kinematika dan dinamika
TRANSCRIPT
-
Drs. Yamin Winduono, M.Pd.
Kinematika dan Dinamika
UNTUK GURU SD
Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Ilmu Pengetahuan Alam (PPPPTK IPA)
untuk Program BERMUTU
-
Hak Cipta pada PPPPTK IPA Dilindungi Undang-Undang
Kinematika dan Dinamika
UNTUK GURU SD
Pembina Prof. Dr. Syawal Gultom, M.Pd.
Pengarah Dr. Sediono Abdullah, M.Si.
Penanggung Jawab Program Dr. Indrawati, M.Pd.
Penanggung Jawab Subtansi Erly Tjahja Widjajanto T, S.Pd. Penulis Drs. Yamin Winduono, M.Pd.
Editor Drs. Kandi, M.A.
Penyelia Drs. Darliana, M.Si.
Desainer Grafis / Ilustrator / Layouter Agus Maulani, S.Sn., Dani Suhadi, S.Sos., Irman Yusron, S.Sos., Robi Suwarga, S.Si., Ridwan Fahrudin, M.T., Yoki Ariyana, M.T., Yudi Yanuar, M.T.
Diterbitkan oleh Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Ilmu Pengetahuan Alam (PPPPTK IPA) untuk Program BERMUTU
Tahun Cetak 2012
-
BERMUTU iii Better Education Through Reformed Management Universal Teacher Upgrading
KATA PENGANTAR
Modul ini disusun untuk dimanfaatkan para guru sebagai perangkat
suplemen Bahan Belajar Mandiri (BBM) dalam proses peningkatan kompetensi
guru SD di Kelompok Kerja Guru (KKG) yang dikelola melalui program
BERMUTU (Better Education through Reformed Management and Universal
Teacher Upgrading).
Modul untuk guru SD yang disusun pada tahun 2010 berjumlah empat
belas modul dengan judul-judul: Pembelajaran Sains-Teknologi-Masyarakat,
Keterampilan Proses dalam Pembelajaran IPA, Pengembangan Alat Peraga
Praktik (APP) IPA Sederhana, Metode-metode dalam Pembelajaran IPA,
Kehidupan Hewan, Tubuh Manusia, Ekosistem, Sifat Termal Zat, Gelombang
dan Bunyi, Kinematika dan Dinamika, Penilaian Sikap pada Pembelajaran IPA,
Penilaian Higher Order Thinking Skill pada Pembelajaran IPA, Pengembangan
Lembar Kerja DARTs dan Pembelajaran Tematik. Penyusunan modul
melibatkan unsur Widyaiswara PPPPTK IPA dan Dosen LPTK. Proses
penyusunannya diawali dengan workshop dan setelah disusun dikaji kembali
dengan melibatkan widyaiswara IPA LPMP, Dosen LPTK, dan Guru SD.
Penghargaan dan terima kasih setinggi-tingginya disampaikan kepada
semua pihak yang telah terlibat dalam pengembangan modul ini. Semoga
modul ini dapat bermanfaat bagi guru-guru IPA SMP yang mengikuti program
BERMUTU khususnya dan guru IPA SMP pada umumnya, sehingga pada
akhirnya dapat meningkatkan kinerja guru dan kualitas pembelajaran IPA di
SMP. Saran dan kritik yang membangun terkait modul dapat disampaikan ke
PPPPTK IPA dengan alamat email [email protected].
Bandung, Juni 2010
Dr. Sediono Abdullah
NIP. 19590902 198303 1 001
-
iv BERMUTU KATA PENGANTAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
-
BERMUTU v Better Education Through Reformed Management Universal Teacher Upgrading
DAFTAR ISI Hal
KATA PENGANTAR iii
DAFTAR ISI v
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR TABEL ix
BAB I PENDAHULUAN 1
A. Pengantar 1
B. Tujuan 3
C. Sistematika 3
BAB II KEGIATAN BELAJAR 5
A. Kegiatan 1 : Kinematika 5
1. Pengantar 5
2. Tujuan 6
3. Bahan, Alat, dan Sumber Belajar 6
4. Langkah Kegiatan 7
5. Bahan Bacaan Untuk Fasilitator dan Peserta 10
6. Tugas 21
7. Evaluasi 21
B. Kegiatan 2 : Dinamika 22
1. Pengantar 22
2. Tujuan 23
3. Bahan, Alat, dan Sumber Belajar 23
4. Langkah Kegiatan 23
5. Bahan Bacaan Untuk Fasilitator dan Peserta 26
6. Tugas 29
7. Evaluasi 29
C. Kegiatan 3 : Usaha dan Energi 30
1. Pengantar 30
2. Tujuan 30
3. Bahan, Alat, dan Sumber Belajar 31
4. Langkah Kegiatan 31
5. Bahan Bacaan Untuk Fasilitator dan Peserta 34
6. Tugas 41
7. Evaluasi 41
BAB III RANGKUMAN 43
DAFTAR PUSTAKA 45
-
vi BERMUTU
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
DAFTAR ISI/DAFTAR GAMBAR/DAFTAR TABEL
-
BERMUTU vii
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
DAFTAR ISI/DAFTAR GAMBAR/DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Perubahan posisi pada balap sepeda 11
Gambar 2.2 Sketsa lintasan orang yang berjalan 12
Gambar 2.3 Sketsa perpindahan benda 12
Gambar 2.4 Gayaaksi-reaksipada dua pegas yang ditarik berlawanan arah 28
-
viii BERMUTU
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
DAFTAR ISI/DAFTAR GAMBAR/DAFTAR TABEL
-
BERMUTU ix
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
DAFTAR ISI/DAFTAR GAMBAR/DAFTAR TABEL
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 2.1 Pengamatan jarak dan perpindahan benda 8
Tabel 2.2 Pengamatan kecepatan gerak benda 9
Tabel 2.3 Pengamatan kecepatan gerak benda 25
Tabel 2.4 Pengamatan energi kinetik pada setiap perubahan posisi 32
Tabel 2.5 Pengamatan energi potensial pada setiap perubahan posisi 32
Tabel 2.6 Pengolahan data 33
-
x BERMUTU
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
DAFTAR ISI/DAFTAR GAMBAR/DAFTAR TABEL
-
BERMUTU 1 Better Education through Reformed Management and Universal Teacher Upgrading
BAB I
PENDAHULUAN
A. Pengantar
Program BERMUTU yang diluncurkan oleh pemerintah telah memasuki tahun
ketiga. Berbagai macam tanggapan terhadap program BERMUTU terus mengalir.
Secara umum tanggapan para peserta yang terlibat dalam program BERMUTU
adalah baik; karena program dan bentuk kegiatan yang harus dilakukan di setiap
kelompok kerja sudah disiapkan atau direncanakan sebelum kegiatan dilaksanakan.
Walaupun demikian kenyataan yang dirasakan oleh berbagai pihak yang terlibat di
dalamnya, masih ada hal-hal yang harus dibenahi supaya program BERMUTU
dapat berjalan dengan lebih baik lagi. Pembenahan yang masih harus dilakukan
secara berkelanjutan adalah penyediaan modul-modul yang akan digunakan pada
setiap kegiatan di kelompok kerja.
Ketersediaan modul-modul dalam program BERMUTU menjadi sangat
penting karena modul merupakan salah satu bahan kajian yang akan digunakan
dalam setiap kegiatan di semua kelompok kerja. Ketersediaan dan kelengkapan
modul sebagai salah satu bahan kajian di kelompok kerja sangat penting, karena
modul diperlukan untuk membantu meningkatkan kompetensi dan profesionalisme
guru di negara kita. Selain itu, modul-modul yang digunakan dalam kegiatan di
kelompok kerja juga merupakan salah satu komponen yang akan dinilai oleh
Lembaga Pendidikan Tenaga Kependidikan (LPTK) setempat yang ditunjuk dan
terlibat dalam kegiatan program BERMUTU. Kualitas modul yang dipelajari di
kelompok kerja akan mempengaruhi perolehan kredit yang diakui oleh LPTK
setempat.
Oleh karena itulah pada tahun anggaran 2010, PPPPTK IPA mengadakan
kegiatan penyusunan modul untuk program BERMUTU. Pada kegiatan tersebut
PPPTK IPA menyusun 18 modul yang akan digunakan di kelompok Kerja Guru
(KKG) dan Musyawarah Buru Mata Pelajaran (MGMP) di seluruh Indonesia.
Modul yang ada dihadapan anda adalah salah satu modul berjudul Kinematika
dan Dinamika. Modul ini merupakan salah satu bahan bahan kajian yang dapat
digunakan untuk kelompok kerja guru (KKG) yang membahas berbaga ihal yang
-
2 BERMUTU BAB I PENDAHULUAN
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
berkaitan dengan gerak benda serta hubungannya dengan gaya. Secara rinci
mekanika dapat dibedaka nmenjadi kinematika, dinamika, dan statika .Kinematika
mempelajari permasalahan-permasalahan yang berkaitan dengan gerak tanpa
meninjau penyebab dari gerak tersebut. Misalnya : gerak sebuah pesawat, mobil,
atau gerak benda lainnya. Pembahasan gerak tentunya selalu terkait dengan,
pengertian jarak, perpindahan, kelajuan, kecepatan, percepatan, jenis-jenis gerak,
grafik hubungan gerak, serta mencakup juga rumus-rumus perhitungannya.
Dinamika mempelajari gerak benda yang dikaitkan dengan adanya pengaruh gaya
terhadap gerak benda, sedangkan statika mempelajari gaya yang dikaitkan dengan
sifat-sifat kesetimbangan benda.
Pembahasan modul dilengkapi dengan kegiatan percobaan pada setiap
kegiatan belajar, dengan harapan peserta akan lebih memahami konsep kinematika
dan dinamika yang dikajinya. Peserta program BERMUTU diminta mengerjakan
evaluasi pada setiap akhir kegiatan belajar untuk mengetahui daya serap peserta
terhadap modul yang telah dipelajarinya.
Modul-modul yang disusun oleh PPPPTK IPA, termasuk modul kinematika
dan dinamika, akan digunakan pada pelatihan Provincial Core Team (PCT).
