FISIKA SEKOLAH 2

BUKU AJAR

FISIKA SEKOLAH 2

Oleh
Sunyoto Eko Nugroho

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2017
KATA PENGANTAR

Sebagian pengajar menganggap materi Fisika Sekolah sekedar menelaah
topik fisika pada tingkatan SMA, sehingga tak lebih dari materi perkuliahan
Fisika Dasar. Perkuliahan Fisika Sekolah ini diberikan kepada mahasiswa
calon guru, agar mampu menguasai pedagogi content knowledge (PCK) pada
matapelajaran Fisika sesuai kurikulum yang berlaku. Dalam perkuliahan
Fisika Sekolah, mahasiswa harus mampu menganalisis, dan mensintesis kembali
konsep-konsep esensial dalam struktur ilmu Fisika berdasarkan sekuens
materi dan karakteristik peserta didik, kemudian mendisain pembelajaran
yang sesuai tuntutan kurikulum fisika sekolah.
Bahan ajar ini dirancang untuk memandu mahasiswa menelaah konsep-
konsep dasar fisika sekolah dan

DAFTAR ISI

Halaman

"KATA PENGANTAR "ii "
"DAFTAR ISI "1 "
"BAB 1 PCK FISIKA DALAM KURIKULUM 2013 "1 "
"BAB 2 LISTRIK DINAMIS " "
"BAB 3 LISTRIK STATIS " "
"BAB 4 INDUKSI MAGNET " "
"BAB 5 INDUKSI ELEKTROMAGNET " "
"BAB 6 ARUS BOLAK BALIK " "
"BAB 7 RADIASI ELEKTROMAGNET " "
"BAB 8 CAHAYA DAN OPTIK " "
"BAB 9 ALAT-ALAT OPTIK " "
"BAB 10 KONSEP DAN GEJALA KUANTUM " "
"BAB 11 TEORI RELATIVITAS KHUSUS " "
"BAB 12 ATOM DAN INTI ATOM " "
" " "
"DAFTAR PUSTAKA " "

BAB 2

Pokok Bahasan : Listrik dinamis

Pendahuluan

Ketika ujung-ujung sebuah kawat tembaga dihubungkan dengan elektroda
positip dan negatip batere, gaya listrik tiba-tiba bekerja pada setiap
partikel bermuatan di dalam kawat. Proses kimia dalam batere menyebabkan
elektroda secara tetap bermuatandan mengerjakan gaya listrik terhadap
setiap partikel bermuatan di dalam kawat. Elektron sebagai partikel
bermuatan yang paling luar dari atom tembaga atau logam lain terlepas dari
atom induknya karena mandapatkan gaya listrk yaqng ditimbulkan batere dan
mulai berpindah di dalam kawat. Aliran partikel bermuatan inilah yang
disebut arus listrik.

Pembelajaran diawali dengan refleksi tentang konsep dinamika dengan
mengidentifikasi ciri-ciri dinamika agar mahasiswa memiliki wawasan nyang
lebih luas dan pemahaman yang lebih umum
Setelah mempelajari pokok bahasan ini diharapkan kita dapat menerapkan
hukum Ohm untuk memecahkan persoalan rangkaian listrik arus searah

Arus listrik

Pergerakan muatan listrik (misalnya elektron di dalam kawat) konduktor
menghasilkan arus lisrik. Pada umumnya eleltron bergerak di dalam atom
secara acak. Namun, dalam kodisi tertentu, sejumlah elektron bebas
berpindah pada arah yang sama, ketika itu dikatakan terjadi aliran arus
litrik di dalam konduktor.

Latihan

1. Jelaskan bagaimana arus listrik yang keluar dari batere kemudian dapat
menyalakan bolam di dalam rangkaian listrik.
2. Apakah yang menggerakkan arus listrik? Bagaimana mekanismenya?

Hukum Ohm

Di dalam rangkaian listrik yang tertutup, arus listrik mengalir dari
potensial tinggi ke rendah. Besarnya arus listrik yang mengalir bergantung
pada besarnya sumber tegangan batere dan hamnbatan kawat.

Latihan

1. Perhaikan gambar berikut ini

2. Rancang pengukuran hambatan dalam rangkaian listrik dengan menggunakan
amperemeter dan voltmeter. Berikan beberapa alternatif skema rangkaian
dan beri penjelasan!
3. Bagaimana menentukan hambatan dalam sebuah batere!

Daya listrik

Istilah daya listrik sering kita jumpai tertera pada sejumlah alat-alat
listrik. Mari kita diskusikan apa maksudnya!

