Perangkat Pembelajaran Klmpk Bernouli

PERANGKAT PEMBELAJARAN PROBLEM BASE INSTRUCTIONS (PBI) Penerapan Asas Bernoulli (Model Pesawat Terbang)

FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 •

STANDAR KOMPETENSI : Menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinue dalam menyelesaikan masalah

•

KOMPETENSI DASAR : Menganalisis hukum-hukum yang yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari

Oleh : FERRY YUDHA PRATAMA (063184012)

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 2008

Learning Plan Activities School

: Senior High School

Subject

: Physics

Class / Semester

: XI / II

Time Alocation

: 2 x 45 minutes

Standart of Competence : 2. Applying the concept and principle of classical mechanics in continue system to solve the problems A. Basics Competence 2.2 Analyzing physics laws which conect with statics and dynamics fuids and their application in daily live. B. INDICATORS  Explain the description of Bernouli’s principle  Explain the bouyance of air plane using Bernouli’s principle  Make a model or instrument using Bernouli’s principle C. LEARNING PURPOSES  Student can describe the Bernoulli’s Principle  Student can conect factors that influence the air plane bouyance  Student can explain how the plane’s wing can make bouyance  Student capable of applying the Bernoulli’s Principle in daily live. D. LEARNING MATERIAL  Bernoulli’s Principle on the bouyance of air plane. E. LEARNING EXPERIENCES 1. Getting information about Bernoulli’s Principle on the bouyance of air plane.

2. Doing exercise to investigate the aplication of Bernoulli’s Principle in daily live. 3. Presenting the exercise’s product and doing class discussion. 4. Conclusing the result of class discussion F. LEARNING MODEL AND METHOD  Model : Problem Base Instructions (PBI)  Method

: Experiment

G. LEARNING SOURCES  Student books  Student Work Sheet  Student Evaluation Paper H. TOOLS AND EQUIPMENTS  Sterofoam  Scissors  Some paper plane with the different size  Pen  Manila paper I. TEACHING AND LEARNING ACTIVITIES A. Opening (15 minutes) •

Teacher motivate students by starting the proces of learning with flying paper planes in the class.

•

Teacher review the student to the previous meeting about Bernoulli’s Principle by showing the effect of paper which flying up because it is blown.

•

Teacher ask the student,” what can you observe from the demonstration ? what’s principle in that demonstrations? ”

B. Main Activities (60 minutes) Step 1 (orienting the student to the problem)

•

Teacher allow the student to the problem by focusing student attantion to some of paper plane with difference size and design.

•

Then ask two students go infront of class and fly it one by one.

•

Teacher allow the students to the problems,” what can you observe from the moving of each air plane ? any one want to know the reason?”

•

The problems that expacted from the student,” why there were difference moving of paper plane for each of them ?

•

Teacher say the learning purposes to the students.

Step 2 : organizing student to study •

Teacher devide students become some groups, each group consist of 4-5 students.

•

Teacher give hand out and work sheet about Bernoulli’s Principle.

•

Teacher ask the students to read hand out and work sheet given.

•

Teacher get the student to make hypothesis that according to the problem above. “ plane model with up wing design will be flying up but plane model with down wing design will be flying down.

Step 3 : guiding individual and groups investigation •

Teacher give some help to students while do the work sheet in group by scaffolding.

•

Teacher motivate the students to collect the information according to the hypothesis by doing experiment and the result will discuss.

Gambar model pesawat dengan menggunakan asas Bernouli

Step 4 : Develope and show the product •

Techer help the students to prepare the product which have been done in group.

•

Teacher have the students present their product in class discusion.

Step 5 : Analyzing and evaluating the process of problem solving •

Teacher guide the students to analyze the process that have been used in experiment and evaluate the greatfull of experiment.

C. Closing (15 minutes) •

Teacher guide the students to make conclusion from hole learning activities.

•

Teacher give evaluation test

J. ASSESMENT Assesment Kinds Of Task

Tecnique

The Instrument

Non test

Observation and experiment

Work task

Test

Task

Essay

A. Pengertian Persamaan kontinuitas memberikan gambaran tentang perubahan kecepatan fluida ketika melewati saluran yang berubah-ubah penampang lintangnya. Karena terdapat perubahan kecepatan, berarti terdapat pula percepatan fluida. Menurut hukum Newton, hal tersebut sama saja mengatakan resultan gaya pada fluida mengalir tidaklah tepat sama dengan nol. Di samping itu, tekanan berhubungn erat dengan gaya dan luas penempang maka dapat disimpulkan bahwa perubahan kecepatan fluida mengakibatkan tekanannya juga berubah. Sehingga dapat disimpulkan bahwa Perubahan tekanan dalam fluida mengalir juga dipengaruhi oleh perubahan kecepatan alirannya. B. Aliran Fluida Untuk Luas Penampang Yang Berbeda F2