Selanjutnya PCT menggunakan modul tersebut pada pelatihan secara berjenjang
kepada District Core Team (DCT) atau Tim Inti Kabupaten/Kota. Demikian juga DCT
menggunakan modul itu pada pelatihan tim tersebut. Tim Kabupaten/Kota juga
menggunakan modul tersebut bagi guru pemandu. Akhirnya guru pemandu secara
langsung melakukan pendampingan kepada guru-guru di setiap kelompok kerja.
Setelah mengikuti program BERMUTU peserta kelompok kerja diharapkan
dapat meningkatkan kompetensi dan profesionalismenya, sehingga pendidikan di
negara kita dapat meningkat dan dapat mengejar ketertinggalannya dari negara-
negara lain.
Selamat belajar dan sukses selalu, semoga amanah yang kita emban sebagai
pendidik dapat dilaksanakan dengan penuh tanggungjawab dilembari dengan
keikhlasan yang tulus.Semoga kita dapat menghantarkan putra-putri didik dalam
menggapai cita-cita yang diinginkannya. Amin.
-
BERMUTU 3 BAB I PENDAHULUAN
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
B. Tujuan
1. Tujuan Umum
Setelah mempelajari uraian materi yang ada dalam modul ini, anda
diharapkan dapat menguasai konsep kinematika dan dinamika untuk
diimplementasikan dalam pembelajaran di kelas.
2. Tujuan Khusus
Setelah mempelajari modul ini, Anda diharapkan dapat:
a. Menjelaskan cakupan bahasan mekanika
b. Menjelaskan pengertian kinematika
c. Menjelaskan pengertian dinamika
d. Membedakan kinematika dan dinamika
e. Mendeskripsikan pengertian usaha
f. Mendeskripsikan pengertian energi
g. Menuliskan hubungan energi dan usaha
C. Sistematika
Modul ini terdiri dari: Bab I Pendahuluan, berisikan pengantar tentang alasan
penulisan modul, tujuan umum dan khusus, dan sistematika pembahasan
modul,Bab II Kegiatan Belajar, berisikan pengantar, indikator, alur pembelajaran,
strategi pembelajaran energi dan usaha, pembahasan materi energi dan usaha,
percobaan kegiatan belajar, dan evaluasi kegiatan belajar, Bab III Rangkuman,
berisikan rangkuman dari materi yang ada di modul, Bab IV Evaluasi, berisikan
soal-soal untuk mengukur tingkat kepahaman peserta dalam mempelajari modul,
dan Daftar Pustaka.
-
4 BERMUTU BAB I PENDAHULUAN
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
-
BERMUTU 5 Better Education through Reformed Management and Universal Teacher Upgrading
BAB II
KEGIATAN BELAJAR
A. Kegiatan Belajar 1: Kinematika
1. Pengantar
Jika kita cermati peristiwa-peristiwa yang terjadi dalam kehidupan sehari-
hari, banyak peristiwa-peristiwa yang terkait dengan peristiwa fisika. Bunyi yang
ditimbulkan oleh mobil yang bergerak, terjadinya petir, jatuhnya benda,
bertiupnya angin, menyalanya lampu pengatur lalu lintas, proses beroperasinya
komputer merupakan contoh peristiwa yang terkait dengan fisika.
Peristiwa atau fenomena fisika yang terjadi menarik minat para ilmuwan
untuk melakukan penyelidikan.Para ilmuwan dengan menggunakan berbagai
peralatan melakukan berbagai percobaan untuk memecahkan berbagai masalah
yang terjadi di alam berdasarkan fenomena fisika yang dipelajarinya. Rasa ingin
tahu yang besar, kerja keras dan ketekunan para ilmuwan dapat memecahkan
teka-teki yang diselidikinya. Berbagai hasil penelitian para ilmuwan dalam
bidang fisika kemudian diorganisir menjadi bidang-bidang ilmu fisika yang antara
lain pengelompokkannya adalah: mekanika, gelombang dan optik, listrik dan
magnet, dan fisika modern. Pengelompokkan ini dilakukan untuk memudahkan
setiap orang yang berminat untuk mempelajarinya.Setiap kelompok materi fisika
memiliki karakteristik yang berbeda, sesuai dengan fenomena yang terjadi dari
obyek yang diamatinya.
Kegiatan belajar 1 hanya membahas kinematika, mempelajari
permasalahan-permasalahan yang berkaitan dengan gerak tanpa meninjau
penyebab dari gerak tersebut. Misalnya: gerak sebuah pesawat, mobil, atau
gerak benda lainnya. Pembahasan gerak selalu terkait dengan jarak,
perpindahan, kelajuan, kecepatan, percepatan, jenis-jenis gerak, serta
mencakup juga rumus-rumus perhitungannya.
Untuk meningkatkan pemahaman guru terhadap materi kinematika, pada
kegiatan belajar 1 dilengkapi dengan beberapa percobaan.Harapan yang ingin
dicapai setelah melaksanakan percobaan tersebut, adalah peserta menjadi lebih
memahami konsep yang sedang dipelajarinya.
-
6 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Pada bagian akhir kegiatan belajar 1, peserta diminta untuk mengerjakan
evaluasi kegiatan belajar 1.Berdasarkan evaluasi tersebut guru pemandu dapat
mengetahui daya serap peserta terhadap modul yang telah dipelajarinya.
2. Tujuan
Setelah peserta mempelajari kegiatan belajar 1, peserta diharapkan dapat :
a. Menjelaskan pengertian jarak
b. Menjelaskan pengertian perpindahan
c. Membedakan pengertian jarak dan perpindahan
d. Mendeskripsikan pengertian kelajuan
e. Mendeskripsikan pengertian kecepatan
f. Membedakan pengertian kelajuan dan kecepatan
g. Menyebutkan jenis-jenis gerak benda
h. Menjelaskan pengertian gerak lurus beraturan
i. Menjelaskan pengertian gerak lurus berubah beraturan
j. Menuliskan rumus yang berlaku dalam kinematika
k. Menggunakan rumus untuk menyelesaikan perhitungan
l. Menafsirkan grafik-grafik dalam kinematika
m. Melakukan percobaan yang berhubungan dengan kinematika
n. Menyusun laporan hasil percobaan
3. Bahan, Alat, dan Sumber Belajar
a. Stopwatch
b. Sapu tangan
c. LKS
-
BERMUTU 7 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
4. Langkah Kegiatan
A.
B.
Pendahuluan (15 menit)
Guru pemandu di awal pertemuan menginformasikan kompetensi dan
tujuan pembelajaran pada kegiatan belajar 1, selanjutnya guru pemandu
menjelaskan teknik kerja kelompok serta persiapan alat bahan yang harus
disiapkan untuk menunjang kegiatan belajar 1. Guru pemandu memberi
kesempatan kepada peserta untuk bertanya atau berdiskusi, jika ada hal-hal
yang belum jelas atau belum disepakati untuk pelaksanaan kegiatan belajar 1.
Kegiatan Kelompok (90 menit)
Pada kegiatan kelompok, guru pemandu meminta peserta untuk mengkaji
kegiatan belajar 1 secara berkelompok; selanjutnya setiap kelompok melakukan
percobaan sesuai dengan panduan praktikum yang ada dalam kegiatan belajar
1. Guru pemandu berkeliling untuk memberikan bimbingan kepada setiap
kelompok pada saat melaksanakan kegiatan praktikum. Hasil pengkajian
kegiatan belajar 1 dari setiap kelompok dibuat dalam bentuk rangkuman materi
dan laporan praktikum.
Pendahuluan: - Informasi Kompetensi
dan tujuan pembelajaran
- Teknik kerja kelompok - Persiapan alat dan
bahan - Diskusi dan Tanya
jawab pelaksanaan Kegiatan Belajar 1
(15 menit)
Kegiatan Kelompok : - Pengkajian Kegiatan Belajar 1 - Praktik percobaan kinematika - Penyusunan laporan percobaan kinematika
(90 menit)
Diskusi Kelas : - Presentasi laporan hasil kerja kelompok - Tanggapan terhadap kelompok presenter - Klarifikasi dan penguatan dari pembimbing / guru pemandu terhadap kelompok presenter
(45 menit)
Evaluasi : Pengerjaan
evaluasi Kegiatan Belajar 1
(30 menit)
Reviu dan Klarifikasi : - Pembahasan soal
evaluasi - Klarifikasi dan
Pendalaman materi yang telah dibahas
(20 menit)
-
8 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Permasalahan 1:
Samakah jarak dengan perpindahan benda?
Prosedur Kerja
a. Tetapkan posisi awal yang akan digunakan sebagai titik acuan.
b. Mintalah seorang temanmu untuk berjalan lurus dari posisi satu ke dua,
kemudian berjalan lurus lagi (boleh berbelok) dari posisi dua ke posisi tiga.
Berilah tanda pada setiap posisi.
c. Ukur setiap perubahan jarak dari posisi satu (posisi awal) sampai ke posisi
tiga (posisi akhir).
d. Gambarkan sketsa pergerakkannya pada setiap perubahan posisi.
e. Hubungkan posisi satu (posisi awal) dengan posisi tiga (posisi akhir) dengan
menggunakan benang atau tali rapia.
f. Ukur panjang tali rapia untuk menentukan perpindahannya.
g. Lakukan langkah 1- 6 untuk beberapa tempat yang berbeda.
h. Masukkan hasilnya ke dalam tabel pengamatan
Tabel 2.1 Pengamatan jarak dan perpindahan benda
No Posisi
Sketsa Pergerakan Jarak Perpindahan satu dua tiga
1
2
3
Pertanyaan:
a. Berdasarkan kegiatan yang telah anda lakukan, samakah jarak dengan
perpindahan?
b. Jelaskan pengertian jarak?
c. Jelaskan pengertian perpindahan?
-
BERMUTU 9 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Permasalahan 2:
Berapakah kecepatan gerak benda?
