Pendahuluan Tahukah kamu benda di samping ini apa? Ya, kamu benar! Ini adalah sebuah helikopter. Helikopter tersebut tampak seperti akan terbang. Tentu kalian tahu bukan, bahwa helikopter dapat terbang mengandalkan baling-balingnya Sumber: https://www.google.co.id/search yang diputar oleh mesin. Tapi, pernahkah kalian berfikir kenapa persiapan helikopter untuk terbang itu lama? Kecepatan putaran baling-baling helikopter dapat mencapai kecepatan maksimum membutuhkan waktu yang lama. Bukan hanya itu, ketika mendaratpun agar baling balingnya bisa benar-benar berhenti, memerlukan waktu yang lama pula. Apa ya kirakira alasannya? Ada yang tahu kenapa?
1. Peserta didik dapat mempelajari materi momen inersia menggunakan LKPD dengan baik.
2. Peserta didik dapat memberikan contoh aplikasi dari momen inersia dalam kehidupan sehari-hari dengan tepat. 3. Peserta didik dapat melaksanakan praktikum menggunakan KIT Dinamika Rotasi dengan baik.
4. Peserta didik dapat menganalisis besaran-besaran praktikum Dinamika Rotasi dengan tepat.
yang
terukur dalam
5. Melalui praktikum dinamika rotasi, peserta didik dapat membuktikan beberapa rumus untuk menentukan momen inersia dari suatu benda dengan benar. 6. Melalui praktikum dinamika rotasi peserta didik dapat menemukan besar nilai konstanta dari rumus momen inersia suatu benda dengan benar
1
Kalian tentu penasaran bukan terhadap jawaban dari pertanyaan tentang helikopter yang disajikan di pendahuluan tadi? Untuk itu, marilah kita pelajari materi yang berhubungan dengan fenomena tersebut!
Fase 1 Coba kalian baca kembali fenomena yang ada di bagian Pendahuluan. Tidak asing bukan? Tahukah kamu, bahwa fenomena helikopter tersebut sangat berhubungan dengan fisika. Nah, pasti kamu mempunyai banyak pertanyaan terkait hal tersebut bukan? Coba kalian ungkapkan pertanyaan tersebut pada kolom di bawah ini!
...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Perhatikan gambar gasing di bawah ini!
Gambar (1)
Gambar (2)
Gasing bisa berputar dengan cara menarik seutas tali plastik yang ada pada lubang gasing. Massa dan jari-jari dari kedua gasing mempengaruhi kecepatan sudut gasing. Buatlah 2 pertanyaan dari gambar di atas yang berkaitan dengan konsep momentum sudut! ....................................................................................................................................... .............................................................................................................................................
2
............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. .....................................................................
Fase 2
Penari Ice Sk atting sedang berputar deng an melipat tanganya ke dalam.
Penari Ice Sk atting sedang berputar dengan tangan dan sebelah kakinya direntangkan.
Penari Ice Sk atting sedang berputar dengan menelungkupkan kedua tanganya ke depan. Sumber: https://www.google.co.id/search
Coba kalian perhatikan ketiga gambar di atas. Mereka sedang melakukan tarian sambil ber-ski es atau yang biasanya disebut dengan Ice Skat ting . Pernahkah kalian melihat orang-orang yang sedang melakukan gerakan seperti gambar di atas? Atau mungkin kalian pernah melakukannya? Ketiga orang tersebut melakukan putaran dengan kecepatan yang berbeda-beda. Benarkah itu? Apakah kamu tahu kenapa kecepatan putaran mereka berbeda-beda? Coba kamu urutkan gambar tersebut dari yang memiliki putaran paling cepat beserta alasannya! 1. Gambar No… karena .............................................................................................
............................................................................................................................... ............................................................................................................................... 2. Gambar No… karena ............................................................................................. ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... 3. Gambar No… karena ............................................................................................. ............................................................................................................................... ...............................................................................................................................
3
Fase 3
Percobaan Untuk membantu pemahaman kalian mengenai materi-materi ini, mari kita lakukan sebuah percobaan sederhana. Pertama-tama, buatlah kelompok yang terdiri dari 3-4 orang, kemudian lakukan percobaan di bawah ini! Momen Inersia Tujuan
Memahami pengertian momen inersia. Menganalisis hubungan antara momen inersia dengan jari-jari, massa dan bentuk benda. Membuktikan nilai konstanta pada rumus momen inersia dari benda yang berbeda.
Alat dan Bahan KIT Dinamika Rotasi Neraca
Stopwatch Meteran Air
1 paket 1 buah 1 buah 1 buah Secukupnya
Langkah Kerja 1. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan.
