Modul Eksperimen Fisika 1.docx

Modul Eksperimen Fisika 1 Percepatan Gravitasi Bumi Dengan Metode Ayunan Bandul

Kelompok 8 1. 2. 3. 4.

Ayudya Arsad (2016-43-058) Asmitan Maligana (2016-43- ) Janet Manakuti (2016-43- ) Wehelmina De Queljoe (2016-43- )

Pengantar Saat ini teknologi adalah hal yang tak dapat dipisahkan dari makhluk hidup khususnya manusia. Kemajuan teknologi yang begitu pesat tak hanya berdampak pada dunia sosial namun juga pada dunia pendidikan. Internet menjadi salah satu hasil dari perkembangan teknologi yang telah mampu di akses oleh hampir semua kalangan. Dengan adanya internet, terkadang siswa tak lagi membutuhkan buku untuk memperoleh informasi, melainkan hanya dengan mengakses di internet maka informasi yang dibutuhkan akan mereka temui dengan mudah. Fisika sebagai salah satu mata pelajaran di sekolah juga mengalami perkembangan, baik secara teori maupun pengaplikasiannya. Sehingga, guru dituntut agar meningkatkat mutunya dalam memberikan pelajaran sebagai upaya mengembangkan pemikiran siswa yang telah didukung dengan perkembangan teknologi saat ini. Program dan bahan ajar yang baik, merupakan salah satu aspek dalam pencapaian hal tersebut. Ada banyak bahan ajar yang dapat digunakan guru dalam proses pembelajaran, salah satunya dalam bentuk modul. Modul berfungsi tak hanya sebagai referensi juga sebagai pembimbing siswa dalam melakukan suatu praktikum atau eksperimen tertentu, sehingga siswa tetap merasa mudah meskipun hanya menguti petunjuk pada modul tanpa ada arahan dari guru.

Manfaat dan Tujuan  Manfaat Modul ini diharapkan dapat mempermudah siswa dalam belajar. Modul ini juga dilengkapi dengan langkah pengerjaan yang jelas sehingga membantu siswa dalam bekerja secara mandiiri tanpa bimbingan dari guru.  Tujuan Tujuan dari modul: 1. Mempermudah dan memperjelas penyajian suatu langkah kerja oleh guru 2. Mengatasi keterbatasan waktu dan tempat dalam proses belajar 3. Meningkatkan keterampilan berfikir siswa 4. Mengajarkan siswa untuk meneliti dengan baik 5. Mengajarkan siswa untuk dapat belajar mandiri

DAFTAR ISI Cover Pengantar Manfaat dan Tujuan Daftar isi Petunjuk Peta Konsep BAB 1 PENDAHULUAN A. Ruang Lingkup B. Sasaran C. Prasyarat

BAB II. PEMBELAJARAN A. Model B. Tujuan C. Kegiatan Pembelajaran a. Uraian materi b. Lembar Kerja Siswa c. Rangkuman d. Evaluasi

BAB III PENUTUP DAFTAR PUSTAKA

Petunjuk Petunjuk Penggunaan Modul 1. Bacalah modul ini dari pendahuluan sampai evaluasi 2. Mulailah dengan mempelajarai dan memahami uraian materi, buat catatancatatan kecil bila diperlukan 3. Kerjakan latihan yang ada pada modul untuk mengembangkan kompetensi anda juga untuk mengukur pemahaman terhadap materi 4. Ujilah diri kalian dengan mengerjakan soal-soal yang terdapat pada akhir setiap kegiatan belajar.

Peta Konsep

Gravitasi Gaya Gravitasi Hukum Gravitasi Newton

Medan Gravitasi

Konstanta Gravitasi

Gerak Planet Hukum Keppler Hukum Newton I, II, III

BAB I PENDAHULUAN A. Ruang Lingkup Ruang lingkup pada modul ini disusun dalam tiga bagian, yaitu Pendahulian, Kegiatan Pembelajaran, dan Penutup. Pada bagian penduhuluan berisi tentang ruang lingkup, sasaran penggunaan modul. Bagian kegiatan pembelajaran berisi model, tujuan pembelajaran, uraian materi, aktifitas pembelajaran, praktikum, soal terkait kegiatan pembelajaran. Dan bagian terakhir petutup. B. Sasaran Pembelajaran Sasaran pembelajaran pada modul ini adalah menciptakan proses pembelajaran yang efisien sehingga terwujudnya tujuan dari pembelajaran. Dengan tercapainya tujuan maka siswa juga mampu memahami dan meningkatkat ketrampilan berfikir kritisnya, dalam memecahkan masalah fisika terkait materi percepatan gravitasi.

C. Prasyarat Bentuk prasyarat atau kemampuan awal yang diperlukan untuk mempelajari modul ini adalah siswa setidaknya telah mempelajari materi dinamika dan materi getaran dan gelombang.

