Modul 1BESARAN PENGUKURAN DAN GERAK

Pendahuluan Materi dalam Modul 1 ini disajikan untuk membantu Anda mempelajari materi pelajaran yang berhubungan dengan konsep-konsep besaran, satuan dan pengukuran yang lazim digunakan dalam mempelajari sains terutama terkait dengan topik gerak. Sebagaimana Anda telah ketahui, Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) atau Sains (Science) mempelajari sifat-sifat dan gejala-gejala alam. Dalam mempelajari fenomena alam tersebut biasanya dilakukan pengamatan dan percobaan-percobaan untuk memperoleh informasi berupa fakta dan data, yang dalam proses mempelajarinya, Anda akan selalu berhubungan dengan pengukuran.

Tujuan pembelajaran Modul 1 adalah agar Anda memahami konsep-konsep dasar dari besaran, satuan, pengukuran, dan gerak. Setelah mempelajari materi ini Anda diharapkan memiliki kompetensi dasar dalam hal: 1. Menjelaskan arti besaran dan satuan; 2. Membedakan besaran pokok dan besaran turunan; 3. Melaksanakan pengukuran dasar dengan menggunakan alat ukur

yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari; 4. Menggunakan satuan besaran pokok dan satuan besaran turunan; 6. Menjelaskan jenis-jenis gerak benda; 7. Menghitung besaran-besaran dalam gerak.

Untuk membantu Anda mencapai tujuan tersebut, modul ini diorganisasikan menjadi dua kegiatan belajar, sebagai berikut. 1. Kegiatan Belajar 1 : Besaran dan Pengukuran 2. Kegiatan Belajar 2 : Gerak

Untuk membantu Anda dalam mempelajari materi dalam Kegiatan Belajar 1, ada baiknya Anda perhatikan beberapa petunjuk belajar berikut ini. 1. Tangkaplah pengertian demi pengertian melalui pemahaman

sendiri dan tukar pikiran dengan peserta lain atau dengan instruktur Anda.

2. Untuk memperluas wawasan, baca dan pelajari sumber-sumber lain yang relevan. Anda dapat menemukan bacaan dari berbagai sumber, termasuk dari internet.

3. Mantapkan pemahaman Anda dengan mengerjakan latihan dan melalui kegiatan diskusi dalam kegiatan PLPG dengan guru lainnya atau teman sejawat.

4. Jangan lewatkan untuk mencoba menjawab soal - soal yang dituliskan pada setiap akhir kegiatan belajar. Hal ini berguna untuk

1

mengetahui apakah Anda sudah memahami dengan benar kandungan bahan belajar ini.

2

Kegiatan Belajar 1 Besaran dan Pengukuran

Pengantar Ketika Anda mempelajari sains baik fisika, maupun biologi pada dasarnya selalu berhubungan dengan pengukuran. Namun, pengukuran saja tidak cukup, pada tahap selanjutnya pengukuran tersebut haruslah menghasilkan angka-angka yang dapat dihitung dan akhirnya diinterpretasikan (ditafsirkan). Banyak yang dapat Anda perhatikan tentang alat-alat ukur yang dapat digunakan di lingkungan Anda, misalnya di rumah, di toko, di pasar dan sebagainya. Alat-alat ukur seperti mistar (penggaris) dan meteran gulung untuk mengukur panjang, neraca dan timbangan untuk mengukur berat atau massa, gelas ukur (literan) untuk mengukur volume, termometer untuk mengukur suhu, jam untuk mengukur waktu, ampermeter untuk mengukur kuat arus listrik dan lain sebagainya. Ada juga kegiatan mengukur melalui perhitungan.

A. Besaran dan Satuan

Setelah Anda banyak memperoleh informasi tentang berbagai jenis besaran. Sekarang buatlah tabel yang memuat minimal 10 buah besaran kemudian kelompokkan dan tentukan besaran-besaran itu ke dalam besaran yang dapat diukur secara langsung dengan alat ukur dan besaran yang tidak dapat diukur secara langsung. Seperti contoh pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Besaran yang dapat diukur secara langsung dan tidak

dapat diukur secara langsung (harus dihitung)

No. BesaranDapat diukurdengan alat

Harusdihitung

1. . . . . .

10.

Panjang ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... Kecepatan

√ ........................... ........................... ........................... ........................... ...........................

........................

........................ ....................... ........................ ........................ ........................

√

Masihkah Anda ingat tentang pengertian mengukur? Coba Anda jelaskan dan berikan contoh apa yang dimaksudkan dengan mengukur. ”mengukur adalah membandingkan suatu besaran dengan besaran standar sejenis berdasarkan sistem dan cara tertentu”.

3

Semua orang di dunia mengacu pada Sistem internasional (SI). Dalam perkembangannya, birau internasional ini telah menetapkan tujuh (7) besaran pokok beserta satuan standarnya.

Tabel 1.2. Besaran Pokok

No Besaran Satuan Simbol

1 Panjang meter m

2 Masa kilogram kg

3 Waktu sekon s

4 Suhu kelvin K

5 Kuat arus amphere A

6 Intensitas cahaya candela Cd

7 Jumlah zat mole Mol

Ketujuh besaran pokok itu adalah: panjang, massa, waktu, suhu (kelvin), kuat arus (ampere), intensitas cahaya (candela), dan jumlah zat (mol). Dalam Kegiatan Belajar 1 ini Anda hanya diminta mempelajari dengan cermat empat jenis besaran pokok saja yang sering ditemukan dalam keseharian maupun dalam pembelajaran IPA di Sekolah Dasar. Keempat besaran tersebut adalah panjang, massa, waktu, dan suhu.

B. Standar Besaran dan Satuan

1. Standar untuk Panjang Untuk satuan panjang, satuan meter disepakati sebagai satuan Standar Internasional. Meter berasal dari bahasa Yunani metron yang berarti ukuran. Pada awalnya yang digunakan sebagai patokan 1 meter adalah panjang tali dalam pendulum yang memiliki perioda ½ detik, kemudian pada tahun 1791 acuan ini diubah, sebagai patokan panjang satu meter adalah diperoleh dari jarak antar kutub utara ke khatulistiwa melalui kota Paris ditetapkan berjarak 107 meter, sehingga satu meter adalah jarak tersebut dibagi dengan 107. Namun ternyata cara seperti ini selain tidak praktis juga berubah karena jarak ini dipengaruhi oleh faktor gravitasi yang mengubah permukaan bumi.

4

Gambar 1.1Patokan 1

2. Standar untuk Massa Ukuran International menetapkan dan menyimpan sebuah selinder platinum-iridium sebagai standar primer SI untuk massa. Berdasarkan perjanjian internasional benda ini disebut sebagai massa sebesar satu kilogram (1 kg). Standar sekunder dikirimkan ke laboratorium standar satuan di berbagai negara. Massa satndar lainnya dibandingkan dengan massa standar sekunder ini dengan menggunakan neraca sama lengan.

Dalam perkembangan teknologi yang makin pesat, kita membutuhkan standar massa lainnya untuk keperluan pengukuran massa berukuran atomik. Selain satuan standar primer untuk massa, saat ini telah dikenal standar massa kedua dalam skala atomik, yaitu massa dari atom C12. Berdasarkan perjanjian internasional massa atom C12 ini ditetapkan sebesar 12 sma (satuan massa atom terpadu) atau atomic mass units, disingkat u. Jika dibandingkan dengan kilogram, 1 sma = 1,660 x 10-27 kg.

Gambar 1.2Meter Standar

3. Standar untuk Waktu Pentingnya penggunaan pengukuran waktu adalah untuk dua hal, yaitu untuk keperluan keseharian masyarakat dan untuk keperluan ilmu pengetahuan. Dalam masyarakat, waktu (detik, jam, hari, minggu, bulan, dan tahun) diperlukan supaya kejadian-kejadian dapat disusun berurutan. Pada kebanyakan pekerjaan ilmiah, pengukuran yang

5

dibutuhkan adalah lamanya selang waktu (time interval) suatu kejadian berlangsung. Karena itu, penggunaan standar waktu harus dapat menjawab pertanyaan ”kapan hal itu berlangsung?” dan ”berapa lama kejadiannya?”.

Semenjak tahun 1967 ditetapkan satuan waktu standar yang dianggap lebih tepat, yaitu : 1 sekon adalah waktu yang diperlukan oleh atom Cesium-133 untuk melakukan getaran sebanyak 9,192,631,770 kali.

Yang sering digunakan dalam pengukuran waktu adalah jam atau arloji. Namun, penggunaan arloji memiliki kelemahan, karena mempergunakan jarum sekon yang selalu berputar sehingga sulit diamati. Biasanya untuk mengukur waktu yang pendek mempergunakan Stopwatch (jarum henti).

4. Standar untuk Suhu Pernahkah Anda mengalami penambahan suhu tubuh ? Tentu, suhu tubuh kita akan mengalami kenaikan ketika sakit. Ada berapa macam skala suhu yang Anda ketahui selama ini. ? Suhu adalah ukuran derajat panas atau dingin suatu benda. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termometer. Dalam perkembangan sejarah penggunaan skala termometer, mula-mula ditetapkan suhu terendah (0o) adalah suhu air murni pada saat mulai membeku (titik beku) atau saat mulai mencair (titik cair). Itulah yang dilakukan oleh Celsius dan Reamur. Suhu tertinggi adalah suhu air murni saat mulai mendidih. Angka tersebut 100o pada Celcius dan 80o pada Reamur. Pada termometer Fahrenheit, suhu 0o bukanlah saat air mulai membeku, melainkan es bercampur garam. Sedangkan untuk keadaan air saat mulai membeku Fahrenheit menetapkan angka 32o, dan untuk saat air mulai mendidih ditetapkan pada angka 212o. Berikut adalah ilustrasi hubungan skala-skala Celcius (C), Reamur (R), Fahrenheit (F), dan Kelvin (K) pada tekanan 1 atm = 76 cm Hg.

Gambar 1.3. Skala-Skala Suhu pada Celcius, Reamur, Fahrenheit, Kelvin

Dari ketiga jenis termometer ini maka dapat diperoleh perbandingan skala suhu diantara ketiganya sebagai berikut.

tC : tR : (tF – 32) = 5 : 4 : 9

Acuan atas (air mendidih)

Acuan bawah (es mencair)

6

atau tC : tR = 5 : 4 tC : (tF – 32) = 5 : 9 tR : (tF – 32) = 4 : 9

Sejalan dengan perkembangan IPTEK, standar suhu terendah dalam skala termometer tidak lagi ditetapkan 0 oC, 0 oR atau -32 oF melainkan 0 mutlak, yaitu saat ketika tidak ada kemungkinan kehidupan. Atau tidak ada energi sama sekali. Suhu tersebut disebut 0 Kelvin yang setara dengan -273 oC.

C. Sistem Satuan dan Notasi Ilmiah Hasil Pengukuran Terdapat tujuh besaran standar yang ditetapkan oleh International Bureau of Weights and Measures (1971) disebut juga besaran pokok dan satuan yang digunakan untuk besaran pokok tersebut dikenal dengan satuan besaran pokok. Dua atau lebih besaran pokok dapat membentuk besaran lainnya yang disebut dengan besaran turunan. Misalnya, luas dan volume diturunkan dari besaran panjang karena satuan luas dan volume menyangkut satuan panjang. Satuan yang diberlakukan untuk besaran ini disebut satuan besaran turunan, yang ditetapkan berdasarkan satuan-satuan besaran pokok. Lengkapilah Tabel 1.3 tentang besaran pokok dan besaran turunan berikut dengan sistem satuan berdasarkan Sistem Satuan Internasional (SI)

Tabel 1.3.Besaran Pokok

NO. BESARAN SATUAN SIMBOL

1 Panjang meter m

2 Masa kilogram kg

3 Waktu sekon ............

4 Suhu kelvin K

5 Kuat arus ampere ...........

6 Intensitas Cahaya candela ...........

7 Jumlah zat mole mol

Sekarang, isilah Tabel 1.4, yang terdiri dari 10 contoh besaran turunan, di bawah dengan satuan dan rumusnya.

7

Tabel 1.4.Besaran Turunan

No. Besaran Satuan Rumus

1.

2.

3.

Luas

Volume

Massa Jenis

........

........

........

........

........

........

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Kecepatan

Percepatan

Momentum

Gaya

Tekanan

Energi

Daya

Tabel berikut adalah contoh nama dan simbol notasi ilmiah kelipatan yang biasa digunakan dalam sains.

Tabel 1.5 Kelipatan Nilai Satuan

No.

Nama

Simbol

Nilai

No.

Nama

Simbol

Nilai

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

deka

hekto

kilo

mega

giga

tera

peta

eksa

da

h

k

M

G

T

P

E

101

102

103

106

109

101

2

101

5

101

8

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15

desi

senti

mili

mikro

nano

piko

femto

atto

D

c

m

μ

n

p

f

A

10-1

10-2

10-3

10-6

10-9

10-

12

10-

15

10-

18

8

.

16

D. Pengukuran dalam Pendidikan IPA Ketika anda dengan teman mengukur lebar sebuah meja, pengukuran tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan jengkal, dapat pula menggunakan mistar. Perhatikan contoh pada kegiatan berikut ini :

Kegiatan I 1. Suruhlah 5 orang teman Anda untuk mengukur panjang

sebuah meja mempergunakan jengkalnya masing-masing. Berapa jengkal panjang meja itu?

2. Kemudian, ke lima teman Anda tersebut sekarang mengukur panjang meja itu dengan mempergunakan mistar. Berapa sentimeter panjang meja itu ?

3. Bandingkan hasil pengukuran menggunakan jengkal dengan mistar. Apakah ketika teman Anda menggunakan jengkal memberikan hasil yang selalu sama ? Apakah menggunakan mistar menghasilkan hasil yang selalu sama ?

4. Berikan kesimpulan dari pelaksanaan kegiatan tersebut.!

Setelah Anda pahami bahwa mengukur adalah proses membandingkan suatu besaran dengan besaran standar sejenis dengan cara dan sistem tertentu. Selanjutnya Anda dapat melakukan sendiri atau kelompok utuk melakukan berbagai macam contoh pengukuran. Secara umum anda dapat menentukan besaran standar, cara, alat dan sistem yang digunakan untuk melakukan pengukuran.

Hasil pengukuran seperti yang Anda lakukan di atas sifatnya sangat subyektif dan tidak akurat. Agar hasil pengukuran akurat dan obyektif, maka pengukuran harus menggunakan cara, alat, dan sistem yang telah disepakati untuk diterima dalam dunia ilmiah. Selain itu, perlu juga diperhatikan aturan penulisan hasil pengukuran.

Pada umumnya data hasil pengukuran tidak dalam bentuk bilangan bulat, bahkan bilangan desimal dengan digit yang sangat banyak, maka diperlukan sebuah aturan pembulatan untuk menyingkat laporan pengukuran hingga digit yang diperlukan saja. Misalnya jika kita peroleh panjang meja 2,7435 meter, bukankah cukup melaporkannya hingga satu digit di belakang koma saja menjadi 2,7 meter ? Aturan pembulatan terkadang sangat penting ketika kita berhadapan dengan angka-angka pecahan dengan jumlah desimal yang banyak. Ada tiga aturan pembulatan :

9

Aturan I : Jika angka di belakang angka terakhir yang ingin dituliskan kurang dari 5, maka hilangkan angka tersebut dan semua angka dibelakangnya. Misalnya kita ingin membulatkan 5,3467 menjadi 1 angka dibelakang koma, karena angka terakhir setelah angka 3 adalah 4, dan 4 kurang dari 5, maka kita hilangkan seluruh angka dibelakang 3 tersebut menjadi 5.3.

Contoh : Bulatkanlah 4,3423 menjadi sampai dua digit di belakang koma. Jawab : Hasil pembulatannya 4,34 karena setelah digit kedua bernilai

di bawah 5 (yakni 2)

Aturan II : Namun jika angka dibelakang angka terakhir yang ingin dituliskan lebih dari 5, maka tambahkan digit terakhir dengan 1. Misalnya kita ingin membulatkan 5,3867 menjadi 1 angka dibelakang koma, karena angka terakhir setelah angka 3 adalah 8, dan 8 lebih dari 5, maka kita hilangkan seluruh angka dibelakang 3 tersebut dan tambahkan 3 dengan 1, sehingga 5,4.

Contoh : Bulatkanlah 4,3473 menjadi sampai dua digit di belakang koma. Jawab : Hasil pembulatannya 4,35 karena setelah digit kedua bernilai

di atas 5 (yakni 7)

Kegiatan 2 1. Siapkan selembar karton dan mistar ! 2. Mulailah untuk mengukurnya, letakkan skala nol pada mistar tepat

di tepi karton 3. Perhatikan mistar secara tegak lurus, bacalah skala yang

ditunjukkan oleh mistar tersebut, berapa hasilnya ? 4. Kemudian perhatikan sekarang mistar dari posisi serong, bacalah

skala yang ditunjukkan mistar tersebut, berapa hasilnya ? 5. Bandingkan hasilnya, kalau seandainya berbeda apa kesimpulan

anda ?

Ketika Anda akan melakukan pengukuran panjang atau ketebalan suatu benda sebaiknya anda mengetahui terlebih dahulu alat ukur yang akan digunakan, misalnya meteran, penggaris, jangka sorong, mikrometer sekrup dan lain-lain. Jenis-jenis ukuran panjang tersebut dikelompokkan berdasarkan fungsinya, misalnya : Jangka sorong dan mikrometer sekrup digunakan untuk mengukur tebal suatu benda yang

10

sangat kecil dan tipis misalnya tebal rambut, tebal kertas, tebal plat, tebal kawat. Alat-alat tersebut mempunyai ketelitian sapai 0,01 mm.