2. Ukurlah massa dari tabung menggunakan neraca, kemudian catat pada tabel pengamatan. 3. Siapkan kamera untuk merekam proses menggelinding dari tabung yang digelindingkan pada bidang miring. 4. Siapkan bidang miring dan lintasan yang digunakan untuk menggelindingkan tabung. 5. Gelindingkan tabung menggunakan bidang miring sambil direkam menggunakan kamera, kemudian catat waktu dan panjang lintasan pada tabel pengamatan. 6. Ulangi langkah 3-5 untuk setiap tabung kosong.
4
7. Suntikkan air kedalam busa yang terdapat dalam tabung yang berisi busa, kemudian ukur massa tabung tersebut dan catat hasilnya dalam table pengamatan. 8. Ulangi langkah 4-5 untuk setiap tabung yang berisi busa. 9. Setelah selesai, rapikan kembali alat dan bahan dan simpan ke tempatnya semula. Tabel Pengamatan 1. Variasi bentuk Tabel 1 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Be ntuk Be nda Pertama
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan
Waktu (s)
(m)
1 2 3 4 5
Tabel 2 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Be ntuk Ben da Kedua
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2 3 4 5 Tabel 3 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Be ntuk Ben da Ketiga
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2 3 4 5
5
Tabel 4 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Bentuk Benda Keempat
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2 3 4 5 2. Variasi Massa Tabel 5 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Massa Benda Pertama
Percobaan
Jari-jari
Jari-jari
Massa
Ke
Luar (m)
dalam (m)
(Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2 3 4 5 Tabel 6 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Massa Benda Kedua
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2 3 4 5 Tabel 7 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Massa Benda Ketiga
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2
6
3 4 5 Tabel 8 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Massa Benda Keempat
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan
Waktu (s)
(m)
1 2 3 4 5 3. Variasi Jari-jari Tabel 9 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Jari-Jari Benda Pertama
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2 3 4 5 Tabel 10 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Jari-jari Benda Kedua
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2 3 4 5 Tabel 11 Hasil Pengamatan Te rhadap Variasi Jari -jari Benda Ketiga
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2
7
3 4 5 Tabel 12 Hasil Pengamatan Terhadap Variasi Jari-jari Benda Keempat
Percobaan Ke
Jari-jari Luar (m)
Jari-jari dalam (m)
Massa (Kg)
Panjang Lintasan (m)
Waktu (s)
1 2 3 4 5 Permasalahan 1. Bagaimana hubungan antara momen inersia benda dengan perubahan jari-jari
(ketika massa benda dibuat sama)? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 2. Bagaimana hubungan antara momen inersia benda dengan perubahan massa (ketika jari-jari benda tetap sama)? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 3. Bagaimana hubungan momen inersia dengan bentuk benda? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 4. Bagaimanakah grafik hubungan antara momen inersia dengan massa benda dan momen inersia dengan jari-jari benda? Grafik Hubungan Antara Momen Inersia dengan Massa Benda
Grafik Hubungan Antara Momen Inersia dengan Jari-jari benda
8
Kesimpulan
Dari Percobaan yang telah dilakukan, menurut kalian apakah momen inersia itu? ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ...................................................................................................................
Bagaimana hubungan antara momen inersia benda (I) dengan massa (m), jari-jari (r), dan bentuk benda (koefisien benda/k)? ................................................................................................................... ................................................................................................................... ...................................................................................................................
Apakah percobaan yang dilakukan dapat membuktikan rumus momen inersia yang terdapat dalam tabel (terdapat di lapiran)? ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ...................................................................................................................
9
Fase 4 Wah, kamu hampir sampai di tahap akhir! Pada fase-fase sebelumnya, kamu telah mendapatkan beberapa hal yang dapat menambah wawasan kamu mengenai materi Momen Inersia. Oleh sebab itu, coba tuliskan pemahamanmu terhadap materi-materi di bawah ini! Menurut pemahaman saya, Momen inersia adalah .................................................................................................. ...................................................................................................................................... Hal-ha l yang mempengaruhi besar atau kecilnya momen inersia adalah..................... ...................................................................................................................................... Sehingga momen inersia memiliki rumus umum ........................................................ Yang mana konstanta (k) setiap benda berbeda, contohnya untuk silinder pejal, konstantanya adalah …., dan untuk silinder berongga, konstantanya adalah…
Fase 5 Berdasarkan pemahaman kamu, cobalah untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan di bawah ini! 1. Mengapa ketika kita sedang menaiki motor, kemudian tiba-tiba kecepatannya di tambah (dipercepat) tubuh kita seperti terdorong ke belakang? Kemudian ketika berada di kecepatan tinggi tersebut, tiba-tiba di rem secara mendadak, mengapa tubuh kita condong ke depan? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................