BAB II PEMBELAJARAN A. Model Pembelajaran Modul tentang percepatan grafitasi ini dapat diajarkan dengan menggunakan model pembelajaran discovery learning dan dikombinasikan dengan metode lainnya yakni metoe eksperimen, dan metode diskusi. Metode pembelajarn discovery learning (penemuan) adalah metode mengajar yang mengatur pengajaran sedemikian rupa sehingga anak memperoleh pengetahuan yang sebelumnya belum diketahuinya itu tidak melalui pemberitahuan, sebagian atau seluruhnya ditemukan sendiri. Dalam pembelajaran discovery (penemuan) kegiatan atau pembelajaran yang dirancang sedemikian rupa sehingga siswa dapat menemukan konsep-konsep dan prinsip-prinsip melalui proses mentalnya sendiri. Metode pembelajaran ini merupakan suatu metode pengajaran yang menitikberatkan pada aktifitas siswa dalam belajara. Dalam proses pembelajaran dengan metode ini, guru hanya bertindak sebagai pembimbing dan fasilitator yang mengarahkan siswa untuk menguasai kompetensi yang ada.

B. Tujuan Pembelajaran Tujuan pembelajaran yang diharapkan dari modul ini bagi siswa adalah: 1. Siswa mampu menjelaskan apa itu gerak harmonik 2. Siswa mampu mengetahui apa itu periode dan frekuensi ayunan 3. Siswa mampu menjelaskan perbedaan antara massa benda dan berat benda 4. Siswa dapat menghitung besar percepatan gravitasi dengan metode bandul matematis 5. Siswa dapat membandingkan nilai percepatan gravitasi referensi (9,8 𝑚/𝑠 2 ) dengan yang didapat dari hasil praktikum.

C. Kegiatan Pembelajaran a. Uraian Materi 1. Hukum Gravitasi Newton Gaya Gravitasi Permasalahan di atas telah dikaji oleh Sir Isaac Newton pada abad 16 masehi. Newton mengemukakan, bahwa ternyata ada suatu ”gaya pada suatu jarak” yang memungkinkan dua benda atau lebih untuk berinteraksi. Istilah tersebut oleh Michael Faraday, pada abad 18 diubah menjadi istilah ”medan”. Adapun pengertian medan

adalah tempat di sekitar suatu besaran fisis yang masih dipengaruhi oleh besaran tersebut dalam suatu entitas tertentu. Sebagai contoh, gaya gravitasi akan bekerja pada massa suatu benda yang masih berada dalam medan gravitasi suatu benda atau planet. Jika medan gravitasi sudah dapat diabaikan, maka sebuah massa yang berada di sekitar besaran benda tersebut tidak dapat dipengaruhi. Dengan demikian, dapatlah kamu pahami, mengapa daun yang massanya lebih kecil dibanding bulan yang massanya jauh lebih besar dapat ditarik bumi. Dalam penelitiannya, Newton menyimpulkan, bahwa gaya gravitasi atau gaya tarik-menarik dapat berlaku secara universal dan sebanding oleh massa masingmasing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda, dan dirumuskan:

𝐹=𝐺

𝑚1 𝑚2 𝑟2

F

=

gaya tarik-menarik antara kedua benda (N)

m1

=

massa benda 1 (kg)

m2

=

massa benda 2 (kg)

r

=

jarak antara kedua pusat benda (m)

G

=

tetapan gravitasi universal

Sebelum mencetuskan Hukum Gravitasi Universal, Newton telah melakukan perhitungan untuk menentukan besar gaya gravitasi yang diberikan bumi pada bulan sebagaimana besar gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda-benda di permukaan bumi. Sebagaimana yang kita ketahui, besar percepatan gravitasi di bumi adalah 9,8 m/s2. Jika gaya gravitasi bumi mempercepat benda di bumi dengan percepatan 9,8 m/s2, berapakah percepatan di bulan ? karena bulan bergerak melingkar beraturan (gerakan melingkar bulan hampir beraturan), maka percepatan sentripetal bulan dihitung menggunakan rumus percepatan sentripetal Gerak melingkar beraturan. Diketahui orbit bulan yang hampir bulat mempunyai jari-jari sekitar 384.000 km dan periode (waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu putaran) adalah 27,3 hari. Jadi percepatan gravitasi bulan terhadap bumi 3600 kali lebih kecil dibandingkan dengan percepatan gravitasi bumi terhadap benda-benda di permukaan

bumi. Bulan berjarak 384.000 km dari bumi. Jarak bulan dengan bumi ini sama dengan 60 kali jari-jari bumi (jari-jari bumi = 6380 km). Jika jarak bulan dari bumi (60 kali jari-jari bumi) dikuadratkan, maka hasilnya sama dengan 3600 (60 x 60 = 602 = 3600). Angka 3600 yang diperoleh dengan mengkuadratkan 60 hasilnya sama dengan Percepatan bulan terhadap bumi, sebagaimana hasil yang diperoleh melalui perhitungan. Selain faktor jarak, Newton juga menyadari bahwa gaya gravitasi juga bergantung pada massa benda. Pada Hukum III Newton kita belajar bahwa jika ada gaya aksi maka ada gaya reaksi. Ketika bumi memberikan gaya aksi berupa gaya gravitasi kepada benda lain, maka benda tersebut memberikan gaya reaksi yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap bumi.

