ANALISIS PENGUASAAN KONSEP FISIKA PADA
POKOK BAHASAN BESARAN DAN SATUAN KELAS
X SMA NEGERI 1 SALE REMBANG
skripsi
disajikan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan
Jurusan Fisika
oleh Dwi Retno Irawati
4201409076
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
viii MOTTO
“Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah.”
(Thomas Alva Edison)
“Kebanyakan dari kita tidak mensyukuri apa yang sudah kita miliki, tetapi kita selalu menyesali apa yang belum kita capai”
(Schopenhauer)
“Satu detik yang lalu akan terasa lebih lama daripada satu tahun yang akan datang apabila kita tidak menghargai waktu ”
Karya ini aku persembahkan kepada:
1. Bapak Budiyono dan Ibu Retno Utami tercinta, terima kasih atas segala cinta,
do’a, dan pengorbanan yang tiada henti;
2. Kakakku tersayang, Eko Budi Utomo yang selalu memberi dukungan dan motivasi; Ayu Eka Putri dan Resistya, terimakasih untuk semangat dan bantuannya.
vi PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia serta ridhoNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ”Analisis Penguasaan Konsep Fisika Pada Pokok Bahasan Besaran Dan Satuan Kelas X SMA Negeri 1 Sale Rembang”.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidak akan terwujud tanpa adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Si., rektor Universitas Negeri Semarang. 2. Bapak Prof. Dr. Wiyanto, M.Si., dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.
3. Bapak Dr. Khumaedi, M.Si., ketua Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.
4. Bapak Drs. Hadi Susanto, M.Si., pembimbing utama skripsi yang telah memberikan arahan dalam penyusunan skripsi ini.
5. Bapak Dr. Khumaedi, M.Si., pembimbing pendamping skripsi yang telah memberikan arahan dalam penyusunan skripsi ini.
6. Bapak Drs. Hadi Susanto, M.Si., dosen wali yang telah memberikan arahan selama menempuh studi.
vii
8. Ibu Endang Sri Lestari, S.Pd, kepala SMA Negeri 1 Sale yang telah memberikan ijin penelitian kepada penulis sehingga dapat terwujud skripsi ini.
9. Bapak, Ibu, dan Kakakku yang telah memberikan dukungan dan motivasi serta doa restu sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
10. Keluarga besar fisika 2009, terimakasih atas bantuan, kebersamaan dan semangatnya.
11. Keluarga Pecinta Alam Fisika, terimakasih atas kebersamaan, kekeluargaan dan pengalamanya.
12. Teman-teman Vita kost, terimakasih atas bantuan, kebersamaan dan doanya. 13. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini yang tidak
dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis dan para pembaca.
Semarang, September 2014
viii ABSTRAK
Irawati, Dwi Retno. 2014. Analisis Penguasaan Konsep Fisika Pada Pokok Bahasan Besaran Dan Satuan Kelas X SMA Negeri 1 Sale Rembang. Skripsi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Utama Drs. Hadi Susanto, M.Si. dan Pembimbing Pendamping Dr. Khumaedi, M.Si.
Kata kunci : analisis, penguasaan konsep, besaran dan satuan.
Pokok bahasan Besaran dan Satuan merupakan dasar dari pembelajaran Fisika, karena pembelajaran Fisika tidak akan terlepas dari besaran, satuan, pengukuran dan vektor. Salah satu tujuan penelitian pendidikan fisika adalah untuk mengidentifikasi sumber-sumber kesulitan siswa dalam mempelajari fisika dan untuk merencanakan serta mengakses kurikulum dan pedagogi yang diharapkan dapat mengurangi kesulitan-kesulitan tersebut. Penguasaan peserta didik akan materi Fisika yang telah diajarkan, baru dapat diketahui oleh guru bila telah diadakan evaluasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penguasaan konsep Fisika siswa pada pokok bahasan besaran dan satuan pada kelas X SMA Negeri 1 Sale Tahun Pelajaran 2013/2014.
ix
DAFTAR ISI
Halaman
PRAKATA ... v
ABSTRAK ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
BAB 1. PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1
1.2Rumusan Masalah ... 7
1.3Tujuan Penelitian ... 7
1.4Manfaat Penelitian ... 7
1.5Pembatasan Masalah ... 8
1.6Ruang Lingkup Penelitian ... 8
1.7Penegasan Istilah ... 9
1.8Sistematika Penulisan Skripsi ... 10
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1Pengertian Belajar ... 12
2.2Kesulitan Belajar ... 13
2.3Pengertian Penguasaan Konsep ... 14
2.4Bahan Ajar ... 18
2.4.1 Hubungan Besaran dan Satuan dalam Fisika ... 18
2.4.2 Peran Besaran dan Satuan dalam Pembelajaran Fisika ... 20
2.4.3 Fisika dan Ruang lingkupnya ... 24
2.4.3.1 Arti Fisika ... 24
2.4.3.2 Hubungan Fisika dan Ilmu Pengetahuan Lain ... 25
x
2.4.4 Besaran Pokok dan Satuan Standar ... 29
2.4.4.1 Besaran Pokok ... 31
2.4.4.2 Satuan Dasar ... 31
2.4.4.3Satuan Tidak Standar dan Konversi Satuan ... 37
2.4.5 Besaran Turunan ... 37
2.4.6 Dimensi Besaran Pokok dan Besaran Turunan ... 39
2.4.6.1 Analisis Dimensi ... 41
2.4.7 Besaran Vektor ... 45
2.4.7.1 Perpaduan Vektor ... 46
2.4.7.2 Penguraian Vektor Secara Analitik ... 49
2.4.7.3 Perkalian Vektor ... 51
2.4.7.4 Vektor Satuan ... 53
2.4.8 Alat Ukur ... 55
2.4.8.1 Alat Ukur Panjang ... 55
2.4.8.2 Alat Ukur Besaran Massa ... 57
2.4.8.3 Alat Ukur Waktu ... 59
2.4.8.4 Alat Ukur Kuat Arus Listrik ... 60
2.4.8.5 Alat ukur Suhu ... 60
2.4.9 Angka Penting ... 61
2.4.9.1 Berhitung dengan Angka Penting ... 63
2.5Kerangka Berpikir ... 65
2.6Anggapan Dasar ... 67
3. METODE PENELITIAN 3.1Desain Penelitian ... 68
3.2Teknik Pengumpulan Data ... 69
3.3Insrumen Penelitian ... 69
3.3.1 Uji Coba Soal ... 69
3.4Deskripsi dan AnalisisData ... 72
xi
4.2Pembahasan ... 76
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan ... 97
5.2 Saran ... 98
DAFTAR PUSTAKA ... 99
x
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
Gambar 2.1 Papan Penunjuk Jalan ... 30
Gambar 2.2 Penjumalahan Metode jajaran Genjang ... 47
Gambar 2.3 Penjumlahan Metode Poligon ... 47
Gambar 2.4 Penjumalahan Tiga Vektor dalam Metode Poligon ... 48
Gambar 2.5 Penjumlahan Dua Buah Vektor ... 48
Gambar 2.6 Pengurangan Vektor ... 50
Gambar 2.7 Penguraian Vektor ... 51
Gambar 2.8 Pe rkalian Vektor dengan Skalar ... 52
Gambar 2.9 Perkalian Titik antara Dua Vektor ... 53
Gambar 2.10 perkalian Silang antara Dua Vektor ... 53
Gambar 2.11 Vektor Satuan ... 54
Gambar 2.12 Mistar/Penggaris ... 56
Gambar 2.13 Rollmeter/Meter Kelos ... 57
Gambar 2.14 jangka Sorong ... 57
Gambar 2.15 Mikrometer Sekrup Memiliki Skala Tetap dan Skala Nonius . 58 Gambar 2.16 Neraca Analitis Dua Lengan ... 59
Gambar 2.17 Neraca Ohauss ... 59
Gambar 2.18 Neraca Lengan/Gantung... 60
Gambar 2.19 Alat Ukur Besaran Waktu ... 60
xii
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
Lampiran 1. Daftar Nama Responden ... 103
Lampiran 2. Kisi-Kisi Soal Uji Coba ... 104
Lampiran 3. Soal Uji Coba ... 106
Lampiran 4. Kunci Jawaban Soal Uji Coba ... 114
Lampiran 5. Analisis Soal Uji Coba ... 129
Lampiran 6. Contoh Perhitungan Validitas Butir Soal ... 140
Lampiran 7. Contoh Perhitungan Reliabilitas Instrumen ... 141
Lampiran 8. Contoh Perhitungan Tingkat Kesukaran Soal ... 142
Lampiran 9. Contoh Perhitungan Daya Pembeda Soal ... 143
Lampiran 10. Kisi-Kisi Soal ... 144
Lampiran 11. Soal ... 146
Lampiran 12. Kunci Jawaban Soal ... 153
Lampiran 13. Data Hasil Penelitian ... 165
Lampiran 14. Surat Ijin Penelitian ... 180
Lampiran 15. Surat Keterangan Melaksanakan Penelitian ... 181
1
1.1
Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan pembangunan di Indonesia, pemerintah juga berusaha untuk meningkatkan kualitas pendidikan yang ada secara sistematis. Salah satu usaha yang telah dilakukan pemerintah adalah dengan mengadakan perombakan dan pembaharuan kurikulum yang berkesinambungan. Perubahan kurikulum, tidak mempunyai arti apabila cara mengajar guru tidak mengalami perubahan. Salah satu ciri dalam perubahan ini adalah bagaimana seorang guru dapat mempersiapkan program pembelajaran secara cermat, sehingga kegiatan pembelajaran terlaksana secara menarik, serta siswa terlibat dalam proses pembelajaran dan memaksimalkan sarana dan prasarana yang telah tersedia.
