Nama : Aldi Setia Utama NPM : 1723022004 UTS KAPITA SELEKTA
1. Mengapa materi pengukuran perlu dibelajarkan?, apa hubungannya dengan ilmu fisika dan kehidupan sehari-hari?. Kompetensi pengukuran apa saja yang perlu dikuasai siswa SMA? 2. Bagaimana menentukan ketelitian suatu alat ukur? Berikan contohnya pada beberapa jenis jangka sorong serta cara menentukan hasil ukurnya! 3. Gambar di samping adalah sebuah track balapan lintasan rata yang membentuk loop. Gambarkan sketsa grafik laju sebuah sepeda motor terhadap waktu pada sirkuit tersebut
4. Sebuah balok bermasa M b digantung dengan tali lalu ditembak dengan peluru bermasa m p dengan kecepatan V p. Balok berayun setinggi h dan peluru menembus balok sehingga kecepatannya menjadi V p’. Turunkan persamaan untuk menentukan h.
B
A
C
h
5. Mengapa bola pingpong ketika “disinter” (di-spin), (di -spin), arahnya berbelok sehingga mengecoh lawan dan sulit dikembalikan. Berikan analisisnya menggunakan konsep fluida 6. Pilihlah suatu KD fisika SMA, tentukan suatu miskonsepsi yang sering terjadi pada KD tersebut. Bagaimana pembelajarannya untuk mereduksi miskonsepsi tersebut? 7. Berikan penjelasan mengapa terjadi perbedaan titik didih air pada daerah yang berbeda tekanan udaranya! Apakah ada perbedaan waktu yang diperlukan untuk memasak air menggunakan panci tertutup dengan terbuka?, berikan penjelasan yang memadai. 8. Berikan gagasan (ide) untuk membelajarkan konsep “waktu “ waktu yang diperlukan oleh sebuah benda yang bergerak parabolik untuk naik sama dengan waktu untuk untuk turun”. turun”.
JAWABAN 1.
Karena materi pengukuran sangat penting dalam mempelajari ilmu fisika, selain itu materi pengukuran adalah materi awal yang harus disampaikan, jika siswa tidak paham dengan materi pengukuran tersebut, akan sulit untuk melanjutkan materi berikutnya. Hubungan ilmu fisika dalam kehidupan sehari-hari, sering kali kita menemukan gejala-gejala fisika dikehidupan sehari-hari, contohnya banyak sekali seperti alat ukur yang dapat membantu kita untuk mengetahui besaran yang di ukur. Ketika ingin mengukur tinggi badan Anda, mistar atau meteran pita dapat Anda gunakan. Selain itu Anda pun dapat mengukur diameter sebuah benda dengan menggunakan jangka sorong atau mikrometer sekrup. Sebenarnya, masih banyak alat ukur lainnya yang dapat kita temukan, Maka dari ilmu fisika dengan kehidupan sehari berhubungan satu sama lain. Kopetensi yang hendak dikuasai oleh pesert a didik yaitu bisa menggunakan alat-alat ukur dengan baik, bisa membaca sekala-sekala pada masing-masing alat ukur dan bisa menggunakan alat ukur sesuai dengan fungsinya, siswa sekolah menengah atas harus menguasai alat-alat ukur seperti, jangka sorong, mikrometer sekrup, neraca, termometer dan lain-lain
2. Ketelitian jangka sorong adalah setengah dari skala terkecilnya. Ketidakpastian dari jangka sorong adalah:
1 ×0,1 = 0,05 = 0,005 2 Dengan ketelitian 0,05 mm dimana jumlah garis pada skala slider ada 20 garis, sehingga 1 mm : 20 = 0,05 mm. Ketelitian Jangka Sorong a. Ketelitian 0,02mm : skala Vernier terbagi 50 garis b. Ketelitian 0,05mm : skala Vernier terbagi 20 garis c. Ketelitian 1/128inch : skala vernier terbagi 8 ruas satuan yg dipakai Inch (bagian atas)
Gambar.1. Pembacaan skala jangka sorong Dari gambar di atas, kita bisa melihat :
pembacaan skala utama yang berhimpit dengan skala nonius nol adalah di antara 4,7 cm dan 4,8 cm.
skala nonius yang berhimpit tegak dengan skala utama adalah skala keempat (4 x 0,1 mm )senilai 0,4 mm atau 0,04 cm.
