Post on 05-Oct-2015
description
PERANGKAT PEMBELAJARAN MODEL
DISKUSI
DISUSUN OLEH :
WIKA USIANA 12030184028
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN FISIKA
2014
SILABUS MATA PELAJARAN: FISIKA (PEMINATAN)
Satuan Pendidikan : SMAKelas / Semester : XI / IMata Pelajaran : FisikaAlokasi waktu : 2 x 45 menitKompetensi Inti :KI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.KI 2 : Mengembangkan perilaku (jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli, santun, ramah lingkungan, gotong royong, kerjasama, cinta
damai, responsif dan pro-aktif) dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan bangsa dalamberinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalampergaulan dunia.
KI 3 : Memahami dan menerapkan pengetahuan faktual, konseptual, prosedural dalam ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, danhumaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait fenomena dan kejadian, sertamenerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkanmasalah.
KI 4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinyadi sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.
KompetensiDasar
Materi Pokok Indikator Pembelajaran PenilaianAlokasiWaktu
Sumber Belajar
1.1 MenyadarikebesaranTuhan yangmenciptakandanmengaturalam jagadraya melaluipengamatan
Usaha dan Energi
Usaha Energi Potensial Energi Kinetik Energi Mekanik Hukum
Kekekalan energi
1.1.1 Mensyukuri nikmat
Tuhan dengan adanya
energy dapat
melakukan banyak
kegiatan bermanfaat.
2.1.1 Menyampaikan hasil
percobaan dengan
Mengamati
Siswa mengamatitemannya yangmendorong mejakemudian mejatersebut dapatberpindah tempat.
LP sikap
LPPengetahuan
LPketerampilan
2 x 45menit
Sumber
FISIKA SMA KelasXI, PenerbitErlangga
Panduan PraktikumFisika SMA,Erlangga
e-dukasi.net
fenomenaalam fisisdanpengukurannya
2.1 Menunjukkanperilakuilmiah(memiliki rasaingin tahu;objektif; jujur;teliti; cermat;tekun; hati-hati;bertanggungjawab;terbuka; kritis;kreatif;inovatif danpedulilingkungan)dalamaktivitassehari-harisebagai wujudimplementasisikap dalammelakukanpercobaan ,melaporkan,danberdiskusi.
jujur.
2.1.2 Mengerjakan soal
tentang usaha dan
energy dengan cermat
dan bertanggung
jawab.
3.3.1 Menyebutkan
pengertian usaha.
3.3.2 Menjelaskan
hubungan antara
energi dan usaha.
3.3.3 Menyelesaikan
permasalahan pada
soal energi kinetik.
3.3.4 Menganalisis
perubahan energi pada
fenomena buah jatuh
dari pohon.
3.3.5 Membandingkan besar
energi potensial dan
energi kinetik menurut
Menanyakan
Dari prosespengamatan makadiharapkan munculpertanyaan dalambenak siswamengapa mejatersebut dapatberpindah tempatketika didorong oleh
salah satu temannya?Pertanyaan ini dapatdikembangkansebagai tanya jawabyang akanmengarahkan siswake konsep yang akandi pelajari.
Menalar
Memberikanhandout.
Menyelenggarakandiskusi
Mengakhiri diskusi
Melakukan tanyajawab sekilasmateri diskusi
Alat1. Papanluncurbi
dang miring
2. Troly
3. Tali
4. Neracapegas
3.3 Menganalisiskonsep energi,usaha, hubunganusaha danperubahan energi,dan hukumkekekalan energiuntukmenyelesaikanpermasalahangerak dalamkejadian sehari hari.
4.3 Memecahkanmasalah denganmenggunakanmetode ilmiahterkait dengankonsep gaya, dankekekalan energi.
hukum kekekalan
energi hukum
kekekalan energi pada
soal tersebut.
4.3.1 Melakukan percobaan
tentang Usaha
Mencoba
Melakukanpercobaan ataueksperimen tentangusaha.
Mengomunikasikan
Melakukan presentasihasil laporanpercobaan tentangusaha
RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
(RPP)
Satuan Pendidikan : SMA
Mata Pelajaran : Fisika
Kelas/ Semester : XI /I (satu)
Materi Pokok : Usaha dan Energi
Alokasi Waktu : 1 x 45 menit
I. Kompetensi Inti:
1. Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.
2. Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab,
peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsive dan
proaktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai
permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan social
dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam
pergaulan dunia.
3. Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual,
konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya
tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan
wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait
penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan
procedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan
minatnya untuk memecahkan masalah.
4. Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak
terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara
mandiri, bertindak secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan
metoda sesuai kaidah keilmuan
II. KOMPETENSI DASAR
1.1 Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad rayamelalui pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya
2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti;cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatifdan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujudimplementasi sikap dalam melakukan percobaan , melaporkan, dan berdiskusi.
