Namun, gas pada suhu kamar dan tekanan rendah dapat mendekati sifat-sifat gas ideal.
E
Hukum-hukum yang Mendasari Persamaan Gas Ideal
Untuk memudahkan dalam menjelaskan materi ini Bapak/Ibu guru dapat mengakses animasi berikut ini: http://www.education.uoit.ca/lordec/ID_LORDEC/gas_laws/paul_gas_laws.swf Hukum Boyle menyatakan bahwa gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan keseimbangan yang berbeda pada suhu konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut. p1V1= p2V2 dengan: p1 = tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2) p2 = tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2) v1 = volume gas pada keadaan 1 (m3) v2 = volume gas pada keadaan 2 (m3) Alangkah baiknya saat memberikan penjelasan materi Bapak/Ibu guru menampilkan grafik hubungan volume dan tekanan gas pada suhu konstan. Hukum Charles menyatakan bahwa jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan seimbang yang berbeda pada tekanan konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut. V1 V2 = T1 T2 dengan: V1 = volume gas pada keadaan 1 (m3) V2 = volume gas pada keadaan 2 (m3) T1 = suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K) T2 = suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K) 146
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
147
Hitam
Orange
Alangkah baiknya jika Bapak/Ibu guru menampilkan grafik hubungan volume dan tekanan gas pada suhu konstan. Hukum Gay Lussac menyatakan bahwa jika volume gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan seimbang yang berbeda pada volume konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut. p1 p2 = T1 T2 dengan: T1 = suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K) T2 = suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K) p1 = tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2) p2 = tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2) Alangkah baiknya saat memberikan penjelasan materi jika Bapak/Ibu guru menampilkan grafik hubungan tekanan dan suhu gas pada volume konstan. Agar peserta didik lebih memahami tentang materi ini, sebagai bahan penguatan konsep, ajak peserta didik untuk mengakses simulasi yang terdapat dalam link berikut ini http://www.chem. ufl.edu/~itl/2045/MH_sims/ideal_nav.swf Agar peserta didik lebih paham mengenai hukum-hukum yang mendasari persamaan gas ideal, mintalah peserta didik untuk mencari informasi tentang aplikasi hukum-hukum gas. Mintalah perwakilan peserta didik untuk membacakan hasil kegiatannya di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab, agar seluruh peserta didik dapat memberikan pendapat dan sanggahan, sehingga terciptanya suasana pembelajaran aktif. Bimbinglah peserta didik untuk menyimpulkan hasil kegiatan ini. Dalam kegiatan ini guru diharapkan memfasilitasi peserta didik untuk melakukan kajian literatur sehingga peserta didik mampu memperoleh informasi yang diharapkan dalam kegiatan ini.
F
Persamaan Keadaan Gas Ideal
Agar proses pembelajaran tidak hanya tertuju pada guru, guru dan peserta didik dapat bersamasama menurunkan persamaan gas ideal. Mintalah peserta didik untuk menghubungkan persamaan-persamaan yang telah dipelajari sebelumnya. Menurut hukum Boyle-Gay Lussac, hubungan antara tekanan (p), volume (V), dan suhu mutlak (T) dari suatu gas ideal dapat dinyatakan sebagai berikut.
Petunjuk Khusus
147
148
Hitam
Orange
pV =k T Jika jumlah partikel adalah N, maka persamaan keadaan gas dapat dituliskan pV = N k T dengan menggunakan hubungan n =
N dan R = NA k, dengan k = konstanta Boltzmann NA
(1,38 × 10 J/K), maka diperoleh persamaan sebagai berikut. –23
pV =
NA N kT NA
pV =
N N A kT NA
pV = n R T dengan: n = jumlah mol gas (mol) R = tetapan gas = 8,314 × 103 J/k mol K atau 0,082 L atm/mol K NA = bilangan Avogadro = 6,02 × 1023 (partikel/mol) T = suhu mutlak (K) persamaan keadaan gas ideal dapat ditulis sebagai berikut. pV =
m RT M
dengan: m = massa total gas (kg) M = massa relatif partikel (gram/mol) Agar peserta didik lebih memahami tentang cara menggunakan persamaan keadaan gas ideal dalam memecahakan masalah, berikanlah peserta didik Masalah 8.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 228. Sebagai bahan evaluasi, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 8.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 228.
G
Tekanan Gas Ideal
Mintalah peserta didik untuk untuk mengamati Gambar 8.4 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 229. Kemudian, mintalah peserta didik untuk menganalisis gambar tersebut. Di sini guru membimbing peserta didik untuk merumuskan persamaan-persamaan yang berkaitan dengan tekanan gas ideal. 148
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
149
Hitam
Orange
Suatu gas ideal berada dalam suatu ruang tertutup, maka gas tersebut akan melakukan tekanan pada dinding ruangan. Waktu yang dibutuhkan partikel untuk menumbuk dinding dan kembali lagi ke awal ditentukan oleh persamaan berikut. t=
2 vx
Ingatkan kembali peserta didik tentang konsep momentum dan impuls yang telah dipelajari pada bab yang lalu. Hal ini bertujuan agar peserta didik dapat merumuskan dengan mudah persamaan tekanan gas ideal. Persamaan tekanan gas ideal dapat dituliskan ke dalam persamaan sebagai berikut. 1 2 mv 3 1 mv 2 p = 3 V
pV =
Jika ada N partikel gas ideal, maka tekanan gas dapat dituliskan sebagai berikut. p =
1 Nmv 2 3 V
dengan: p = tekanan gas (N/m2) N = jumlah partikel gas m = massa sebuah partikel gas (kg) v = kecepatan partikel gas (m/s) V = volume gas (m3)
H
Tekanan dan Energi Kinetik
Tekankan kepada peserta didik bahwa energi kinetik tiap partikel gas tidaklah sama. Energi kinetik rata-rata partikel gas dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut. EK =
1 2 mv 2
dengan: EK = energi kinetik rata-rata partikel (joule) m = massa partikel (kg) 2 v 2 = rata-rata kuadrat kecepatan partikel (m/s)
Petunjuk Khusus
149
150
Hitam
Orange
Mintalah salah seorang peserta didik untuk menyebutkan atau menuliskan kembali persamaan untuk menentukan tekanan gas, sehingga peserta didik dapat menentukan persamaan hubungan tekanan gas dengan energi kinetik rata-rata partikel gas. Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami penerapan tekanan dan energi kinetik dalam memecahkan masalah, berikanlah Masalah 8.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 231. Sebagai bahan evaluasi bagi guru, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 8.2 yang terdapat pada halaman 231.
I
Suhu Mutlak dan Energi Kinetik Rata-rata
Alangkah baiknya jika Bapak/Ibu guru memperlihatkan animasi dalam membahas materi ini. Contoh animasi silakan akses pada link berikut ini : http://chimianet.zefat.ac.il/download/ kinetic_theory_gases.swf. Setelah itu mintalah beberapa orang peserta didik menyimpulkan hasil pengamatan animasi yang ditampilkan tersebut. Secara matematis hubungan antara suhu mutlak dengan energi kinetik rata-rata partikel gas dapat dinyatakan dengan persamaan berikut ini. 2 N N kT = Ek 3 V V 2 kT = Ek 3 3 Ek = kT 2 Tekankan kepada peserta didik bahwa semakin besar suhu mutlak gas semakin besar pula energi kinetik rata-ratanya. Agar peserta didik lebih memahami tentang cara menggunakan persamaan suhu mutlak dan energi kinetik rata-rata dalam memecahkan masalah, berikanlah peserta didik Masalah 8.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 232-233.
J
Kecepatan Partikel Gas
Kecepatan gerak partikel gas dalam wadah tidak semuanya sama, maka diperlukan konsep kecepatan efektif partikel gas. Untuk menentukan kecepatan efektif partikel gas dapat menggunakan persamaan-persamaan berikut ini.
150
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
151
Hitam
vRMS =
Orange
v2
dengan: vRMS = kecepatan efektif partikel gas (m/s) v 2 = rata-rata kuadrat kecepatan partikel gas (m/s)2
Energi kinetik rata-rata partikel gas dapat dinyatakan dengan kecepatan efektif partikel gas sebagai berikut. EK =
1 2 m vRMS 2
Sehingga didapat persamaan kecepatan efektif sebagai berikut. 1 3 2 = kT ⇔ vRMS = m vRMS 2 2
3kT m
Kecepatan efektif vRMS ini dapat pula dinyatakan dalam massa molekul gas M dengan mensubstitusikan k =
R M dan m = . NA NA
vRMS =
R 3 T NA = M NA
3RT M
Selain itu kecepatan efektif dapat pula dinyatakan dengan mensubstitusikan dalam persamaan 3RT vRMS = , sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut. M vRMS =
3p
dengan: p = tekanan gas (Pa) ρ = massa jenis gas (kg/m3)
Petunjuk Khusus
151
152
Hitam
Orange
Untuk meningkatkan pemahaman konsep peserta didik terkait dengan materi yang telah dibahas pada subbab ini, mintalah peserta didik untuk melakukan diskusi. Guru dapat mengajukan pertanyaan sebagai bahan diskusi misalnya sebagai berikut. 1. Apa yang terjadi pada partikel-partikel gas jika tekanan gas diperbesar? 2. Apa yang terjadi pada partikel-partikel gas jika bejana tempat gas tersebut berada diperbesar? Setelah itu guru dapat meminta beberapa perwakilan peserta didik untuk mengomunikasikan hasil diskusinya di depan kelas. Dalam kegiatan ini guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan diskusi dan menerapkan konsep yang telah dipelajarinya, yaitu sebagai berikut. Tentang kecepatan partikel gas yaitu sebagai berikut. 1. Kecepatan partikel-partikel gas akan meningkat jika tekanan gas diperbesar. 2. Kecepatan partikel-partikel gas akan meningkat jika bejana tersebut diperbesar. Guru dapat memberikan Masalah 8.4 terkait dengan kecepatan partikel gas yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 235. Setelah itu guru dapat meminta peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 8.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 235.
K
Energi Dalam
Total energi kinetik dari partikel-partikel gas yang berada di dalam suatu wadah dinamakan energi dalam gas. Dengan demikian, energi dalam gas dapat dirumuskan sebagai berikut. Untuk gas-gas diatomik, seperti H , O , dan N pada suhu rendah + 300 K berlaku: 2
U =
2
2
3 3 NkT = nRT 2 2
Pada suhu sedang + 500 K berlaku: U =
3 5 5 NkT + NkT = NkT = nRT 2 2 2
Pada suhu tinggi + 1000 K berlaku persamaan sebagai berikut. U =
5 7 7 NkT + NkT = NkT = nRT 2 2 2
Jika diketahui derajat kebebasan (f) maka berlaku: 3 3 U = f N k T= f n R T 2 2
152
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
153
Hitam
Orange
Guru dapat memberikan Masalah 8.5 terkait dengan energi dalam yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 236. Setelah itu guru dapat meminta peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 8.4 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 237.