Jadi, pembacaan jangka sorong tersebut adalah : (4,7 + 0,04) cm = 4,74 cm
Gambar.2. Pengukuran jangka sorong Skala Utama (SU) merupakan angka pada rahang tetap yang ditunjuk oleh angka nol rahang geser. Dari gambar diatas nampak bahwa skala utama SU = 1,7 cm atau 17 mm Skala Nonius (SN) merupakan angka pada rahang geser yang membentuk garis lurus dengan skala pada rahang tetap dikalikan dengan ketelitian alat. Untuk jangka sorong virtual ini sebesar 0,1 mm, sehingga SN = 8 x 0,1 mm = 0,8 mm
Hasil Pengukuran (HP) = Skala Utama (SU) + Skala Nonius (SN). HP = (17 + 0,8) mm = 17,8 mm 3. Bentuk lintasan yang memungkinkan dari keadaan grafik laju terhadap waktu adalah:
Bentuk lintasan di atas didasarkan pada kurva kelajuan terhadap waktu seperti di bawah ini:
4. Massa balok mula-mula diam =
Massa peluru sebelum menembus balok =
Kecepatan peluru setelah menembus balok = ′ Turunkan persamaan untuk menentukan ℎ Kecepatan peluru sebelum menembus balok =
Keadaan yang sesuai gambar adalah konsep ayunan balistik tentang tumbukan
digantung dengan tali lalu ditembak dengan peluru bermasa dengan kecepatan . Balok berayun setinggi ℎ dan peluru menembus balok sehingga kecepatannya menjadi ′. Dari keadaan ini Ayunan balistik yang terdiri dari sebuah bermasa
maka berlaku hukum kekekalan momentum pada ayunan balistik, yaitu:
+ = + ………… (1)
Oleh karena balok mula-mula diam
(0)+ = ′ + ′ = + ……… …(2)
( = 0) persamaan diatas menjadi: ,
Dengan demikian kecepatan peluru dirumuskan:
= ′+ ′ …………(3) Sesaat setelah bertumbukan, peluru tidak bersarang di dalam balok melainkan
′. Oleh karena balok terikat pada tali, balok berayun hingga pada ketinggian maksimum ℎ sedangkan peluru terus melaju. Pada menembus balok dengan kecepatan
peristiwa balok berayun tersebut berlaku hukum kekekalan energi mekanik, yaitu energi kinetik sistem diubah seluruhnya menjadi energi potensial pada balok yang
ℎ
berayun dengan ketinggian tersebut.
↔ = () ↔ = () Karena peluru tidak ikut berayun, maka keadaan peluru tetap melaju tanpa perubahan
= 0 = () ↔ = 0 1 ′ = ℎ … …… …(4) 2 energi potensial, sehingga
Kecepatan balok setelah bertumbukan adalah
′ = 1 ℎ 2 ′ = 2 ℎ = √ 2 ℎ … …… …(5) ℎ
Untuk mencari nilai atau
′ = √ 2 ℎ ℎ = √ 2′
ℎ dapat menggunakan persamaan:
ℎ = ℎ = √ 2′ ……… …(6) 5. Udara akan bergerak berlawanan dengan arah gerak pusat massa bola. Jika udara di bagian atas bergerak lebih cepat dari pada bagian bawah. Menurut hukum bernaulli maka tekanan pada bagian bawah lebih besar begitu sebaliknya. Perbedaan tekanan kedua sisi bola akan menghasilkan suatu gaya yang dikenal dengan Magnus. Besarnya gaya magnus :
Dengan: = gaya angkat = Koefisien gaya angkat = Kecepatan bola = Diameter bola = Frekuensi spin bola = Rapat massa fluida
=
Pada kasus gerak spin pada bola ping pong selain gaya berat dan gaya magnus, ada pula gaya hambat udara yang arahnya berlawanan dengan arah gerak bola. Namun pada kasus yang ini hambatan udara di abaikan. Gerakan bola juga bergantung pada arah gerak spin karena arah gerak spin akan menekan gaya magnus yang dihasilkan. Arah spin yang akan di turunkan pada kasus bola ping pong pada gerak dengan arah spin kedepan (searah jarum jam) dan kebelakang (berlawanan arah jarum jam). Berikut penurunan persamaan arah spin kedepan (searah jarum jam):
∑ = − ̂ = ( ̂ + ̂) (− ̂ + )̂ − ̂ = (̂ + ̂) Dari persamaan di atas dipisahkan komponen sumbu x dan y nya, sehingga: Komponen sumbu x:
= = ……………… .(1)
= ……………..(2)
Komponen sumbu y:
− − = − − = …… ………….(3) − = …… ………..(4)
Subtitusikan persamaan (1) dan (4):
= = − . = − . − = . ………………. (5) Subtitusi persamaan (2) dan (3) :
= − − = . − − = . − − = . ………… (6) Persamaan (5) dan (6) adalah bentuk persamaan diferensial, bila diselesaiakan didapatkan:
= −sin + sincos……………(7) = − + cos + sinsin……………(8) Dengan:
= = ( + cos .) = Persamaan posisi x:
= ∫ = ∫− + cos + sinsin = − + sin − sin cos +
Pada saat t = 0, x = 0, sehingga:
(0) = − (0) + sin(0) − sin cos(0)+ 0 = 0 + 0 − sin + = sin sin = − + sin − sin cos +
Persamaan posisi y:
= ∫ = ∫−sin + sincos = cos + sin sin +
Pada saat t = 0, y = 0, sehingga:
(0) = cos(0) + sin sin(0) + 0 = + 0 + = − = cos + sin sin −