3.3 Menganalisis konsep energi, usaha, hubungan usaha dan perubahan energi,dan hukum kekekalan energi untuk menyelesaikan permasalahan gerak dalamkejadian sehari hari.
4.3 Memecahkan masalah dengan menggunakan metode ilmiah terkait dengan
konsep gaya, dan kekekalan energi.
III. INDIKATOR
1.1.1 Mensyukuri nikmat Tuhan dengan adanya energy dapat melakukan banyak
kegiatan bermanfaat.
2.1.1 Menyampaikan hasil percobaan dengan jujur.
2.1.2 Mengerjakan soal tentang usaha dan energy dengan cermat dan bertanggung
jawab.
3.3.1 Menyebutkan pengertian usaha.
3.3.2 Menjelaskan hubungan antara energi dan usaha.
3.3.3 Menyelesaikan permasalahan pada soal energi kinetik.
3.3.4 Menganalisis perubahan energi pada fenomena buah jatuh dari pohon.
3.3.5 Membandingkan besar energi potensial dan energi kinetik menurut hukum
kekekalan energi
4.3.1 Melakukan percobaan tentang usaha.
IV. TUJUAN
1. Disajikan suatu fenomena, siswa mensyukuri nikmat Tuhan dengan adanya
energy dapat melakukan banyak kegiatan bermanfaat.
2. Siswa menyampaikan hasil percobaan dengan jujur.
3. Siswamampu mengerjakan soal tentang usaha dan energy dengan cermat dan
bertanggung jawab.
4. Diberikan suatu persoalan, siswa menyebutkan pengertian usaha.
5. Diberikan studi kasus, siswa dapat menjelaskan hubungan antara energi dan
usaha.
6. Siswa dapat menyelesaikan permasalahan pada soal energi kinetik.
7. Siswa dapat menganalisis perubahan energi pada fenomena buah jatuh dari
pohon.
8. Diberikan soal tentang energi kinetik dan energi potensial, siswa dapat
membandingkan besar energi kinetik dan energi potensial menurut hukum
kekekalan energi pada soal tersebut.
9. Dilakukan percobaan tentang usaha, siswa dapat menyimpulkan dan
mempresentasikan hasil percobaan
V. METODE PEMBELAJARAN
Model : diskusi
Pendekatan : Scientific
Metode : diskusi, presentasi dan tanya jawab
VI. MATERI AJAR
Dalam Fisika kata usaha dapat diartikan sebagai hasil kali gaya dengan
perpindahan. Yang dirumuskan sebagai berikut : W = F x s. Energi akan berguna
jika telah berubah bentuk.energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam
suatu benda akibat kedudukan atau posisi benda tersebut dan suatu saat dapat
dimunculkan. Enegi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena
gerakannya.Jadi, setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Contohnya,
energikinetik dimiliki oleh mobil yang sedang melaju, pesawat yang sedang
terbang,dan anak yang sedang berlari. Hukum Kekekalan Energi
Mekanikmenyatakanbahwa energi mekanik benda tetap. Hukum ini berlaku
apabila tidak terdapat gaya luar yang bekerja pada benda.
EM1 = EM2
EK1 + EK1 = EP2 + EK2
VII. MEDIA, ALAT DAN SUMBER BELAJAR
Media : power point, LKS, Lembar penilaian (sikap, pengetahuan danketerampilan)
Alat :1. Papan luncur bidang miring
2. Troly
3. Tali
4. Neraca pegas
5. Meteran
Sumber belajar :
FISIKA SMA Kelas XI, Penerbit Erlangga Panduan Praktikum Fisika SMA, Erlangga e-dukasi.net
VIII. KEGIATAN BELAJAR MENGAJAR
No. Bagian Fase waktu
1. Pendahuluan Guru mengucapkan salam. Guru memberikan motivasi awal sebagai
berikut:Siswa mengamati temannya yang mendorongmeja kemudian meja tersebut dapat berpindahtempat. (Mengamati)
Dari proses pengamatan maka diharapkanmuncul pertanyaan dalam benak siswamengapa meja tersebut dapat berpindahtempat ketika didorong oleh salah satutemannya? (Menanya)Pertanyaan ini dapat dikembangkan sebagaitanya jawab yang akan mengarahkan siswa kekonsep yang akan di pelajari.
Guru menyampaikan tujuan pembelajaran
5 menit
2. Kegiatan Inti Menyampaikan tujuan diskusi dan
mengatur setting
Guru menyampaikan tujuan diskusi yaitu
untuk mendiskusikan tentang usaha
yang berhubungan dengan motivasi
awal
Guru mengatur setting diskusi, kemudian
membagikan hand out
Mengarahkan diskusi
Pembagian kelompok. Setiapkelompok
terdiri dari 4 siswa.