belajar apabila yang bersangkutan tidak berhasil mencapai taraf kualifikasi hasil belajar tertentu dalam batas waktu tertentu”. Fisika merupakan mata pelajaran yang sulit dan tidak mudah dipahami jika hanya mengutamakan pemahaman siswa sendiri. Oleh karena itu, guru diharapkan mampu untuk menjadi fasilitator dan motivator sekaligus sebagai sumber informasi dalam proses pembelajaran di kelas. Akan tetapi, walaupun usaha telah begitu banyak kearah kemajuan pendidikan, tetapi hasil yang dicapai oleh siswa di SMA, khususnya bidang studi fisika masih memprihatinkan. Keinginan untuk mengikuti pelajaran sains cenderung menurun terutama sekali pada bidang studi fisika dan kimia. Keinginan untuk mengikuti pendidikan ke jenjang yang lebih tinggi turun tajam. Siswa lebih cenderung memilih bidang studi sosial daripada memlih IPA (Memes, 2000:1). Salah satu contohnya adalah siswa SMA Negeri 1 Sale. Terbukti dari lebih banyaknya kelas sosial daripada kelas sains. Keadaan tersebut juga terbukti dari hasil prasurvey yang dilakukan peneliti di SMA Negeri 1 Sale tentang hasil belajar siswa kelas X semester gasal Tahun Pelajaran 2012/2013 pada mata pelajaran fisika. Dari data yang diperoleh, membuktikan bahwa beberapa siswa memiliki hasil belajar rendah. Hal ini dapat dilihat pada tabel 1.1:
Tabel 1.1 Data Nilai Hasil Belajar Siswa Semester Gasal SMA N 1 Sale Tahun Pelajaran 2012/2013
No Nilai Kategori Jumlah Persentase
1 < 70 Tidak Tuntas 97 74,05 %
2 ≥ 70 Tuntas 34 25,95%
Hasil belajar siswa untuk mata pelajaran fisika yang termasuk dalam kriteria tuntas sebanyak 25,95%, dan yang tidak tuntas adalah sebanyak 74,05%. Rata-rata nilai hasil belajar siswa dalam pelajaran fisika tersebut dominan berada pada kriteria tidak tuntas sehingga dapat disimpulkan bahwa tujuan pembelajaran belum sepenuhnya tercapai, data tersebut berdasarkan pada tabel 1.1. Hasil wawancara dan observasi dengan guru mata pelajaran fisika di SMA Negeri 1 Sale memberikan informasi bahwa pokok bahasan pada mata pelajaran Fisika yang tersulit pada semester 1 adalah pokok bahasan pengukuran terutama pada subpokok pembahasan besaran vektor karena pada waktu SMP materi tersebut tidak dijelaskan secara mendalam pada siswa. Selain itu, pentingnya satuan dalam pembelajaran fisika seringkali diabaikan oleh siswa. Kita sering sekali melihat siswa yang mengerjakan soal hitungan fisika tanpa membubuhkan satuan di belakang besaran, ini dapat menimbulkan kesalahpahaman penafsiran dalam membaca besaran tersebut. Misalnya ketika kita melakukan suatu pengukuran dan menghasilkan angka 50, setelah itu menginformasikan hasil angka 50 itu kepada rekan kita yang lain, pasti rekan kita akan bertanya 50 apa? Apa yang kita ukur sehingga menghasilkan angka 50 itu?. Keadaan akan menjadi berbeda apabila kita mengatakan bahwa hasil pengukurannya adalah 50 cm, pasti rekan kita akan mengetahui tanpa perlu bertanya lagi bahwa yang kita ukur adalah panjang karena hasil pengukuran tersebut memliki satuan centimeter (cm).
dalam fisika mengandung prinsip-prinsip dasar mengenai gejala-gejala alam yang ada di sekitar kita. Fenomena dan gejala-gejala tersebut meliputi besaran-besaran fisika di antaranya: gerak, cahaya, kalor, listrik, dan energi. Penerapan besaran-besaran fisika dalam aktifitas kegiatan sehari-hari senantiasa berkaitan dengan pengamatan dan pengukuran, sebagai contoh: informasi kecepatan gerak pesawat terbang bagi seorang pilot berguna untuk mengoperasikan pesawat yang dikenndalikannya. Besarnya suhu badan kita merupakan informasi untuk mengetahui badan kita sehat atau tidak. Sepatu dan pakaian yang kita gunakan mempunyai ukuran tertentu.
Besaran, satuan dan dimensi sangat penting untuk dipelajari karena dapat membantu kita menentukan satuan dari suatu besaran, menguji rumus suatu besaran dan menentukan hubungan-hubungan antar suatu besaran dalam suatu rumus, misalnya apabila kita tidak mengetahui suatu rumus dalam soal, dengan melihat satuannya kita dapat mengetahui rumus apa yang harus kita pakai untuk menyelesaikan soal tersebut. Kita dapat mengetahui seberapa pentingnya manfaat dari pembelajaran satuan untuk mata pelajaran Fisika bedasarkan pemaparan di atas.
konsep yang cukup, sehingga dapat mencapai hasil yang sesuai dengan kriteria kurikulum. Hal ini sesuai dengan yang dikemukakan oleh Hancer & Durkan (2008, 45-50) yaitu “As the main purposes and specific nature of the science education is kept in view, it is clear that effective science education is only
possible by learning on concept level, not by memorizing.” Hal ini semakin menunjukkan bahwa pemahaman konsep sangat penting untuk menguasai konsep dalam mempelajari bidang ilmu pengetahuan terutama fisika. Pernyataan di atas sejalan dengan pendapat Widodo (2006:6) yaitu langkah awal yang paling tepat untuk mempelajari fisika adalah memahami konsepnya terlebih dahulu. Meski isi konsep itu cukup sederhana, namun dalam praktiknya tak banyak yang bisa memahaminya dengan baik. Konsep-konsep pembelajaran tersusun secara sistematis. Sehingga diperlukan penguasaan konsep dalam setiap materi pelajaran sebelum melanjutkan ke materi selanjutnya. Konsep yang lebih awal diajarkan akan menjadi dasar bagi pengembangan konsep-konsep selanjutnya. Jika konsep dasar yang diajarkan belum dikuasai dengan baik, maka akan berpengaruh pada penguasaan–penguasaan konsep selanjutnya. Hal tersebut dapat mengakibatkan kegagalan siswa dalam memecahkan masalah dalam proses pembelajaran yang dilakukan di sekolah. Untuk memecahkan masalah, siswa harus mengetahui aturan-aturan mengenai konsep yang relevan, dan aturan-aturan ini didasarkan pada konsep-konsep yang dikuasai.
dapat mengurangi kesulitan tersebut. Penelitian mengenai kesulitan-kesulitan siswa yang berkaitan dengan konsep-konsep fisika merupakan hal penting dalam rangka merencanakan strategi pembelajaran untuk mengurangi atau mengeliminasi berbagai masalah yang timbul (Abdullah, 2010 : 1). Penguasaan peserta didik akan materi Fisika yang telah diajarkan, baru dapat diketahui oleh guru bila telah diadakan evaluasi. Dalam mengevaluasi pengusaaan peserta didik tersebut, maka guru memerlukan tes. Tes tersebut yang menjadi tolak ukur apakah peserta didik sudah menguasai atau belum menguasi secara jelas materi yang telah diajarkan. Dari hasil tes tersebut, juga dapat diketahui kesulitan apa saja yang dialami oleh siswa dalam menguasai konsep materi fisika. Jadi dalam pembelajarannya, guru dapat lebih fokus dalam mengatasi kesulitan- kesulitan yang dialami siswa, sehingga kedepannya kesulitan siswa dalam menguasai konsep pelajaran fisika bisa lebih teratasi.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang permasalahan di atas, maka penulis dapat merumuskan masalah dalam penelitian ini sebagai berikut :
1) berapakah persentase siswa yang mengalami kesulitan pada tiap kategori penguasaan konsep besaran dan satuan?
2) kesulitan pada kategori manakah yang paling dominan dialami oleh siswa pada konsep besaran dan satuan?
3) berapa persentase siswa yang mengalami kesulitan dalam menyelesaikan soal-soal besaran dan satuan?