Untuk gerak bola dengan spin kedepan, kecepatan aliran udara di bagian atas bola lebih rendah dari pada di bagian bawahnya, sehingga tekanan di atas lebih tinggi dari pada di bawah bola. Hal ini menyebabkan bola akan melengkung kebawah. Bola seolah-olah keluar ke atas namun kemudian ternyata menukik tajam. Persamaan gerak dengan arah spin kebelakang (berlawanan arah jarum jam):
∑ = − ̂ = ( ̂ + ̂) ( ̂ − ̂) − ̂ = ( ̂ + ̂) Komponen sumbu x:
− = − = ………… …….(9) − = ……… …… ..(10)
Komponen sumbu y:
− = − = ……… ……….(11) = ……… …… ..(12)
Subtitusikan persamaan (10) dan (11):
= 1 − = − 1 − − = − = . ……………….(13) Subtitusi persamaan (9) dan (13) :
= −
= . − = . ………… (14) Persamaan (13) dan (14) adalah bentuk persamaan diferensial, bila dis elesaiakan didapatkan:
= + cos − sinsin……………(15) = sin + sincos……………(16)
Dengan:
= = ( + cos .) = Persamaan posisi x:
= ∫ = ∫ + cos − sinsin = + sin + sin cos +
Pada saat t = 0, x = 0, sehingga:
(0) = (0)+ sin(0)− sin cos(0) + 0 = 0 + 0 + sin + = − sin sin = − + sin + sin cos −
Persamaan posisi y:
= ∫ = ∫sin + sincos
= − cos + sin sin +
Pada saat t = 0, y = 0, sehingga:
(0) = − cos(0) + sin sin(0)+ 0 = − − 0 + = = − cos + sin sin − Jika bola bergerak dengan spin kebelakang. Kecepatan aliran udara di bagian atas bola lebih cepat dari pada bagian bawahnya, sehingga tekanan di bagian atas bola lebih rendah dari pada bagian bawahnya dan menyebabkan bola akan terangkat sedikit. 6. K-D 3.6 Menerapkan konsep torsi, momen inersia, titik berat, dan momentum sudut pada benda tegar (statis dan dinamis) dalam kehidupan sehari-hari.
Miskonsepsi:
Dalam menghitung titik berat untuk benda yang lebih dari satu, siswa sering melakukan kesalahan penentuan titik tengah dengan menggunakan koordinat kartesius ataupun bidang sehingga perolehan hasilnya pun ikut keliru.
Konsep yang benar
Untuk menentukan titik berat benda yang lebih dari satu, menetukan titik tengah dengan cara mencari luas pada benda 1 dan mencari x 1 dan y1 (maksudnya sumbu x dan y pada benda 1), selanjutnya cari luas benda 2 dan mecari x 2 dan y2 sehingga didapat koordinat titik berat beda (x o, yo) dengan rumus
7. Kita mengetahui bahwa titik didih adalah suhu dimana tekanan uap suatu zat cair sama dengan suhu udara luar, sehingga proses penguapan terjadi diseluruh bagian cairan. Hal ini dapat kita perhatikan dengan adanya gelembung yang tidak lain uapuap (gas) yang ingin keluar dari cairan. Sementara itu, tekanan uap sendiri adalah tekanan yang ditimbulkan oleh uap yang terdapat diatas permukaan suatu cairan, atau sebagaimana yang sudah saya uraikan sebelumnya, tekanan uap adalah kemampuan suatu zat untuk melepaskan diri dari kelompoknya (cair atau padat ) dan membentuk uap atau gas. Dari penjelasan tersebut kita dapat analogikan bahwa proses mendidih adalah proses proses pertukaran uap dengan udara luar. Karena proses pertukaran uap dengan udara luar, sehingga uap akan mendorong
keatas, sedangkan udara luar
mendorong kebawah. Pada panci tertutup akan cepat mendidih dikarenakan, Semakin banyak yang mendorong keatas semakin mudah menguap atau dengan kata lain semakin mudah mendidih. Berbeda dengan panci terbuka yang mendidih dengan waktu yang lama hal tersebut dikarenakan, semakin banyak udara luar mendorong kebawah, maka semakin sedikit zat yang dapat menguap, sehingga membutuhkan waktu lebih untuk mencapai titik didihnya tinggi.
8. Pada gambar dibawah ini waktu yang dibutuhkan oleh benda untuk mencapai jarak terjauh adalah waktu yang dibutuhkan oleh benda untuk bergerak dari titik A ke titik C dengan waktu
. B
A
C
Waktu yang dibutuhkan oleh benda untuk bergerak dari titik A ke titik B disebut waktu naik, sedangkan waktu yang dibutuhkan benda untuk bergerak dari titik B ke titik C disebut waktu turun. Dari gambar dapat di lihat bahwa waktu naik dan waktu turun benda dapat dinyatakan dengan
= . Dan jumlah dari waktu naik dan
waktu turun akan sama dengan jumlah waktu yang dibutuhkan benda untuk mencapai titik terjauh yaitu dari titik A ke titik B dan ke titik C. Dengan demikian, dapat dinyatakan bahwa waktu yang dibutuhkan untuk mencapai jarak terjauh adalah dua kali waktu naik, yaitu:
= 2
disebut juga waktu di titik B atau titik puncak () sehingga: = 2 Dimana
Keterangan:
= waktu untuk mencapai jarak terjauh = waktu untuk mencapai titik tertinggi