10
2. Pernahkah kamu melihat kejadian tabrakan beruntun? Ketika sedang musim liburan, banyak sekali kendaraan di jalan raya yang membuat kemacetan terjadi di jalan tersebut. Tiba-tiba, di jalanan yang menurun dan berkelok, terjadi sebuah tabrakan yang melibatkan truk, mobil sedan dan beberapa kendaraan lainnya (biasa kita sebut tabrkan beruntun). Ternyata truk mengalami rem blong. Menurutmu, apakah yang menyebabkan tabrakan beruntun akibat truk yang mengalami rem blong tersebut? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 3. Perhatikan gambar di bawah ini!
Pernahkah kamu mengamati gerak baling-baling kipas angin yang berputar? Ketika kipas angin itu kita gerakkan ke kanan atau ke kiri ada yang aneh dengan posisi baling-balingnya, yaitu seakan ada suatu gaya yang menekan poros kipas ke dalam atau ke luar. Apa yang menyebabkan hal itu bisa terjadi? Jelaskan! ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. .............................................................................................................................
11
............................................................................................................................. ................................................. 4. Seorang penari balet memiliki momen inersia 8 kgm2 . Ketika kedua lengannya direntangkan dan 4 kgm2 ketika kedua lengan merapat ke tubuhnya. Penari tersebut mula-mula berputar dengan kecepatan 4,6 put/s. Bagaimana kecepatan sudut penari saat kedua tangannya merapat, semakin besar atau semakin kecil?Jelaskan! ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 5. Amati gambar di bawah ini!
Gambar (1)
Gambar (2)
12
Gambar
(1)
menunjukkan
seorang
penari
balet
ketika
kedua
tangannya
mengembang untuk berputar sedangkan Gambar (2) menunjukkan seorang penari balet yang menarik tangannya ke dekat badannya untuk berputar Dari kedua gambar di atas, apakah ada perbedaan dalam menentukan momen inersia penari balet tersebut?Jelaska n! ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. .............. 6. Seorang Bapak mendorong pintu, dengan arah dorongan pintu tegak lurus pintu. Bagaimana besar dan arah torsi yang dikerjakan sang Bapak terhadap pintu? ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. .............................................................................................................................
13
7. Sebuah komidi putar berotasi dengan momen inersia 2,5 x 10 -3 kg m2 dan kecepatan sudut awal 5 rad/s. Agar benda berhenti dalam waktu 1 menit, momen gaya yang harus dikerjakan sebesar 0,25x10 -3 . Jelaskan apakah momen gaya dari komidi putar akan berhenti atau tidak? ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ...................................
Nilai
Paraf
Catatan
14
Daftar Pustaka
Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2001). Fundamental of Physics. New York: John Wiley & Sons. Handayani, S., & Damari, A. (2009). Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Haryadi, B. (2008). Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Maharani,
A.
E.
(2015,
December
9).
Dipetik
August
3,
2017,
dari
http://akhsaeka.blogspot.co.id/2015/12/kata-kata-mutiara.html Nurachmandani, S. (2009). Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Palupi, D. S. (2009). Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Saripudin, A., K, D. R., & Suganda, A. (2009). Praktis Belajar Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Sarwono,
Sunarroso,
&
Suyatman.
(2009). Fisika. Jakarta:
Pusat
Perbukuan
2017,
dari
Departemen Pendidikan Nasional. Susetyo.
(2017).
Dipetik
Mei
18,
http://susetyo.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/45248/KESETIMBANGA N+BENDA+TEGAR.pdf Widodo, T. (2009). Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
15
Tabel Momen Inersia untuk beberapa jenis benda tegar Gambar Benda
Sumbu Putar
Mo men Ine rsia
di pusat
I
di ujung
I
1
Kons tanta
2
mL
k
12
1 12
batang silinder
1
2
mL
k
3
1 3
batang silinder
di pusat
I
1
ma
2
2
b
2
k
1 2
pelat besi persegi panjang
di pusat
I
1
2
m R1
2
R2
2
k
1 2
silinder berongga
di pusat
I
1
2
mR
2
k
1 2
silinder pejal
16
Gambar Benda
Sumbu Putar
Mo men Ine rsia
di pusat
I mR
Kons tanta
2
k 1
silinder tipis berongga
di pusat
I
di pusat
I
2
mR
2
k
5
2 5
bola pejal
2
3
mR
2
I
2
mR
2
3
bola tipis berongga
17
