Fisika Dasar - UNRAM Fisika Dasar...BAB III POKOK BAHASAN FISIKA A. PENGUKURAN & KETIDAKPASTIAN...

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA v

Fisika DasarPendekatan Berpikir Kausalitik

Penulis:Dr. Joni Rokhmat, M.Si.

Lay Out:Muzani

Desain Cover:M. Tahir

Penerbit Arga Puji Press Mataram LombokJl. Berlian Raya Klaster Rinjani 11, Peruma Bumi Selaparang Asri,Midang, Gunung Sari, Lombok Barat NTB, Tlp: 081-93-1234-271e-mail: [email protected]. Web site: www.argapuji.com

Cetakan Pertama, Juli 2017

Hak Cipta dilindungi Undang-UndangAll Right Reserved

Penerbit Arga Puji Press Mataram LombokFisika Dasar dengan Pendekatan Berpikir Kausalitik – Joni Rokhmat –Lombok Barat, Nusa Tenggara Barat, Penerbit Arga Puji Press, 2017

Xxvi + 321 hlm. 24 cm x 16 cm.ISBN: 978-602-6899-00-2

Hak Cipta dilindungi oleh Undang-undangDilarang keras memperbanyak, memfotokopi sebagian atau seluruh isi bukuIni, serta memperjualbelikannya tanpa mendapat ijin tertulis dari penerbit.

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA vi

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur kami panjatkan kepada AllohSWT karena atas ridho-Nya, penyusunan buku ini ini dapatdiselesaikan. Buku ini sebagai bagian dari luaran penelitian skemahibah strategis nasional yang dilaksanakan dari tahun 2015 dan berakhir2017. Buku ini telah divalidasi baik melalui penilaian ahli maupun ujiempiris pada 49 mahasiswa yang sedang mengikuti matakuliah FisikaDasar I pada semester gasal tahun ajaran 2015-2016 di program studipendidikan fisika FKIP Universitas Mataram. Namun demikian,mengingat tidak satupun karya manusia itu sempurna, maka dengan ini,kami terbuka untuk menerima segala bentuk masukan konstruktif untukpenyempurnaan buku ini pada penerbitan selanjutnya dan bagi yangpeduli untuk memberi masukan kami haturkan ucapan terima kasih.

Selain itu, kami juga menyampaikan ucapan terima kasih kepadaKementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi yang telahmendanai kegiatan penelitian ini, serta kepada semua pihak yang secaralangsung maupun tidak langsung telah memberi dukungan dari awalhingga proses penyusunan buku ini selesai. Ucapan terima kasih ini,antara lain kami sampaikan kepada:1. Bapak Ketua lembaga penelitian Universitas,2. Bapak Dekan FKIP Universitas Mataram,3. Mahasiswa peserta kuliah Fisika Dasar I semester Gasal tahun

ajaran 2015-2016,4. Para dosen di lingkungan program studi pendidikan fisika, serta5. Keluarga yang telah memberi dukungan secara terus menerus

selama pelaksanaan penelitian ini.Mataram, Mei 2017Penulis

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA vii

TINJAUAN MATAKULIAH

Fenomena perkuliahan fisika dasar untuk mahasiswa calon gurumenjadi suatu fokus yang lebih penting diperhatikan dibandingkan matakuliah lainnya karena materi dalam mata kuliah ini nantinya menjadipokok bahasan utama dalam pembelajaran di sekolah. Salah satu misipokok yang menjadi target capaian lulusan program studi pendidikanguru fisika adalah memiliki kompetensi menjelaskan materi-materifisika. Kemampuan menjelaskan materi ini tidak cukup didasarkan padakemampuan menyelesaikan soal-soal fisika, terutama soal-soal aplikasihitungan, tetapi harus didasarkan pada penguasaan konsep materitersebut secara utuh. Hal ini juga berguna untuk mengantisipasi agarpembelajaran fisika yang dipandu oleh para guru tidak bergeser padapembelajaran matematika tetapi merupakan pembelajaran dengan porsimayoritas pembahasan konsep.

Berkenaan dengan orientasi perkuliahan di atas, penulis mencobamenyusun buku ini dengan tujuan utama memfasilitasi para mahasiswacalon guru fisika untuk mencapai penguasaan konsep secara utuh.Dengan ini, nanti para lulusannya dapat menempatkan konsep sebagaimateri utama dalam pembelajaran sedangkan soal hitungandijadikannya sebagai wahana untuk memperlihatkan kebermaknaankonsep-konsep fisika itu dalam kehidupan keseharian manusia. Selainitu, pemahaman konsep yang utuh juga menunjang pengembangankemampuan para guru untuk secara mandiri mengembangakan soal-soalfisika yang selama ini masih cukup banyak para guru yangmenggunakan daftar soal yang ada dari sumber lain dalam mengukurcapaian pembelajaran siswa.

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA viii

TATACARA PENGGUNAAN BUKU AJARBuku Fisika Dasar dengan pendekatan berpikir kausalitik bagianpertama bertujuan bahwa setelah selesai mempelajari buku ini dan/ataumenyelesaikan proses perkuliahan menggunakan buku ini mahasiswamemiliki kompetensi mengembangkan kemampuannya berpikirkausalitas dan analitik. Buku ini terdiri atas empat bagian utama, yaitu:(1) Uraian materi secara konseptual; (2) Tugas pendahuluan; (3)Lembar kerja; dan (4) Pembahasan.

Agar penggunaan buku ini lebih optimal, disarankan dalampembelajaran digunakan empat tahap. Tahap pertama, minimal satu harisebelum tatap muka di kelas, mahasiswa diminta mengerjakan tugaspendahuluan (TP). Proses ini dimaksudkan agar mahasiswa menyiapkandiri membekali pengetahuan semampunya untuk menghadapipembelajaran di kelas. Tahap ini juga diharapkan dapat meningkatkanefisiensi waktu dalam perkuliahan karena jika tanpa memilikiknowledge yang terkait, penanaman konsep secara utuh akanmemerlukan waktu yang cukup lama. Tahap kedua, peninjauan (review)secara sederhana terhadap hasil pekerjaan mahasiswa pada tugaspendahuluan.