L
Sikap dan Pembelajaran tentang Teori Kinetik Gas
Hikmah apa saja yang Anda dapatkan setelah mempelajari materi teori kinetik gas selain materi? Pada bab yang telah kita pelajari banyak sekali yang dapat Anda renungkan, baik dari sisi spiritual, sosial, maupun sisi individual. Mari kita ulas kembali hingga kita benar-benar merasakannya. 1. Spiritual Pernahkah Anda merenungkan bagaimana nasib manusia jika oksigen di Bumi semakin menipis akibat hutan di Bumi semakin berkurang? Tentu saja manusia dan makhluk hidup lain yang memerlukan oksigen akan segera punah. Untuk itu, kita harus selalu bersyukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, salah satunya dengan cara menjaga kelestarian hutan. Kemudian pernahkah terlintas dalam pikiran Anda bagaimana balon udara bisa terbang ke udara? Setelah mempelajari materi teori kinetik gas pasti Anda bisa menjawabnya. Namun, untuk apa kita harus mempelajarinya? Selain untuk digunakan dalam permasalahan yang kita hadapi sehari-hari, konsep ini dapat menyadarkan kita tentang kebesaran Tuhan Yang Maha Kuasa. Tuhan telah memberikan kita akal dan pikiran untuk melihat semua kejadian yang ada di alam semesta ini sebagai bahan pembelajaran yang berharga. Penerapan teori kinetik gas banyak sekali, salah satu di antaranya yaitu balon udara. Dengan menggunakan konsep teori kinetik gas, kita bisa membuat balon udara melayang di udara. Tentu saja selain balon udara, masih banyak penerapan teori kinetik gas yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Konsep ini Tuhan ciptakan agar kita berpikir dan menyadari akan kebesaran-Nya bahwa setiap peristiwa pasti ada penyebab dan penjelasannya serta semua ciptaan Tuhan dapat dijelaskan secara ilmiah dan masuk akal. 2. Sosial Saat melakukan kegiatan siswa, ada beberapa yang memfasilitasi Anda untuk bekerja kelompok. Hal ini diharapkan agar Anda dapat bekerja sama dan dapat menghargai peran serta pekerjaan teman sekelompok Anda saat melakukan kegiatan. Misalkan pada Kegiatan Siswa 8.1, Anda diminta untuk membuat kelompok dan melakukan praktikum tentang teori kinetik gas pada balon tiup. Pada Kegiatan Siswa 8.1 Anda dituntut untuk melakukan secara berkelompok meskipun kegiatan siswa tersebut dapat dilakukan secara individu. Hal ini sengaja dibentuk untuk membangun rasa saling menghargai dan saling mempercayai pekerjaan antar sesama. Selain itu, Anda dapat merasakan suatu pekerjaan akan terasa ringan jika dilakukan secara bersama-sama dengan bekerja sama. 3. Individual Apa yang dapat Anda rasakan selama proses pembelajaran mengenai teori kinetik gas? Sikap yang terbangun pada proses pembelajaran yang dirasakan secara individu adalah sikap ilmiah. Materi teori kinetik gas sangat berkaitan sekali dengan kegiatan ilmiah. Oleh sebab itu, secara langsung akan membangun perilaku ilmiah. Misalnya saja adalah sikap terbuka, teliti, jujur, rasa ingin tahu, dan cermat. Petunjuk Khusus
153
154
Hitam
Orange
Saat Anda melakukan kegiatan yang berkaitan dengan praktikum tentang tekanan gas dalam suatu praktikum, Anda harus melakukannya secara teliti dan cermat agar data yang diperoleh bisa akurat. Data praktikum yang telah Anda dapat kemudian harus dikomunikasikan baik secara tertulis maupun lisan. Hal ini menunjukkan bahwa adanya sikap terbuka. Di samping itu keterbukaan akan terlatih melalui presentasi hasil dan kesimpulan praktikum di depan kelas. Satu hal yang sangat penting dari penjabaran mengenai sikap yang terbangun selama proses pembelajaran adalah rasa ingin tahu, karena tanpa sikap itu Anda tidak mungkin dapat merasakan dan membangun sikap-sikap di atas. Rasa ingin tahu memandu Anda untuk terus menemukan segala hal yang Anda belum tahu. Dalam kegiatan siswa tentang penerapan teori kinetik gas pada balon tiup misalnya, Anda tidak mungkin memahami materi tersebut jika tidak dilandasi rasa ingin tahu. Sikap-sikap di atas baik dalam dimensi spiritual, individual, dan sosial sebaiknya Anda terapkan dalam kehidupan sehari-hari agar bangsa Indonesia menjadi bangsa yang bermartabat, dihargai dan mampu mengolah segala potensi yang dimiliki negeri kita. Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Teori kinetik gas. Pada akhir bab alangkah baiknya Bapak/Ibu guru mengajak peserta didik untuk merefleksikan hikmah yang dapat diambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini hingga berguna untuk hidup berketuhanan, bersosial, dan berbudaya.
M
Pengayaan Materi
Persamaan van der Waals Sebagian besar gas berperilaku seperti gas ideal pada tekanan normal. Akan tetapi, pada tekanan yang cukup tinggi atau suhu yang rendah ketika kerapatan gas tinggi, maka gas tidak berperilaku ideal. Persamaan keadaan untuk menggambarkan perilaku gas ini dinyatakan dengan persamaan van der Waals sebagai berikut. an 2 p + (V − bn) = nRT V2 dengan: p = tekanan gas a, b = tetapan V = volume gas n = mol gas T = mol gas
154
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
155
Hitam
N
Orange
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada Bab VIII sebagai berikut. 1. Media visual : buku Fisika Kelas XI karya Sunardi dan Siti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Siswa. 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet. 3. Media peraga : alat dan bahan praktikum.
O
Bentuk Evaluasi
Untuk menguji pemahaman peserta didik terkait materi dalam Bab VIII ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi, antara lain sebagai berikut. 1. Soal evaluasi, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal-soal pada setiap akhir subbab terdiri atas soal-soal uraian. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 23) 2. Soal evalusi di akhir bab, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23-24) 3. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku rasa syukur kepada Tuhan, bekerja sama, saling menghargai, teliti, cermat, terbuka, serta memiliki rasa ingin tahu yang tinggi di lingkungan sekitarnya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku peserta didik Fisika kelas XI, halaman, 242) 4. Refleksi merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemukakan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya terkait dalam konteks pencapaian diri. (Format tabel refleksi tertera pada buku peserta didik Fisika, halaman 239) 5. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format tabel penilaian kegiatan kajian literatur tertera pada petunjuk umum, halaman 25) 6. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 25-26) 7. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 27-28) 8. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 26-27) 9. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains peserta didik ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 35) 10. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 29-30)
Petunjuk Khusus
155
156
Hitam
P
Orange
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial. Kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan ajar yang diremedi. Contoh soal untuk remedial Bab VIII adalah sebagai berikut. 1. Sepuluh liter gas ideal suhunya 127°C mempunyai tekanan 165,6 N/m2, tentukan berapa banyak partikel gas tersebut! Pembahasan: Diketahui: T = 127 °C = (127 + 273)K = 400 K p = 165,6 N/m2 V = 10 liter = 10 dm3 = 10–2 m3 k = 1,38 × 10–23 J/K
−2 pV = NkT ⇒ N = pV = (165, 5)(2310 ) kT (1, 38 ×10 )(400)
=
165, 6 × 10−2 = 30 × 1019 5, 52 × 10−21
= 3 × 1020 Joule 2. Tentukan jumlah mol suatu gas ideal apabila gas tersebut memiliki energi dalam 1,01 × 1028 joule dan energi kinetik 5 kJ! Pembahasan: Diketahui: U = 1,01 × 1028 J N0 = 6,02 × 1023 EK = 5 kJ = 5 × 103 J U = N EK 1, 01 × 1028 = N (5 × 103 ) 1, 01 × 1028 5 × 103 = 0, 202 × 1025
N=
= 2, 02 × 1024 n=
156
N 2, 02 × 1024 = N 0 6, 02 × 1023
= 0, 335 × 10 = 3, 35
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
157
Hitam
Orange
3. Suatu gas mengalami proses isobarik. Awalnya volum gas 0,5 m3, kemudian dimampatkan sehingga volumenya menjadi 0,3 m3 pada tekanan 105 N/m2, tentukanlah besar usaha luar gas tersebut! Pembahasan: Diketahui: V1 = 0,5 m3 V2 = 0,3 m3 p = 105 N/m3 pada proses isobarik (tekanan konstan) W = p ΔV = p (V2 – V1) = 105 (0,3 – 0,5) = – 0,2 × 105 = –2 × 104 (tanda negatif bertanda bahwa gas menerima usaha dari lingkungan) Jadi, besarnya usaha luar adalah 2 × 104 J.
Q
Rangkuman
1. Persamaan tekanan yang dikerjakan oleh suatu gas ideal dalam wadah tertutup. m 1 N RT p = m v 2 atau p V = n R T atau p V = M 3 V 2. Hubungan tekanan gas dengan energi kinetik rata-rata partikel-partikel gas 2 N Ek 3 V 2 1 N p = m v2 3 2 V
p =
3. Hubungan suhu mutlak dengan energi kinetik rata-rata partikel gas 3 Ek = k T 2 4. Kecepatan efektif gas (vRMS) 3RT 3k T 3p atau vRMS = atau vRMS = M m 5. Energi dalam gas didefinisikan sebagai total energi kinetik dari partikel-partikel gas di dalam wadah tertutup. 3 3 U = N Ek = N k T atau U = N Ek = nRT 2 2 vRMS = v 2 atau vRMS =
Petunjuk Khusus
157
158
Hitam
R
Orange
Penutup
Setelah peserta didik mempelajari materi pada bab ini, peserta didik akan belajar mengenai efek rumah kaca. Untuk materi mengenai teori kinetik gas sangat bermanfaat dalam mempelajari konsep-konsep pada bab-bab selanjutnya. Oleh sebab itu, berilah motivasi pada peserta bahwa materi yang telah dipelajari masih terhubung dengan materi yang lain sehingga peserta didik mendapatkan suatu motivasi bahwa khususnya dalam Fisika, suatu konsep atau materi saling terkait satu sama lain. Pada umumnya, peserta didik akan merasakan bahwa hidup seorang manusia saling terhubung dengan semua makhluk hidup ciptaan Tuhan dimana semuanya saling membutuhkan.
158
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
159
Hitam
Orange
Bab IX Efek Rumah Kaca
Sumber: www.lensaindonesia.com
Pada KD 3.9 dan 4.8 kedalaman materi ditekankan pada efek rumah kaca, emisi karbon serta pemanasan global dan perubahan iklim. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menemukan solusi penanggulangan efek rumah kaca yang menyebabkan pemanasan global. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan peristiwa efek rumah kaca dan jenis-jenis gas rumah kaca. Peserta didik juga diharapkan dapat menjelaskan tentang emisi karbon, pemanasan global dan perubahan iklim, sumber energi alternatif dan kesepakatan internasional tentang pengurangan gas-gas rumah kaca. Selain itu, dapat menemukan solusi yang tepat untuk penanggulangan pemanasan global. Alangkah baiknya jika dalam mempelajari efek rumah kaca ini menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah pencemaran lingkungan yang telah dipelajari di kelas X.
Petunjuk Khusus
159
160
Hitam
A
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
3.9
Menganalisis gejala pemanasan global, efek rumah kaca, dan perubahan iklim serta dampaknya bagi kehidupan dan lingkungan.
4.8
Menyajikan ide/gagasan pemecahan masalah gejala pemanasan global dan dampaknya bagi kehidupan dan lingkungan.