Prosedur Kerja:
a. Tentukan dua tempat di pinggir jalan sebagai posisi awal dan posisi akhir.
b. Ukur jarak antara posisi awal dengan posisi akhir dengan menggunakan
meteran.
c. Kibaskan sapu tangan oleh orang pertama sebagai tanda saat benda (mobil,
sepeda, becak, gerobak, orang yang sedang berjalan) tepat melintasi posisi
awal.
d. Tekan tombol stopwatch oleh orang di posisi akhir tepat bersamaan dengan
kibasan sapu tangan dari orang di posisi awal.
e. Tekan kembali stopwatch pada saat benda yang akan kita tentukan
kecepatannya tepat melintas di posisi akhir.
f. Catat waktu yang diperlukan benda tersebut untuk menempuh jarak dari
posisi awal ke posisi akhir.
g. Lakukan langkah 1 6 untuk beberapa benda yang berbeda.
h. Masukkan hasilnya ke dalam tabel pengamatan.
i. Tentukan kecepatan untuk setiap benda.
Tabel 2.2 Pengamatankecepatan gerak benda
No. Nama Benda Jarak
posisi 1 posisi 2
Waktu
Tempuh Kecepatan
1
2
3
4
5
Pertanyaan :
a. Samakah kecepatan gerak setiap tempat?
b. Faktor apa yang mempengaruhi perbedaan kecepatan benda?
-
10 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Diskusi Kelas (45 menit)
Setelah waktu pengkajian selesai, peserta secara bergiliran
mempresentasikan hasil kerjanya untuk ditanggapi oleh kelompok lain.
Tanggapan hendaknya berupa perbaikan atau melengkapi hal-hal yang dibahas
oleh kelompok presenter. Pada akhir presentasi dari dari setiap kelompok, guru
pemandu memberikan klarifikasi dan penguatan sehingga materi kajian dapat
dipahami oleh seluruh peserta.
Evaluasi (30 menit)
Semua peserta mengerjakan evaluasi kegiatan belajar 1, setelah peserta
menyelesaikan seluruh evaluasi sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Peserta kemudian menyerahkan hasil kerjanya kepada guru pemandu untuk
diperiksa. Guru pemandu menyerahkan hasil evaluasi kegiatan belajar 1 pada
pertemuan berikutnya.
Reviu dan Klarifikasi (20 menit)
Guru pemandu meminta beberapa peserta untuk mengerjakan evaluasi
kegiatan belajar 1 yang dianggap sulit di papan tulis. Jika ada kesulitan dan
pertanyaan yang belum jelas, guru pemandu memberikan klarifikasi sekaligus
memberikan pendalaman materi untuk kegiatan belajar 1.
5. Bahan Bacaan untuk Fasilitator dan Peserta
a. Beberapa Pengertian dalam Kinematika
1) Pengertian Gerak
Gerak setiap saat terjadi di alam, misalnya gerak orang berlari,
gerak kendaraan, gerak planet-planet, dan sebagainya. Tahukah kalian
apa yang dimaksud gerak ? Pernahkah kalian melihat balap sepeda ?
Bagaimana keadaan atau perubahan posisi sepeda mulai di garis start
sampai di garis finis ?
Untuk lebih jelasnya kita dapat memperhatikan Gambar 2.1 berikut :
-
BERMUTU 11 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Gambar 2.1Perubahan posisi pada balap sepeda
Sebelum balap sepeda 100 meter dimulai, semua pembalap berada
di garis awal. Misalkan sepeda dikendarai oleh A, C, dan D. Begitu aba-
aba star dibunyikan, setiap pembalap sepeda berusaha mengayuh
sepedanya dengan cepat. Beberapa saat kemudian ternyata jarak yang
dicapai oleh masing-masing pembalap berbeda. Kedudukan atau posisi
pembalap sepeda selama bergerak setiap saat berubah terhadap titik
acuan yaitu garis awal. Sepeda akan terus bergerak menjauhi garis awal
sampai akhirnya mencapai garis akhir.
Lamanya waktu yang digunakan oleh setiap pembalap sepeda untuk
sampai ke garis akhir berbeda-beda. Hal tersebut bergantung pada
kecepatan masing-masing pembalap sepeda. Jika kita perhatikan gambar
di atas, pembalap sepeda C lebih dulu mencapai garis finis; sedangkan
pembalap sepeda D paling akhir mencapai garis akhir.Berarti, pada saat
balapan sepeda berlangsung, gerak pembalap sepeda C paling cepat,
sedangkan gerak pembalap sepeda D paling lambat.
Semua pembalap sepeda dikatakan bergerak karena posisi atau
tempat kedudukan setiap pembalap sepeda selalu berubah menjauhi
garis awalyang dianggap sebagai titik acuan. Selama bergerak tempat
kedudukan atau posisi semua pembalap sepeda selalu berubah setiap
saat terhadap garis start atau garis yang menjadi acuan. Jika setelah
melewati garis akhirpembalap sepeda diam (berhenti). Pada saat itu
tempat kedudukan atau posisinya tidak berubah terhadap garis awal.
Berdasarkan pengamatan tersebut dapat disimpulkan bahwa yang
dimaksud dengan gerak adalah perubahan posisi atau tempat kedudukan
suatu benda terhadap suatu titik yang menjadi acuannya. Dengan kata
lain, suatu benda dikatakan dalam keadaan bergerak apabila posisi atau
tempat kedudukannya selalu berubah setiap saat terhadap suatu titik
acuan.
0 m
50 m
100 m
D
C
A
D
C
A
-
12 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
2) Pengertian Jarak
Gambar 2.2 Sketsa lintasan orang yang berjalan
PerhatikanGambar 2.2! Jika pejalan kaki bergerak dari P menuju R
kemudian kembali lagi dan berhenti di Q, maka jarak yang ditempuh
pejalan kaki tersebut adalah sama dengan panjang lintasan PR + panjang
lintasan RQ.
atau:
Jarak = panjang lintasan PRQ
= panjang lintasan PR + panjang lintasan RQ
= 80 Km + ( 80 Km - 50 Km )
= 80 Km+ 30 Km
Jarak = 110 Km
Berdasarkan uraian tersebut dapat didefinisikan bahwa yang
dimaksud dengan jarak adalah panjang lintasan yang ditempuh oleh suatu
benda.
3) Pengertian Perpindahan
Untuk memahami pengertian perpindahan perhatikan Gambar2.3 !
Posisi
Awal
Posisi Akhir
0 10 20 30 40 50 60 70 80 (meter)
P Q R
posisi
awal
posisi
akhir
0 10 20 30 40 50 60 70 80
A B C
Gambar 2.3 Sketsa perpindahan benda
-
BERMUTU 13 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Jika kita ada benda yang bergerak dari titik A menuju titik C;
selanjutnya dari titik C benda tersebut bergerak lagi dan akhirnya sampai
dan berhenti di titik B. Nilai perpindahannya dapat ditentukan dengan
memperhatikan posisi akhir dan posisi awal dari benda tersebut.
Perpindahan adalah seberapa besar perubahan posisi dihitung dari pisisi
awalnya.
Berarti :
Perpindahan = perubahan posisi dari posisi awal
Perpindahan = posisi akhir posisi awal
= posisi B posisi A
= 30 Km 0 Km
Perpindahan = 30 Km
Berdasarkan uraian tersebut dapat didefinisikan bahwa yang
dimaksud dengan perpindahanadalah perubahan posisi atau tempat
kedudukan benda dihitung dari posisi awalnya.
4) Kelajuan (speed)
Kelajuan atau speed didefinisikan sebagai panjang lintasan atau
jarakyang ditempuh oleh suatu benda tiap satuan waktu, yaitu besarnya
kecepatan pada saat tertentu, karena itu kelajuan bukan besaran vektor.
Kelajuan tidak memperhatikan atau memandang arah dari gerak
bendanya. Kelajuan termasuk besaran skalar, karena kelajuan hanya
memiliki nilai tetapi tidak mempunyai arah.
dirumuskan dengan :
dimana :
v = kelajuan (ms-1)
s = jarak (m)
t = waktu (s)
-
14 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
5) Kecepatan (velocity)
Kecepatan atau velocity didefinisikan sebagai perpindahan yang
ditempuh suatu benda tiap satuan waktu. Kecepatan suatu benda selalu
memperhatikan arah gerak benda dan nilainya. Kecepatan merupakan
besaran vektor karena mempunyai nilai dan arah.
dirumuskan dengan :
dimana :
v = kecepatan (ms-1)
s = perpindahan (m)
t = waktu ( s)
6) Kecepatan rata-rata adalah perbandingan perpindahan benda dengan
waktu yang digunakan selama melakukan perpindahan tersebut.
x
A B
xA xB x
tA t tB
7) Kecepatan sesaat adalah nilai limit dari kecepatan rata-rata dengan
selang waktu yang mendekati nol (t 0 )
-
BERMUTU 15 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
8) Percepatan (aceleration) adalah perubahan kecepatan benda setiap
satuan waktu.
atau
dimana :
a = percepatan (ms-2)
dv = kecepatan (ms-1)
dt = waktu (s)
9) Percepatan rata-rata adalah rata-rata perubahan kecepatan persatuan
waktu.
10) Percepatan sesaat adalah nilai limit dari kecepatan rata- rata dengan
selang waktu mendekati nol (t 0 )
Kecepatan, percepatan, perpindahan, dan perpindahan termasuk
besaran vektor sebab kecepatan, percepatan, dan perpindahan mempunyai
nilai dan arah. Kelajuan dan jarak termasuk besaran skalar, sebab hanya
mempunyai nilai saja.
b. Jenis-jenis Gerak Benda
Berdasarkan lintasannya gerak benda dapat dibedakan menjadi:
1) Gerak lurus, adalah gerak benda yang lintasannya berbentuk garis lurus.
2) Gerak Parabola, adalah gerak benda yang lintasannya berbentuk
parabola.
3) Gerak Melingkar, adalah gerak benda yang lintasannya berbentu
lingkaran.
