BAB III. MODUL DEMONSTRASI
G. GAYA SENTRIPETAL
a. Menunjukkan lebih jelas bahwa dalam gerak melingkar ada sebuah gaya yang arahnya menuju pusat lingkaran yaitu gaya sentripetal. b. Menunjukkan bahwa air (bola) dalam ember tidak tumpah karena
adanya gaya sentripetal yang menjaganya dan mau menunjukkan supaya air tidak tumpah diperlukkan batas kelajuan minimum untuk memutar ember tersebut)
2. Landasan Teori:
Menurut hukum Newton kedua (∑F= ma), sebuah benda yang mengalami percepatan harus memiliki gaya total yang bekerja padanya. Benda yang bergerak membentuk lingkaran, seperti sebuah bola di ujung tali, dengan demikian harus mempunyai gaya yang diberikan padanya untuk mempertahankan geraknya dalam lingkaran itu. Dengan demikian, diperlukan gaya total untuk memberinya percepatan sentripetal. Besar gaya yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan hukum Hewton kedua untuk komponen radial, ∑FR= maR, di mana aR adalah percepatan sentripetal, aR= v2/r, dan ∑FR adalah gaya total dalam arah radial:
∑FR= maR= m ,
Karena aR diarahkan menuju pusat lingkaran pada setiap waktu, gaya total juga harus diarahkan ke pusat lingkaran. Gaya total jelas perlu, karena jika tidak ada gaya total yang diberikan, benda tersebut tidak akan
bergerak membentuk lingkaran melainkan bergerak pada garis lurus, sebagaimana dikatakan oleh hukum Newton. Untuk menarik sebuah benda pada jalur “alami”-nya, diperlukan gaya total ke samping. Untuk gerak melingkar beraturan, gaya ke samping ini harus bekerja menuju ke pusat lingkaran. Arah gaya total dengan demikian terus berubah sehingga selalu diarahkan ke pusat lingkaran. Gaya ini kadang-kadang disebut gaya sentripetal (“menuju ke pusat”). Tetapi hati-hatilah bahwa “gaya sentripetal” tidak mengindikasikan suatu jenis gaya yang baru. Istilah ini hanya mendeskripsikan arah gaya total: bahwa gaya total diarahkan menuju pusat lingkaran. Gaya harus diberikan oleh benda lain. Sebagai contoh, ketika seseorang memutar bola di ujung sebuah tali membentuk lingkaran, orang tersebut menarik tali dan tali memberikan gaya pada bola. Ada kesalahpahaman umum bahwa benda yang bergerak melingkar mempunyai gaya ke luar yang bekerja padanya, yang disebut gaya sentrifugal (“menjauhi pusat”). Hal ini tidak benar: tidak ada gaya ke luar. Bayangkan misalnya, seseorang yang memutar bola pada ujung tali di sekitar kepalanya. Jika Anda sudah pernah melakukan ini sendiri, Anda tahu bahwa Anda merasakan ada sebuah gaya yang menarik ke luar pada tangan Anda. Kesalahpahaman muncul ketika tarikan ini diinterpretasikan sebagai gaya “sentrifugal” ke luar yang menarik bola dan diteruskan ke sepanjang tali sampai ke tangan Anda. Yang terjadi sama sekali bukan seperti ini. Untuk mempertahankan gerak bola, Anda menarik tali ke dalam, yang kemudian memberikan gaya pada bola. Bola
memberikan gaya yang sama dan berlawanan arah (hukum Newton ketiga), dan inilah gaya yang dirasakan oleh tangan Anda. Gaya pada bola adalah yang diberikan ke arah dalam oleh tali (Giancoli, 2001: 135-136).
3. Alat-alat Demonstrasi yang Dipakai:
Gambar 3. 8
a. Ember ukuran sedang
b. Potongan plaron/ bisa benda yang lainya
c. Pulpen dan sambungan plaron sebagai beban pemberat/ bisa benda yang lainya
d. Tali e. Bola
4. Proses Demonstrasi
a. Tali yang dikatkan dengan beban (bola)
Tali yang diikatkan bola diputar dengan arah horisontal. Kemudian dilanjutkan dengan memutar talinya lebih cepat daripada putaran pertama.
b. Plaron dan 2 beban diputar
2 beban pada demonstrasi ini memakai sambungan plaron dan pulpen. Tali dimasukkan ke dalam plaron kemudian kedua ujung tali diikatkan beban. Selanjutnya proses demonstrasinya yaitu tangan memegang plaron dengan posisi beban yang lebih ringan (pulpen) berada di atas sedangkan beban yang lebih berat (sambungan plaron) berada di bawah. Kemudian benda yang lebih ringan tersebut diputar. Amati apa yang terjadi dengan beban yang berada di bawah (beban yang lebih berat).
