KONSEP DASAR IPA
Referensi untuk Mahasiswa PGSD dan Guru SD
Ni Putu Juni Artini, M.Pd.
Aloisius Harso, M.Pd.
I Komang Wisnu Budi Wijaya, M.Pd.
Maria Yuliana Kua, M.Pd.
Yosefina Uge Lawe, S.Si., M.Pd.
Editor:
Nanda Saputra, M.Pd.
KONSEP D ASAR IP A
Referensi untuk Mahsiswa PGSD dan Guru SDPembelajaran di kelas rendah harus menarik, tidak membosankan, dan akan mudah di ingat oleh peserta didik.
Jadi diharapkan kepada kita yang nantinya akan menjadi guru SD harus kreatif dalam memberikan pengajaran kepada anak didik baik kreatif dalam penyampaian materi maupun dalam pembuatan media.
Proses pembelajaran di kelas rendah khususnya IPA berbeda dengan proses pembelajaran di kelas tinggi.
Peserta didik yang masih duduk di kelas rendah umumnya menyukai hal-hal yang berbau permainan dan pelajaran yang didalamnya terdapat gambar-gambar karena pemikiran anak kelas rendah masih konkrit. Hal ini menyebabkan guru harus kreatif dalam memberikan materi pelajaran kepada peserta didik kelas rendah.
KONSEP DASAR IPA REFRENSI UNTUK MAHASISWA PGSD DAN GURU SD
Yosefina Uge Lawe, S.Si, M.Pd.
Maria Yuliana Kua, M.Pd.
I Komang Wisnu Budi Wijaya, M.Pd.
Aloisius Harso, S. Si, M.Pd.
Ni Putu Juni Artini, M.Pd.
Editor:
Nanda Saputra, M.Pd.
Yayasan Penerbit Muhammad Zaini
KONSEP DASAR IPA REFRENSI UNTUK MAHASISWA PGSD DAN GURU SD Penulis:
Yosefina Uge Lawe, S.Si, M.Pd; Maria Yuliana Kua, M.Pd; I Komang Wisnu Budi Wijaya, M.Pd; Aloisius Harso, S. Si M.Pd; Ni Putu Juni Artini, M.Pd.
ISBN: 978-623-5722-38-2 Editor: Nanda Saputra, M.Pd.
Penyunting:
Nanda Saputra, M.Pd.
Desain Sampul dan Tata Letak Atika Kumala Dewi
Cetakan: 25 Februari 2022
Ukuran: 14.8 x 21 cm, halaman: iv - 260 Penerbit:
Yayasan Penerbit Muhammad Zaini Anggota IKAPI (026/DIA/2021) Redaksi:
Jalan Kompleks Pelajar Tijue Desa Baroh Kec. Pidie Kab. Pidie Provinsi Aceh No. Hp: 085277711539
Email: penerbitzaini101@gmail.com Website: https://penerbitzaini.com/
Hak Cipta 2021 @ Yayasan Penerbit Muhammad Zaini
Hak cipta dilindungi undang-udang. Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari Penerbit atau Penulis.
PRAKATA
Puji dan syukur saya panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, karena rahmat dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan buku Konsep Dasar IPA Refrensi untuk Mahasiswa PGSD dan Guru SD.
Buku referensi ini merupakan buku kolaborasi yang dituliskan oleh beberapa dosen lintas perguruan tinggi.
Melalui bookchapter Konsep Dasar IPA, penulis ingin memberikan sumbangan pikiran untuk menambah bekal pengetahuan mengenai Konsep Dasar IPA dan Keterampilan mempraktekannya.
Tujuan utama penulisan bookchapter ini adalah untuk meningkatkan kualitas pembelajaran Konsep Dasar IPA baik bagi saya sebagai pengajar maupun bagi mahasiswa sebagai penerima pelajaran. Untuk itu teori-teori dan praktek tentang Ilmu Pengetahuan Alam yang didapat sangat mendukung dalam menyelesaikan penulisan bookchapter ini.
Dengan mempelajari bookchapter ini diharapkan mahasiswa mampu mengembangkan diri menjadi calon guru sekolah dasar yang dapat memenuhi tuntutan masyarakat
Adapun bookchapter ini tidak akan selesai tanpa bantuan, diskusi dan dorongan serta motivasi dari beberapa pihak, walaupun tidak dapat disebutkan satu persatu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebanyak-banyaknya.
Akhirnya, penulis menyadari bahwa buku ini masih jauh dari kesempurnaan. Dengan demikian, penulis mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan serta perkembangan lebih lanjut pada bookchapter ini.
DAFTAR ISI
PRAKATA ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... vi
BAB I RUANG LINGKUP SAINS DASAR ... 1
A. Pendahuluan ... 1
B. Tujuan dan Fungsi Mata Kuliah Sains Dasar ... 4
C. Kegunaan Mata Kuliah Sains Dasar ... 5
D. Rangkuman ... 7
E. Latihan ... 8
BAB II BESARAN DAN PENGUKURAN ... 9
A. Pendahuluan ... 9
B. Besaran dan Satuan... 9
C. Besaran Pokok ... 10
D. Besaran Turunan ... 10
E. Sistem Satuan Internasional ... 11
F. Konversi Satuan ... 12
G. Notasi Ilmiah ... 14
H. Dimensi ... 16
I. Kesimpulan ... 16
J. Latihan ... 17
BAB III MATERI DAN PERUBAHAN ... 18
A. Pendahuluan ... 19
B. Klasifikasi Materi ... 19
C. Sifat Materi... 24
D. Perubahan Materi ... 26
E. Simpulan... 29
F. Latihan ... 30
BAB IV GERAK DAN PERPINDAHAN ... 31
A. Pendahuluan ... 31
B. Gerak Lurus Beraturan ... 41
C. Gerak Lurus Berubah Beraturan ... 44
D. Gerak Jatuh Bebas ... 48
E. Rangkuman ... 49
F. Latihan ... 50
BAB V ALAM SEMESTA DAN TATA SURYA... 52
A. Pendahuluan ... 52
B. Alam Semesta ... 52
C. Tata Surya ... 65
D. Kegiatan ... 80
E. Rangkuman ... 82
F. Latihan ... 85
BAB VI PERKEMBANGAN MAHKLUK HIDUP ... 85
A. Pendahuluan ... 85
B. Pertumbuhan Dan Perkembangan ... 86
C. Pertumbuhan dan Perkembangn Pada Tumbuhan ... 87
D. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan pada Tumbuhan ... 94
E. Pertumbuhan dan Perkembangan Pada Hewan ... 97
F. Rangkuman ... 105
G. Latihan ... 105
BAB VII MAKHLUK HIDUP DAN LINGKUNGAN ...107
A. Pendahuluan ... 107
B. Ciri-Ciri Makhluk Hidup ... 107
C. Klasifikasi Makhluk Hidup... 114
D. Hubungan Makhluk Hidup dengan Lingkungan ... 123
E. Rangkuman ... 132
F. Latihan ... 132
BAB VIII ALAT INDERA ...133
A. Pendahuluan ... 133
B. Macam-Macam Alat Indera... 134
C. Rangkuman ... 157
D. Latihan ... 158
BAB IX ORGAN DAN SISTEM ORGAN ... 161
A. Pendahuluan ... 161
B. Organ ... 161
C. Sistem Organ Pernapasan ... 163
D. Sistem Organ Pencernaan ... 172
E. Sistem Organ Reproduksi ... 176
F. Sistem Organ Ekskresi ... 179
G. Sistem Organ Transportasi ... 181
H. Kesimpulan ... 187
I. Latihan ... 188
BAB X PESAWAT SEDERHANA ...189
A. Pendahuluan ... 189
B. Jenis Pesawat Sederhana ... 192
C. Latihan ... 204
D. Kesimpulan ... 206
E. Latihan ... 207
BAB XI USAHA DAN ENERGI ... 207
A. Pendahuluan ... 208
B. Usaha ... 209
C. Energi ... 212
D. Rangkuman ... 221
E. Latihan ... 222
BAB XII CAHAYA ... 224
A. Pendahuluan ... 224
B. Pengertian Cahaya ... 224
C. Sifat-Sifat Cahaya ... 224
D. Cermin ... 233
E. Lensa ... 240
F. Rangkuman ... 243
G. Latihan ... 244
DAFTAR PUSTAKA ... 245
PROFIL PENULIS... 249
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1 Struktur Materi ... 12
Gambar 3.2 Klasifikasi Materi ... 13
Gambar 3.3 Lambang Senyawa ... 14
Gambar 3.4 Susunan Partikel Materi berbagai Wujud Zat ... 16
Gambar 3.5 Diagram Perubahan Wujud ... 17
Gambar 4.1 Sistem Koordinat Kartesius ... 20
Gambar 4.2 Posisi Suatu Benda pada Koordinat Kartesius ... 21
Gambar 4.3 Seseorang anak bergerak ... 21
Gambar 4.4 Tanda panah menunjukkan arah perpindahan ... 21
Gambar 4.5 Kasus perpindahan melalui dua sumbu ... 21
Gambar 4.6 Seseorang bergerak ke timur 50 m selama 3 detik dan ke barat 30 m selama 2 detik ... 23
Gambar 4.7. Kamera pemantuan ( speed gun) kelajuan kendaraan ... 24
Gambar 4.8 grafik hubungan X-t pada GLB ... 26
Gambar 4.9 Grafik hubungan v-t pada GLB ... 27
Gambar 4.10 Grafik hubungan x-t pada GLB bila kedudukan xo berimpit dengan titikacuan Sehingga persamaanya menjadi ... 27
Gambar 4.11 Grafik hubungan v-t pada GLBB... 29
Gambar 5.1 Bentuk-bentuk galaksi berdasarkan klasifikasi Hubble ... 35
Gambar 5.2 proses terbentuknya alam semesta dari dentuman besar hingga saat ini ... 36
Gambar 5.3 Pluto ... 41
Gambar. 5.4 Asteroi ... 42
Gambar. 5.5 Bentuk komet ... 42
Gambar. 5.6. Bulan ... 42
Gambar 5.7 Meteor yang jatuh kebumi ... 43
Gambar 5.8 Awan Oort ... 44
Gambar 5.9 Matahari ... 44
Gambar 5.10 Planet Merkurius ... 45
Gambar 5.11 Planet Venus ... 45
Gambar 5.12 Planet Bumi ... 46
Gambar 5.13 Planet Mars ... 46
Gambar 5.14 Planet Yupiter ... 47
Gambar 5.15 Planet saturnus ... 47
Gambar 5.16 Planet Uranus ... 47
Gambar 5.17 Planet Neptunus ... 48
Gambar 5.18 paper merge cub ... 48
Gambar 5.19 kubus merge cube ... 49
Gambar 5.20 Aplikasi merge explorer ... 49
Gambar 5.21 Gambar paper merge cube setelah dihubungkan dengan aplikasi merge explorer ... 49
Gambar 6.1 Struktur Biji ... 55
Gambar 6.2. Perkecambahan Hipogeal ... 56
Gambar 6.3 Perkecambahan Epigeal ... 56
Gambar 6.4. pertumbuhan dan perkembangan embrionik ... 59
Gambar 6.5. Tahap pembelahan sel menjadi Morula ... 60
Gambar 6.6. Terbentuk Rongga Blastosol ... 60
Gambar 6.7.Tahap Invaginasi sehingga terbentuk endoderm, mesoderm dan ektoderm ... 61
Gambar 6.8. Metamorfosis pada kupu-kupu ... 63
Gambar 6.9 Metamorfosis Katak ... 63
Gambar 7.1. Proses pernapasan pada tumbuhan ... 65
Gambar 7.2. Tumbuhan melakukan Proses Fotosintesis ... 66
Gambar 7.3. Pergerakan pada tanaman pitri malu ... 67
Gambar 7.4 Tumbuhan peka terhadap rangsangan Cahaya ... 67
Gambar 7.5. perkembangbiakan dengan spora pada paku-pakuan ... 68
Gambar 7.6. Tumbuhan mengeluarkan zat sisa ... 69
Gambar 7.7. Bunglon berubah warna sesuai dengan tempatnya ... 69
Gambar 7.8. Tumbuhan (Produsen) melakukan proses Fotosintesis ... 75
Gambar 7.9. Dekomposer ... 76
Gambar. 7.10 Populasi jagung ... 77
Gambar 7.11.Rantai Makanan ... 79
Gambar 7.12 Jaring-jaring makanan ... 80
Gambar 7.13 Piramida Makanan ... 80
Gambar 8.1. Indera Penglihat (mata) ... 82
Gambar 8.2. Bagian-bagian Hidung ... 86
Gambar 8.3. Bagian-bagian telinga ... 89
Gambar 8.4. Bagian-bagian Lidah ... 92
Gambar 8.5. Bagian-bagian kulit ... 94
Gambar 9.1 Stomata ... 101
Gambar 9.2 Lenti Sel ... 101
Gambar 9.3 Rambut Akar ... 102
Gambar 9.4 (a) Akar nafas, (b) akar gantunf, dan (c) akar tunjang ... 102
Gambar 9.5 Sistem Organ Pernapasan Pisces ... 103
Gambar 9.6 Sistem Organ Pernapasan Pada Amfibi ... 103
Gambar 9.7 Sistem Organ Pernapasan Pada Reptil ... 104
Gambar 9.8 Sistem Organ Pernapasan Pada Aves ... 104
Gambar 9.10 Sistem Organ Pernapasan Pada Manusia ... 105
Gambar 9.11 Reaksi Fotosintesis ... 105
Gambar 9.12 Sistem Organ Pencernaan Pada Pisces ... 106
Gambar 9.13 Sistem Organ Pencernaan Pada Amfibi ... 106
Gambar 9.14 Sistem Organ Pencernaan Pada Reptil ... 107
Gambar 9.15 Sistem Organ Pencernaan Pada Aves ... 107
Gambar 9.16 Sistem Organ Pencernaan Pada Manusia ... 108
Gambar 9.17 Sistem Organ Transportasi Pada Ikan ... 111
Gambar 9.18 Sistem Organ Transportasi Pada Katak ... 112
Gambar 9.19 Sistem Organ Transportasi Pada Kadal ... 112
Gambar 9.20 Sistem Organ Transportasi Pada Burung ... 113
Gambar 9.21 Sistem Organ Transportasi Pada Manusia ... 113
Gambar 10.1 Contoh peralatan Pesawat sederhana ... 116
Gambar 10.2 Tuas ... 117
Gambar 10.3. Tiga Tipe Tuas ... 118
Gambar 10.4 Katrol tetap ... 118
Gambar 10.5 Katrol bergerak ... 119
Gambar 10.6 Katrol Majemuk (a) Dua katrol (b) Empat katrol ... 120
Gambar 10. 7 Benda yang dipindahkan melalui bidang miring ... 121
Gambar 10.8 Contoh bidang miring ... 122
Gambar 10.9 Roda dan Poros ... 122
Gambar 10.10a. Bagian leher manusia sebagai contoh pesawat sederhana golongan pertama ... 123
Gambar 10.10.b Tuas tipe pertama ... 123
Gambar 10.11: (a) Tuas Tipekedua; (b) Bagian kaki manusia sebagai contoh pesawat sederhana tuas tipe kedua ... 124
Gambar 10.12: (a) Pengungkit kelas tiga; (b).Bagian lengan manusia sebagai contoh pesawat sederhana jenis tuas Tipe ketiga ... 124
Gambar 10.13 tuas tipe pertama ... 125
Gambar 10.14. Benda yang dipindah melalui bidang miring ... 125
Gambar 10.15 seorang anak yang sedang menarik beban menggunkan katrol ... 126
Gambar 11.1 Gaya yang mengakibatkan terjadinya perpindahan ... 129
Gambar 11.2 Gaya pada benda yang membentuk sudut dengan arah
perpindahan ... 129
Gambar 11.2 Foto makanan yang merupakan contoh energi kimia ... 131
Gambar 11.3 perubahan energi listrik menjadi energi panas... 132
Gambar 11.4 Energi Mekanik ... 132
Gambar 11.5. Contoh energi potensial ... 133
Gambar 11.6. Energi Pegas ... 134
Gambar 11.7. mobil bergerak ... 136
Gambar 12.1. Cahaya dapat merambat lurus ... 140
Gambar 12.2. Cahaya dapat menembus benda bening ... 141
Gambar 12.3. Cahaya dapat dipantulkan ... 141
Gambar 12.3. Hukum Pemantulan Cahaya ... 142
Gambar 12.4. Pemantulan Baur (difus) ... 142
Gambar. Pemantulan Teratur ... 143
Gambar 12.5 Divergen ... 143
Gambar 12.6 Konvergen ... 143
Gambar 12.7. berkas cahaya sejajar ... 143
Gambar 12.8. Cahaya dapat di biaskan ... 144
Gambar 12.9. Pembiasan cahaya... 144
Gambar 12.10. Cahaya dapat diuraikan ... 145
Gambar 12. 11. Sifat bayangan cermin datar ... 146
Gambar 12.12. pemantulan konvergen ... 147
Gambar 12.13. Sinar istimewa pada cermin cekung ... 147
Gambar 12.14. Pemantulan yang bersifa divergen ... 149
Gambar 12.15. sinar-sinar istimewa pada cermin cembung ... 150
Gambar 12.16. pembentukan bayangan pada cermin cembung ... 150
gambar 12.17. sinar istimewa lensa cekung ... 151
gambar 12.18. ruang benda pada cermin cekung ... 151
gambar 12.19. sifat bayangan pada lensa cekung... 152
BAB I
RUANG LINGKUP SAINS DASAR (Yosefina Uge Lawe, S. Si, M.Pd.)
A. Pendahuluan
Pengertian atas istilah sains sebagai ilmu pengetahuan alam sangat beragam. Sains diartikan sebagai bangunan atau deretan konsep yang saling berhubungan sebagai hasil dari percobaan dan observasi yang bermanfaat serta cara bagaimana atau metode untuk memperolehnya.
Pengertian sains menurut beberapa ahli yaitu:
1. Einstein & Enfield (dalam Howe & Jones, 1993:7) defenisi sains adalah:
Science is not just a collection of laws, a catalogue of unrelated facts. It is a creation of the humand mind, with is freely invented ideas and concepts.
Physical theories try to form a picture of reality and to establish its connection with the wide world of sense impressions.
2. Trowbridge & Bybee (dalam Patta Bundu, 2006:9) yaitu:
”...menjelaskan bahwa sains adalah tubuh pengetahuan, dibentuk oleh proses penemuan terus menerus dan orang-orang yang terlibat didalam kegiatan ilmiah”.
3. Mattews (dalam Martin, et al, 2005:11) dimana sains terdiri dari enam pengertian yaitu;
a. Science is human construct and human activity b. Science is bound by history
c. Changes over time
d. Has theories that are underdetermined by empirical evidence e. Has a knowledge base that is not absolute
f. Has methods and methodology that change over time g. Deals in abstractions and ideals
h. Has research agendas that are influenced by social interests and ideology i. In order to be learned, requires that children be attentive and
intellectually engaged
Berdasarkan uraian diatas dapat diartikan bahwa sains merupakan bagian dari aktvitas manusia, sejarah, perubahan waktu, teori yang bersifat empiris, sebagai dasar pengetahuan yang
absolute, suatu metode, abstak, ideologi dan minat sosial dalam riset pengetahuan serta untuk dipelajari oleh anak-anak.
4. Collette,1994:33-41 dapat diartikan kedalam 3 bagian yaitu;
a. Sains sebagai cara untuk berpikir (science as a way of thinking) Sains sebagai suatu proses berpikir terdiri dari 4 bagian yaitu:
1) Hipotesis (Hypothesis) 2) Observasi (observation) 3) Eksperimen (Experimentation)
4) Mengelolah data dengan menggunakan angka.
b. Sains sebagai cara untuk melakukan penyelidikan (science as a way of investigating)
c. Sains sebagai kumpulan pengetahuan (Science as a body of knowledge)
Oleh karena itu, sains didefenisikan sebagai kumpulan pengetahuan yang tersusun secara sistematis, sains adalah pengetahuan manusia tentang alam yang diperoleh dengan cara terkontrol. Penjelasan ini mengandung makna bahwa sains sebagai produk dan pengetahuan manusia sebagai proses dalam cara mendapatkan pengetahuan tersebut.
Pada hakikatnya sains adalah suatu cara untuk bekerja dan cara untuk mendapatkan fakta atau ilmu sistematis yang dirumuskan serta hubungan gejala-gejala kebendaan yang didasarkan terutama atas pengamatan dan induksi.
Menurut Patta Bundu (2006: 9), sains dapat dilihat dari empat aspek yaitu:
1. Sains sebagai Ilmu
Secara umum sekurang-kurangnya mencakup 3 aspek yaitu aspek aktifitas, metode dan pengetahuan. Ketiga aspek tersebut merupakan kesatuan logis yang mesti ada secara berurutan.
Artinya keberadaan dan perkembangan ilmu harus diusahakan dengan adanya aktifitas manusia dan aktivitas harus dilaksanankan dengan menggunakan metode tertentu dan akhirnya aktivitas metodis tersebut akan menghasilkan pengetahuan yang sistematis.
Dengan pengertian seperti itu maka sains dapat digambarkan sebagai suatu segitiga sama sisi dimana masing-masing titik sudutnya merupakan aktivitas, metode dan pengetahuan. Sains sebagai suatu metode dapat berbentuk:
a. Pola prosedural yang meliputi pengamatan, pengukuran, deduksi, induksi, analisis, sintesis dll.
b. Tata langkah yaitu urutan proses yang diawali dengan penentuan masalah perumusan hipotesis, pengumpulan data, penarikan kesimpulan dan pengujian hasil.
2. Sains sebagai produk
Sebagai suatu produk sains merupakan kumpulan pengetahuan yang tersusun dalam bentuk fakta, konsep, prinsip, hukum dan teori.
a. Fakta diperoleh dari hasil observasi secara intensif dan kontinu/ terus menerus.
b. Konsep dalam sains dinyatakan sebagai abstraksi tentang benda atau peristiwa alam.
c. Prinsip adalah generalisasi tentang hubungan antara konsep- konsep yang berkaitan.
Ada tiga kriteria yang harus dipenuhi oleh suatu teori didalam sains, yaitu:
a. Mampu menjelaskan fenomena yang terjadi melalui pengamatan (observasi)
b. Mampu menjelaskan peristiwa yang akan terjadi (prediksi) c. Dapat diuji kebenarannya melalui percobaan-percobaan yang
sejenis (eksperimen) 3. Sains sebagai proses
Pengkajian sains sebagai proes disebut juga ketrampilan proses sains (science process skills) atau disingkat saja dengan proses sains. Proses sains adalah sejumlah ketrampilan untuk mengkaji fenomena alam dengan cara-cara tertentu untuk memperoleh ilmu dan pengembangan ilmu itu selanjutnya. Dengan keterampilan proses siswa dapat mempelajari sains sesuai dengan apa yang para ahli sains lakukan, yakni melalukan pengamatan, klasifikasi, inferensi, merumuskan hipotesis dan melakukan eksperimen.
4. Sains sebagai sikap ilmiah
Menurut AAAS (American Association for Advancement of Science, 1993) ada empat sikap yang perlu ditekankan untuk tingkat Sekolah Dasar (dalam Patta Bundu, 2006:40) yakni:
a. Sikap kejujuran (honesty) b. Sikap keingintahuan (curiositiy) c. Sikap keterbukaan (open minded)
d. Sikap ketidakpercayaan atau keragu-raguan (skepticism).
Sikap ilmiah berkaitan erat dengan kegiatan sains yang dilaksanakan disekolah. Sikap ilmiah (science attitude) harus dibedakan dengan sikap terhadap sains (attitude towards science). Sikap ilmiah adalah aspek tingka laku yang tidak dapat diajarkan melalui satuan pelajaran tertentu, tetapi merupakan tingka laku (mindurand effect) yang ditangkap melalui contoh-conto positif yang harus didukung, dipupuk dan dikembangkan sehingga dapat dimiliki siswa. Salah satu tujuan pengembangan sikap ilmiah adalah untuk menghindari munculnya sikap negatif dalam diri siswa.
Pembelajaran sains yang ideal tidak bisa lepas dari apa hakikat sains dan apa hakikat pembelajaran sains. Hakikat sains akan mewarnai atau menjiwai hakikat pembelajaran sains. Pembelajaran sains yang ideal tentunya dapat memfasilitasi pengembangan seluruh aspek yang tercakup dalam hakikat sains.
Dengan demikian siswa diarahkan untuk menemukan sendiri berbagai fakta, membangun konsep, dan nilai-nilai baru yang diperlukan untuk kehidupannya. Pelajaran sains merupakan suatu pelajaran yang dipelajari di sekolah karena dengan belajar sains siswa dapat mengerti, memahami alam secara sistematis dan dapat menjadi wahana bagi siswa untuk mempelajari dirinya sendiri dan alam sekitarnya dengan dibekali kemampuan tentang cara mengetahui dan cara mengerjakan. Belajar sains bukan hanya untuk memahami konsep-konsep ilmiah dan aplikasinya dalam masyarakat melainkan juga untuk mengembangkan berbagai keterampilan. Pembelajaran sains tidak lain merupakan proses konstruksi pengetahuan melalui aktifitas berpikir anak.
B. Tujuan dan Fungsi Mata Kuliah Sains Dasar
Sesuai dengan deskripsi mata kuliah Sains dasar, maka tujuan memmpelajari Sains dasar ini adalah untuk mengetahui semua prilaku alam semesta yang bermanfaat bagi kehidupan manusia.
Secara garis besar rumusan tujuan tersebut dapat dirinci sebagai berikut:
1. Meningkatkan iman dan taqwa kepada Tuhan Yang Maha Esa, melalui pemahaman tentang eksitensi dan hakekat alam semesta 2. Meningkatkan kesadaran tentang keterkaitan antara kehidupan
manusia dengan alam dan lingkungan
3. Meningkatkan wawasan tentang alam dan lingkungan yang memberikan kekuatan bagi sumber-sumber kemakmuran masyarakat
4. Meningkatkan kecintaan akan sumber-sumber alam dan lingkungan
5. Menempatkan nilai-nilai sumber daya alam dan lingkungannya sebagai pendorong semengat ilmiah dalam kaitan dengan perkembangan IPTEK
6. Mengembangkan kemampuan pribadi untuk berkehidupan bermasyarakat terutama dalam bidang kekaryaan dan profesi 7. Mampu berpikir secara rasional, sistematis dan bersikap
professional dalam menyelesaikan masalah kehidupan
8. Berjiwa besar dan mampu menerima pendapat orang lain secara logis dan ilmiah
9. Memupuk rasa tanggungjawab terhadap sumber daya alam dan lingkungan
10. Mengembangkan interaksi yang selaras antara disiplin ilmu eksak dan non eksak
Selain itu fungsi Sains Dasar adalah untuk memecahkan masalah yang dihadapi manusia baik pada saat berintegrasi dengan sesama manusia maupun ketika berinteraksi dengan lingkungannya. Pemecahan masalah yang digunakanpun dengan memanfaatkan Sumber Daya Alam (SDA) yang ada dan dengan memperhatikan dampak yang terjadi baik positif maupun negative. Secara keseluruhan terlihat bahwa fungsi Sains Dasar itu adalah untuk meningkatkan kesejahteraan umat manusia baik lahir maupun batin.
C. Kegunaan Mata Kuliah Sains Dasar
Sejalan dengan fungsi Sains Dasar adalah untuk memecahkan masalah dikalangan masyarakat anusia sekaligus meningkatkan kesejahteraan lahir dan batin, maka dalam pelaksanaannya akan terkait dengan beberapa aspek kehidupan manusia itu sendiri.
Beberapa contoh dibawah ini dapat digunakan sebagai gambaran tentang pentingnya sains dasar dalam pengembangan ilmu pengetahuan.
1. Bidang teknologi komunikasi dan informasi 2. Bidang pangan dan perbaikan gizi
Dalam bidang pangan dan gizi, peran sains cukup besar baik dari segi peningkatan penyediaan pangan, penganekaragaman pola konsumsi masyarakat, maupun dalam peningkatan status gizi masyarakat serta mengurangi berbagai jenis penyakit akibat kekurangan gizi
3. Bidang Bioteknologi
Kehidupan manusia modern yang bercirikan kemajuan dan penguasaan IPTEK meletakan bioteknologi sebagai teknologi terkemuka dan menjadikannya sebagai teknologi harapan untuk menghasilkan produk dan jasa bagi kesejahteraan umat manusia.
Dalam hal ini penerapan bioteknologi yang menguntungkan suatu Negara dan masyarakat adalah bioteknologi yang dapat digunakan secara langsung untuk mengtasi berbagai hal antara lain:
a. Upaya peningkatan gizi
b. Penceghan dan pengobatan berbagai penyakit c. Pemeliharan lingkungan agar aman bgi kehidupan
d. Upaya pengembangan efisiensi produksi pangan, hewani seperti susu, keju dan daging
e. Industry hutan f. Industry obat-obatan g. Vaksinasi
h. Energy
Untuk dapat berkembangnya bioteknologi secara baik diperlukan kemampuan penguasaan dalam bidang biologi, mikrobiologi, biokimia, genetika, fisika, kimia dan rekayasa yang secara bersamaan mampu menguak tabir misteri kehidupan dan organisasi dari mahluk hidup
4. Bidang lainnya
Selain manfaat yang dibahas pada bidang-bidang tersebut diatas masih banyak manfaat Sains Dasar yang lain bagi kehidupan manusia, misalnya:
a. Bidang kedokteran dan pengobatan yaitu dengan memanfaatkan sinar rontgen dalam mendiagnosis suatu penyakit atau memanfaatkan sinar guna memecahkan batu ginjal dan lain-lain
b. Bidang pertanian, yakni melakukan penelitian secara intensif guna mempelajari pertumbuhan tanaman pangan agar lebih cepat dengan produktivitas yang tinggi
c. Bidang teknik, pemanfaatan computer untuk berbagai keperluan baik kesehatan, geofisika maupun untuk kepentingn lainnya
d. Bidang industry, peran ilmu dasar cukup besar dalam menunjang keberadaan industry seperti industry plastic, kontruksi alat bangunan, komunikasi dibawah permukaan laut dan lain-lain
D. Rangkuman
1. Sains sebagai Ilmu. Secara umum sekurang-kurangnya mencakup 3 aspek yaitu aspek aktifitas, metode dan pengetahuan. Ketiga aspek tersebut merupakan kesatuan logis yang mesti ada secara berurutan.
2. Sains sebagai produk. Sebagai suatu produk sains merupakan kumpulan pengetahuan yang tersusun dalam bentuk fakta, konsep, prinsip, hukum dan teori.
3. Sains sebagai proses. Pengkajian sains sebagai proes disebut juga ketrampilan proses sains (science process skills) atau disingkat saja dengan proses sains.
4. Sains sebagai sikap ilmiah. Menurut AAAS (American Association for Advancement of Science, 1993) ada empat sikap yang perlu ditekankan untuk tingkat Sekolah Dasar.
5. Tujuan Mata Kuliah Sains Dasar: Meningkatkan iman dan taqwa kepada Tuhan Yang Maha Esa, melalui pemahaman tentang eksitensi dan hakekat alam semesta. Meningkatkan kesadaran tentang keterkaitan antara kehidupan manusia dengan alam dan lingkungan. Meningkatkan wawasan tentang alam dan lingkungan yang memberikan kekuatan bagi sumber-sumber kemakmuran masyarakat. Meningkatkan kecintaan akan sumber-sumber alam dan lingkungan.Menempatkan nilai-nilai sumber daya alam dan lingkungannya sebagai pendorong semengat ilmiah dalam kaitan dengan perkembangan IPTEK. Mengembangkan kemampuan pribadi untuk berkehidupan bermasyarakat terutama dalam bidang kekaryaan dan profesi. Mampu berpikir secara rasional, sistematis dan bersikap professional dalam menyelesaikan masalah
kehidupan. Berjiwa besar dan mampu menerima pendapat orang lain secara logis dan ilmiah. Memupuk rasa tanggungjawab terhadap sumber daya alam dan lingkungan. Mengembangkan interaksi yang selaras antara disiplin ilmu eksak dan non eksak.
6. Kegunaan Sains di bidang Telekomunikasi, pangan dan perbaikan gizi, bioteknologi dan lain sebagainya.
E. Latihan
1. Jelaskan pengertian sains menurut para ahli 2. Jelaskan dan sertai contoh sains sebagai ilmu 3. Jelaskan dan sertai contoh sains sebagai proses 4. Jelaskan dan sertai contoh sains sebagai produk 5. Jelaskan dan sertai contoh sains sebagai sikap ilmiah
BAB II
BESARAN DAN PENGUKURAN (Maria Yuliana Kua, M.Pd.)
A. Pendahuluan
Dalam kehidupan manusia tidak terlepas dari berbagai hal untuk proses kehidupan, manusia selalu melakukan berbagai aktivitas dalam menunjang kehidupan. Aktivitas manusia tidak terlepas dari bagaimana mengukur dan menghitung berbagai macam objek pengetaahuan yang di alami setiap hari.
Pada materi kali ini kita akan berbicara tentang besaran dan satuan, besaran pokok dan besaran turunan, bagaimana mengukur dengan satuan baku dan satuan tidak baku, bagaimana mengetahui besarab pokok serta satuan dan lambang satuan serta menulis dimensi dan notasi ilmiah.
B. Besaran dan Satuan 1. Besaran
Dalam ilmu fisika, besaran diartikan sebagai sesuatu yang dapat diukur, memiliki nilai, dan memiliki satuan. Contohnya panjang, massa, waktu, suhu, dan sebagainya. Sedangkan sesuatu yang tidak dapat diukur, tidak memiliki nilai, dan tidak memiliki satuan tidak termasuk dalam besaran. Contohnya sedih, gembira, marah, setia, dan sebagainya.
2. Satuan
Satuan digunakan sebagai pembanding dalam sebuah kegiatan pengukuran yang kita lakukan. Pengukuran sendiri adalah kegiatan mengukur besaran fisika dari sebuah benda, sementara mengukur adalah adalah kegiatan membandingkan suatu besaran dengan satuan. Jenis-jenis satuan diantaranya adalah satuan baku dan satuan tidak baku.
a. Satuan Baku
Satuan baku adalah satuan yang telah diakui dan disepakati pemakaiannya secara internasional atau yang biasa disebut dengan satuan internasional (SI). Contohnya satuan meter, kilogram, dan detik. Sistem SI terbagi menjadi dua macam yaitu (1) sistem MKS yang merupakan cara
menyatakan besaran dengan menggunakan satuan meter, kilogram, dan sekon, dan (2) sistem CGS yang merupakan cara menyatakan besaran dengan menggunakan satuan centimeter, gram, dan sekon.
b. Satuan Tidak Baku
Satuan tidak baku merupakan satuan yang tidak diakui secara internasional. Satuan ini hanya digunakan di suatu wilayah tertentu. Contoh jengkal, depa, hasta, kaki, langkah, dan sebagainya.
C. Besaran Pokok
Besaran pokok merupakan besaran yang dapat berdiri sendiri atau tidak tersusun atas besaran lain dan satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu. Besaran pokok dijadikan dasar bagi besaran lain dan dapat diukur secara langsung. Besaran pokok dinyatakan dengan satuan pokok atau satuan dasar. Terdapat tujuh besaran pokok yang disajikan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Besaran Pokok
No Besaran Satuan Simbol
1 Panjang Meter m
2 Massa Kilogram kg
3 Waktu Sekon s
4 Suhu Kelvin K
5 Kuat arus listrik Ampere A 6 Intensitas cahaya Candela cd
7 Jumlah zat Mole mol
D. Besaran Turunan
Besaran turunan merupakan besaran yang tidak dapat berdiri sendiri atau besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Perhatikan contoh berikut:
1. Kecepatan
Kecepatan merupakan besaran turunan. Besaran kecepatan v diturunkan dari besaran besaran pokok panjang dan waktu, yaitu perpindahan(x)dibagi waktu (t)yang dirumuskan:
t v x 2. Massa jenis
Massa jenis juga merupakan besaran turunan. Massa jenis diturunkan dari besaran pokok massa dan panjang, yaitu massa
)
(m dibagi volume(V). Volume sendiri diturunkan dari besaran panjang. Massa jenis dirumuskan:
V
m
Contoh besaran turunan lainnya disajikan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Besaran Turunan
No Besaran Satuan Simbol
1 Luas meter2 m2
2 Gaya kilogram meter/sekon2 kgm/s2
3 Kelajuan meter/sekon m/s
4 Percepatan meter/sekon2 m/s2
5 Energi kilogram meter2/sekon2 kgm2/s2 E. Sistem Satuan Internasional
Pada dasarnya baik besaran pokok maupu besaran turunan selalu disertai dengan satuan. Setiap besaran mempunyai satuan tertentu yang berbeda dengan satuan dari besaran lain. Satuan-satuan pada besaran pokok merupakan satuan yang digunakan secara internasional yang disebut Sistem Satuan Internasional dan disingkat SI. Mengapa diperlukan sistem satuan internasional? Hal yang mendasari ini adalah agar semua orang mempunyai standar yang sama dalam pengukuran. Kita memang dapat melakukan pengukuran panjang buku menggunakan jengkal, akan tetapi akan sulit menentukan secara tepat panjang buku tersebut karena panjang jengkal tangan setiap orang tidaklah sama. Untuk mengatasi permasalahn tersebut maka digunakanlah Sistem Satuan Internasional yang dalam bahasa Inggris disebut International System of Unit atau dalam bahasa Prancis disebut le System International d’unites. Sistem ini merupakan hasil konferensi umum para ilmuwan tentang Berat dan Ukuran atau CGPM (Conference General de Poids et Measures) ke -14 tahun 1971 di Paris, Prancis.
1. Panjang Baku
Standar satuan panjang adalah meter. 1 meter standar merupakan panjang gelombang yang dihasilkan oleh gas Kripton berwarna merah jingga untuk bergetar 1.650.763,73 kali.
2. Massa Baku
Satuan untuk massa adalah gram. Standar satuan massa adalah sebuah silinder platinum iridium yang diletakkan di Lembaga Berat dan Ukuran Internasional, dan sebagai perjanjian internasional disebut sebagai massa sebesar 1 kilogram.
3. WaktuBaku
Satuan untuk waktu adalah sekon. I sekon didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan atom cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.
4. Suhu Baku
Satuan suhu dinyatakan dengan derajat, baik derajat Celcius (oC), Fahrenheit (oF), Reamur (oR), atau Kelvin (K) tergantung pada jenis termometer yang digunakan untuk mengukur suhu atau derajat panas suatu benda. Dalam Fisika satuan suhu yang biasa digunakan adalah Kelvin.
5. Kuat Arus Listrik Baku
Satuan kuat arus listrik adalah Ampere.Kuat arus listrik dikatakan 1 ampere jika muatan sebesar 1 Coulomb mengalir dalam kawat konduktor setiap sekon.
6. Intensitas Cahaya Baku
Satuan intensitas cahaya adalah candela. Candela menyatakan energi cahaya per waktu (daya) setiap satu satuan sudut ruang.
7. Jumlah Zat Baku
Satuan untuk banyak molekul zat adalah mol (mole). 1 mol menyatakan jumlah partikel dalam suatu zat yang sama jumlahnya dengan banyaknya partikel dalam 12 gram atom C-12 (karbon-12).
Jumlah partikel/atom dalam 12 gram atom C-12 adalah 6,02 X 1023 partikel. Jumlah partikel ini disebut dengan tetapn Avogadro dan dilambangkan dengan huruf L.
F. Konversi Satuan
Dalam melakukan operasi suatu besaran, baik penjumlahan, pengurangan, perkalian, ataupun pembagian sering kita mengalami kesulitan ketika satuan dari besaran tersebut tidak sama. Contohnya
ketika akan menjumlahkan dua buah besaran kecepatan 36 km/jam + 15 m/s. Penjumlahan tersebut tidak dapat dilakukan sebelum melakukan konversi salah satu satuan dari besaran satu ke satuan besaran lain agar satuannya menjadi sama. Nilai besaran 36 km.jam dapat dikonversi menjadi m/s dengan cara sebagai berikut:
1 km = 1000 m 1 jam = 3600 s
Maka 36 km/jam = 10m/s
s 3600
m 36000 s
3600 m x 1000
36
Selanjutnya akan mudah menjumlah kedua kecepatan tersebut:
10 m/s + 15 m/s = 25 m/s
Jenis-jenis konversi satuan adalah sebagai berikut:
1. Konversi Satuan Panjang
Mengkonversi satuan panjang berarti mengubah suatu satuan panjang ke satuan panjang lainnya.
Contoh:
1 km = 10 hm = 100 dam = 1000 m = 10.000 dm = 100.000 cm
= 1.000.000 mm 2. Konversi Satuan Massa
Mengkonversi satuan massa berarti mengubah suatu satuan massa ke satuan massa lainnya.
Contoh:
a. 1 ton = 1000 kg b. 1 ton = 10 kuintal c. 1 kuintal = 100 kg d. 1 kg = 2 pon e. 1 pon = 5 ons f. 1 kg = 10 ons
g. 1 miligram = 0,001 gram 3. Konversi Satuan Waktu
Mengkonversi satuan waktu berarti mengubah suatu satuan waktu ke satuan waktu lainnya.
Contoh:
a. 1 hari = 24 jam b. 1 jam = 60 menit c. 1 menit = 60 sekon 4. Konversi Satuan Luas
Satuan luas selalu diakhiri dengan kata persegi, seperti meter persegi. Kata meter persegi dapat ditulis m2.
Contoh:
a. 1 dam2 = 100 m2 b. 1 km2 = 1.000.000 m2 5. Konversi Satuan Volume
Satuan volume selalu diakhir dengan kata kubik seperti meter kubik atau pangkat 3. Kata meter kubik dapat ditulis m3.
Contoh:
a. 1 dam3 = 103 m3 b. 1 cm3 = 10-6 m3 6. Konversi Satuan Tekanan
Sata besaran tekanan sering digunakan untuk megukur kekuatan dari suatu cairan atau gas.
Contoh:
a. 1 atm (atmosfer) = 1,013 Bar b. 1 atm = 14,689 Psi
c. 1 atm = 101.300 Pascal G. Notasi Ilmiah
Dalam fisika, sering dijumpai bilang yang sangat kecil atau sangat besar. Contohnya massa elektron kira-kira sebesar 0,000000000000000000000000000000911 kg dan massa planet Jupiter kira-kira mencapai 669.800.000.000.000.000.000.000.000.000 kg. Jika ditulis dengan cara seperti di atas tentu akan sangat menyulitkan karena memakan banyak tempat sehingga menjadi tidak efisien. Untuk mengatasi masalah tersebut dapat menggunakan notasi ilmiah atau notasi baku. Notasi ilmiah merupakan cara menuliskan suatu bilangan dalam bentuk:
a,… X 10n di mana:
a adalah bilangan asli dari 1 sampai 9 (bilangan penting) n adalah pangkat, dengan n adalah bilangan bulat (orde)
Berdasarkan notasi tersebut, maka massa ekektron di atas dapat ditulis 9,11 X 10-31 kg sedangkan massa Jupiter adalah 6,698 X 1029 kg. Untuk mencari a dan n dapat dilakukan sengan cara sebagai berikut:
1. Untuk bilangan ≥ 10, beri tanda koma pada akhir bilangan kemudian pindahkan tanda koma desimal ke kiri sampai tertinggal
1 angka (a,…). Hitunglah angka yang terlewati oleh saat memindahkan tanda koma desimal. Jumlah angka yang terlewati merupakan pangkat (n) dan bernilai positif.
2. Untuk bilangan ≤ 1, pindahkan tanda koma desimal ke kanan hingga ke satu angka yang bukan nol. Hitunglah angka yang terlewati saat memindahkan tanda koma tersebut. Jumlah angka yang terlewati merupakan pangkat (n) dan bernilai negatif (-).