Latihan

Pada sebuah bolam tertulis 220 V 60 W. Apa konsekuensi dari penggunaan
bolam itu!

Penutup

Ketergantungan kita terhadap kebutuhan listrik dalam kehidupan sehari-hari
makin lama makin besar, dengan disuguhkan berbagai produk teknologi yang
makin memanjakan kehidupan manusia. Fungsi-fungsi di dalam tubuh kita juga
bekerja berdasarkan fenomena kelistrikan ini. Silahkan Anda mengisi jurnal
refleksi hari ini dan buat pertanyaan untuk bahan diskusi minggu depan.
Sebagai latihan untuk pemecahan masalah, telah disajikan tugas terstruktur
berikut ini.

Tugas terstruktur

1. Di dalam kawat-kawat penghubung pada rangkaian disamping mengalir arus
listrik. Apa sesungguhnya arus listrik itu?
A. Muatan listrik yang bergerak dari potensial yang tinggi ke potensial
yang rendah
B. Proton-proton yang bergerak dari potensial tinggi ke potensial rndah
C. Elektron-elektron yang bergerak dari potensial yang rendah ke
potensial yang tinggi
D. Muatan listrik yang bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi
2. Jika sumber diubah semakin besar, maka grafik hubungan antara kuat arus
(I) dengan hambatan (R) yang memenuhi hukum Ohm adalah...
A. B

C. D.

Pertanyaan soal nomor 3 sampai dengan 5

3. A B

A. D.

4. A B

C. D.

5. A B

C. D.

Untuk soal nomor 6 sampai dengan 10

Dalam rangkaian disamping ini terdapat dua batere, dua lampu yang
identik, dan satu hambatan yang besarnya dapat diubah-ubah.

6. Arus listrik yang melewati lampu L1...
A. Lebih besar dari arus yang melewati lampu L2
B. Lebih kecil dari arus yang melewati lampu L2
C. Sama dengan arus yang melewati lampu L2
D. Arus tetap tidak mengalami perubahan
7. Jika hambatan R berkurang, maka arus yang melewati lampu L1...
A. berkurang
B. bertambah
C. tidak berubah
D. menjadi 0
8. Jika hambatan R berkurang, maka arus yang melewati lampu L2...
A. berkurang
B. bertambah
C. tidak berubah
D. menjadi nol
9. Jika hambatan R bertambah, maka arus yang melewati lampu L1...
A. berkurang
B. bertambah
C. tidak berubah
D. menjadi nol
10. Jika hambatan R bertambah, maka arus yang melewati lampu L2...
A. berkurang
B. bertambah
C. tidak berubah
D. menjadi nol


Lampu L dihubungkan dengan sumber tegangan I dan II secara parallel
seperti pada gambar disamping ini. Kedua sumber adalah sama dan ideal,
artinya tegangannya tetap bagaimanapun besar arus yang mengalir

11. Mula-mula saklar terbuka. Jika saklar S ditutup maka terangnya nyala
lampu L akan…
A. bertambah
B. berkurang
C. tidak berubah
D. redup
12. Jika saklar S ditutup, maka arus listrik di dalam lampu akan….
A. bertambah
B. berkurang
C. tidak berubah
D. menjadi nol

13. Jika saklar S ditutup, maka beda potensial lampu akan….
A. bertambah
B. berkurang
C. tidak berubah
D. menjadi nol
14. Jika saklar S ditutup, maka arus listrik yang mengalir lewat sumber
tegangan I akan….
A. bertambah
B. berkurang
C. tidak berubah
D. menjadi nol

Sumber tegangan idel disambung dengan dua lampu yang sama L1 dan L2
seperti p-ada gambar disamping

15. Kedua lampu akan menyala dengan….
A. L1 lebih terang sedangkan L2 redup
B. L2 lebih terang sengkan L1 redup
C. L1 dan L2 sama terang
D. L1 lebih terang sedangkan L2 padam
16. Jika lampu L2 dicabut, maka arus listrik dalam lampu L1 akan....
A. bertambah
B. berkurang
C. tidak berubah
D. menjadi nol
17. Jika lampu L2 dicabut, maka beda potensial antara titik x dan y
akan....
A. bertambah
B. berkurang
C. tidak berubah
D. menjadi nol
18. Jika lampu L2 dicabut, maka beda potensial antara titik v dan w
akan....
A. bertambah
B. berkurang
C. tidak berubah
D. menjadi nol

Dua buah lampu yang sama disusun parallel dalam rangkaian yang membuat
hambatan (R) dan sumber tegangan ideal seperti pada gambar disamping.

