STUDI ANALISIS PENGARUH PERUBAHAN SUDUT VEKTOR DENGAN RESULTAN GAYA VEKTOR YANG DIHASILKAN
Firda Syafaah 1*, Aura Eka Hermila2, Alicia Fairuz Zainab, Agung Febriansyah, Adam Malik
1*234 UIN Sunan Gunung Djati Bandung [email protected]
ABSTRAK
Fisika merupakan salah satu dasar dalam perkembangan teknologi. Ilmu ini mempelajari bentuk, struktur, besaran, dan hubungan antar teori, sementara matematika membantu merumuskan hukum-hukum fisika. Konsep fisika sering ditemukan dalam aktivitas sehari-hari dan membantu manusia dalam berbagai kegiatan. Dalam pembelajaran fisika, siswa harus menguasai besaran vektor dan skalar, di mana skalar tidak memiliki arah, sedangkan vektor memiliki nilai dan arah. Pembelajaran vektor penting karena merupakan komponen utama dalam bahasa matematika fisika, esensial dalam banyak cabang fisika, dan dasar untuk menyelesaikan masalah fisika. Metode eksperimen kuantitatif yang dilakukan di laboratorium menunjukkan bahwa hasil praktikum sesuai dengan teori yang ada, meskipun ada beberapa penyimpangan akibat human error atau keterbatasan alat. Secara teoritis, resultan gaya berbanding terbalik dengan besarnya sudut antara komponen gaya, dan analisis menunjukkan kesesuaian dengan prinsip ini. Namun, hasil praktikum pada sudut tertentu menunjukkan ketidaksesuaian akibat kemungkinan kesalahan eksperimental.
Kata Kunci: Fisika, Perkembangan Teknologi, Besaran Vektor, dan Skalar.
ABSTRACT
Physics is one of the foundations in the development of technology. It studies the form ofPhysics is one of the foundations in the development of technology. It studies the shape, structure, magnitude, and relationships between theories, while mathematics helps formulate the laws of physics. Physics concepts are often found in daily activities and help humans in various activities. In learning physics, students must master vector and scalar quantities, where scalar has no direction, while vector has value and direction. Vector learning is important because it is a major component in the mathematical language of physics, essential in many branches of physics, and the basis for solving physics problems. The quantitative experimental method carried out in the laboratory shows that the results of the practicum are in accordance with the existing theory, although there are some deviations due to human error or tool limitations.
Theoretically, the resultant force is inversely proportional to the magnitude of the angle between the force components, and the analysis shows conformity with this principle. However, the practical results at certain angles show discrepancies due to possible experimental errors, structure, magnitude, and relationships between theories, while mathematics helps formulate the laws of physics. Physics concepts are often found in daily activities and help humans in various activities. In learning physics, students must master the vector and scalar quantities, where the scalar is not the vector.
Keywords: Keywords: abstract, bold, italic, maximum five words / phrases, writing system
PENDAHULUAN
Fisika merupakan salah satu dasar dalam perkembangan teknologi (Prawendra et al., 2022). Fisika adalah ilmu yang mempelajari bentuk, struktur, besaran, dan hubungan antar teori, sementara matematika membantu merumuskan hukum-hukum fisika (Annisa et al., 2023;
Mutiasih, 2022). Konsep-konsep fisika sering ditemukan dalam berbagai aktivitas manusia sehari-hari dan dapat membantu manusia dalam melaksanakan kegiatan sehari-hari. Dalam pembelajaran fisika, terdapat dua jenis besaran yang harus dikuasai siswa, yaitu besaran vektor dan besaran skalar. Besaran skalar adalah besaran yang tidak memiliki arah, sedangkan besaran vektor memiliki nilai dan arah (Lusiani et al., 2022). Vektor memiliki titik awal atau titik pangkal tempat vektor tersebut dimulai (Asri et al., 2023). Arah vektor dihitung dari titik awal ini, yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan arah akhirnya. Sedangkan Besaran skalar adalah besaran yang hanya memiliki nilai tanpa arah, dan dinyatakan dengan nilai serta satuannya (Mufidha et al., 2024)(Mukdien, 2024).
Pembelajaran tentang vektor sangat penting karena vektor adalah komponen utama dalam bahasa matematika fisika. Konsep vektor sangat penting dalam banyak cabang fisika (Hidayatulloh et al., 2023). Analisis vektor adalah dasar untuk menyelesaikan masalah fisika.