Tahap ketiga, mahasiswa menyelesaikan tugas dalam lembar kerjamahasiswa (LKM) secara berkelompok. Proses ini memberi peluangmahasiswa untuk mengembangkan kemampuan menganalisisfenomena-fenomena fisika. Dalam proses ini, mahasiswamengelompokkan elemen-elemen dalam fenomena tersebut yangmerupakan penyebab (variabel bebas) dan memprediksi akibat (variabelterikatnya), serta memberi penjelasan mengapa akibat itu terjadi dengancara mengidentifikasi kondisi setiap penyebanya. Penjelasan tersebutdikaitkan dengan konsep, prinsip, teori, dan/atau hukum-hukum fisika.Disarankan, untuk tatap muka 100 menit cukup menggunakan satufenomena dalam LKM sehingga dimungkinkan keempat tahap yangdirencanakan dapat terlaksana secara utuh dalam pembelajaran.

Tahap terakhir, merupakan pembahasan secara klasikal tentang hasilpekerjaan mahasiswa dalam LKM. Tahap ini menjadi proses refleksidan penyimpulan tentang pemahaman konsep-konsep yang berkembangpada mahasiswa. Selain itu, pada tahap ini juga diperlihatkan strategimengembangkan pemahan konsep itu kedalam soal hitungan.

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA ix

A. DAFTAR ISI

HALAMANHALAMAN JUDUL iHALAMAN PENERBIT iiiKATA PENGANTAR ivTINJAUAN MATAKULIAH vTATACARA PENGGUNAAN BUKU AJAR viDAFTAR ISI viiRANGKUMAN ixDAFTAR GAMBAR xviiiDAFTAR TABEL xxiiiBAB I PENDAHULUAN 1BAB II PENGERTIAN UMUM 5A. Strategi Pembelajaran Fisika 5B. Pendekatan Perpikir Kausalitik 6C. Fenomena Multi-Akibat 6D. Kemampuan Pemecanan Masalah (KPM) 7E. Pendekatan Analogi 8F. Paradigma Gaya Gesek Sebagai Gaya Reaksi 9G. Sketsa Grafik dalam Pembelajaran Fisika 9H. Pembahasan Konsep pada Awal Pembelajaran 10I. Sistem Satuan Pengubah (SSP) 11J. Penyederhanaan Penulisan Bilangan menggunakan Awalan

Bilangan Sepuluh Berpangkat 12K. Pengenalan Operasi Besaran Vektor 14L. Pedoman Umum Penyelesaian TP & Fenomena dalam LKM 19

1. Petunjuk Penyelesaian TP 192. Petunjuk Penyelesaian LKM 20

BAB III POKOK BAHASAN FISIKAA. PENGUKURAN & KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN 24

1. Konsep Pengukuran dan Ketidakpastian Pengukuran 24a. Besaran dan satuan 24b. Besaran pokok, besaran turunan, dimensinya 25c. Besaran skalar dan besaran vektor 27

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA x

HALAMANd. Pengukuran 28e. Ketidakpastian dalam Pengukuran 29f. Angka penting 30

2. Tugas Pendahuluan (TP-1-0) 313. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-0) 33

a. Fenomena No. 1 34b. Fenomena No. 2 36

4. Pembahasan dan Pengembangan Aplikasi Konsep KedalamPersoalan Hitungan 38

B. KINEMATAIKA PARTIKEL SATU DIMENSI 401. Konsep Kinematika Partikel 40

a. Pengertian Posisi, Jarak, dan Perpindahan 41b. Pengertian kelajuan dan Kecepatan 44c. Pengertian percepatan 48

2. Kinematika Satu Dimensi 50a. Gerak Lurus Beraturan (GLB) 50b. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) 52c. Gerak Lurus Berubah Tidak Beraturan (GLBTB) 54

3. Tugas Pendahuluan (TP-1-1) 554. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-1 & LKM-1-2) 56

a. Fenomena No. 1 LKM-1-1 57b. Fenomena No. 2 LKM-1-1 60c. Fenomena No. 1 LKM-1-2 61d. Fenomena No. 2 LKM-1-2 63

5. Pembahasan dan Pengembangan Aplikasi KonsepKedalam Persoalan Hitungan 65

KINEMATIKA DUA DIMENSI 70Konsep Kinematika Dua Dimensi 70C. GERAK PARABOLA 70

1. Pengertian Gerak Parabola 702. Persamaan Gerak, Tinggi Maksimum, dan Jangkauan 713. Gerak Parabola di atas Bidang Miring 734. Tugas Pendahuluan (TP-1-2) 74

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xi

HALAMAN5. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-3 & LKM-1-4) 76



D. GERAK MELINGKAR 1001. Pengertian Gerak Melingkar 1002. Gerak Melingkar Beraturan 1003. Frekuensi, perioda, kecepatan singgung, kelajuan,

dan kecepatan sudut benda ber-GMB 1044. Pengertian Kualitatif Percepatan Sentripetal 1055. Gerak Melingkar Berubah Beraturan 1066. Percepatan Sentripetal & Sentrifugal 1097. Tugas Pendahuluan (TP-1-3) 1118. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-5 & LKM-1-6) 113


9. Pembahasan dan Pengembangan AplikasiKonsep Kedalam Persoalan Hitungan 119

E. HUKUM NEWTON TENTANG GERAK 1341. Konsep Hukum Newton tentang Gerak 134

a. Hukum pertama Newton 134b. Hukum kedua Newton 137c. Hukum ketiga Newton 144d. Gaya gesek 146e. Konsep terjadinya gaya gesek 146f. Jenis Gaya Gesek Statik dan Kinetik 148g. Penentuan arah gaya gesek 151h. Gaya gesek pada roda mobil 156