Gambar 1. 4. Jangka sorong dan Mikrometer skrup

a) Mengukur Panjang dan Ketebalan Untuk pengukuran panjang, siapkan terlebih dahulu alat ukur panjang yang sering anda jumpai dalam kehidupan sehari-hari, misalnya: penggaris plastik 30 cm, meteran kain yang ada di rumah, penggaris kayu yang ada di sekolah, meteran logam untuk tukang kayu, meteran gulung untuk mengukur luas tanah. Mulailah Anda untuk melakukan pengukuran dan hasil pengamatan/pengukuran tersebut tuangkan dalam Tabel 1.6 berikut:

Tabel 1.6. Hasil Pengukuran Panjang

No. Yang diukur Hasil pengukuran

1. 2. 3. 4. 5.

Panjang buku Lebar buku Tebal buku Keliling sisi daun meja Tinggi badan teman

____ m = ____ cm = ____ mm ____ m = ____ cm = ____ mm ____ m = ____ cm = ____ mm ____ m = ____ cm = ____ mm ____ m = ____ cm = ____ mm

b) Menentukan Luas Pengukuran luas didasarkan pada benda-benda dengan bentuk yang sederhana yang sering dijumpai di lingkungan sekolah maupun lingkungan rumah. Benda tersebut antara lain adalah: berbagai jenis segitiga ukur dari plastik; permukan ubin, permukaan balok (berbentuk empat persegi panjang); tutup kaleng susu/biskuit yang berbentuk lingkaran, dan bentuk-bentuk sederhana lainnya. Tentu hal ini dapat dilakukan apabila Anda telah memahami rumus-rumus perhitungan luas yang relevan. Kemudian Anda melaporkan hasil pengukuran luas tersebut dalam bentuk tabel 1.7.

Tabel 1.7. Hasil Penentuan Luas

11

No.

Macam Luas Hasil pengukuran

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Luas segitiga plastik Luas permukaan meja Luas daun pintu Luas papan tulis Luas permukaan balok Luas tutup kaleng susu

____ m2 = ____ cm2

= ____ mm2

____ m2 = ____ cm2

= ____ mm2

____ m2 = ____ cm2

= ____ mm2

____ m2 = ____ cm2

= ____ mm2

____ m2 = ____ cm2

= ____ mm2

____ m2 = ____ cm2

= ____ mm2

c) Mengukur Volume Pernahkan Anda mengukur benda cair, dan benda padat yang tidak beraturan bentuknya.? Caranya mudah, tidak perlu menggunakan rumus tapi harus menggunakan alat lain misalnya gelas ukur. Tapi kalau pengukuran benda padat memiliki bentuk yang beraturan tetap kita gunakan rumusan tertentu. Volume suatu benda ialah besar ruang yang dipenuhi benda itu. Cara mengukur volume benda tergantung kepada jenis dan bentuk geometris benda. Untuk benda padat yang mempunyai bentuk geometris tertentu dan teratur (misalnya balok, kubus, tabung, dan bola) dapat dihitung volumenya dengan rumus tertentu. Coba Anda tulisakan rumus volume yang tepat untuk masing-masing bentuk geometris tersebut!

Volume benda cair dan benda yang bentuk geometrisnya tidak beraturan atau beraturan dapat diukur dengan menggunakan gelas pengukur (gelas ukur).

(1) (2) (3)

Gambar 1.5 Mengukur Volume Zat Cair dengan Gelas Ukur

Setelah zat cair yang hendak diukur dituangkan ke dalam gelas ukur, maka besar volume zat cair tersebut dapat dibaca pada skala gelas ukur seperti terlihat pada Gambar 1.5. Pada umumnya permukaan zat cair (selain raksa) agak melengkung dibagian tengahnya (meniscus). Sedangkan volume benda padat yang tercelup ke dalam zat cair sama dengan selisih volume zat cair sesudah dan sebelum benda tersebut

12

dicelupkan (volume zat cair yang terdesak oleh benda); yaitu volume zat cair yang ditunjukkan pada skala gelas ukur (3) dikurangi dengan volume zat cair yang ditunjukkan pada skala gelas ukur (2). Cara lain adalah dengan mengukur volume tumpahan zat cair dari gelas ukur (3) setelah diisi dengan benda, apabila sebelumnya gelas ukur (2) berisi penuh zat cair.

Tabel 1.8. Mengukur Besar Volume

No. Bentuk benda Cara Pengukuran Besar volume

cm3 m3

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Kelas Lemari Balok Kelereng Kunci pintu Batu kerikil Paku Bola pingpong Kaleng susu

Dengan rumus: p x l x t ................... ...............................

. ................... ...............................

. ................... ...............................

. ................... ...............................

. Menggunakan gelas ukur

................... ................................

................... ................................

................................

.........

......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ...........

.........

......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ...........

Yang harus diperhatikan oleh anda dalam pegukuran besar volume adalah menggunakan rumus atau menggunakan gelas ukur dalam mengukur volume benda. Pastikan juga bahwa anda pernah dan mampu melakukan pengukuran volume tersebut. Selain itu, sikap kehati-hatian, kecermatan dan kebersihan/kerapihan pada saat menggunakan alat, melakukan pengukuran dan perhitungan.

2. Mengukur Besaran Massa dan Besaran Turunannya a) Mengukur Massa dan Berat Anda perhatikan, bahwa dalam kehidupan sehari-hari masyarakat umum sering menggunakan istilah berat untuk massa, misalnya kalau seorang ibu menyuruh anaknya pergi ke warung untuk membeli gula yang massanya 1 kg. Dalam fisika kedua hal tersebut dibedakan. Massa tidak sama dengan berat. Berat adalah besarnya gaya tarik bumi (gaya gravitasi bumi) terhadap suatu benda. Sedangkan massa adalah ukuran jumlah (kuantitas) zat dari suatu benda.

Mengukur masa benda sebenarnya membandingkan benda tersebut dengan masa standar. Masa standar biasanya pada masyarakat

13

dikenal dengan anak timbangan. Alat untuk mengukur masa benda sendiri disebut neraca atau timbangan. Banyak neraca yang telah dikenal oleh masyarakat misalnya : neraca langkan, neraca langkah, neraca ohaus, dan neraca elektronik.

Untuk memperoleh pemahaman konsep pengukuran massa dan berat benda anda harus melakukan praktik menimbang dengan menggunakan alat timbang yang dikenal dalam kehidupan sehari-hari, misalnya timbangan berat badan, alat timbangan dapur untuk membuat kue, timbangan tuas, dan sebagainya. Tugas Anda berikutnya adalah melakukan penimbangan beberapa jenis benda; dan hasilnya dinyatakan dalam Tabel 1.9.

b) Menentukan Massa Jenis Sekarang Anda perhatikan, ketika ada seorang anak kecil dapat mengangkat sekarung kerupuk. Sementara orang dewasa tidak dapat mengangkat sekarung pasir sendirian. Mengapa dapat berbeda ?

Besaran yang terkait dengan massa dan sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah massa jenis atau kerapatan (density) suatu zat. Massa jenis didefinisikan sebagai massa suatu benda dibagi volumenya. Simbol atau notasi ilmiah massa jenis adalah ρ (dibaca rho). Satuan massa jenis adalah satuan massa/satuan volume, misalnya kg/m3 atau gr/cm3. Sangat sering kita dengar bahwa massa jenis air murni adalah 1. Coba Anda lengkapi satuan yang tepat untuk nilai 1 tersebut.

Tabel 1.9. Mengukur Massa dan Berat Benda

No. Nama Benda Nama Alat Timbangan

Hasil Penimbangan

Sehari-hari

Dalam IPA

1. Batu ............................. ................. ......................

2. Berat Badan Hasan

Timbangan Badan 32 kg 32 Newton

3. 1 liter air .............................. ..................

......................

4. Balok kayu .............................. ..................

......................

14

5. Buku .............................. ..................

......................

6. Sepatu .............................. ..................

......................

Pengukuran massa jenis merupakan lanjutan keterampilan mengukur massa dan volume. Alat yang diperlukan adalah timbangan, meteran pengukur panjang, dan gelas ukur. Pengukuran massa jenis dapat juga dikaitkan dengan penanaman konsep terapung, melayang, dan tenggelam suatu benda di dalam zat cair. Usahakan menggunakan neraca timbangan dengan ketelitian relatif tinggi (misalnya 1 mg). Setelah praktik pengukuran selesai, anda laporkan hasil pengukuran ke dalam bentuk tabel 1.10.

Tabel 1.10. Menentukan Massa Jenis

No. Nama Benda Volume MassaMassa Jenis (ρ)

kg/m3 gr/cm3

1. Air murni (aquades) 1 liter ......... ......... .........

2. Air murni (aquades) 0,25 liter ......... ......... .........

3. Balok kayu ............ ......... ......... .........

4. Kelereng ............ ......... ......... .........

5. Bola pingpong ............ ......... ......... .........

6. Minyak kelapa ............ ......... ......... .........

Dalam praktik pengukuran dengan menggunakan neraca timbangan, sangat perlu anda harus mengnolkan penunjuk skala sebelum penimbangan dilakukan.

Selain itu, pada saat menimbang massa dari zat cair jangan lupa Anda harus terlebih dahulu menimbang bejana yang akan diisi dengan zat cair tersebut dalam keadaan kering.

3. Mengukur Besaran Waktu dan Besaran Turunannya a) Mengukur Interval Waktu antar Kejadian Menurut Sistem Internasional (SI) satuan waktu adalah detik atau sekon. Bagaimana satu detik didefinisikan telah dibahas pada bagian terdahulu. Dalam kehidupan sehari-hari satuan waktu kadang

15

dinyatakan dalam menit, jam, hari, minggu, bulan, tahun dan seterusnya. Dengan memahami konsep waktu, hendaknya dimulai dari satuan waktu yang biasa digunakan serta dengan menggunakan alat ukur yang telah anda kenal. Alat ukur waktu yang bisa diperkenalkan dan dilatihkan penggunaannya antara lain jam tangan (arloji) dan stopwatch.

Mulailah dengan memahami konsep pengukur waktu (mulai dari jam matahari, jam pasir, jam tangan, hingga stopwatch). Kemudian pahami juga konversi waktu meliputi detik, menit, jam, hari, minggu dan seterusnya. Selanjutnya tugas anda adalah untuk mencatat interval waktu antara dua peristiwa. Peristiwa-peristiwa tersebut misalnya sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 1.11.

Tabel 1.11. Mengukur waktu

No.

Peristiwa Lamanya Waktu

Awal AkhirDalam

jamDalam menit

Dalam detik

1. Berangkat dari rumah Tiba di sekolah 0,5 30 .........

2. Masuk ke kelas Istirahat ......... ......... .........

3. Masuk setelah istirahat

Pulang sekolah ......... ......... .........

4. Lari dari garis start Tiba di garis finish

......... ......... .........

5. Berjalan dari meja Tiba di pintu ......... ......... .........

6. Benda jatuh dari tangan

Tiba di tanah ......... ......... .........

7. Melempar bola ke atas Tiba di tanah ......... ......... .........

8. Pulang dari sekolah Tiba di rumah ......... ......... .........

b) Mengukur Kecepatan Benda Kecepatan adalah besaran turunan yang terkait erat dengan besaran pokok waktu. Besar kecepatan rata-rata atau biasa disebut laju rata-rata, adalah jarak perpindahan dibagi waktu.

4. Mengukur Besaran Suhu

16

Pengukuran suhu dapat dimulai dengan memahami terlebih dahulu dengan benar pengertian suhu sebagai derajat panas suatu benda dan bukan banyaknya energi panas dari benda tersebut. Derajat panas kualitatif yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari, yaitu panas, hangat, dan dingin, sangat bersifat relatif.

Coba Anda lakukan secara bergiliran untuk meraba kening teman-temannya di kelas. Kemudian masing-masing ditugaskan, meraba kening temannya yang lain. Mintalah mereka untuk melaporkan berapa banyak teman yang keningnya terasa panas, hangat, dan dingin menurut mereka. Adakah perbedaan dan persamaan hasil pengukurannya.? Mungkin jawabannya bisa sama bisa juga berbeda, Nah, hasil observasi di antara teman tersebut, intinya, bahwa perabaan tangan tidak dapat dijadikan ukuran yang objektif untuk mengetahui derajat panas suatu benda.

Kemudian, Anda diskusikan mana yang lebih panas (bersuhu tinggi) segelas air yang diambil dari air yang sedang mendidih bila dibandingkan dengan air yang terdapat dalam kolam pada tengah hari yang terik. Misalkan gelas berisi air panas disimpan di pinggir kolam tersebut. Jika didiamkan (ditunggu) selama 2 jam, mana yang masih hangat? Air dalam gelas atau air dalam kolam? Mana yang paling banyak menyimpan energi panas? Kemudian jelaskan perbedaan suhu benda dengan energi panas benda.

Sediakan tiga bejana (misalnya ember kecil berkapasitas 2 liter). Isi lah masing-masing bejana dengan air hangat kuku (kira-kira 40 oC - 50 oC), air biasa, dan air es. Kemudian, anda selama 30 detik pada waktu bersamaan meredam telapak tangan kanan dalam air hangat dan tangan kiri dalam air es. Kemudian secara serempak masukkan kedua telapak tangan yang telah diredam tadi ke dalam ember berisi air biasa. Apakah air biasa tersebut hangat atau dingin? Kegiatan yang anda lakukan ini membahas pentingnya alat yang dapat menyatakan derajat panas suatu benda dengan tepat dan objektif.

Kegiatan pengukuran suhu dalam pendidikan IPA dapat dilaksanakan dalam bentuk kegiatan observasi. Misalnya, dengan menggunakan termometer Anda dapat mengukur suhu badan, suhu ruangan, suhu air, suhu es, suhu es bercampur garam, suhu air selama proses pendidihan dan suhu air selama proses pendinginan. Hasil pengukuran suhu tersebut kemudian Anda konversikan ke dalam skala suhu lainnya dan dilaporkan dalam bentuk Tabel 1.12.

17

Tabel 1.12 Hasil Pengukuran Suhu Benda

No. Nama BendaSuhu Benda

oC oR oF K

1. Ruangan kelas

2. Badan

3. Udara dalam tas

4. Tanah pada kedalaman 10 cm

5. Air kolam

6. Es

7. Air es

8. Air es campur garam

Rangkuman Dalam ilmu fisika, pengukuran dilakukan dengan membandingkan nilai besaran yang diukur dengan besaran sejenis yang dipakai sebagai satuan. Pengukuran menyangkut dua hal, yaitu besaran dan satuan. Ke dua hal itu dapat dipahami dengan melakukan pengukuran.

Besaran (quantity) adalah suatu yang dapat diukur atau dinyatakan dengan angka. Besaran dapat dibedakan antara besaran yang dapat diukur langsung dengan alat dengan besaran yang tidak dapat diukur secara langsung dengan alat. Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita jumpai besaran. Contohnya: panjang, masa, waktu, suhu, berat, kecepatan, gaya, energi, dan usaha. Besaran tersebut dikelompokan menjadi besaran pokok dan besaran turunan.

Badan internasional yang mengatur sistem pengukuran besaran (IBWM, International Bureau of Weights and Measures) telah menetapkan tujuh besaran pokok yaitu: panjang (meter), massa (kilogram), waktu (sekon), suhu (Kelvin), kuat arus (Ampere), intensitas cahaya (candela), dan jumlah zat (mol). Empat jenis besaran pokok diantaranya sering ditemukan dalam keseharian maupun dalam pembelajaran IPA di sekolah dasar. Ke empat besaran tersebut adalah panjang, massa, waktu, dan suhu.

18

Tes Formatif 1 Pilihlah jawaban yang paling tepat! 1. Tingkat ketelitian hasil pengukuran bisa menjadi bervariasi dan

bersifat relatif, alasannya adalah .... A. posisi mata atau posisi alat ukur yang tidak tepat pada objek

benda yang diukur B. alat ukur yang digunakan terkadang tiddak memenuhi standar

internasional C. posisi mata atau posisi alat ukur sejajar dengan objek benda

yang diukur D. tergantung kepada besarnya bentangan seluruh permukaan

benda yang diukur 2. Pernyataan yang berikut ini benar, kecuali....

A. besaran turunan diperoleh melalui perhitungan B. besaran turunan berasal dari besaran pokok C. besaran pokok diperoleh melalui pengukuran D. besaran pokok diperoleh melalui perhitungan

3. Di bawah ini yang merupakan satuan besaran pokok adalah .... A. kilogram, meter, sekon B. meter, watt, sekon C. newton, kilogram kelvin D. sekon, joule, meter kubik

4. Alat ukur yang dapat digunakan mengukur ketebalan kertas adalah.... A. mistar B. jangka sorong C. mikrometer skrup D. meteran

5. Pengukuran volume benda yang geometrisya tidak beraturan sebaiknya .... A. mempergunakan meteran standar B. mempergunakan gelas ukur yang diisi air C. mempergunakan diagram anak tangga D. mengalikan luas alas bangun dengan salah satu sisinya

6. Setelah balok diukur diperoleh masa 160 g dan volumenya 200 cm3, maka masa jenis kayu tersebut adalah .... A. 0,8 g/cm3

B. 8 g/cm3

C. 80 kg/cm3

D. 360 g/cm3

7. Mengukur pada fisika pada dasarnya adalah .... A. menghitung B. membandingkan C. mendefinisikan D. menurunkan

19

20

Kegiatan Belajar 2 G e r a k

Pengantar Dalam ilmu fisika, gerak benda, mulai gerak kelereng sampai gerak rotasi planet ataupun gerak buah apel yang jatuh dari pohonnya sampai gerak bom dan gerak roket yang ditembakkan dari peluncurnya dipelajari dalam cabang ilmu fisika yang disebut dengan mekanika (atau dikenal dengan istilah mekanika klasik). Secara umum Mekanika dibagi dalam dua pokok bahasan, yaitu dinamika, yang mempelajari gerak benda dan penyebab benda itu bergerak, dan kinematika yang hanya mempelajari gerak benda saja dan tidak perlu diketahui penyebab dari gerak benda. Ilmu Kinematika mempelajari bagaimana sebuah benda bergerak, hal ini biasanya melibatkan besaran-besaran seperti jarak, perpindahan, kecepatan, percepatan, bentuk lintasan. Gerak lurus adalah gerak benda yang lintasannya berbentuk garis lurus.