B
Orange
Indikator Pembelajaran
3.9.1 3.9.2 3.9.3 3.9.4 3.9.5 3.9.6
Menjelaskan proses terjadinya efek rumah kaca. Menganalisis proses terjadinya efek rumah kaca. Membedakan jenis-jenis gas rumah kaca. Menjelaskan tentang emisi gas rumah kaca Menganalisis gejala pemanasan global. Menentukan solusi penanggulangan pengurangan gas emisi rumah kaca. 3.9.7 Menyebutkan sumber energi alternatif untuk meminimalisasi dampak emisi gas rumah kaca. 3.9.8 Menyebutkan kesepakatan-kesepakatan internasional untuk mengurangi emisi gas rumah kaca. 4.8.1 Menjelaskan dengan jelas solusi penanggulangan pengurangan gas emisi rumah kaca.
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan praktikum, peserta didik dapat menjelaskan proses terjadinya efek rumah kaca. 2. Setelah mengamati video, peserta didik dapat menganalisis proses terjadinya efek rumah kaca. 3. Setelah melakukan kajian literatur, peserta didik dapat membedakan jenis-jenis gas rumah kaca. 4. Setelah melakukan kajian literatur, peserta didik dapat menjelaskan tentang emisi gas rumah kaca. 5. Setelah melakukan diskusi, peserta didik dapat menganalisis gejala pemanasan global. 6. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat menentukan solusi penanggulangan pengurangan gas emisi rumah kaca. 7. Setelah melakukan kajian literatur, peserta didik menyebutkan sumber energi alternatif untuk meminimalisasi dampak emisi gas rumah kaca. 8. Setelah melakukan kajian literatur, peserta didik dapat menyebutkan kesepakatan-kesepakatan internasional untuk mengurangi emisi gas rumah kaca. 9. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat menjelaskan dengan jelas solusi penanggulangan gejala pemanasan global.
160
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
161
Hitam
C
Orange
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). 1. Apa yang dimaksud efek rumah kaca? 2. Apa saja yang termasuk gas efek rumah kaca? 3. Apa yang dimaksud dengan pemanasan global? 4. Bagaimana dampak pemanasan global terhadap lingkungan? 5. Upaya apa saja yang dapat dilakukan untuk meminimalisasi dampak pemanasan global?
D
Pengertian Efek Rumah Kaca dan Jenis-jenis Gas Rumah Kaca
Sebelum masuk ke dalam pembelajaran, alangkah baiknya jika guru memotivasi peserta didik terlebih dahulu. Guru dapat menampilkan dua buah gambar, yaitu gambar lingkungan bersih dan gambar lingkungan tercemar. Mintalah peserta didik untuk memberikan pendapatnya pada gambar tersebut. Arahkan peserta didik untuk menjelaskan bahwa lingkungan tercemar dapat berpotensi menyebabkan efek rumah kaca. Efek rumah kaca adalah proses masuknya radiasi dari matahari dan terjebaknya radiasi di dalam atmosfer akibat Gas Rumah Kaca (GRK) sehingga menaikkan suhu permukaan bumi. Normalnya efek rumah kaca merupakan pelindung bagi makhluk hidup di bumi, karena gas rumah kaca dalam jumlah yang seimbang berfungsi menahan energi panas matahari yang memancarkan sinarnya ke bumi, sehingga permukaan bumi selalu dalam kondisi hangat. Namun, efek rumah kaca juga akan menjadi bencana jika terjadi peningkatan jumlah GRK yang melebihi batas normal. Agar siswa lebih memahami tentang proses efek rumah kaca, sebaiknya Bapak/Ibu guru dapat menampilkan animasi tentang efek rumah kaca. Contoh animasi silakan akses pada link berikut ini. http://www.outdoors.org/conservation/mountainwatch/upload/greenhouse.swf Setelah itu mintalah siswa untuk memberikan contoh penyebab efek rumah kaca.
1. 2. 3. 4.
Berikut ini adalah beberapa GRK yang menyebabkan efek rumah kaca, yaitu: Karbon dioksia (CO2), merupakan GRK terbanyak di atmosfer. Metana (CH4), merupakan hidrokarbon sederhana berbentuk gas yang dijadikan sebagai bahan bakar utama. Nitrogen oksida (NO), merupakan gas insulator panas yang sangat kuat karena dapat menangkap panas ratusan kali lebih besar dari karbon dioksida Gas-gas lain, gas lain yang dapat menjadi gas rumah kaca, yaitu klorofluorokarbon (CFC), belerang dioksida, dan lain-lain.
Petunjuk Khusus
161
162
Hitam
Orange
Bapak/Ibu guru dapat meminta peserta didik untuk mendiskusikan gas-gas yang menyebabkan efek rumah kaca, beserta sumbernya. Mintalah peserta didik membuatnya dalam bentuk tabel. Setelah itu, pilihlah beberapa peserta didik untuk mempresentasikan hasil diskusinya di depan kelas. Arahkan agar peserta didik lainnya aktif bertanya dan mengemukakan pendapatnya.
E
Emisi Karbon
Mintalah peserta didik untuk melakukan Kegiatan Siswa 9.1 yang terdapat pada buku peserta didik Fisika Kelas XI halaman 246. Mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasil kegiatannya di depan kelas. Agar semua peserta didik terlibat aktif dalam kegiatan pembelajaran, guru dapat membuka sesi tanya jawab. Guru di dalam kegiatan pembelajaran ini berperan sebagai fasilitator. Emisi gas karbon adalah gas-gas yang dikeluarkan dari hasil pembakaran senyawa yang mengandung karbon. Salah satu contoh emisi gas karbon yaitu karbon dioksida (CO2). Karbon dioksida merupakan gas buang dari pembakaran bensin, solar, kayu, daun, gas LPG (elpiji), minyak bumi, batu bara, dan bahan bakar lain yang banyak mengandung senyawa hidrokarbon (senyawa yang mengandung hidrogen dan karbon). Agar proses pembelajaran dapat melibatkan peserta didik secara aktif, mintalah peserta didik untuk mencari informasi tentang aktivitas manusia yang memberikan kontribusi emisi terbesar terhadap peningkatan gas rumah kaca. Mintalah peserta didik untuk melakukan diskusi terkait informasi yang didapatnya. Mintalah beberapa perwakilan kelompok untuk mempresentasikan hasil diskusinya di depan kelas. Bukalah sesi tanya jawab agar peserta didik dapat terlibat di dalam kegiatan pembelajaran.
F
Pemanasan Global dan Perubahan Iklim
Untuk memotivasi peserta didik, guru dapat menampilkan video/animasi terkait pemanasan global dan perubahan iklim. Contoh video dapat diakses pada link berikut ini http://www. youtube.com/watch?v=cKCbXtfpdKs Agar peserta didik terlibat aktif di dalam kegiatan pembelajaran, guru dapat memperlihatkan berbagai gambar akibat dari pemanasan global. Kemudian mintalah peserta didik untuk mendiskusikan mengapa peristiwa-peristiwa pada gambar tersebut dapat terjadi. Setelah itu, guru dapat meminta beberapa perwakilan peserta didik untuk membacakan hasil diskusinya di depan kelas. Guru dapat membuka sesi tanya jawab agar peserta didik dapat saling bertukar pendapat.
162
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
163
Hitam
Orange
Pemanasan global merupakan proses peningkatan suhu rata-rata atmosfer, laut, dan daratan bumi. Peningkatan ini, kemungkinan besar disebabkan oleh meningkatnya konsentrasi gas-gas rumah kaca akibat aktivitas manusia. Pemanasan global menyebabkan berbagai dampak, seperti kenaikan permukaan air laut, perubahan iklim, meningkatnya intensitas fenomena cuaca yang ekstrem, serta perubahan jumlah dan pola presipitasi (curah hujan dan salju). Pemanasan global disebabkan oleh efek rumah kaca yang terjadi secara terus menerus dengan intensitas yang terus meningkat. Selain karena efek rumah kaca, pemanasan global juga disebabkan oleh akibat lainnya, yaitu proses penguapan air. Pemanasan global dan perubahan iklim merupakan dua hal yang berbeda, akan tetapi banyak orang yang menginterpretasikannya sama. Perubahan iklim adalah perubahan yang terjadi pada variabel iklim, terutama perubahan suhu udara dan curah hujan.
G
Solusi dan Penanggulangan Pemanasan Global
Usaha untuk mengurangi gas emisi rumah kaca, di antaranya sebagai berikut. 1. Melakukan penanaman kembali hutan yang gundul dan menanam pohon sebanyak-banyaknya di sekitar lingkungan. 2. Menggunakan peralatan elektronik seperlunya. 3. Menghindari penggunaan kantong plastik. 4. Meminimalisasi sampah rumah tangga yang bersifat tidak ramah lingkungan, seperti penggunaan plastik, styrofoam, dan jenis sampah lain yang sulit diuraikan dalam jangka waktu yang sebentar. 5. Memilih dengan bijak untuk membeli produk tertentu 6. Menghindari pembuangan sampah sembarangan. 7. Selalu menjaga kebersihan lingkungan, baik lingkungan rumah maupun lingkungan umum. Sebaiknya guru mengarahkan peserta didik untuk berdiskusi tentang pemanasan global. Bapak/Ibu guru dapat memberikan artikel yang berbeda-beda pada masing-masing kelompok terkait dengan permasalahan pemanasan global. Mintalah peserta didik untuk mendiskusikan penyebab, dampak, dan solusi yang tepat untuk permasalahan yang terdapat pada artikel tersebut. Contoh artikel silakan akses pada link berikut ini. http://sains.kompas.com/read/2014/01/07/1028583/Bagaimana.Musim.Dingin.Ekstrem. di.Amerika.Terkait.Pemanasan.Global. http://www.tempo.co/read/news/2013/05/30/121484433/Es-Mencair-Kota-di-Alaska-Banjir http://www.tempo.co/read/news/2013/05/07/095478558/Samudera-Arktik-Berubah-JadiAsam http://nationalgeographic.co.id/berita/2013/01/pemanasan-global-rekor-suhu-panas-naiklima-kali-lipat
Petunjuk Khusus
163
164
Hitam
H
Orange
Sumber Energi Alternatif
Mintalah peserta didik melakukan kajian literatur, untuk mencari sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan untuk mengurangi atau meminimalisir emisi karbon. Beberapa orang peserta didik dapat menjelaskan hasil kajian literaturnya di depan kelas. Guru mengarahkan peserta didik agar peserta didik terlibat aktif dalam mengajukan pertanyaan ataupun memberikan tanggapan.
1. Tenaga Nuklir
Tenaga nuklir merupakan sumber energi alternatif yang dapat diperbarui. Pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan bantuan dari reaktor nuklir untuk memanaskan air dan menghasilkan uap. Selanjutnya uap tersebut dapat digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik.
2. Energi Biomassa
Biomassa merupakan bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintetik, baik berupa produk maupun buangan. Beberapa contoh dari biomassa yang biasa digunakan antara lain tanaman, kulit pohon, serbuk kayu/gergaji, residu pertanian, serpihan kayu, kotoran hewan, dan sebagainya.
3. Tenaga Air
Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) merupakan salah satu energi alternatif yang paling populer. Selain ramah lingkungan, pembuatan pembangkit listrik tenaga air juga tidak menghasilkan limbah langsung apa pun.
4. Tenaga Angin
Pembangkit Listrik Tenaga Angin menggunakan sistem konversi energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin.
5. Tenaga Surya atau Matahari
Tenaga surya merupakan salah satu sumber energi alternatif yang sangat populer, teknologi panel surya yang mengubah tenaga surya (cahaya matahari) menjadi energi listrik.
6. Tenaga Pasang Surut Air Laut
Tenaga pasang surut air laut adalah bentuk tenaga air yang menghasilkan daya listrik melalui pemanfaatan dari aliran pasang surut dan mempunyai efisiensi 80%.