-
16 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Pembahasan gerak dalam modul ini hanya dibatasi pada gerak lurus,
sedangkan gerak parabola dan gerak melingkar akan dibahas pada modul
yang lain. Gerak lurus dapat dibedakan menjadi beberapa jenis. Adapun
pembahasan gerak lurus secara rinci adalah sebagai berikut.
c. Jenis-jenis Gerak Lurus
Berdasarkan kecepatannya gerak lurus dapat dibedakan menjadi dua
bagian, yaitu :
1) Gerak lurus Beraturan ( GLB )
Adalah gerak benda yang lintasannya berupa garis lurus yang
kecepatannya selalu tetap setiap saat. Kecepatan tetap, artinya selama
benda tersebut bergerak tidak mengalami perubahan kecepatan, engan
kata lain, suatu benda dikatakan bergerak lurus beraturan jika benda tidak
mengalami percepatan.
Cirinya:
a) kecepatannya tetap atau v = tetap
b) percepatannya nol atau a = 0
Contoh:
Tentara yang sedang berparade
Orang yang sedang jalan santai
Persamaan matematis yang berlaku dalam gerak lurus beraturan adalah:
2) Gerak Lurus Berubah Beraturan ( GLBB )
Jika kita perhatikan, seorang anak yang bersepeda melalui jalan
menurun ternyata sepeda yang dinaikinya dapat bergerak tanpa
mengayuh. Laju sepeda pada awalnya pelan, kemudian secara bertahap
kelajuannya bertambah, dan kelajuannya menjadi paling besar pada saat
berada di ujung jalan.
Gejala sebaliknya akan dirasakan jika bersepeda melewati jalan
yang menanjak. Anak tersebut harus mengayuh sepeda dengan kuat
agar bisa sampai di bagian jalan yang paling atas. Jika anak tidak kuat
mengayuh, anak tersebut tidak dapat mencapai bagian yang paling atas
-
BERMUTU 17 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
atau puncak dari jalan yang menanjak tadi. Semakin mendekati puncak
dari jalan tersebut, gerak sepeda menjadi semakin pelan.
Sepeda yang bergerak di jalan yang menurun semakin lama
menjadi semakin cepat karena mengalami percepatan; sebaliknya sepeda
yang bergerak di jalan yang menanjak semakin lama menjadi semakin
pelan karena mengalami perlambatan.
Peristiwa bertambahnya kelajuan sepeda ketika melewati jalan yang
menurun identik dengan gerak benda yang mengalami jatuh bebas. Pada
gerak jatuh bebas (GJB) kecepatan benda terbesar adalah pada saat
menyentuh tanah. Peristiwa berkurangnya kelajuan sepeda di jalan yang
menanjak identik dengan gerak benda yang dilempar vertikal ke atas.
Pada gerak vertikal ke atas (GVA) semakin ke atas kelajuan benda yang
dilempar menjadi semakin berkurang dan akhirnya berhenti pada saat
mencapai puncak.
Perubahan kelajuan dipengaruhi pada gerak jatuh bebas dan gerak
vertikal ke atas adalah percepatan gravitasi. Percepatan gravitasi
menyebabkan adanya percepatan/perlambatan pada benda.
Jika kita telusuri, percepatan/perlambatan yang dialami suatu benda
diakibatkan oleh adanya pengaruh percepatan gravitasi yang terus
bekerja pada benda. Kedua peristiwa tersebut selalu dialami anak setiap
bersepeda melalui jalan yang menurun atau menanjak.
Berdasarkan ilustrasi tersebut, dapat kita definisikan bahwa yang
dimaksud dengan gerak lurus berubah beraturan adalah gerak benda
yang lintasannya berupa garis lurus yang kecepatannya selalu berubah
setiap saat secara konstan.
Adapun ciri-ciri dari gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah
sebagai berikut:
kecepatannya berubah-ubahatau v = berubah-ubah
percepatannya tidak sama dengan nol atau a 0
(Jika nilai percepatannya negatif, dinamakan perlambatan)
Contoh:
Benda yang meluncur di bidang miring
Buah yang jatuh yang lepas dari tangkainya
Mobil yang bergerak dengan suatu kecepatan, kemudian direm secara
teratur sampai berhenti.
-
18 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Persamaan matematis yang berlaku dalam gerak lurus berubah
beraturan (GLBB) adalah:
1.
2.
3.
Keterangan:
Vt = Kecepatan benda pada saat t m/s
V0 = Kecepatan awal benda m/s
a = Percepatan ( + ) m/s2
= Perlambatan ( - ) m/s2
St = Jarak tempuh benda pada saat t m
s = Jarak tempuh benda m
t = waktu s
3) Jenis-jenis Gerak Lurus Berubah Beraturan ( GLBB )
Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dapat dibedakan menjadi
beberapa bagian, yaitu :
a) Gerak Jatuh Bebas ( GJB )
Adalah gerak benda tanpa kecepatan awal yang mengalami
percepatan gravitasi.
Untuk lebih jelasnya, kita perhatikan gambar di bawah ini!
g v0 = 0
h
vt
g
-
BERMUTU 19 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Adapun ciri-ciri gerak jatuh bebas adalah:
Kecepatan awalnya nolatauV0 = 0
Percepatannya = percepatan gravitasi ataua = g
Jarak = ketinggianatau s = h
Contoh dari gerak jatuh bebas adalah:
Orang yang sedang terjun bebas
Buah yang jatuh dari pohon
b) Gerak Vertikal ke Atas (GVA)
Adalah gerak vertikal suatu benda yang memiliki kecepatan
awal tetapi mengalami perlambatan gravitasi.
Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini!
vt = 0
g
h
V0 0
g
Adapun ciri-ciri dari gerak verikla ke atas adalah:
Mempunyai kecepatan awal atau V0 0
Percepatannya = perlambatan gravitasi atau a = - g
Jarak tempuh = ketinggian atau s = h
di titik tertinggi diam sesaat atau Vt = 0
Contoh dari gerak vertikal ke atas adalah batu yang
dilemparkan vertikal ke atas.
-
20 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
c) Gerak Vertikal ke Bawah ( GVB )
Adalah gerak vertikal suatu benda yang memiliki kecepatan
awal yang mengalami percepatan gravitasi. Untuk lebih jelasnya
perhatikan gambar di bawah ini!
v0 0
g
h
vt
g
Adapun ciri-ciri gerak vertikal ke bawah adalah:
Mempunyai kecepatan awal atau V0 0
Percepatannya = percepatan gravitasi atau a = g
Jarak tempuh = ketinggian atau s = h
Pada saat menyentuh tanah kecepatannya paling tinggi
atau vt = maksimal
Contoh dari gerak vertikal ke bawah adalah batu yang
dilemparkan vertikal ke bawah dari suatu ketinggian.
Persamaan matematis yang berlaku pada Gerak Lurus Berubah
Beraturan (GLBB) beserta jenis-jenisnya yang meliputi Gerak Jatuh
Bebas (GJB), Gerak Vertikal ke Atas (GVA), dan Gerak Vertikal ke
Bawah (GVB) adalah sebagai berikut.
GLBB
Jenis jenis GLBB
G J B
V0 = 0; s = h; a = g
G V A
V0 0; s = h; a = - g
G V B
V0 0; s = h; a = g
di titik tertinggi diam
sesaatatau: Vt = 0
sehingga :
V0 = g t
-
BERMUTU 21 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
di titik tertinggi
diam sesaat
atau:Vt = 0
h = hm
sehingga :
6. TUGAS
a. Buatlah laporan kedua hasil percobaan yang telah anda lakukan secara
berkelompok.
b. Sebutkan beberapa peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang relevan
dengan kedua percobaan tersebut.
c. Serahkan laporan yang telah anda buat untuk diperiksa oleh guru pemandu.
7.EVALUASI
a. Seorang anak dari arah timur berjalan lurus ke arah barat sejauh 12 meter;
kemudian anak tersebut berjalan lurus lagi ke arah selatan sejauh 3 meter.
Sesampai di posisi kedua, anak tersebut berjalan lurus lagi ke arah timur
sejauh 12 meter.
Tentukan:
1) Sketsa perjalanan anak tersebut.
2) Jarak yang ditempuh oleh anak tersebut
3) Perpindahan yang dilakukan anak tersebut
b. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 72 km/jam. Jika mobil bergerak
selama 10 menit, berapakah jarak yang ditempuh oleh mobil tersebut?
-
22 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
c. Seekor burung terbang dengan kecepatan 9 ms-1 selama 3 menit. Hitung
panjang lintasan yang ditempuh oleh burung tersebut!
d. Benda A dan benda B mula-mula berjarak 32 m. Kedua benda kemudian
bergerak saling berlawanan arah. Benda A dan B bergerak lurus beraturan
dengan kecepatan masing-masing 4 ms-1 dan 3 ms-1.
Tentukan:
1) Waktu yang diperlukan untuk bertemu
2) Jarak saat bertemu
e. Sebuah benda dilepas dari ketinggian 360 m dari atas tanah.
Tentukan:
1) Ketinggian benda pada saat 2 detik dan 5 detik
2) Waktu yang yang diperlukan benda tersebut mencapai tanah
3) Kecepatan pada saat tiba di tanah
B. Kegiatan Belajar 2: Dinamika
1. Pengantar
Setelah kita memahami bahwa kinematika adalah cabang mekanika yang
mempelajari gerak benda tanpa meninjau penyebabnya, selanjutnya kita akan
mempelajari dinamika. Dinamika mempelajari gerak benda yang dikaitkan
dengan adanya pengaruh gaya terhadap gerak benda. Kita sering melihat gejala
yang berkaitan dengan dinamika; misalnya: mengapa orang yang sedang
berjalan jika didorong punggungnya geraknya menjadi lebih cepat ? Mengapa
mobil yang sedang berjalan jika direm menjadi berhenti ? Apa sebabnya bola
yang mengenai dinding dapat memantul kembali ? Apa yang sebabnya
permainan tarik tambang dua tim yang seimbang berlangsung lebih lama ?
Perubahan gerak seperti itu tentunya terjadi karena adanya gaya yang
bekerja pada benda. Tentunya jika kita membicarakan gaya, maka kita tidak
dapat lepas dari Hukum-hukum gaya yang dikemukakan oleh Newton.