19. Kedua lampu akan menyala dengan....
B. L2 lebih terang sedangkan L1 redup
D. L1 redup dan L2 padam
20. Jika L2 diambil dari tempatnya, besar arus listrik yang melebihi L1
akan….
A. bertambah
B. berkurang
C. tidak berubah
D. menjadi nol
21. Alasan untuk menjawab yang saya berikan tersebut adalah....
A. Arus yang semula lewat L2 akan ditambahkan pada arus yang lewat L1
B. Dalam rangkaian paralel ada atau tidak ada arus dalam cabang xy tidak
mempengaruhi arus dalam cabang vw
C. Arus total berkurang sehingga beda potensial vw bertambah
D. Arus yang masuk ke percabangan sama dengan arus yang keluar
22. Jika lampu L2 diambil dari tempatnya, beda potensial xy akan….
A. Menjadi nol
B. bertambah
C. tidak berubah
D. berkurang
23. Jika lampu L2 diambil dari tempatnya, beda potensial vw akan….
A. Menjadi nol
B. bertambah
C. tidak berubah
D. berkurang


Perhatikan gambar disamping

24. Kedua lampu akan menyala dengan...
B. L2 lebih terang sedangkan L1 redup
D. L2 lebih terang dan L1padam

25. Jika lampu L2 dicabut dari tempatnya, besar arus listrik yang melalui
L1 akan
A. bertambah
B. berkurang
C. tidak berubah
D. menjadi nol
26. Dari rangkaian berikut, jika R1 > R2 > R3,maka arus listrikpada masing-
masing R tersebut adalah....
A. Sama besar
B. Arus pada R1 lebih besar dari arus pada R2
C. Arus pada R2 lebih besar dari arus pada R3
D. Arus pada R3 lebih besar dari arus pada R2
27. Dari rangkaian dibawah R1 < R2 < R3,maka arus listrikpada masing-masing
hambatan adalah....
A. Sama besar
B. I1 > I2
C. I3>I2
D. I1>I3

28. Hambatan jenis suatu kawat konduktor akan bertambah jika...
A. Panjang kawat bertambah
B. Luas penampang kawat diperkecil
C. Dibalut dengan isolator
D. Temperatur kawat bertambah

29. Pada rangkaian di bawah ini, tigs amperemeter menunjukkan besar arus
yang mengalir, yaitu I1, I2, dan I3. ( adalah sumber gaya gerak listrik
dan hambatan R1 < R2
Pernyataan di bawah ini benar, kecuali....

A. I1 > I2
B. I2 > I3
C. I1 = I2 + I3
D. I3 R1 = I2 R2

30. Enam lampu dipasang di dalam rangkaian listrik seperti berikut. Semua
lampu memiliki kesamaan (daya dan tegangan sama). Diantara lampu-lampu
tersebut yang menyala dengan terang adalah lampu...
A. P
B. Q
C. R
D. S

Daftar Rujukan

Douglas C. Giancoli. 1998. Physics. 5th Edition. Prentice-Hall Inc.
Halliday dan Resnick.2003 Fisika jilid 1. Jakarta : Penerbit Erlangga,
halaman :
Hobson Art. 2007. Physics : Concepth & Connections 4th ed. Pearson :
Prentice Hall.
Hugh D. Young and Roger A. Freedman. 2000. University Physics with Modern
Physics. Addison-Wesley Publishing Comp.
Tipler, PA.(2001). Fisika untuk Sain dan teknik. Jakarta: Penerbit Erlangga
BAB 3

Pokok bahasan : Listrik Statis

Pendahuluan

Kita pernah melakukan percobaan dengan penggaris yang digosok-gosokan
dengan rambut kemudian didekatkan pada kertas yang dipotong kecil-kecil.
Kertas itu ditarik oleh penggaris. Demikian pula contoh yang lain, plastik
transparansi yang menarik kertas tissu atau dua buah plastik transparansi
yang didekatkan terjadi tolak menolak setelah digosok dengan kertas tissu.
Kita mungkin berpikir ada sesuatu yang tidak tampak berpindah pada benda-
benda ini sehingga terjadi gaya tarik menarik dan tolak-menolak ini. Kita
menyatakan benda-benda itu menjadi bermuatan listrik positip atau negatip
maka terjadi gaya listrik. Muatan sejenis akan tolak menolak sedangkan
muatan tak sejenis akan tarik menaik.