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xii

HALAMANi. Pendekatan analogi untuk penentuan arah gaya gesek 158j. Gaya gesek pada sistem massa-tali pada bidang miring 161

2. Tugas Pendahuluan (TP-1-4) 1663. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-7 s.d. LKM-1-11) 169

a. Fenomena No. 1 LKM-1-7 169b. Fenomena No. 2 LKM-1-7 170c. Fenomena No. 1 LKM-1-8 170d. Fenomena No. 2 LKM-1-8 171e. Fenomena No. 1 LKM-1-9 173f. Fenomena No. 2 LKM-1-9 174g. Fenomena No. 1 LKM-1-10 175h. Fenomena No. 2 LKM-1-10 177i. Fenomena No. 1 LKM-1-11 178j. Fenomena No. 2 LKM-1-11 179


F. KERJA DAN ENERGI 1881. Konsep Kerja dan Energi 1882. Prinsip Kekekalan Energi 1883. Kerja atau Usaha 190

a. Kerja oleh Gaya Konstan 191b. Kerja oleh Gaya Berubah-ubah 193

4. Kerja dan Energi Kinetik 1955. Kerja dan Perubahan Energi Potensial 1966. Kerja dan Perubahan Energi Mekanik 1977. Medan dan Gaya Konservatif 1988. Tugas Pendahuluan (TP-1-5) 1999. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-12 & LKM-1-13) 201


Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xiii

HALAMAN10. Pembahasan dan Pengembangan Aplikasi Konsep

Kedalam Persoalan Hitungan 207G. MOMENTUM LINEAR DAN IMPULS 209

1. Konsep Momentum Linear 2092. Hukum Kekekalam Momentum 2103. Impuls 2114. Tumbukan 2115. Tumbukan Tidak Lenting 2126. Tumbukan Lenting Sempurna 2137. Koefisien Tumbukan 2158. Kekekalan Momentum untuk Gerak Dua Dimensi 2159. Tugas Pendahuluan (TP-1-6) 21610. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-14 & LKM-1-15) 219


11. Pembahasan Dan Pengembangan Aplikasi KonsepKedalam Persoalan Hitungan 225

H. GRAVITASI 2271. Hukum Newton tentang Gravitasi 2272. Medan Gravitasi 2283. Medan Gravitasi dan Percepatan Gravitasi 2294. Medan Gravitasi dan Potensial Gravitasi 2315. Bidang Ekipotensial dan Garis Medan Gravitasi 2316. Tugas Pendahuluan (TP-1-7) 2337. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-6 & LKM-1-17) 235



Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xiv

HALAMANI. SUHU DAN TERMODINAMIKA 244

1. Pengertian Suhu 2442. Pengertian Kalor 2453. Kesetimbangan termal & Hukum ke-nol thermodinamika 2474. Skala Ukur Suhu (Termometer) 2495. Hukum Pertama Termodinamika 2526. Tugas Pendahuluan (TP-1-8) 2547. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-18 & LKM-1-19) 258



J. KESETIMBANGAN BENDA TEGAR 2671. Pusat Gravitasi 2682. Momen Gaya 2703. Konsep Kesetimbangan Benda Tegar 2734. Statika dan Dinamika Benda Tegar 2755. Tugas Pendahuluan (TP-1-9) 2836. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-20 & LKM-1-21) 286



K. FLUIDA 2961. Pengertian Fluida 2962. Statika Fluida 296

a. Bentuk fluida cair dalam medan bebas gaya eksternal 297b. Miniskus fluida cair 298c. Tegangan permukaan dan peristiwa kapileritas 300

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xv

HALAMANd. Tekanan hidrostatik 303e. Gaya Archimedes 304

3. Dinamika Fluida 306a. Azas Kontinuitas 307b. Hukum Bernoulli 308

4. Tugas Pendahuluan (TP-1-10) 3115. Lembar Kerja Mahasiswa (LKM-1-22 & LKM-1-23) 313



DAFTAR PUSTAKA 321

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xvi

B. RANGKUMAN

Buku Fisika Dasar dengan pendekatan berpikir kausalitik (kausalitasdan analitik) bagian pertama merupakan buku fisika yang disusundengan tujuan memandu mahasiswa dalam belajar Fisika. Penekananutama kompetensi yang diharapkan dikuasi mahasiswa melaluipembelajaran menggunakan buku ini adalah penguasaan konsep fisika.Penulis meyakini bahwa seorang guru akan memiliki kompetensimenjelaskan materi fisika kepada siswanya dengan tingkat efektifitasdan efisiensi yang optimal apabila guru tersebut memiliki penguasaankonsep-konsep fisika yang memadai.

Pendekatan berpikir kausalitik, khususnya bagian berpikir kausalitasmenjadi salah satu strategi pembelajan fisika yang efektif dalammenganalisis faktor-faktor yang menjadi variabel bebas (penyebab)dalam suatu fenomena atau persoalan fisika, serta untuk memprediksiberbagai akibat (variabel terikat) yang berkemungkinan terjadi.Sementara komponen pendekatan berpikir analitik memfasilitasimahasiswa untuk berkompeten dalam menjelaskan bagaimana kondisidari setiap variabel bebas atau komponen penyebab dari fenomenatersebut sehingga suatu akibat atau variabel terikat tertentu terjadi.

Pendekatan analogi dan penggunaan paradigma bahwa gaya geseksebagai gaya reaksi merupakan komponen pendukung dalam upayamemfasilitasi mahasiswa memiliki kompetensi penguasaan konsep-konsep fisika secara lebih optimal. James Clerk Maxwell dalamPodolefsky (2004) secara eksplisit menyatakan bahwa analogi - analogisangat diperlukan dalam pembahasan ilmu-ilmu fisika. Sementara itu,Podolefsky (2004) menyebutkan beberapa contoh pasangan analogiesensial dalam fisika, seperti hukum Coulomb dengan hukum gravitasi,medan listrik dengan medan suhu, energi yang tersimpan dalamkapasitor dengan yang tersimpan dalam pegas, aliran aurs listrik denganaliran air dalam pipa, dan sebagainya. Jadi, untuk memudahkanpembahasan suatu konsep dapat dilakukan dengan menganalogikankonsep itu dengan konsep lain yang sudah dikenal atau dipahami lebihbaik atau dengan konsep lain yang lebih kongkrit. Kemiripan pasangankonsep yang dijadikan analogi dapat dilihat dalam Halliday & Resnick(1978), Tipler & Mosca (2008), Gordon, dan McGrew, & Serway(2010).