c. Ember ukuran sedang diisi air (bola) kemudian diputar
Ember kemudian di putar dengan cepat dengan tangan. Dilihat apa yang terjadi. (untuk lebih memudahkan air bisa diganti yang lainnya, misal: bola)
5. Urutan Kegiatan Pembelajaran
a. Guru menunjukkan alat-alat demonstrasi yang dibawa, kemudian menjelaskan dengan singkat urutan pembelajaran dan apa yang harus dilakukan oleh siswa selama demonstrasi nanti.
c. Demonstrasi pertama yaitu tali yang diikatkan dengan bola.
d. Sebelum demonstrasi dimulai guru memberikan pertanyaan/ persoalan awal kepada siswa, “Putar bola, rasakan gaya yang sedang bekerja pada tali. Ke arah manakah tali menarik tangan anda? Ke arah manakah tali menarik bola? Jelaskan?, Putar bola lebih cepat. Apakah pengaruh perubahan kelajuan bola terhadap besar gaya yang bekerja pada tangan Anda? Jelaskan?, Apa yang terjadi dengan gerak bola jika tali dilepas? Mengapa?”
e. Guru menyuruh siswa dalam kelompoknya untuk membuat
hipotesis awal dan diminta mencatat hipotesisnya tersebut.
f. Setiap kelompok melakukan demonstrasi dan mencatat hasil eksperimennya kemudian mempresentasikan hasil dari demonstrasi mereka.
g. Hasil demonstrasi siswa dibandingkan dengan hipotesis awal siswa dan terakhir guru membuat kesimpulan bersama-sama dengan siswa.
h. Supaya siswa semakin jelas, guru melakukan demonstrasi di depan semua siswa (dipilih tempat yang mudah dilihat oleh semua siswa). Sambil melakukan demonstrasi guru menjelaskan konsep fisikanya. i. Demonstrasi kedua yaitu plaron dan 2 beban diputar.
j. Sebelum demonstrasi dimulai guru memberikan
dengan beban di bawah jika beban yang atas diputar dan putaran ditambah cepat? Mengapa?”
k. Guru menyuruh siswa dalam kelompoknya untuk membuat
hipotesis awal dan diminta mencatat hipotesisnya tersebut.
l. Setiap kelompok melakukan demonstrasi dan mencatat hasil eksperimennya kemudian mempresentasikan hasil dari demonstrasi mereka.
m.Hasil demonstrasi siswa dibandingkan dengan hipotesis awal siswa dan guru memberikan tambahan pertanyaan/persoalan, “Bagaimana supaya beban yang di bawah tidak naik ke atas saat diputar semakin cepat? Jelaskan?”.Terakhir guru membuat kesimpulan bersama-sama dengan siswa.
n. Supaya siswa semakin jelas, guru melakukan demonstrasi di depan semua siswa (dipilih tempat yang mudah dilihat oleh semua siswa). Sambil melakukan demonstrasi guru menjelaskan konsep fisikanya. o. Demonstrasi ketiga yaitu ember dan bola tenis (air diganti bola
tenis).
p. Sebelum demonstrasi dimulai guru memberikan
pertanyaan/persoalan awal kepada siswa, “Apa yang terjadi dengan bola di dalam ember jika ember diputar pelan? Mengapa? Jelaskan?, Apa yang terjadi dengan bola jika ember diputar cepat? Mengapa? Jelaskan?”
q. Guru menyuruh siswa dalam kelompoknya untuk membuat hipotesis awal dan diminta mencatat hipotesisnya tersebut.
r. Setiap kelompok melakukan demonstrasi dan mencatat hasil eksperimennya kemudian mempresentasikan hasil dari demonstrasi mereka.
s. Hasil demonstrasi siswa dibandingkan dengan hipotesis awal siswa dan terakhir guru membuat kesimpulan bersama-sama dengan siswa.
t. Supaya siswa semakin jelas, guru melakukan demonstrasi di depan semua siswa (dipilih tempat yang mudah dilihat oleh semua siswa). Sambil melakukan demonstrasi guru menjelaskan konsep fisikanya. 6. Pertanyaan/ Persoalan
a. Putar bola, rasakan gaya yang sedang bekerja pada tali. Ke arah manakah tali menarik tangan anda? Ke arah manakah tali menarik bola? Jelaskan?
b. Putar bola lebih cepat. Apakah pengaruh perubahan kelajuan bola terhadap besar gaya yang bekerja pada tangan Anda? Jelaskan? c. Apa yang terjadi dengan gerak bola jika tali dilepas? Mengapa? d. Pada plaron & 2 beban. Apakah yang terjadi dengan beban di
bawah jika beban yang atas diputar dan putaran ditambah cepat? Mengapa?, Bagaimana supaya beban yang di bawah tidak naik ke atas saat diputar semakin cepat? Jelaskan?
e. Apa yang terjadi dengan bola di dalam ember jika ember diputar pelan? Mengapa? Jelaskan?
f. Apa yang terjadi dengan bola jika ember diputar cepat? Mengapa? Jelaskan?