Setelah membuat penalaran mengenai hubungan antara besar gaya gravitasi dengan massa dan jarak,Newton membuat penalaran baru berkaitan dengan gerakan planet yang selalu berada pada orbitnya ketika mengitari matahari.Newton menyatakan bahwa jika planet-planet selalu berada pada orbitnya, maka pasti ada gaya gravitasi yang bekerja antara matahari dan planet serta gaya gravitasi antara planet, sehingga benda langit tersebut tetap berada pada orbitnya masing-masing. Luar biasa pemikiran Newton ini. Tidak puas dengan penalarannya di atas, ia menyatakan bahwa jika gaya gravitasi bekerja antara bumi dan benda-benda di permukaan bumi, serta antara matahari dan planet-planet maka mengapa gaya gravitasi tidak bekerja pada semua benda ? Akhirnya, setelah bertele-tele dan terseok-seok, kita tiba pada inti pembahasan panjang lebar ini.Newton pun mencetuskan Hukum Gravitasi Universal dan mengumumkannya pada tahun 1687, hukum yang sangat terkenal dan berlaku baik di indonesia, amerika atau afrika bahkan di seluruh penjuru alam semesta. Hukum gravitasi Universal itu berbunyi demikian : Semua benda di alam semesta menarik semua benda lain dengan gaya sebanding dengan hasil kali massa benda-benda tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda-benda tersebut.

Medan Gravitasi Di samping gaya gravitasi, hukum gravitasi Newton juga menetapkan tentang medan gravitasi disekitar suatu benda atau umumnya sebuah planet. Medan gravitasi ini akan menunjukkan percepatan gravitasi dari suatu benda di sekitar suatu benda atau planet. Adapun besar medan gravitasi atau percepatan gravitasi dirumuskan : 𝑔=

𝐺𝑀 𝑟2

g = medan gravitasi atau percepatan gravitasi (m/s2) G = tetapan gravitasi universal (6,672 x 10-11 N.m2/kg2) M = massa dari suatu planet atau benda (kg) r =jarak suatu titik ke pusat planet atau pusat benda (m)

Besar percepatan gravitasi yang dialami semua benda di sebuah permukaan planet adalah sama. Selembar bulu ayam dan segumpal tanah liat dijatuhkan dari ketinggian yang sama dalam tabung hampa akan bersamaan mencapai dasar tabung. Namun bila tabung berisi udara tanah liat akan mencapai dasar tabung lebih dahulu. Hal itu bukan disebabkan karena percepatan gravitasi di tempat tersebut yang berbeda untuk benda yang berbeda, namun disebabkan oleh adanya hambatan udara di dalam tabung.

Hukum-Hukum Keppler Karya Keppler sebagian di hasilkan dari data – data hasil pengamatn yang di kumpulkan Ticho Brahe mengenai posisi planet – planet dalam geraknya di luar angkasa . Hukum ini telah di cetuskan Keppler setengah abad sebelum Newton mengajukan ketiga hukumnya tentang gerak dan hukum gravitasi universal . Penerapan hukum gravitasi Newton dapat diterapkan untuk menjelaskan gerak bendabenda angkasa. Salah seorang yang memiliki perhatian besar pada astronomi adalah Johannes Kepler. Dia terkenal dengan tiga hukumnya tentang pergerakan benda-benda angkasa, yaitu:

Hukum I Kepler Semua planet bergerak pada lintasan elips mengitari matahari dengan matahari berada di salah satu fokus elips. Hukum I ini dapat menjelaskan akan lintasan planet yang berbentuk elips, namun belum dapat menjelaskan kedudukan planet terhadap matahari, maka muncullah hukum II Kepler. Keplpler tidak mengetahui alasan mengapa planet bergerak dengan cara demikian . Ketika mulai tertarik dengan gerak planet – planet , Newton menemukan bahwa ternyata hukum – hukum Keppler ini bisa diturunkan secara matematis dari hukum gravitasi universal dan hukum gerak Newton . Newton juga menunjukkan bahwa di antara kemungkinan yang masuk akal mengenai hukum gravitasi , hany satu yang berbnding terbalik dengan kuadrat jarak yng konsisten dengan Hukum Keppler.