Permasalahan gerak seperti itulah yang akan dipelajari dalam kegiatan belajar 2.
-
BERMUTU 23 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
2. Tujuan
a. Mendeskripsikan hukum-hukum gaya yang dikemukakan oleh Newton
b. Memprediksi pengaruh gaya terhadap benda bergerak
c. Menuliskan rumus yang berlaku dalam dinamika
d. Menggunakan rumus-rumus dinamika untuk memecahkan masalah
e. Melakukan percobaan yang berhubungan dengan dinamika
3. Bahan, Alat, dan Sumber Belajar
a. Power supply e. Benang
b. Tiker timer f. Katrol
c. Pita kertas g. Papan Landasan
d. Kereta dinamika h. Beban bercelah
4. Langkah Kegiatan
Pendahuluan (15 menit)
Guru pemandu di awal pertemuan menginformasikan kompetensi dan
tujuan pembelajaran pada kegiatan belajar 2, selanjutnya guru pemandu
menjelaskan teknik kerja kelompok serta persiapan alat bahan yang harus
disiapkan untuk menunjang kegiatan belajar 2. Jika ada hal-hal yang belum jelas
Pendahuluan: - Informasi Kompetensi
dan tujuan pembelajaran
- Teknik kerja kelompok - Persiapan alat dan
bahan - Diskusi dan Tanya
jawab pelaksanaan Kegiatan Belajar 2
(15 menit)
Kegiatan Kelompok : - Pengkajian Kegiatan Belajar 2 - Praktik percobaan dinamika - Penyusunan laporan percobaan dinamika
(135 menit)
Diskusi Kelas : - Presentasi laporan hasil kerja kelompok - Tanggapan terhadap kelompok presenter - Klarifikasi dan penguatan dari pembimbing / guru pemandu terhadap kelompok presenter
(90 menit)
Evaluasi : Pengerjaan
evaluasi kegiatan belajar 2
(30 menit)
Reviu dan Klarifikasi : - Pembahasan
evaluasi kegiatan belajar 2
- Klarifikasi dan Pendalaman materi yang telah dibahas
(15 menit)
-
24 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
atau belum disepakati untuk pelaksananan kegiatan belajar 2, guru pemandu
mempersilahkan peserta untuk bertanya atau berdiskusi.
Kegiatan Kelompok (135 menit)
Pada kegiatan kelompok, guru pemandu meminta peserta untuk mengkaji
kegiatan belajar 2 secara berkelompok; selanjutnya peserta masih dalam
kelompoknya melakukan percobaan sesuai dengan panduan praktikum yang
ada dalam kegiatan belajar 2. Guru pemandu berkeliling untuk memberikan
bimbingan kepada setiap kelompok pada saat melaksanakan kegiatan
praktikum. Hasil pengkajian kegiatan belajar 2 dari setiap kelompok dibuat
dalam bentuk rangkuman materi dan laporan praktikum.
Permasalahan 1:
Berubahkah kecepatan gerak benda?
Prosedur Kerja
a. Susunlah semua peralat seperti gambar di bawah ini.
1
2 4
c 5 6
7
8
Keterangan :
1) Power supply 5) Benang
2) Tiker timer 6) Katrol
3) Pita kertas 7) Papan Landasan
4) Kereta dinamika 8) Beban bercelah
b. Hidupkan power supply untuk menjalankan tiker timer.
c. Lepaskan beban bercelah sehingga kereta dinamika bergerak menarik pita
kertas.
d. Lakukan beberapa kali sampai diperoleh rekaman berupa titik-titik yang paling
jelas pada kertas pita seperti gambar di bawah ini.
-
BERMUTU 25 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
e. Potonglah kertas pita dengan menggunakan gunting untuk setiap sepuluh titik
yang berurutan.
f. Susunlah potongan kertas pita pada kertas berpetak dengan cara
mengelemnya sehingga membentuk suatu grafik.
g. Ukurlah setiap potongan kertas pita dengan menggunakan mistar. Masukkan
hasilnya ke dalam Tabel 2.3!
Tabel 2.3 Pengamatan kecepatan gerak benda
No. Potongan Kertas Pita Panjang (cm)
1 pertama
2 kedua
3 ketiga
4 keempat
5 kelima
Pertanyaan:
1. Samakah waktu yang diperlukan untuk membentuk 10 titik pada setiap
potongan kertas pita?
2. Samakah panjang potongan kertas pita ?
3. Berdasarkan susunan potongan kertas pita pada kertas berpetak, apa yang
dapat disimpulkan dari kegiatan tersebut?
4. Apa yang menyebabkan adanya perubahan kecepatan pada kegiatan
tersebut?
5. Berdasarkan percobaan tersebut, jelaskan pengertian dari percepatan !
Diskusi Kelas (90 menit)
Setelah waktu pengkajian selesai, peserta secara bergiliran
mempresentasikan hasil kerjanya untuk ditanggapi oleh kelompok lain.
Tanggapan hendaknya berupa perbaikan atau melengkapi hal-hal yang dibahas
oleh kelompok presenter. Guru pemandu memberikan klarifikasi dan penguatan
pada akhir presentasi dari setiap kelompok, sehingga materi yang dikaji dapat
dipahami oleh seluruh peserta.
-
26 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Evaluasi (60 menit)
Semua peserta secara serentak mengerjakan evaluasi yang terdapat
pada kegiatan 2; setelah selesai peserta menyerahkan hasil kerjanya kepada
guru pemandu untuk diperiksa.
Reviu dan Klarifikasi (15 menit)
Guru pemandu meminta beberapa orang peserta untuk mengerjakan di
papan tulis soal-soal yang dianggap sulit. Jika ada kesulitan dan pertanyaan
yang belum jelas, guru pemandu memberikan klarifikasi sekaligus memberikan
pendalaman materi untuk kegiatan belajar 2.
5. Bahan Bacaan untuk Fasilitator dan Peserta
Dinamika mempelajari permasalahan-permasalahan yang berkaitan
dengan gerak benda yang dipengaruhi karena adanya gaya yang bekerja pada
benda tersebut. Gejalanya sering kita temukan dalam kehidupan sehari-hari.
Bayangkan apa yang akan terjadi jika seseorang yang sedang berjalan santai,
punggungnya didorong dari belakang dengan gaya yang kuat?
Menjadi semakin cepat atau semakin lambatkan jalannya? Tentunya
gerak orang tersebut akan menjadi semakin cepat. Adanya perubah kecepatan
gerak orang tersebut disebabkan adanya gaya searah yang bekerja padanya
dan searah dengan arah geraknya. Hal seperti itulah yang dipelajari dalam
dinamika.Dinamika dengan kata lain sebenarnya adalah kinematika yang
memperhitungkan juga adanya pengaruh gaya terhadap gerak suatu benda.
Penguasaan terhadap materi dinamika menjadi penting, karena pada
kenyataannya pada setiap gerak benda, sebenarnya kita tidak bisa
mengabaikan adanya gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut. Gaya-
gaya yang bekerja pada benda yang bergerak dapat menyebabkan gerak
bendanya menjadi semakin cepat atau dapat juga menyebabkan gerak
bendanya menjadi semakin lambat dan akhirnya berhenti. Hal tersebut sangat
tergantung arah gaya yang bekerja pada benda. Jika arah gayanya searah
dengan arah gerak bendanya maka gerak benda menjadi semakin cepat,
sebaliknya jika arah gayanya berlawanan dengan arah gerak bendanya maka
gerak benda menjadi semakin lambat.
Orang yang pertama kali menyelidiki adanya hubungan gaya dan gerak
benda adalah Galileo (1564 1642) dengan prinsip inersianya. Selanjutnya
-
BERMUTU 27 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
sesuai dengan prinsip inersia yang dikemukakan Galileo, pada tahun 1687
Isaac Newton mengemukakan tiga hukum yang berkaitan dengan gerak dan
gaya; yaitu: hukum I Newton tentang gerak, hukum II Newton hubungan massa
benda dan gaya, dan hukum III tentang aksi = reaksi.
Untuk lebih jelasnya, uraian dari hukum-hukum Newton adalah sebagai berikut
Hukum I Newton
Sebuah bola pingpong akan tetap diam di atas meja jika tidak ada gaya
yang mempengaruhinya. Jika terhadap bola pingpong dikerjakan gaya yang
cukup, bola pingpong yang tadinya diam akan bergerak. Karena adanya
gesekan antara bola pingpong dengan bidang meja, bola pingpong akhirnya
berhenti. Supaya gerak bola pingpong menjadi lebih jauh jika diberikan gaya
yang sama, kita harus dapat mengupayakan agar gesekan antara permukaan
bola pingpong dengan bidang meja medekati licin sempurna atau koefisien
gesekannya mendekati nol. Hal tersebut memang sulit kita buat, tetapi secara
teori kita dapat menganggap bahwa hal tersebut dapat kita upayakan.
Berdasarkan gejala tersebut, Newton mengemukakan sebagai Hukum
Kelembaman Benda atau Hukum I Newton.
Suatu benda akan berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus
beraturan jika tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut
Hukum I Newton dapat diaplikasikan atau digunakan untuk
menyelesaikan persoalan persoalan kesetimbangan partikel. Secara matematis
hukum I Newton dapat dirumuskan dengan :
F = 0
Fx = 0 ; Fy = 0
Hukum II Newton
Seperti telah diuraikan di atas, bola pingpong yang diam menjadi
bergerak; artinya bola pingpong memiliki kecepatan. Adanya perubahan
keadaan bola pingpong dari diam menjadi bergerak dipengaruhi adanya gaya
yang bekerja padanya. Dalam percobaannya Newton menyelidiki pengaruh
perubahan gaya yang dikenakan pada suatu benda serta mengamati
perubahan kecepatan yang dimiliki benda tersebut.
-
28 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Berdasarkan percobaannya Newton menyimpulkan bahwa:
Percepatan yang dimiliki oleh suatu benda berbanding lurus dengan
besar gaya yang bekerja pada benda itu dan berbanding terbalik dengan
massa bendanya.