A. Konsep Dasar pada Gerak

Pemahaman konsep gerak dapat Anda perhatikan contoh kejadian berikut ini :

Gambar 1.6. Gerak balok dari B ke D

Gambar 1.6 memperlihatkan balok di titik B, yang letaknya di antara titik A dan C yang berada dalam satu garis. Jarak AB = 50 cm, sedangkan jarak CB = 70 cm. Bila kita amati, ternyata jarak balok tersebut dengan titik A maupun titik C tidak berubah, artinya benda yang demikian disebut Diam. Ketika balok itu ditarik perlahan selama 4 sekon ke arah titik C, dan berhenti di titik D, sehingga jarak AD menjadi 80 cm, dan jarak DC menjadi 40 cm. Selama balok itu ditarik

21

menuju ke titik D, dikatakan balok itu bergerak, mengapa? benar, karena benda tersebut mengalami perpindahan kedudukan / tempat.

1. Perpindahan dan Jarak Untuk memahami perpindahan dan jarak, sebaiknya Anda perhatikan contoh ilustrasi berikut ini: Dalam suatu kegiatan yang dilakukan oleh sekelompok siswa menuju sebuah bukit dengan lintasan yang ditempuh tiga rombongan siswa dari sekolah sebagai posisi awal menuju ke sebuah bukit sebagai tujuan akhir dengan rute yang berbeda. Dari ilustrasi tersebut Anda bisa memahami konsep jarak dengan perindahan sebagai berikut: Jarak dari sekolah ke bukit adalah seluruh lintasan yang dilewati rombongan. Jarak yang ditempuh masing-masing rombongan dapat berbeda, rombongan I mungkin menempuh jarak lebih dekat dibanding rombongan II dan III. Akan tetapi perpindahan adalah jarak dari titik (posisi) akhir ke titik (posisi) awal saja, tidak peduli bentuk lintasannya seperti apa (garis lurus atau bukan). Sehingga perpindahan rombongan I, II maupun III sama jauhnya.

Contoh lain, bayangkan Anda berada di pinggir jalan lurus dan panjang. Posisi Anda saat itu di titik A.

Gambar 1.7. Posisi benda pada lintasan lurus

Dari A, Anda berjalan menuju C melalui B. Sesampainya Anda di C, Anda membalik dan kembali berjalan lalu berhenti di B. Pada peristiwa di atas, berapa jauhkah jarak yang Anda tempuh; berapa pula perpindahan Anda? Sekarang, menurut Anda samakah pengertian jarak dengan perpindahan?

Dalam kehidupan sehari-hari kata jarak dan perpindahan digunakan untuk arti yang sama. Dalam Fisika kedua kata itu memiliki arti yang berbeda. Namun sebelum kita membahas hal ini, kita pelajari dulu apa yang dimaksud dengan gerak. Seorang teman Anda berdiri di pinggir jalan, tampak mobil bergerak ke kanan menjauhi anak tersebut. Andaikan Anda berada di dalam mobil yang bergerak meninggalkan teman Anda. Dari waktu ke waktu teman Anda yang berdiri di sisi jalan itu semakin tertinggal di belakang mobil. Artinya posisi Anda dan teman Anda berubah setiap saat seiring dengan gerakan mobil

22

menjauhi teman Anda itu. ”Suatu benda dikatakan bergerak bila posisinya setiap saat berubah terhadap suatu acuan tertentu.”

Apakah Anda bergerak? Ya, bila acuannya teman Anda atau pepohonan di pinggir jalan. Anda diam bila acuan yang diambil adalah mobil yang Anda tumpangi. Mengapa? Sebab selama perjalanan posisi Anda dan mobil tidak berubah. Jadi, suatu benda dapat bergerak sekaligus diam tergantung acuan yang kita ambil. Dalam Fisika gerak bersifat relatif, bergantung pada acuan yang dipilih. Dengan mengingat hal ini, cobalah Anda cermati uraian di bawah ini.

Sebuah bola digulirkan pada sebuah bidang datar lurus. Posisi bola setiap saat diwakili oleh garis berskala seperti pada Gambar 1.8.

Gambar 1.8. Posisi 2 bola bergulir

Andaikan ada 2 bola yang digulirkan dari 0. Bola 1 digulirkan ke kanan dan berhenti di B. Bola 2 digulirkan ke kiri dan berhenti di C. Anda lihat pada gambar 1.8, bahwa panjang lintasan yang ditempuh oleh kedua bola sama, yaitu sama-sama 4 satuan. Namun bila diperhatikan arah gerakannya, kedua bola berpindah posisi ke arah yang berlawanan. Bola 1 berpindah ke sebelah kanan O, sedangkan bola 2 ke sebelah kiri O.

Panjang lintasan yang ditempuh disebut jarak, sedangkan perpindahan diartikan sebagai perubahan posisi benda dari keadaan awal ke keadaan akhirnya. Jarak tidak mempersoalkan ke arah mana benda bergerak, sebaliknya perpindahan tidak mempersoalkan bagaimana lintasan suatu benda yang bergerak. Perpindahan hanya mempersoalkan kedudukan, awal dan akhir benda itu.

Jarak adalah besaran skalar, sedangkan perpindahan adalah vektor. Dua benda dapat saja menempuh jarak (= panjang lintasan) yang sama namun mengalami perpindahan yang berbeda seperti pada contoh ini. Dalam hal ini dapat dikatakan bahwa jarak merupakan besar perpindahan. Bila kemudian ada bola ke 3 bergerak dari O ke kanan, sampai di D lalu membalik bergerak ke kiri melewati O lalu berhenti di E seperti pada Gambar 1.9 bagaimanakah dengan jarak dan perpindahannya?

23

Gambar 1.9. Posisi 3 bola bergulir

Jarak yang ditempuh bola adalah panjang lintasan ODE = OD + DE. Jadi s = 6 + 9 = 15 satuan. Perpindahan bola adalah OE (kedudukan awal bola di O, kedudukan akhirnya di E). Jadi Δ s = – 3 satuan.

Perhatikan tanda minus pada Δs. Hal itu menunjukkan arah perpindahan bola ke kiri dari titik acuan. Perlu dicatat pula bahwa dalam contoh di atas perbedaan antara jarak dan perpindahan ditandai baik oleh ada atau tidaknya “arah”, tapi juga oleh “besar” kedua besaran itu (jarak = 15 satuan, perpindahan = 3 satuan). Mungkinkah jarak yang ditempuh oleh suatu benda sama dengan besar perpindahannya? Untuk benda yang bergerak ke satu arah tertentu, maka jarak yang ditempuh benda sama dengan besar perpindahannya. Misalnya bila benda bergerak lurus ke kanan sejauh 5 m, maka baik jarak maupun besar perpin-dahannya sama-sama 5 m.

Jarak yang ditempuh bola adalah panjang lintasan ODE = OD + DE. Jadi s = 6 + 9 = 15 satuan. Perpindahan bola adalah OE (kedudukan awal bola di O, kedudukan akhirnya di E). Jadi Δ s = – 3 satuan. Perhatikan tanda minus pada Δs. Hal itu menunjukkan arah perpindahan bola ke kiri dari titik acuan. Perlu dicatat pula bahwa dalam contoh di atas perbedaan antara jarak dan perpindahan ditandai baik oleh ada atau tidaknya “arah”, tapi juga oleh “besar” kedua besaran itu (jarak = 15 satuan, perpindahan = 3 satuan). Mungkinkah jarak yang ditempuh oleh suatu benda sama dengan besar perpindahannya? Untuk benda yang bergerak ke satu arah tertentu, maka jarak yang ditempuh benda sama dengan besar perpindahannya. Misalnya bila benda bergerak lurus ke kanan sejauh 5 m, maka baik jarak maupun perpindahannya sama-sama 5 m.

2. Kelajuan dan Kecepatan Rata-rata Kelajuan merupakan besaran skalar, sedangkan kecepatan adalah vektor. Kelajuan adalah jarak yang ditempuh suatu benda dibagi selang waktu atau waktu untuk menempuh jarak itu, sedangkan kecepatan adalah perpindahan suatu benda dibagi selang waktu untuk menempuhnya. Dalam bentuk persamaan, keduanya dapat dituliskan:

24

Dalam kehidupan sehari-hari, kelajuan maupun kecepatan senantiasa berubah-ubah karena berbagai sebab. Misalnya jalanan yang tidak rata. Oleh karenanya kita dapat mengartikan kelajuan dan kecepatan pada dua persamaan di atas sebagai kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata. Kecepatan rata-rata (v rata-rata) adalah ebuah besaran fisika yang menunjukan perpindahan posisi benda tiap selang waktu :

Kecepatan rata-rata ini tidak menggambarkan kecepatan benda pada suatu posisi atau pada t tertentu, namun hanya menunjukan kecepatan rata-rata benda selama selang waktu Δt tersebut, jadi kecepatan rata-rata hanya menunjukan rata-rata kecepatan yang ditempuh benda dari satu posisi ke posisi lain tanpa bisa memberikan rincian kecepatan yang dialami benda selama perjalanannya.

3. Kecepatan Sesaat Kecepatan rata-rata menunjukkan kecepatan benda dalam suatu lintasan tertentu atau selang waktu tertentu, tapi tidak memberikan kecepatan pada satu titik tertentu atau pada posisi tertentu. Kecepatan pada suatu posisi tertentu ditunjukkan oleh kecepatan sesaat. Kecepatan sesaat dapat diperoleh dari definisi kecepatan rata-rata namun dengan membuat selang waktu t sangat kecil sehingga menuju nol dengan demikian :

Laju rata-rata

Kecepatan rata-rata

Kecepatan rata-rata

25

yaitu turunan (derivasi) pertama terhadap waktu dari perpindahan.

Perhitungan kecepatan sesaat selain menggunakan prinsip derivasi dari persamaan matematika tentang gerak, juga dapat menggunakan rumus-rumus sederhana sebagai-mana akan dibahas kemudian.

4. Perlajuan dan Percepatan rata-rata Seperti disinggung pada uraian sebelumnya sulit bagi benda-benda untuk mempertahankan dirinya agar memiliki kelajuan yang tetap dari waktu ke waktu. Umumnya kelajuan benda selalu berubah-ubah. Perubahan kelajuan benda dibagi waktu perubahan disebut perlajuan. Persamaannya ditulis sebagai berikut:

Istilah perlajuan ini jarang digunakan. Seringnya digunakan istilah percepatan. Percepatan diartikan sebagai perubahan kecepatan benda dibagi waktu perubahannya.

Persamaannya ditulis:

a. Gerak Lurus

Menurut bentuk lintasannya gerak dibagi menjadi beberapa jenis penting, seperti gerak melingkar (misal gerak jarum jam), gerak parabola (misal gerak batu yang dilempar miring ke atas), dan gerak lurus (misal buah mangga jatuh dari tangkai). Dalam banyak kasus sebuah benda dapat bergerak lurus sekaligus bergerak melingkar. Dari ketiga jenis gerak tersebut, gerak lurus adalah gerak yang lintasannya paling sederhana, sedangkan gerak parabolik dan melingkar

atau

26

merupakan gabungan dari dua gerak lurus, seperti yang akan kita pelajari nanti pada fisika lanjutan.

Untuk kemudahan, secara umum gerak lurus dibagi dalam dua kategori, yaitu gerak lurus beraturan (GLB) dan gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Gerak lurus berubah beraturan memiliki bermacam variasi seperti GLBB dipercepat seperti mobil yang memacu mobilnya pada saat-saat awal, dan GLBB diperlambat, seperti kereta yang hendak menghentikan geraknya. Variasi GLBB lainnya adalah gerak vertikal ke atas (GVA) contohnya adalah benda yang di lempar ke atas tegak lurus permukaan bumi, gerak vertikal ke bawah (GVB), yaitu benda yang di lempar lurus menuju bumi dan gerak jatuh bebas (GJB) seperti apel yang jatuh dari pohonnya.

1) Gerak Lurus Beraturan (GLB) Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak benda dalam lintasan garis lurus dengan kecepatan tetap. Untuk lebih memahaminya, perhatikan grafik berikut.

Gambar 1.10. Grafik kecepatan glb terhadap waktu

Grafik di atas menyatakan hubungan antara kecepatan (v) dan waktu tempuh (t) suatu benda yang bergerak lurus. Berdasarkan grafik tersebut cobalah Anda tentukan berapa besar kecepatan benda pada saat t = 0 s, t = 1 s, t = 2 s, t = 3 s? Ya!, Anda benar! Tampak dari grafik, kecepatan benda sama dari waktu ke waktu yakni 5 m/s.

Semua benda yang bergerak lurus beraturan akan memiliki grafik v - t yang bentuknya seperti Gambar 1.10 itu. Sekarang, dapatkah Anda menghitung berapa jarak yang ditempuh oleh benda dalam waktu 3 s? Anda dapat menghitung jarak yang ditempuh oleh benda tersebut dengan cara menghitung luas daerah di bawah kurva bila diketahui grafik (v - t)

27

Gambar 1.11. Luas daerah di bawah kurva

Cara menghitung jarak pada GLB. Jarak yang ditempuh = luas daerah yang diarsir pada grafik v – t. Tentu saja satuan jarak adalah satuan panjang, bukan satuan luas. Dari gambar di atas, jarak yang ditempuh benda = 15 m.

Cara lain menghitung jarak tempuh adalah dengan menggunakan persamaan GLB. Telah Anda ketahui bahwa kecepatan pada GLB dirumuskan: v = s/t ; atau s = v t; dimana s = jarak tempuh (m) ;v = kecepatan (m/s); t = waktu tempuh (s). Dari gambar 1.11, v = 5 m/s, sedangkan t = 3 s, sehingga jarak yang ditempuh: s = v.t = 5 x 3 = 15 m.

2) Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak benda dalam lintasan garis lurus dengan percepatan tetap. Jadi, ciri utama GLBB adalah bahwa dari waktu ke waktu kecepatan benda berubah, semakin lama semakin cepat. Dengan kata lain gerak benda dipercepat. Namun demikian, GLBB juga dapat berarti bahwa dari waktu ke waktu kecepatan benda berubah, semakin lambat hingga akhirnya berhenti. Dalam hal ini benda mengalami perlambatan tetap. Dalam modul ini, kita tidak menggunakan istilah perlambatan untuk gerak benda diperlambat. Kita tetap saja menamakannya percepatan, hanya saja nilainya negatif. Jadi perlambatan sama dengan percepatan negatif.

Contoh sehari-hari GLBB dipercepat adalah peristiwa jatuh bebas. Jatuh bebas adalah benda jatuh dari ketinggian tertentu dengan kecepatan awal sama dengan nol. Semakin lama benda bergerak semakin cepat. Kini, perhatikanlah Gambar 1.12 di bawah yang menyatakan hubungan antara kecepatan (v) dan waktu (t) sebuah benda yang bergerak lurus berubah beraturan dipercepat.

28

Gambar 1.12. Grafik v - t untuk GLBB dipercepat.

Dari grafik di atas kita dapatkan tiga rumus (persamaan) untuk mengetahui hubungan besaran-besaran mekanik dalam glbb yaitu: 1. Persamaan kecepatan sebagai fungsi waktu : vt = vo + a.t 2. Persamaan jarak sebagai fungsi waktu: s = vo.t + ½ a.t2

3. Persamaan kecepatan sebagai fungsi jarak: vt2 = vo2 + 2as

Vo = kecepatan awal (m/s) vt = kecepatan pada waktu t (m/s) t = waktu (s) a = percepatan (m/s2)

3) Jatuh Bebas Bila dua buah benda yang berbeda beratnya (misalnya bola basket dan kelereng) dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari ketinggian yang sama dalam waktu yang sama, benda manakah yang sampai di tanah duluan? Peristiwa jatuhnya benda tanpa kecepatan awal dalam Fisika disebut sebagai jatuh bebas, yakni gerak lurus berubah beraturan pada lintasan vertikal tanpa kecepatan awal (v0 = nol). Semakin ke bawah gerak benda semakin cepat karena dipercepat oleh percepatan gravitasi. Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi (jika peristiwa jatuh terjadi di planet bumi). Anda sudah ketahui bahwa percepatan gravitasi bumi itu besarnya g = 9,8 m/s2 dan sering dibulatkan menjadi 10 m/s2.

Pada jatuh bebas ketiga persamaan GLBB dipercepat yang kita bicarakan pada kegiatan sebelumnya tetap berlaku, hanya saja v0 kita hilangkan dari persamaan karena harganya nol dan lambang s pada persamaan-persamaan tersebut kita ganti dengan h yang menyatakan ketinggian dan a kita ganti dengan g sebagai percepatan gravitasi. Dengan demikian persamaan gerak jatuh bebas adalah:

29

Dari persamaan waktu jatuh, terlihat bahwa waktu jatuh benda bebas hanya dipengaruhi oleh dua faktor yaitu h = ketinggian dan g = percepatan gravitasi bumi. Jadi berat dan besaran-besaran lain tidak mempengaruhi waktu jatuh. Artinya meskipun berbeda beratnya, dua benda yang jatuh dari ketinggian yang sama di tempat yang sama akan jatuh dalam waktu yang bersamaan.