V2

V1 F1

Elemen fluida yang dibatasi oleh luasan penampang lintang A1 dan A2 bergerak karena tekanan oleh gaya F1 dan F2 yang timbul akibat perubahan kecepatan dalam fluida. Jika fluida tak termampatkan maka setelah interfal waktu ∆t, elemen fluida tersebut bergerak menjadi elemen fluida yang dibatasi luasan penampang lintang A1' dan A2' tanpa mengalami perubahan volume dan massa. Jarak yang ditempuh oleh elemen fluida pada batas penampang A1 menjadi A1' adalah ∆x 1 = v1 ∆t, sedangkan jarak yang ditempuh oleh elemen fluida pada batas penampang A2 menjadi A2' adalah ∆x

2

= v2 ∆t. Pada batas luasan A1,

dapat dikatakan bahwa elemen fluida terdorong oleh fluida sebelumnya dengan usaha sebesar F1 ∆x 1. Sementara itu pada batas luasan A2, dapat dikatakan elemen fluida terdorong fluida setelahnya dengan usaha sebesar F2 ∆x2. kedua usaha tersebut berbeda tanda karena yang satu merupakan usaha yang dikerjakan pada elemen fluida, sedangkan satunya lagi adalah usaha yang dikerjakan oleh elemen fluida. Dengan demikian usaha total yang dikerjakan pada elemen fluida adalah

Wtotal = F1∆x1 − F2 ∆x2 = p1 A1∆x1 − p2 A2 ∆x2 …………………………………… (1)

Jika dihubungkan dengan persamaan kontinuitas A1v1 = A2v2 yang akan berubah menjadi A1x1 = A2x2 setelah dikalikan ∆t pada kedua sisinya, dapat diperoleh

Wtotal = ( p1 − p2 ) A1∆x1 ………………………………………... (2) Usaha total yang dikerjakan pada elemen fluida di atas sama dengan perubahan energi dalam elemen fluida tersebut, yaitu Wtotal = ∆U. Fluida antara A1 dan A2 mendapat tambahan energi dalam volume A2 ∆x2 dan kehilangan energi pada volume A1 ∆x1. persamaan kontinuitas menyatakan keduanya mempunyai massa yang sama, misalnya dilambangkan dengan ∆m. perubahan energi dalam elemen fluida tersebut disumbangkan dari perbedaan energi kinetik dan potensial pada kedua volume tersebut, yaitu:

1  1  ∆ U = U 2 − U1 =  ∆ mv22 + ∆ mgz2  −  ∆ mv12 + ∆ mgz1  …… (3) 2  2  Dari Wtotal = ∆U dan persamaan (2) dapat diperoleh hubungan

( p1 − p2 ) A1∆x1 =  1 ∆mv22 + ∆mgz2  −  1 ∆mv12 + ∆mgz1  2

 2



….... (4)

Dengan mengingat ∆m merupakan massa dari volume A1∆x1 atau A2 ∆x2 melalui hubungan ∆m = ρA1∆x1 = ρA2 ∆x2 , diperoleh hubungan p1 − p2 =

∆m  1 2  1 2   v2 + gz2  −  v1 + gz1   A1∆x1  2  2 

 1  1  = ρ  v22 + gz 2  −  v12 + gz1   2   2

Jika suku-suku yang berindeks sama dikumpulkan, diperoleh hal yang menakjubkan seperti berikut ini

1  1  p1 + ρ  v12 + gz1  = p2 + ρ  v22 + gz2  2  2  1  1  p1 +  ρv12 + ρgz1  = p2 +  ρv22 + ρgz2  ................ (5) 2  2  Karena indeks 1 dan 2 dapat terjadi di mana-mana pada sepanjang saluran, dapat disimpulkan bahwa p+

1 2 ρv + ρgz = kons tan .............................................. (6) 2

Jadi secara harfiah asas Bernouli dapat ditafsirkan sebagai asas kelestarian energi dalam fluida karena suku