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah
1) untuk mengetahui persentase siswa yang mengalami kesulitan pada tiap kategori penguasaan konsep besaran dan satuan,
2) untuk mengetahui kategori kesulitan paling dominan yang dialami oleh siswa pada konsep besaran dan satuan,
1.4
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi:
1) guru yaitu sebagai bahan pertimbangan dalam proses belajar mengajar Fisika sehingga akan memperoleh hasil yang maksimal,
2) siswa yaitu sebagai perhatian dan masukan agar selalu memperhatikan penjelasan guru saat proses belajar dan mengajar,
3) peneliti yaitu sebagai referensi untuk mengetehui bentuk-bentuk kesulitan yang dialami oleh siswa dalam memahami konsep pengukuran berdasarkan tahap-tahap kemampuan siswa dalam memahami konsep tersebut.
1.5
Pembatasan Masalah
Supaya rumusan masalah yang diteliti tidak menjadi luas, maka masalah dalam penelitian ini dibatasi sebagai berikut:
1) peneliti hanya menganalisis pada tahap kemampuan mana siswa mengalami kesulitan pemahaman konsep besaran dan satuan,
2) peneliti hanya mendeskripsikan persentase tiap tahap kemampuan yang akan diteliti berdasarkan tes kepada siswa yang akan dilakukan.
1.6
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
2) subjek penelitian ini yaitu siswa kelas X SMA Negeri 1 Sale Rembang Tahun Pelajaran 2013/2014,
3) objek dalam penelitian ini adalah pengusaan konsep siswa pada materi pokok besaran dan satuan,
4) tempat penelitian ini adalah SMA Negeri 1 Sale Rembang,
5) waktu penelitian adalah dilaksanakan pada semester gasal Tahun Pelajaran 2013/2014.
1.7
Penegasan Istilah
Agar ruang permasalahan dalam penelitian ini menjadi jelas dan untuk menghindari adanya perbedaan penafsiran dalam mengartikan judul penelitian, maka diperlukan adanya pembatasan istilah. Adapun penegasan istilah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.7.1 Analisis
Analisis adalah penyelidikan suatu peristiwa (karangan, perbuatan dan sebagainya) untuk mengetahui apa sebab-sebabnya, bagaimana duduk perkaranya, dan sebagainya. Dalam penelitian ini analisis yang dimaksud adalah mengetahui kesulitan pemahaman konsep yang dialami oleh siswa dalam memahami materi pelajaran Fisika (Poerwadarminta , 1961: 41).
1.7.2 Penguasaan Konsep
yang menunjukkan hubungan sederhana antara fakta dan konsep-konsep fisika yang diberikan (Dalyono, 2007:229).
1.8
Sistematika Skripsi
Penulisan skripsi ini terdiri dari tiga bagian yang dapat dirinci sebagai berikut:
(1) Bagian Awal
Bagian ini berisi halaman judul, halaman pengesahan, halaman motto dan persembahan, kata pengantar, abstrak, daftar isi, daftar tabel, daftar gambar dan daftar lampiran.
(2) Bagian Isi
Bagian isi, terdiri dari:
BAB 1 Pendahuluan Berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, penegasan istilah, dan sistematika penulisan skripsi. BAB 2 Tinjauan Pustaka
Berisi tentang kajian teori dan jurnal yang mendukung penelitian ini, meliputi konsep tentang penulisan bahan ajar. Dalam bab ini dituliskan pula kerangka berpikir, serta hipotesis penelitian.
BAB 3 Metode Penelitian
Berisi tentang penentuan lokasi dan subjek penelitian, variabel penelitian, desain penelitian, metode pengumpulan data, serta metode analisis data.
Memaparkan hasil penelitian meliputi persentase siswa yang mengalami kesulitan pada tiap kategori penguasaan konsep besaran dan satuan, kesulitan yang paling dominan dialami oleh siswa, dan persentase siswa yang mengalami kesulitan dalam menyelesaikan soal-soal besaran dan satuan serta mendeskripsikannya.
BAB 5 Penutup
Berisi simpulan dari hasil penelitian dan saran bagi peneliti selanjutnya. (3) Bagian Akhir
12
2.1
PENGERTIAN BELAJAR
Belajar adalah proses untuk menjadi lebih baik. Belajar merupakan kewajiban bagi setiap siswa dan dalam proses belajar akan meningkatkan kemampuan siswa. Pengetahuan dapat dimiliki apabila manusia mau belajar, karena dengan belajar manusia dapat mengetahui sesuatu yang belum diketahui atau dapat memperbaiki perbuatan-perbuatan dan tingkah laku yang salah menjadi lebih baik. Menurut Hamalik (2003: 27) bahwa “Belajar adalah memperteguh kelakuan melalui pengalaman (learning is definied as the modification or strengthening of behavior through experiencing)”.
belajar adalah proses perubahan perilaku dalam diri siswa yang ditimbulkan oleh adanya suatu latihan atau pengalaman belajar Fisika. Perubahan yang diperoleh adalah bagaimana siswa mampu memahami konsep Fisika, dalam hal ini adalah pada materi besaran dan satuan.
2.2
Kesulitan Belajar
Kesulitan di dalam mempelajari ilmu pengetahuan bagi siswa merupakan hal yang wajar. Kesulitan antara siswa yang satu dengan siswa yang lain berbeda-beda, begitu juga dengan tingkat kesulitan antara pelajaran yang satu dengan pelajaran yang lain tidaklah sama.
Umumnya siswa berpendapat bahwa pelajaran Fisika adalah tergolong pelajaran yang sulit untuk dipahami. Karena dalam pelajaran Fisika tidak cukup hanya menghafal rumus saja, tetapi ternyata diperlukan ketelatenan/ketekunan, keuletan dan rutin dalam mengerjakan latihan-latihan serta harus dapat mengaitkan antara rumus dengan persoalan yang dihadapi (ketika menjawab soal). Bila siswa sudah mengalami kesulitan dalam mempelajari konsep yang terdahulu, siswa juga akan sulit untuk menguasai konsep yang selanjutnya.
Seperti pendapat Ahmadi dan Supriyono(1991: 74) bahwa “Kesulitan belajar adalah kesukaran yang dialami siswa dalam menerima atau menyerap pelajaran, kesulitan belajar yang dihadapi siswa pada waktu mengikuti pelajaran yang disampaikan/ditugaskan oleh seorang guru.”
tersebut dapat diartikan bahwa kesulitan belajar adalah suatu keadaan dalam proses belajar yang ditandai dengan adanya ketidakmampuan siswa dalam merespon suatu perubahan yang baru. Misalnya, tidak dapat menyelesaikan soal-soal yang membutuhkan rumus.
2.3
Pengertian Penguasaan Konsep
Konsep merupakan salah satu pengetahuan awal yang harus dimiliki siswa karena konsep merupakan dasar dalam merumuskan prinsip-prinsip. Dalam penyusunan ilmu pengetahuan, diperlukan kemampuan menyusun konsep-konsep dasar yang dapat diuraikan terus menerus.
Penguasaan konsep merupakan dasar dari pengusaan prinsip-prinsip teori artinya untuk dapat menguasai prinsip dan teori harus dikuasai terlebih dahulu konsep-konsep yang menyusun prinsip dan teori yang bersangkutan. Pengusaan konsep juga merupakan suatu upaya ke arah pemahaman siswa untuk memahami hal-hal lain di luar pengetahuan sebelumnya. Jadi, siswa dituntut untuk menguasai materi-materi pelajaran selanjutnya.
Berdasarkan pendapat-pendapat tersebut, dapat disimpulkan bahwa pengertian dari konsep adalah sekumpulan ide yang saling berkaitan mengenai suatu fakta atau kejadian-kejadian tertentu. Sehingga dapat diartikan bahwa penguasaan konsep adalah kemampuan dari individu dalam menghubungkan fakta-fakta tersebut sehingga menjadi sekumpulan ide yang berkaitan tentang gejala ilmiah.
Konsep, dalam pembelajaran fisika cukup banyak jumlahnya dan saling berkaitan antara konsep satu dengan yang lainnya. Sehingga dibutuhkan penguasaan konsep yang baik tentang suatu pokok bahasan sehingga dapat menguasai konsep untuk pokok bahasan yang lebih tinggi atau lebih kompleks. Hal ini sesuai dengan pendapat Slameto (2003:19) „Setiap konsep tidak berdiri,
melainkan setiap konsep berhubungan dengan konsep lain. Semua konsep tersebut bersama-sama membentuk jaringan pengetahuan dalam kepala manusia‟. Untuk mengetahui sejauh mana penguasaan konsep dan keberhasilan siswa, maka diperlukan evaluasi.
seperti yang diungkapakan oleh Sagala (2008:33) yaitu: „Judul-judul utama bidang kognitif mencakup pengetahuan dan keterampilan dan kemampuan intelek, kemampuan menyatakan kembali pengetahuan dalam kata-kata baru, aplikasi (memahami sebaiknya untuk dapat mempergunakannya), analisa (memahami benar-benar untuk dapat memisahkan ke dalam bagian-bagian dan membuat hubungan antara ide-ide yang eksplisit), sintesa (kemampuan untuk menghasilkan suatu rencana operasi), evaluasi (mampu menilai materi-materi untuk tujuan tertentu), dan membuat (kemampuan untuk menggabungkan beberapa unsur menjadi suatu bentuk kesatuan).