Secara matematis hukum II Newton dapat dirumuskan dengan :
F = m .a
atau
a = F/m
Keterangan :
F = gaya
m = massa
a = percepatan
Hukum III Newton
Jika kita melemparkan bola tenis ke dinding, ternyata setelah menyentuh
dinding bola tenis akan dipantulkan ke arah yang berlawanan dengan gerak
asalnya. Berdasarkan fenomena tersebut dapat diartikan bahwa jika suatu
benda mengerjakan gaya pada benda yang lain, maka benda yang lain tersebut
akan mengerjakan gaya yang arahnya berlawanan terhadap benda yang
pertama. Gaya yang dikerjakan bola tenis terhadap dinding dinamakan gaya
aksi, sedangkan gaya yang dikenakan dinding terhadap bola tenis yang
dinamakan gaya reaksi.
Adanya gaya aksi dan gaya reaksi dapat ditunjukkan secara sederhana
dengan menggunakan 2 buah dinamometer yang dirangkai dan ditarik saling
berlawanan arah seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.4 Gaya aksi-reaksi pada dua pegasyang ditarik berlawanan arah
Gejala seperti diuraikan di atas dikenal sebagai hukum III Newton.
Rumusan hukum III Newton dinyatakan dengan:
Faksi Freaksi
-
BERMUTU 29 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Jika pada sebuah benda diberikan sebuah gaya(aksi), maka benda tersebut
akan memberikan gaya(reaksi) yang besarnya sama dengan gaya perama
tetapi arahnya berlawanan
Secara matematis hukum III Newton dapat dinyatakan dengan ::
Faksi = - Freaksi
6. TUGAS
a. Buatlah laporan hasil percobaan yang telah anda lakukan secara
berkelompok.
b. Sebutkan beberapa peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang relevan
dengan kedua percobaan tersebut.
c. Serahkan laporan yang telah anda buat untuk diperiksa oleh guru pemandu.
7. EVALUASI
a. Sebuah benda yang massanya 3 kg secara bergantian diberikan gaya 12 N,
0,5 N, dan 80 N. Hitung masing-masing percepatan dari benda tersebut.
b. Sebuah benda pada saat mendapatkan gaya 15 N percepatannya 2,5 ms-2.
Berapakah percepatannya jika benda tersebut diberi gaya yang besarnya
25 N?
c. Setelah 3 detik benda yang massanya 25 gram kecepatannya menjadi 45
cms-1. Jika kecepatan mula-mulanya 25 cms-1, berapakah gaya yang
bekerja pada benda tersebut?
d. Coba urutkan oleh anda percepatan 3 kg, 0,5 kg, dan 1,5 kg jika secara
bergantian mendapatkan gaya 30 N dan 45 N
e. Perhatikan gambar berikut ini!
300
Jika massanya 2 kg, berapakah percepatan yang dimiliki balok tersebut?
-
30 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
C. Kegiatan Belajar 3: Usaha dan Energi
1. Pengantar
Seseorang dikatakan memiliki energi yang besar jika dia dapat
mengangkat suatu benda yang berat dengan mudah; sebaliknya dikatakan
memiliki energi yang kecil jika dia hanya dapat mengangkat benda yang
ringan.Demikian juga dengan peralatan teknis yang sering digunakan dalam
kehidupan sehari-hari.Energi yang dapat dilakukan oleh bus lebih besar jika
dibandingkan dengan energi yang dilakukan sepeda motor. Hal ini ditunjukkan
jika kita membandingkan kemampuan daya angkutnya. Daya angkut bus jauh
lebih banyak/besar jika dibandingkan dengan daya angkut sepeda motor.
Energi selalu berkaitan dengan kemampuan melakukan usaha atau kerja
terhadap suatu benda. Untuk memindahkan sejumlah barang dari suatu tempat
ke tempat yang lain diperlukan usaha atau kerja.
Pengertian usaha atau kerja dalam fisika berbeda dengan pengertian
usaha atau kerja dalam kehidupan sehari-hari. Usaha atau kerja dalam
kehidupan sehari-hari berkaitan dengan profesi suatu pekerjaan; sedangkan
usaha atau kerja dalam fisika menyatakan besarnya suatu gaya yang
menyebabkan berpindahnya suatu benda ke posisi yang baru.
Tentunya karena energi dan usaha saling berkaitan, maka kita tidak dapat
memisahkannya satu dengan lainnya. Permasalahan seperti itulah yang akan
dipelajari dalam kegiatan belajar 3.
2. Tujuan
a. Mendeskripsikan pengertian usaha
b. Menuliskan rumus yang usaha
c. Mendeskripsikan pengertian energi
d. Menyebutkan jenis-jenis energi
e. Menjelaskan pengertian energi kinetik
f. Menjelaskan pengertian energi potensial
g. Mendeskripsikan perubahan energi mekanik
h. Menjelaskan usaha sebagai perubahan energi kinetik
i. Menjelaskan usaha sebagai perubahan energi potensial
j. Mendeskripsikan pengertian daya
k. Menggunakan rumus energi dan usaha untuk memecahkan masalah
l. Melakukan percobaan yang berhubungan dengan energi dan usaha
-
BERMUTU 31 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
3. Bahan, Alat, dan Sumber Belajar
a. Muffin cup
b. Neraca Teknis
c. Stop watch
4. Langkah Kegiatan
Pendahuluan (15 menit)
Guru pemandu di awal pertemuan menginformasikan kompetensi dan tujuan
pembelajaran pada kegiatan belajar 3, selanjutnya guru pemandu menjelaskan
teknik kerja kelompok serta persiapan alat bahan yang harus disiapkan untuk
menunjang kegiatan belajar 3. Jika ada hal-hal yang belum jelas atau belum
disepakati untuk pelaksananan kegiatan belajar 3, guru pemandu
mempersilahkan peserta untuk bertanya atau berdiskusi.
Kegiatan Kelompok (135 menit)
Pada kegiatan kelompok, guru pemandu meminta peserta untuk mengkaji
kegiatan belajar 3 secara berkelompok; selanjutnya peserta masih dalam
kelompoknya melakukan percobaan sesuai dengan panduan praktikum yang
ada dalam kegiatan belajar 3. Guru pemandu berkeliling untuk memberikan
bimbingan kepada setiap kelompok pada saat melaksanakan kegiatan
Pendahuluan: - Informasi Kompetensi
dan tujuan pembelajaran
- Teknik kerja kelompok - Persiapan alat dan
bahan - Diskusi dan Tanya
jawab pelaksanaan Kegiatan Belajar 3
(15 menit)
Kegiatan Kelompok : - Pengkajian Kegiatan Belajar 3 - Praktik percobaan usaha dan energi - Penyusunan laporan percobaan usaha dan energi (10 menit)
Diskusi Kelas : - Presentasi laporan hasil kerja kelompok - Tanggapan terhadap kelompok presenter - Klarifikasi dan penguatan dari pembimbing / guru pemandu terhadap kelompok presenter
(135 menit)
Evaluasi : Pengerjaan
evaluasi kegiatan belajar 3
(30 menit)
Reviu dan Klarifikasi : - Pembahasan
evaluasi kegiatan belajar 3
- Klarifikasi dan Pendalaman materi yang telah dibahas
(15 menit)
-
32 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
praktikum. Hasil pengkajian kegiatan belajar 3 dari setiap kelompok dibuat
dalam bentuk rangkuman materi dan laporan praktikum.
Permasalahan:
Berubahkah energi mekanik suatu benda?
a. Timbang satu buah Muffin cups dengan menggunakan neraca teknis
b. Tentukan posisi awal muffin cups, ukur ketinggian tertentu awalnya
c. Lepas muffin cups dari posisi awal.
d. Gunakan stopwatch untuk menentukan waktu yang diperlukan untuk
menempuh jarak 3 meter dan 5 meter dari posisi awal.
e. Tentukan kecepatan muffin cups pada saat menempuh jarak 3 meter dan 5
meter.
f. Masukkan seluruh hasil pengamatan ke dalam Tabel 2.4 untuk menentukan
energi kinetik pada setiap perubahan posisi.
Tabel 2.4 Pengamatan energi kinetikpada setiap perubahan posisi
Jenis
muffin cups
Massa
Perpindahan
(ketinggian) Waktu
Energi Kinetik
(1 2) (2 3) 1 2
Kecil
Sedang
Besar
g. Masukkan juga seluruh hasil pengamatan ke dalam Tabel 2.5 untuk
menentukan energi potensialnya
Tabel 2.5 Pengamatan energi potensial pada setiap perubahan posisi
Jenis
muffin cups
Massa
Ketinggian Percepata
n
gravitasi
Energi Potensial
(1 2 ) (2 3) 1 2
Kecil
Sedang
Besar
h. Berdasarkan hasil pengolahan Tabel 2.5 dan 2.6 masukkan ke dalam Tabel
2.6
-
BERMUTU 33 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Tabel 2.6 Pengolahan data
Jenis
muffin cups
Energi Kinetik Energi potensial
(1) (2) (2) (2)
Kecil
Sedang
Besar
i. Berdasarkan Tabel 2.6, kesimpulan apa yang dapat ditarik dari kegiatan
tersebut ?
Kesimpulan
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
........................................................................................................................
Diskusi Kelas (90 menit)
Setelah waktu pengkajian selesai, peserta secara bergiliran
mempresentasikan hasil kerjanya untuk ditanggapi oleh kelompok lain.
Tanggapan hendaknya berupa perbaikan atau melengkapi hal-hal yang dibahas
oleh kelompok presenter. Guru pemandu memberikan klarifikasi dan penguatan
pada akhir presentasi dari setiap kelompok, sehingga materi yang dikaji dapat
dipahami oleh seluruh peserta.
Evaluasi (60 menit)
Semua peserta secara serentak mengerjakan evaluasi yang terdapat
pada kegiatan 3; setelah selesai peserta menyerahkan hasil kerjanya kepada
guru pemandu untuk diperiksa.