7. Tenaga Gelombang Laut
Energi gelombang laut adalah energi yang dihasilkan dari pergerakan gelombang laut menuju daratan dan sebaliknya.
8. Tenaga Panas Bumi
Energi panas bumi merupakan energi panas yang terbentuk di dalam kerak bumi. Energi panas bumi murah dan ramah lingkungan.
164
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
165
Hitam
I
Orange
Kesepakatan Internasional
Mintalah peserta didik mencari informasi dari berbagai sumber tentang kesepakatankesepakatan internasional dalam pengurangan gas-gas efek rumah kaca. Mintalah peserta didik untuk mendiskusikan informasi tersebut, kemudian menuliskannya ke dalam bentuk laporan. Mintalah beberapa perwakilan kelompok untuk mempresentasikan di depan kelas. Beberapa kerja sama internasional untuk pengurangan penggunaan gas-gas rumah kaca antara lain sebagai berikut. 1. UNFCCC (United Nation Framework Convention on Climate Change), bertugas menstabilkan jumlah gas rumah kaca (GRK) di atmosfer, sehingga GRK menjadi tidak membahayakan kehidupan organisme dan memungkinkan terjadinya adaptasi ekosistem, sehingga dapat menjamin ketersediaan pangan dan pembangunan berkelanjutan. 2. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), bertugas mengevaluasi risiko perubahan iklim akibat dari aktivitas manusia, dengan meneliti semua aspek berdasarkan pada literatur teknis/ilmiah yang telah dikaji dan dipublikasikan. 3. Protokol Kyoto (Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change), disusun untuk mengatur target kuantitatif penurunan emisi dan target waktu penurunan emisi bagi negara maju. 4. Perdagangan karbon, merupakan mekanisme berbasis pasar untuk negosiasi dan pertukaran hak emisi gas rumah kaca. Perdagangan karbon adalah negara yang gagal dalam memenuhi target pengurangan emisi gas rumah kaca akan dikenakan pinalti berupa denda. 5. APPCDC (Asia-Pacific Partnership on Clean Development and Climate), kelompok ini terdiri dari enam negara yang mempunyai tingkat pencemaran emisi gas rumah kaca terbesar di dunia, yaitu Amerika Serikat, Australia, Jepang, Tiongkok, Korea Selatan, dan India.
J
Sikap dan Pembelajaran tentang Efek Rumah Kaca
Hikmah apa yang Anda dapatkan setelah mempelajari materi efek rumah kaca? Pada bab yang telah kita pelajari banyak sekali yang dapat Anda renungkan, baik dari sisi spiritual, sosial, dan sisi individual. Mari kita ulas kembali hingga kita benar-benar merasakannya. 1. Spiritual Pernahkah Anda berpikir mengapa hanya planet Bumi yang nyaman untuk dihuni makhluk hidup khususnya manusia? Mengapa di Bumi ada efek rumah kaca? Jawabannya adalah semua itu diciptakan Tuhan untuk kita pelajari dan kita renungkan. Efek rumah kaca disebabkan oleh gas-gas rumah kaca (GRK), apabila jumlah GRK di udara seimbang maka efek rumah kaca merupakan pelindung bagi Bumi. Namun bila GRK jumlahnya berlebihan akan menjadi bencana bagi Bumi. Mengapa jumlah GRK bisa berlebih? Hal ini dapat terjadi apabila kita tidak bisa merawat lingkungan Bumi ini, seperti menjaga kelestarian hutan dan tanaman-tanaman di sekitar kita. Jadi, efek rumah kaca sangat besar manfaatnya bagi manusia Petunjuk Khusus
165
166
Hitam
Orange
apabila kita bisa menjaga lingkungan dengan baik. Tuhan telah memperlihatkan kebesaranNya dengan memberikan manusia akal dan pikiran untuk mempelajari efek rumah kaca, baik dari segi manfaatnya maupun dari segi bencana yang mungkin bisa terjadi serta cara-cara menanggulanginya. 2. Sosial Saat melakukan kegiatan siswa, ada beberapa yang memfasilitasi Anda untuk bekerja secara kelompok. Hal ini diharapkan agar Anda dapat bekerja sama dan dapat menghargai peran serta pekerjaan teman kelompok Anda saat melakukan kegiatan. Misalnya pada Kegiatan Siswa 9.1 Anda diminta untuk membuat kelompok dan melakukan diskusi mengenai hubungan polusi udara dengan efek rumah kaca. Pada kegiatan praktikum tersebut Anda dituntut untuk melakukan secara berkelompok meskipun praktikum tersebut dapat dilakukan secara individu. Hal ini sengaja dibentuk untuk membangun rasa saling menghargai dan saling mempercayai pekerjaan antarsesama. Selain itu, Anda dapat merasakan suatu pekerjaan akan terasa ringan jika dilakukan secara bersamasama dan saling bekerja sama. 3. Individual Sikap yang terbangun pada proses pembelajaran yang dapat dirasakan secara individu adalah sikap ilmiah. Materi efek rumah kaca sangat berkaitan sekali dengan kegiatan ilmiah. Oleh sebab itu secara langsung akan membangun perilaku ilmiah. Misalnya saja adalah sikap terbuka, teliti, jujur, rasa ingin tahu, dan cermat. Saat Anda melakukan kegiatan yang berkaitan dengan diskusi tentang efek rumah kaca, otomatis Anda harus melakukannya secara teliti dan cermat agar hasil yang diperoleh bisa akurat dan memuaskan. Hasil diskusi yang telah Anda dapat kemudian harus dikomunikasikan baik secara tertulis maupun tidak tertulis. Hal ini menunjukkan bahwa adanya sikap terbuka. Di samping itu, keterbukaan dapat terlatih melalui presentasi hasil diskusi di depan kelas. Satu hal yang sangat penting dari penjabaran mengenai sikap yang terbangun selama proses pembelajaran adalah rasa ingin tahu, karena tanpa sikap itu Anda tidak mungkin dapat merasakan dan membangun sikap-sikap di atas. Rasa ingin tahu menuntun Anda untuk terus menemukan segala hal yang Anda belum tahu. Pada diskusi tentang efek rumah kaca misalnya, Anda tidak mungkin memahami materi tersebut bila tidak dilandasi rasa ingin tahu. Sikap-sikap di atas, baik dalam dimensi spiritual, individual, dan sosial sebaiknya Anda terapkan dalam kehidupan sehari-hari agar bangsa Indonesia sebagai bangsa yang bermartabat dihargai dan mampu mengolah segala potensi yang dimiliki negeri kita. Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Efek Rumah Kaca. Pada akhir bab alangkah baiknya Bapak/Ibu guru mengajak peserta didik untuk merefleksikan hikmah yang dapat diambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini hingga berguna untuk hidup berketuhanan bersosial dan berbudaya.
166
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
167
Hitam
K
Orange
Pengayaan Materi
Perhitungan Emisi Gas Emisi Rumah Kaca dari IPPU
Untuk menyederhanakan dan mempermudah perhitungan gas emisi rumah kaca, digunakan suatu faktor pengali yang disebut faktor emisi, yakni suatu nilai representatif yang menghubungkan kuantitas emisi yang dilepas ke atmosfer dengan aktivitas yang berkaitan dengan emisi tersebut. Perumusan emisi GRK dengan menggunakan faktor emisi dalam IPCC Guidelines 2006 adalah sebagai berikut: E = A × EF dengan: E = jumlah emisi A = data aktivitas (jumlah bahan-bahan penghasil emisi) EF = faktor emisi
L
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada Bab IX sebagai berikut. 1. Media visual : buku Fisika Kelas XI karya Sunardi dan Siti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Siswa (LKS) 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet. 3. Media peraga : alat dan bahan praktikum.
M
Bentuk Evaluasi
Untuk menguji pemahaman peserta didik atas materi dalam Bab IX ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi, antara lain sebagai berikut. 1. Soal evaluasi, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal-soal pada setiap akhir subbab terdiri atas soal-soal uraian. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 23) 2. Soal evaluasi di akhir bab, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23-24) 3. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku teliti, cermat, terbuka, serta memiliki rasa ingin tahu yang tinggi di lingkungan sekitarnya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku peserta didik Fisika, halaman, 260) 4. Refleksi, merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemukakan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya terkait dalam konteks pencapaian diri. (Format tabel refleksi tertera pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 257) 5. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format tabel penilaian kegiatan kajian literatur tertera pada petunjuk umum, halaman 25)
Petunjuk Khusus
167
168
Hitam
Orange
6. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 25-26) 7. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 27-28) 8. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan praktikum. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 26-27) 9. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains peserta didik ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 35) 10. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format tabel penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 29-30)
N
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial. Kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan ajar yang diremedi. Contoh soal untuk remedial bab IX adalah sebagai berikut. 1. Mengapa di satu sisi efek rumah kaca memiliki manfaat bagi bumi dan di sisi lain dapat menyebabkan kerugian bagi bumi? Pembahasan: Pada dasarnya efek rumah kaca berfungsi untuk melindungi kelangsungan hidup di muka bumi. Gas-gas rumah kaca yang seimbang dapat menahan energi panas matahari yang memancarkan sinarnya ke bumi sehingga permukaan bumi selalu dalam kondisi hangat. Namun, apabila peningkatan gas rumah kaca di atmosfer berlebih, dapat menyebabkan pemanasan global. 2. Apakah yang menyebabkan metana menjadi salah satu gas yang dapat menyebabkan peningkatan emisi gas rumah kaca pada sektor pertanian? Pembahasan: Gas metana biasanya yang dihasilkan dari pembusukan bahan organik dalam proses anaerobik (tanpa oksigen ) menyumbang sekitar 50% total emisi GRK dari sektor pertanian. Selain itu, fermentasi dalam tubuh ternak (enteric fermentation) menghasilkan emisi metana terbesar dari seluruh emisi di sektor pertanian.
168
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
169
Hitam
Orange
3. Salah satu penanggulangan pemanasan global adalah dengan memanfaatkan energi alternatif, contohnya adalah tenaga pasang surut air laut. Bagaimana prinsip kerja dari tenaga pasang surut air laut? Pembahasan: Prinsip kerja dari tenaga pasang surut air laut dengan memanfaatkan air pasang yang datang yang akan disimpan dalam bendungan, dan ketika air surut, air di bendungan akan disalurkan melalui pipa untuk menggerakkan turbin, yang kemudian menghasilkan listrik.
O
Rangkuman
1. Efek rumah kaca adalah proses masuknya radiasi dari matahari dan terjebaknya radiasi di dalam atmosfer akibat gas rumah kaca sehingga menaikkan suhu permukaan bumi. 2. GRK (gas rumah kaca) dalam jumlah yang seimbang berfungsi menahan energi panas matahari yang memancarkan sinarnya ke bumi, sehingga permukaan bumi selalu dalam kondisi hangat. 3. Emisi (buangan) gas karbon adalah gas-gas yang dikeluarkan dari hasil pembakaran senyawa yang mengandung karbon. 4. Kantong plastik merupakan salah satu penyumbang terbesar pada pemanasan global karena untuk memproduksi kantong plastik, setiap tahun menghabiskan 12 juta barel minyak dan mengakibatkan peningkatan emisi gas rumah kaca yang cukup besar. 5. Pemanasan global adalah suatu proses meningkatnya suhu rata-rata atmosfer, laut, dan daratan Bumi. 6. Perubahan iklim merupakan perubahan jangka panjang dalam distribusi pola cuaca secara statistik sepanjang periode waktu mulai puluhan tahun hingga jutaan tahun. 7. Efisiensi penggunaan energi bisa dilakukan dengan mengubah pola hidup sehari-hari yang awalnya memicu peningkatan GRK menjadi pola hidup yang membantu penurunan GRK di atmosfer dengan tiga R yaitu: Reduce, Reuse dan Recycle (kurangi, gunakan kembali, dan daur ulang). 8. Delapan contoh sumber energi alternatif yang telah dikembangkan, antara lain: tenaga nuklir, energi biomassa, tenaga air, tenaga angin, tenaga surya, tenaga pasang surut air laut, tenaga gelombang laut, dan tenaga panas bumi. 9. Efek rumah kaca merupakan permasalahan global, sehingga kerja sama Internasional (kesepakatan Internasional) diperlukan untuk mensukseskan pengurangan gas-gas rumah kaca. 10. Beberapa kerja sama Internasional untuk mengurangi emisi gas rumah kaca antara lain: UNFCCC, IPCC, Protokol Kyoto, perdagangan karbon, dan APPCDC.