Dalam kehidupan kita sehari-hari mungkin kejadiannya lain. Benda yang berbeda beratnya, akan jatuh dalam waktu yang tidak bersamaan. Hal ini dapat terjadi karena adanya gesekan udara. Percobaan di dalam tabung hampa udara membuktikan bahwa sehelai bulu ayam dan satu buah koin jatuh dalam waktu bersamaan.

4) Gerak Vertikal Ke Atas Lemparkan bola vertikal ke atas, amati gerakannya. Bagaimana kecepatan bola dari waktu ke waktu!

Selama bola bergerak ke atas, gerakan bola melawan gaya gravitasi yang menariknya ke bumi. Akhirnya bola bergerak diperlambat. Akhirnya setelah mencapai ketinggian tertentu yang disebut tinggi maksimum, bola tak dapat naik lagi. Pada saat ini kecepatan bola nol. Oleh karena tarikan gaya gravitasi bumi tak pernah berhenti bekerja pada bola, menyebabkan bola bergerak turun. Pada saat ini bola mengalami jatuh bebas, bergerak turun dipercepat.

Jadi bola mengalami dua fase gerakan. Saat bergerak ke atas bola bergerak GLBB diperlambat (a = g) dengan kecepatan awal tertentu lalu setelah mencapai tinggi maksimum bola jatuh bebas yang

Dari persamaan 2 diperoleh

30

merupakan GLBB dipercepat dengan kecepatan awal nol. Dalam hal ini berlaku persamaan-persamaan GLBB yang telah kita pelajari pada kegiatan lalu.

Pada saat benda bergerak naik berlaku persamaan : 1. Kecepatan benda pada waktu t : v = vo – g.t 2. Tinggi yang dicapai benda pada saat t: h = vo.t – ½ g.t2

3. Kecepatan pada ketinggian h: vt2 = vo2 – 2g.h

Sedangkan pada saat jatuh bebas berlaku persamaan-persamaan gerak jatuh bebas yang sudah kita pelajari pada kegiatan lalu.

5) Gerak Vertikal Ke Bawah Berbeda dengan jatuh bebas, gerak vertikal ke bawah yang dimaksudkan adalah gerak benda-benda yang dilemparkan vertikal ke bawah dengan kecepatan awal tertentu. Jadi seperti gerak vertikal ke atas hanya saja arahnya ke bawah. Sehingga persamaan persamaannya sama dengan persamaan-persamaan pada gerak vertikal ke atas, kecuali tanda negatif pada persamaan-persamaan gerak vertikal ke atas diganti dengan tanda positif. Sebab gerak vertikal ke bawah adalah GLBB yang dipercepat dengan percepatan yang sama untuk setiap benda yakni g.

Pada saat benda bergerak turun berlaku persamaan :1. Kecepatan benda pada waktu t : v = vo + g.t 2. Tinggi yang dicapai benda pada saat t: h = vo.t +½ g.t2

3. Kecepatan pada ketinggian h: vt2 = vo2+ 2g.h

Dapat disimpulkan bahwa gerak vertikal ke bawah ini sama dengan gerak GLBB pada arah mendatar. Beda antara keduanya adalah bahwa pada gerak vertikal ke bawah benda selalu dipercepat, sedangkan gerak GLBB pada arah mendatar dapat pula diperlambat.

Latihan Untuk mengetahui pemahaman Anda terhadap materi di atas, kerjakanlah latihan berikut! 1. Budi berlari ke timur sejauh 20 m selama 6 s lalu balik ke barat

sejauh 8 m dalam waktu 4 s. Hitung kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata Budi !

2. Adam berlari di jalan lurus dengan kelajuan 4 m/s dalam waktu 5 menit, lalu berhenti selama 1 menit untuk kemudian melanjutkan larinya. Kali ini dengan kelajuan 5 m/s selama 4 menit. Berapakah kelajuan rata-rata Adam?

3. Amri lari pagi mengelilingi lapangan berbentuk empat persegi panjang dengan panjang 10 m dan lebar 5 m. Setelah melakukan tepat 10 putaran dalam waktu 1 menit, Amri berhenti. Tentukan:

31

a. Jarak yang ditempuh Amri. b. Perpindahan Amri. c. Kelajuan rata-rata Amri. d. Kecepatan rata-rata Amri.

4. Sebuah perahu didayung sehingga melaju dengan percepatan tetap 2 m/s2. Bila perahu bergerak dari keadaan diam, tentukan kecepatan perahu setelah perahu bergerak selama: a. 1 s b. 2 s c. 3 s

5. Bagaimana bila dalam contoh 1, perahu sudah melaju dengan kecepatan 3 m/s sebelum didayung?

6. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan tetap 36 km/jam. Berapa meterkah jarak yang ditempuh mobil itu setelah bergerak 10 menit?

7. Gerak sebuah benda yang melakukan GLB diwakili oleh grafik s - t di bawah. Berdasarkan grafik tersebut, hitunglah jarak yang ditempuh oleh benda itu dalam waktu: a. 3 s b. 10 s

Pedoman Jawaban Latihan Setelah Anda menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut, Anda dapat mencocokkan hasil jawaban Anda dengan pedoman di bawah ini. 1. Jawab :

Kelajuan rata-rata

Kecepatan rata-rata (anggap perpindahan ke Timur bernilai positif, ke Barat negatif).

32

2. Jawab : s1 = 4 m/s x 5 menit x 60 s/menit = 1.200 m. s2 = 5 m/s x 4 menit x 60 s/menit = 1.200 m. Jarak total yang ditempuh Adam:s = s1 + s2 = 2.400 m. Sedangkan waktu berlari Adam: t = 5 menit + 1 menit + 5 menit = 10 menit = 10 menit x 60 s/menit = 600 s Perhatikan, waktu istirahat 1 menit dimasukkan dalam perhitungan.

Kelajuan rata-rata Adam berlari:

3. Jawab : Terlebih dahulu kita ubah satuan dari besaran-besaran yang diketahui.

p = 10 m; l = 5 m 1 putaran = keliling empat persegi panjang

= 2 x (p + l) = = 2 x (10 + 5) = = 30 m Δt = 1 menit = 60 s. a. Jarak yang ditempuh Amri: s = 10 putaran = 10 x 30 = 300 m b. Perpindahan Amri: Δs = nol , sebab Amri berlari tepat 10 putaran,

sehingga posisi awal Amri = posisi akhirnya. c. Kelajuan rata-rata:

33

d. Kecepatan rata-rata:

4. Jawab : a) 1 s, kecepatan perahu = 2 m/s b) 2 s, kecepatan perahu = 4 m/s c) 3 s, kecepatan perahu = 6 m/s Bagaimana bila dalam contoh 1, perahu sudah melaju dengan

kecepatan 3 m/s sebelum didayung? 5. Jawab :

Tidak masalah! Sebab percepatan tidak bergantung kecepatan awal benda. Setelah bergerak:

a) 1 s, kecepatan perahu menjadi = 3 + 2 = 5 m/s b) 2 s, kecepatan perahu menjadi = 5 + 2 = 7 m/s c) 3 s, kecepatan perahu menjadi = 7 + 2 = 9 m/s

6. Jawab : Anda ubah dulu satuan-satuan dari besaran yang diketahui ke dalam sistem satuan SI. Diketahui: v = 36 km/jam = 10 m/s t = 10 menit = 600s s = v.t = 10 x 600 = 6.000 m = 6 km

7. Penyelesaian : Diketahui: s0 = 2 m; v = 4 m/s Ditanya: a. Jarak yang ditempuh benda pada saat t = 3 s. b. Jarak yang ditempuh benda pada saat t = 10 s. Jawab: a. s (t) = s0 + v t maka untuk s (3s) = 2 + 4 x 3 = 14 m b. s (t) = s0 + v t maka untuk s (10 s) = 2 + 4 x 10 = 42 m

34

Rangkuman Mekanika adalah cabang ilmu fisika yang membahas tentang gerak. Kinematika adalah cabang Fisika yang mempelajari gerak benda tanpa menghiraukan penyebabnya. Besaran-besaran penting pada Kinematika Gerak Lurus adalah jarak dan perpindahan, kelajuan dan kecepatan, serta perlajuan dan percepatan. Di antara besaran-besaran tersebut, jarak, kelajuan dan perlajuan merupakan besaran skalar, sedangkan yang lainnya besaran vektor. Besaran-besaran kinematika ini berkaitan satu sama lain.

Gerak lurus dibedakan atas gerak lurus beraturan (GLB) dan gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Pada GLB benda bergerak dengan kecepatan tetap, sedangkan pada GLBB benda bergerak dengan percepatan tetap.

Percepatan diartikan sebagai perubahan kecepatan per satuan waktu. Bila perubahan kecepatan benda semakin melambat, percepatannya berharga negatif dan disebut perlambatan.

Gerak lurus baik GLB maupun GLBB dapat diwakili oleh grafik s-t dan grafik v-t. Dari grafik s-t, GLB kita dapat menentukan kecepatan rata-rata. Dari grafik v-t kita dapat menghitung jarak yang ditempuh benda dengan cara menghitung luas daerah di bawah kurva. Gerak lurus berubah beraturan dibedakan menurut lintasannya, yaitu GLBB pada lintasan mendatar dan GLBB pada lintasan vertikal. Gerak pada lintasan vertikal terdiri dari gerak vertikal ke atas, jatuh bebas dan gerak vertikal ke bawah dengan kecepatan awal.

Pada gerak jatuh bebas percepatan gerak benda semata-mata dipengaruhi oleh percepatan gravitasi yang ditimbulkan oleh gaya gravitasi. Oleh karenanya dari ketinggian yang sama, benda-benda jatuh bebas bersamaan akan jatuh dengan waktu (melayang) jatuh yang sama lamanya tidak tergantung pada perbedaan massa benda-benda yang jatuh tersebut.

35

Tes Formatif 2 Pilih salah satu jawaban yang dianggap paling benar 1. Sebuah benda dikatakan bergerak bila....

A. kecepatan benda itu tetap B. posisinya tetap C. kedudukan benda itu tetap D. kedudukan benda itu berubah

2. Buah kelapa yang jatuh dari pohonnya merupakan contoh gerak....A. parabola B. semu C. lurus D. relatif

3. Perpindahan termasuk besaran vektor karena .... A. memiliki arah B. memiliki besar C. memiliki besar dan arah D. memiliki satuan

4. Benda yang bergerak lurus beraturan memiliki .... A. kecepatan tetap B. kecepatan bertambah C. kecepatan berkurang D. kecepatan teratur

5. Sebuah benda dikatakan bergerak dengan kecepatan tetap bila.... A. lintasan yang dilaluinya lurus B. percepatannya bertambah C. jarak tempuhnya berubah-ubah D. jarak tempuhnya sama

6. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan tetap 60 km/jam. Berapa jarak yang ditempuh mobil bila melaju selama 30 menit.... A. 20 km B. 30 km C. 40 km D. 90 km

7. Sebuah benda yang semula diam didorong sehingga bergerak dengan percepatan 4m/s2. Besarnya kecepatan benda setelah bergerak 6 s adalah ....A. 10 m/s B. 15 m/s C. 20 m/s D. 24 m/s

8. Matahari seolah-olah bergerak dari timur ke barat, padahal sebenarnya bumi yang bergerak. Gerak yang demikian disebut ....

A. gerak lurus B. gerak melingkar C. gerak konstan D. gerak semu

36

Kunci Jawaban Tes Formatif Tes Formatif 1 1. A. Tingkat ketelitian pengukuran sangat ditentukan oleh

posisi mata atau posisi alat ukur yang tidak tegak lurus dan tidak tepat dengan benda yang diukur.

2. D Semua besaran pokok diperoleh melalui pengukuran3. A Terdapat tujuh besaran pokok adalah: panjang, massa,

waktu, suhu (kelvin), kuat arus (ampere), intensitas cahaya (candela), dan jumlah zat (mol).

4. C Alat ukur yang dapat digunakan mengukur ketebalan kertas adalah mikrometer skrup

5. B Pengukuran volume benda yang geometrisya tidak beraturan harus dengan gelas ukur yang berisi air

6. A Masa jenis diperoleh melalui membagi masa dengan volume (160 g/ 200 cm3) = 0,8 g/ cm3

7. B Mengukur secra konseptual merupakan proses membandingkan antara alat ukur dengan benda yang diukur

Tes Formatif 2 1. D Benda yang bergerak kedudukannya berubah 2. C Buah kelapa jatuh dari pohonya merupakn contoh gerak

lurus 3. C Besaran vektor selalu memiliki besar dan arah 4. A Kecepatannya tetap pada benda yang bergerak lurus

beraturan 5. D Benda yang bergerak dengan kecepatan tetap jarak

tempuhnya sama 6. B (v = S/t), sehingga S = v.t , maka S = ½ x 60 km/jam =

30 km 7. D vt = v0 + a.t , maka v = 0 + 4 x 6 = 24 m/s8. D gerak semu merupakan gerak yang tidak sebenarnya

Daftar Pustaka

Koes, H, S., Prabowo, 1999. Konsep Dasar IPA, Jakarta : DIKTI Depdikbud

Sri,Y,M., dkk, 2006. Konsep Dasar IPA, Bandung : UPI PRESS

Turk, Jonatan. (1991). Physical Science. Philadelphia: Saunders College Publishing

37

Modul 2MATERI ENERGI GELOMBANG

Pendahuluan Materi Modul 2 ini mengkaji ulang Sains-Fisika SD yang berkaitan dengan dua elemen penting penyusun segala hal yang dapat diobservasi di alam semesta ini, dan mempelajari fenomena unik yang terkait dengan keduanya, yaitu gelombang. Dua elemen tersebut adalah materi dan energi.

Tujuan pembelajaran Modul 2 adalah agar Anda memahami konsep-konsep dasar dari pengertian materi dan energi, perubahan materi dan energi, pengertian gelombang, sifat-sifat gelombang terutama gelombang cahaya dan bunyi. Setelah mempelajarai materi ini Anda diharapkan memiliki kompetensi dasar dalam hal: 1. menjelaskan arti materi dan perubahannya; 2. membedakan perubahan materi jenis fisika dan kimia; 3. mendeskripsikan perubahan energi serta hubungannya dengan usaha; 4. menjelaskan arti gelombang; 5. menjelaskan sifat-sifat gelombang; 6. menghitung besaran-besaran gelombang.

Untuk membantu Anda mencapai tujuan tersebut, modul ini diorganisasikan menjadi tiga Kegiatan Belajar, sebagai berikut:

1. Kegiatan Belajar 1 : Materi dan Perubahannya 2. Kegiatan Belajar 2 : Energi 3. Kegiatan Belajar 3 : Gelombang

Jangan dilewatkan untuk mencoba menjawab soal-soal yang dituliskan pada setiap akhir kegiatan belajar. Hal ini berguna untuk mengetahui apakah Anda sudah memahami dengan benar kandungan bahan belajar ini.

Selamat Belajar.

38

Kegiatan Belajar 1 Materi dan Perubahannya

Pengantar Dalam kehidupan sehari-hari kita senantiasa melihat adanya perubahan yang terjadi pada benda-benda atau materi di sekitar kita. Misalnya tanaman tumbuh menjadi besar, air menjadi es, kayu menjadi arang, dan lain-lain.

Secara garis besar perubahan yang terjadi di alam tersebut dapat digolongkan menjadi dua, yaitu perubahan fisika dan perubahan kimia. Perubahan fisika sifatnya tidak kekal, misal air setelah menjadi es dapat kembali jadi air, atau lilin yang mencair dapat menjadi padat kembali. Sedangkan pada perubahan kimia terbentuk zat baru yang sifatnya berbeda dari zat semula, dan hampir tak mungkin kembali lagi ke bentuk zat asal baik bentuk maupun sifatnya dan setiap perubahannya selalu disertai dengan efek panas.

Dengan memahami berbagai aspek perubahan materi, Anda diharapkan memperoleh wawasan dan keuntungan ketika semua bentuk perubahannya memberikan manfaat yang berarti bagi Anda.

A. Materi

Anda telah memahami bahwa materi adalah sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruang; dan pada pembahasan terdahulu sudah dibahas pengertian massa sebagai ukuran kuantitas materi. Ada pun dalam mekanika, massa adalah ukuran ketahanan materi terhadap suatu gaya, yang ditandai dengan perubahan kecepatannya, sebagaimana dirumuskan oleh Newton: F = m a. Berdasarkan persamaan tersebut, massa dapat diukur dengan memberikan gaya F pada suatu materi dan diukur percepatannya. Tetapi sangat sulit membuat gaya yang konstan, karena banyak gaya lain yang mengganggu, maka dipakai gaya gravitasi untuk menentukan massa:

W = m gDengan

W = gaya gravitasi (kg.m.s-2) m = massa (kg) g = percepatan gravitasi (m.s-2)

Gaya gravitasi sering disebut berat (bobot). Gaya gravitasi bergantung pada jarak benda dengan pusat bumi, maka nilai W dan g di suatu tempat berbeda dengan di tempat lain sedangkan massa tetap (m =

39

w/g tetap). Besar percepatan gravitasi di daerah khatulistiwa rata-rata adalah 9,8 ms-2.

Ada dua macam sifat materi berdasarkan hubungannya dengan jumlah materi, yaitu: 1. Sifat intensif, yaitu sifat yang tidak bergantung pada jumlah materi.