Hal yang sama juga diungkapkan oleh Krathwohl (2002:4) bahwa untuk menguasai konsep suatu materi harus menguasai 6 kategori proses kognitif dalam taksonomi Bloom yaitu: mengingat (remember), memahami (understand), menerapkan (apply), menganalisis (analize), mengevaluasi (evaluate), membuat (create).
Berdasarkan pendapat di atas, dapat diketahui bahwa penguasaan konsep siswa harus melalui kategori-kategori berikut:
1. C1 yaitu mengingat (remember). Kemampuan siswa untuk mengingat kembali satu atau lebih fakta-fakta yang sederhana.
3. C3 yaitu menerapkan (apply). Kemampuan siswa untuk menyeleksi atau memilih suatu abstraksi tertentu (konsep, hukum, dalih, gagasan, dan cara) secara tepat untuk diterapkan dalam suatu situasi baru dan menerapkan secara benar.
4. C4 yaitu menganalisis (analize). Kemampuan siswa untuk menguraikan permasalahan atau obyek ke unsur-unsurnya dan menentukan bagaimana hubungan saling keterkaitan antar unsur-unsur tersebut.
5. C5 yaitu mengevaluasi (evaluate). Kemampuan siswa membuat suatu pertimbangan berdasarkan kriteria dan standar yang ada.
6. C6 yaitu membuat (create). Kemampuan siswa untuk menggabungkan beberapa unsur menjadi suatu bentuk kesatuan.
2.4
Bahan Ajar
2.4.1 Hubungan Besaran dan Satuan dalam Fisika
Fisika merupakan cabang sains yang mempelajari materi dan energi. Gejala alam seperti gerak . fluida, gelombang, bunyi cahaya, listrik dan magnet dikaji dalam fisika. Fisika mempelajari materi, energi, dan fenomena atau kejadian alam, baik yang bersifat makroskopis (berukuran besar, seperti gerak Bumi mengelilingi Matahari) maupun yang bersifat mikroskopis (berukuran kecil, seperti gerak elektron mengelilingi inti) yang berkaitan dengan perubahan zat atau energy. Fisika menjadi dasar berbagai pengembangan ilmu dan teknologi. Kaitan antara fisika dan disiplin ilmu lain membentuk disiplin ilmu yang baru, misalnya dengan ilmu astronomi membentuk ilmu astrofisika, dengan biologi membentuk biofisika, dengan ilmu kesehatan membentuk fisika medis, dengan ilmu bahan membentuk fisika material, dengan geologi membentuk geofisika, dan lain-lain. Dilihat dari hal tersebut maka dapat dsimpulkan bahwa fisika merupakan salah satu tulang punggung teknologi sehingga menguasai fisika dapat berarti menguasai teknologi.
Pada dasarnya “mengukur” adalah membandingkan suatu besaran yang belum diketahui dengan suatu standar. Agar hasil pengukuran dapat diterima oleh semua pihak, maka alat ukurnya harus memenuhi standar tertentu sehingga hasil pengukuran dapat dinyatakan dengan satuan yang sudah diterima secara luas. Standar itu tentunya harus mudah dibuat, mudah dimanfaatkan dan tidak berubah-ubah terhadap waktu. Harus ada kesepakatan di antara para pengguna (internasional) tentang bagaimana standar itu didefinisikan.
akan mampu menjelaskan kepada kita apa yang kita ukur. Dengan demikian dapat kita ambil kesimpulan bahwa satuan adalah sesuatu yang dapat menjelaskan apa yang kita ukur atau dalam bahas fisika adalah sesuatu yang dapat menyatakan arti fisis yang kita ukur. Kedudukan besaran dan satuan dalam fisika memiliki arti yang sangat penting, seluruh proses yang ada dalam fisika tidak lepas dari pengukuran yang sudah tentu ada besaran dan satuan di dalamnya, salah dalam mencantumkan satuan dari suatu hasil pengukuran berakibat fatal bagi apa yang kita harapkan dari proses pengukuran tersebut, boleh dikatakan dalam fisika besaran dan satuan yang memiliki kesesuaian pasangan tidak boleh dipisahkan, harus selalu berdampingan agar memberi manfaat yang baik dan benar bagi pembelajaran.
2.4.2 Peran Besaran dan Satuan dalam Pembelajaran Fisika
jauh lagi, kitapun harus menghidupi dan mempraktekkan fisika dalam kehidupan sehari-hari.
Fisika adalah ilmu yang senantiasa mencoba untuk dapat menjelaskan berbagai peristiwa alam dengan hukum alam yang bekerja. Dari peristiwa tersebut kita akan mengenal besaran-besaran fisik yang dibicarakan dan menjadi faktor pendukungnya. Besaran di dalam fisika merupakan suatu hal yang dapat kita ukur dan kita nyatakan dengan bilangan. Lebih jauh lagi, besaran-besaran tersebut juga memiliki satuan. Selain itu, setiap besaran fisika merupakan besaran skalar dan besaran vektor sehingga untuk mempelajarinya kita harus mempelajari terlebih dahulu masalah besaran dan satuan. Itulah mengapa bab pengukuran, besaran dan satuan diberikan pada awal tahun ajaran, karena semua yang berhubungan dengan fisika akan melakukan pengukuran, menghasilkan besaran yang memiliki satuan. Dari penjelasan tersebut dapat kita ketahui bahwa fisika sangat erat kaitannya dengan besaran dan satuan. Setiap pembelajaran fisika, kita pasti akan menemukan besaran dan satuan sehingga untuk memahami konsep-konsep fisika, kita harus menguasai masalah besaran dan satuan.
Selain itu, pembelajaran tentang besaran dan satuan juga bermanfaat untuk dapat membantu kita menentukan satuan dari suatu besaran, menguji rumus suatu besaran dan menentukan hubungan-hubungan antar suatu besaran dalam suatu rumus. Di bawah ini akan di berikan contoh dari manfaat-manfaat di atas.
1. Menentukan satuan dari suatu besaran
Jawab: dalam mengerjakan soal fisika, kebanyakan siswa tidak memberikan satuan di akhir jawaban karena tidak mengetahui satuan dari besaran yang dicari. Untuk mengetahui satuan dari besaran yang dicari kita perlu mengikutsertakan satuan dalam perhitungan tersebut.
Diketahui: slogam = 8 cm = 0,08 meter.
Mlogam= 12,8 kg.
Ditanya: ρ = …? Jawab:
2. Menguji rumus suatu besaran
Seringkali kita dibuat bingung dengan rumus periode dari suatu gelombang. Apakah ataukah . Tetapi itu akan menjadi mudah apabila kita
telah menguasai bab besaran satuan. Kita hanya perlu melihat apa yang diketahui dari soal dan satuannya.
Contoh soal: Diketahui bahwa periode suatu gelombang adalah 0,5 sekon. Berapakah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk merambat apabila diketahui jumlah gelombangnya adalah 4?
Diketahui : T = 0,4 sekon. n = 4.
Ditanya: t =….?
Mari kita coba satu persatu rumus dua rumus di atas:
t = 0,5 sekon . 4
t = 2 sekon. (rumus ini benar karena yang kita ketahui bahwa satuan dari waktu (t) adalah sekon.
t = 8/sekon (rumus ini tidak benar karena seperti yang kita ketahui bahwa satuan dari waktu adalah sekon bukan )
3. Menentukan hubungan-hubungan antar suatu besaran
Contoh soal: Cepat rambat bunyi dalam gas bergantung kepada massa jenis dan tekanan gas. Tentukanlah bagaimana persamaan antara kecepatan rambat bunyi terhadap massa jenis dan tekanan gas!
jadi rumus untuk cepat rambat bunyi dalam gas adalah
2.4.3 Fisika dan Ruang Lingkupnya 2.4.3.1Arti Fisika
Mengapa perlu mempelajari Fisika? Fisika menjadi ilmu pengetahuan yang mendasar, karena berhubungan dengan perilaku dan struktur benda, khususnya benda mati. Menurut sejarah, fisika adalah bidang ilmu yang tertua, karena dimulai dengan pengamatan-pengamatan dari gerakan benda-benda langit, bagaimana lintasannya, periodenya, usianya, dan lain-lain. Bidang ilmu ini telah dimulai berabad-abad yang lalu, dan berkembang pada zaman Galileo dan Newton. Galileo merumuskan hukum-hukum mengenai benda yang jatuh, sedangkan Newton mempelajari gerak pada umumnya, termasuk gerak planet-planet pada sistem tata surya.
Bidang fisika secara garis besar terbagi atas dua kelompok, yaitu fisika klasik dan fisika modern. Fisika klasik bersumber pada gejala-gejala yang ditangkap oleh indra. Fisika klasik meliputi mekanika, listrik magnet, panas, bunyi, optika, dan gelombang yang menjadi perbatasan antara fisika klasik dan fisika modern. Fisika modern berkembang mulai abad ke-20, sejak penemuan teori relativitas Einstein dan radioaktivitas oleh keluarga Curie.