Hukum II Kepler Suatu garis khayal yang menghubungkan matahari dengan planet, menyapu luas juring yang sama dalam selang waktu yang sama. Hal yang paling utama dalam hukum II Keppler adalah kecepaan sektor mempunyai harga yang sama pada semua titik sepnjang orbit yang berbemtuk elips.

Hukum III Kepler Perbandingan kuadrat periode terhadap pangkat tiga dari setengah sumbu panjang elips adalah sama untuk semua planet.

Data planet yang digunakan pada hukum III Keppler Jarak rata – rata

Periode

r3/T2

dari matahari , r

,T

(1024

(x 106 km)

(Tahun)

km3/th2)

Merkurius

57,9

0,241

3,34

Venus

108,2

0,615

3,35

Bumi

149,6

1,0

3,35

Mars

227,9

1,88

3,35

Jupiter

778,3

11,86

3,35

Saturnus

1.427

29,5

3,34

Planet

Newton menunjukkan bahwa hukum III Keppler juga bisa diturunkan secara matematis dari hukum Gravitasi Universal dan hukum Newton tentang gerak dan gerak melingkar . Hukum III Kepler dapat dirumuskan : 𝑇 2~ 𝑅3 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑇1 2 𝑅1 3 ( ) = ( ) 𝑇2 𝑅2 T

=

kala revolusi suatu plenet (s atau tahun)

R

=

jarak suatu planet ke Matahari (m atau sa)

Jika diperlukan gunakan nilai-nilai yang telah ditetapkan, yaitu : T bumi = 1 tahun R bumi = 1 SA ( 1 satuan astronomis = 150 juta km)

c. Rangkuman Massa suatu benda merupakan banyaknya partikel yang terdapat dalam benda. Massa benda bersifat tetap, artinya tidak dipengaruhi oleh gravitasi. Sedangkan berat benda menyatakan besarnya gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut. Jadi, massa benda besarnya sama di manapun pengukuran massa dilakukan, sedangkan berat benda berubah tergantung letaknya. Hal ini disebabkan besar percepatan gravitasi di setiap tempat tidak sama, bergantung jaraknya dari pusat bumi. Setiap benda bermassa m yang berada di bumi mengalamai gaya tarik bumi atau gaya berat, didefinisikan: 𝑊 = 𝑚𝑔 ...(1) Dengan 𝑔 adalah percepatan gravitasi bumi yang arahnya selalu menuju ke pusat bumi, nilainya 9,8 𝑚/𝑠 2 . Hukum Newton tentang gravitasi mengatakan bahwa percepatan gravitasi di suatu tempat dipermukaan bumi dinyatakan dalam persamaan: 𝑀

𝑔 = 𝐺 𝑅2

...(2)

Dengan: 𝑀 = massa bumi, R = jari-jari bumi, G = konstanta gravitasi = 6,6 x 10−11 𝑁𝑚2 /𝑘𝑔2 . Gerak harmonik sederhana yang dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah getaran benda pada pegas dan getaran benda pada ayunan sederhana. Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut juga sebagai gerak harmonik. Apanila suatu benda melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama maka geraknya disebut osilasi. Benda yang bergerak harmonis sederhana pada ayunan benda untuk melakukan suatu getaran (disebut satu getaran jika benda bergerak dari titik dimana benda tersebut mulai bergerak dan mulai kembali lagi ke titik tersebut). Sedangkan frekuensi adalah banyaknya getaran yang dilakukan oleh benda selama satu detik. Selain periodik dan frekuensi, terdapat juga amplitudo. Amplitudo adalah perpindahan maksimum dari titik kesetimbangan.

d. Evaluasi 1. Apa perbedaan antara massa dan berat benda? 2. Apa yang dimaksud gerak harmonik sederhana? 3. Apa yang dimaksud periode dan frekuensi ayunan?

BAB III PENUTUP Pada modul ini telah dipaparkan tentang materi grafitasi. Untuk mengetahui kemampuan anda terhadap modul ini, isilah indikator tingkat pencapaian berikut ini dengan baik dan jujur. No 1.

Pernyataan

2.

saya telah memahami setiap konsep yang dipelajari dalam modul ini. saya mampu melakukan praktikum dengan baik

3.

saya mampu mengerjakan latihan soal dengan baik dan benar

4.

saya mampu menyelesaikan dan mencapai tujuan pada modul ini dengan baik

Ya

Tidak

DAFTAR PUSTAKA Halliday,D., Resnick, R., Walker, J., 2010, Fisika Dasar Edisi ketujuh Jilid I, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Nurizati,M.Si.,2012, supersoal Fisika SMA, GagasMedia, Jakarta

http://herdy07.wordpress.com