1 ∆ρv 2 menyatakan energi kinetic fluida persatuan 2

volume dan suku ∆ρgz menyatakan energi potensial fliuda persatuan volume. C. Akibat-akibat asas Bernouli 1. Fluida Statis Hukum dasar hidrostatika dapat diturunkan langsung dari persamaan Bernouli. Pada fluida diam, kondisi v = 0 pada sembarang titiknya. Hal ini berarti persamaan bernouli yang memenuhi kondisi tersebut adalah p1 + ρgz1 = p2 + ρgz2

p1 − p2 = ρg ( z2 − z1 ) ………………………………….. (7)

pada kondisi ini mekaniknya bersifat tetap, yaitu

1 2 1 2 ρv1 = ρv2 sehingga 2 2

persamaan bernouli memenuhi tepat sama dengan persamaan di atas. 2. Daya Angkat pesawat Ketika fluida hanya bergerak ke arah horizontal maka suku energi potensial dalam persamaan Bernouli akan hilang karena ketinggian permukaan fluida akan sama di mana-mana. Maka diperoleh persamaan Bernouli p+

1 2 ρv = kons tan ……………….………………….. (8) 2

persamaan di atas dapat diartikan bahwa kecepatan fluida yang semakin besar akan diimbangi dengan turunnya tekanan fluida dan sebaliknya. Prinsip inilah yang digunakan untuk menghasilkan daya angkat pesawat. “ perbedaan kecepatan aliran udara pada sisi atas dan sisi bawah sayap pesawat, akan menghasilkan gaya angkat pesawat”. F

P1

V1 V2

P2

Berdasarkan gambar di atas jika (p1
dengan memasukkan persamaan bernouli

1  1  p1 +  ρv12  = p2 +  ρv22  2  2 

maka diperoleh F=

1 ρA( v12 − v22 ) ............................................ (10) 2

(

) (

)(

)

dengan memanfaatkan identitas v12 − v22 = v1 − v2 v1 + v2 dapat diperoleh F=

(

)(

(

)

1 1 ρA v1 − v2 v1 + v2 . Suku persamaan v1 + v2 2 2

)

dikatakan sebagai

kelajuan rata-rata udara relative terhadap pesawat sehingga dapat dilambangkan dengan v =

(

)

1 v1 + v2 . Dengan demikian dapat diperoleh 2

persamaan akhir

F = ρAv( v1 − v2 ) .............................................. (11) Jika berat pesawat lebih kecil daripada gaya angkat pesawat di atas, pesawat dapat terangkat ke udara. Sedangkan untuk mempertahankan posisi pesawat pada ketinggian tertentu maka pada saat ketinggian tersebut

kecepatan udara perlu diatur sehingga gaya angkat pesawat sama dengan berat pesawat. Jika beratnya lebih besar dari gaya angkat maka pesawat akan bergerak ke bawah dan begitu pula sebaliknya.

Lembar Aktivitas Siswa (LAS) KEGIATAN 1 Hari/Tanggal

: ……………………………………….

Nama

: ……………………………………….

Kelas

: ……………………………………….

No Absen

: ……………………………………….

A. Kompetensi Dasar Menganalisis hukum-hukum yang yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari B. Indikator Hasil Belajar  Membuat suatu model atau alat yang menggunakan penerapan asas Bernouli C. Tujuan Pembelajaran  Siswa dapat menjelaskan bahwa sayap pesawat terbang dapat menghasilkan daya angkat  Siswa mampu menerapkan asas Bernouli dalam kehidupan sehari-hari D. Rumusan Masalah  Mengapa dari setiap design model pesawat terbang kertas memiliki hasil penerbangan yang berbeda ?  Bagaimana design model pesawat terbang mainan yang tepat dengan penerapan asas Bernouli? E. Hipotesis ............................................................................................................................... .......................................................................................................................... F. Variabel-Variabel Variabel manipulasi: …………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………. Variabel respon: ………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………. Variabel kontrol: …………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………. G. Alat Dan Bahan 1. 2. 3. H. Langkah Kegiatan 1. 2. 3. I. Hasil Kegiatan …………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………. J. Analisis Berdasarkan hasil percobaan dapat diketahui bahwa: 1. ……………………………………………………………………………… 2. ……………………………………………………………………………… 3. ……………………………………………………………………………… B. Kesimpulan Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa: ………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………..

Lembar Aktivitas Siswa (LAS)

Panduan Khusus Guru A. Kompetensi Dasar Menganalisis hukum-hukum yang yang berhubungan dengan fluida statik dan dinamik serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari B. Indikator Hasil Belajar  Membuat suatu model atau alat yang menggunakan penerapan asas Bernouli C. Tujuan Pembelajaran  Siswa dapat menjelaskan bahwa sayap pesawat terbang dapat menghasilkan daya angkat  Siswa mampu menerapkan asas Bernouli dalam kehidupan sehari-hari D. Rumusan Masalah  Mengapa setiap design model pesawat terbang mainan memiliki hasil penerbangan yang berbeda ?  Bagamana design model pesawat terbang mainan yang tepatdengan penerapan asas Bernouli? E. Hipotesis •