2.4.3.2Hubungan Fisika dan Ilmu Pengetahuan Lain
Teknologi adalah seni meningkatkan nilai tambah suatu benda. Peningkatan nilai tambah ini, sering memanfaatkan produk-produk fisika, baik itu hukum, konsep, maupun teori. Oleh karena itu, semakin akrab anda dengan fisika, semakin besar peluang anda untuk bisa mengetahui rahasia- rahasia dibalik alat-alat berteknologi canggih tersebut. Lebih dari itu, besar pula peluang anda untuk bisa meningkatkan nilai tambah suatu benda karena ilmu fisika dan teknologi merupakan dua hal yang saling berhubungan. Teknologi tidak akan bisa berkembang tanpa adanya ilmu fisika, dan sebaliknya ilmu fisika membutuhkan teknologi untuk menyediakan fasilitas dan peralatan penelitian yang tepat, contohnya mesin uap tidak akan ditemukan tanpa adanya penelitian di bidang ilmu fisika, di lain pihak keberhasilan pembuatan mesin uap ini mendorong penelitian lebih lanjut dalam bidang ilmu murni yang berkaitan dengan teori panas dan termodinamika. Dua puluh lima tahun pertama dari abad ke dua puluh ini ditandai oleh penelitian di bidang mekanika kwantum yang sangat berpengaruh terhadap struktur suatu atom. Studi mengenai hubungan antara elektron dan atom tersebut merupakan dasar bagi industry elektronika pada saat ini. Setelah diketahui bahwa struktur molekul sangat ditentukan oleh sifat mekanika kwantum dari atom dan molekulnya, maka prinsip dasar dari logam, kristal, dan material sejenis dengan mudah dapat dijelaskan. Kemajuan di bidang fisika dan mekanika kwantum ini mendorong timbulnya industry kimia untuk mengembangkan jenis material baru dan mendorong kepada penemu transistor, semikonduktor, dan IC yang merupakan awal dari industri komputer saat ini.
Mengukur adalah membandingkan suatu besaran dengan besaran sejenis yang dijadikan acuan. Misalnya mengukur panjang tongkat dengan mistar, yang dibandingkan adalah panjang tongkat dengan mistar dan yang dijadikan acuan adalah mistar. Pengukuran dapat dilakukan secara langsung dan tidak langsung. Mengukur panjang tongkat dengan mistar, mengukur waktu dengan stopwatch merupakan pengukuran secara langsung. Kebanyakan pengukuran dalam fisika menggunakan pengukuran secara tidak langsung. Contoh :
1) mengukur massa dilakukan dengan cara mengukur perubahan panjang pegas pada dynamometer,
2) mengukur temperatur dilakukan dengan mengukur perubahan volume air raksa atau alkohol pada termometer,
3) mengukur laju aliran cairan dilakukan dengan mengukur beda tekanan di dua tempat pada venturimeter.
Kesalahan sistematis dapat terjadi terus-menerus sepanjang alat ukur dan orang yang mengukur sama. Contoh : meteran seorang penjahit setiap kali dipakai akan ditarik-tarik. Lambat laun panjang bertambah sehingga penunjukkan skalanya menyimpang. Semakin lama dipakai, pengukuran panjang oleh penjahit makin menyimpang dan makin tidak tepat. Dapat dikatakan pengukuran tepat jika kesalahan sistematiknya relative kecil. Sumber kesalahan sistematik dapat dibedakan menjadi tiga macam.
a. Kesalahan alami, yaitu yang timbul karena faktor alam seperti pembiasan cahaya, pemuaian benda karena panas, pengaruh kelembaban dan tekanan udara yang dapat mempengaruhi hasil pembacaan alat ukur.
b. Kesalahan alat, yaitu pengaruh ketidaksempurnaan alat. Misalnya kesalahan kalibrasi, kesalahan letak titik nol,dll.
c. Kesalahan perorangan yang bergantung pada keterbatasan jasmani seperti pendengaran dan penglihatan dan juga kebiasaan pengamat membaca yang salah. Kesalahan akibat cara pembacaan yang salah disebut kesalahan paralaks.
2.4.4 Besaran Pokok dan Satuan Standar
didefinisikan sebagai satuan (unit) besaran. Untuk membuat pengukuran handal, kita memerlukan satuan pengukuran yang tidak berubah dan dapat diduplikasi oleh pengamat di berbagai lokasi. Sistem satuan yang digunakan oleh para ilmuwan dan insinyur di seluruh dunia disebut sebagai Sistem Internasional (Young dan Freedman, 2002:3-4).
[image:45.595.150.326.304.409.2]Saat bepergian pasti kita akan melihat papan penunjuk jalan seperti gambar di bawah :
Gambar 2.1 Papan Penunjuk Jalan
pakai Indonesia berbeda dengan yang dipakai di luar negri. Dari sini kita tahu bahwa Sistem Internasional sangat penting bagi kehidupan bermasyarakat.
2.4.4.1Besaran Pokok
[image:47.595.109.520.416.592.2]Di dalam fisika masih banyak besaran-besaran lain yang umurnya dapat diperoleh dari pengukuran. Secara umum besaran dibedakan menjadi besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok adalah besaran yang satuannya didefinisikan atau ditetapkan terlebih dahulu, yang berdiri sendiri, dan tidak tergantung pada besaran lain. Para ahli merumuskan tujuh macam besaran pokok, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Besaran Pokok dan Satuannya
Besaran Pokok Simbol Besaran Satuan Simbol Satuan
Panjang L Meter m
Massa M Kilogram kg
Waktu T Sekon s
Kuat Arus I ampere A
Suhu T Kelvin K
Jumlah Zat N mole mol
Intensitas Cahaya Iv kandela cd
2.4.4.2Satuan Dasar
ton, kilogram, gram, dan sebagainya. Adanya berbagai macam satuan untuk besaran yang sama akan menimbulkan kesulitan. Kalian harus melakukan penyesuaian-penyesuaian tertentu untuk memecahkan persoalan yang ada. Dengan adanya kesulitan tersebut, para ahli sepakat untuk menggunakan satu sistem satuan, yaitu menggunakan satuan standar Sistem Internasional, disebut
Systeme International d’Unites (SI) seperti yang telah dijelaskan di awal.
Satuan Sistem Internasional adalah satuan yang diakui penggunaannya secara internasional serta memiliki standar yang sudah baku. Satuan ini dibuat untuk menghindari kesalahpahaman yang timbul dalam bidang ilmiah karena adanya perbedaan satuan yang digunakan. Pada awalnya, Sistem Internasional disebut sebagai Meter-Kilogram-Second (MKS). Selanjutnya pada konferensi berat dan pengukuran tahun 1948, tiga satuan yaitu newton (N), joule (J), dan watt (W) ditambahkan ke dalam SI. Akan tetapi, pada tahun 1960, tujuh Satuan Internasional dari besaran pokok telah ditetapkan yaitu meter, kilogram, sekon, ampere, kelvin, mol, dan kandela.
Sistem MKS menggantikan sistem metrik, yaitu suatu sistem satuan desimal yang mengacu pada meter, gram yang didefinisikan sebagai massa satu sentimeter kubik air, dan detik. Sistem itu juga disebut sistem Centimeter – Gram
a. Satuan Dasar Besaran Panjang
Satuan dasar besaran panjang berdasarkan SI dinyatakan dalam meter (m) ( UU No 2 Tahun 1981 pasal 2). Ketika sistem metrik diperkenalkan, satuan meter diusulkan setara dengan sepersepuluh juta kali seperempat garis bujur bumi yang melalui kota Paris. Tetapi, penyelidikan awal geodesik menunjukkan ketidakpastian standar ini, sehingga batang platina-iridium yang asli dibuat dan disimpan di Sevres dekat Paris, Prancis. Jadi, para ahli menilai bahwa meter standar itu kurang teliti karena mudah berubah. Para ahli menetapkan lagi patokan panjang yang nilainya selalu konstan.
Pada tahun 1960 ditetapkan bahwa satu meter adalah panjang yang sama dengan 1.650.763,73 kali panjang gelombang sinar jingga yang dipancarkan oleh atom-atom gas kripton-86 dalam ruang hampa pada suatu loncatan listrik. Definisi baru menyatakan bahwa satuan panjang SI adalah panjang lintasan yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama selang waktu sekon.
[image:49.595.114.529.657.748.2]Angka yang sangat besar atau sangat kecil oleh ilmuwan digambarkan menggunakan awalan dengan suatu satuan untuk menyingkat perkalian atau pembagian dari suatu satuan. Singkatan sistem metriksnya dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Singkatan Sistem Metriks Satuan
Nama Lambang Satuan Orde Konversi Satuan
yotta Y 1024 1000000000000000000000000
zetta Z 1021 1000000000000000000000
peta P 1015 1000000000000000
tera T 1012 1000000000000
giga G 109 1000000000
mega M 106 1000000
kilo k 103 1000
mili m 10-3 0,001
mikro µ 10-6 0,000001
nano n 10-9 0,000000001
piko p 10-12 0,000000000001
femto f 10-15 0,000000000000001
atto a 10-18 0,000000000000000001
zepto z 10-21 0,000000000000000000001
yocto y 10-24 0,000000000000000000000001
b. Satuan Dasar Besaran Massa
Satuan Dasar besaran untuk massa menurut SI adalah kilogram (kg) ( UU No 2 Tahun 1981 pasal 2). Satu kilogram standar adalah massa sebuah silinder logam yang terbuat dari platina iridium yang disimpan di Sevres, Prancis. Silinder platina iridium memiliki diameter 3,9 cm dan tinggi 3,9 cm. Massa 1 kilogram standar mendekati massa 1 liter air murni pada suhu 4 0C. Seperseribu (0,001) bagian dari kilogram adalah gram yang dinyatakan dengan lambang satuan g. Kelipatan-kelipatan dan bagian-bagian desimal dari kilogram, jika tidak dinyatakan dengan sebuah bilangan di depan satuan atau lambang dari satuan kilogram ini, maka harus dinyatakan dalam satuan gram.
