BAB II KAJIAN TEORITIS, KERANGKA PIKIR, PENELITIAN
A. Kajian Teoritis
6. Kajian Konsep Hukum Newton tentang Gravitasi
a. Karakteristik Konsep Hukum Newton Tentang Gravitasi
Konsep hukum Newton tentang gravitasi memiliki beberapa karateristik, yaitu cakupan materi luas, kontekstual, bersifat abstrak dan matematis. Konsep hukum Newton tentang gravitasi memiliki cakupan materi yang luas karena dalam konsep tersebut materi dibahas secara menyeluruh. Konsep hukum Newton tentang gravitasi juga dikatakan kontekstual karena materi hukum newton tentang gravitasi dekat dengan kehidupan sehari-hari. Contohnya pada hukum Newton tentang gravitasi membahas tentang gaya gravitasi yang dialami kita berkaitan dengan jarak kita berada terhadap jari-jari bumi.
Konsep hukum Newton tentang gravitasi berada dalam kehidupan sehari-hari namun sulit untuk divisualisasikan, oleh karena itu konsep hukum Newton tentang gravitasi dikatakan bersifat abstrak. Dalam konsep hukum Newton tentang gravitasi terdapat banyak rumus dan teori yang membutuhkan tingkat pemahaman lebih siswa. Oleh karena itu konsep hukum Newton tentang gravitasi dikatakan bersifat matematis.
b. Kompetensi Inti (KI) dan Kompetensi Dasar (KD)
Kompetensi inti dalam konsep hukum Newton tentang gravitasi adalah memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah. Konsep hukum Newton tentang gravitasi juga memiliki kompetensi dasar yaitu menganalisis pemikiran dirinya terhadap keteraturan gerak planet dalam tatasurya berdasarkan hukum-hukum Newton.
c. Peta Konsep
Gambar 2.1 Peta konsep hukum Newton tentang gravitasi mempelajari tentang
Hukum Newton Tentang Gravitasi
Hukum Gravitasi Universal membahas terbagi menjadi Kuat Medan Gravitasi Percepatan Gravitasi Pada Ketinggian Tertentu Perbandingan Percepatan Gravitasi 2 Planet Aplikasi Hukum Gravitasi Universal Hukum I Kepler Hukum II Kepler Hukum III Kepler Hukum Kepler membahas Energi Potensial Gravitasi Potensial Gravitasi
d. Kajian Teori
1) Hukum Gravitasi Universal
Hukum Newton tentang gravitasi universal berbunyi sebagai berikut: “Semua partikel di dunia ini menarik semua partikel lain dengan gaya yang sebanding dengan hasil kali massa partikel-partikel itu dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antaranya. Gaya ini bekerja sepanjang garis yang
menghubungkan kedua partikel itu”.53 Secara matematis hukum Newton tentang
gravitasi tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut: F = G ����
��
dengan :
F = gaya gravitasi (N) r = jarak antara benda (m)
m1 = massa benda pertama (kg) G = konstanta gravitasi.(6,67.10-11Nm2/kg2) m2 = massa benda kedua (kg)
Untuk kasus kedua vektor gaya gravitasi yang membentuk sudut �, maka besar resultan gaya gravitasi dapat dihitung dengan rumus kosinus sebagai berikut:
F1 = ����� + ���� + ���������� �
2) Kuat Medan Gravitasi
Ruang di sekitar suatu benda bermassa dimana benda bermassa lainnya dalam ruang itu akan mengalami gaya gravitasi disebut kuat medan gravitasi. Kuat medan gravitasi disebut juga percepatan gravitasi. Dari pengertian tersebut dapat dirumuskan persamaan kuat medan gravitasi sebagai berikut:
g = G �
��
dengan :
g = percepatan gravitasi (m/s2) r = jarak titik ke benda (m)
M = massa benda (kg) G = konstanta gravitasi.(6,67.10-11Nm2/kg2)
a) Percepatan Gravitasi Pada Ketinggian Tertentu
Semakin jauh jarak benda dari pusat Bumi, semakin kecil percepatan gravitasi yang mempengaruhinya. Secara matematis nilai perbandingan percepatan gravitasi pada ketinggian tertentu tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:54
53
Douglas C. Giancoli, Fisika Edisi Kelima Jilid 1 (Jakarta : Erlangga, 2001), hal. 148.
54
Marthen Kanginan, FISIKA untuk SMA/MA Kelas XI Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu Alam (Jakarta : Erlangga, 2014), hal. 82-83.