Vektor dalam fisika sangat terkait dengan matematika karena dinyatakan dalam notasi matematis. Resultan gaya adalah gaya yang memiliki efek sama seperti beberapa gaya yang bekerja secara bersamaan (gaya pengganti). Arah dari gaya resultan ini sangat erat kaitannya dengan pemahaman konsep kinematika (Santoso et al., 2023). Gaya adalah suatu dorongan atau tarikan yang diberikan kepada suatu benda, sehingga benda tersebut mengalami perubahan posisi atau kedudukan (bergerak) serta mengalami perubahan bentuk (Wibisino et al., 2018) (Hardiansyah, 2021). Resultan vektor adalah penjumlahan vektor yang dapat diperoleh melalui dua metode: metode grafis dan metode analitis (Ramadhanti et al., 2022). Metode grafis menentukan resultan vektor dengan cara mengukur menggunakan penggaris dan busur derajat.
Metode analitis menggunakan perhitungan atau rumus.
Vektor memiliki banyak peran dalam kehidupan nyata (Prawendra et al., 2022).
Beberapa penerapannya meliputi bidang fisika, elektromagnetik, dan aerodinamika. Ketika kita mengendarai mobil atau bersepeda, konsep vektor digunakan untuk mengukur kecepatan dan percepatan. Kajian tentang materi vektor biasanya digunakan untuk menyelesaikan masalah fisika seperti gerak, gaya, dan usaha (Eva Wulanningtyas, 2024). Vektor kecepatan menunjukkan seberapa cepat kendaraan bergerak beserta arahnya, sementara vektor percepatan menunjukkan perubahan kecepatan (Lusiani et al., 2022). Penerapan konsep vektor dalam kehidupan sehari-hari juga termasuk navigasi dengan peta atau GPS, olahraga, dan penerbangan.
Besar sudut antara dua vektor mempengaruhi resultan dari penjumlahan kedua vektor tersebut (Auliya Ramadhanti et al., 2022). Jika sudut antara dua vektor 𝛼 adalah 0 derajat (vektor searah), resultannya adalah penjumlahan langsung dari kedua vektor tersebut. Jika sudut antara dua vektor adalah 180 derajat (vektor berlawanan arah), resultannya adalah selisih dari kedua vektor tersebut (Abdullah, 2007). Rumus cosinus digunakan untuk menentukan besarnya vektor resultan, sedangkan rumus sinus digunakan untuk menghitung arah vektor
resultan. Pada Resultan dua vektor yang mengapit sudut, untuk menentukan besar vektor resultan R dapat digunakan rumus;
R=
√
F12+F22+2F1F2cosθ [1]Untuk menentukan arah dari vektor resultan terhadap salah satu vector komponennya dapat digunakan persamaan sinus (Sari Purnama, L. (2023). Diketahui dua buah vektor, F1 dan F2 membentuk sudut . Sudut antara vektor resultan R dengan vektor F1 adalah , sedangkan sudut antara resultan R dan vektor F2 adalah α - β . Secara matematis persamaan ini dapat dituliskan
R
sinα= R1
sinα−β= R2 sinβ [2]
Vektor memiliki peran penting dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa contoh penerapan vektor dapat ditemukan dalam bidang fisika, elektromagnetisme, dan aerodinamika (Harahap et al., 2023) (Argarini & Sulistyorini, 2018). Selain itu, vektor berguna dalam berbagai bidang seperti teknik sipil, navigasi, militer, dan lain-lain (Sutisna, 2020).
METODE
Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen secara langsung didalam laboratorium. Penelitian ini menggunakan metode kuantitatif dalam mengumpulkan dan menganalisis data. Penelitian dengan menggunakan metode kuantitif berarti penelitian yang telah memenuhi kaidah-kaidah ilmiah yaitu konkrit/empiris, objektif, terukur, rasional dan sistematis (Balaka, 2022). Praktikum dilakukan menggunakan data-data yang akan digunakan sebagai penunjang penelitian. Data yang dikumpulkan selama melakukan praktikum vektor pada Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Tarbiyah dan Keguruan UIN Sunan Gunung Djati Bandung dikategorikan menjadi dua jenis data, mencari besar F akibat perubahan sudut dan cara mencari besar F pada saat beban berfluktuasi.