Reviu dan Klarifikasi (15 menit)
Guru pemandu meminta beberapa orang peserta untuk mengerjakan di
papan tulis soal-soal yang dianggap sulit. Jika ada kesulitan dan pertanyaan
yang belum jelas, guru pemandu memberikan klarifikasi sekaligus memberikan
pendalaman materi untuk kegiatan belajar 3.
-
34 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
5. Bahan Bacaan untuk Fasilitator dan Peserta
a. Pengertian Usaha
Usaha atau kerja dalam pelajaran fisika berbeda dengan pengertian
usaha atau kerja dalam kehidupan sehari-hari. Dalam fisika pengertian usaha
atau kerja adalah hasil perkalian antara besarnya gaya dengan jarak
perpindahan yang ditimbulkan oleh gaya tersebut. Untuk lebih jelasnya
perhatikan gambar berikut ini.
Fx Fx
A B
s
Misalkan kita mengamati sebuah gaya mendatar Fx yang bekerja pada
balok. Karena pengaruh gaya Fx, balok yang tadinya berada di posisi A
berpindah sejauh s ke posisi B. Jika kita memandang antara balok dengan
bidang tidak ada gesekan, maka besarnya usaha atau kerja pada balok dapat
kita tentukan dengan menggunakan rumus :
W = Fx .s
dimana :
W = usaha (joule)
Fx = Gaya (newton)
s = Jarak perpindahan (m)
Usaha atau kerja dapat didefinisikan sebagai hasil kali antara vektor gaya
dengan perpindahan vektor yang sejajar dengan arah lintasannya.
Jika gaya yang bekerja pada balok membentuk sudut terhadap arah
perpindahannya atau dapat juga dikatakan gayanya tidak sejajar dengan
lintasannya, maka besarnya usaha akan dipengaruhi oleh nilai sinus dari gaya
tersebut. Untuk lebih jelasnya kita perhatikan gambar berikut ini!
F
a
b Fx Fx
F
S
-
BERMUTU 35 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Karena vektornya membentuk sudut, maka untuk menghitung nilai usaha kita
harus menentukan nilai Fx:
Fx = F cos
= F . b/a
Maka bentuk matematis usaha atau kerja dapat dituliskan menjadi:
W = F cos . s
Atau :
W = F. b/a . s
Jika kita bandingkan besarnya usaha yang ditimbulkan gaya mendatar
dengan gaya yang membentuk sudut, maka dapat disimpulkan bahwa usaha
pada gaya mendatar lebih besar jika dibandingkan dengan gaya yang
membentuk sudut. Hal tersebut sesuai dengan yang kita rasakan dalam
kehidupan sehari-hari. Kita akan lebih mudah menarik suatu benda dengan
gaya mendatar jika dibandingkan menarik benda dengan gaya yang
membentuk sudut. Berarti semakin besar sudut yang dibentuk oleh gaya
terhadap bidang datar, maka usahanyapun menjadi semakin kecil.
b. Pengertian Energi
Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha atau
kerja.Jadi segala sesuatu yang dapat melakukan usaha atau kerja dikatakan
memiliki energi.
Energi mekanik dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu :
1) Energi Kinetik
Adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda yang sedang
bergerak.Setiap benda pasti memiliki massa; dan setiap benda yang
bergerak pasti memiliki kecepatan. Massa dan kecepatan merupakan
variabel yang menentukan besarnya energi kinetik yang dimiliki oleh suatu
benda. Untuk benda yang sama semakin besar kecepatannya, maka energi
kinetiknya menjadi semakin besar. Selain itu, untuk kecepatan yang sama
semakin besar massanya, maka energi kinetiknya menjadi semakin besar.
-
36 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Kedua variabel itulah yang mempengaruhi besar-kecilnya energi kinetik yang
dimiliki oleh suatu benda.
Secara matematik besarnya energi kinetik suatu benda dapat
dirumuskan dengan :
Ek = m v 2
Keterangan :
Ek = energi potensial (joule)
M = massa (kg)
v= kecepatan (ms-1)
Kita mencoba membandingkan energi kinetik sebuah truk dengan
sebuah sebuah angkutan kota. Jika keduanya memiliki kecepatan yang
sama, maka jelas energi kinetik truk lebih besar jika dibandingkan dengan
energi kinetik yang dimiliki angkutan kota.
Untuk menentukan kecepatan sebuah benda jika energi kinetiknya
yang diketahui, kita dapat menggunakan persamaan matematik sebagai
berikut.
v = 2 Ek / m
2) Energi Potensial
Adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena benda
tersebutberada di suatu ketinggian tertentu. Energi potensial dinamakan juga
energi tempat atau energi diam, karena setiap benda yang memiliki energi
potensial dapat dipastikan memiliki berada pada suatu ketinggian.
Besarnya energi potensial yang dimiliki oleh suatu benda sangat
tergantung pada massa, percepatan gravitasi, dan ketinggiannya. Secara
matematis besarnya energi potensial suautu benda dapat dinyatakan
dengan:
Ep = m . g . h
Keterangan :
Ep = energi potensial (joule)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (ms-2)
h = ketinggian (m)
-
BERMUTU 37 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Untuk tempat-tempat yang sama misalkan di kota Bandung, energi
potensial benda menjadi semakin besar jika massanya semakin besar dan
posisi bendanya semakin tinggi.
Setelah anda memahami variabel-variabel yang dapat mempengaruhi
nilai energi potensial suatu benda, coba sekarang anda pikirkan
bagaimanakah caranya untuk menyelidiki energi potensial benda pada
beberapa posisi yang berbeda-beda ?
Salah satu cara yang dapat anda coba untuk menyelidiki hal tersebut
ditunjukkan oleh gambar dan kangkah-langkah kegiatan berikut ini.
1 m
g
h1
2 m
h2
3 m
h3
Siapkan sebutir kelereng, kemudian ikuti langkah-langkah kegiatan
sebagai berikut.
1) Jatuhkan kelereng dari suatu ketinggian ke atas meja; dengarkan bunyi
yang ditimbulkannya.
2) Jatuhkan kembali kelereng dari posisi yang lebih tinggi; dengarkan
kembali bunyi yang ditimbulkannya.
3) Ulangi langkah 2 untuk beberapa ketinggian yang berbeda.
4) Bandingkan keras bunyi yang ditimbulkannya untuk setiap perubahan
ketinggian kelereng.
Berdasarkan percobaan sederhana tersebut, apa yang dapat anda
simpulkan? Relevankah bunyi yang terjadi antara kelereng dan meja
sebagai pendeteksi besar-kecilnya energi potensial?
-
38 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Pada saat kelereng jatuh dari suatu ketinggian, berarti telah terjadi
perubahan dari energi potensial menjadi energi kinetik. Selanjutnya karena
kelereng menumbuk meja, maka energi kinetik yang dimiliki kelereng
berubah menjadi energi bunyi dan sedikit energi panas.Timbulnya bunyi
merupakan gejala yang paling mudah untuk diamati oleh kita.Untuk
membedakan besar-kecilnya energi potensial benda, kita dapat mengamati
keras-lemahnya bunyi yang muncul sebagai akibat tumbukan antara
kelereng dengan meja.Semakin keras bunyi yang ditimbulkan, semakin
besar energi potensialnya; sebaliknya semakin lemah bunyi yang
ditimbulkan, semakin kecil energi potensialnya.Jadi percobaan sederhana
tersebut cukup relevan dapat digunakan untuk membuktikan besar-kecilnya
energi potensial yang dimiliki oleh suatu benda.
c. Usaha dan Energi Kinetik
Kita tinjau sebuah mobil yang mulamula bergerak dengan kecepatan v1,
jika kemudian pedal gas ditekan lebih dalam oleh sang sopir, maka kecepatan
mobil tersebut berubah menjadi v2. Pada saat kecepatannya v1, energi kinetik
mobil tersebut adalah m v12, sedangkan pada saat kecepatannya v2, energi
kinetik mobil tersebut menjadi m v22. Perubahan energi kinetik yang dimiliki
mobil karena pada mobil tersebut dikerjakan gaya yang berasal dari mesinnya
sehingga mobil berpindah tempat.
Berarti, perubahan energi kinetik mobil tidak lain karena adanya usaha
pada mobil. Berdasarkan logika berpikir tersebut, dapat kita tuliskan hubungan
usaha dengan energi kinetik sebagai berikut.
W = Ek2 Ek1
atau :
F.s = m v22 - m v1
2
dimana :
F = gaya (Newton)
S = jarak perpindahan (m)
m v22 = energi kinetik akhir (joule)
m v12 = energi kinetik awal (joule)
-
BERMUTU 39 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
d. Usaha dan Energi Potensial
Misalkan kita memandang sebuah benda mula yang tergantung di h1 di
dekat permukaan Bumi.Kemudian benda tersebut ditarik vertikal ke atas tanpa
mengalami perubahan kecepatan, sehingga ketinggiannya berubah menjadi h2.
Karena pada saat mengubah ketinggian benda kita menggupayakan benda
tidak mengalami perubahan kecepatan, berarti gerak bendanya GLB. Dengan
kata lain, pada benda tersebut dapat dianggap sama sekali tidak terjadi
perubahan energi kinetik.
Usaha atau kerja yang dilakukan terhadap benda adalah W = F.h
Pada saat tergantung benda mengalami gaya gravitasi yang besarnya F = m.g
Berarti :
Besarnya usaha sehingga benda berpindah dari ketinggian h1 ke ketinggian
h2adalah :
W = F. h
W = m.g. h atau W = m.g.h2 - m.g.h1
F = m.g
Keterangan :
W = usaha (joule)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (ms-1)
h = ketinggian (m)
m.g.h2 = energi potensial akhir (joule)
m.g.h1 = energi potensial mula-mula (joule)
e. Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Bayangkan anda memegang sebuah penghapus pensil sambil berdiri,
kemudian penghapus tersebut anda lepas.Begitu penghapus dilepas,
penghapus jatuh ke arah permukaan bumi karena adanya pengaruh
gravitasi.Jika kita meninjau pergerakan penghapus selama jatuh, posisi
(ketinggian) penghapus secara bertahap terus berubah.Berarti, energi potensial
penghapus secara bertahap berkurang sesuai dengan perubahan
ketinggiannya.Berkurangnya energi potensial penghapus diimbangi dengan
meningkatnya energi kinetik. Jadi pengurangan energi potensial selalu diikuti
-
40 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
dengan penambahan energi kinetik penghapus. Ketika penghapus tepat
mencapai permukaan bumi, berarti energi potensial penghapus sama dengan
nol; tetapi pada saat yang bersamaan energi kinetiknya mempunyai nilai
maksimum.