7. Kunci Konsep Fisikanya
a. Tali yang diikatkan dengan beban (bola)
Merasakan gaya yang bekerja pada tali yang diikat beban dan sedang diputar memang sulit. Tetapi coba dirasakan. Perhatikan baik-baik bahwa kamu memutar tali yang diikatkan ke bola, jadi kamu menarik tali & bola atau dengan kata lain kamu memberikan sebuah gaya tarik ke bola melalui tali yaitu gaya tarik ke dalam dan gaya ke arah dalam ini disebut gaya sentripetal. Dan ingat kembali hukum III Newton tentang aksi-reaksi. Karena kamu memberikan gaya tarik ke dalam pada bola (+F) maka bola juga memberikan
V
Ket :
+F = gaya tarik tangan ke tali & bola (gaya sentripetal) -F = gaya tarik bola ke tali & tangan (muncul akibat dari - reaksi dari bola akibat aksi dari tangan).
-F +F
gaya yang besarnya sama tetapi berlawanan arah yaitu (-F), negatif menunjukkan arahnya ke luar. Jadi tali & bola ditarik kalian ke dalam memakai tangan sebaliknya bola & tali menarik tangan kalian ke luar.
Disimpulkan juga bahwa dalam gerak melingkar selalu ada gaya sentripetal dan jika tidak ada gaya sentripetal maka, benda tidak akan bisa bergerak melingkar. Sebagai contohnya jika kita melepas tali yang diikat bola yang sedang kita putar maka bola & tali itu akan meluncur ke luar lingkaran yang arah luncurnya akan searah dengan putaran, menyinggung lingkaran, dan selalu tegak lurus dengan jari-jari lingkaran (karena pengaruh dari kecepatan linear pada gerak melingkar).
Semakin cepat kita memutar tali yang diikat ke bola itu maka gaya yang bekerja pada tangan kita juga akan semakin besar. Ingat bahwa gaya berbanding lurus dengan kelajuan. Lihat rumus di bawah ini:
F= m . a (pada gerak melingkar a= percepatan sentripetal) F= m .
b. Demonstrasi plaron dan beban diputar Penjelasan tambahan tentang gaya sentripetal:
Seperti bunyi hukum II Newton: resultan gaya yang bekerja pada suatu benda jika tidak sama dengan nol maka, benda tersebut akan mengalami percepatan. Percepatan adalah perubahan
kecepatan. Sebenarnya dalam gerak melingkar terdapat 2 macam kecepatan, yaitu kecepatan linear dan kecepatan sudut. Tetapi pada gerak melingkar ini kecepatan sudut setiap saat selalu tetap sehingga yang digunakan acuan dalam percepatan adalah kecepatan linearnya.
Syarat dikatakan mengalami perubahan kecepatan:
1) Arah kecepatan tetap tetapi besar kecepatan berubah, contohnya adalah GLBB.
2) Besar kecepatan tetap tetapi arah kecepatan berubah, contohnya adalah GMB.
3) Baik besar maupun arah kecepatanya berubah, contohnya adalah GMBB dan GMBTB
Nah pada demonstrasi kali ini adalah demonstrasi GMB. Kecepatan linear pada GMB besarnya tetap tetapi arahnya berubah. Kecepatan linear selalu bersinggungan dan tegak lurus dengan lingkaran. Perubahan arah ini menyebabkan percepatan. Percepatan ini tegak lurus terhadap vektor kecepatan dan arahnya menuju ke pusat lingkaran. Percepatan itu disebut percepatan sentripetal. Ingat bahwa percepatan selalu ditimbulkan oleh gaya. Nah percepatan sentripetal disebabkan oleh sebuah gaya yang disebut gaya sentripetal.