Jika bentuk sayap pesawat dipasang dari atas ke bawah maka pesawat terbang menanjak

•

Jika bentuk sayap pesawat dipasang dari bawah ke atas maka pesawat terbang menungkik

•

Jika beratnya lebih besar dari gaya angkat maka pesawat akan bergerak ke bawah dan begitu pula sebaliknya

F. Variabel-Variabel Variabel manipulasi: •

Bntuk sayap pesawat

•

Bahan model pesawat

Variabel respon: •

Arah terbang pesawat

Variabel kontrol: •

Bahan model pesawat jika memanipulasi bentuk sayap pesawat

•

Bentuk sayap pesawat jika memanipulasi bahan model pesawat

G. Alat Dan Bahan  Sterofom, kardus, kertas, dll  Gunting  Lem, penjepit atau steppler  Penggaris  Spidol dan benang H. Langkah Kegiatan  buat design gambar model pesawat terbang mulai dari badan, sayap dan ekor  ukur perbandingan antara panjang dan lebar sayap pesawat dengan body pesawat  coba hitung perbandingan antara berat pesawat dengan gaya angkat yang dihasilkan melalui asas Bernouli  ulangi langkah di atas untuk manipulasi berikutnya I. Hasil Kegiatan Model pesawat yang menggunakan penerapan dari asas Bernouli No Manipulasi 1. sayap pesawat dipasang dari atas ke bawah 2. sayap pesawat dipasang dari bawah ke atas 3. Berat pesawat lebih besar dari gaya angkat

Respon pesawat terbang menanjak pesawat terbang menungkik pesawat akan bergerak ke bawah

...

...

...

J. Analisis Berdasarkan hasil percobaan dapat diketahui bahwa: •

Jika bentuk sayap pesawat dipasang dari atas ke bawah maka pesawat terbang menanjak

•

Jika bentuk sayap pesawat dipasang dari bawah ke atas maka pesawat terbang menungkik

•

Jika beratnya lebih besar maka pesawat akan bergerak ke bawah dan begitu

(

pula sebaliknya dengan menggunakan perumusan F = ρAv v1 − v2

)

C. Kesimpulan Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa: kecepatan fluida yang semakin besar akan diimbangi dengan turunnya tekanan fluida dan sebaliknya. Prinsip inilah yang digunakan untuk menghasilkan daya angkat pesawat. “ perbedaan kecepatan aliran udara pada sisi atas dan sisi bawah sayap pesawat, akan menghasilkan gaya angkat pesawat”. Hal ini dibuktikan dengan Jika bentuk sayap pesawat dipasang dari atas ke bawah maka pesawat terbang menanjak. Jika bentuk sayap pesawat dipasang dari bawah ke atas maka pesawat terbang menungkik. Jika beratnya lebih besar maka pesawat akan bergerak ke bawah dan begitu

(

pula sebaliknya dengan menggunakan perumusan F = ρAv v1 − v2

)

Lembar pengamatan kegiatan Ranah Psikomotor Aspek yang diamati Mendiesign model pesawat pada karton

Skor 4

3

2

Rubrik

1

4 : bagus, rapi dan runtut 3 : bagus, rapi dan tidak runtut 2 : bagus kurang rapi 1 : tidak bagus dan kurang runtut

Menggunting bahan

4 : bentuk sesuai dan rapih

dan membentuknya

3 : bentuk sesuai dan tidak rapih 2 : bentuk kurang sesui tapi rapih 1 :bentuk tidak sesuai dan tidak

Meletakkan

sayap

pada body pesawat

rapih 4 : posisi tepat dan di tengah body 3 : posisi kurang tepat dan di tengah body 2 : miring kekanan atau ke kiri

Uji coba

1 : tidak tepat di posisi 4 : di uji coba berhasil, sekali 3 : di uji coba berhasil, dua kali 2 : di uji coba berhasil, tiga kali kali 1 : di uji coba berhasil, lebih dari tiga kali

Jumlah skor Skor akhir Keterangan : 1

= Kurang baik

2

= Cukup

3

= Baik

4

= Sangat Baik

Ranah Afektif Aspek yang 4

diamati Kehadiran

Skor 3 2

Rubrik

1

4 : hadir, tepat waktu 3 : hadir, terlambat 5 menit 2 : hadir, terlambat 15 menit 1 : hadir, terlambat lebih dapr 20 menit

Melakukan

4 : tepat waktu, sesuai prosedur

percobaan

3 : tidak tepat waktu, sesuai prosedur 2 : tepat waktu, tidak sesuai prosedur 1 : tidak tepat waktu, tidak sesuai prosedur