��
�� = (
�
�+�)�
dengan :
ga = percepatan gravitasi dititik a (m/s2) R = jari-jari Bumi sebesar 6370 (km) gb = percepatan gravitasi dititik b (m/s2) h= ketinggian pada jarak tertentu (m) b) Perbandingan Percepatan Gravitasi 2 Planet
Misalkan kita akan membandingkan percepatan gravitasi antara sebuah
planet (ga) dengan percepatan gravitasi Bumi (gb), kita dapat menggunakan
persamaan sebagai berikut :
�� �� = �� �� ( �� ��)� dengan :
ga = percepatan gravitasi dititik a (m/s2) Ma = massa planet a (kg) gb = percepatan gravitasi dititik b (m/s2) Mb = massa planet b (kg)
Ra = jari-jari planet a (km) Rb = jari-jari planet b (km)
3) Energi Potensial Gravitasi
Potensial gravitasi (lambang V) suatu titik dalam suatu medan gravitasi didefinisikan sebagai energi potensial gravitasi per satuan massa dari sebuah massa uji kecil yang ditempatkan pada titik itu. Secara matematis, persamaan untuk potensial gravitasi adalah sebagai berikut :
V = - G �
�
dengan :
V = potensial gravitasi (J/kg) r = jarak titik dari pusat planet (m)
M = massa planet (kg) G = konstanta gravitasi.(6,67.10-11Nm2/kg2)
Setiap benda yang berada dalam medan gravitasi akan memiliki energi potensial.55 Energi potensialnya didefinisikan seperti pada persamaan berikut:
EP = -G ��
�
dengan :
m = massa uji pada suatu titik (kg) EP = energi potensial (N) r = jarak titik dari pusat planet (m) M = massa planet (kg)
Medan gravitasi termasuk medan gaya konservatif yaitu gayanya menghasilkan usaha yang tidak mengubah energi mekanik benda, sehingga akan memenuhi hukum kekekalan energi mekanik. Secara matematis seperti pada persamaan berikut:
Em = Ep + Ek = tetap
55
Sri Handayani dan Ari Damari, Fisika untuk SMA dan MA Kelas XI (Jakarta : Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, 2009), hal. 28.
dengan :
Em = energi mekanik (N) Ek = energi kinetik (N) EP = energi potensial (N)
4) Aplikasi Hukum Newton Tentang Gravitasi
Hukum gravitasi Newton berlaku untuk semua benda, termasuk benda angkasa. Beberapa contoh penerapan hukum gravitasi Newton pada benda-benda angkasa yaitu gaya antara Matahari dan Planet, menghitung kecepatan satelit dan pasang surut air laut.
5) Hukum Kepler
Di antara hasil karya Kepler terdapat tiga penemuan yang sekarang kita sebut sebagai Hukum Kepler mengenai gerak planet. Hukum-hukum tersebut dirangkum sebagai berikut:
(a) Hukum I Kepler
Kepler menjelaskan bunyi hukum ini sebagai berikut, “Semua planet bergerak pada lintasan elips mengitari Matahari dengan Matahari berada di salah satu fokus”. 56
(b) Hukum II Kepler
Hukum kedua Kepler berbunyi sebagai berikut, “Suatu garis khayal yang menghubungkan Matahari dengan planet menyapu luas juring yang sama dalam selang waktu yang sama”.57
(c) Hukum III Kepler
Kepler menyatakan bahwa, “Perbandingan kuadrat periode terhadap pangkat tiga dari setengah sumbu panjang elips adalah sama untuk semua planet”.58 Hubungan di atas dapat dirumuskan secara matematis seperti persamaan berikut: T2 = R3 �� �� = k sehingga, �� � ���
=
��� ��� dengan : T = Periode (s) R = Jari-Jari (m) 56Marthen Kanginan, Op. Cit., hal. 90
57
Ibid., hal. 91
58 Ibid.
Dengan mempertimbangkan karakteristik konsep hukum Newton tentang gravitasi yang membutuhkan keterampilan dalam berpikir, maka peneliti
bermaksud menggunakan model pembelajaran creative problem solving (CPS)
termodifikasi. Pembelajaran fisika dengan menggunaakan model pembelajaran
creative problem solving (CPS) termodifikasi diharapkan dapat berpengaruh terhadap hasil belajar fisika. Karena dengan menggunakan model pembelajaran
creative problem solving (CPS) termodifikasi siswa dapat terbantu dalam memecahkan persoalan-persoalan fisika dengan menggunakan langkah-langkah yang kreatif. Penyertaan LKS digital dalam pembelajaran akan membuat siswa lebih santai ketika belajar, sehingga proses belajar akan lebih terasa menyenangkan, walaupun terdapat banyak materi yang harus dipahami.