Guru membuat kesepakatan aturan
diskusi dengan siswa, misalnya
mengacungkan tangan jika ingin
35
menit
bertanya atau mengemukakan gagasan
Menyelenggarakan diskusi
Guru memberikan isu diskusi yaitu
berupa pertanyaan :
Apa yang kamu ketahui tentang
perbedaanusaha dalam fisika dengan
usaha dalam kehidupan sehari-hari?
Apa hubungan usaha dan energi?
Guru sebagai Leader diskusi yang
mempunyai tugas sebagai berikut :
Guru memonitor antaraksi siswa dalam
menyampaikan pendapat pada waktu
diskusi.
Guru meminta siswa untuk saling
mengemukakan pendapatnya.
Guru menyimak pendapat-pendapat
siswa.
Guru menyampaikan gagasannya.
Guru membuat catatan diskusi.
Guru membagikan LKS dan meminta
siswa untuk melakukan percobaan
tentang usaha.
Siswa melakukan presentasi tentang
percobaan tentang usaha
Siswa berdiskusi kelas untuk memperoleh
pemahaman
Mengakhiri diskusi
Siswa menyimpulkan hail diskusi sesuai
pemahamannya.
Guru menyimpulkan hasil diskusi
berdasarkan gagasan siswa dan gagasan
guru yang sesuai dengan motivasi awal
dan materi usaha dan energi
Melakukan tanya jawab singkat tentang
proses diskusi
Guru mengevaluasi proses diskusi dengan
siswa, apakah diskusi sudah berjalan
sesuai aturan atau belum.
3. Penutup Guru meminta siswa merangkum pelajaran
berdasarkan hasil diskusi
Siswa diberi tugas untuk membaca materi
Fluida dinamis untuk pertemuan yang akan
datang.
Guru mengakhiri pelajaran hari ini
5 menit
IX. PENILAIAN
Penilain pengetahuan (Terlampir) Penilaian keterampilan (Terlampir)
Penilaian sikap (Terlampir)
Tanggal Percobaan ..../..../.....
Kelompok/kelas :
Anggota kelompok :
Judul Percobaan : Usaha
Tujuan percobaan : Menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi usaha
A. AlatdanBahan
1. Papan luncur bidang miring
2. Troly
3. Tali
4. Neraca pegas
5. Meteran
B. Variabel Percobaan
1. Variabel manipulasi :
2. Variabel Kontrol :
3. Variabel Respon :
C. Rancangan Percobaan
Lembar kerja siswa
Gambar a Gambar b
D. Langkah Percobaan
1. Menyusun alat dan bahan seperti gambar di atas
2. Menentukan jarak untuk menggerakkan/menarik trolly (misalnya 1 meter)
3. Menarik trolly ke atas dan perhatikan angka yang ditunjukkan neraca pegas
4. Mencatat hasilnya dalam tabel
5. Mengulangi langkahlangkah di atas dengan jarak dan rancangan percobaan berbeda.
E. Tabel Hasil Pengamatan
No Jarak (s) Gaya (F) Usaha (W) = F x s
Perc. A Perc. B Perc. A Perc. B
1 25cm
2 50 cm
3 75 cm
4 100 cm
5 125 cm
F. Analisis
......................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
G. Kesimpulan
......................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
Judul Percobaan : Usaha
Variabel percobaan : manipulasi (jarak dan lintasan)
kontrol (massa troly dan sudut kemiringan),
respon (besar usaha)
Tabel hasil Pengamatan
No Jarak (s) Gaya (F) Usaha (W) = F x s
Perc. A Perc. B Perc. A Perc. B
1 25cm 25 N 20 N 6,25 J 5 J
2 50 cm 35 N 30 N 17,5 J 15 J
3 75 cm 50 N 40 N 37,5 J 30 J
4 100 cm 65 N 50 N 65 J 50 J
5 125 cm 80 N 60 N 100 J 75 J
Analisis : untuk menarik troly diatas lintasan bidang miring dibutuhkan usaha. Untuk
menarik troly terdpat dua metode yaitu menaiki bidang miring seperti gambar a dan menuruni
bidang miring seperti gambar b. Usaha yang diperlukan pada percobaan gambar a lebih besar
dibandingkan percobaan pada gambar b. Hal ini disebabkan adanya gaya berat yang
dipengaruhi gaya gravitasi yang menarik benda-benda ke bawah sehingga tanpa usaha yang
besar, troly dapat turun dengan cepat dan mudah. Namun pada percobaan a troly bergerak
melawan gaya gravitasi sehingga dibutuhkan usaha yang lebih besar untuk sampai pada jarak
tertentu. Pada kedua jenis percobaandiperoleh besar usaha sebanding dengan jarak yang
ditempuh benda. Semakin jauh jarak yang ditempuh maka usaha yang dilakukan semakin
besar.
Kesimpulan : Besar usaha yang dilakukan benda pada lintasan bidang miring dipengaruhi
oleh jarak (perpindahan) dan gaya yang diberikan.
Kunci lembar kerja siswa
PENILAIAN KETERAMPILAN
Mata Pelajaran : Fisika (Peminatan)
Percobaan : Menentukan Hubungan Konsep Gaya Dengan Hukum Kekekalan Energi Pada Fenomena Gerak Jatuh Bebas
Kelas/ Semester : XI/1 (Satu)
Petunjuk:
1. Amati aktivitas siswa sesuai dengan aspek keterampilan yang dinilai saat melakukan percobaan bersama kelompoknya
2. Berilah tanda checklist () pada kolom skor sesuai dengan rubrik penilaian
N
oAspek yang dinilai
SkorTotal
skor
Skor yang
diperolehKelompok 1 Kelompok 2 Kelompok 3
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1. Merangkai alat dan bahan
2.
Menentukan jarak untuk
menggerakkan atau menarik
trolly
3.
Mencatat angka yang tertera
pada nerca pegas di setiap
percobaan
4.Mengulangi percobaan
dengan jarak yang berbeda
5.Menentukan usaha pada
setiap percobaan
RUBRIK PENILAIAN KETERAMPILAN
No. Aspek yang dinilaiSkor
1 2 3 4
1.Merangkai alat dan
bahan
Siswa berkelompok
meminta bantuan
kelompok lain untuk
merangkai alat dan
bahan
Siswa berkelompok
merangkai alat dan
bahan tidak sesuai
gambar rancangan
percobaan
Siswa berkelompok
dapat merangkai alat dan
bahan sesuai dengan
gambar rancangan
percobaan dengan
bantuan guru
Siswa berkelompok
dapat merangkai alat dan
bahan sesuai gambar
rancangan percobaan
dengan benar tanpa
bantuan guru
2.
Menentukan jarak untuk
menggerakkan atau
menarik trolly
Siswa berkelompok
kurang terampil
menggunakan alat ukur
panjang untuk
menentukan jarak
lintasan
Siswa berkelompok
dapat menggunakan alat
ukur panjang untuk
menentukan jarak
lintasan dengan bantuan
kelompok lain
Siswa berkelompok
dapat menggunakan alat
ukur panjang untuk
menentukan jarak
lintasan dengan bantuan
guru
Siswa berkelompok
terampil menggunakan
alat ukur panjang untuk
menentukan jarak
lintasan tanpa bantuan
guru
3.
Mencatat angka yang
tertera pada neraca
pegas di setiap
percobaan
Siswa berkelompok
tidak dapat membaca
angka yang tertera pada
neraca pegas
Siswa berkelompok
dapat membaca angka
yang tertera pada neraca
pegas dengan bantuan
kelompok lain
Siswa berkelompok
dapat membaca,
mencatat angka pada
neraca pegas dengan
bantuan guru
Siswa berkelompok
dapat membaca,
mencatat angka pada
neraca pegas tanpa
bantuan guru dengan
benar
4.
Mengulangi percobaan
dengan jarak yang
berbeda
Siswa berkelompok
hanya melakukan satu
kali percobaan
Siswa berkelompok
melakukan 2-5 kali
percobaan
Siswa berkelompok
melakukan 6-9 kali
percobaan
Siswa berkelompok
melakukan lebih dari
atau sama dengan 10
kali percobaan
5.Menentukan usaha pada
setiap percobaan
Siswa berkelompok
tidak menentukan usaha
pada tiap percobaan
Siswa berkelompok
dapat menentukan usaha
pada tiap percobaan
namun masih ada
kekeliruan
Siswa berkelompok
dapat menentukan usaha
pada tiap percobaan
dengan benar tetapi
tidak lengkap (hanya
besaran saja)
Siswa berkelompok
dapat menentukan usaha
pada tiap percobaan
lengkap (besaran dan
satuan) dengan benar
= 16 100
PENILAIAN SIKAP
Mata Pelajaran : Fisika (Peminatan)
Materi : Usaha dan Energi
Kelas/Semester : XI /1(Satu)
Petunjuk:
1. Amati aktivitas siswa saat pembelajaran dari pendahuluan hingga penutup
2. Beri tanda checklist () pada kolom Ya atau Tidak sesuai dengan aktivitas yang dilakukan siswa
3. = " " 100No Nama
Sikap yang dinilai
Skor yang
diperoleh
Menyampaikan hasil
percobaan dengan
jujur saat presentasi
Mengerjakan soaldengan cermat
Tidak menconteksaat mengerjakan
soal
Mengembalikan alatdan bahan percobaan
ke tempat semula
Ya Tidak Ya Tidak Ya Tidak Ya Tidak
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
PENILAIAN PENGETAHUAN
No. Indikator Bentuk Soal Ranah Kunci Jawaban Rubrik Penilaian
1.Siswamenyebutkanpengertian usaha
Apa yang dimaksud dengan usahadalam fisika?
C1
Usaha adalah hasil kali perpindahandengan gaya yang menyebabkannya.Secara matematis, persamaannya:= .
5
2.
Siswamenjelaskanhubungan antaraenergi dan usaha
Bagaimana kaitannya usaha danenergi dalam fisika?
C2
Dalam fisika, usaha tidak dapatdipisahkan dari gaya dan perpindahan.Kemampuan untuk melakukan usaha(kerja) ini disebut dengan energi. Jadi,setiap benda dapat melakukan usahajika benda tersebut mempunyai energi.
15
3.
Siswa dapatmenyelesaikanpermasalahanpada soal energikinetik
Sebuah benda yang sedang bergerakmemiliki energi kinetik sebesar 90 J.Jika massa benda 5 kg, kecepatanbenda adalah . . .
C3
Diketahui: = 90 Jm = 5 kg
Ditanya:v
Jawab: = 1290 = 125= 2.905 = 36= 6 /
30
4.
Siswa dapatmenganalisisperubahan energipada fenomenabuah jatuh daripohon
Amati ilustrasi gambar berikut.
C4
Buah yang berada di pohonnyamempunyai ketinggian tertentu. Inimenyebabkan ia mempunya energipotensial. Ketika buah tersebut jatuhdari pohon, ia mempunyai energikinetik karena kecepatannya
20Buah jatuhdari pohon
Coba jelaskan bagaimana perubahanenergi yang terjadi pada peristiwabuah jatuh dari pohon tersebut!
bertambah (mengalami pergerakan).Jadi, pada peristiwa buah jatuh daripohon terjadi perubahan energipotensial menjadi energi kinetik.
5.
Diberikan soaltentang energikinetik dan energipotensial, siswadapat menentukanhukum kekekalanenergi pada soaltersebut
Pada percobaan seperti di bawah ini,sebuah benda dijatuhkan bebas dariketinggian h dengan tanpakecepatan. Posisi B pada ketinggian1/4 h dari lantai. Hitunglahperbandingan besar energi potensialbenda dengan energi kinetik bendadi posisi B (beserta penjelasan)!
C5
Diketahui: = = 14Ditanya: Jawab:Menurut hukum kekekalan energi,energi tidak berkurang dan juga tidakbertambah pada proses apapun. Energidapat diubah dari satu bentuk kebentuk lain, dan dipindahkan dari satubenda ke benda yang lain, tetapijumlah totalnya tetap konstan.Persamaannya menjadi:=+ = +Karena = 0 maka = 00 + = += = = ...
(1)Subtitusi pers. (1)= = ... (2)Dari pers. (1) dan (2)
30
h
h
A
B
= 14 34 = 1: 3
1
2
alih energi karena laju usaha yang
gaya adalah dilakukan adalah
jenisnya didasarkan pada
faktor
disebabkan
oleh gaya sentripetal disebabkan berupa
oleh gaya pegas
didasarkan pada didasarkan pada contoh
faktor faktor dapat berlaku berlakuberupa
PETA KONSEP
ENERGI USAHA DAYA
EnergiPotensial
EnergiKinetik
EnergiMekanik
Gaya Perpindahan
Kecepatan
EnergiPotensialGravitasi
EnergiPotensialPegas
GayaListrik
GayaMagnet
GayaGravitasi
PosisiVertikal
Simpangan
GayaKonservatif
Gaya takkonservatif
Hukum KekekalanEnergi Mekanik
GayaGesek
TeoremaUsaha-Energi
3
A. Usaha dan Energi
Di SMP Anda telah mempelajari tentang konsep usaha, energi, dan daya. Dalam sub babini pembahasan ketiga konsep diperlukan sam[ai ke masalah kuantitatif yang lebih rumit. Marikita awali dengan membahas konsep usaha.
1. Usahaa. Apa beda Usaha dalam fisika dan dalam keseharian?
Di SMP Anda telah mengetahui bahwa ada beda pengertian antara usaha dalam fisika danusaha dalam keseharian. Dalam keseharian, usaha diartikan sebagai segala sesuatu yangdikerjakan oleh manusia. Beberapa contoh:
(1) Yanto berusaha keras mempelajari materi logika matematika yang akan diujikan minggudepan.
(2) Hilda berusaha sekuat tenaga mendorong mobil temannnya yang mogok tetapi tidakbergerak.
Apakah pengertian usaha dalam fisika sama seperti kedua contoh keseharian ini? Sebagaisuatu besaran fisika, usaha dalam fisika memiliki pengertian yang khas. Usaha dalam fisikahanya dilakukan oleh gaya yang bekerja pada benda, dansuatu gaya dikatakan melakukan usahapada benda hanya jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah. Sebagai contoh:(1) Hilda mengerahkan gaya ototnya untuk mendorong mobil temannya tetapi mobil tidak
bergerak. Disini gaya otot Hilda dikatakan tidak melakukan usaha pada mobil. Ini karenagaya otot Hilda tidak menyebabkan mobil berpindah.
(2) Atlet pada gambar 3.1 mengerahkan gaya ototnya untuk mengangkat barbel dari lantai keatas kepalanya, kemudian menahan barbel itu sejenak diatas kepalanya. Disini gaya ototatlet dikatakan melakukan usaha ketika mengangkat barbel diatas kepalanya. Ini karenagaya otot atlet memindahkan posisi barbel dari lantai ke atas kepala. Apakah usaha jugadilakukan oleh gaya otot atlet ketika ia menahan barbel sejenak diatas kepalanya?
b. Rumus usaha
Di SMP Anda telah mengetahui bahwa usaha berhubungan dengan gaya dan perpindahan.Usaha (diberi lambang W, dari bahasa inggris work) didefinisikan sebagai hasil kalikomponen gaya searah perpindahan (Fx) dengan besar perpindahannya (x).
Secara matematis, definisi ini ditulis dengan rumus
(3-1a)W = Fx x
4
(bedakan antara lambang huruf besar W, yang menyatakan usaha, dan lambang huruf kecil w,yang menyatakan gaya berat benda).
Untuk gaya (F) searah dengan perpindahan (x), Fx = F maka usaha (W) dapat dinyatakansebagai
(3-1b)
Untuk gaya (F) membentuk sudut terhadap perpindahan x, maka Fx = F cos
(Gambar 3.2),maka
(3-1c)
Dengan 0 180 0 adalah sudut terkecil antara F dan x.
Dalam SI, satuan usaha adalah joule (J), satuan gaya adalah newton, dan satuanperpindahan adalah meter, sehingga sesuai persamaan (3-1b), diperoleh
Dari hubungan diatas, dapatkah Anda mendefinisikan satu joule?
Satu joule adalah usaha yang kecil. Sebagai contoh, usaha untuk melempar bola adalah 20J. Oleh karena itu, satuan yang lebih sering digunakan adalah kelipatan sepuluhnya (1 kJ =1000 J; 1MJ = 1.000.000 J). Dalam keseharian, sering juga dijumpai satuan erg dan kalori,dengan
Menggunakan persamaan (3-1c) untuk menghitung usaha sangatlah mudah. Misalnya Andamenarik balok pada lantai mendatar dengan gaya F = 200 N yang membentuk sudut = 370
terhadap arah mendatar. Balok berpindah sejauh 5 m, maka usaha yang dikerjakan gaya tarikAnda F sesuai persamaan (3-1c) adalah
w = F x cos
= 200 N (5 m) cos 370
W = F x
W = F x cos
1 joule = 1 newton meter
1 erg = 10-7 joule dan 1 kalori = 4,2 joule
5
= 1000 x 0,8 J = 800 J
Usaha sebagai perkalian dot
Dalam matematika vektor dikenal dua operasi perkalian, yaitu perkalian dot , yang disebutjuga perkalian skalar karena hasilnya merupakan besaran skalar, dan perkalian cross (silang),yang disebut juga perkalian vektor karena hasilnya merupakan besaran vektor.
Perkalian dot antara dua vektor A dan B didefinisikan sebagai
(3-2a)
Dengan adalah sudut terkecil antara vektor A dan vektor B.
Suatu vektor dapat dinyatakan dalam vektor satuan i dan j yang telah Anda kenal padabab 1. Bagaimanakah hasil perkalian dot dari kedua vektor satuan?
i . i = ii cos 00 = 1 x 1 (1)
i . i = ii cos 900 = 1 x 1 (0)
Misalkan A = Ax i + Ay j dan
B = Bx i + By j
Maka A.B = (Ax i + Ay j) . (Bx i + By j)
(3-2b)
Jika Anda bandingkan perkalian dot pada (3-2a) dan rumus usaha W = Fx cos pada
(3-1c) maka tampak usaha sebagai besaran skalar dapat Anda nyatakan sebagai perkalian dotantara vektor gaya F dan vektor perpindahan s.
(3-3)
Misalnya diketahui vektor gaya F = (8i + 6j) Newton dan vektor perpindahan s = 10i, makausaha W yang dikerjakan gaya F adalah
W = F.s
= ((8i + 6j). (10i)
= 80 J
A.B = AB cos
A.B = Ax Bx + Ay By
W = F.s = Fs cos
6
c. Menghitung Usaha dari Grafik F-x
Misalkan pada suatu benda bekerja gaya konstan F sehingga menyebabkan benda berpindahsearah gaya F dari posisi awal x = x1 ke posisi akhir x = x2. Usaha yang dilakukan gaya konstaninidapat kita hitung dengan persamaan (3-1b) : W = F x = F(x2- x1).
Jika kita gambarkan grafik gaya F terhadap posisi benda (x), maka kita peroleh grafikseperti pada Gambar 3.3. Mari kita hitung
Luas raster di bawah grafik F-x dengan batas x = x1 sampai dengan x = x2 (Gambar 3.3), kitaperoleh
Luas raster = luas persegi panjang
= panjang x lebar
= Fx = F(x2-x1)
Tampak bahwa usaha yang dihitung dari persamaan sama dengan usaha yang dihitung dariluas raster di bawah grafik F-x. Apakah pernyataan itu juga berlaku jika gaya F tidak konstanmelainkan berubah posisi, seperti pada Gambar 3.4? Ternyata pernyataan tersebut juga berlakusehingga dapat kita generalisasi sebagai berikut.
Untuk grafik F-x (gaya terhadap posisi ) diketahui atau dapat digambarkan, usaha yangdilakukan oleh gaya F untuk berpindah dari posisi awal x =x1 ke posisi akhir x = x2, sama denganluas raster di bawah grafik F-x dengan batas x = x1 sampai dengan x = x2.
7
Secara singkat,
(3.4)
d. Usaha oleh berbagai gaya
Dalam kehidupan nyata, hampir tidak pernah kita temukan kasus dimana pada suatu bendahanya bekerja sebuah gaya tunggal. Misalnya, ketika Anda menarik sebuah balok sepanjanglantai, selain gaya tarik Anda, pada balok juga bekerja gaya-gaya lain, seperti gaya gesekanantara balok dan lantai, gaya hambatan angin, dan gaya normal. Bagaimanakah kita menghitungusaha oleh berbagai gaya ini?
Telah Anda ketahui bahwa usaha termasuk bessaran skalar. Besaran skalar dijumlahkandengan cara aljabar biasa. Oleh karena itu,
Misalkan u dilakukan usaha yang dilakukan oleh gaya F1 adalah W1, oleh gaya F2 adalah W2,oleh gaya F3 adalah W3, dan seterunya, maka usaha total adalah
(3-5)
Usaha sebagai Integral
Ada dua kasus yang memerlukan pemakain integral untuk menghitung usaha yang dilakukangaya pegas. Kasus kedua adalah usaha oleh gaya tetap ynag bekerja pada lintasan lengkung (arahlintasan selalu berubah). Mari kita bahas dahulu usaha yang dilakukan oleh gaya F tetapsepanjang gerak melengkungnya.
Telah dibahas dalam persamaan (3-4) bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya bisa dihitung dariluas di bawah kurva sama dengan menghitung intregal fungsi F terhadap x.
Usaha (3-6)
2. Energia. Bentuk dan Sumber Energi
Di SMP Anda telah mengetahui bahwa energi adalah sesuatu yang dibutuhkan oleh benda agarbenda dapat melakukan usaha. Mobil yang kehabisan bensin (energi kimia) tidak dapat lagibergerak (melakukan usaha). Di SMP Anda juga telah mengetahui bahwa energi dapat hadir
Usaha = luas raster di bawah grafik F-x
Usaha total oleh berbagai gaya yang bekerja pada suatu benda diperoleh dengan caramenjumlahkan secara aljabar biasa.
W total = W1 + W2 + W3 +... .
W = . = . cos
8
dalam bentuk lain. Lima bentuk utama energi adalah energi mekanik, energi kalor, energikimia, energi elektromagnetik ( listrik, magnet, dan cahaya), dan energi nuklir.
Di SMP Anda juga telah mengetahui bahwa energi dapat berubah bentuk. Misalnya padabola lampu listrik, energi listrik diubah menjadi energi cahaya dan energi kalor. Peristiwaperubahan bentuk energi disebut konversi energi , sedangkan alat konversi energi disebutkonverter energi.
Di SMP Anda juga telah mengetahui ada berbagai sumber energi, seperti energimatahari, energi fosil, energi angin, energi air, energi gelombang, energi panas bumi, danenergi nuklir. Hampir semua sumber energi ini, kecuali energi panas bumi, berasal dari energimatahari. Misalnya energi fosil (minyak, gas, dan batu bara) adalah energi matahari yangtersimpan dalam bangkai-bangkai organisme kecil yang tertinggal pada tumbuhan - tumbuhandan tertimbun dalam jangka waktu 600 juta tahun lalu.
Sumber energi dibagi atas dua, yaitu energi tak terbaharui, seperti energi fosil danenergi nuklir fisi, dan sumber energi terbaharui, seperti energi matahari, energi angin, energiair, dan energi gelombang.
b. Energi Kinetik(1) Pengertian dan rumus energi kinetik
Di SMP Anda telah mendefinisikan energi kinetik secara kualitatif. Energi kinetik adalahenergi yang dimiliki benda karena gerakannya (atau kecepatannya). Anak panah yang lepasdari busurnya memiliki energi kinetik sehingga anak panah dapat melakukan usaha, yaitumenancap pada target. Nama energi kinetik diperkenalkan pertama kali oleh Lord Kelvin,fisikawan Inggris. Kata kinetik berasl dari bahasa Yunani yang berarti gerak.
Gambar 3.9 benda bermassa m didorong dengan gaya F dan berpindah sejauh x.
Rumus energi kinetik (3-7)
(2) Teorema usaha-energi
Saat anda mendorong sebuah peti diatas lantai datar yang licin, hanya gaya dorong Anda yangmelakukan usaha pada peti, dan ternyata kelajuan peti bertambah. Kelajuan peti bertambahberarti energi kinetik peti juga bertambah.
EK =
9
Gambar 3.10 sebuah benda bermassa m berpindah sejauh x dan kelajuannya berubah dari v1menjadi v2.
Gaya konstan F akan mempercepat benda sesuai dengan hukum II Newton, F = ma. Jika kitakalikan kedua ruas kiri akan tampil usaha yang dilakukan gaya pada benda.
(3-8)
Teorema Usaha-energi
(3-9)
Persamaan (3-9) dapat kita nyatakan dengan pernyataan berikut.
B. Energi Potensial, Energi Kinetik, dan Energi Mekanik1. Energi Potensial
Di SMP Anda telah telah mendefinisikan energi potensial sebagai energi yang dimiliki bendakarena letaknya atau posisinya. Nama energi potensial diusulkan pertama kali oleh seoranginsinyur Skotlandia, William J.M Rankie (1820-1872). Ia mengusulkan nama energi potensial inipada tahun 1853 karena ia melihat bahwa pada posisi ini secara potensial benda memiliki energikinetik.
Fx = m(a x)
Wres = EK = EKak - EKaw
= 2 1Teorema Usaha-Energi
Usaha yang dilakukanoleh gaya resultan yang bekerja pada suatu benda sama denganperubahan energi kinetik yang dialami benda itu, yaitu enrgi kinetik akhir dikurangenergi kinetik awal.
10
1. Energi PotensialEnergi Potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena kedudukannya atauposisinya.
Rumus Energi Potensial
(3-21)
2. Energi Kinetik
Energi Kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena gerakannya atau kecepatannya. Jadi,setiap benda yang bergerak mempunyai energi kinetik.
Rumus Energi Mekanik(3-22)
3. Hukum Kekalan Energi Mekanik
Energi Mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik.
(3-23)
EPkons = mgh
EK =
EM = EP + EK
11
Hukum kekekalan energi mekanik berbunyi sebagai berikut
Jika pada suatu sistem hanya bekerja gaya-gaya dalam yang bersifat konservatif(tidak bekerja gaya luar dan gaya dalam tak konservatif), maka energi mekanik sistempada posisi apa saja selalu tetap (kekal). Artinya energi mekanik sistem pada posisiakhir sama dengan energi mekanik sistem pada posisi awal.
12
Daftar pustaka
Kanginan.Marthen.20014. FISIKA untuk SMA/MA Kelas XI kurikulim 2013. Jakarta :Penerbit Erlangga.
Zaelani.Ahmad,dkk.2011. 1700 BANK SOAL Bimbingan Pemantapan FISIKA UntukSMA/MA. Bandung : Yrama Widya.
http://mediabelajaronline.blogspot.com/2010/11/usaha-dan-energi.html diakses padatanggal 28 November 2014 pukul 12:00
http://inovasi-wwwagustyok.blogspot.com/2011/11/latihan-soal-soal-gaya-usaha-dan-energi.html diakses pada tanggal 28 November 2014 pukul 12:10
http://phisiceducation09.blogspot.com/2013/03/energi-potensial-kinetik-dan-mekanik.html diakses pada tanggal 1 Desember 2014 pukul 7:55
https://hidayatakhmadtitinstkippgrisda.wordpress.com/besaran-dan-vektor/ diaksespada tanggal 1 Desember 2014 pukul 7:57
COVER.pdfSILABUS diskusi.pdfRPP USAHA.pdfLKS diskusi.pdfPENILAIAN KETERAMPILAN & RUBRIK.pdfPENILAIAN SIKAP & RUBRIK.pdfPENILAIAN PENGETAHUAN.pdfbuku siswa usaha dan energi.pdf