Gambar 1. Rangkaian Praktikum Vektor
Percobaan dilakukan menggunakan beberapa alat tali dan dua buah katrol untuk
menghubungkan kedua pegas pembentuk sudut, papan stasioner (satu buah) untuk mengatur besar sudut, dan papan stasioner untuk mengukur sudut F1 dan F2. Busur (1 buah) untuk mengukur sudut dan 1 buah set anak timbang untuk mengukur massa beban. Langkah pertama yang dilakukan adalah merangkai alat dengan menggunaan katrol dan tali yang dihubungkan denan dua neraca pegas (F1 dan F2) yang membentuk sudut sebesar 90°, lalu mengaikat satu necara pegas (F3) dan di beri beban sebesar 100 gr. Catat besar gaya yang ditunjukkan neraca pegas F1, F2, dan F3 dengan lakukan percobaan berulang sebanyak lima kali. Ganti sudut dengan beberapa variabel yaitu 60°, 45°, dan 30°. Kemudian ganti beban sebesar 50 gr dan ulangi dengan keempat variabel sudut seperti yang telah dilakukan sebelumnya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian dideskripsikan terlebih dahulu, kemudian ada bagian pembahasan. Jika ada sub-sub judul bisa ditambahkan dengan memberikan nomor urut baik angka atau huruf dan dibuat huruf tebal (bolt). Penulis sebaiknya menggunakan variasi penyajian tabel/gambar/grafik. Tabel dan gambar yang disajikan harus dirujuk dalam teks atau memiliki deskripsi mengenai isi dari tabel/gambar tersebut, baik sebelum atau setelahnya.
Eksperimen ini melibatkan variasi massa beban dari 50 gram ke 100 gram. Selain itu, juga dilakukan variasi pada sudut, yaitu sebesar 90°, 60°, 45°, dan 30°. Setiap kombinasi massa beban dan sudut dilakukan pengulangan sebanyak 5 kali untuk setiap satu variabel. Berikut data hasil pengamatan yang disajikan pada tabel 1.
Tabel 1. data pengamatan
Sudut (o) Massa (Kg) F1 F2 F3
900 0,1 0,8 0,8 1
0,05 0,36 0,4 0,45
600 0,1 0,7 0,6 1
0,05 0,32 0,3 0,45
450 0,1 0,5 0,6 1
0,05 0,2 0,3 0,45
300 0,1 0,6 0,5 1
0,05 0,3 0,3 0,45
Dalam tabel, kita terdapat tiga komponen vektor yang dihasilkan pada sudut-sudut yang berbeda yaitu F1, F2, dan F3 mewakili gaya-gaya resultan vector yang dihasilkan oleh setiap sudut. Perbedaan massa benda juga mengakibatkan adanya perubahan pada nilai F1, F2 dan F3.
Perubahan massa ini mempengaruhi besarnya gaya yang dihasilkan oleh vector (Giancoli, n.d.- a, n.d.-b). Kemudian dilakukan perhitungan menggunakan persamaan [1] untuk mencari nilai resultan gaya yang terjadi pada masing-masing variabel.
Tabel 2. Data perhitungan
Sudut (0) Massa (Kg) Resultan (N)
900 0,1 2,11
0,05 1,02
600 0,1 2,29
0,05 1,47
450 0,1 2
0,05 0,95
300 0,1 2,04
0,05 1,07
Berdasarkan data hasil pengamatan pada tabel 1 nilai F3 memiliki nilai yang sama pada setiap perbedaan variabel massa, saat massa bernilai 0,1 Kg nilai F3 selalu menunjukan nilai1 dan saat massa bernilai 0,05 nilai dari F3 selalu 0,45. Hubungan antara nilai F3 dan sudut α dengan massa beban tetap dan sudut yang berbeda menghasilkan nilai F3 yang sama (tidak berubah). Hal ini dikarenakan komponen horizontal (F2) dan komponen vertical (F1) tidak dipengaruhi oleh sudut antara vektor tersebut (Nikmah et al., 2019)(de Pagter & Ricker, 2024) Resultan gaya adalah gaya yang menghasilkan efek yang sama jika menggantikan beberapa gaya yang bekerja (gaya pengganti)(Standar & Pendidikan, 2023). Arah pada resultan gaya juga sangat berhubungan erat dengan penguasaan konsep kinematika (Taqwa & Nadhor, 2020). Secara teoritis kaidah atau prinsip yang menyatakan bahwa “Resultan gaya yang bekerja pada suatu titik sama dengan jumlah vektor dari seluruh gaya yang bekerja pada titik tersebut”
(DARWIS et al., 2023; Kristanto, 2020).