Kerjasama

dalam

kelompok

4 : kompak, semua bekerja 3 : kurang kompak, 1 orang tidak bekerja 2 : kurang kompak, hanya 2 orang yang bekerja 1 : tidak kompak

Pengumpulan

4 : tepat waktu

laporan

3 : terlambat 5 menit 2 : terlambat 10 menit 1 : terlambat 15 menit

Jumlah skor Skor akhir Keterangan : 1. = Kurang baik 2. = Cukup 3. = Baik

4. Sangat baik

1. Jelaskan pengertian asas Bernouli ! 2. Bagaimana hubungan kecepatan udara pada sayap pesawat dengan daya angkat pesawat terbang! 3. Bagaimana cara untuk mempertahankan pesawat pada ketinggian tertentu? 4. Mengapa kita dilarang berdiri di dekat kereta api yang sedang melaju dengan cepat? Hubungkan jawaban dengan asas bernouli! 5. Buatlah design model pesawat dengan menggunakan penerapan asas bernouli!

1.

Asas Bernoulil menyatakan perubahan tekanan dalam fluida mengalir juga dipengaruhi oleh perubahan kecepatan liniernya. Maksudnya semakin besar kecepatan fluida yang mengalir maka akan semakin kecil tekanan pada aliran tersebut dan sebaliknya.

2.

Apabila kecepatan udara di bawah sayap pesawat lebih besar dari pada kecepatan udara di atas pesawat maka tekanan di bawah pesawat lebih kecil dari pada tekanan di atas peswat sehingga pesawat akan turun dan sebaliknya.

3.

Agar pesawat dapat mempertahankan posisinya setelah ketinggian tertentu adalah dengan mengatur kecepatan udara sehingga gaya angkat pesawat tepat sama dengan berat dari pesawat terbang tersebut.

4.

Karena saat kita berada di dekat kereta api yang sedang melaju dengan cepat maka kita akan tertarik lebih dekat dengan kereta apisehingga memungkunkan kita akan tersedot dan tertabrak kereta api tersebut. Hubungannya dengan asas Bernoulli adalah di dekat kereta api yang sedang melaju tersebut kecepatan udara disekitarnya sangat besar sehingga tekanan di sekitarnya akan sangat kecil sehingga kita akan tertarik mendekati kereta tersebut karena mendapat tekanan yang berada di samping kita.

5.

Mengerjakan project LKS

DAFTAR PUSTAKA Arianto, M.Si dan Selly Feranie, M.Si. 2005. Sains Fisika untuk SMA Kelas XI. Jakarta: CV. Regina Esis. 2004. Fisika Sains SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga Rosyid, Muhammad Farchani, Dkk. 2008. KAJIAN Konsep FISIKA 2 untuk kelas XI SMA dan MA. Solo : Tiga Srangkai

LEMBAR PENGAMATAN PENGELOLAAN PEMBELAJARAN PBI Nama Sekolah :........................... Nama Guru :............................. Mata Pelajaran:........................... Tanggal :............................. Petunjuk Berikut ini diberikan satu daftar aspek pengelolaan kegiatan belajar mengajar pembelajaran PBI (Pengajaran Berdasarkan Masalah) yang dilakukan guru di dala kelas. Berilah tanda cek (√) dan turus pada kolom yang sesuai menurut penilaian Anda. Penilaian No Aspek yang diamati 1 2 3 4 I Pengamatan KMB A. Pendahuluan 1. Memotivasi siswa (orientasi siswa pada masalah) 2. Menyampaikan tujuan (indikator) 3. Mengaitkan pelajaran sekarang dengan yang terdahulu B. Kegiatan inti 1. Mempresentasikan pengetahuan 2. Mengorganisasikan siswa untuk belajar 3.Membimbing penyelidikan individual maupun kelompok 4. Memeriksa pemahaman & memberikan umpan balik kepada siswa 5. Mengembangkan dan menyajikan hasil karya C. Penutup 1. Mengikhtisarkan pelajaran 2. Memberikan tugas evaluasi II Suasana Kelas 1. Siswa antusias 2. Guru antusias 3. Waktu sesuai alokasi 4. KBM sesuai skenario pada RPP III Perangkat Pembelajaran 1. Buku siswa mendukung pencapaian indikator 2. LKS mendukung pencapaian sub indikator 3. Evaluasi sesuai indikator 4. Indikator cocok dicapai dengan pembelajaran PBI Keterangan skala penilaian: Tidak baik :1 Kurang baik : 2 Cukup baik : 3 Baik :4

Pengamat (.......................)