Petunjuk Khusus
169
170
Hitam
P
Orange
Penutup
Setelah mempelajari materi pada bab ini, peserta didik akan belajar mengenai gelombang. Untuk materi mengenai efek rumah kaca sangat bermanfaat bila diterapkan di dalam kehidupan sehari-hari Oleh sebab itu, berilah motivasi pada peserta didik bahwa materi yang telah dipelajari masih terkait dengan kejadian-kejadian yang terjadi di alam sehingga peserta didik mendapatkan suatu motivasi bahwa khususnya dalam fisika, suatu konsep atau materi terkait dengan kejadiankejadian alam. Pada umumnya peserta didik akan menyadari bahwa segala sesuatu yang terdapat di alam dapat dipelajari sehingga dapat membuka wawasan peserta didik dan mengakui kebesaran Tuhan Yang Maha Esa.
170
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
171
Hitam
Orange
Bab X Gelombang
Sumber: bukutuliskecil.blogspot.com
Pada KD 3.10 dan 3.11 kedalaman materi ditekankan pada karakteristik keempat macam gelombang (mekanik, elektromagnetik, transversal, dan longitudinal) dan cara menentukan periode, frekuensi, kecepatan gelombang, dan besaran lainnya. Selain itu, pada KD 4.9 dan 4.10 peserta didik dapat dilatih keterampilannya dalam melakukan percobaan dan menganalisis karakteristik berbagai macam gelombang. Alangkah baiknya jika dalam membahas materi ini, menggunakan pendekatan sainstifik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah getaran, gelombang, dan bunyi yang telah diberikan di SMP/MTs kelas VIII, dan getaran harmonis yang telah diberikan pada Bab IV pembahasan sebelumnya.
Petunjuk Khusus
171
172
Hitam
A
Orange
Kompetensi dan Indikator Pembelajaran Kompetensi Dasar
Indikator Pembelajaran
3.10
Menyelidiki karakteristik gelombang mekanik melalui percobaan.
3.11
Menganalisis besaran3.11.1 Menjelaskan besaran-besaran fisis gelombang tegak dan besaran fisis gelombang gelombang berjalan pada berbagai kasus nyata. tegak dan gelombang 3.11.2 Menganalisis besaran-besaran fisis gelombang berjalan berjalan pada berbagai kasus pada berbagai kasus nyata. nyata. 3.11.3 Menganalisis besaran-besaran fisis gelombang stasioner pada berbagai kasus nyata.
4.9
Menyelidiki karakteristik gelombang mekanik melalui percobaan.
4.9.1 Melaksanakan percobaan untuk menyelidiki dan menunjukkan karakteristik gelombang transversal. 4.9.2 Melaksanakan percobaan untuk menyelidiki dan menunjukkan karakteristik gelombang longitudinal.
4.10
Menyelidiki karakteristik gelombang berjalan dan gelombang tegak melalui percobaan.
4.10.1 Menyelidiki karakteristik gelombang berjalan melalui pengamatan pada gambar. 4.10.2 Menyelidiki karakteristik gelombang stasioner melalui pengamatan pada gambar.
B
3.10.1 Mengidentifikasi karakteristik gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. 3.10.2 Mengidentifikasi karakteristik gelombang transversal dan gelombang longitudinal. 3.10.3 Menentukan cepat rambat gelombang transversal. 3.10.4 Menentukan cepat rambat gelombang longitudinal. 3.10.5 Menganalisis tiga buah besaran pada gelombang (periode, frekuensi, dan kecepatan gelombang). 3.10.6 Menjelaskan sifat-sifat gelombang.
Tujuan Pembelajaran
1. Setelah melakukan percobaan, peserta didik dapat menjelaskan definisi gelombang. 2. Setelah menganalisis mengamati video, peserta didik dapat mengidentifikasi perbedaan gelombang mekanik, gelombang elektromagnetik, gelombang transversal dan gelombang longitudinal. 3. Setelah menganalisis gambar anatomi gelombang, peserta didik dapat mengetahui karakteristik gelombang transversal dan gelombang longitudinal. 4. Setelah melakukan praktikum, peserta didik dapat menunjukkan karakteristik gelombang transversal dan gelombang longitudinal. 5. Setelah mengamati gambar sifat-sifat gelombang, peserta didik dapat menjelaskan keempat sifat gelombang (pemantulan, pembiasan, interferensi,difraksi, dan polarisasi). 6. Setelah mengamati gambar berbagai macam formulasi gejala gelombang, peserta didik dapat membedakan gelombang berjalan dan gelombang stasioner. 7. Setelah melakukan kajian literatur tentang gelombang berjalan, peserta didik dapat menganalisis besaran-besaran fisis gelombang berjalan. 8. Setelah melakukan kajian literatur tentang gelombang stasioner, peserta didik dapat menganalisis besaran-besaran fisis gelombang stasioner. 172
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
173
Hitam
9. Setelah melakukan diskusi kelompok, peserta didik dapat melaksanakan percobaan untuk menyelidiki dan menunjukkan karakteristik gelombang transversal dan gelombang longitudinal.
C
Konsep Prasyarat
Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM). Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada siswa antara lain sebagai berikut. 1. Apa yang dimaksud dengan gelombang? 2. Sebutkan jenis-jenis gelombang? 3. Apa yang dimaksud dengan frekuensi, lembah gelombang, puncak gelombang, dan amplitudo? 4. Apa saja sifat-sifat gelombang? 5. Apa perbedaan dari gelombang berjalan dan gelombang stasioner? 6. Bagaimana cara menghitung gelombang?
D
Pengertian dan Karakteristik Gelombang
Untuk mempelajari mengenai pengertian dan karakteristik gelombang, sebaiknya guru menampilkan animasi tentang gelombang, seperti gelombang pada permukaan air. Selanjutnya guru dapat meminta peserta didik untuk menyimpulkan pengertian gelombang dari animasi yang dilihat oleh peserta didik. Contoh animasi mengenai gelombang dapat dilihat di: http:// www.youtube.com/watch?v=nOp5zMt7Akw Gelombang adalah getaran yang merambat melalui medium dari satu tempat ke tempat lain. Pada perambatannya, sebuah gelombang memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain. Akan tetapi, medium yang dilaluinya tidak ikut merambat.
1. Jenis-jenis Gelombang Untuk meningkatkan rasa ingin tahu peserta didik sebelum masuk ke dalam kegiatan pembelajaran. Guru dapat meminta peserta didik untuk melakukan kegiatan diskusi. Guru dapat mengajukan pertanyaan sebagai bahan diskusi peserta didik. Contoh pertanyaanpertanyaannya adalah sebagai berikut. Gelombang di alam ini dapat diklasifikasikan menjadi gelombang mekanik, gelombang elektromagnetik, gelombang transversal dan gelombang longitudinal. 1. Apakah yang membedakan gelombang-gelombang tersebut? 2. Mengapa cahaya matahari dapat sampai ke bumi padahal terdapat ruang hampa di antara bumi dan matahari? Setelah peserta didik mendiskusikan pertanyaan-pertanyaan tersebut mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasil kegiatannya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi peserta didik untuk mendiskusikan pertanyaan-pertanyaan yang diajukan, sehingga peserta didik memperoleh jawaban yang Petunjuk Khusus 173 diharapkan, yaitu sebagai berikut. 1. - Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium untuk merambat. - Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat. - Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus arah rambatannya.
Orange
Hitam
Gelombang di alam ini dapat diklasifikasikan menjadi gelombang mekanik, gelombang elektromagnetik, gelombang transversal dan gelombang longitudinal. 174 1. Apakah yang membedakan gelombang-gelombang tersebut? 2. Mengapa cahaya matahari dapat sampai ke bumi padahal terdapat ruang hampa di antara bumi dan matahari?. Setelah peserta didik mendiskusikan pertanyaan-pertanyaan tersebut mintalah peserta didik untuk mempresentasikan hasil kegiatannya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi peserta didik untuk mendiskusikan pertanyaan-pertanyaan yang diajukan, sehingga peserta didik memperoleh jawaban yang diharapkan, yaitu sebagai berikut. 1. - Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium untuk merambat. - Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat. - Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus arah rambatannya. - Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arahnya searah arah rambatannya. 2. Cahaya matahari merupakan gelombang elektromagnetik (tidak memerlukan medium). Alangkah baiknya ketika menyampaikan materi ini guru langsung menjelaskan jenis-jenis gelombang dan membedakan jenis gelombang tersebut. Hal ini bertujuan agar siswa dapat lebih memahaminya. Bahkan apabila memungkinkan tampilkan gambar, video, atau animasi mengenai jenis-jenis gelombang. Tabel 10.1 Perbedaan Jenis-jenis Gelombang Berdasarkan Medium Perambatannya Pembeda Gelombang Gelombang Mekanik Elektromagnetik Gelombang Gelombang yang yang metidak memerlukan merlukan medium untuk menPengertian medium transmisikan energi. untuk mentransmisikan energi. Gelombang Cahaya tampak, air, gelomgelombang radio, bang bunyi, infra merah, gelombang ultraviolet, dan pada tali, dan gelombang TV. gelombang Contoh pada slinky.
174
Berdasarkan Arah Getaran terhadap Arah Rambatannya Gelombang Gelombang Transversal Longitudinal Gelombang yang Gelombang getarannya tegak lurus yang getarannya terhadap arah peramsejajar dengan batan gelombang. arah perambatan gelombang. Seutas tali yang direntangkan secara horizontal dan digerakkan ke atas dan ke bawah, gelombang pada permukaan air, gelombang elektromagnetik, dan gelombang pada slinky horizontal yang digerakkan ke atas dan ke bawah.
Slinky yang digetarkan secara horizontal ke depan dan belakang.