Contoh:
Tuliskan dengan notasi ilmiah hasil pengukuran berikut:
a. Besar kecepatan cahaya adalah 300.000.000 m/s.
b. Massa matahari sebesar
1.990.000.000.000.000.000.000.000.000.000 kg.
c. Muatan elektron adalah 0,00000000000000000016 C Penyelesaian:
a. 300.000.000 m/s. = 3,0 X 108 m/s b. 1,99 X 1030 kg
c. 0,00000000000000000016 C = 1,6 X 10-19 C
Untuk menyederhanakan suatu bilangan yang sangat besar maupun sangat kecil, selain dengan notasi ilmiah dapat juga digunakan faktor pengali seperti disajikan pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Faktor Pengali Fakto pengali Nama Awalan Simbol
10-18 atto a
10-15 femto f
10-12 piko p
10-9 nano n
10-6 mikro μ
10-3 mili m
103 kilo K
106 mega M
109 giga G
1012 tera T
1015 peta P
1018 eksa E
Contoh penggunaannya:
1 pikometer = 10-12 m 1 gigawatt = 109 watt 1 miligram = 10-3 gram H. Dimensi
Satuan dari suatu besaran yang telah ditetapkan dalam sistem satuan internasional merupakan ciri khas dari suatu besaran. Selain satuan, ciri khas dari besaran pokok adalah dimensi. Dimensi merupakan cara suatu besaran tersusun atas besaran-besaran pokoknya. Semua besaran dapat ditemukan dimensinya. Dalam fisika, dimensi ditulis dengan huruf-huruf tertentu dalam tanda kurung siku. Dimensi dari 7 besaran pokok disajikan pada Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Dimensi Besaran-besaran Pokok
No Besaran Dimensi
1 Panjang [L]
2 Massa [M]
3 Waktu [T]
4 Suhu [I]
5 Kuat arus listrik [Ɵ]
6 Intensitas cahaya [N]
7 Jumlah zat [J]
Dimensi besaran turunan dapat ditentukan dari rumus besaran turunan yang dinyatakan dalam besaran pokok.
Contoh:
1. Kecepatan adalah hasil bagi perpindahan dengan waktu.
[kecepatan] = [perpindahan] : [waktu]
= [L] : [T]
= [L][T]-1
2. Percepatan adalah hasil bagi kecepatan dengan waktu.
[percepatan] = [kecepatan] : [waktu]
= [L][T]-1 : [T]
= [L][T]-2 I. Kesimpulan
1. Besaran merupakan sesuatu yang dapat diukur, memiliki nilai, dan memiliki satuan.
2. Satuan digunakan sebagai pembanding dalam sebuah kegiatan pengukuran yang kita lakukan. Dua (2) jenis satuan yaitu satuan baku dan tidak baku.
3. Besaran pokok merupakan besaran yang dapat berdiri sendiri atau tidak tersusun atas besaran lain dan satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu.
4. Besaran turunan merupakan besaran yang tidak dapat berdiri sendiri atau besaran yang diturunkan dari besaran pokok.
5. Sistem Satuan Internasional digunakan agar semua orang mempunyai standar yang sama dalam pengukuran. Sistem ini merupakan hasil konferensi umum para ilmuwan tentang Berat dan Ukuran atau CGPM (Conference General de Poids et Measures) ke -14 tahun 1971 di Paris, Prancis.
6. Konversi satuan berarti mengubah salah satu satuan dari suatu besaran ke satuan besaran lain agar satuannya menjadi sama.
7. Notasi ilmiah merupakan cara menuliskan suatu bilangan dalam bentuk a,… X 10n
8. Dimensi merupakan cara suatu besaran tersusun atas besaran- besaran pokoknya.
J. Latihan
1. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut. Dari setiap pernyataan berikut, manakah yang disebut besaran dan manakah yang disebut satuan?
a. Aris memeli aki yang dapat menghasilkan arus 25 ampere.
b. Hasil pemeriksaan suhu tubuh Voni oleh dokter mencapai 37oC.
c. Yoana membeli kalung emas 2,5 gram di toko perhiasan Mas Mur.
2. Lengkapilah tabel di bawah ini:
No Besaran
turunan Rumus Satuan Singkatan
1 Usaha W = F s J
2 P = F A⁄ Pascal atau
newton/meter2
3 Momentum P = mv Kgm/s
4 F = m a N 3. Buktikan bahwa impuls dan momentum adalah dua besaran
vektor yang setara!
4. Selidikilah dengan analisis dimensi apakah persaman a = m F⁄ benar?
5. Dalam persamaan berikut, jarakxdinyatakan dalam meter, waktu tdalam sekon, dan kecepatanvdalam meter/sekon. Tentukanlah Satuan Internasional untuk konstanta C1 dan C2
a. xC2C1t
b. 2
2 2
1C t x c. v2 C1x d. vC2t
BAB III
MATERI DAN PERUBAHAN
(I Komang Wisnu Budi Wijaya, M. Pd.)
A. Pendahuluan
Kita dan segala benda yang ada di sekitar kita pada dasarnya adalah materi. Materi merupakan segala sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang. Materi tersusun dari partikel materi. Partikel materi terdiri dari empat macam yaitu sebagai berikut :
1. Atom merupakan partikel materi yang paling sederhana. Atom terdiri dari proton, neutron dan elektron. Proton adalah partikel sub atom bermuatan positif, neutron bermuatan netral dan elektron bermuatan negatif. Contoh atom misalnya atom besi (Fe), atom karbon (C) dan atom lainnya.
2. Molekul Unsur adalah molekul yang terdiri dari gabungan atom sejenis. Contoh dari molekul unsur misalnya oksigen (O2), hydrogen (H2), klorin (Cl2), bromin (Br2) dan berbagai molekul unsur lainnya.
3. Molekul Senyawa adalah molekul yang tersusun dari atom-atom yang tidak sejenis misalnya air (H2O), glukosa (C6H12O6) dan karbondioksida (CO2).
4. Ion adalah atom atau molekul yang bermuatan listrik. Ion yang bermuatan listrik positif disebut dengan kation. Contoh kation misalnya ion natrium (Na+), ion ammonium (NH4+) dan ion kalsium (Ca2+). Ion yang bermuatan negatif disebut dengan anion.
Contoh anion adalah ion sulfur (S2-), ion sulfat (SO42-), ion hidroksida atau ion basa (OH-) dan ion lainnya. Gambar model partikel atom, molekul unsur, molekul senyawa dan ion nampak seperti pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Struktur Materi B. Klasifikasi Materi
Materi dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa bagian. Untuk lebih jelasnya, klasifikasi materi dapat dilihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Klasifikasi Materi (sumber : www.bisakimia.com)
Pada gambar tersebut dapat dinyatakan bahwa materi dibagi menjadi dua macam yaitu zat murni dan campuran. Zat murni adalah materi yang memiliki komposisi partikel materi sejenis serta memiliki struktur dan karakteristik yang tetap. Campuran adalah gabungan dari beberapa zat murni tanpa melalui reaksi kimia. Zat murni dibagi lagi menjadi dua macam yaitu unsur dan senyawa sedangkan campuran dibagi lagi menjadi dua yaitu campuran homogen dan campuran heterogen.
Penjelasan dari masing-masing bagian itu adalah sebagai berikut:
1. Unsur
Unsur adalah zat tunggal yang paling sederhana dan tidak dapat diuraikan lagi melalui reaksi kimia biasa. Unsur adalah zat tunggal yang partikel materinya dapat berupa atom atau molekul unsur. Contoh unsur yang partikelnya berupa atom misalnya besi, aluminium, karbon dan belerang sedangkan unsur yang partikelnya berupa molekul unsur misalnya gas oksigen, gas hydrogen dan gas klorin.
Dalam ilmu kimia setiap unsur memiliki lambang-lambang tertentu. Lambang unsur dirumuskan oleh Berzelius dengan aturan sebagai berikut:
a. Lambang unsur diambil dari nama Latin unsur tersebut misalnya Besi (Ferum), Emas (Aurum), Perak (Argentum) dan nama Latin unsur lainnnya.
b. Lambang unsur diambil dari huruf pertama pada nama Romawi unsur tersebut dan ditulis dengan huruf capital.
Contoh, karbon memiliki nama LatinCarbon sehingga dilambangkan dengan simbol C.
c. Lambang unsur dapat juga diambil dari huruf pertama nama Romawi dan huruf berikutnya. Namun yang ditulis dengan huruf capital adalah huruf pertama saja dan berikutnya menggunakan huruf kecil. Contoh, unsur besi yang memiliki nama Latin Ferum dilambangkan dengan simbol Fe.
d. Unsur yang terdiri dari molekul unsur maka ditulis dengan lambang unsur dan jumlah atom dalam molekul unsur.
Jumlah atom tersebut ditulis dengan cara subscript. Contoh, unsur Oksigen yang memiliki nama Latin Oksigen dan mengandung dua atom maka dilambangkan dengan O2. Unsur dapat digolongkan menjadi tiga bagian yaitu unsur logam, unsur non logam dan unsur semilogam (metalloid). Unsur logam adalah unsur yang tersusun dari atom-atom yang memiliki kecenderungan untuk melepas electron dan unsur non logam adalah unsur yang tersusun dari atom yang memiliki kecenderungan untuk menerima elektron. Unsur semilogam adalah unsur yang memiliki sifat yang berasal dari logam dan non logam. Pada Tabel berikut akan disajikan perbandingan ciri dari logam, semilogam dan non logam. Perbandingan ciri logam, semilogam dan non logam dapat dilihat pada table 3.1.
Tabel 3.1 Perbandingan Ciri Logam, Semilogam dan Non Logam
No Logam Semilogam Non Logam
1 Umumnya berwujud padat pada suhu kamar kecuali raksa yang berwujud cair
Umumnya
berwujud padat Bisa berwujud padat, cair dan gas
2 Dapat ditempa Dapat ditempa Hanya yang padat yang dapat ditempa
3 Dapat
menghantarkan listrik dan panas (konduktor)
Semikonduktor Sulit
menghantarkan listrik dan panas (isolator)
4 Titik leleh dan
titik didih tinggi Titik leleh dan titik didih berada di antara logam dan non logam
Titik leleh dan titik didih sangat rendah
5 Tersusun atas
atom yang
melepaskan elektron
Tersusun atas
atom yang
menerima elektron
Tersusun dari
atom yang
menerima elektron dan molekul unsur Contoh unsur logam misalnya adalah besi, perak, tembaga, emas, aluminium dan logam lainnya. Sedangkan contoh dari unsur semilogam misalnya silicon, boron, antimon, germanium dan lain sebagainya. Kemudian contoh dari unsur non logam misalnya karbon, belerang, gas oksigen, gas hydrogen dan lain-lain.
2. Senyawa
Senyawa adalah gabungan dari berbagai unsur yang berbeda melalui reaksi kimia. Contoh senyawa dalam kehidupan sehari-hari adalah air (H2O) dan karbondioksida (CO2). Sifat dari senyawa adalah sebagai berikut:
a. Dapat diuraikan menjadi unsurnya melalui reaksi kimia.
Misalnya air (H2O) yang tersusun dari hydrogen (H2) dan oksigen (O2) dapat diuraikan lagi menjadi unsur penyusunnya dengan reaksi sebagai berikut :
2H2O 2H2 + O2
b. Perbandingan unsur dalam suatu senyawa adalah tetap.
Misalnya air (H2O) yang terdiri dari dua atom hydrogen dan oksigen. Artinya, apapun jenis airnya dan dimanapun sumber airnya maka tetap rumus kimianya H2O.
c. Sifat senyawa berbeda dengan unsurnya. Misalnya air (H2O) yang tersusun dari hydrogen dan oksigen. Hidrogen dan oksigen adalah unsur yang mudah terbakar, namun ketika
mereka bereaksi membentuk H2O justru menghasilkan senyawa yang memadamkan kebakaran.
Lambang senyawa menyatakan unsur penyusunnya beserta jumlahnya. Dalam lambang senyawa dikenal dengan istilah koefisien dan indeks. Koefisien adalah angka yang terletak di depan lambang senyawa yang menyatakan jumlah senyawa. Indeks adalah angka yang ditulis secara subscript yang menyatakan jumlah unsur di sebelah kirinya. Untuk lebih memperjelas, maka disajikan seperti pada gambar 3.3.
4H2O
Gambar 3.3 Lambang Senyawa
Angka 4 merupakan koefisien yang artinya terdapat 4 (empat) senyawa H2O. Angka 2 merupakan indeks yang menyatakan bahwa ada 2 (dua) unsur H di dalam satu senyawa H2O.
Sedangkan unsur O tidak memiliki indeks. Jika tidak memiliki indeks artinya jumlah unsur O dalam 1 (satu) senyawa H2O sebanyak 1 (satu) buah.
3. Campuran
Campuran adalah gabungan dari beberapa zat tanpa melalui reaksi kimia. Sifat dari campuran adalah sebagai berikut:
a. Perbandingan penyusun campuran tidak tetap. Misalnya larutan teh yang tersusun dari air, gula pasir dan daun teh.
Setiap orang tentunya memiliki selera yang berbeda dalam membuat teh misalnya si A membuat teh dengan menggunakan air sebanyak 200 mL, gula pasir satu sendok makan dan daun teh dengan celupan lima kali sedangkan si B membuat teh dengan menggunakan air sebanyak 300 mL, gula pasir dua sendok makan dan daun teh dengan celupan tujuh kali. Namun yang dibuat oleh si A dan si B dapat kita
koefisien indeks
sebut larutan teh walaupun komposisi penyusunnya berbeda asal komponen dari penyusun teh sudah ada.
b. Sifat campuran bergantung dari penyusunnya. Misalnya larutan teh dibuat dari air yang berwujud cair, gula pasir yang manis dan daun teh yang memberi warna kemerahan.
Dengan demikian akan dihasilkan larutan teh yang berwujud cair, rasanya manis dan berwarna kemerahan.
Campuran dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu campuran homogen dan campuran heterogen. Campuran homogen adalah campuran yang komponen penyusunnya tidak terlihat misalnya campuran antara air dengan garam atau campuran antara air dengan gula. Campuran heterogen adalah campuran yang komponen penyusunnya masih terlihat misalnya campuran antara minyak dengan air atau campuran antara batu kerikil dengan air.
Komposisi zat dalam campuran ditentukan dengan persen massa. Jadi persen massa zat menyatakan perbandingan massa zat dalam suatu campuran dengan massa campuran secara keseluruhan. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut:
% massa zat = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑧𝑎𝑡
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 x 100%
Misalnya terdapat campuran yang terdiri dari 10 gram garam dan 90 gram air. Maka persen massa garam dalam campuran tersebut adalah:
% massa garam = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑖𝑟+𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚 x 100%
% massa garam = 90 𝑔𝑟𝑎𝑚+10 𝑔𝑟𝑎𝑚10 𝑔𝑟𝑎𝑚 x 100% = 10%
C. Sifat Materi
Materi juga memiliki sifat-sifat tertentu. Sifat materi digolongkan menjadi dua yaitu sifat intensif dan sifat ekstensif. Sifat intensif adalah sifat yang tidak bergantung jumlah misalnya mudah terbakar, mudah membusuk dan mudah berkarat. Dikatakan tidak bergantung jumlah karena berapapun jumlah zat tersebut maka ia tidak kehilangan sifat itu misalnya baik bahan bakar sebanyak 1 (satu) liter maupun 100 (seratus) liter maka ia akan tetap mudah terbakar. Kemudian sifat ekstensif adalah sifat yang bergantung jumlah misalnya massa dan volume.
Literatur lain menyebutkan bahwa sifat materi dibagi menjadi dua macam yaitu sifat fisika dan sifat kimia. Sifat fisika adalah sifat yang diamati dengan panca indera. Beberapa contoh sifat fisika adalah sebagai berikut:
1. Wujud Zat
Wujud zat ada yang padat, cair dan gas. Zat padat memiliki bentuk dan volume yang tetap. Zat cair memiliki bentuk yang tidak tetap atau menyesuaikan dengan tempatnya namun masih memiliki volume yang tetap. Zat gas tidak memiliki bentuk dan volume yang tetap. Bentuk partikel zat padat, cair dan gas adalah dapat dilihat pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Susunan Partikel Materi Berbagai Wujud Zat Gambar tersebut memperlihatkan bahwa zat padat memiliki susunan partikel yang sangat rapat dan teratur dan interaksi antar partikel yang kuat sehingga memiliki bentuk dan volume yang tetap. Sedangkan zat cair susunan partikelnya agak renggang namun masih teratur dan interaksi antar partikel mulai lemah sehingga zat cair hanya memiliki volume yang tetap. Kemudian zat gas susunan partikelnya sangat renggang dan tidak teratur dan interaksi antar partikel sangat lemah sehingga memiliki bentuk dan volume yang tidak tetap.
2. Titik Beku, Titik Leleh dan Titik Didih
Titik beku adalah suhu ketika suatu zat mulai membeku. Titik leleh adalah suhu dimana ketika suatu zat mulai meleleh dan titik didih adalah suhu dimana suatu zat cair mulai mendidih. Mendidih adalah fenomena ketika suatu zat cair yang menguap memiliki tekanan uap yang sama dengan tekanan udara luar atau jumlah partikel zat cair yang menguap dan kemudian mengembun kembali berada pada keadaan kesetimbangan. Titik beku, titik leleh dan titik didih suatu zat berbeda-beda tergantung dari wujud, susunan partikel zat, susunan elektron dan faktor lainnya
3. Daya Hantar Listrik dan Panas
Zat yang mudah menghantarkan listrik disebut dengan konduktor dan sulit menghantarkan listrik disebut dengan isolator.
4. Kelarutan
Kelarutan adalah kemampuan suatu zat untuk larut dalam pelarut tertentu. Suatu zat dapat larut dalam pelarut apabila memiliki kesamaan karakteristik antara zat dengan pelarutnya.
5. Massa Jenis (Kerapatan)
Massa jenis adalah massa suatu zat dalam volume tertentu.
Massa jenis secara matematis dirumuskan dengan persamaan berikut:
ρ = 𝒎𝒗 ρ = massa jenis (kg/m3 atau g/cm3) m = massa (kg atau g)
v = volume (m3 atau cm3)
Sifat kimia berkaitan dengan perubahan kimia yang akan dialami.
Contoh sifat kimia adalah sebagai berikut :
1. Mudah atau sulit terbakar. Contoh materi yang mudah terbakar adalah bahan bakar minyak dan sulit terbakar contohnya air.
2. Mudah atau sulit berkarat. Contoh materi yang mudah berkarat misalnya besi dan sulit berkarat contohnya emas.
3. Mudah atau sulit membusuk. Contoh materi yang mudah membusuk misalnya bahan organik seperti sayuran, buah dan daging. Materi yang sulit membusuk misalnya logam dan bahan plastik.
4. Mudah atau sulit bereaksi. Materi yang mudah bereaksi dikenal dengan materi reaktif misalnya logam natrium, litium dan logam lainnya. Materi yang sulit bereaksi misalnya platina, emas dan karbon.