Satuan dasar besaran waktu menurut SI adalah sekon (s) ( UU No 2 Tahun 1981 pasal 2). Mula-mula ditetapkan bahwa satu sekon sama dengan 86.400 rata-rata gerak semu matahari mengelilingi Bumi. Dalam pengamatan astronomi, waktu ini ternyata kurang tepat akibat adanya pergeseran, sehingga tidak dapat digunakan sebagai patokan. Selanjutnya, pada tahun 1956 ditetapkan bahwa satu sekon adalah waktu yang dibutuhkan atom cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali
d. Satuan Dasar Besaran Arus Listrik
Satuan dasar besaran arus listrik menurut SI adalah amper (A) ( UU No 2 Tahun 1981 pasal 2). Satu ampere didefinisikan sebagai arus tetap, yang dipertahankan untuk tetap mengalir pada dua batang penghantar sejajar dengan panjang tak terhingga, dengan luas penampang yang dapat diabaikan dan terpisahkan sejauh satu meter dalam vakum, yang akan menghasilkan gaya antara kedua batang penghantar sebesar 2 × 10–7 Nm–1.
e. Satuan Dasar Besaran Suhu
Suhu menunjukkan derajat panas suatu benda. Satuan dasar besaran suhu menurut SI adalah kelvin (K) ( UU No 2 Tahun 1981 pasal 2), yang didefinisikan sebagai satuan suhu mutlak dalam termodinamika yang besarnya sama dengan dari suhu titik tripel air. Titik tripel menyatakan temperatur dan tekanan saat
adalah 273,16 K dan 611,2 Pa. Jika dibandingkan dengan skala termometer Celsius, dinyatakan sebagai berikut:
T = 273,16o + tc
dengan:
T = suhu mutlak, dalam kelvin (K) tc = suhu, dalam derajat celsius (oC)
Jadi derajat Celcius dari skala suhu dalam pemakaian secara umum yang titik nolnya sama dengan 273,15 K adalah sama dengan derajat kelvin.
f. Satuan Dasar Besaran Intensitas Cahaya
Intensitas cahaya dalam SI mempunyai satuan kandela (cd) ( UU No 2 Tahun 1981 pasal 2), yang besarnya sama dengan intensitas sebuah sumber cahaya yang memancarkan radiasi monokromatik dengan frekuensi 540 × 1012 Hz dan memiliki intensitas pancaran watt per steradian pada arah tertentu.
g. Satuan Standar Jumlah Zat
N = 6,02.10^23. Partikel elementer merupakan unsur fundamental yang membentuk materi di alam semesta. Partikel ini dapat berupa atom, molekul, elektron, dan lain-lain.
2.4.4.3Satuan Tidak Standar dan Konversi Satuan
Televisi di rumah berukuran 14 inci. Truk itu mengangkut 500 ton beras. Inci dan ton merupakan contoh satuan tidak standar masing-masing untuk besaran panjang dan besaran massa. Satuan tidak standar seperti ini perlu dikonversi ke satuan standar sehingga satuannya konsisten. Konversi satuan dilakukan dengan menyisipkan faktor konversi yang cocok yang membuat satuan lain ditiadakan, kecuali satuan yang kita kehendaki. Faktor konversi merupakan perbandingan dua satuan besaran sehingga sama dengan satu.
Sebelum menyelesaikan soal fisika, lazimnya kita harus mengkonversi satuan dulu. Mengkonversi artinya mengubah. Jadi, mengkonversi satuan artinya mengubah satuan. Misalnya dari kilometer ke meter atau dari jam ke detik. Meski kelihatannya sepele, namun bila kita tidak memperhatikannya dengan sungguh-sungguh hal yang sepele itu bisa menjadi boomerang. Atas dasar ini pandai mengkonversi satuan merupakan suatu keharusan. Berikut ini beberapa contoh konversi satuan untuk besaran panjang, massa, dan waktu.
2.4.5 Besaran Turunan
dua besaran panjang. Oleh karena itu, luas merupakan turunan dari besaran panjang.
Luas = panjang x lebar
= besaran panjang x besaran panjang Satuan luas = meter x meter
= meter persegi (m2)
[image:54.595.111.515.429.744.2]Besaran turunan yang lain misalnya volume yang merupakan hasil kali tiga besaran panjang, massa jenis yang merupakan hasil kali massa dan volume. Jadi massa jenis merupakan turunan dari besaran pokok massa dan panjang, untuk lebih lengkap dapat kita lihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3 Besaran turunan dan satuannya.
Besaran Turunan Satuan Dalam Satuan
Dasar
Nama Satuan Simbol
Luas meter persegi m2 m2
Volume meter kubik m3 m3
Kecepatan meter per sekon m/s m/s
Massa jenis
kilogram per meter
kubik kg/m3 kg/m
3
Gaya Newton N kg.m/s2
Energy dan usaha joule J kg.m2/s2
Daya Watt W kg.m2/s3
Tekanan Pascal Pa kg/(m.s2)
Frekuensi Hertz Hz s-1
Muatan listrik Coulomb C A.s
Potensial listrik Volt V kg.m2/(A.s3)
Kapasistansi Farad F A2.s4/kg.m2
Medan magnetic Tesla T kg/(A.s2)
Fluks magnetic Weber Wb kg.m2/(A.s2)
Induktansi Henry H kg.m2/(A2.s2)
2.4.6 Dimensi Besaran Pokok Dan Besaran Turunan
Dimensi adalah cara penulisan suatu besaran dengan menggunakan simbol (lambang) besaran pokok. Hal ini berarti dimensi suatu besaran menunjukkan cara besaran itu tersusun dari besaran-besaran pokok. Apapun jenis satuan besaran yang digunakan tidak memengaruhi dimensi besaran tersebut, misalnya satuan panjang dapat dinyatakan dalam m, cm, km, atau ft, keempat satuan itu mempunyai dimensi yang sama, yaitu L.
[image:55.595.112.537.662.747.2]Di dalam mekanika, besaran pokok panjang, massa, dan waktu merupakan besaran yang berdiri bebas satu sama lain, sehingga dapat berperan sebagai dimensi. Dimensi besaran panjang dinyatakan dalam L, besaran massa dalam M, dan besaran waktu dalam T. Persamaan yang dibentuk oleh besaran-besaran pokok tersebut haruslah konsisten secara dimensional, yaitu kedua dimensi pada kedua ruas harus sama. Dimensi suatu besaran yang dinyatakan dengan lambang huruf tertentu, biasanya diberi tanda [ ]. Tabel 2.4 menunjukkan lambang dimensi besaran-besaran pokok.
Tabel 2.4 Lambang Dimensi Besaran Pokok
Besaran Pokok Satuan Lambang Dimensi
Panjang meter (m) [L]
Massa kilogram (kg) [M]
Kuat arus listrik ampere (A) [I]
Suhu kelvin (K) [θ]
Jumlah zat mole (mol) [N]
Intensitas cahaya candela (cd) [J]
[image:56.595.117.516.333.701.2]Dimensi dari besaran turunan dapat disusun dari dimensi besaran-besaran pokok seperti tabel 2.5 di bawah ini yang menunjukkan berbagai dimensi besaran turunan.
Tabel 2.5 Dimensi Besaran Turunan
Besaran turunan Analisis Dimensi
Luas [panjang] x [panjang] [L2]
Volume [panjang] x [panjang] x [panjang]
[L3]
Kecepatan [L][T]-1
Percepatan [L][T]-2
Massa jenis [M][L]-3
Gaya [massa] x [percepatan] [M][L][T]-2
Tekanan [M][L]-1[T]-2
Usaha [gaya] x [panjang] [M][L]2[T]-2
Daya [M][L]2[T]-3
Setiap satuan turunan dalam fisika dapat diuraikan atas faktor-faktor yang didasarkan pada besaran-besaran massa, panjang, dan waktu, serta besaran pokok yang lain. Salah satu manfaat dari konsep dimensi adalah untuk menganalisis atau menjabarkan benar atau salahnya suatu persamaan.
Metode penjabaran dimensi atau analisis dimensi menggunakan aturan-aturan:
a. dimensi ruas kanan = dimensi ruas kiri, b. setiap suku berdimensi sama.
Sebagai contoh, untuk menganalisis kebenaran dari dimensi jarak tempuh dapat dilihat persamaan berikut ini.