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
Orange
175
Hitam
Orange
Contoh video dan animasi mengenai jenis-jenis gelombang dapat diakses pada link berikut. 1. Gelombang mekanik: http://www.youtube.com/watch?v=81n9yezrXDE 2. Gelombang elektromagnetik (infra merah): http://www.youtube.com/watch?v=977XZ7amA2E 3. Gelombang transversal: http://smkmerdekabdg.com/file/download/Materi%20Pelajaran/Adaptif/fisika/ GELOMBANG/gel-transversal.swf 4. Gelombang longitudinal: http://smkmerdekabdg.com/file/download/Materi%20Pelajaran/Adaptif/fisika/ GELOMBANG/gel-longitudenal.swf
2. Anatomi Gelombang Dalam memberikan materi anatomi gelombang, alangkah baiknya diawali dengan demonstrasi oleh guru dengan bantuan peserta didik di depan kelas. Peralatan yang dibutuhkan adalah seutas tali dan slinky. Langkahnya sangat sederhana, yaitu dua orang maju ke depan kelas, kemudian menggerakkan tali dan slinky. Peserta didik yang lainnya diminta untuk mengamati kegiatan tersebut. Atau guru dapat menampilkan gambar, video, atau animasi tentang anatomi gelombang transversal dan longitudinal.
a. Anatomi Gelombang Transversal Agar mempermudah peserta didik untuk mengetahui anatomi gelombang transversal, minta peserta didik untuk mengamati dan menganalisis Gambar 10.5 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 265. 1) Garis putus-putus yang digambarkan melalui tengah-tengah diagram menyatakan keseimbangan atau posisi diam tali. 2) Titik B dan F menyatakan puncak gelombang, yaitu titik pada medium (tali) yang menyatakan nilai maksimum perpindahan ke atas dari posisi keseimbangannya. Puncak
B
A
B'
F
C
D'
E
F'
G
D
H'
I
H Lembah
Gambar 10.1 Anatomi gelombang transversal
3) Titik D dan H pada gambar menyatakan lembah gelombang, yaitu titik pada medium (tali) yang menunjukkan nilai maksimum perpindahan ke bawah dari keadaan keseimbangannya. 4) Gelombang transversal terdiri dari puncak dan lembah. Petunjuk Khusus
175
176
Hitam
Orange
5) BB' = DD' = FF' = HH' pada gambar menyatakan amplitudo (A), yaitu jarak dari posisi diam ke puncak gelombang atau ke lembah. 6) Jarak dari A ke E, jarak dari B ke F, jarak dari C ke G, jarak dari D ke H, dan jarak dari E ke I menyatakan panjang gelombang (λ) adalah panjang satu putaran gelombang penuh atau sama dengan jarak dua buah titik di antara “satu bukit” dan “satu lembah” pada gelombang transversal.
b. Anatomi Gelombang Longitudinal Agar mempermudah peserta didik untuk mengetahui anatomi gelombang transversal, minta peserta didik untuk mengamati dan menganalisis Gambar 10.7 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 266. Alternatif hasil analisis gambar 10.7 Rapatan
A
B
Renggangan
Rapatan
C
D
Renggangan
E
Rapatan
F
Renggangan
Gambar 10.2 Anatomi gelombang longitudinal
Pada gelombang longitudinal terdiri dari pola selang-seling rapatan dan renggangan. Daerah yang kumparannya lebih rapat dalam sebuah ruang kecil disebut rapatan, sedangkan daerah yang kumparannya renggang disebut renggangan. Panjang gelombang diperoleh dengan mengukur jarak dari satu rapatan ke rapatan berikutnya atau dari satu renggangan ke renggangan berikutnya. Dari gambar tersebut, jarak dari A ke C, B ke D, C ke E, dan D ke F mewakili panjang gelombang.
3. Periode, Frekuensi, dan Kecepatan Rambat Gelombang Ingatkan kembali peserta didik bahwa pada kajian gelombang terdapat tiga buah besaran penting, yaitu periode, frekuensi, dan kecepatan gelombang. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang terjadi pada sebuah titik tiap sekon. f =
n t
Periode adalah waktu bagi sebuah partikel pada medium untuk melakukan satu putaran getaran penuh. T=
176
t n
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
177
Hitam
Orange
Kecepatan gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu detik. v=
jarak waktu
Hubungan antara periode (T), frekuensi (f), dan panjang gelombang (λ), maka kecepatan gelombang dapat ditentukan dengan persamaan berikut. v=
λ =λ f T
Agar peserta didik dapat memahami mengenai penerapan konsep dari materi yang telah dipelajari dalam menyelesaikan permasalahan, berikanlah peserta didik Masalah 10.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 268-270. Setelah itu, mintalah peserta didik untuk melakukan Kegiatan 10.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 270.
Kegiatan Siswa 10.1 Pada kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk melakukan pengamatan secara teliti, sesuai dengan prosedur serta dapat mengembangkan sikap kerja sama di antara peserta didik. Selain itu, dalam kegiatan praktikum ini, Bapak/Ibu guru dapat menentukan sendiri alternatif alat dan bahan yang digunakan terkait dengan praktikum ini. Sebagai bahan evaluasi bagi guru, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 10.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 271.
E
Sifat-sifat Gelombang
Untuk memudahkan peserta didik memahami materi tentang sifat-sifat gelombang, sebaiknya guru menyampaikan langsung jenis-jenis dari sifat tersebut dan perbedaannya. Sehingga siswa mudah mengetahui apa itu pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Apabila ada gambar, video, atau animasi yang relevan guru dapat menampilkannya di depan kelas.
1. Pemantulan (Refleksi)
Pemantulan gelombang adalah peristiwa kembalinya seluruh atau sebagian gelombang bila bertemu dengan penghalang atau bidang batas antara dua medium.
2. Pembiasan (Refraksi)
Pembiasan gelombang adalah perubahan arah gelombang memasuki medium lain yang mengakibatkan gelombang bergerak dengan kelajuan yang berbeda. Pada pembiasan gelombang dikenal adanya indeks bias adalah perbandingan antara kecepatan cahaya pada ruang hampa dengan cepat rambat cahaya pada satu medium. Secara matematis, indeks bias dapat ditulis:
Petunjuk Khusus
177
178
Hitam
c n vp
Orange
dengan: n = indeks bias c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa (3 × 108 m/s) vp = cepat rambat cahaya pada suatu medium (m/s)
3. Interferensi Gelombang
Interferensi gelombang terjadi apabila ada pertemuan dua buah gelombang atau lebih yang koheren. Dua gelombang disebut koheren apabila gelombang-gelombang tersebut memiliki frekuensi, amplitudo, dan beda fase yang sama.
4. Difraksi Gelombang
Difraksi terjadi ketika gelombang melewati lubang pada penghalang dengan panjang diameter lubang lebih kecil daripada besarnya panjang gelombang. Gelombang tersebut akan mengalami pembelokan. Besarnya difraksi bergantung pada besarnya lubang pada penghalang dibandingkan besarnya panjang gelombang dari gelombang yang melewatinya. Semakin kecil lubang pada penghalang dibandingkan panjang gelombang dari gelombang tersebut, maka semakin besar pembelokannya.
F
Gambat 10.3 Interferensi gelombang air.
Gambar 10.4 Difraksi gelombang.
Formulasi Gejala Gelombang
1. Gelombang Berjalan a. Persamaan Umum Gelombang Berjalan Mintalah peserta didik untuk mengamati Gambar 10.14 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 275. Kemudian bimbinglah peserta didik untuk menentukan persamaan gelombang berjalan dengan menganalisis gambar tersebut.
Tali
A
O
Gambar 10.5 Getaran beban pada pegas akan menggetarkan tali
178
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
179
Hitam
Orange
y = A sin ωt = A sin 2πϕ Titik O pada gambar menyatakan titik asal getaran. Titik O bergetar harmonis, dan jika sudut fase awalnya nol (θ0 = 0), maka simpangan titik O dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
ϕP =
tP t − x v t x = = − T T T vT
Untuk kasus yang lebih umum, persamaan simpangan untuk gelombang berjalan adalah sebagai berikut. 2π 2π y = A sin t − x λ T Agar peserta didik dapat memahami penerapan konsep dari materi yang telah dipelajari dalam menyelesaikan permasalahan, berikanlah peserta didik Masalah 10.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 278-279.
b. Kecepatan dan Percepatan Titik pada Gelombang Berjalan Kecepatan getar titik merupakan turunan pertama dari y, yaitu sesuai dengan persamaan berikut. dy d A sin (ωt − kx ) = dt dt vP = ω A cos (ωt − kx )
vP =
Sementara itu, percepatan getaran titik tersebut dapat ditentukan dari turunan pertama fungsi kecepatannya, yaitu sesuai dengan persamaan berikut. d vP d ω A cos (ωt − kx ) = dt dt aP = −ω 2 A sin (ωt − kx ) aP =
Karena A sin (ωt − kx ) = yP , maka aP = −ω 2 yP
c. Fase, Sudut Fase, dan Beda Fase Ingatkan kembali kepada peserta didik mengenai persamaan simpangan gelombang berjalan.
Petunjuk Khusus
179
180
Hitam
Orange
Persamaan sudut fasenya dapat ditentukan sebagai berikut. t x θ P = ωt − kx = 2π − T λ Sementara itu, fase gelombang di titik P dapat ditentukan sebagai berikut.
ϕP =
t x − sehingga θ P = 2π ϕ P T λ
dengan: θP = sudut fase φP = fase gelombang di titik P Tinjau dua buah titik (1 dan 2) pada gelombang berjalan sebagai berikut. Apabila terdapat dua buah titik pada gelombang berjalan maka beda fase kedua titik tersebut dapat ditentukan sebagai berikut. ∆ϕ =
−( x2 − x1 ) −∆x = λ λ
Tekanankan kepada peserta didik bahwa tanda negatif menunjukkan gelombang merambat dari kiri ke kanan. Agar peserta didik dapat memahami penerapan konsep dari materi yang telah dipelajari dalam menyelesaikan permasalahan, berikanlah peserta didik Masalah 10.3 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 281-282.