Contohnya titik didih, titik beku, index bias, suhu, kerapatan, rumus senyawa, wujud zat.

2. Sifat ekstensif, yaitu sifat yang bergantung pada jumlah materi. Contohnya massa, energi, mol, volume, massa jenis.

B. Klasifikasi materi

Materi diklasifikasikan berdasarkan karakteristiknya. Misalnya, berdasarkan kekuatan menghantarkan panas atau menghantarkan arus listrik, materi diklasifikasikan sebagai isolator atau konduktor. Berdasarkan tingkat wujudnya dikenal adanya benda padat, cair, dan gas. Benda padat merupakan zat yang dapat menjaga bentuknya, gaya antar molekulnya cukup kuat untuk menjaga ketegaran zat itu. Benda cair, merupakan zat yang tidak menyebar ke seluruh ruang tetapi mudah berubah bentuknya. Sedangkan benda gas, merupakan zat yang tidak memiliki bentuk yang tetap, mudah menempati ruang. Adapun berdasarkan komposisinya materi diklasifikasikan sebagai berikut:

Gambar 2.1.Klasifikasi materi berdasarkan komposisinya

C. Perubahan Materi

Materi

Campuran Zat Murni

Homogen

Heterogen Senyawa

Unsur

40

Karena pengaruh energi, komposisi materi dapat berubah dari suatu komposisi ke komposisi lainnya, atau dari suatu tingkat wujud ke tingkat wujud lainnya. Perubahan ini pun biasa dikategorikan ke dalam dua jenis: pertama perubahan fisika dan kedua perubahan kimia. Pada perubahan jenis pertama tidak terjadi pembentukan zat baru; artinya unsur-unsur penyusunnya tetap sama dengan zat semula; sebaliknya pada perubahan jenis kedua selalu terjadi zat yang benar-benar baru yang unsur-unsur penyusunnya berbeda dengan zat semula. Perubahan dari campuran ke zat murni atau sebaliknya serta perubahan tingkat wujud benda merupakan contoh perubahan fisika; sedangkan perubahan dari senyawa ke unsur atau sebaliknya merupakan contoh perubahan kimia. Perlu Anda pahami bahwa salah satu ciri perubahan fisika, perubahan tersebut bersifat reversible, dapat kembali ke komposisi semula walaupun tanpa melalui reaksi kimia. Ada pun pada perubahan kimia, kecuali dengan reaksi kimia benda yang telah berubah tidak dapat kembali (ireversible) ke komposisi semula.

Pada perubahan fisika, yaitu perubahan yang tidak menghasilkan zat baru, secara singkat contohnya adalah perubahan tempat, bentuk, ukuran, dan wujud benda (zat). Perubahan wujud zat digambarkan dalam skema berikut:

4 3 2 1

6

5Gambar 2.2.

Siklus perubahan tingkat wujud Keterangan: 1 = menyublim 4 = mengembun 2 = deposisi 5 = membeku 3 = menguap 6 = melebur

Agar anda memahami semua bentuk perubahan wujud zat, anda perhatikan contoh perubahan wujud zat sebagai berikut: 1. Menyublim, merupakan proses perubahan dari wujud padat

menjadi gas, contoh kapur barus dibiarkan terbuka. 2. Deposisi, merupakan proses perubahan dari wujud gas menjadi

padat tanpa melalui cair terlebih dahulu. 3. Menguap, merupakan proses perubahan dari wujud cair menjadi

gas, contoh air dipanaskan. 4. Mengembun, merupakan proses peubahan dari wujud gas menjadi

cair, contoh uap air didinginkan.

Gas

Cair Padat

41

5. Membeku, merupakan proses perubahan wujud zat cair menjadi padat, contoh air didinginkan hingga menjadi es.

6. Melebur, merupakan proses perubahan wujud zat padat menjadi cair, contoh es terkena panas matahari menjadi air.

Sehubungan dengan perubahan komposisi zat khususnya yang termasuk ke dalam perubahan kimia, beberapa pengertian dasar jenis materi berdasarkan komposisinya secara sederhana dijelaskan sebagai berikut. 1. Unsur, adalah materi yang tidak dapat diuraikan dengan

reaksi kimia menjadi zat yang lebih sederhana. Contoh, hidrogen, oksigen, besi, belerang, tembaga. Partikel-partikel unsur disebut atom.

2. Senyawa, adalah materi yang dibentuk dari dua unsur atau lebih dengan perbandingan tertentu. Contoh, air, asam asetat, etanol, karbondioksida.

3. Partikel-partikel senyawa disebut molekul. Molekul dapat terdiri dari satu jenis unsur atau lebih. Contoh, molekul gas oksigen (O2), molekul Air (H2O).

4. Campuran homogen, adalah campuran dua atau lebih zat tunggal, dengan perbandingan sembarang, dimana semua partikelnya menyebar merata sehingga membentuk satu fasa. Fasa adalah keadaan zat yang sifat dan komposisinya sama antara satu bagian dengan bagian lain di dekatnya. Contoh campuran yang membentuk satu fasa adalah larutan.

5. Contoh: campuran gula dengan air (larutan gula), garam dengan air (larutan garam), alkohol dengan air (larutan alkohol).

6. Campuran heterogen, adalah campuran dua atau lebih zat tunggal, dengan perbandingan sembarang, dimana partikel-partikelnya tidak merata sehingga komposisi di berbagai bagian tidak merata dan membentuk lebih dari satu fasa. Contohnya campuran air dengan minyak tanah, jika dikocok maka minyak akan menyebar dalam air berupa gelembung-gelembung. Gelembung berisi minyak dan lainnya adalah air, jadi ada bidang batas antara minyak dengan air sehingga terbentuk dua fasa.

Di antara jenis-jenis zat berdasarkan komposisinya dapat terjadi perubahan kimia, yaitu perubahan yang menghasilkan zat baru karena terjadi perubahan struktur zat tersebut.

Contoh perubahan kimia banyak kita temukan dalam kehidupan sehari-hari dan ada di sekitar lingkungan kita, contohnya : 1. Fermentasi (peragian), misalnya pada pembuatan tape,

pembuatam tempe, dan oncom. 2. Dekomposisi (pembusukan), misalnya pada pembusukan

sampah, nasi menjadi basi, susu menjadi asam dan sebagainya.

42

3. Sintesis (pembentukan senyawa), misalnya pembentukan senyawa gula pada fotosintesis tanaman.

4. 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) C6H12O6 (aq) + 6 O2 (g) 5. g, l, aq yang dituliskan dalam reaksi tersebut menyatakan

fase zat: gas, larutan, dan cairan. 6. Analisis (penguaraian senyawa), misalnya penguraian

senyawa gula menjadi gas karbondioksida dan uap air pada respirasi tanaman.

7. C6H12O6 (aq) + 6 O2 (g) 6 CO2 (g) + 6 H2O (g) 8. Oksidasi, merupakan proses bereaksinya suatu zat dengan

oksigen, misal proses pembentukan karat pada logam besi.

Sedangkan contoh perubahan fisika adalah pemisahan unsur-unsur campuran larutan secara fisika. Pemisahan ini sangat bergantung kepada jenis, wujud, dan sifat-sifat komponen yang akan dipisahkan.

Ada beberapa cara pemisahan campuran secara fisika, yaitu:

1. Dekantasi, yaitu pemisahan zat padat dari zat cair yang saling tidak larut pada suhu tertentu dengan cara menuangkan zat cairnya.

2. Penyaringan, yaitu pemisahan zat padat dari zat cair dengan menggunakan media kertas. Perhatikan gambar berikut :

Gambar 2.3. Proses penyaringan

3. Destilasi, yaitu pemisahan dua atau lebih zat cair berdasarkan perbedaan titik didihnya yang cukup besar. Contohnya adalah pemisahan campuran air dan etanol, dimana pada suhu 25 oC dan tekanan 1 atm, titik didih air 100 oC sedangkan alkohol 78 oC.

Dengan:1. Corong2. Kertas Saring3. Campuran Heterogen4. Campuran Homogen

43

1. Rekristalisasi, yaitu pemisahan berdasarkan perbedaan titik beku komponen campuran. Sebaiknya komponen yang akan dipisahkan berwujud padat dan lainnya cair pada suhu kamar. Contohnya pemisahan garam dari larutan garam dalam air. Larutan dipanaskan perlahan-lahan sampai tepat jenuh, kemudian dibiarkan dingin dan garam akan mengkristal, lalu disaring.

Gambar 2.4. Proses kristalisasi

5. Ekstraksi, yaitu pemisahan berdasarkan perbedaan kelarutan komponen campuran dalam pelarut yang berbeda. Syaratnya kedua pelarut yang dipakai tidak bercampur. Contoh pelarut untuk ekstraksi adalah air – minyak, air – kloroform. Misalnya pemisahan campuran A dan B dengan pelarut X dan Y.

Latihan Untuk mengetahui pemahaman Anda terhadap materi di atas,

kerjakanlah latihan berikut! 1. Apa yang dimaksud degan materi ? Berikan contoh meteri

yg berwujud padat, cair dan gas ! 2. Faktor apa yang menyebabkan terjadinya perubahan fisik ?

Berikan contohnya! 3. Apa saja yang termasuk kepada sifat fisik materi ? 4. Mengapa sayur atau nasi bisa menjadi basi ? 5. Apa yang dimaksud dengan reaksi kimia ?

Pedoman Jawaban Latihan

Untuk menjawab pertanyaan latihan, sebaiknya anda perhatikan rambu-rambu jawaban berikut ini 1. Materi merupakan segala sesuatu yang mempunyai masa

dan menempati ruang. Materi berwujud padat, misalnya buku,

Dengan:1. Larutan jenuh garam dapur 2. Pemanas bunsen 3. Kristal garam murni 4. Air es tidak bercampur

44

meja, kursi dan sebagainya. Contoh materi berwujud cair ádalah minyak tanah, bensin, air minum dan sebagainya. Sedangkan yang berwujud gas adalah udara, oksigen, hidrogen dan sebagainya.

2. Faktor yang menyebabkan perubahan fisik adalah perubahan wujud, pelarutan, perubahan bentuk, aliran listrik. Contoh untuk perubahan wujud adalah air berubah menjadi padat. Contoh untuk perubahan fisik karena pelarutan adalah pelarutan gula dalam air. Contoh untuk perubahan bentuk karena perubahan bentuk adalah kayu lapis diubah menjadi lemari.

3. Yang termasuk kepada sifat fisik materi adalah warna, bentuk, bau, rasa, serta tetapan fisik lainnya seperti titik didih, titik beku dan sebagainya.

4. Disebabkan oleh adanya proses dekompoisisi (pembusukan) bakteri yang menguraikan sayuran dan nasi tersebut.

5. Reaksi kimia disebut juga perubahan kimia, yaitu perubahan materi yang menghasilkan zat baru.

Rangkuman

Materi adalah sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruang; dan massa sebagai ukuran kuantitas materi. Ada pun dalam mekanika, massa adalah ukuran ketahanan materi terhadap suatu gaya, yang ditandai dengan perubahan kecepatannya, sebagaimana dirumuskan oleh Newton: F = m a.

Materi dapat dikenali dari identitas atau sifat-sifatnya. Untuk menguji materi dan memahami apa yang terjadi dalam materi itu, maka kita harus dapat memeriksanya secara jelas. Secara umum materi dapat diperiksa sifat fisiknya melalui indera kita. Misalnya arang berwarna hitam dibanding kapur yang berwarna putih diperoleh melaui kesan penglihatan, kerasnya gelas dibanding dengan lembutnya busa diperoleh melalui kesan perabaan, dan sebaginya.

Materi tersebut dapat berubah dari suatu komposisi ke komposisi lainnya, atau dari suatu tingkat wujud ke tingkat wujud lainnya. Perubahannya dikategorikan ke dalam dua jenis: (1) perubahan fisika dan (2) perubahan kimia.

Tes Formatif 1 Pilihlah jawaban yang paling tepat! 1. Secara konseptual materi adalah ....

A. memiliki masa dan volume B. memiliki volume dan menempati ruang

45

C. menempati ruang dan memiliki masa D. memiliki masa dan berat

2. Bentuknya berubah-ubah dan volumenya selalu menempati ruangan yang tersedia. Ini meruapakan sifat dari ..... A. air B. oksigen C. pasir D. spirtus.

3. Berikut ini adalah sifat dari partikel zat padat, kecuali ..... A. letaknya sangat berdekatan B. susunannya sangat teratur C. kohesinya sangat kuat D. geraknya sangat bebas

4. Sifat intensif dari materi adalah tidak tergantung pada jumlah materi, contohnya adalah .... A. titik didih B. titik beku C. wujud zat D. masa jenis

5. Yang termasuk kepada contoh rekristalisasi adalah ..... A. pemisahan campuran air dan etanol B. pemisahan garam dari larutan garam dalam air. C. proses bereaksinya suatu zat dengan oksigen D. penguraian senyawa gula menjadi gas karbondioksida

6. Materi yang tidak dapat diuraikan dengan reaksi kimia menjadi zat yang lebih sederhana adalah .... A. atom B. senyawa C. unsur D. partikel

7. Air gula dan air garam termasuk kepada .... A. senyawa B. campuran homogen C. campuran heterogen D. campuran

8. Perubahan wujud zat dari padat menjadi gas adalah..... A. mendidih B. menyublim C. mengembun D. membeku

9. Yang termasuk kepada perubahan kimia adalah sebagai berikut, kecuali A. besi berkarat B. kayu terbakar C. fotosintesis D. kertas digunting

46

10. Pemisahan campuran air dan etanol, termasuk kepada ..... A. penyaringan B. destilasi C. rekristalisasi D. ekstraksi

47

Kegiatan Belajar 2 E n e r g i

Pengantar Kita meyadari bahwa energi merupakan kebutuhan yang esensial bagi perikehidupan manusia bahkan semua makhluk hidup. Manusia sebagai salah satu makhluk hidup memerlukan energi, tidak saja digunakan untuk melakukan kegiatan seluruh sistem organ dalam tubuhnya, tetapi juga digunakan untuk mencari makan dan melakukan perkembangbiakan.

Apa yang disajikan dalam subunit ini, merupakan konsep dasar dan contoh-contoh sederhana, mudah diserap oleh calon guru SD, sehingga akhirnya memiliki wawasan yang cukup luas dan mendasar tentang energi dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.

A. Konsep Energi

Apakah yang dimaksud dengan energi? Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Sebuah benda dapat dikatakan mempunyai energi bila benda itu menghasilkan gaya yang dapat melakukan usaha atau kerja.

Anda semua tentunya telah sering mendengar dan paham istilah energi atau tenaga; suatu besaran turunan yang memiliki satuan Joule atau erg. Kita tahu, bahwa kita mampu melakukan sesuatu karena kita memiliki sejumlah energi. Energi yang kita miliki itu berasal dari mana? Bagaimana cara mendapatkannya?

Energi berasal dari suatu sumber energi, energi panas bisa berasal dari matahari, api, nyala lilin. Matahari merupakan sumber energi yang paling utama bagi kehidupan di Bumi. Misalnya, Matahari (energi cahaya) berperan pada pembuatan makanan bagi tumbuhan, selanjutnya, tumbuhan merupakan makanan bagi kehidupan makhluk hidup lainnya.B. Bentuk Energi dan Perubahannya

Di alam ini tidak ada makhluk yang dapat menciptakan dan memusnahkan energi, atau dengan kata-kata yang populer ”energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan”. Yang terjadi di alam hanya perubahan energi dari suatu bentuk ke bentuk lainnya. Perubahan yang menyertai materi sebenarnya menjelaskan esensi energi sebagai kemampuan melakukan kerja (usaha).

48

Pada dasarnya ada dua macam bentuk energi, yaitu energi potensial dan energi kinetik, kedua energi tersebut merupakan energi mekanik. Namun ada juga energi yang memiliki sumber berbeda.

1. Energi kinetik Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda yang bergerak. Besarnya energi kinetik suatu benda bergantung pada massa dan kecepatan benda benda tersebut. Benda bermassa m bergerak horizontal dengan kecepatan v maka Ek benda:

Ek = ½ m v2

Dengan :

Ek = energi kinetik (J) vm = massa materi (kg) mv = kecepatan gerak materi (ms-1)

2. Energi potensial

m Energi potensial gravitasi adalah energi yang dikandung suatu materi berdasarkan tinggi rendah kedudukannya. Besarnya energi potensial bergantung pada massa dan ketinggian. Secara matematis hubungan tersebut ditulis:

Ep = m g h

Dengan: Ep = Energi potensial (J)

m = massa materi (kg) g = percepatan gravitasi (ms-2) h = ketinggian dari bumi (m)

Gambar 2.5. Benda dengan ketinggian hdari permukaan Bumi

Selain energi potensial gravitasi juga dikenal energi potensial pegas. Energi ini dimiliki oleh benda yang dapat melentur seperti pegas atau busur panah. Pegas dan busur panah atau benda sejenis akan memiliki energi potensial jika benda itu direntangkan atau diciutkan.

Jika sebuah pegas diregangkan oleh gaya F sejauh x, maka pegas tersebut akan memiliki energi potensial sebesar :

m

h

49

Ep = ½ kx2, atau Ep = F.x

dimana F = kx (gaya pegas), k = konstanta bahan pegas. Gambar 2.6. Pegas diregangkan sejauh x

Baik pada energi potensial gravitasi maupun energi potensial pegas, perubahan energi potensial suatu benda selalu terkait dengan perubahan posisi (gerak) benda. Oleh karenanya terkait dengan energi kinetik benda tersebut. Jumlah energi kinetik dan energi potensial yang dimiliki suatu benda pada suatu saat disebut energi mekanik (Em). Bagi suatu benda, setiap saat berlaku hukum kekekalan energi mekanik Ek + Ep = konstan. Artinya jika benda mengalami kenaikan salah satu dari komponen energi mekanik (Ek atau Ep) maka komponen lainnya mengalami penurunan. Contoh, jika benda dilempar vertikal, benda setiap saat mengalami punurunan energi kinetik, maka pada saat yang sama benda tersebut mengalami penambahan (kenaikan) energi potensial. Mengapa?

