Satuan Pendidikan : SMA
Kelas : XI (sebelas)
Semester : 1 (satu)
Program Keahlian : IPA
Mata Pelajaran : Fisika
1. Bacalah do’a sebelum mengerjakan Lembar Kerja Siswa (LKS) ini.
2. Pelajari materi secara seksama dengan menumbuhkan sikap gemar membaca
3. Temukanlah dengan rasa ingin tahu yang tinggi integrasi dari Matematika, Sains, Teknologi, Bencana alam dan Karakter mulia (MSTBK) pada LKS ini
4. Duduklah berkelompok dengan menciptakan situasi yang bersahabat dan disiplin
5. Kerjakanlah latihan yang ada dengan teman sekelompok ananda dengan penuh tanggung jawab dan jujur.
6. Presentasikan hasil diskusi didepan kelas dengan bahasa yang komunikatif
1. Pengertian getaran
2. Persamaan persamaan simpangan, sudut fase, fase getaran, persamaan kecepatan dan persamaan percepatan pada gerak harmonik sederhana
3. Relevansi karakteristik getaran dengan sains lainnya 4. Relevansi karakteristik getaran dengan teknologi 5. Relevansi karakteristik getaran dengan bencana alam
1. Prasyarat matematika
Kerjakanlah kemampuan matematis prasyarat berikut ini pada dengan bekerja keras dan teliti.
a. Tentukan turunan dari persamaan berikut ini f(x) = 8x2 – 20 Standar Kompetensi :
1. Menganalisis gejala alam dan keteraturannya dalam cakupan mekanika benda titik
Kompetensi Dasar :
1.4 Menganalisis hubungan antara gaya dengan gerak getaran
Indikator :
1.4.1 Menjelaskan pengertian getaran
1.4.2 Menganalisis persamaan simpangan, sudut fase, fase getaran, persamaan kecepatan dan persamaan percepatan pada gerataran harmonik sederhana
b. Tentukan nilai p dari persamaan berikut (p – 2) x (23 -3) = 40 2. Untuk lebih memahami materi, gunakan referensi berikut ini
Dalam kehidupan sehari-hari terdapat banyak benda yang bergertar. Senar gitar yang sering ananda mainkan, getaran garpu tala, getaran alat teknologi untuk pijat, saat ananda tertawa terpingkal-pingkal maka tubuh ananda juga akan bergetar, dalam pelajaran kimia ananda juga belajar tentang bagaimana gerak molekul-molekul atom yang bergetar, begitu juga rumah yang bergetar dahsyat hingga ambruk ketika terjadi gempa bumi. Getaran memiliki contoh yang sangat banyak dalam kehidupan sehari-hari. Mengapa hal tersebut bisa terjadi? Apa itu getaran? Pasti ananda penasaran kan? Nah, untuk itu ikutilah pelajaran ini dengan baik.
Gambar 1. Contoh beberapa bentuk getaran dalam kehidupan sehari-hari Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Gerak ini terjadi secara teratur sehingga disebut gerak harmonik/harmonis.
a. Marthen kanginan.2007.Fisika untuk SMA kelas XI. Jakarta: Erlangga.
b. Marthen kanginan.2008. Seribu Pena Fisika untuk SMA/MA Kelas XI.
Jakarta : Erlangga
c. Bob foster. 2005. Terpadu Fisika SMA untuk Kelas XI
Apabila suatu partikel melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama maka geraknya disebut dengan getaran. Sekarang saatnya ananda mengasah otak dengan bekerja keras memikirkan sendiri tentang contoh lain dari getaran dalam kehidupan sehari-hari.
Getaran adalah gerakan bolak-balik dalam suatu interval waktu tertentu. Getaran berhubungan dengan gerak osilasi benda dan gaya yang berhubungan dengan gerak tersebut.
Semua benda yang mempunyai massa dan elastisitas mampu bergetar, jadi kebanyakan mesin dan struktur rekayasa (engineering) mengalami getaran sampai derajat tertentu dan rancangannya biasanya memerlukan pertimbangan sifat osilasinya.
Getaran dibagi atas dua jenis, yaitu :
1) Getaran bebas terjadi bila sistem mekanis dimulai dengan gaya awal, lalu dibiarkan bergetar secara bebas. Contoh getaran seperti ini adalah memukul garpu tala dan membiarkannya bergetar, atau bandul yang ditarik dari keadaan setimbang lalu dilepaskan.
2) Getaran paksa terjadi bila gaya bolak-balik atau gerakan diterapkan pada sistem mekanis.
Contohnya adalah getaran gedung pada saat gempa bumi.
Simpangan Gerak Harmonik Sederhana
Dimana
y = Simpangan (m) A = Amplitudo (m)
ω = Kecepatan sudut (rad/s) f = Frekuensi (Hz)
t = Waktu tempuh (s)
Jika pada saat awal benda pada posisi θ0, maka
Besar sudut (ωt+θ0) disebut sudut fase (θ), sehingga πft
ωt A A
y sin sin 2
πft ωt A
A
y sin sin 2
T t t T π
t
π π T π t
1 2 1 2
0 0
2 2 2 2
0
0 2
T π t ωt
Dimana φ disebut fase getaran dan Δφ disebut beda fase. Dengan demikian, jika suatu titik telah bergetar dari t1 ke t2 di mana t2 > t1 maka beda fase yang dialami titik yang bergetar tersebut adalah:
= 2 – 1 = T
t t2 1
Dua kedudukan suatu titik dapat dikatakan sefase atau berlawan fase jika beda fase yang dimilikinya adalah :
Sefase = 0, 1, 2, 3, ...n Berlawanan fase =
2 1 , 1
2 1 , 2
2
1 . . (n+
2 1)
dengan n = bilangan cacah = 0,1,2,3, . . .