2. Superposisi dan Interferensi Gelombang Agar peserta didik lebih mudah memahami konsep materi ini, mintalah siswa untuk memerhatikan Gambar 10.18 seperti yang ada pada buku siswa Fisika kelas, halaman 282. Berdasarkan Gambar 10.18, pulsa A bergerak ke kanan dengan amplitudo tertentu dan pulsa B yang bergerak ke kiri (keadaan 1). Ketika kedua pulsa A dan B bertemu, maka akan membentuk gabungan pulsa yang mempunyai amplitudo lebih besar dari pulsa A dan pulsa B (keadaan 2). Selanjutnya masing-masing pulsa tersebut meneruskan perambatannya tanpa saling memengaruhi (keadaan 3). Jadi jika terdapat dua gelombang atau lebih yang sejenis merambat melalui medium yang sama, maka gangguan total pada medium adalah jumlah gangguan oleh masing-masing gelombang dan pernyataan ini dikenal sebagai prinsip superposisi. Secara matematis, prinsip superposisi gelombang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan simpangan sebagai berikut. yr = y1 + y2 + ... yn dengan: n = jumlah gelombang 180
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
181
Hitam
Orange
3. Gelombang Stasioner
Gelombang stasioner merupakan gelombang yang terbentuk ketika dua buah gelombang yang mempunyai panjang gelombang dan amplitudo sama bergerak dalam arah berlawanan pada kecepatan yang sama melalui suatu medium. Alangkah baiknya, jika guru memperlihatkan gambar/video/animasi tentang gelombang stasioner. Contoh animasi dan video dapat diakses pada link berikut ini: 1. http://www.youtube.com/watch?v=ic73oZoqr70 2. http://science.sbcc.edu/~physics/flash/oscillationswaves/standingwaves.swf
a. Gelombang Stasioner yang Dihasilkan dari Pemantulan Ujung Tetap Jika salah satu ujung seutas tali diikatkan secara tetap pada sebuah benda dan ujung lainnya digetarkan ke atas dan ke bawah, maka akan terbentuk gelombang stasioner seperti ditunjukkan pada gambar di samping. yP = yP1 + yP 2
Gelombang datang
P
O
B
Sumber getaran
t + x t −x yP = A sin 2π − − A sin 2π − λ λ T T t + x t −x yP = A sin 2π − − sin 2π − T λ λ T
Gelombang pantul x
Gambar 10.6 Gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung tetap
Pada perumusan sederhana, gelombang datang dapat dinyatakan dengan yp1 = A sin (kx – ωt), sedangkan gelombang pantulnya yp2 = A sin (-kx – ωt). Karena –sin α = sin (-α), maka yp2 = A sin (kx + ωt). Kedua gelombang ini mengalami superposisi di titik P, sehingga Jika 2A sin kx =Ap, maka
yp=Ap cos ω
b. Gelombang Stasioner yang Dihasilkan dari Pemantulan Ujung Bebas Persamaan simpangan gelombang stasioner dari pemantulan ujung bebas dapat dinyatakan secara sederhana. Karena gelombang pantul dari ujung bebas sefase dengan gelombang datangnya, maka yp1 = A sin (kx – ωt), sedangkan yp2 = A sin (–kx – ωt) = –A sin (kx + ωt), sehingga superposisi kedua gelombang ini di titik P akan menghasilkan simpangan yang memenuhi persamaan berikut. yP = yP1 + yP 2
yP = 2 A cos kx sin ωt
Petunjuk Khusus
O
P
Sumber getaran Gelombang pantul x
yP = A sin ( kx − ωt ) − A sin ( kx − ωt )
Jika 2A cos kx =Ap, maka
Gelombang datang
Gambar 10.7 Gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung bebas
yp=Ap sin ωt 181
182
Hitam
Orange
c. Titik Simpul dan Ttik Perut Titik simpul didefinisikan sebagai titik pada gelombang stasioner yang mempunyai simpangan terkecil atau minimum, sedangkan titik perut didefinisikan sebagai titik pada gelombang stasioner yang mempunyai simpangan terbesar atau maksimum. Untuk gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung tetap, kedudukan titik simpul dan titik perutnya dapat ditentukan sebagai berikut. x dari ujung tetap λ x Nilai minimum AP dicapai ketika sin 2π sama dengan nol, dan hal ini diperoleh λ ketika sudut fasenya adalah 0, π, 2π, ..., nπ, sehingga: AP = 2 A sin 2π
x = sin nπ λ x 2 π = nπ λ x = n 12 λ
sin 2π
dengan: x = ( 2n) 1 4 λ n = 0, 1, 2, 3, … Untuk gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung tetap, kedudukan x titik- sin 2π titik simpul dari ujung tetap merupakan kelipatan genap (2n) dari λ seperempat panjang gelombang. Sementara itu, nilai maksimum Ap dicapai ketika sama dengan ± 1 dan hal ini diperoleh ketika sudut fasenya adalah
π 3π 5π π , , , ..., ( 2n + 1) , 2 2 2 2
sehingga x π = sin(2n + 1) 2 λ x π 2π = (2n + 1) 2 λ dengan: x = (2n + 1) × 1 4 λ n=0 Untuk gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung tetap, kedudukan titik-titik perut dari ujung tetap merupakan kelipatan ganjil (2n + 1) dari seperempat panjang gelombang. Untuk gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung bebas, kedudukan titik simpul dan titik perutnya dapat ditentukan sebagai berikut. sin 2π
x AP = 2 A cos 2π dari ujung bebas λ
182
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
183
Hitam
Orange
x Nilai minimum Ap dicapai ketika cos 2π sama dengan nol, dan hal ini diperoleh λ π 3π 5π π ketika sudut fasenya dalah , , , ..., ( 2n + 1) , sehingga: 2 2 2 2 x π = cos ( 2n + 1) 2 λ x π 2π = ( 2n + 1) 2 λ 1 x = ( 2n + 1) 4 λ
cos 2π
dengan: n = 0, 1, 2, 3, … Untuk gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung bebas, kedudukan titik-titik simpul dari ujung bebas merupakan kelipatan ganjil (2n + 1) dari seperempat panjang gelombang. x Sementara itu, nilai maksimum Ap dicapai ketika cos 2π sama dengan ± 1, dan λ hal ini diperoleh ketika sudut fasenya adalah 0, π, 2π, ..., nπ, sehingga: x cos 2π = cos nπ λ 2πx = nπ λ 1 nλ = ( 2n ) λ dengan: x= 2 4 n = 0, 1, 2, 3, … Untuk gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung bebas, kedudukan titik-titik perut dari ujung bebas merupakan kelipatan genap (2n) dari seperempat panjang gelombang. Agar peserta didik dapat memahami penerapan konsep dari materi yang telah dipelajari dalam menyelesaikan permasalahan, berikanlah peserta didik Masalah 10.4 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 289-291.
G
Sikap dan Pembelajaran tentang Gelombang
Hikmah apa yang Anda dapatkan setelah mempelajari materi gelombang? Pada bab yang telah kita pelajari banyak sekali yang dapat Anda renungkan, baik dari sisi spiritual, sosial, dan sisi individual.
Petunjuk Khusus
183
184
Hitam
Orange
Mari kita ulas kembali hingga kita benar-benar merasakannya. 1. Spiritual Pernahkah Anda berpikir mengapa kita bisa mendengar bunyi? Mengapa cahaya matahari bisa sampai ke Bumi? Mengapa stasiun televisi bisa menyiarkan acara televisi ke seluruh Indonesia? Jawabannya adalah semua itu diciptakan Tuhan untuk kita pelajari dan kita renungkan. Ketiga pertanyaan tadi bisa dijelaskan menggunakan konsep gelombang. Bunyi merambat ke telinga kita melalui medium udara dalam bentuk gelombang longitudinal. Cahaya matahari merambat ke Bumi secara radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Stasiun televisi menyiarkan acara televisi dalam bentuk gelombang radio. Jadi, gelombang sangat besar peranannya bagi umat manusia khususnya di zaman modern ini. Tuhan Yang Maha Kuasa telah memperlihatkan kebesaran-Nya dengan menciptakan gelombang. 2. Sosial Saat melakukan kegiatan siswa, ada beberapa yang memfasilitasi Anda untuk bekerja kelompok. Hal ini diharapkan agar Anda dapat bekerja sama dan dapat menghargai peran serta pekerjaan teman sekelompok Anda saat melakukan kegiatan. Misalkan pada Kegiatan Siswa 10.1, Anda diminta untuk membuat kelompok dan melakukan praktikum tentang menunjukkan gelombang transversal dan longitudinal. Pada Kegiatan Siswa 10.1 Anda dituntut untuk melakukan secara berkelompok meskipun kegiatan siswa tersebut dapat dilakukan secara individu. Hal ini sengaja dibentuk untuk membangun rasa saling menghargai dan saling mempercayai pekerjaan antarsesama. Selain itu, Anda dapat merasakan suatu pekerjaan akan terasa ringan jika dilakukan secara bersama-sama dengan bekerja sama. 3. Individual Sikap yang terbangun pada proses pembelajaran yang dapat dirasakan secara individu adalah sikap ilmiah. Materi gelombang sangat berkaitan sekali dengan kegiatan ilmiah. Oleh sebab itu, secara tidak langsung akan membangun perilaku ilmiah. Misalkan saja adalah sikap terbuka, teliti, jujur, rasa ingin tahu dan cermat. Saat Anda melakukan kegiatan yang berkaitan dengan penentuan persamaan umum gelombang berjalan dan gelombang stasioner, otomatis Anda harus melakukannya secara teliti dan cermat agar data yang diperoleh akurat. Data yang telah Anda peroleh kemudian harus dikomunikasikan baik secara tertulis maupun tidak tertulis. Hal ini menunjukkan bahwa adanya sikap terbuka. Di samping itu keterbukaan dapat terlatih melalui presentasi hasil praktikum di depan kelas. Satu hal yang sangat penting dari penjabaran mengenai sikap yang terbangun selama proses pembelajaran adalah rasa ingin tahu, karena tanpa sikap itu Anda tidak mungkin dapat merasakan dan membangun sikap-sikap di atas. Rasa ingin tahu menuntun Anda untuk terus menemukan yang Anda belum tahu. Dalam menentukan persamaan umum gelombang stasioner misalnya, Anda tidak mungkin memahami materi tersebut jika tidak dilandasi rasa ingin tahu. Sikap-sikap di atas baik dalam dimensi spiritual, individual, maupun sosial sebaiknya Anda terapkan dalam kehidupan sehari-hari Anda, agar bangsa Indonesia menjadi bangsa yang bermartabat, dihargai dan mampu mengolah segala potensi yang dimiliki negeri kita. Mintalah peserta didik untuk membuat mind mapping berdasarkan informasi yang telah dipahami mengenai Gelombang.
184
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
185
Hitam
Orange
Pada akhir bab alangkah baiknya bapak/ibu guru mengajak siswa untuk merefleksikan hikmah yang dapat di ambil dari materi yang telah dipelajari pada bab ini hingga berguna untuk hidup berketuhanan, bersosial, dan berbudaya.
H
Pengayaan Materi
Energi Gelombang Elektromagnetik
Seperti juga gelombang mekanik, gelombang elektromagnetik juga memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain. Sebagai contoh energi matahari dipindahkan ke bumi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Biasanya energi gelombang elektromagnetik dinyatakan dengan vektor pointing (s), yaitu laju energi tiap satuan luas yang tegak lurus dengan arah rambatan gelombang elektromagnetik. Secara matematis, s dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut. s = 1 E×B µo
dengan s
(
)
= vektor pointing J/sm 2 E = vektor medan listrik ( N/C )
(
B = vektor medan magnet Wb/m 2
)
y
E
A x
s
B
c Gambar 10.8
z
Jika dinyatakan dalam besaran intensitas, maka intensitas gelombang elektromagnetik (I) merupakan laju energi rata-rata tiap satuan luas, dan besarnya adalah sebagai berikut. I =s = dengan: I
Em 2 E B c = Bm 2 = m m 2 µo c 2 µo 2 µo
(
2 2 = intensitas gelombang elektromagnetik J/sm atau W/m
Em = medan listrik maksimum ( N/C )
(
)
)
Bm = medan magnet maksimum Wb/m 2 atau T c = kecepatan gelombang elektromagnetik ( 3 × 108 m/s) μ0 = 4π × 10−7 Wb/Am Petunjuk Khusus
185
186
Hitam
I
Orange
Media Pembelajaran
Media pembelajaran yang digunakan pada Bab X sebagai berikut. 1. Media visual : buku Fisika Kelas XI karya Sunardi dan Siti Zenab terbitan Yrama Widya, Lembar Kerja Siswa. 2. Media Audio Visual : LCD projector, internet. 3. Media peraga : alat dan bahan praktikum.