Jarak tempuh = kecepatan waktu s = v t
Dari Tabel 1.5 tentang dimensi beberapa besaran turunan dapat diperoleh: - dimensi jarak tempuh = dimensi panjang = [ L]
- dimensi kecepatan = [ L][ T ]-1 - dimensi waktu = [T]
Maka dimensi jarak tempuh dari rumus s = v t adalah [ jarak tempuh] = [ kecepatan] × [waktu]
Dimensi besaran pada kedua ruas persamaan sama,maka dapat disimpulkan bahwa kemungkinan persamaan tersebut benar. Akan tetapi, bila dimensi besaran pada kedua ruas tidak sama, maka dapat dipastikan persaman tersebut salah. Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa kegunaan dari analisis dimensi, adalah:
a. Untuk mengetahui apakah persamaan atau rumus benar.
Contoh : rumus jarak tempuh , dengan S sebagai jarak tempuh, a
merupakan percepatan dan t adalah waktu. Rumus tersebut benar jika dimensi ruas kanan sama dengan dimensi ruas kiri. Perhatikan tabel 1.4 dan tabel 1.5 di atas dan uraian di bawah ini.
memiliki dimensi (angka tetapan ½ tidak berdimensi)
L = L (ruas kanan sama dengan ruas kiri) Kesimpulan rumus benar secara dimensional.
Contoh lainnya yaitu:
Misalnya, manakah hubungan yang benar: atau dengan x
menyatakan jarak, a menyatakan besarnya percepatan dan t waktu. Jawab:
ternyata x memiliki dimensi [L], dan at memiliki dimensi
[L][T-1], berarti secara dimensional persamaan x = at tidak benar. Sedangkan,
ternyata x dan at2 memiliki dimensi sama, yaitu [L],
berarti secara dimensional persamaan x = at2 adalah benar. b. Untuk menemukan persamaan atau rumus.
Contoh
1. Suatu fungsi , dengan A adalah s-1 , B adalah m, C adalah N dan D
2. Gaya angkat suatu pesawat di nyatakan oleh F ( v, ρ, A). Jika v adalah kecepatan, ρ adalah massa jenis udara, dan A adalah luas penampang pesawat maka fungsi dari F adalah?
Jawab:
F=[M][L][T]-2 v= [L][T]-1
ρ=[M][L]-3 A=[L]2
Misalkah fungsi dari F dapat dinyatakan sebagai berikut: F= k ρa vb Ac
F= ρa vb Ac
[M][L][T]-2= [[M][L]-3]a] [[L][T]-1]b] [[L]2]c] [M][L][T]-2= [M]a[L]-3a[L]b[T]-b[L]2c
[M] = [M]a a = 1 [T]-2 = [T]-b b = 2 [L] = [L]-3a+b+2c c = 1
Dari uraian diatas maka didapatkan fungsi dari F adalah F = ρ A v2. 2.4.7 Besaran Vektor
Besaran vektor adalah besaran yang mempunyai nilai dan arah. Besaran yang termasuk besaran vektor antara lain perpindahan, gaya, kecepatan, percepatan, dan lain-lain. Sebuah vektor digambarkan sebagai sebuah ruas garis berarah yang mempunyai titik tangkap (titik pangkal) sebagai tempat permulaan vektor itu bekerja. Panjang garis menunjukkan nilai vektor dan arah panah menunjukkan arah vektor itu bekerja. Garis yang melalui vektor tersebut dinamakan garis kerja.
Penulisan sebuah simbol besaran vektor dengan menggunakan huruf tegak dicetak tebal, misalnya vektor A ditulis A. Selain itu, dapat pula dinyatakan dengan huruf miring dengan tanda panah di atasnya, misalnya vektor A ditulis .
Besar (nilai) vektor A dinyatakan atau untuk lebih sederhana A.
2.4.7.1Perpaduan Vektor a. Penjumlahan vektor
kedua vektor tersebut membentuk sisi-sisi sebuah jajaran genjang. Hasil penjumlahan (resultan) kedua vektor tersebut adalah vektor sepanjang diagonal jajaran genjang yang ditarik dari pertemuan titik pangkal kedua vektor sampai ke titik pertemuan kedua ujung berpanahnya seperti terlihat pada gambar 2.2.
+ =
Penjumlahan vektor dapat dilakukan dengan metode poligon. Dalam hal ini, titik pangkal vektor kedua diletakkan pada ujung berpanah vektor pertama. Vektor resultannya adalah sepanjang garis yang ditarik dari titik pangkal vektor pertama sampai ujung berpanah vektor kedua. Titik pangkal vektor resultan berimpit dengan ujung berpanah vektor kedua (gambar 2.3 ).
[image:62.595.121.497.209.307.2]+ =
Gambar 2.3 Penjumlahan metode poligon
[image:62.595.118.445.468.557.2]Dalam banyak hal, metode poligon ini lebih praktis terutama untuk penjumlahan lebih dari dua vektor. Prinsipnya, letakkan titik pangkal vektor kedua pada ujung berpanah vektor pertama, letakkan lagi titik pangkal vektor ketiga pada ujung berpanah vektor kedua, dan seterusnya. Vektor resultannya adalah sepanjang garis yang ditarik dari titik pangkal pertama sampai ke ujung berpanah vektor terakhir seperti terlihat pada gambar 2.4.
+ + =
Gambar 2.4 Penjumlahan tiga vektor dalam metode poligon
Penjumlahan vektor sering digunakan di dalam mempelajari fisika misalnya pada bahasan gerak, dinamika ( Hukum Newton), dan lain sebagainya. Hasil penjumlahan vektor (resultan) selain bergantung pada besar vektor yang dijumlahkan juga bergantung pada arah-arahnya. Tinjau vektor dan yang satu
sama lain membentuk sudut θ. Dengan metode jajaran genjang vektor resultannya seperti ditunjukkan pada gambar 2.5 , namun tentu kalian masih belum tahu besar dan arah vektor resultannya yang dinyatakan dengan dan .
Gambar 2.5 Penjumlahan dua buah vektor
Jika sudut antara dan adalah θ, maka besar resultannya (panjang )
dapat dihitung dengan aturan cosinus sebagai berikut: θ
α
[image:63.595.231.453.542.631.2]adalah diagonal panjang jajaran genjang, jika α lancip. Sementara itu, α adalah
sudut terkecil yang dibentuk oleh dan .
Sebuah vektor mempunyai besar dan arah. Jadi setelah mengetahui besarnya, kita perlu menentukan arah dan resultan vektor tersebut. Arah dapat
ditentukan oleh sudut antara dan atau dan . pada gambar 5.4. Misalnya,
sudut θ merupakan sudut yang dibentuk dan , maka dengan menggunakan
aturan sinus pada segitiga yang dibentuk dan akan diperoleh:
Dengan menggunakan persamaan tersebut besar sudut θ dapat diketahui. b. Pengurangan Vektor
Pengurangan vektor prinsipnya sama dengan penjumlahan vektor, tetapi dalam hal ini salah satu vektor mempunyai arah yang berlawanan. Misalnya vektor dan , jika dikurangkan maka akan terlihat seperti gambar 2.6.
[image:65.595.116.513.321.537.2]
1.
Gambar 2.6 pengurangan vektor
Dimana, adalah vektor yang sama dengan , tetapi berlawanan arah.
Dan untuk mencari
2.4.7.2Penguraian Vektor Secara Analitik
Untuk keperluan perhitungan tertentu, kadang-kadang sebuah vektor yang terletak dalam bidang koordinat sumbu x dan sumbu y harus diuraikan menjadi kompoen-komponen yang saling tegak lurus (sumbu x dan sumbu y). Komponen ini merupakan nilai efektif dalam suatu arah yang diberikan. Cara menguraikan vektor seperti ini disebut analisis. Misalnya, vektor A membentuk sudut α terhadap sumbu x positif, maka komponen vektornya adalah:
Besar nilai vektor A dapat diketahui dari persamaan:
Sementara itu, arah vektor ditentukan dengan persamaan:
2.4.7.3 Perkalian Vektor
Ada tiga macam perkalian vektor yaitu:
- Perkalian vektor dengan skalar menghasilkan vektor.
α X
[image:66.595.234.421.491.651.2]- Perkalian vektor (dot product) antara dua vektor menghasilkan skalar. - Perkalian vektor (cross product) antara dua vektor menghasilkan vektor.
1) Perkalian Vektor dengan Skalar
Perkalian skalar m dengan vektor menghasilkan . Vektor
merupakan vektor yang arahnya sama dengan jika m positif dan berlawanan
arah jika m negatif. Besarnya (panjang) m kali . Pembagian dengan skalar n
sama dengan mengalikan dengan 1/n. perhatikan gambar berikut:
Gambar 2.8 Perkalian vektor dengan skalar 2) Perkalian Titik (Dot product) antara Dua Vektor
Jika A dan B saling membentuk sudut θ, maka perkalian didefinisikan sebagai
Dalam hal ini A dan B adalah besar A dan besar B. Hasil perkalian titik adalah skalar, salah satu contohnya adalah usaha. Jika sebuah balok ditarik dengan gaya F = 50 N yang membentuk sudut 600 terhadap perpindahan, sehingga balok bergeser sejauh S = 4 m, berapa usaha yang dilakukan?