D. Perubahan Materi
Setiap materi dapat mengalami perubahan. Perubahan materi ada dua macam yaitu perubahan fisika dan perubahan kimia. Perubahan fisika adalah perubahan yang tidak menghasilkan zat baru. Artinya jenis partikel
materi pada zat itu tetap sama yang berubah hanya bentuk, ukuran dan wujud materi saja. Perubahan fisika contohnya adalah sebagai berikut :
1. Perubahan Wujud
Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, materi ada yang berwujud padat, cair dan gas. Materi tersebut dapat berubah menjadi wujud lainnya. Hal itu dikarenakan adanya perubahan suhu. Diagram perubahan wujud dapat dilihat pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 diagram perubahan wujud Sumber : www.kependidikan.com
Perubahan wujud akibat perubahan suhu dapat dijelaskan dengan teori partikel materi. Perubahan wujud yang diakibatkan karena peningkatan suhu adalah mencair, menguap dan menyublim. Pada dasarnya antar partikel materi terdapat gaya interaksi yang bisa berupa gaya London, gaya Van der Waals, ikatan hydrogen dan gaya interaksi lainnya. Ketika suhu dinaikkan maka partikel materi akan mendapatkan tambahan energi kinetik.
Dengan demikian maka partikel tersebut akan bergerak semakin cepat dan acak sehingga gaya antar partikel melemah dan diikuti dengan renggangnya jarak partikel. Dengan demikian terjadilah perubahan wujud baik dari padat menjadi cair atau gas dan dari wujud cair menjadi gas. Demikian pula untuk perubahan wujud karena penurunan suhu yaitu membeku, mengembun dan mengkristal. Ketika suhu diturunkan maka partikel materi akan mengalami penurunan energi kinetik sehingga geraknya menjadi
melambat lalu gaya antar partikel semakin kuat dan antar partikel materi semakin merapat. Sehingga benda berwujud gas bisa menjadi cair atau padat.
2. Perubahan Bentuk
Contoh dari perubahan bentuk misalnya sebatang kayu diubah bentuknya menjadi kursi dan meja.
3. Perubahan ukuran
Contohnya adalah ketika beras ditumbuk menjadi tepung beras.
4. Pelarutan
Contohnya ketika gula dilarutkan dalam air menjadi larutan gula.
Perubahan kimia adalah perubahan yang menghasilkan zat baru.
Zat baru yang dimaksud disini adalah susunan partikel materi dan jenis partikel materi yang menyusun zat ini berbeda dengan zat sebelumnya.
Perubahan kimia disebut juga reaksi kimia. Dalam reaksi kimia dikenal istilah reaktan dan produk. Reaktan adalah zat yang mengalami reaksi dan produk adalah zat hasil reaksi kimia. Beberapa contoh perubahan kimia adalah sebagai berikut:
1. Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi antara materi dengan gas oksigen dengan memanfaatkan api. Hasil pembakaran umumnya bisa berupa gas, panas atau energi. Pembakaran ada dua macam yaitu pembakaran sempurna dan pembakaran tak sempurna.
Pembakaran sempurna adalah pembakaran yang menghasilkan gas karbondioksida (CO2) sedangkan pembakaran tidak sempurna adalah pembakaran yang menghasilkan gas karbonmonoksida (CO). Contoh reaksi pembakaran sempurna dan tidak sempurna gas butana (C4H10) adalah sebagai berikut:
2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O (sempurna) 2C4H10 + 9O2 8CO + 10H2O (tidak sempurna)
2. Perkaratan (Korosi)
Perkaratan atau korosi adalah pelapukan yang terjadi pada besi akibat kontak besi dengan udara bebas atau dengan air. Hasil
kontak itu kemudian menghasilkan senyawa besi (III) oksida (Fe2O3). Reaksi perkaratan adalah sebagai berikut:
4Fe + 3O2 + 6H2O 4Fe(OH)3
4Fe(OH)3 2Fe2O3. nH2O + (n-1)H2
Perkaratan dapat dicegah dengan berbagai cara misalnya penambahan oli, pengecatan atau pelapisan besi dengan logam lain. Contoh pencegahan karat dengan penambahan oli dapat kita lihat pada rantai sepeda gayung dan motor, kemudian pengecatan dapat kita lihat pada pegangan jembatan dan tangga serta tiang listrik. Besi untuk mencegah karat biasanya dilapisi dengan logam lain misalnya nikel, krom dan aluminium.
3. Fermentasi
Fermentasi adalah reaksi kimia dengan bantuan mikroorganisme dan memberikan manfaat bagi manusia.
Contohnya pada pembuatan tape, kecap dan tauco. Reaksi fermentasi pada pembuatan tape adalah sebagai berikut:
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Masih banyak contoh perubahan kimia di sekitar kita misalnya fotosintesis, pembusukan, pengenziman dan oksidasi.
Perubahan kimia umumnya memiliki cirri adanya perubahan warna, perubahan suhu, pembentukan endapan dan adanya gas.
E. Simpulan
1. Atom merupakan partikel materi yang paling sederhana. Atom terdiri dari proton, neutron dan elektron. Proton adalah partikel sub atom bermuatan positif, neutron bermuatan netral dan elektron bermuatan negatif. Contoh atom misalnya atom besi (Fe), atom karbon (C) dan atom lainnya.
2. Molekul Unsur adalah molekul yang terdiri dari gabungan atom sejenis. Contoh dari molekul unsur misalnya oksigen (O2), hydrogen (H2), klorin (Cl2), bromin (Br2) dan berbagai molekul unsur lainnya.
3. Molekul Senyawa adalah molekul yang tersusun dari atom-atom yang tidak sejenis misalnya air (H2O), glukosa (C6H12O6) dan karbondioksida (CO2).
4. Ion adalah atom atau molekul yang bermuatan listrik. Ion yang bermuatan listrik positif disebut dengan kation. Contoh kation
misalnya ion natrium (Na+), ion ammonium (NH4+) dan ion kalsium (Ca2+). Ion yang bermuatan negatif disebut dengan anion. Contoh anion adalah ion sulfur (S2-), ion sulfat (SO42-), ion hidroksida atau ion basa (OH-) dan ion lainnya. Gambar model partikel atom, molekul unsur, molekul senyawa dan ion.
F. Latihan
1. Jelaskan klasifikasi materi
2. Jelaskan di sertai gambar materi padat,cair dan gas 3. Jelaskan perubahan wujud zat
4. Jelaskan sifat materi 5. Jelaskan perubahan materi
BAB IV
GERAK DAN PERPINDAHAN (Aloisius Harso, S. Si, M.Pd.)
A. Pendahuluan
Segala sesuatu dibumi ini pasti bergerak. Manusia dalam kesehariannya selalu bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain.
Ketika manusia bernapas maka dada akan mengembang dan mengempis sehingga dapat dikatakan dada kita bergerak. Masih banyak contoh gerak dalam kehidupan sehari-hari.
Bila seseorang siswa melihat sebuah mobilsedang melintas didepannya, maka mobil tersebut dapat katakan bergerak. Demikian halnya dengan penumpang atau pengemudi yang berada di dalam mobil, baik tempat duduk maupun orangnya dapat katakan bergerak. Namun jika siswa tadi berada didalam mobil, maka siswa tersebut akan mengatakan bahwa mobil tidak bergerak, sedangkan benda-benda yang ada di luar mobil itu kita katakan bergerak. Jadi, gerak benda-benda di luar mobil, seperti pohon, tiang listrik, dan tiang telepon dinamakan gerak semu. Sedangkan yang sebenarnya terjadi adalah mobil yang ditumpangi siswa bergerak mendekati atau menjauhi benda-benda tersebut. Benda dikatakan bergerak bila posisi atau kedudukan benda tersebut berubah terhadap titik acuan, namun jika benda tidak mengalami perubahan posisi (selalu tetap) dari titik acuanmaka benda dikatakan diam.
1. Titik acuan dan posisi a. Titik acuan
Titik acuanadalah suatu titik yang dianggap tidak bergerak atau diam yang merupakan suatu titik yang merupakan standar perhitungan terhadap benda yang akan ditinjau. Dalam ilmu fisika, sering menggunakan sumbu koordinat kartesius dan menganggap titik 0 sebagai titik acuan. Sistem Koordinat Kartesius dapat dilihat pada gambar 4.1.
Gambar 4.1 Sistem koordinat kartesius Dari Gambar 4.1 menunjukan bahwa
Pada sumbu x:
1) Posisi di sebelah kanan titik 0 memiliki koordinat x positif 2) Posisi di sebelah kiri titik 0 memiliki koordinat x negative Pada sumbu y:
1) Posisi di atas titik 0 memiliki koordinat y positif 2) Posisi di bawah titik 0 memiliki koordinat y negative b. Posisi
Posisi adalah letak atau kedudukan suatu benda terhadap titik acuan. posisi suatu benda ditentukan oleh jarak yang terukur dari titik acuan. Posisi suatu benda pada koordinat kartesius dapat dilihat pada gambar 4.2.
Gambar 4.2. Posisi suatu benda pada koordinat kartesius