Berdasarkan uraian tersebut dapat dikatakan bahwa pengurangan atau
hilangnya energi potensial penghapus pada setiap posisi secara spontan selalu
diikuti dengan penambahan atau digantikan dengan oleh energi kinetik
penghapus.Hal ini dapat diartikab bahwa pada setiap perubahan posisi
penghapus, nilai energi potensial dan energi kinetiknya selalu ada.
Penjumlahan kedua energi tersebut selalu sama; berarti nilai total kedua energy
bersifat kekal. Untuk jelasnya perhatikan gambar berikut ini.
1 g v = 0 2 v 0 h 3 4v = hampir max Ep1 Ek1 Ep2 Ek2 Ep3 Ek3 Ep4 Ek4
Berdasarkan gambar di atas,
Em1 = Em2 = Em3 = Em4
Dimana Em1 energi mekanik di posisi 1, Em2 energi mekanik di posisi 2, Em3
energi mekanik di posisi 3, Em4 energi mekanik di posisi 4, dan sebagainya.jika
kita masih berminat untuk meninjau gerakan penghapus di posisi lainnya yang
berbeda.
Misalkan kita hanya meninjau untuk dua kedudukan yang berbeda, maka:
Em1 = Em2
Atau
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
-
BERMUTU 41 BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
mgh1 + mv12 = mgh2 + mv2
2
f. Daya
Jika kita memperhatikan anak kecil dan orang dewasa memindahkan
barang, ternyata orang dewasa dapat lebih cepat dalam memindahkan barang
dibandingkan anak kecil. Kecepatan dalam melakukan usaha itulah yang
dimaksud dengan daya.
Secara matematis daya dapat dirumuskan dengan :
P = W/t
Keterangan :
P = daya (watt)
W = usaha (joule)
t = waktu (detik)
Satuan daya yang lain yang sering digunakan pada peralatan berat
adalah satuan tenaga kuda (Horse Power) Hp dimana 1 Hp = 746 Watt.
Berdasarkan hubungan diatas maka usaha atau kerja dapat dinyatakan
sebagai daya kali waktu dan yang sering digunakan adalah kilo-Watt (KWh).
Satu kilo watt menyatakan besarnya usaha atau kerja yang dilakukan oleh
suatu sistem yang bekerja dengan daya konstan 1 kilowatt selama satu jam.
6. TUGAS
1. Buatlah laporan hasil percobaan yang telah anda lakukan secara berkelompok.
2. Sebutkan beberapa peristiwa dalam kehidupan sehari-hari yang relevan
dengan kedua percobaan tersebut.
3. Serahkan laporan yang telah anda buat untuk diperiksa oleh guru pemandu.
7. EVALUASI
1. Sebuah gaya yang besarnya 100 N menyebabkan berpindahnya benda sejauh
3 m. Tentukan usahanya jika:
a. Arah gayanya searah dengan arah gerak benda
b. Arah gayanya membentuk sudut 300
c. Arah gayanya membentuk sudut 450
d. Arah gayanya membentuk sudut 600
-
42 BERMUTU BAB II KEGIATAN BELAJAR
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
e. Arah gayanya tegak lurus arah perpindahan
2. Sebuah mobil truk yang massa totalnya 2,5 ton mula-mula bergerak dengan
kecepatan 10 ms-1. Sang sopir kemudian menekan pedal gas sehingga lima
detik kemudian kecepatannya berubah menjadi 25 ms-1. Hitung:
a. Percepatan
b. Jarak tempuh
c. Usaha yang dilakukan mobil truk
d. Daya mobil truk
3. Pada sebuah balok yang massanya 30 kg bekerja dua buah gaya mendatar
yang saling berlawanan arah. Gaya-gaya tersebut masing-masing 150 N ke
arah kanan dan 350 N ke arah kiri. Gaya-gaya tersebut bekerja terhadap balok
selama 6 detik.
Tentukan:
a. Percepatan balok
b. Anggap gaya gravitasi nilainya tetap untuk jarak yang tidak terlalu besar
di atas permukaan bumi. Sebuah benda dijatuhkan tanpa kecepatan
awal dari ketinggian h di atas permukaan bumi. Berapakah energi
kinetik benda tepat sebelum sampai ke tanah.
-
BERMUTU 43 Better Education through Reformed Management and Universal Teacher Upgrading
BAB III
RANGKUMAN
Mekanika dapat dipelajari menjad ibagian-bagian yang satu dengan yang
lainnya menitik beratkan padahal yang ditinjaunya. Mekanika dapat dibedakan
menjadi: Kinematika, mempelajari permasalahan-permasalahan yang berkaitan
dengan gerak tanpa meninjau penyebab dari gerak tersebut. Dinamika, mempelajari
gerak benda dengan memperhatikan adanya pengaruh gaya terhadap gerak benda.
Statika, mempelajari kesetimbangan benda. Energi dan usaha, mempelajari akibat
yang ditimbulkan gaya terhadap suatu benda sehubungan dengan sifat yang dimiliki
gaya.
Energi selalu berkaitan dengan kemampuan melakukan usaha atau kerja
terhadap suatu benda. Pengertian usaha atau kerja dalam fisika berbeda dengan
pengertian usaha atau kerja dalam kehidupan sehari-hari. Usaha atau kerja dalam
kehidupan sehari-hari berkaitan dengan profesi suatu pekerjaan; sedangkan usaha
atau kerja dalam fisika menyatakan besarnya suatu gaya yang menyebabkan
berpindahnya suatu benda keposisi yang baru.
Gerak adalah perubahan posisi atau tempat kedudukan suatu benda terhadap
suatu titik yang menjadi acuannya. Suatu benda dikatakan dalam keadaan bergerak
apabila posisi atau tempat kedudukannya selalu berubah setiap saat terhadap suatu
titik acuan. Jika suatu benda bergerak, maka jaraknya menjadi berubah terhadap titik
acuan. Jarak adalah panjang lintasan yang ditempuh oleh suatu benda. Jarak
merupakan besaran skalar karena hanya mempunyai nilai tetapi tidak memiliki arah.
Berbeda halnya dengan jarak, perpindahan menyatakan perubahan posisi atau tempat
kedudukan benda dihitung dari posisi awalnya.
Jika variabel waktu diperhitungkan dalam pergerakan suatu benda, maka akan
ditemukan pengertian kelajuan atau speed didefinisikan sebagai panjang lintasan atau
jarak yang ditempuh oleh suatu benda tiap satuan waktu; sedangkan kecepatan atau
velocity didefinisikan sebagai perpindahan yang ditempuh suatu benda tiap satuan
waktu. Kecepatan rata-rata menyatakan perbandingan perpindahan benda dengan
waktu yang digunakan selama melakukan perpindahan tersebut. Kecepatan sesaat
adalah nilai limit dari kecepatan rata-rata dengan selang waktu yang mendekati nol.
-
44 BERMUTU BAB III RANGKUMAN
KINEMATIKA DAN DINAMIKA
Kenyataan yang adadalamkehidupansehari-harikecepatangerakbendaberubah-
ubah.Perubahankecepatanbendasetiapsatuanwaktudinamakanpercepatan.Jikakitamen
entukanrata-rata perubahan kecepatan persatuan waktu kita memperoleh percepatan
rata-rata. Jika kita meninjuanya untuk waktu yang sangat singkat diperoleh konsep
Percepatan sesaat.
Berdasarkan lintasannya gerak benda dapat dibedakan menjadi gerak lurus, gerak
parabola, dan gerak melingkar. Gerak lurus adalah gerak benda yang lintasannya
berbentuk garis lurus; Gerak Parabola, adalah gerak benda yang lintasannya
berbentuk parabola, dan Gerak Melingkar, adalah gerak benda yang lintasannya
berbentu lingkaran.
Berdasarkan kecepatannya gerak dapat dibedakan menjadi gerak lurus
beraturan (GLB) dan gerak lurus berubah beraturan (GLBB).
GerakLurusBeraturangerak benda yang lintasannya berupa garis lurus yang
kecepatannya selalu tetap setiap saat; sedangkan Gerak Lurus Berubah Beraturan
adalah gerak benda yang lintasannya berupa garis lurus yang kecepatannya selalu
berubah secara konstan. Jenis gerak lurus berubah beraturan dapat dibedakan
menjadi Gerak Jatuh Bebas (GJB ), Gerak Vertikal Ke atas ( GVA ), dan Gerak Vertikal
ke Bawah (GJB).
-
BERMUTU 45 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR PUSTAKA
1. Daryanto, 1997, Fisika Teknik, Penerbit Rineka Cipta & Bina diaksara, Jakarta.
2. Douglas C. Giancoli, 1994, Physics Principles with Applications, Prentice-Hall
International, Inc, Englewood Cliffs, NewJersey.
3. J.F. Gabriel, 1996, Fisika kedokteran, Penerbit Buku Kedokteran, Jakarta.
4. John Avison, 1983, The World of Physics, Thomas Nelson and Sons Ltd,
Nelson House Mayfield Road, Waston-on-Thames KK 12 5 PL.
5. Marthen Kanginan, 1989, Fisika SMA, Erlangga, Jakarta.
6. Schaim-Walter, 1989, Fisika PSSC, Erlangga, Jakarta.
7. Silvia Chaplin-John Keighley, 1981, Focus on Physics, second edition,
Wheaton adivision of Pergamon Press.
8. . (Team), 1986, Ilmu Pengetahuan Populer jilid 5, Grolier, Inc/PT
Widyadara, Jakarta.
-
46 BERMUTU DAFTAR PUSTAKA
KINEMATIKA DAN DINAMIKA