Kecepatan Gerak Harmonik Sederhana
Untuk benda yg pada saat awal θ0 = 0, maka kecepatannya adalah :
Nilai kecepatan v akan maksimum pada saat cos ωt = 1, sehingga kecepatan maksimumnya adalah :
Kecepatan benda di sembarang posisi y adalah :
Percepatan Gerak Harmonik Sederhana
Untuk benda yg pada saat awal θ0 = 0, maka percepatannya adalah :
ωt ωt A
dt A d dt
vdy ( sin ) cos
A vm
2
2 y
A vy
ωt y ωt A
dt A d dt
a dv ( cos )2 sin 2
Nilai percepatan a akan maksimum pada saat sin ωt = 1, sehingga percepatan maksimumnya adalah :
Arah percepatan a selalu sama dengan arah gaya pemulihnya.
Relevansi materi karakteristik getaran dengan sains yaitu terlihat pada pelajaran Biologi mengenai reproduksi pada ikan. Getaran yang dihasilkan oleh ikan dibangkitkan oleh gerakan dan dari organ ikan itu sendiri seperti gelembungn renang atau standulatory organ. Spektrum frekuensi suara yang dibangkitkan oleh gerakan tergantung dari bentuk, ukuran dan pergerakan dari masing-masing ikan. Dengan adanya indera pendengar maupun pembangkit sumber getaran, ikan dalam melakukan proses perkawinan akan membangkitkan getaran-getaran tertentu yang dimengerti oleh ikan lawan jensinya. Pada Gambar 5 dapat dilihat getaran yang ditimbulkan saat terjadinya perkawinan. Pada saat ikan jantan mendekati, ikan jantan akan membangkitkan getaran halus. Demikian seterusnya sampai pasangan ikan melakukan perkawinan frekuensi yang dibangkitkan si jantan makin tinggi.
Gambar 2. Getaran yang dibangkitkan ikan pada saat proses perkawinan berlangsung Sumber: http://ruangkumemajangkarya.wordpress.com
Relevansi materi karakteristik getaran dengan teknologi yaitu terlihat pada Shockabsorber pada mobil. Peredam kejut (shockabsorber) pada mobil memiliki komponen pada bagian atasnya terhubung dengan piston dan dipasangkan dengan rangka kendaraan.
A am 2
Bagian bawahnya, terpasang dengan silinder bagian bawah yang dipasangkan dengan as roda. Fluida kental menyebabkan gaya redaman yang bergantung pada kecepatan relatif dari kedua ujung unit tersebut. Hal ini membantu untuk mengendalikan getaran pada roda. Berikut ini adalah contoh gambar dari Shockabsorber pada mobil
Gambar 3. Shocabsorber pada mobil
Relevansi materi karakteristik getaran dengan Bencana yaitu terlihat pada bencana gempa bumi. Gempa bumi adalah getaran atau guncangan yang terjadi di permukaan bumi akibat pelepasan energi dari dalam secara tiba-tiba yang menciptakan gelombang seismik. Gempa Bumi biasa disebabkan oleh pergerakan kerak Bumi (lempeng Bumi). Frekuensi suatu wilayah, mengacu pada jenis dan ukuran gempa Bumi yang di alami selama periode waktu. Gempa Bumi diukur dengan menggunakan alat Seismometer.
Gambar 4. Potensi terjadinya gempa di Sumatera Barat
Sumber : nusantaranews.wordpress.com
1. Suatu benda dikatakan bergerak periodik, apabila...
a. Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama b. Geraknya lurus mengikuti lintasannya berbeda
c. Gerak yang melingkar d. Gerak yang dipercepat
e. Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang berbeda
“Jujurlah dalam setiap kegiatan, karena kejujuran akan membawamu menuju kesuksesan”
1. Klik tugas pada kotak dibawah!
2. Baca soal dan pahami dengan baik !
3. Diskusikan soal-soal tersebut dengan kelompokmu dan lakukanlah diskusi dengan baik dan efektif !
4. Setiap anggota harus berperan aktif dalam diskusi kelompok !
5. Setelah itu, jawablah pertanyaan yang ada pada kotak yang telah tersedia dengan tepat dan benar !
6. Jika terdapat keraguan atau kesulitan dalam menjawab soal, hubungi guru pembimbing !
7. Selesaikan semua tugas sesuai dengan waktu yang diberikan ! 8. Setelah selesai, klik “submit all and finish”
9. Presentasikan hasil diskusi kelompok di depan kelas dengan sungguh- sungguh dan penuh semangat !
2. Dua kawat P dan Q masing-masing panjangnya 50 cm dan 80 cm ditarik dengan gaya yang sama besar.Jika konstanta kawat P dan Q masing-masing sebesar 200 Nm-1dan 300 Nm-1,maka perbandingan pertambahan panjang kawat P dan Q adalah….
a. 5:8 b. 3:2 c. 2:3 d. 1:1 e. 8:5
3. Differensial dari persamaan f(x) = axn-2adalah….
a. f(x) = a (n-2) x
n-2 b. f(x) = a-2n x
n-3 c. f(x) = an x
n-1
d. f(x) = a (n-2) x
n-3 e. f(x) = a (2-n) x
n-2
4. Salah satu contoh relevansi getaran pada pelajaran biologi adalah….
a. Hewan karnivora
b. Tumbuhan yang melakukan fotosintesis c. Penggolongan tumbuhan
d. Hewan herbivora
e. Getaran yang dibangkitkan ikan pada saat proses perkawinan berlangsung 5. Sebuah benda diikat dengan seutas benang dan dibiarkan berayun dengan simpangan
kecil. Supaya periode ayunan bertambah besar, maka benang penggantung diperpanjang True False