J
Bentuk Evaluasi
Untuk menguji pemahaman peserta didik terkait materi dalam Bab X ini, terdapat beberapa bentuk evaluasi, antara lain sebagai berikut. 1. Soal evaluasi, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal-soal pada setiap akhir subbab terdiri atas soal-soal uraian. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 23) 2. Soal evaluasi di akhir bab, untuk melatih peserta didik mengerjakan soal secara mandiri terdiri atas soal-soal uraian dan soal-soal pilihan ganda. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum, halaman 23-24) 3. Tabel pengamatan, melatih peserta didik dalam mengamati perilaku sadar akan kebesaran Tuhan, bekerja sama, teliti, cermat, terbuka, serta memiliki rasa ingin tahu yang tinggi di lingkungan sekitaranya. (Format tabel pengamatan tertera pada buku siswa Fisika, halaman, 299) 4. Refleksi, merupakan teknik penilaian dengan cara meminta peserta didik untuk mengemukakan kelebihan dan kekurangan yang dimilikinya terkait dalam konteks pencapaian diri. (Format tabel refleksi tertera pada buku peserta didik Fisika, halaman 294) 5. Kegiatan kajian literatur, melatih peserta didik untuk mengkaji informasi-informasi yang didapat terkait dengan materi yang dibahas. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 25) 6. Kegiatan diskusi, melatih peserta didik dapat saling bertukar pikiran atau pendapat untuk mendapatkan suatu pengertian dan memecahkan suatu permasalahan. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 25-26) 7. Tugas mind map, melatih peserta didik dalam hal kemampuan memilah, mengingat, berimajinasi, tetap berminat, mengendalikan, dan kreatif dalam pembelajaran. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 27-27) 8. Laporan praktikum, untuk menilai keterampilan peserta didik dalam hal melakukan pengamatan, mengumpulkan data dan mencatat data, menarik kesimpulan dan menganalisis data ketika diadakan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 26-27) 9. Lembar pengamatan KPS, untuk mengetahui keterampilan proses sains peserta didik ketika melakukan kegiatan praktikum. (Format penilaian tertera pada petunjuk umum halaman 35) 10. Tugas portofolio, berupa laporan kegiatan-kegiatan yang telah dilakukan selama peserta didik melaksanakan pembelajaran. (Format penialain tertera pada petunjuk umum halaman 29-30) 186
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
187
Hitam
K
Orange
Remedial
Jika dari hasil evaluasi masih terdapat peserta didik yang belum memenuhi standar minimal, maka guru melaksanakan kegiatan remedial. Kegiatan ini diawali dengan remedial teaching, yaitu guru memberi pengulangan untuk materi-materi yang kompetensinya belum tercapai. Setelah itu, guru melaksanakan evaluasi kembali dengan memberikan sejumlah soal yang berkaitan dengan bahan ajar yang diremedi. Contoh soal untuk remedial Bab X adalah sebagai berikut. 1. Tentukan jarak antara dua rapatan yang berdekatan, jika frekuensi gelombang longitudinal dari suatu sumber bunyi 30Hz dan cepat rambat gelombang di udara 360 m/detik! Pembahasan: Diketahui: F = 30 Hz v = 360 m/detik Ditanyakan: Jarak antara dua rapatan yang berdekatan (λ) v v = λ .F ⇔ λ = F 360 = = 12 m 30 Jadi, jarak antara dua rapatan yang berdekatan adalah 12 m. 2. Gelombang berjalan dengan persamaan y = 0,02 sin π (8t – x). (x, y dalam cm dan t dalam sekon). Tentukan besar simpangan di titik yang berjarak 5 cm dari titik asal pada saat titik asal telah bergetar selama 1 sekon! Pembahasan: Diketahui: y = 0,02 sin π (8t – x) x = 5 cm t=1s Ditanyakan: Besar simpangan Substansikan nilai x = 5cm dan t = 1, pada persamaan. Diperoleh y = 0,02 . sin π (8(1) – 5) = 0,02 . sin 3π= 0,02 . 0 y = 0 Jadi, simpangannya adalah 0 cm. 3. Suatu gelombang stasioner mempunyai persamaan: y = 0,2 (cos 5πx) sin (10πt). (y, x dalam meter dan t dalam sekon) Tentukan jarak antara perut dan simpul yang berurutan pada gelombang tersebut. Pembahasan: Diketahui: y = 0,2 (cos 5πx) sin (10πt) Jika diperhatikan persamaan di atas adalah persamaan simpangan gelombang stasioner oleh ujung bebas yang mempunyai persamaan umum y = 2A cos Kx sin ωt
Petunjuk Khusus
187
188
Hitam
Orange
Dengan demikian diperoleh A = 0,1 m; K = 5π; dan ω = 10π 2π 2 Karena K = = 5π, maka λ = m 5 λ
1 Jarak antara perut dan simpul yang berukuran sama dengan × 4 Panjang gelombang yaitu 1 1 2 λ = × = 0,1 m 4 4 5
L
Rangkuman
1. Gelombang adalah gejala perambatan getaran atau gangguan dari satu tempat ke tempat lain dengan memindahkan sejumlah energi. 2. Berdasarkan mediumnya, gelombang dibedakan menjadi gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Berdasarkan arah getaran terhadap arah perambatannya, gelombang dibedakan menjadi gelombang transversal dan gelombang longitudinal. 3. Gelombang mempunyai periode, frekuensi, panjang gelombang, laju, amplitudo, dan simpangan. 4. Sifat-sifat umum gelombang antara lain: pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), interferensi, dan difraksi. 5. Gelombang berjalan adalah gelombang yang tiap titik pada gelombang tersebut bergetar harmonis dengan amplitudo yang sama. 6. Bentuk umum persamaan gelombang berjalan adalah: t x y A sin 2 T y A sin t kx x y A sin 2 f t v 7. Sudut fase gelombang adalah: t x t kx rad 2 rad T t x 8. Fase gelombang T 9. Titik-titik yang berjarak λ pada gelombang mempunyai fase yang sama. 1 pada gelombang mempunyai fase yang berlawanan. 2 x 11. Beda fase dua buah titik pada waktu yang sama adalah . 10. Titik-titik yang berjarak
188
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
189
Hitam
Orange
t . T 13. Gelombang stasioner adalah gelombang hasil interferensi dua buah gelombang yang mempunyai amplitudo dan frekuensi yang sama tetapi merambat dalam arah yang berlawanan. 14. Pada gelombang stasioner terbentuk titik simpul dan titik-titik perut yang bergantung pada keadaan pemantulan gelombang sumber. 15. Persamaan gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung tetap adalah: t l x y 2 A sin 2 cos 2 T 12. Beda fase sebuah titik untuk waktu yang berbeda adalah
16. Persamaan gelombang stasioner yang dihasilkan dari pemantulan ujung bebas adalah: x t l y 2 A cos 2 sin T
M
Penutup
Materi untuk kelas XI telah selesai dipelajari. Mengenai permasalahan gelombang, selanjutnya akan dipelajari mengenai gelombang bunyi dan gelombang elektromagnetik di kelas XII. Oleh sebab itu, berilah motivasi kepada peserta didik bahwa pemahaman yang telah didapat pada bab ini jangan dilupakan begitu saja. Selain itu materi yang telah dipelajari masih terhubung dengan materi yang lain. Pada umumnya peserta didik akan merasakan bahwa hidup seorang manusia saling terhubung dengan semua makhluk hidup ciptaan Tuhan dimana semuanya saling membutuhkan.
Petunjuk Khusus
189
190
Hitam
Orange
Glosarium Afektif
: berhubungan dengan masalah sikap, pandangan, dan nilai-nilai yang diyakini seseorang. Kognitif : kemampuan dan proses berpikir yang berdasar kepada pengetahuan faktual yang empiris. Kompetensi : kemampuan menguasai suatu hal atau suatu materi. Mengasosiasi : mengolah informasi yang telah didapatkan sebelumnya. Mengeksplorasi : mencari informasi dari berbagai sumber. Pembelajaran konstruktivistik : pembelajaran yang memberi perhatian pada aspek-aspek kognisi dan mengangkat berbagai masalah real world yang memengaruhi aktivitas dan perkembangan mental siswa. Pendekatan sainstifik : pendekatan pembelajaran yang diterapkan pada aplikasi pembelajaran kurikulum 2013. Penilaian autentik : proses pengumpulan informasi oleh guru tentang perkembangan dan pencapaian pembelajaran yang dilakukan anak didik melalui berbagai teknik untuk melihat ketercapaian tujuan pembelajaran yang dirumuskan. Psikomotor : segala sesuatu yang berhubungan dengan aktivitas otot, fisik, atau gerakan-gerakan anggota badan. Sintak : langkah-langkah operasional pembelajaran. Self evaluation : penilaian yang dilakukan oleh peserta didik itu sendiri terhadap usaha-usahanya dan hasil pekerjaannya dengan merujuk pada tujuan yang ingin dicapai oleh peserta didik dalam belajar.
190
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
191
Hitam
Orange
Daftar Pustaka Arikunto, Suharsimi. 2013. Dasar-dasar Evaluasi Pendidikan Edisi 2. Jakarta: Bumi Aksara. Chew, Aline. 2005. N-Level Classified Science Physics [Syllabus A]. Singapore: Singapore Asian Publications (s) Pte. Ltd. Isjoni. 2010. Pembelajaran Kooperatif Meningkatkan Kecerdasan Komunikasi antar Peserta Didik. Yogyakarta: Pustaka Pelajar. Komalasari, K. 2010. Pembelajaran Kontekstual. Bandung: Refika Aditama. Lie, Anita. 2010. Cooperative Learning: Mempraktikkan Cooperative Learning di Ruang-ruang Kelas. Jakarta: Grasindo. Menteri Pendidikan dan Kebudayaan. 2013. SALINAN LAMPIRAN PERATURAN MENTERI PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN REPUBLIK INDONESIA NOMOR 65 TAHUN 2013 TENTANG STANDAR PROSES PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAH. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Permendikbud No. 81A Tahun 2013 tentang Implementasi Kurikulum. 27 Juni 2013. Berita Negara Republik Indonesia Tahun 2013 Nomor 972. Jakarta. Saleh, A. 2008. Kreatif Mengajar dengan Mind Map. Bandung: Tinta Emas Publishing. Trianto. 2007. Model-Model Pembelajaran Inovatif Berorientasi Konstruktivistik. Jakarta: Prestasi. Rahman, T. Metode Pembelajaran Sains. [online] Tersedia:http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/ JUR._ PEND._BIOLOGI/196201151987031-TAUFIK_RAHMAN/Metode_Pembelajaran_ Sains.pdf. [1 Oktober 2013] Scientific, Pudak. 2007. PANDUAN PERCOBAAN-PERCOBAAN FISIKA KIT SMA. Bandung: Pudak Scientific.
Daftar Pustaka
191
192
Hitam
Orange
Indeks A
aliran laminar 134, 192 aliran turbulen 133, 134, 192 Asas Bernoulli 136, 137, 139, 192
C
Carnot 159, 160, 192
D
Debit 137, 192
E
Energi mekanik 93, 192 Energi potensial 67, 77, 129, 192
F
Fluida 6, 131, 141, 192
G
Garis alir 133, 192 Gravitasi 6, 57, 59, 61, 64, 67, 77, 126, 192
H
hukum Boyle 150, 192
I
Impuls 6, 97, 101, 102, 106, 108, 192 Indikator 23, 25, 31, 33, 42, 58, 72, 86, 98, 112, 132, 146, 166, 178, 192
K
Kecepatan efektif 153, 192 Kecepatan rata-rata 46, 192 Kecepatan Sudut 119, 120 Kuat medan gravitasi 62, 192
192
M
momen gaya 112, 114, 115, 118, 120, 121, 123, 192 momen inersia 98, 112, 113, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 192 momen kopel 112, 115, 192 momentum 96, 97, 111, 112, 113, 117, 118, 119, 145, 151, 192 momentum sudut 111, 112, 113, 117, 118, 119, 192
P
Pengetahuan 4, 5, 23, 192 Percepatan sesaat 48, 192 perpindahan 120 persamaan Bernoulli 136, 192 pusat massa 120
T
Tekanan Admosfer 119, 120 Teori kinetik gas 192 tes objektif 23, 24, 25 Tes pilihan ganda 25, 126, 192 Torsi 126, 192
U
Usaha 6, 27, 28, 73, 75, 78, 79, 81, 83, 119, 120, 155, 156, 157, 159, 171, 192
Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI