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xvii

Berkenaan dengan pengertian hubungan sebab-akibat (kausalitas),kelompok gaya aksi dapat dikategorikan sebagai gaya-gaya muncul“pertama” atau dalam hubungan kausalitas gaya ini merupakan causeatau penyebab yang memungkinkan munculnya effect atau akibat.Sementara itu, gaya-reaksi dikategorikan kelompok gaya yangkemunculannya merupakan impact dari kelompok gaya pertama. Dalamhubungan kausalitas, kelompok gaya ini termasuk effect atau akibat darisebuah atau sejumlah cause atau penyebab.

Pembahasan konsep secara tuntas seringkali memerlukan durasi cukuplama, sementara itu, tuntutan kuantitas pokok bahasan biasanya cukupbanyak. Selain itu, waktu tatap muka yang disediakan, berdasar padahasil ujicoba terbatas, tidak cukup untuk digunakan membahas seluruhpokok bahasan dalam Fisika Dasar I, serta kuantitas fenomena yangdisediakan dalam setiap Lembar Kerja Mahasiswa (LKM), sebanyakempat buah, ternyata terlalu banyak. Fakta ini menginspirasikan bahwadalam perkuliahan dengan pendekatan berpikir kausalitik perludidukung dengan Tugas Pendahuluan (TP) yang dimaksudkan untukmemfasilitsi mahasiswa bereksplorasi secara mandiri konsep-konsepfisika yang akan dibahas pada saat tatap muka sehingga ketika prosespengembangan berpikir kaualitik melalui kinerja yang dipandu denganLKM mereka sudah memiliki konsepsi awal.

Dalam setiap LKM terdapat dua fenomena yang umumnya berbasismulti-akibat. Fenomena multi-akibat merupakan fenomena yangbersifat terbuka, yaitu bahwa dalam fenomena itu sebuah atau lebihkomponen penyebab (cause) bersifat variabel sehingga memiliki lebihdari sebuah nilai atau kondisi. Kombinasi keadaan atau kondisi tertentudari setiap penyebab akan menghasilkan sebuah akibat (effect) tertentu.Pengkondisian sebuah atau lebih penyebab sebagai variabelmenghasilkan lebih dari sebuah kombinasi kondisi penyebab-penyebab.Akibatnya, jika penyebab-penyebab itu memiliki n kemungkinankombinasi kondisi maka akan dihasilkan n buah akibat yangberkemungkinan terjadi. Selain itu, LKM ini, untuk konsep-konseptertentu, juga menggunakan pendekatan sketsa grafik. Pendekatansketsa grafik ini sepengetahuan penulis merupakan salah satu cara yangsangat efektif dalam memfasilitasi mahasiswa untuk menguasai konsep-konsep fisika.

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xviii

Proses pembahasan setelah kinerja LKM merupakan wahana bagimahasiswa untuk proses konfirmasi terhadap konsepsi-konsepsimahasiswa. Dalam proses ini, dosen memandu mahasiswa untukmemperbaiki konsepsi yang keliru dan/atau memberi penguatanterhadap konsepsi yang sudah benar sehingga pada akhirnya konsep-konsep fisika yang benar dimungkinkan dikuasai mahasiswa.Selanjutnya, dalam proses ini juga mahasiswa dipandu untukmenentukan strategi yang perlu digunakan dalam mengaplikasikankonsep-konsep tersebut kedalam fenomena-fenomena fisika berbentukhitungan. Dengan demikian, melalui proses pembahasan inidimungkinkan mahasiswa memiliki kompetensi pemahaman konsepdan mengaplikasikannya kedalam soal hitungan.

Dalam buku ini memuat sebelas TP dan 24 LKM yang mencakupsebelas pokok bahasan dalam matakuliah Fisika Dasar I. Sepuluh pokokbahasan tersebut adalah: 1) Pengukuran dan ketidakpastisn pengukuran;2) Kinematika satu dimensi; 3) Kinematika dua dimensi; 4) Gerakmelingkar; 5) Dinamika dan Hukum-hukum Newton tentang gerak; 6)Usaha dan energi; 7) Momentum linear; 8) Gravitasi; 9) Kesetimbanganbenda tegar; 10) Termodinamika; serta 11) Fluida. Dengan demikian,pokok bahasan dalam buku ini meliputi seluruh pokok bahasan dalamsilabus Fisika Dasar I, yang memuat sebelas pokok bahasan.

Muara dari proses pembelajaran dengan pendekatan berpikir kausalitikadalah bahwa mahasiswa memiliki Kemampuan Pemecahan Masalah(KPM). Rokhmat (2013) menyatakan bahwa KPM memiliki enamkomponen. Pemecahan masalah diartikan atau dimaknai sebagaikemampuan mahasiswa calon guru fisika untuk menggunakanknowledge yang dimilikinya dalam memilih dan/atau memprediksi,secara deduktif, berbagai kemungkinan akibat ketika suatu fenomenaawal, yang memuat sebuah atau beberapa penyebab, diberikan, sertamampu mengidentifikasi bagaimana sebuah atau beberapa penyebabtersebut dapat menghasilkan suatu akibat yang terpilih atau terprediksi.

Keenam komponen KPM sebagaimana dinyatakan Rokhmat (2013) diatas meliputi: (1) Pemahaman (understanding), yaitu kemampuanmemahami ide atau gagasan dalam setiap soal; (2) Pemilihan(selecting), yaiatu kemampuan memilih dan/atau penyebab-penyebabdan memprediksi berbagai kemungkinan akibat yang dapat terjadi

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xix

berkenaan dengan kondisi penyebab dalam soal atau fenomena fisika;(3) Pembedaan (differentiating), yaitu kemampuan membedakan danmemilih penyebab-penyebab yang dapat menghasilkan suatu akibattertentu; (4) Penentuan (determining), yaitu kemampuan menentukankonsep, prinsip, teori, dan/atau hukum fisika yang dapat digunakanuntuk mendukung dalam mengidentifikasi sebuah atau beberapapenyebab sehingga menghasilkan suatu akibat; (5) Penerapan(applying), yaitu kemampuan menggunakan konsep, prinsip, teori,dan/atau hukum fisika yang diperlukan dalam mengidentifikasipenyebab-penyebab sehingga menghasilkan suatu akibat tertentu; dan(6) Pengidentifikasian (identifying), yaitu kemampuan mengidentifikasikondisi penyebab-penyebab sehingga dapat menghasilkan suatu akibattertentu.

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xx

DAFTAR GAMBARNO HALAMAN

1 Contoh Sketsa Grafik 102 Vektor A dan B berarah ke kanan dengan panjang 5 dan 7 satuan 14

3 Vektor V dan proyeksinya dalam sumbu X, Vx = Vcos θ, dan dalamsumbu Y, Vy = Vsin θ. 14

4 Proses dan Hasil Vektor A ditambah vektor B 155 Proses dan Hasil Vektor B dikurangi vektor A 166 Analisis geometri penjumlahan vektor P dan Q 16

7 Vektor A dan B terletak dalam bidang XOY membentuk sudut θ;Vektor C sebagai hasil perkalian A x B

18

8 Usaha gaya F memindahkan balok sejauh S 199 Pengertian Posisi Titik A, B, dan C 41

10Vektor posisi A (a), B (b), dan C (d), serta vektor perpindahan AB (c)dan AC (e)

42

11 Sketsa Grafik Akibat-1 fenomena 1 LKM-1-1 5812 Sketsa Grafik Akibat-1 fenomena 2 LKM-1-1 6013 Sketsa Grafik Akibat-1 fenomena 1 LKM-1-2 6214 Sketsa Grafik Akibat-1 fenomena 2 LKM-1-2 64

15Bola dilemparkan di atas tanah horizontal dengan kecepatan v dansudut kemiringan θ 70

16Posisi titik awal O, titik tertinggi C, titik terjauh B, dan titik tengahA dari Bola yang bergerak parabola

72

17 Lintasan Sepeda Motor pada TP-1-2 7518 Sketsa Lokasi Pelemparan Bola M pada Fenomena 1 LKM-1-3 7719 Sketsa Posisi Bola M pada Akibat 1 Fenomena 1 LKM-1-3 7820 Sketsa Lokasi Pelemparan Bola M pada Fenomena 1 LKM-1-4 80

21Sketsa proyeksi kecepatan v pada sumbu horizontal bernilai v cosθsedangkan proyeksi percepatan g adalah nol sehingga pada sumbu inibola ber-GLB

80

22Sketsa Bidang Miring tempat Bola M Digerakkan pada Fenomena 2LKM-1-4

82

23 Sketsa Grafik Tinggi Bola h terhadap Jarak d pada LKM-1-3 8424 Sketsa Rotasi Sumbu XOY ke XOY pada LKM-1-4 8725 Komponen Kecepatan v pada Sumbu X dan Y 8826 Komponen Percepatan g pada Sumbu X dan Y 89

27Proyeksi Kecepatan v dan Percepatan g pada Permukaan BidangMiring

89

28 Proyeksi Kecepatan v dan Percepatan g pada Normal Bidang Miring 8929 Proyeksi Kecepatan v pada Sumbu X dan Y 9730 Proyeksi Kecepatan g pada Sumbu X dan Y 97

31Kecepatan Titik P pada waktu t = 0, t1, dan t2 sama besar tetapi selaluberubah arah

102

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xxi

NO HALAMAN

32Kecepatan v1 dan v2 untuk Benda bergerak melingkar beraturanberpusat di O (a) dan Vektor Perubahan Kecepatan dari keadaan 1 kekeadaan 2 berarah ke Pusat Lingkaran O (b)

103

33 Bola B Diputar sehingga Bergerak Melingkar 10534 Posisi Air dalam Ember (Hampir Tumpah) Sesaat Sebelum Diputar 107

35Posisi Air dalam Ember (Setelah Diputar ) Bergeser Menjauhi PusatLingkaran P

107

36 Benda M bergerak melingkar 11237 Benda B bergerak melingkar 11538 Benda M bergerak melingkar 11639 Kecepatan bola ber-GMB pada titik 1, 2, 3, & 4 11840 Posisi Relatif A, B, dan C, serta Pohon Semula 12041 Posisi Relatif A, B, dan C, serta Pohon setelah beberapa saat 12042 Posisi Ali (A) mula-mula di atas mobil yang bergerak melingkar 122

43Posisi Ali (A) di atas mobil yang bergerak melingkar setelah ½periode (½T)

123

44Pengaruh Gaya Tegaklurus F terhadap v (a), Percepatan a Akibat F(b)

124

45Pengaruh Gaya Bersudut Lancip F terhadap v (a), Penambahan NilaiKecepatan v Akibat F (b)

125

46Proyeksi Gaya Bersudut Lancip F terhadap v pada SumbuTegaklurus dan Sejajar v

126

47 Kedudukan Benda Ber-GMB pada waktu t = 0, t1, dan t2 127

48Gaya F bersudut Lancip Terhadap v Menyebabkan Benda Berbelokdan Dipercepat

128

49 Proyeksi Gaya F bersudut Lancip pada Sumbu Tegak dan Sejajar v 12850 Gaya F selalu Tegaklurus v Menyebabkan Benda Berbelok 129

51Gaya F bersudut Tumpul Terhadap v Menyebabkan Benda Berbelokdan Diperlambat

129

52 Proyeksi Gaya F bersudut Tumpul pada Sumbu Tegak dan Sejajar v 130

53

Gelas berisi air disimpan di atas kertas dan kertas itu ditarik kekananoleh gaya F (a), setelah ujung kiri kertas dan gelas mencapai ujungkanan meja (b), dan setelah gelas dan airnya tertinggal di atas meja(c)

135

54

Ilustrasi rangkaian percobaan hukum Newton menggunakanpergerakan troli (Tr) yang ditarik tali dengan beban tergantung dantroli itu dihubungkan dengan kertas (p) yang dilewatkan melaluimesin pngetik waktu (T)

138

55Diagram panjang kertas sebagai fungsi waktu ketika menggunaanbeban B1 (a) dan B2 (b), diketahui massa B1 lebih besar dari B2

138

56Sistem empat masa (m1, m2, m4, dan m4) yang saling dihubungkandengan tali ringan dan sebagian tali melalui katrol ringan yangberfungsi sebagai pembelok gaya beserta gaya-gaya yang bekerja

141

57Balok B berada di atas meja M, balok itu memiliki gaya berat W danmeja meja memberikan gaya normal N pada balok

144

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xxii

NO HALAMAN

58Balok B berada di atas lantai horizontal, permukaan balok B danlantai kasar

147

59Seseorang berjalan normal ke kanan di atas lantai horizontal (Gambardiambil dari menu Clip Art pada Microsoft office 2007)

149

60

Seorang Anak mendorong balok M ke kanan dengan gaya konstan F,sedangkan balok M tersebut berada di atas lantai L. Diketahuipermukaan balok M dan lantai L kasar dengan koefisien gesek statikdan kinetik masing-masing µ s dan µk.

152

61Fenomena mobil dengan penggerak roda depan, berdiam menghadapke kiri, dan pedal gas ditekan secara konstan.

156

62Konsepsi mahasiswa terhadap arah gaya gesek yang dialami balok Mdalam sistem tiga balok terhubung tali dan balok M berada di atasbidang miring.

161

63Balok homogen A bermassa m dan berpusat massa di P berdiam diAtas lantai M (a), kemudian balok itu Ditarik ke Kanan oleh Gaya F(b)

167

64Sebuah Balok P diluncurkan dengan kecepatan awal v di atas Bidangmiring M dan Permukaan Balok dan Bidang adalah Kasar

168

65Balok A dan B dihubungkan dengan tali (tidak kendur) dan balok Bditarik Gaya F, Permukaan kedua Balok dan Meja Kasar

168

66 Bola m digantung pada langit-langit 16967 Balok M di atas meja kasar ditarik dengan gaya F ke kanan 17068 Sistem balok M dan m pada Bidang Miring 17169 Sistem Balok dan meja kasar ditarik gaya F ke kanan 17370 Balok di atas Bidang Miring kasar ditarik dengan gaya F 17471 Mobil dengan Sistem Penggerak Roda Depan 175

72Sistem Tiga Balok terhubung Tali dengan Balok tengah di atasBidang Miring

177

73 Balok berberat W di atas Meja 17874 Mobil Bergerak Melingkar pada Jalan Miring 17975 Komponen Gaya radial Pada Mobil 180

76Seorang anak berusaha menggeser tembok vertikal dengan gayadorong F.

191

77 Usaha gaya F memindahkan balok sejauh S 192

78Kerja atau Usaha yang dilakukan gaya F dari posisi a ke bditunjukkan oleh luas bidang di bawah kurva (a) dan PendekatanPerhitungan luas itu (b).

193

79Usaha untuk memeregangkan pegas dari keadaan rekalsasi hinggamenyimpang x sama dengan luas bidang di bawah kurva

195

80Balok homogen A bermassa m dan berpusat massa di P berdiam diAtas lantai M (1), kemudian balok itu Ditarik ke Kanan oleh Gayakonstan F hingga berpindah sejauh s (2)

199

81Sebuah Balok P diluncurkan dengan kecepatan awal v di atas Bidangmiring M dan Permukaan Balok dan Bidang adalah Kasar

200

82 Bola B bermassa m dan bersuhu T jatuh dari ketinggian h 201

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xxiii

NO HALAMAN

83Balok bermassa m dari ketinggian nol diluncurkan dengan kecepatanv menaiki permukaan bidang miring

203

84Balok B bermassa m bersuhu T dan dari ketinggian h diluncurkandengan kecepatan v menuruni permukaan bidang miring

204

85Bola B bermassa m dari ketinggian nol ditembakkan vertikal ke atasdengan kecepatan v dalam ruang berudara

206

86 Momentum balok A dan B sesaat sebelum dan sesudah bertumbukkan 212

87Momentum balok A dan B sesaat sebelum dan sesudah bertumbukkantidak lenting

213

88Seorang anak diandaikan dapat berdiri tegak di atas lantai M yangpermukaannya licin sempurna dengan memegang keranjang berisicukup banyak bola tenis

217

89

Bola bermassa m sedang bergerak dengan kecepatan v ke arah sumbuy negatif (kiri) dan sesudah dipukul bola tersebut menjadi bergerakdengan kecepatan sama besar tetapi berarah ke sumbu x positif(kanan)

217

90Botol (ringan) kosong B dan bermulut di U digantung pada kawat PQdengan bantuan dua cincin dan di bagian dalamnya diisi balon karet

218

91Dua benda bermassa m1 dan m2 yang terpisah sejauh r saling tarikmenarik dengan gaya Ftarik

228

92Bidang Ekipotensial A dan B, serta Garis Gaya (Medan) Gravitasiyang ditimbulkan benda titik bermassa M

232

93 Bola P di permukaan bola pejal homogen B 238

94Titik A tepat di pertengahan antara Pusat massa dan Permukaan BolaB

240

95Perbandingan Temperatur Kelvin, Celsius, Rankine, dan Fahrenheitdengan Pembulatan

251

96 Prinsip percobaan kesetaraan kalor-mekanik 252

97Penampang pVT suatu bahan dan Proyeksinya pada bidang pT danpV (Sears, Zemansky, Young, 1987: 399)

256

98Diagram fase benda pada berbagai Temperatur (T) dan Tekanan (p)(Sears, Zemansky, Young, 1987: 396)

257

99Diagram Tekanan – Temperatur (pada skala tak-seragam), air (a) dankarbon dioksida (b) (Sears, Zemansky, Young, 1987: 398)

257

100 Proses Termodinamika pada Diagram pV 259101 Diagram Fase untuk Karbon Dioksida 264

102Percobaan Menentukan Pusat Gravitasi (P), Kegiatan pertama (a);Kegiatan kedua (b); Pusat Gravitasi yang Diperoleh (c)

270

103Batang AB berpanjang l ditarik gaya F di ujung B membentuk sudutα terhadap batang itu.

271

104 Lengan Gaya F terhadap titik A bernilai lsin α . 272

105Perkalian Vektor Lengan Gaya ( ), nila = lsin α, dan gaya ( )menghasilkan Momen Gaya ( ) tegak lurus keluar dari bidanggambar (diberi tanda silang).

273

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xxiv

NO HALAMAN

106Batang homogen OB berberat W dan berpanjang l, dalam sistemkoordinat XOY digantung dengan dua tali di ujung O dan B sehinggatalinya masing-masing membentuk sudut β dan α terhadap sumbu X.

274

107Fenomena balok M ditarik Gaya F kekanan di atas Bidang HorizontalKasar

275

108Fenomena gaya-gaya yang bekerja pada balok M di atas BidangHorizontal Kasar: (a) Sebelum ditarik Gaya F kekanan; dan (b)Ketika ditarik Gaya F ke kanan

276

109Analogi Sebaran Berat Balok M sebelum ditarik Gaya F kekanan (a)dan ketika ditarik Gaya F ke kanan (b).

280

110Analogi Sebaran Gaya Normal N yang Dialami Balok M sebelumditarik Gaya F kekanan (a) dan ketika ditarik suatu Gaya F ke kanan(b)

281

111 Balok pejal homogen B ditarik gaya F ke kanan 284

112Sebuah balok mengalami gaya F1 dan F2 (a), gaya F3 dan F4 (b), danmengalami gaya F1, F2, F3, dan F4 (c).

285

113Bola pejal B berjari-jari R berpusat massa P (bertinggi h) didoronghorizontal ke kanan dengan gaya F.

285

114Balok M homogen berukuran lebar a dan tinggi 2a berdiam di atasmeja dan ditarik oleh gaya F ke kanan yang garis kerjanya bertinggih

286

115 Sketsa gaya-gaya yang bekerja dalam arah horizontal 287116 Penampang Depan sebuah Kapal laut 289117 Balok B bertinggi H dan lebar L ditarik gaya F ke kanan 290

118Bola pejal B berjari-jari R dan berpusat massa di titik P didorong kekanan oleh gaya F

292

119Sudut kontak tetes air di atas kertas koran (a) dan di atas daun talas(b)

299

120Miniskus permukaan fluida di dalam tabung (a) cekung dan (b)cembung.

300

121Permukaan fluida di dalam tabung untuk miniskus cekung lebihtinggi (a) dan miniskus cembunglebih rendah (b).

300

122Gaya tegangan permukaan (dFγ) dan proyeksi vertikal danhorizontalnya masing-masing (dFγy) dan (dFγx) oleh elemenpermukaan kontak dl antara permukaan fluida dan diding tabung

301

123Benda tenggelam di dalam air (a), setelah dilarutkan sejumlah garamkedalam air itu benda melayang (b), dan setelah dilarutkan lagigaram benda itu terapung (c).

304

124Fluida ideal yang mengalir dalam pipa PQ tunduk pada azaskontinuitas, yaitu debit pada pipa P dan Q sama

307

125Fluida ideal yang mengalir dalam pipa ST tunduk pada hukumBernoulli

309

126 Posisi Alternatif Balok dalam bejana berisi air 312127 Posisi Alternatif Balok dalam bejana berisi air 314

128Sebuah corong kaca ditempatkan dalam posisi terbalik dan didalamnya terdapat bola pimpong

317

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xxv

DAFTAR TABELNO HALAMAN

1 Bilangan, Nama, dan Lambang Awalan Sepuluh Berpangkat 122 Tujuh besaran pokok beserta satuan dan lambangnya 25

3Besaran fisika beserta satuan dan lambang, sertadimensinya

26

4 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-0 No. 1 34































Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA xxvi

NO HALAMAN35 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-15 No. 2 22536 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-16 No. 1 23637 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-16 No. 2 23738 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-17 No. 1 23939 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-17 No. 2 24040 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-18 No. 1 25841 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-18 No. 2 26042 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-19 No. 1 26143 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-19 No. 2 26244 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-20 No. 1 28745 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-20 No. 2 28946 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-21 No. 1 29147 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-21 No. 2 29348 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-22 No. 1 31349 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-22 No. 2 31450 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-23 No. 1 31651 Tabel kausalitas untuk fenomena LKM-1-23 No. 2 317

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA i

PROFIL PENULISJoni Rokhmat, lahir di Wonosobo Jawa Tengahtanggal 5 Pebruari 1962, anak kedua dari duabersaudara, dari pasangan Ayahanda Sarwadi Muhtodengan Ibunda Bonilah. Menikah dengan Dra. SriLaela berasal dari Bandung. Sekarang tinggal di kotaMataram Lombok Nusa Tenggara Barat.

Riwayat Pendidikan. Menempuh pendidikan formal di SD Kesatrian I, lulustahun 1976, SMPN I Cimahi, lulus tahun 1980, SMAN I Wonosobo, lulus1984. Program Studi Pendidikan Fisika, jenjang D3 IKIP Bandung, lulustahun 1987, Program Studi Pendidikan Fisika, jenjang S1 IKIP Bandung, lulustahun 1990, Jurusan Fisika, jenjang S2 Institut Teknologi Bandung, lulustahun 1999. Tahun 2009 mengikuti Program Doktor di Sekolah Pasca SarjanaProgram Pendidikan IPA, konsentrasi Pendidikan Fisika, UniversitasPendidikan Indonesia, lulus tahun 2013.

Riwayat Pekerjaan. Dosen Program Studi Pendidikan Fisika di FakultasKeguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Mataram sejak tahun 1992 sampaisekarang, Ketua Seksi Workshop UPT MIPA Universitas Mataram tahun 2001sampai 2007, Sekretaris Jurusan Pendidikan MIPA, FKIP UniversitasMataram tahun 2005 sampai 2008, Anggota Tim Persiapan ProgramSertifikasi, FKIP Unram – BPG Mataram, Tahun 2000, Panitia Pelaksana,Instruktur Pendidikan, Pelatih Kualifikasi di Provinsi Nusa Tenggara Barat(NTB), BPG Mataram, tahun 2002, Anggota Tim Penilai Usulan Kredit PointTingkat Jurusan PMIPA, FKIP Unram, 2001–2005, Anggota Tim PenilaiProposal Penelitian FKIP Unram, 2002–2006, Anggota Tim PenyusunKurikulum SD Model tahun 2006, dan Anggota pelaksana Tim Evaluasi GoodPractices, kerjasama Inonesia – UNICEF Tahun 2007. Sekretaris BP3MFFKIP Unram, 2016 hingga sekarang, tim reviewer proposal penelitianLembaga Penelitian Universitas Mataram, Tahun 2016-sekarang.

Pengalaman memberi kuliah dan penguji tugas akhir. Fokusmengembangkan perkuliahan dengan pendekatan berpikir kausalitik padamatakuliah fisika dasar. Aktif sebagai dosen dan penguji dalam program studipendidikan fisika FKIP Unram, program studi magister administrasipendidikan dan magister pendidikan sain di Unram, serta menjadi tim pengujidisertasi program doktor pendidikan IPA di Unesa.

Pengalaman penelitian: Aktif mengembangkan aneka alat permainanedukatif untuk pembelajaran di SD dari tahun 2001 dan sejak 2009

Dr. Joni Rokhmat, M.Si | FISIKA ii

mengembangkan model pembelajaran kausalitik. Penelitian terkait: (1)Pengembangan Prototype Permainan Edukatif Model Kartu Kuartet UntukPembelajaran Sains Fisika Di Sekolah Dasar, Penelitian Pendidikan DanaSPP/DPP , Unram, 2007; (2) Pengembangan “Taman Edukatif” UntukPembelajaran Sain IPA Elementer Pada Siswa Sekolah Dasar., PenelitianHibah Bersaing, 2007; (3) Perancangan “Taman Edukatif” Tingkat SatuanKelas Untuk Pembelajaran di Sekolah Dasar, Unram: Penelitian HibahBersaing, 2009; (4) Perancangan “Kit Permainan Edukatif” Tingkat SatuanKelas Untuk Pembelajaran di Sekolah Dasar, Unram: Penelitian StrategisNasional, 2009; (5) Peningkatan Kemampuan Pemecahan Masalah MahasiswaCalon Guru Fisika melalui Berpikir Kausalitas dan Analitik, PenelitianDoktoral, 2013; (6) Penelusuran Minat Siswa SLTA terhadap ProgramUnggulan Pendidikan Guru Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam di NusaTengara Barat, Penelitian dana PGMIPA-U FKIP Unram, 2014; (7)Pemahaman Informasi Pendidikan bagi Guru Wajib dan PeminatanBerkategori Perempuan dan Laki-laki di Sekolah Kejuruan Bisnis danManajemen, Penelitian dana DIPA BLU Unram, 2014; (8) Analisis PokokMateri Esensial dalam Perkuliahan Sistem Informasi Pendidikan di ProgramStudi Magister Administrasi Pendidikan, Penelitian dana DIPA BLU Unram,2015: (9) Pengembangan Model Pembelajaran Fisika Berbasis Proses BerpikirKausalitas dan Analitik untuk Meningkatkan Kemampuan PemecahanMasalah Mahasiswa Calon Guru, Penelitian Hibah Strategis Nasional, 2015;(10) Pengembanan Buku Ajar Sistem Informasi Manajemen untuk ProgramStudi Magister Administrasi Pendidikan, Penelitian dana DIPA BLU Unram,2016; dan (11) Pengembangan Model Pembelajaran Fisika Berbasis ProsesBerpikir Kausalitas dan Analitik untuk Meningkatkan KemampuanPemecahan Masalah Mahasiswa Calon Guru (Tahun kedua), Penelitian HibahStrategis Nasional, 2016, (12) Pengembangan Model Pembelajaran FisikaBerbasis Proses Berpikir Kausalitas dan Analitik untuk MeningkatkanKemampuan Pemecahan Masalah Mahasiswa Calon Guru (Tahun ketiga),Penelitian Hibah Strategis Nasional, 2017, dan (13) Pengembangan InstrumenPembelajaran Fisika dengan Pendekatan Berpikir Kausalitik UntukMeningkatkan Kemampuan Pemecahan Masalah Siswa SMA, PenelitianFundamental (Tahun pertama), 2017.

Fisika Dasar - UNRAM Fisika Dasar...BAB III POKOK BAHASAN FISIKA A. PENGUKURAN & KETIDAKPASTIAN...

Documents

Transcript of Fisika Dasar - UNRAM Fisika Dasar...BAB III POKOK BAHASAN FISIKA A. PENGUKURAN & KETIDAKPASTIAN...