Persamaan umum resultan vektor untuk dua komponen yang membentuk sudut dapat dilihat pada Persamaan [1]. Dimana R merupakan resultan vektor, F1 merupakan gaya yang bekerja pada katrol 1 (satu), F2 merupakan gaya yang bekerja pada katrol 2 (dua), dan a merupakan sudut yang antara katrol 1 dan katrol 2 (Pan et al., 2024) . Dari persamaan (1) diketahui bahwa besaran yang berpengaruh terhadap besar kecilnya resultan gaya dari dua katrol tersebut adalah sudut.
Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis yang dilakukan nilai resultan adalah berbanding terbalik dengan besarnya sudut α. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan semakin besar sudut antara komponen gaya, semakin kecil resultan gaya. Hal ini karena komponen gaya yang saling berlawanan akan saling meniadakan (Bovet, 2017; Huang et al., 2020). Namun ketika sudut 450 terjadi kekeliruan hasil resultan gaya vector, nilai resultan gaya justru mengalami penurunan hal ini bisa saja terjadi karena kesalahan yang terjadi saat melakukan penelitian seperti human error maupun keterbatasan alat penunjang dalam lab.
Namun simpangan nilai resultan yang terjadi tidak terlalu signifikan.
SIMPULAN
Hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa variasi massa beban dan sudut mempengaruhi nilai gaya resultan yang dihasilkan. Eksperimen ini melibatkan massa beban 50 gram dan 100 gram serta sudut 90°, 60°, 45°, dan 30°. Setiap kombinasi massa dan sudut diulang sebanyak 5 kali untuk setiap variabel. Perubahan massa benda mengakibatkan perubahan pada nilai F1, F2, dan F3. Hubungan antara nilai F3 dan sudut α menunjukkan bahwa nilai F3 tidak berubah dengan perubahan sudut. Nilai resultan gaya berbanding terbalik dengan besarnya sudut α, sesuai dengan teori bahwa semakin besar sudut antara komponen gaya, semakin kecil resultan gaya karena komponen gaya yang saling berlawanan akan saling meniadakan. Simpangan nilai resultan yang terjadi tidak terlalu signifikan, namun tetap memerlukan perhatian lebih lanjut untuk memastikan keakuratan hasil penelitian. Penelitian ini
menunjukkan bahwa massa beban dan sudut sangat mempengaruhi nilai gaya resultan yang dihasilkan. Hasil yang diperoleh konsisten dengan teori yang ada, meskipun terdapat beberapa anomali pada sudut tertentu yang memerlukan penelusuran lebih lanjut. Penggunaan variasi penyajian data dalam bentuk tabel dan grafik sangat membantu dalam memahami hubungan antara variabel-variabel yang diteliti.
UCAPAN TERIMA KASIH
Kami mengucapkan terima kasih kepada teman-teman penelitian yang telah bekerja sama dengan penuh dedikasi dalam setiap tahap penelitian ini. Terutama kepada dosen pengampu, atas bimbingan dan arahannya yang sangat berharga. Serta Pihak laboratorium dan seluruh staf, , yang telah menyediakan fasilitas dan bantuan teknis yang diperlukan. Terima kasih atas segala dukungan dan bantuannya dalam penyelesaian penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, M. (2007). Pengantar Fisika Statistik untuk Mahasiswa. Penerbit ITB, Bandung.
Annisa, A., Farhana Haris, N., Vannes Farawasi, S., Junus, M., & Mutmainah, O. (2023).
Evaluasi Pengelolaan Laboratorium Fisika di Kota Samarinda. Jurnal Literasi Pendidikan Fisika (JLPF), 4(1), 52–62. https://doi.org/10.30872/jlpf.v4i1.1654
Argarini, D. F., & Sulistyorini, Y. (2018). Pengembangan media pembelajaran berbasis prezi pada matakuliah analisis vektor. Kalamatika: Jurnal Pendidikan Matematika, 3(2), 209–
222.
Asri, Y. N., Amarulloh, R. R., & Mufthi, E. M. (2023). FISIKA UNTUK SAINS, TEKNIK DAN KEPENDIDIKAN (KONSEP PRAKTIS UNTUK MAHASISWA) JILID 1.
Auliya Ramadhanti, Astalini, A., & Darmaji, D. (2022). Analisis Kebutuhan Mahasiswa terhadap Penggunaan E-Modul pada Perkuliahan Fisika Matematika I Materi Vektor.
Jurnal Pendidikan Mipa, 12(1), 13–19. https://doi.org/10.37630/jpm.v12i1.528
Balaka, M. Y. (2022). Metode penelitian Kuantitatif. Metodologi Penelitian Pendidikan Kualitatif, 1, 130.
Bovet, L. (2017). Correlated optimum lift coefficient and thrust-vector angle for longitudinal performance. