Menganalisis Gerak Melingkar
TIM PENELITI
Untuk Siswa SMA Kelas XI/1 2014
Satuan Pendidikan
:
SMA N 1 Padang
Kelas
:
XI (sebelas)
Semester
:
1 (satu)
Program Keahlian
:
IPA
Mata Pelajaran
:
Fisika
1.
Bacalah do’a sebelum mengerjakan Lembar Kerja Siswa (LKS) ini.
2.
Pelajari materi secara seksama dengan menumbuhkan sikap rasa ingin tahu.
3.
Temukanlah dengan rasa ingin tahu yang tinggi integrasi dari Matematika, Sains, Teknologi, Bencana alam dan Karakter mulia (MSTBK) pada LKS ini.
4.
Duduklah berkelompok dengan menciptakan situasi kerja sama, toleransi dan disiplin.
5.
Kerjakanlah latihan yang ada dengan teman sekelompok ananda dengan penuh tanggung jawab dan jujur.
6.
Presentasikan hasil diskusi didepan kelas dengan bahasa yang santun dan res onsif.
KOMPETENSI INTI :
KI 1 KI 2
: Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya : Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif 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.
KI 3
: Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingintahunya 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
KI 4
: Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.
KOMPETENSI DASAR DAN INDIKATOR :
1.1 Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya. 2.1 Menunjukkkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi dalam melakukan percobaan, melaporkan, dan berdiskusi. 3.1. Menganalisis gerak parabola dan gerak melingkar dengan menggunakan vektor Indikator: 3.1.1 Menyebutkan pengertian gerak melingkar 3.1.2 Menjelaskan persamaan posisi sudut, kecepatan sudut, dan percepatan suatu benda pada gerak melingkar 3.1.3 Menganalisis gerak melingkar dengan menggunakan vektor 4.1 Mengolah dan menganalisis data hasil percobaan gerak parabola dan gerak melingkar Indikator: 4.1.1. Menggunakan alat-alat yang berkaitan dengan gerak melingkar 4.1.2. Menggunakan persamaan gerak melingkar dalam menyelesaikan persoalan 4.1.3. Mengolah dan menganalisis persamaan gerak melingkar dalam menyelesaikan persoalan.
Materi pembelajaran pada LKS ini meliputi : Pengertian gerak melingkar, posisi sudut, kecepatan sudut, percepatan sudut pada gerak melingkar, relevansi gerak melingkar dengan sains lainnya, penerapan gerak melingkar dalam teknologi, dan relevansi gerak melingkar dengan bencana alam.
Alat dan Bahan
No
Alat/Bahan
1
Arloji
2
Katrol
3
Stopwatch
Alokasi waktu
30 menit Referensi
Foster, Bob. 2002. Fisika SMA XI. Jakarta : Erlangga. Sumarno, Joko. 2009. Fisika 2 untuk SMA/MA Kelas XI . Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional. Kanginan, Marten. 2004. Fisika SMA Kelas XI . Jakarta : Erlangga. Nurachmadani, Setya. 2009. Fisika 2 untuk SMA/MA Kelas XI . Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional. Handayani, Sri. 2009. Fisika SMA kelas XI. Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional. Saswono. 2009. Fisika SMA XI. Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional.
Di kelas X, Ananda telah mempelajari gerak melingkar bukan? Pembahasan gerak melingkar pada materi ini dititikberatkan pada analisis vektor dari besaran-besaran yang ada pada gerak melingkar. Melalui materi dan contoh soal yang disediakan ananda akan menemukan integrasi konsep Matematika, Sains, Teknologi, Bencana Alam dan Karakter Mulia (MSTBK) yang dapat ananda gunakan dalam kehidupan. Selain itu, untuk menambah pemahaman terhadap konsep fisika ananda dapat mengerjakan soal-soal latihan yang sudah disediakan. Belajarlah dan temukan fakta-fakta menarik lainnya dengan rasa ingin tahu yang tinggi.
Selamat Belajar ^_^
Gerak melingkar adalah gerak dengan lintasan berbentuk lingkaran. Di kelas X kita telah membahas gerak melingkar dengan kecepatan tetap. Materi selanjutnya akan membahas tentang analisis vektor tentang besaran-besaran pada gerak melingkar serta gerak melingkar beraturan dan gerak melingkar berubah beraturan. Pada gerak lurus telah ananda kenal bahwa ada tiga besaran dasar, yaitu posisi x, kecepatan v, dan percepatan a. Kita juga telah membahas hubungan antara x, v, dan a, baik secara grafis maupun secara matematis. Analogi dengan gerak lurus, pada gerak melingkar juga ada tiga besaran dasar, yaitu posisi sudut θ , kecepatan sudut ω, dan percepatan sudut α. Di kelas X, Ananda telah mengetahui defenisi dari kecepatan sudut rata-rata , yang masingmasing dinyatakan oleh persamaan:
..................................................................................................(1) t
..................................................................................................(2) t
Di kelas X ananda juga telah mengetahui cara menentukan kecepatan sudut sesaat ω dan percepatan sudut sesaat α secara intuisi, yaitu dengan mengambil Δt mendekati nol. Dalam subbab ini kita akan menentukan hubungan antara posisi sudut , kecepatan sudut ω, dan percepatan sudut α, baik secara grafis maupun secara matematis, secara analogi seperti pada gerak lurus yang telah dibahas sebelumnya. Mari kita mulai dahulu dengan mendefenisikan kecepatan sudut.
1
Kecepatan Sudut Rata-Rata dan Sesaat
Mirip dengan kecepatan rata-rata pada gerak lurus, kecepatan sudut rata-rata (ϖ) didefenisikan sebagai hasil bagi perpindahan sudut (Δθ) dengan selang waktu (Δt). Kecepatan sudut rata-rata
2 1 ................................................................................................(3) t t 2 t 1
Mirip dengan kecepatan sesaat (v) pada garis lurus kecepatan sudut sesaat (ω). didefenisikan sebagai turunan pertama dari fungsi posisi sudut ter hadap waktu t . Kecepatan sudut sesaat
2
d dt
................................................................................................................(4)
Menentukan Besar Kecepatan Sudut sesaat dari Kemiringan Grafik
Pada gerak lurus, kecepatan sesaat dapat ditentukan dari kemiringan grafik fungsi posisi terhadap waktu. Begitu juga pada gerak melingkar, kecepatan sudut sesaat ω.
ditentukan dari kemiringan grafik fungsi posisi sudut terhadap waktu (grafik θ-t), secara matematis dapat ditulis sebagai: tan ................................................................(5) Dengan β adalah sudut antara grafik θ-t terhadap sumbu, yang dihitung dari sumbu t dengan arah berlawanan arah Gambar kemiringan grafik
jarum jam.
menunjukkan kecepatan sudut
Pada gerak lurus telah kita tunjukkan bahwa posisi partikel x dapat diturunkan dengan teknik
integrasi
dari
fungsi
kecepatan
sesaat
vx(t),
memberikan
persamaan,
x
x0
t
0
v x (t ) dt . Mirip
dengan gerak lurus, kita dapat menurunkan posisi sudut se saat pada
gerak melingkar. Dari hubungan kecepatan sudut sebagai turunan fungsi posisi sudut, kita peroleh penurunan rumus sebagai berikut:
(t )
0
d
atau
dt
t
d
0
(t )dt 0
0
(t ) dt
Posisi sudut dari fungsi kecepatan sudut:
0
0
(t )dt ..............................................................................................(6)
Dengan θ0 adalah posisi sudut awal (θ pada t=0)
a. Menentukan Besar Percepatan Sudut dari kemiringan Grafik
ω
-t
Pada gerak lurus besar percepatan sesaat a dapat ditentukan dari kemiringan grafik fungsi kecepatan terhadap waktu (grafik v-t). Secara analogi besar percepatan sudut sesaat α pada gerak melingkar dapat ditentukan dari kemiringan grafik fungsi kecepatan sudut terhadap waktu (grafik ω-t), atau kita tulis tan ...............................................................(7) Dengan β adalah sudut antara grafik θ-t terhadap sumbu, yang dihitung dari sumbu t dengan arah berlawanan arah Gambar kemiringan grafik
jarum jam.
menunjukkan besarnya percepatan sudut
b. Percepatan Sudut sebagai Turunan dari Fungsi Kecepatan Sudut
Pada gerak lurus, percepatan linear adalah turunan pertama dari fungsi kecepatan terhadap waktu atau turuan kedua dari fungsi posisi sudut terhadap waktu, kita tulis: a
dv dt
2
d r 2
d t
................................................................................................(8)
Secara analogi, pada gerak melingkar, percepatan sudut
α
turunan pertama dari
fungsi kecepatan sudut terhadap waktu atau turunan kedua dari fungsi posisi sudut terhadap waktu, kita tulis:
d dt
2
d
2
dt
...........................................................................................(9)
Pada gerak, kecepatan partikel v dapat ditentukan dengan mengintegrasi fungsi t
percepatan α(t), memberikan
v
v0 a(t ) dt . Secara analogi, pada gerak melingkar 0
dapat ditentukan kecepatan sudut ω dengan mengintegrasi fungsi percepatan sudut α(t), dan memberikan hasil
d dt
2
d
2
dt
d dt
d dt Jika pada saat t=0 kecepatan sudutnya ω 0 dan pada saat t= t kecepatan sudutnya ω maka,:
d
0
t
dt 0
0
t
dt 0
t
t
0 dt .......................................................................................(10) 0
Dengan : ω0= kecepatan sudut awal (rad/s) ωt= kecepatan sudut pada saat t (rad/s) α= percepatan sudut(rad/s2) t= waktu(s)
MODEL ATOM BOHR Pada tahun 1913, pakar Fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum 1. Bacalah Bismillah sebelum menjawab berikut ! atomsoal-soal hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck. Model atom Bohr 2. Klik tugas yang ada pada kotak di bawah ! Ketika pertama kali Bohr menangani masalah ini Fisikawan telah mengetahui 3. Baca soal dan pahami dengan baik ! bahwa atom terdiri atas electron dan proton. Mereka menganggap atom sebagai entitas 4. Diskusikan soal-soal tersebut dengan kelompokmu dan lakukanlah diskusi dengan baik dimana electron mengelilingi intinya dalam orbit melingkar dengan kecepatan yang dan efektif tinggi. Model ini sangat menarik karena serupa dengan gerak planet-planet mengelilingi 5. Setiap anggota harus berperan aktif dalam diskusi kelompok ! matahari. Dalam atom hidrogen dipercaya bahwa gaya tarik elektrostatik antara proton 6. Setelah itu, jawablah pertanyaan yang ada pada kotak yang telah disediakan dengan tepat (diibaratkan matahahari) yang positif dan elektron (diibaratkan planet) yang negative dan benar menarik electron ke dalam dan gaya ini diimbangi secara tepat oleh percepatan yang 7. Jika terdapat keraguan atau kesulitan dalam menjawab soal, hubungi guru pembimbing! disebabkan oleh gerak melingkar elektronnya. 8. Selesaikan semau tugas sesuai waktu yang diberikan Model atom Bohr menyertakan gagasan tentang gerakan elektron dalam orbit 9. Setelah selesai, klik “submit all and finish” melingkar, namun ia memasukkan syarat yang ketat yaitu tiap elektron dalam atom 10. Presentasikan hasil diskusi kelompok di depan kelas dengan sungguk-sungguh dan penuh hydrogen hanya menempati orbit tertentu. semangat! Sumber: Kimia dasar jilid 1 Al Qur’an, Surat Al Anbiya, ayat 30: … Bahwa ruang waktu dan energi materi itu dahulu sesuatu yang padu (dalam singularitas), kemudian Kami pisahkan keduanya itu.
GERAK MELINGKAR PADA ROLLER COASTER Roller coaster adalah wahana permainan berupa kereta yang dipacu dengan kecepatan tinggi pada jalur rel khusus, biasanya terletak di atas tanah yang memiliki ketinggian yang berbeda beda. Rel ini ditopang oleh rangka baja yang disusun sedemikian rupa. Wahana ini pertama kali ada di Disney Land Amerika Serikat Gambar Gambar1.2.6 Rooler Coaster www.strongchurch.org
Roller coaster merupakan hiburan yang memanfaatkan gerak melingkar dengan berputar pada poros lingkaran, akibat perubahan energi potensial menjadi energy kinetik yang member kelajua cukup untuk melakukan putaran. Penumpang diajak berputar dari suatu titik bergerak memutar sampai ke titik akhir.
TORNADO DAN ANGIN PUTTING BELIUNG Puting beliung sering juga disebut pentil muter (Bahasa pojok kampungnya JTV Surabaya), Leysus (Jawa), Angin Bohorok (Sumatra), Tornado (Amerika) dan masih ada sebutan lainnya. Angin jenis ini merupakan angin yang bergerak memutar dengan kecepatan lebih dari 63 km/jam. Jika kecepatannya Gambar Angin Putting Beliung
lebih dari 63 km/jam maka setara dengan berapa m/s? Jika kita konversi satuannya maka kecepatan angin puting beliung tersebut mencapai lebih dari 17,5 m/s.
Cepat sekali bukan? Angin puting beliung sering terjadi pada siang hari atau sore hari pada musim pacaroba. Angin ini dapat menghancurkan apa saja yang diterjangnya, karena dengan pusarannya benda yang terlewati terangkat dan terlempar.
1. 2. 3. 4.
Berdoalah sebelum melakukan percobaan Persiapkan alat-alat yang akan digunakan dalam percobaan dengan responsif Ukurlah jari-jari arloji analog Amati arloji analog yang ada di tangan ananda masing-masing selama dua putaran, catat waktu pada tabel yang telah disediakan dengan jujur 5. Ukurlah jari-jari katrol 6. Putarlah katrol sambil menghidupkan stopwatch sebagai pengukur waktu sebanyak 5 putaran, catat waktu yang pada tabel yang telah disediakan 7. Simpan alat-alat yang digunakan dengan tanggung jawab