Ingat kembali penjelasan pada demonstrasi pertama bahwa benda yang bergerak melingkar selalu mempunyai gaya yang
mengarah ke dalam yaitu gaya sentripetal dan jika tidak ada gaya sentripetal maka, benda itu tidak akan bisa bergerak melingkar. Pada demonstrasi kedua ini kita tidak menarik tali ke dalam (karena tangan kita memegang potongan plaron dan bukan memegang tali) sehingga tidak ada gaya sentripetal yang mengarah ke dalam dan tidak ada gaya yang mempertahankan beban bagian atas untuk tetap bergerak pada lintasan melingkarnya maka, beban seperti mau lepas dan hal itu terlihat pada lintasan lingkaran yang semakin membesar, sehingga beban bagian bawah pun terlihat tertarik ke atas.
c. Demonstrasi ember ukuran sedang diisi air (bola) kemudian diputar
Air (bola) pada ember tidak tumpah/jatuh saat ember diputar oleh tangan, hal ini terjadi karena adanya gaya sentripetal. Ingat gaya sentripetal timbul karena pengaruh dari gerak melingkar suatu benda. Tetapi pada saat kita memutar dengan kelajuan tertentu (lambat) maka, air (bola) dalam ember bisa tumpah/jatuh. Jadi, memang perlu memutar ember dengan kelajuan tertentu dan berarti juga ada syarat kelajuan minimum untuk memutar ember supaya air (bola) tidak tumpah/ jatuh.
Gaya sentripetal di titik A: FS, A = NA + mg m = NA + mg = (NA + mg) = ( + R .g ), minimum jika NA = 0 VA =
(kelajuan kritis di titik tertinggi, supaya air/ bola dalam ember tidak tumpah/ jatuh).
8. Uji Modul Demonstrasi a. Waktu pelaksanaan:
Kamis, 21 Februari 2013 Jam 19:00 – 21:30 WIB b. Tempat pelaksanaan:
Asrama Putri St. Angela SMA PL Sedayu, Bantul, Yogyakarta Titik A
VA
NA mg M pusat
c. Sampel penelitian:
Modul ini diujikan kepada tujuh siswi asrama Sedayu. Yang terdiri dari empat orang siswi kelas XI IPA1 SMA PL Sedayu dan tiga orang siswi kelas X SMA PL Sedayu.
d. Hasil uji modul demonstrasi:
Modul demonstrasi untuk topik gaya sentripetal ini sudah berjalan dengan lancar.
Pada demonstrasi pertama, kebanyakan dari siswa dalam kelompok tidak bisa menjawab dengan benar dan belum bisa menjelaskan dengan benar konsep fisikanya. Dan ternyata mereka kesulitan merasakan gaya yang sedang bekerja pada tali sehingga mereka kesulitan untuk menjawab kerah mana tali menarik tangan dan kearah mana tali menarik bola.
Pada demonstrasi yang kedua, kebanyakan siswa dalam kelompok tidak bisa menjawab dengan benar dan juga belum bisa menjelaskan konsep fisikanya dengan benar.
Pada demonstrasi yang terakhir, semua siswa dalam kelompok dapat menjawab dengan benar bahwa bola akan jatuh jika ember diputar pelan dan bola tidak akan jatuh jika ember diputar cepat. Tetapi mereka belum bisa menjelaskan konsep fisikanya dengan benar.
e. Kekurangan modul demonstrasi:
Ada tiga masalah yang akan diuraikan dalam kekurangan modul demonstrasi ini, yaitu masalah kognitif, psikomotorik, dan masalah lainnya yang terjadi selama uji coba modul demonstrasi ini. Ketiga masalah itu akan lebih dijelaskan sebagai berikut:
1) Kognitif
Hampir semua jawaban hipotesis siswa masih kurang tepat, jawaban mereka singkat dan penjelasannya kurang tepat. 2) Psikomotorik
Masih ada beberapa siswa yang terlihat kurang bersemangat
untuk mengikuti, mendemonstrasikan alat, dan
memperhatikan temannya yang sedang demonstrasi. 3) Masalah lainnya
1) Pertanyaan harus diperhatikan dan diperjelas lagi supaya siswa mudah untuk memahami. Karena dalam uji modul kemarin siswa banyak yang kesulitan menangkap maksud dari pertanyaannya.
2) Pada demonstrasi terakhir “ember dan bola” terkadang saat ember sudah diputar pelan tetapi bola tidak jatuh karena terhalang pegangan tangan pada ember dan tangan orang yang memutar ember.
f. Kelebihan modul demonstrasi:
Meskipun ada beberapa siswa yang terlihat kurang bersemangat tetapi ternyata saat siswa-siswa diberi tugas untuk menjawab pertanyaan mereka tetap aktif menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut dalam hipotesis. Siswa-siswa ternyata juga tetap aktif untuk mendemonstrasikan alat-alat demonstrasinya saat ditunjuk atau diberi tugas untuk berdemonstrasi.