Energi mekanik juga dapat dinyatakan dengan perubahan posisi benda karena pengaruh gaya (tarikan atau dorongan).

S

Fy F

Fx

Gambar 2.8. Menggeser benda sejauh s dengan gaya F

Benda berupa balok ditarik oleh gaya F sebagaimana nampak pada gambar hingga sejauh s. Energi yang digunakan untuk usaha menggeser benda sejauh s dengan gaya sebesar F adalah W = F.s. Dimana F adalah komponen gaya yang sejajar dengan arah perpindahan benda (s). Jika arah gaya (F) membentuk sudut α dengan arah perpindahan (s) maka W = FCos α.s.

Untuk mengukur kepahaman Anda coba hitung berapa energi yang digunakan seseorang yang menggeser benda secara horizontal sejauh 40 m. Gaya yang digunakan sebesar 60N dengan arah gaya membentuk sudut 30o dengan sumbu vertikal (sumbu y).

3. Energi panas (kalor)

50

Energi panas (kalor) adalah energi kinetik rata-rata gerakan partikel-partikel penyusun materi. Menggosok-gosokan suatu benda ke benda lainnya sebenarnya menjadikan gerakan partikel pada benda tersebut bertambah kecepatannya sehingga timbul panas. Sebaliknya, pemberian panas pada suatu benda dapat menyebabkan gerak partiel benda tersebut semakin cepat bahkan saling menjauh. Dalam pembahasan tentang kalor sering digunakan istilah suhu. Suhu adalah derajat panas suatu benda. Tetapi tidak secara langsung menunjukkan banyaknya panas benda tersebut. Suhu air dalam satu gelas mungkin sama dengan suhu air panas yang mengisi penuh sebuah termos, tetapi jumlah panasnya jelas berbeda. Kita hanya bisa memastikan bahwa materi yang suhunya lebih tinggi mempunyai energi kinetik rata-rata partikelnya lebih besar. Akibatnya energi panas akan berpindah dari benda bersuhu tinggi ke yang rendah. Besarnya energi yang mengalir dapat ditentukan dari besarnya perubahan suhu, massa benda, dan kalor jenis. Berikut adalah penjelasan lebih lanjut tentang kalor dan suhu.

Kalor adalah energi yang diterima oleh sebuah benda sehingga suhu benda itu naik atau wujud benda berubah, atau energi yang dilepaskan oleh suatu benda sehingga suhu benda itu turun atau wujud benda berubah. Satuan energi untuk kalor biasanya dinyatakan dalam kalori. Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan air 1 gram sehingga suhu naik 10 C, satu kilo kalori ialah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan air 1 kilogram (kg) sehingga suhu naik 10C.

a) Kalor jenis dan Kapasitas kalor. Banyaknya kalor yang diterima oleh benda yang dipanaskan sebanding dengan massa benda itu, dan sebanding dengan kenaikan suhunya. Banyak kalor yang diberikan oleh benda yang didinginkan sebanding dengan massa benda dan sebanding dengan turunnya suhu benda. Dengan demikian jika Q menyatakan kalor yang diperlukan oleh m gram benda sehingga suhunya naik Δ t maka :

Q = m.c.Δt

Dari rumus di atas kita dapat memahami bahwa kalor jenis suatu zat adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat tersebut setinggi 1 derajat Celcius. Adapun kapasitas kalor (H) adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh m gram benda sehingga suhu naik 1 oC. Secara matematik dapat ditulis dalam bentuk rumus:

H = Q/Δt atau H = m . c

b) Azas Black.

51

Pengukuran jumlah kalor yang dilepaskan dan diterima, ketika dua benda yang suhunya berbeda bercampur. 1. Jika dua benda saling bercampur, maka benda yang panas

akan memberikan kalor kepada benda yang dingin, sehingga suhu kedua benda itu sama.

2. Jumlah kalor yang diserap oleh benda yang dingin, sama dengan jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda yang panas.

3. Sebuah benda yang didinginkan akan melepaskan kalor yang sama ba-nyaknya dengan kalor yang diserapnya, jika benda itu dipanaskan.

Dari hal di atas dapat disimpulkan bahwa prinsip dasar Azas Black adalah: kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepaskan.

4. Energi Cahaya

Energi cahaya adalah energi yang dimiliki oleh gerakan foton dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Gelombang cahaya mempunyai frekuensi dan panjang gelombang tertentu, dengan kecepatan yang sama. Makin besar nilai panjang gelombang maka makin kecil frekuensi. 5. Energi listrik

Energi listrik adalah energi yang diakibatkan oleh gerakan partikel bermuatan dalam suatu media (konduktor), karena adanya beda potensial antara kedua ujung konduktor. Besarnya energi listrik bergantung pada beda potensial dan jumlah muatan yang mengalir.

6. Energi kimia

Energi kimia adalah energi yang dikandung suatu senyawa dalam bentuk energi ikatan antara atom-atomnya. Bila terjadi suatu reaksi kimia, perubahan energinya akan keluar berupa energi panas atau listrik. Jadi energi kimia adalah energi yang dihasilkan dalam reaksi kimia. Besarnya energi bergantung pada jenis dan jumlah pereaksi serta suhu dan tekanan.

7. Energi nuklir

Energi nuklir adalah energi yang terkandung dalam inti atom. Energi nuklir akan keluar bila suatu inti berubah menjadi inti lain. Besarnya energi nuklir bergantung pada jenis dan jumlah inti.

52

C. Energi dan Usaha

Dalam kehidupan sehari-hari, usaha sering diartikan sebagai kegiatan untuk mencapai tujuan tertentu, menurut fisika usaha tidak terlepas dari gaya dan perpindahan. Bila gaya bekerja pada sebuah benda sehingga benda berpindah selama gaya bekerja, maka gaya tersebut melakukan usaha. Misal ketika kita mendorong meja kemudian meja berpindah, berarti kita melakukan usaha. Rumusannya : W = F s

W = usaha F = gaya s = perpidahan benda

Terdapat hubungan antara usaha dengan energi, misalnya air memiliki energi untuk menghanyutkan kayu. Usaha pada dasarnya sama dengan perubahan energi yang terjadi. Oleh karena itu, satuan usaha sama dengan satuan energi, yaitu joule (J).

Ketika manusia mau memudahkan dalam melakukan usaha atau kerja, kemudian mempergunakan peralatan, maka semua peralatan tersebut dalam fisika disebut sebagai pesawat. Peralatan tidak selalu harus canggih, tetapi peralatan sederhanapun bisa disebut pesawat, misal sendok, obeng, sekrup, dan sebagainya. Karena peralatan yang digunakannya sederhana maka disebut pesawat sederhana.

Pesawat memberikan banyak keuntungan, antara lain dapat mengubah energi, mengurangi gaya, mempercepat pekerjaan, dan mengubah arah. Anda perhatikan penjelasannya sebagai berikut: 1. Mengubah energi. Dinamo dapat mengubah energi mekanik

menjadi energi listrik. Dengan memutar dinamo, maka kita dapat memperoleh energi listrik. Turbin pada pembangkit tenaga listrik dapat mengubah energi air yang mengalir menjadi energi listrik

2. Mengurangi gaya. Tang merupakan alat yang digunakan untuk mencabut paku sehingga menjadi mudah. Penggunaan Tang akan mengurangi gaya yang diperlukan oleh kita untuk mencabut paku.

3. Mempercepat pekerjaan. Sepeda merupakan pesawat yang digunakan untuk memperoleh keuntungan kecepatan, sehingga kita menjadi lebih cepat sampai tujuan. Artinya sepeda dapat memperbesar kecepatan.

4. Mengubah arah. Katrol sering digunakan untuk mengerek bendera ketika menaikan atau menurunkannya dari tiang bendera, katrol tidak memberikan keuntungan gaya atau kecepatan, melainkan hanya mengubah arah gaya sepaya pekerjaan bisa menjadi lebih mudah.

1. Pesawat Sederhana

53

Coba perhatikan, anda akan mempelajari dan memahami pesawat sederhana, antara lain adalah tuas, katrol, roda bergandar, bidang miring, sekrup dan baji. a. Tuas Tuas digunakan untuk mengangkat beban yang berat, contohnya linggis, kayu dan sebagainya. Caranya, dengan menaruh salah satu ujung linggis di bawah batu, kemudian ujung yang lain diangkat dan ditekan.

Gambar 2.9. Penggunaan Tuas

Titik T tempat tuas bertumpu disebut titik tumpu. Jarak dari titik T sampai ke garis kerja beban disebut lengan beban (lb). Jarak dari titik T sampai garis kerja gaya disebut lengan kuasa (lk). Beban adalah berat benda yang hendak diangkat, sedangkan kuasa adalah gaya yang diberikan kepada tuas. Besarnya keuntungan pesawat dengan istilah keuntungan mekanik (Km), dengan rumus sebagai berikut :

Pesawat yang memiliki prinsip kerja seperti tuas, misalnya: gunting, gerobak dorong, roda gigi sepeda, alat dayung, lengan bawah dari lengan bawah kita

Gambar 2.10. Pesawat yang memanfaatkan asas Tuas

b. Katrol

54

Secara garis besar ada 2 jenis katrol, yaitu katrol tetap dan katrol bergerak. Katrol tetap bisa dipandang sebagai tuas. Keuntungan katrol tetap hanya dapat mengubah arah gaya.

Gambar 2.11. Katrol Tetap

Bagaimana dengan katrol bergerak? Berapakah keuntungan mekanik bila mempergunakan katrol bergerak? Pada katrol bergerak setiap kuasa hanya memikul setengah dari berat beban.

Gambar 2.12. Katrol Bergerak

c. Roda Bergandar Roda bergandar memiliki sebuah roda atau pemutar yang dihubungkan dengan sebuah gandar yang juga bisa berputar. Diameter roda lebih besar dibandingkan diameter gandar.

55

Gambar. 2.13.Roda Bergandar

Pesawat yang bekerja berdasarkan prinsip roda bergandar, misalnya kapstan, poros potaran dan kemudi mobil.

(a) (b) (c)

Gambar.2.14 . (a) Kapstan, (b) Poros Putaran, (c) Kemudi Mobil

d. Bidang Miring

Penggunaan bidang miring hanya akan memudahkan usaha, tanpa mengurangi besarnya usaha yang harus dilakukan. Dengan menggunakan bidang miring, maka kuasa untuk menarik atau mendorong beban menjadi lebih kecil dibandingkan kalau beban harus diangkat langsung.

56

Gambar 2.15. Bidang Miring

57

Latihan Untuk mengetahui pemahaman Anda terhadap materi di atas, kerjakanlah latihan berikut! 1. Sebutir mangga menggantung pada ketinggian 5 m di atas

tanah. Bila masa buah mangga 200 g dan percepatan grafitasi 10 N/kg, tentukan energi potensialnya.

2. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 72 km/jam. Bila masa mobil itu 900 kg, tentukan energi kinetiknya ?

3. Sebuah takal terdiri dari 4 katrol, digunakan untuk menaikan beban seberat 800 N ke tempat yang tingginya 8 m. Misalkan gesekan antara katrol dengan tali diabaikan. a. Berapakan keuntungan mekanik takal ? b. Berapakah gaya yang diperlukan untuk menarik tali tersebut ? c. Berapakah usaha untuk mengangkat beban tersebut ?

Pedoman Jawaban Latihan Setelah Anda menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut, Anda dapat mencocokkan hasil jawaban Anda dengan pedoman di bawah ini. 1. Penyelesaian

h = 5 m m = 200 g = 0,2 kg g = 10N/kg Maka energi potensial yang dimiliki mangga adalah : Ep = mgh = 0,2 kg x 10 N/kg x 5m = 10 J

2. Penyelesaian V = 72 km/jam = 20 m/s M = 900 kg Energi kinetik mobil adalah : EK = 180.000 J

3. Penyelesaian: A Keuntungan mekanik takal, Km = 4 B. Gaya yang diperlukan untuk menarik takal = 200 N C. Usaha untuk mengangkat beban adalah

W = w.h = 800 x 8 = 6400 J

58

Rangkuman Energi adalah kemampuan melakukan usaha. Usaha yang

dimaksud dalam definisi ini adalah adalah segala sesuatu yang berkaitan dengan perubahan. Misalnya, perubahan posisi (gerak), perubahan bentuk, perubahan wujud, perubahan struktur kimia, atau perubahan volume. Dalam berbagai perubahan tersebut energi pun turut mengalami perubahan bentuk tetapi tidak hilang atau berkurang. Hal ini dikenal dengan hukum kekekalan energi: di alam ini tidak ada makhluk yang dapat menciptakan dan memusnahkan energi.

Bentuk-bentuk energi yang populer dikenal adalah: energi kinetik pada benda yang bergerak, energi potensial yang dimiliki benda karena kedudukannya dari permukaan bumi atau karena kelenturan (elastisitas)nya, energi listrik karena benda bermuatan listrik, dan energi kimia karena adanya reaksi kimia. Semua bentuk energi ini dapat berubah satu terhadap lainnya. Misalnya energi listrik dapat berubah menjadi energi cahaya dan bunyi.

Tes Formatif 2

Pilihlah salah satu jawaban yang dianggap paling benar

1. Benda yang memiliki energi dapat menghasilkan ....... A. perubahan pada benda tersebut B materi untuk membentuk suatu benda C. gaya untuk melakukan kerja D. gesekan untuk menghambat gaya

2. Energi yang terdapat pada suatu benda yang bergerak disebut ........... A. energi kimia B. energi kinetik C. energi potensial D. energi cahaya

3. Perubahan energi yang terjadi ketika kita mendorong meja adalah ...... A. energi potensial menjadi energi kinetik B. energi kimia menjadi energi kinetik C. energi kimia menjadi energi gerak D. energi gerak menjadi energi panas

4. Sepeda merupakan pesawat yang digunakan untuk memperoleh keuntungan kecepatan, sehingga kita menjadi lebih cepat sampai tujuan. Artinya sepeda tersebut ......... A. dapat mengurangi kecepatan B. dapat menstabilkan kecepatan C. dapat memperbesar kecepatan D. dapat menormalkan kecepatan

59

5. Sebuah bohlam lampu yang masa 250 g terpasang pada langit-langit sebuah kamar. Tingi langit-langit 3 m dan percepatan gravitasi 10N/kg. Energi potensial yang dimiliki oleh bohlam lampu adalah.... A. 750 J B. 75 J C. 7,5 J D. 0,75 J

6. Energi kinetik yang dimiliki oleh sebuah benda makin besar, maka... A. letaknya makin tinggi B. percepatan grafitasi makin besar C. jarak tempuhnya makin jauh D. kecepatannya makin besar

7. Sebuah mobil dengan masa 1000 kg, kecepatan awalnya 10 m/dtk melaju hingga mencapai kecepatan 20 m/dtk dalam waktu 5 dtk. Berapakah gaya yang bekerja pada mobil ? A. N B. 7575 N C. 2000 N D. 8000 N

8. Sebuah batu dijatuhkan dari jembatan, dan menyentuh air 5 detik kemudian. Berapakah kecepatan akhirnya ? A. 40 m/s B. 15 m/s C. 49 m/s D. 27 m/s

9. Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya bergantung pada...... A. gaya dan perpindahan B. kecepatan dan perpindahan C. gaya dan percepatan D. gaya dan kecepatan

10. Energi yang paling banyak kita gunakan ketika berolah raga adalah......

A. energi kinetik B. energi potensial C. energi kimia D. energi cahaya

60

Modul 3MAGNET DAN LISTRIK

Pendahuluan Bahan ajar cetak pada Modul 3 ini disajikan untuk menyertai Anda mempelajari konsep-konsep dasar tentang magnet dan listrik. Magnet dan fenomenanya kurang begitu akrab dengan mayoritas masyrakat. Lain halnya dengan listrik. Listrik merupakan salah satu fenomena alam yang sangat akrab dengan kehidupan mayoritas manusia. Mulai dari aktivitas yang sangat sederhana seperti petugas ronda pada SISKAMLING hingga profesi yang canggih dalam teknologi komunikasi dan informasi. Perlu Anda tahu bahwa tidak sedikit alat-alat listrik yang erat kaitannya dengan kemagnetan. Apa saja? Coba Anda sebutkan!

Pada Kurikulum 2006 untuk Mata Pelajaran IPA Satuan Pendidikan SD, magnet dan listrik termasuk bahan kajian “energi dan perubahannya” dan mulai dikenalkan kepada siswa kelas I di semester 2 melalui topik ‘mengidentifikasi penyebab benda bergerak.’ Sedangkan di kelas tinggi (kelas V semester 2) siswa dituntut mampu mendeskripsikan hubungan antara gaya magnet dengan gerak dan energi melalui percobaan. Adapun kelistrikan, merupakan salah satu materi kurikulum kelas II semester 2 dalam pokok bahasan “mengidentifikasi sumber-sumber energi”. Selanjutnya, siswa kelas VI semester 2 harus mampu menyajikan informasi tentang perpindahan dan perubahan energi listrik, mengidentifikasi kegunaan energi listrik, berpartisipasi dalam penghematan penggunaannya, serta mampu membuat suatu karya/model yang menggunakan energi listrik.