Setelah mempelajari pokok bahasan ini diharapkan kita dapat

1. menjelaskan konsep medan elektrostatis dan gaya Coulomb
2. menerapkan konsep medan untuk memecahkan persoalan sederhana

Hukum Coulomb

Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda
bermuatan sebanding dengan besarnya kedua muatan dan berbanding terbalik
dengan kuadrat jaraknya. Kita dapat mengamati kehadiran muatan sumber
dengan meletakkan benda bermuatan lain (muatan uji) di sekitar muatan
sumber. Besarnya gaya interaksi yang dialami muatan uji menandakan seberapa
kuat pengaruh listrik dari muatan sumber itu.

Sediakan dua balon kemudian masung-masing digantung dengan benang. Muati
balon dengan digosok kain wool. Amati apa yang terjadi pada balon? Mengapa
terjadi tolak menolak? Apakah kamu berpikir balon merupakan konduktor atau
isolator? Apa yang kamu pikirkan akan terjadi ketika sebuah sisir bermuatan
didekatkan diantara kedua balon?. Kemana arah balon berpindah? Apakah kamu
berpikir balon-balon itu mempunyai muatan yang sama? Mengapa? Apa yang kamu
pikirkan akan terjadi jika kamu mendekatkan balon balon itu dengan sebuah
batangan gelas yang digosok dengan kain sutra? Kita akan mendiskusikan
persoalan elektrostatik melalui contoh percobaan!

Latihan

1. Jika suatu benda dibuat dari partikel bermuatan listrik, mengapa kita
ataupun obyek dis ekitar kita tidak merasakan gaya listrik ketika itu.
2. Perhatikan alat elektroskop! Daun-daun yang terbuat dari logam foil mula-
mula menggantung ke bawah, tetapi kemudian mekar saling menjauh bola
logam di bagian atas disentuh dengan sebuah benda bermuatan. Terangkan!

Bahan Konduktor dan Isolator

Konduktor listrik mudah menghantarkan listrik, sedangkan isolator sukar
menghantarkan listrik. Bahan konduktor memiliki sejumlah elekton bebas.
Adapun pada bahan isolator elektron terikat erat pada atom.

Latihan

1. Kumpulkan berbagai macam benda knduktor dan isolator. Identifikasi benda-
benda itu, kemudian simpulkan apakah perbedaan benda konduktor dan
isolator!
2. Bagaimana muatan listrik terdistribusi pada bahan konduktor? Apakah
bentuk benda mempengaruhi distribusi mustan?

Penutup

Konsep medan listrik sangatlah abstrak dan tidak bisa diamati secara kasat
mata. Tetapi kita bisa meyakini keberadaannya dengan melihat fenomena
perubahan benda-benda di sekililingnya yang diakibatkan oleh kehadiran
medan listrik. Silahkan Anda mengisi jurnal refleksi hari ini dan buat
pertanyaan untuk bahan diskusi minggu depan. Sebagai latihan pendalaman
konsep telah disajikan tugas terstruktur berikut ini.

Tugas terstruktur

1. Apakah suatu medan listrik merupakan suatu bentuk materi? Bagaimana
dengan medan gravitasi?
2. Jika Anda meletakkan sebuah proton pada suatu tempat di dalam medan
listrik dan selanjutnya dilepaskan, apa yang akan terjadi? Bagaimanakah
gerak proton, apakah berbeda dengan gerak elekron jika ditempatkan di
tempat yang sama?
3. Bagaimana cara menguji suatu benda apakah bermuatan listrik? Jelaskan
melalui percobaan sederhana!
4. Sebutkan karakterisik benda yang dapat dipengaruhi gaya listrik!
5. Apa artinya benda tidak bermuatan (netral)?
6. Rancang suatu percobaan untuk menggali faktor-faktor yang menentukan
besarnya gaya listrik?
7. Sebutkan kaakteristik gaya listrik!
8. Apabila di suatu titik terdapat pengaruh gaya listrik, maka dikatakan
bahwa terdapat medan listrik pada titik itu. Bagaimana cara kita
menentukan kuat medan listrik di titik itu?
9. Tiga pertanyaan berikut berkaitan dengan gambar ini

1. Besarnya netto kuat medan listrik pada sumbu x untuk –a < x < +a, yang
disebabkan oleh muatan-muatan ini adalah nol
A. Benar
B. Salah
2. Besarnya netto kuat medan listrik pada sumbu x untuk x < +a, yang
disebabkan oleh muatan-muatan ini adalah nol
A. Benar
B. Salah
10. Pertanyaan berikut berkaitan dengan keadaan ini.

Sebuah bola logam pejal dengan jari-jari a mempunyai sebuah muatan
positip Qa. Bola dikelilingi oleh bola konduktor tipis konsentrik
berongga dengan jari-jari b. Bagian permukaan bola berrongga terdapat
muatan Qb Bagaimana jenis muatan.Qb? Apakah ruang diantara bola a dan
bola b terdapat muatan listrik? Apabila diletakkan sebuah muatan uji
positip diantara ruang a dan b kemana muatan itu akan bergerak?

11. Anggap kamu mempunyai sebuah partikel bermuatan negatip –q, terletak
diantara dua partikel identik yang sama dan bermuatan positip Q, seperti
ditunjukkan pada gambar dibawah

B. Jika kamu memindahkan partikel yang ditengah itu ke kanan, kemana arah
total dari gaya netto dialami muatan itu karena pengaruh kedua muatan
yang lainnya
C. Mulailah dengan mengembalikan muatan itu di tengah lagi, dan sekaang
pindahkan ke atas, Kemana arah gaya netto yang dialami muatan itu?
12. Sebuah muatan Q memberikan sebuah gaya pada sebuah benda sangat kecil
bermuatan yang ditempatkan pada jarak 9 meter. Muatan Q ini berpindah
secara perlahan-lahan dalam arah tegak lurus ke atas (lihat gambar). Beri
penjelasan, dengan memberikan bukti, mengapa pada sesaat muatan Q tiba
pada posisinya yang baru, gaya pada muatan uji itu tidak mengalami
perubahan

13. Sedotan plastik kecil bermuatan dibawa dekat dua permukaan aluminium
tidak bermuatan, seperti situasi pada gambar. Setelah beberapa waktu
permukaan pada sebelah kiri dipisahkan dan selanjutnya sedotan kecil itu
dihilangkan. Terangkan fenomena yang didiskripsikan, menggunakan model
medan listrik yang dibangun. Apakah tanda muatan pada masing-masing sisi
aluminium? Gambar bagaimana muatan didistribusikan pada masing-masing
permukaan.

14. Sebuah pesawat pada runway siap untuk take off dalam sebuah badai
malam. Tiba-tiba, sebuah sinar jatuh pada badan pesawat terbang,
menghantamnya secara penuh. Salah satu rigger pada runway kawatir
terhadap apa yang mungkin telah terjadi terhadap kru dan penumpangnya,
lalu ia pergi ke pesawat untuk mencoba dan membuka pintu keluar darurat.
Pada saat menyentuh badan pesawat ia memperoleh suatu kejutan listrik dan
meninggal. Namun penumpang dan kru dalam keadaan selamat dan dapat
melihat akhir yang menyedihkan dari rigger. Dapatkah kamu menjelaskan
menggapa rigger tewas lewat kejutan listrik sementara itu penumpang dan
kru tidak? Terangkan peristiwa ini secara detil segala hal yang mungkin.
15. Gambar menunjukkan sebuah pot logam bermuatan negatip. Apa yang terjadi
ketika kita mengenalkan ke dalamnya sebuah pendulum, bermuatan positipkah
bola pendulum itu? Lihat gambar!

Daftar Rujukan

Douglas C. Giancoli. 1998. Physics. 5th Edition. Prentice-Hall Inc.
Halliday dan Resnick.2003 Fisika jilid 1. Jakarta : Penerbit Erlangga,
halaman :
Hobson Art. 2007. Physics : Concepth & Connections 4th ed. Pearson :
Prentice Hall.
Hugh D. Young and Roger A. Freedman. 2000. University Physics with Modern
Physics. Addison-Wesley Publishing Comp.
Tipler, PA.(2001). Fisika untuk Sain dan teknik. Jakarta: Penerbit Erlangga

-----------------------
Sebuah muatan positip yang besarnya q diletakkan pada (x,y) = (a,0) dan
sebuah muatan negatip yang besarnya 2q ditempatkan pada (x,y) = (-a,0)
seperti ditunjukkan pada gambar di atas. Diketahui besarnya q = 3(C dan a
= 5 cm.

Q

Q

d

-q

d

Q

Q

Posisi baru

F

q

Permukaan aluminium dalam kontak

Sedotan plastic bermuatan negatip

Dapatkah arus mengalir di dalam rangkaian ini? Apabila jawaban Anda ya,
tunjukkan arah arusnya!

I

R

I

R

I

R

I

R

Lampu menyala sama terang dalam semua rangkaian



FISIKA SEKOLAH 2

Recommend Documents