Gambar 2.9 Perkalian titik antara dua vector 3) Perkalian Silang (Cross product) antara Dua Vektor
Jika C adalah hasil perkalian silang vektor dan (yang saling
membentuk sudut θ), maka perkalian didefinisikan sebagai
dimana
Dalam hal ini A dan B adalah besar dan besar hasil perkalian silang adalah
vektor, yang arahnya dapat ditentukan seperti gambar 2.10
Gambar 2.10 Perkalian silang antara dua vektor θ
[image:68.595.159.353.590.711.2]2.4.7.4Vektor Satuan
Vektor satuan adalah vektor yang mempunyai panjang satu satuan panjang. Tujuannya hanya untuk menunjukkan arah di dalam ruang saja. Pada sistem koordinat kartesius, vektor satuan dalam arah sumbu x, y, dan z masing-masing diberi simbol , , dan . misalkan vektor dan pangkal
vektor di (0, 0, 0) maka ujung vektor terletak pada koordinat (a, b, c), besar
(panjang) (resultan) dapat ditentukan.
Operasi perpaduan dan perkalian vektor dijelaskan sebagai berikut. Misalkan :
[image:69.595.115.368.385.628.2]dan
Gambar 2.11 Vektor satuan y z
maka
1)
2)
3)
4)
Contoh: Jika
Tentukan a) +
b)
c)
Gambar 2.12 Mistar/penggaris untuk
mengukur besaran panjang b)
c)
2.4.8 Alat Ukur
Alat-alat ukur panjang yang dipakai untuk mengukur panjang suatu benda antara lain mistar, rollmeter, jangka sorong, dan mikrometer sekrup.
2.4.8.1Alat Ukur Panjang 1) Mistar (penggaris)
Gambar 2.13 Rollmeter/Meter kelos
2) Rollmeter (Meter Kelos)
Rollmeter merupakan alat ukur panjang yang dapat digulung, dengan panjang 25 - 50 meter. Meteran ini dipakai oleh tukang bangunan atau pengukur lebar jalan. Ketelitian pengukuran dengan rollmeter sampai 0,5 mm. Meteran ini biasanya dibuat dari plastik atau pelat besi tipis, tampak seperti pada Gambar 2.13.
3) Jangka Sorong
[image:72.595.137.292.367.468.2]Jangka sorong adalah alat yang digunakan untuk mengukur panjang, tebal, kedalaman lubang, dan diameter luar maupun diameter dalam suatu benda dengan batas ketelitian 0,1 mm. Jangka sorong mempunyai dua rahang, yaitu rahang tetap dan rahang sorong. Pada rahang tetap dilengkapi dengan skala utama, sedangkan pada rahang sorong terdapat skala nonius atau skala vernier. Skala nonius mempunyai panjang 9 mm yang terbagi menjadi 10 skala dengan tingkat ketelitian 0,1 mm. Hasil pengukuran menggunakan jangka sorong berdasarkan angka pada
skala utama ditambah angka pada skala nonius yang dihitung dari 0 sampai dengan garis skala nonius yang berimpit dengan garis skala utama.
4) Mikrometer Sekrup
Mikrometer sekrup merupakan alat ukur ketebalan benda yang relatif tipis, misalnya kertas, seng, dan karbon. Pada mikrometer sekrup terdapat dua macam skala, yaitu skala tetap dan skala putar (nonius).
Skala tetap (skala utama)
Skala tetap terbagi dalam satuan milimeter (mm). Skala ini terdapat pada laras dan terbagi menjadi dua skala, yaitu skala atas dan skala bawah.
Skala putar (skala nonius)
[image:73.595.133.523.196.347.2]Skala putar terdapat pada besi penutup laras yang dapat berputar dan dapat bergeser ke depan atau ke belakang. Skala ini terbagi menjadi 50 skala atau bagian ruas yang sama. Satu putaran pada skala ini menyebabkan skala utama bergeser 0,5 mm. Jadi, satu skala pada skala putar mempunyai ukuran:
Gambar 2.16 Neraca Analitis Dua Lengan
. Ukuran ini merupakan batas ketelitian mikrometer
sekrup.
2.4.8.2Alat Ukur Besaran Massa
Besaran massa diukur menggunakan neraca. Neraca dibedakan menjadi beberapa jenis, seperti neraca analitis dua lengan, neraca Ohauss, dan neraca lengan gantung.
1) Neraca Analitis Dua Lengan
Neraca ini berguna untuk mengukur massa benda, misalnya emas, batu, kristal benda, dan lain-lain. Batas ketelitian neraca analitis dua lengan yaitu 0,1 gram.
2) Neraca Ohauss
[image:74.595.239.385.631.711.2]Gambar 2.18 Neraca
Neraca ini berguna untuk mengukur massa benda atau logam dalam praktek laboratorium. Kapasitas beban yang ditimbang dengan menggunakan neraca ini adalah 311 gram. Batas ketelitian neraca Ohauss yaitu 0,1 gram.
3) Neraca Lengan/ Gantung
Neraca ini berguna untuk menentukan massa benda, yang cara kerjanya dengan menggeser beban pemberat di sepanjang batang.
2.4.8.3Alat Ukur Waktu
Waktu merupakan besaran yang menunjukkan lamanya suatu peristiwa berlangsung. Berikut ini beberapa alat untuk mengukur besaran waktu.
Gambar 2.21 Termometer untuk mengukur
besaran suhu Gambar 2.20 Amperemeter
untuk mengukur besaran suhu
1. Stopwatch, dengan ketelitian 0,1 detik karena setiap skala pada stopwatch dibagi menjadi 10 bagian. Alat ini biasanya digunakan untuk pengukuran waktu dalam kegiatan olahraga atau dalam praktik penelitian.
2. Arloji, umumnya dengan ketelitian 1 detik.
3. Penunjuk waktu elektronik, mencapai ketelitian 1/1000 detik.
4. Jam atom Cesium, dibuat dengan ketelitian 1 detik tiap 3.000 tahun, artinya kesalahan pengukuran jam ini kira-kira satu detik dalam kurun waktu 3.000 tahun.
2.4.8.4Alat Ukur Kuat Arus Listrik
Alat untuk mengukur kuat arus listrik disebut amperemeter. Amperemeter mempunyai hambatan dalam yang sangat kecil, pemakaiannya harus dihubungkan secara seri pada rangkaian yang diukur, sehingga jarum menunjuk angka yang merupakan besarnya arus listrik yang mengalir.
2.4.8.5Alat Ukur Suhu
pemuaian. Termometer biasanya terbuat dari sebuah tabung pipa kapiler tertutup yang berisi air raksa yang diberi skala. Ketika suhu bertambah, air raksa dan tabung memuai. Pemuaian yang terjadi pada air raksa lebih besar dibandingkan pemuaian pada tabung kapiler. Naiknya ketinggian permukaan raksa dalam tabung kapiler dibaca sebagai kenaikan suhu.
Berdasarkan skala temperaturnya, termometer dibagi dalam empat macam, yaitu termometer skala Fahrenheit, skala Celsius, skala Kelvin, dan skala Reamur. Termometer skala Fahrenheit memiliki titik beku pada suhu 32oF dan titik didih pada 212oF. Termometer skala Celsius memiliki titik beku pada suhu 0oC, dan titik didih pada 100oC. Termometer skala Kelvin memiliki titik beku pada suhu 273 K dan titik didih pada 373 K. Suhu 0 K disebut suhu nol mutlak, yaitu suhu semua molekul berhenti bergerak. Dan termometer skala Reamur memiliki titik beku pada suhu 0oR dan titik didih pada 80oR.
2.4.9 Angka Penting
Setiap hasil Pengukuran itu tidak tepat. Sebagai contoh, perhatikan pengukuran sepotong papan berikut ini yang menggunakan mistar berskala terkecil 1 cm.
[image:77.595.185.355.615.680.2]
Gambar 2.22 Pengukuran menggunakan mistar berskala terkecil Papan
2
Boleh jadi Anda akan mengatakan bahwa hasilnya adalah 3,2 cm. Akan tetapi, orang lain dapat juga mengatakan 3,3 cm. Manakah yang benar? Keduanya benar. Sebab, yang berbeda hanya angka terakhirnya saja, yang masing-masing hanya merupakan angka perkiraan. Namun, berbeda dengan angka yang terakhir, angka pertama merupakan angka pasti. Yakni angka yang menunjukkan panjang yang pasti dimiliki oleh papan itu. Kalau angka pasti menunjukkan panjang yang pasti, angka perkiraan menunjukkan angka yg tidak pasti, yaitu berupa perkiraan atau tafsiran. Pada pengukuran ini dikatakan bahwa hasilnya memiliki 2 angka penting yaitu angka 3 dan 2. Angka penting ialah angka-angka hasil pengukuran yang masih bisa dipercaya.
Pengukuran baru akan memberikan hasil yang berbeda bila penggaris yang digunakan pada pengukuran itu memiliki skala terkecil seperti pada gambar berikut:
Karena penggaris yang digunakan memiliki skala terkecil 1 mm, hasilnya bisa dilaporkan sebagai 3,24 cm. Alasannya, angka 3 dan 2 itu merupakan angka pasti