Dengan demikian, setelah mempelajari Modul 3 ini, Anda diharapkan mampu: 1. Mendeskripsikan pengertian, jenis, dan bentuk magnet. 2. Menjelaskan dan memberi contoh sifat-sifat magnet, 3. Menunjukkan contoh penggunaan magnet dalam kehidupan. 4. Mendeskripsikan dan memberi contoh benda bermuatan listrik 5. Menjelaskan interaksi serta karakteristik gaya dan kuat medan dari

muatan listrik 6. Mendeskripsikan dan memberi contoh karakteristik rangkaian seri

dan rangkaian paralel

Untuk membantu Anda mencapai tujuan tersebut, modul ini diorganisasikan menjadi dua Kegiatan Subunit, sebagai berikut: 1. KB 1 : Magnet 2. KB 2 : Listrik

61

Kegiatan Belajar 1 M a g n e t

Pengantar Magnet merupakan bagian tak terpisahkan dari alat-alat elektronik dan teknik kelistrikan, karena tidak sedikit konstruksi alat-alat listrik tergantung pada magnet. Alat-alat listrik yang menggunakan magnet antara lain dinamo listrik pada speda, generator pembangkit tenaga listrik, motor-motor listrik, dan alat-alat kendali (kontrol) listrik. Hampir pada seluruh pesawat elektronika fenomena kemagnetan mudah kita temui.

A. Pengertian dan Jenis Magnet

Menurut definisi, magnet adalah suatu benda yang dapat menarik besi, baja, atau benda-benda lain yang mengandung unsur besi atau baja. Magnetit sendiri bisa berarti batu. Atau terkait dengan dengan suatu daerah bernama magnesia di wilayah Asia Kecil tempat pertama kali ‘batu aneh ini ditemukan’.

Dalam IPA seringkali muncul pengelompokkan atau klasifikasi benda-benda atau fenomena alam. Ketika Anda mengelompokkan atau memahami pengelompokan sesuatu, maka yang harus Anda camkan adalah dasar atau argumen dari pengelompokkan tersebut. Oleh karena itu Anda tidak harus bingung ketika mendapatkan informasi pengelompokan yang berbeda dari benda atau fenomena yang sama. Demikian halnya dengan magnet. Magnet dapat dikelompokkan berdasarkan bentuk atau kejadiannya. Dari segi kejadiannya magnet dikelompokkan dalam dua macam, yaitu magnet alam dan magnet buatan.

1. Magnet Alam

Magnet alam adalah magnet yang ada di alam tanpa campur tangan manusia. Kemagnetan magnet alam terjadi karena pengaruh medan magnet dari planet bumi. Magnet alam terdapat di dalam tanah berupa bijih besi magnet dalam bentuk besi oksida (Fe3O4).

Magnet alam tidak banyak digunakan untuk kepentingan manusia karena ketersediaanya tidak seberapa dan kekuatan unsur-unsur kemagnetannya pada umumnya tidak cukup besar. Magnet alam (dalam bentuk batu) ditemukan pertama kali di daerah Magnesia, Asia Kecil. Karena daerah penemuan asal ini lah benda aneh tersebut dinamai magnet. Adapun dalam hal penggunaan praktisnya, menurut sejarah, bangsa Cina lah yang pertama kali memanfaatkannya sekitar

62

tahun 2637 SM, yaitu sebagai alat yang menyerupai fungsi kompas menentukan arah mata angin atau kutub bumi.

2. Magnet Buatan

Magnet dapat secara sengaja dibuat oleh manusia dari baja atau besi murni, serta dari bahan paduan seperti paduan baja dengan nikel atau paduan antara aluminium, kobalt, dan nikel (alnico). Anda sudah mengetahui bahwa magnet buatan dapat dihasilkan dengan cara induksi magnet, dengan cara gosokan dan dengan menggunakan arus listrik (induksi listrik). Cara-cara pembuatan magnet berikut, praktikkan bersama teman sejawat Anda pada saat PLPG.

Membuat magnet dengan menggunakan arus listrik Dalam pembuatan magnet ini, kawat (kabel) berarus listrik searah (DC) dililitkan di sekitar batang baja atau bahan ferromagnetik lainnya (misalnya paku) yang akan dibuat magnet. Kekuatan gaya magnet buatan semacam ini tergantung pada kuat arus yang mengalir ke dalam lilitan kawat, dan juga tergantung pada banyak lilitan kawat di sekitar batang baja atau batang bahan magnet lain tersebut.

Membuat magnet dengan gosokan. Membuat magnet semacam ini ialah dengan menggosok-gosokan magnet pada batang baja atau batang bahan magnet lainnya yang akan dibuat magnet. Cara menggosok batang magnet pada batang baja haruslah dikerjakan dalam arah yang selalu sama, tidak boleh bolak-balik. Membuat magnet dengan gosokan tidak praktis dan sifat kemagnetannya jarang bertahan lama sehingga tidak banyak dilakukan dalam industri, kecuali hanya untuk percobaan-percobaan fisika di sekolah.

B. Bentuk Magnet

Benda-benda yang memiliki sifat kemagnetan adalah benda yang dapat menarik besi atau baja yang berada di dekatnya. Dalam kehidupan sehari-hari kita mengenal macam-macam magnet berdasarkan bentuknya yaitu :

63

Gambar. 3.1. Macam magnet

C. Bahan-bahan Magnet

Dapatkah kita membuat magnet dari setiap jenis logam? Logam untuk bahan magnet mempunyai sifat yang berbeda-beda, ada yang mudah sekali dipengaruhi oleh magnet dan dapat dibuat magnet dengan mudah, dan ada yang sukar atau sedikit sekali terpengaruh oleh magnet. Berdasarkan sifat-sifat bahan terhadap pengaruh magnet, bahan-bahan itu digolongkan menjadi empat bagian yaitu ferromagnetik, diamagnetik., paramagnetik, dan non magnetik.

Dari bahan-bahan magnetik di atas dibuatlah magnet dengan berbagai bentuk dan kebutuhan. Bentuk dasar magnet ada tiga macam, yaitu magnet jarum, magnet batang, dan magnet ladam (tapal kuda) atau bentuk U. Bentuk-bentuk lainnya dibuat sesuai dengan kebutuhan.

D. Bagaimana Suatu Bahan Bersifat Magnet?

Ada dua teori yang menjelaskan bagaimana sebuah bahan bersifat magnet. Menurut Webber semua benda terdiri dari molekul-molekul yang memiliki sifat magnet, disebut magnet elementer. Bersifat magnet atau tidak suatu bahan tergantung bagaimana struktur magnet elementer tersebut. Jika letak magnet elementer dalam bahan itu tidak menentu (tidak teratur), sehingga saling menetralkan, maka bahan tesebut tidak bersifat magnet. Pada bahan yang bersifat magnet, letak magnet-megnet elementer itu adalah teratur dan mengarah ke satu jurusan, sehingga satu dengan lainnya saling memperkuat. Weiss menerangkan teori magnet dengan menggunakan teori elektron. Menurut teori Weis, tiap-tiap atom benda terdiri dari inti dan elektron-elektron yang beredar mengelilingi intinya menurut garis edarnya (orbitnya).

Bahan-bahan ferromagnetis mudah dipengaruhi oleh magnet karena arah puntiran elektron-elektronnya mudah diarahkan. Di antara bahan yang sudah dijadikan magnet ada yang mudah kembali seperti semula, dan ada pula yang tidak dapat kembali atau hampir tidak dapat

64

kembali seperti semula. Kekuatan untuk mengarahkan puntiran elektron seperti semula disebut gaya koersif (coercive force). Gaya koersif besi lunak dan pelat-pelat dinamo lebih besar daripada gaya koersif baja atau logam campuran. Artinya, gaya tolak-menolak atau tarik-menarik kutub-kutub elektron besi dan pelat dinamo juga lebih besar.

E. Kutub Magnet

Selain sifat khasnya dapat menarik benda-benda berunsur besi, magnet memiliki bagian yang sangat unik yang disebut kutub magnet. Fenomena kutub magnet diselidiki pada tahun 1269 oleh de Maricourt. Dalam studinya itu ia mengamati adanya sepasang kutub pada benda magnetik yang merupakan kekuatan gaya terbesar pada magnet. Kutub-kutub ini kemudian dinamakan dengan “kutub utara” dan “kutub selatan”. Jika kutub yang sama didekatkan maka akan saling menolak, dan jika kutub yang berlainan didekatkan akan saling menarik.

Gambar 3.2.Menggantung magnet untuk memeriksa kutub magnet

Untuk mengetahui kutub-kutub magnet, gantunglah sebuah magnet batang sehingga dapat bergerak bebas. Tunggu beberapa saat hingga magnet tersebut menggantung dalam keadaan diam. Amati ke arah mata angin manakah magnet mengarah. Ulangi kegiatan serupa, amati kembali magnet yang menggantung. Dari semua kegiatan tersebut Anda akan mendapatkan bahwa magnet dalam keadaan bebas bergerak akan selalu mengarah ke utara-selatan arah mata angin. Bagian yang selalu mengarah ke utara adalah kutub utara magnet, sedangkan yang selalu mengarah ke selatan adalah kutub selatan magnet.

Akan tetapi sebenarnya magnet batang yang digantung atau jarum magnetis kompas, keduanya tidak tepat menunjuk ke arah utara dan selatan, melainkan sedikit berbelok,dan membuat sudut persimpangan dengan garis utara-selatan geografis bumi.

Utara

65

deklinasi

SelatanGambar 3.3 Deklinasi

Akan tetapi sebenarnya magnet batang yang digantung atau jarum magnetis kompas, keduanya tidak tepat menunjuk ke arah utara dan selatan, melainkan sedikit berbelok, dan membuat sudut persimpangan dengan garis utara-selatan geografis bumi. Sudut yang dibentuk oleh garis utara-selatan geografis (bumi) dan garis utara-selatan magnet jarum disebut sudut deklinasi. Besar sudut deklinasi tidak lah konstan, tergantung dimana letak magnet jarum tersebut terhadap kutub utara-selatan magnet bumi. Ini berarti, sudut deklinasi di Teheran (ibu kota Iran) berbeda dengan sudut deklinasi di New York. Tentu saja ada tempat - tempat yang mempunyai sudut deklinasi yang sama; garis yang menghubungkan tempat –tempat ini, dalam peta, disebut garis isodeklinasi. Bagaimana patokan kasar untuk menentukan hal ini? Demikian juga kalau magnet jarum dipasang pada sudut mendatar sehingga ia dapat berputar bebas, maka jarum itu akan sedikit menunjuk ke bawah. Sudut yang dibentuk pada garis mendatar (horisontal) dengan garis kutub utara-selatan magnet jarum disebut sudut inklinasi. Besar sudut inklinasi ini pada setiap di muka bumi tidak sama besarnya, misalnya di kutub utara sudut inklinasi besar nya 90o, dan di katulistiwa sama dengan nol.

Utara

inklinasi

Selatan

Gambar 3.4. Inklinasi

Selain sifat tersebut di atas, kutub magnet memiliki sifat yang lain. Cobalah Anda buktikan! Apakah benar jika kutub yang berbeda dari suatu magnet didekatkan akan saling menarik, dan sebaliknya jika kutub senama didekatkan maka akan saling menolak.

66

Gambar 3.5. Interaksi gaya antar kutub-kutub magnet

Gaya saling menolak dan saling menarik pada magnet memiliki perbedaan cukup penting dengan gaya antar muatan listrik (gaya Coulomb). Pada magnet, kutub utara dan selatan tidak bisa terpisahkan dan selalu berpasangan, sedangkan pada gaya listrik, masing-masing muatan (positif dan negatif) bisa terpisah.

Gambar 3.6. Garis gaya pada medan magnet

Hingga saat ini sukar ditemukan magnet dengan kutub tunggal (monopol). Berbeda dengan benda bermuatan listrik. Pada listrik, benda bermuatan listrik hanya satu jenis saja tidak berpasangan. Jika suatu benda bermuatan listrik positif maka tidak dapat dalam waktu bersamaan juga benda bermuatan listrik negatif. Demikian sebaliknya. Selain itu dalam hal jenis benda-benda yang dapat ditarik juga berbeda antara magnet dengan listrik. Coba Anda jelaskan perbedaan yang dimaksud!

F. Garis-Garis Gaya dan Kuat Medan Magnet Apabila di atas sebuah batang magnet diletakan selembar kertas, kemudian di atas kertas ditaburkan serbuk besi serta kertas diketuk-ketuk, maka serbuk besi tersebut akan tersusun sedemikian rupa sehingga susunannya membentuk garis-garis yang menghubungkan kutub utara dan kutub selatan magnet seperti Gambar 3.6 Garis-garis yang dibentuk oleh susunan serbuk besi ini menunjukkan adanya pengaruh gaya kutub utara dan kutub selatan magnet terhadap sekitarnya, dan arah garis-garis tersebut dengan mudah dapat dilihatnya. Garis-garis yang disebabkan oleh pengaruh gaya kutub-

U

S

67

kutub magnet tersebut dinamakan garis gaya. Garis gaya magnet dimulai dari kutub utara dan berakhir pada kutub selatan magnet. Pengaruh gaya tolak atau gaya tarik kutub magnet pada titik-titik sekeliling kutub magnet tidak sama besarnya, makin jauh dari kutub magnet makin berkurang pengaruh gaya itu. Besar gaya tolak atau gaya tarik kutub magnet berbanding terbalik dengan jarak kuadrat dari kutub yang bersangkutan. Titik-titik di dalam ruangan di mana masih terdapat pengaruh gaya magnet dinamakan medan magnet.

G. Induksi Magnetik

Jika sepotong besi lunak diletakkan pada batang magnet atau pada kutub magnet, maka besi lunak itu akan ditarik oleh batang magnet atau oleh kutub magnet. Selama besi itu melekat atau berdekatan dengan kutub magnet, maka ia akan menjadi magnet sementara. Magnet sementara ini mempunyai kutub utara dan kutub selatan seperti magnet semula. Kutub utara magnet semula berhadapan dengan kutub selatan magnet sementara, atau sebaliknya.

S UGambar 3.7.

Selinder besi lunak ditempelkan ke magnet batang

Apabila pada ujung magnet sementara yang tidak melekat dengan kutub magnet semula, maka paku itu akan ditarik oleh magnet sementara, dan paku itu juga mempunyai sifat-sifat kemagnetan seperti halnya besi lunak.

H. Memelihara Magnet

Anda harus dapat memelihara magnet dengan benar agar magnet dapat dipergunakan dalam waktu relatif lama. Untuk itu Anda harus mengetahui faktor-faktor yang dapat mempercepat melemahnya kekuatan magnet. Magnet akan mudah kehilangan kekuatannya apabila dikenai batang magnet akan menyebabkan magnet elelmenter bergerak lebih cepat, sehingga lebih cepat membalik atau berubah arah. Magnet juga akan melemah kekuatannya akibat getaran yang kuat, misalnya dengan cara memukul-mukulkannya.

Agar magnet batang dan magnet U tidak mudah menjadi lemah, karena adanya pengaruh-pengaruh dari luar, maka cara

68

menyimpannya hendaklah diberi penguat. Penguat itu berupa jangkar (angker) dari besi lunak dan diletakkan sebagai penutup pada kutub-kutub magnet, seperti pada Gambar 3.8.

U S Jangkar S U

S U Jangkar

Gambar 3.8. Menyimpan magnet menggunakan jangkar

Dengan cara ini, garis-garis gaya magnet yang keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan magnet, akan melalui jangkar (angker), dan hampir tidak ada yang melalui udara. Selain menggunakan jangkar penyearah garis gaya magnet, pengamanan magnet juga dilakukan dengan cara menjauhkan magnet dari benda-benda yang dapat ditarik oleh magnet. Induksi magnetik terhadap benda-benda yang berada pada arah yang acak akan menyebabkan kurang teraturnya posisi magnet elementer dalam magnet. Dengan demikian kekuatan magnet pun menjadi melemah.

Rangkuman Magnet adalah logam yang dapat menarik dengan sendirinya benda-benda lain yang terbuat dari bahan mengandung unsur besi. Dari segi kejadianya, magnet dikelompokkan ke dalam magnet alam dan magnet buatan. Magnet alam terjadi karena pengaruh medan magnet bumi, sedangkan magnet buatan dibuat dengan sengaja oleh manusia dengan cara induksi dan gosokan

Sifat magnet suatu benda disebabkan oleh adanya magnet elementer pada benda tersebut. Ada dua teori yang menjelaskan adanya magnet elementer pada benda. Pertama, menurut Webber semua benda terdiri dari molekul-molekul yang memiliki sifat magnet, disebut magnet elementer. Kedua, menurut Weiss setiap atom benda memiliki elektron-elektron yang beredar mengelilingi intinya. Di samping berputar mengelilingi inti, elektron-elektron tersebut juga berputar sekeliling sumbunya masing-masing. Akibat perputaran pada sumbu elektron ini terjadilah kutub-kutub magnet elementer.

Setiap magnet memiliki bagian yang memiliki kekuatan terbesar yang disebut kutub. Kutub ini selalu berpasangan yaitu kutub utara dan kutub selatan. Antara dua kutub sejenis terjadi gaya tolak menolak,

69

sedangkan antara kutub berlainan terjadi gaya tarik menarik. Gaya magnet ini sebenarnya merupakan akibat dari medan magnet. Garis-garis gaya magnet selalu berasal dari kutub utara magnet menuju kutub selatan magnet. Arah kutub-kutub magnet dalam keadaan bebas selalu mengarah utara-selatan arah mata angin dengan mengalami sedikit penyimpangan yang disebut inklinasi dan deklinasi.

Diperlukan cara yang benar dalam menyimpan magnet ketika tidak digunakan agar sifat kemagnetannya dapat bertahan lama. Caranya, antara lain dengan menghubungkan seluruh kutub-kutub magnet yang berlawanan dengan menggunakan pelat besi atau jangkar. Selain itu, simpan lah magnet pada tempat yang jauh dari benda-benda lain yang dapat berinteraksi dengan magnet, seperti besi atau magnet lainnya yang tidak menggunakan jangkar pengaman.

70

Tes Formatif 1 Pilihlah jawaban yang paling tepat! 1. Peristiwa gaya gesekan dapat terjadi di bawah ini, kecuali ....

A. antara sepatu yang dipakai dengan jalan yang dilalaui B. antara ban kendaraan bermotor dengan jalan raya C. antara buku yang ditarik dengan atas meja D. antara air sumur dengan timbangannya

2. Magnet alam terjadi disebabkan oleh pengaruh .... A. medan magnet dari planet bumi B. gaya magnet dari planet bumi C. medan magnet dari planet sekitar bumi D. gaya magnet dari satelit bumi

3. Magnet jarum pada kompas berguna untuk menunjukkan .... A. arah datangnya angin B. besarnya kekuatan angin C. kecepatan arah angin D. arah mata angin

4. Daya tarik magnet terbesar terdapat di ...... A. tengah B. kedua ujungnya C. dimana sama aja D. salah satu ujungnya

5. Magnet yang dibuat dengan cara aliran listrik disebut.... A. elektromagnet B. magnet ladam C. feromagnetik D. diamagnetik

6. Zat yang dapat ditarik dengan kuat oleh sebuah magnet adalah zat ..... A. diamagnetik B. paramagnetik C. ferromagnetik D. nonmagnetik

7. Sifat kemagnetan suatu benda akan hilang bila dilakukan hal berikut .... A. dijatuhkan B. dipukul C. dibakar D. didekatkan dengan organ magnet

8. Bahan paramagnetis adalah sebagai berkut, kecuali ...... A. Mangan B. Platina C. Baja D. Alumunium

71

Kegiatan Belajar 2 L i s t r i k

Pengantar Abad di mana kita hidup saat ini adalah abad listrik. Perhatikanlah berbagai alat di sekitar Anda. Jam tangan sebagian teman Anda mungkin berupa jam digital yang dioperasikan dengan baterai listrik. Kalkulator yang Anda gunakan jelas menggunakan listrik. Penggunaan listrik juga dengan mudah Anda kenal pada alat-alat seperti radio, televisi, tape recorder, telepon, mikrofon, dan alat penerangan di rumah. Dengan demikian, masalah kelistrikan adalah masalah yang akrab dengan mayoritas masyarakat sekarang ini. Dalam fisika kelistrikan dipelajari secara khusus dalam cabang fisika khusus, yaitu elektrostatika berkena-an dengan muatan listrik yang diam, dan elektrodinamika tentang muatan listrik bergerak atau arus listrik.

A. Elektrostatik 1. Teori Dasar Benda Bermuatan Listrik

Gejala dan pemanfaatan kelistrikan sebenarnya berlandastumpu pada konsep dasar benda bermuatan yang lebih dikenal dengan nama elektrostatik. Sesungguhnya fenomena elektrostatik merupakan peristiwa yang mudah kita tunjukkan dalam kehdupan sehari-hari. Coba Anda gosok-gosokkan penggaris plastik pada tangan Anda kemudian dekatkan ke rambut teman Anda maka akan nampak beberapa helai rambut berdiri karenanya. Atau, coba gantilah penggaris plastik dengan menggunakan balon, gosokkan balon tersebut ke rambut Anda kemudian tempelkanlah pada dinding, lihatlah apa yang terjadi ? Balon akan menempel pada dinding beberapa saat.

Bagaimanakah benda bisa bermuatan listrik? Sebagaimana kita ketahui di alam ini terdapat benda bermuatan listrik dan benda netral yang ditentukan oleh perbandingan muatan positif dan muatan negatif di dalam atom penyusun bahan tersebut. Pada benda netral jumlah muatan positif dan negatif di dalam setiap atom sama. Dan karena setiap benda terdiri dari atom, maka dengan demikian jumlah muatan elektron akan sama dengan inti atom yang notabene bermuatan positif.

Jika elektron dalam atom atau benda berpindah ke ataom atau benda lainnya, maka benda atau atom semula akan kekurangan elektron. Dengan demikian jumlah muatan positifnya lebih besar dari pada jumlah muatan negatifnya maka bahan tersebut menjadi bermuatan positif.

72

Ketika batang gelas digosok dengan kain sutra, sejumlah elektron dari batang gelas berpindah ke kain sutra sehingga batang gelas kekurangan elektron dan bermuatan positif. Batang gelas yang bermuatan positif akan menarik konduktor yang memiliki elektron bebas, misalnya kertas logam. Mekanisme sebalinya terjadi ketika kita menggosokan wol pada batang gelas, sejumlah elektron justru berpindah dari wol ke batang gelas sehingga batang gelas memiliki muatan negatif berlebih.

Beberapa percobaan sederhana lainnya untuk menunjukkan fenomena kelistrikan (benda bermuatan listrik) dapat Anda lakukan sendiri dengan bahan/alat dan cara sederhana sebagai berikut.

Kegiatan a. Bahan/alat:

Sebuah penggaris plastik, dua lembar plastik sampul buku, balon yang sudah ditiup (berisi udara), batang plastik, batang gelas, kain nilon, kain berbulu (wool), kain sutra, serpihan-serpihan kecil kertas kering atau alumunium foil.

b. Kegiatan (1) Gosok-gosokkan penggaris plastik pada rambut kering (tidak

basah atau berminyak). Kemudian segera dekatkan kepada serpihan-serpihan kertas kering atau serpihan alumunium foil. Amati apa yang terjadi?

(2) Gosokkan kedua lembar plastik sampul buku kepada kain nilon. Segera dekatkan kedua lembar plastik tersebut, apa yang terjadi?

(3) Gantunglah batang karet/plastik dengan benang. Gosoklah batang plastik ini dengan kain wool. Pada saat yang sama teman Anda menggosok batang gelas dengan dengan kain sutra.

(4) Gosoklah dua buah balon yang telah mengembang (ditiup) dengan kain wool beberapa saat. Selanjutnya segera lekatkan balon-balon tersebut ke dinding dan lepaskan! Apa yang terjadi? Atau coba kegiatan lainnya, setelah kedua balon digosok dalam keadaan tergantung bebas dekatkan satu dengan yang lainnya. Amati yang dialami kedua balon tersebut!?

(5) Untuk setiap kegiatan di atas diskusikan dengan teman Anda, apa yang sebenarnya terjadi pada benda-benda yang digosok dan diamati kejadiaannya oleh Anda.

2. Hukum Coulomb untuk Muatan Listrik

Melalui sebuah percobaan, Coulomb (1768) menemukan bahwa antara muatan-muatan listrik sejenis terjadi gaya tarik-menarik dan antara muatan listrik yang berlainan jenis terjadi gaya saling menolak

73

(repulsif). Gaya tarik/tolak ini berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar benda/muatan dan sebanding dengan besarnya muatan benda tersebut.

B. Elektrodinamik 1. Konduktor dan Isolator

Elektrodinamik berkaitan dengan dengan muatan listrik yang bergerak atau arus listrik. Arus ini mengalir pada suatu bahan yang mudah mengalirkan arus listrik yang disebut konduktor. Suatu bahan disebut bersifat konduktif (bahan konduktor) jika di dalamnya terdapat cukup banyak muatan (elektron) bebas. Lawan dari konduktor adalah isolator yaitu bahan yang sukar mengalirkan arus listrik karena kurang atau tidak memiliki elektron bebas.

Elektron bebas adalah elektron yang tidak terikat pada satu inti atom, atau meskipun terikat, ia merupakan elektron yang letaknya jauh dari inti sehingga hanya mendapatkan gaya tarik yang kecil saja. Elektron bebas ini kemudian, yang akan “mengalir” dalam bahan (kawat) apabila ada perbedaan potensial diantara dua titik pada kawat. Elektron-elektron dalam kawat yang memiliki benda potensial mengalir dari potensial yang lebih rendah (-) ke potensial yang lebih tinggi (+)

Kuat arus listrik (I) didefinisikan sebagai : “Banyaknya muatan yang mengalir dalam satu detik, sehingga secara matematis bisa dirumuskan sebagai :

Kuat Arus (I) = Muatan (q)/waktu (t) Satuan dari kuat arus listrik dalam sistem Internasional (SI) adalah Coulomb/detik atau Ampere. Satu ampere dapat diartikan sebagai satu coumlomb muatan yang bergerak melalui luas penampang lintang dalam interval waktu satu detik. Satuan arus listrik yang lebih kecil sering dinyatakan dalam miliampere dan mikroampere. Satu miliampere sama dengan 10-3 A, dan 1 mikroampere = 10-6 A.

2. Beberapa KonsepDasar Listrik Dinamik

a. Hukum Ohm

Di alam ini tidak ada bahan isolator maupun bahan konduktor yang sempurna yaitu suatu bahan yang sama sekali tidak dapat

74

mengantarkan arus listrik, maupun suatu bahan yang tanpa mempunyai hambatan. Mudah tidaknya suatu arus mengalir pada suatu penghantar dinyatakan dalam Hukum Ohm.

Selanjutnya besar kecilnya hambatan suatu penghantar (kawat) tergantung kepada panjang kawat (L), dan luas penampang kawat (A), dapat dirumuskan seperti berikut:

R = ρ L/A

adalah sifat intrinsik dari bahan konduktor yang disebut dengan resistivitas atau hambatan jenis. Hambatan jenis ini tergantung pada struktur elektronik dari bahan dan temperatur. Dengan demikian konduktor listrik yang baik akan mempunyai hambatan jenis yang sangat kecil dan bahan isolator yang baik akan mempunyai hambatan jenis yang sangat besar.

b. Rangkaian Hambatan pada Rangkaian Listrik. 1) Rangkaian Seri Rangkaian seri adalah rangkaian yang tidak memiliki percabangan. Hambatan pengganti dari beberapa penghambat yang disusun secara seri adalah jumlah dari masing-masing hambatan.

Dalam aplikasi sehari-hari, jika hambatan (misalnya lampu) dirangkai secara seri dan dihubungkan dengan sumber arus, maka ketiga lampu tersebut akan dialiri arus sama besar. Sedangkan beda potensial pada masing-masing lampu sebanding dengan besar hambatan masing-masing lampu. Jika salah satu lampu padam maka lampu lainnya akan turut padam.

2) Rangkaian Paralel. Rangkaian paralel adalah rangkaian yang mengandung titik percabangan arus. Beda potensial pada hambatan yang berasal dari titik percabangan dan titik pertemuan yang sama nilainya sama.

c. Hukum Kirchoff

1) Hukum Kirchoff I: Kirchoff’s Current Law (KCL) Jumlah arus yang memasuki suatu percabangan atau node atau simpul samadengan arus yang meninggalkan percabangan atau node atau simpul. Dengan kata lain jumlah aljabar semua arus yang memasuki sebuah percabangan atau node atau simpul samadengan nol.

2) Hukum Kirchoff II : Kirchoff’s Voltage Law (KVL)

75

Jumlah tegangan pada suatu lintasan tertutup sama dengan nol, atau penjumlahan tegangan pada masing-masing komponen penyusunnya yang membentuk satu lintasan tertutup akan bernilai sama dengan nol.

d. Energi listrik pada rangkaian.

Energi listrik termasuk salah satu bentuk energi yang paling banyak digunakan sehar-hari. Terkait dengan energi ini dalam kehidupan sehari-hari lebih dikenal penggunaan satuan daya (watt dan kWh) yakni satuan dari energi yang digunakan persatuan waktu.

76

Rangkuman Benda bermuatan listrik adalah benda yang mengandung perbedaan antara jumlah muatan positif (proton) dan jumlah elektron yang terdapat pada atom penyusun benda tersebut. Jika jumlah proton pada inti lebih besar dari jumlah elektron yang mengelilinginya maka benda tersebut bermuatan positif. Sebaliknya jika jumlah elektron lebih besar dari jumlah proton, benda tersebut bermuatan negatif. Perbedaan jumlah ini disebabkan oleh bertambah atau berkurangnya jumlah elektron yang terdapat pada kulit terluar dari atom penyusun bahan.

Antara benda-benda bermuatan listrik terjadi interaksi gaya coulomb. Muatan sejenis tolak-menolak. Muatan berlainan tarik-menarik. Besar gaya interaksi ini sebanding dengan besar muatan yang berinteraksi dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan tersebut.

Muatan listrik yang bergerak dalam suatu penghantar menghasikan arus listrik. Muatan yang bergerak tersebut adalah arus elektron. Dalam rangkaian listrik arah arus listrik ditetapkan sebagai arah yang berlawanan dengan arus elektron. Sehingga dikenal pernyataan ’arus listrik bergerak dari kutub positif ke kutub negatif’. Besar kecilnya arus listrik ditentukan oleh besar kecilnya beda potensial dan hambatan. Besar kecilnya hambatan suatu penghantar dipengaruhi antara lain oleh jenis bahan penghantar, panjang penghantar, dan luas penampang.

Penghantar yang mudah mengalirkan arus listrik disebut konduktor. Termasuk ke dalam jenis konduktor ini adalah sejumlah logam. Sedangkan penghantar yang sukar mengalirkan arus listrik (pada umumnya bukan logam) disebut isolator. Untuk mengatur besar kecilnya arus yang mengalir atau mengatur nilai beda potensial pada penghantar biasa dibuat berbagai jenis rangkaian hambatan. Jenis rangkaian dasar hambatan ialah rangkaian seri dan rangkaian paralel.

Rangkaian seri hambatan memiliki karakteristik antara lain tidak memiliki titik percabangan sehingga jumlah kuat arus yang mengalir pada setiap hambatan adalah sama besar. Ada pun pada rangkaian paralel terjadi titik percabangan sehingga kuat arus yang mengalir mungkin mengalami perbedaan. Tetapi benda potensial pada masing-masing hambatan memungkinkan untuk sama besarnya.

77

Tes Formatif 2 Pilih salah satu jawaban yang dianggap paling benar 1. Benda bermuatan listrik adalah benda yang mengandung

perbedaan…. A. jumlah muatan positif B. jumlah muatan negative C. jumlah proton D. jumlah proton dan electron

2. Benda bermuatan positif artinya …. A. jumlah proton < jumlah electron B. jumlah proton > jumlah electron C. jumlah proton = jumlah electron D. jumlah proton + jumlah electron

3. Arus listrik adalah…. A. muatan listrik yang tidak mengalir B. muatan listrik yang tarik menarik C. muatan listrik yang bergerak dalam suatu penghantar D. muatan listrik yang tidak bergerak atau konstan

4. Besar kecilnya arus listrik ditentukan oleh .... A. beda fotensial B. jumlah electron C. jumlah proton D. jenis konduktor

5. Yang mempengaruhi besar kecilnya suatu penghantar adalah sebagai berikut, kecuali…. A. bahan penghantar B. panjang penhantar C. luas penampang D. tinggi penampang

6. Penghantar yang mudah mengalirkan arus listrik disebut .… A. Isolator B. Konduktor C. Volt ampere D. Kuat arus

7. Semua yang berkaitan dengan suatu listrik yang bergerak disebut …. A. elektrostatik B. elektrodinamik C. elktronik D. resistor

8. Satuan yang biasa digunakan untuk mengukur penggunaan listrik di rumah tangga adalah .... A. kWh B. joule C. joule/s2

D. watt

78

Kunci Jawaban Tes Formatif Tes Formatif 1 1. D Air sumur dengan timbangan tidak termasuk gaya gesekan 2. B Magnet alam terjadi disebabkan oleh pengaruh gaya magnet dari

planet bumi 3. D Magnet jarum dan kompas berguna untuk menunjukkan arah

mata angin 4. 4 B Daya tarik magnet terbesar terdapat pada kedua ujung magnet 5. A Elektromagnet merupakan magnet yang dibuat dari listrik 6. C Feromagnetik adalah zat / bahan yang dapat ditarik kuat oleh

magnet 7. D Pemukulan pada magnet akan mempercepat hilangnya

kemagnetan 8. C Bahan paramagnetis adalah mangan, platina, alumuium

Tes Formatif 2 1. D Benda yang bermuatan listrik mengandung perbedaan julah

medan magnet 2. B Benda bermuatan listrik terjadi karena adanya perbedaan

jumlah proton > jumlah elektron 3. C Muatan listrik yang bergerak dalam suatu penghantar

merupakan arus listrik 4. A Beda fotensial akan membedakan besar kecilnya arus

listrik 5. A Bahan pengantar tidak termasuk yang mempengaruhi

besar kecilnya sauatu penghantar 6. B Konduktor merupakan penghantar arus listrik 7. B Elektronik adalah semua yang berhubungan dengan

listrik 8. A kWh adalah satuan untuk penggunaan listrik rumah

Daftar Pustaka

Ahmad, N. (2006). Diktat Kuliah Konsep Dasar IPA. Tasikmalaya: PGSD FIP

http://digilib.brawijaya.ac.id/virtual_library/mlg_warintek/ristek-pdii-lipi/Sponsor/_ Sponsor-Pendamping/Praweda/Fisika/0281%20Fis-1-4d.htm

Ichwan, H. (1989) Dasar-dasar Kemagnetan. Jakarta: Penerbit Erlangga

79

Yosaphat, P. dkk. (2002). Konsep Dasar IPA 1. Jakarta: Pusat Penerbit Universitas Terbuka

80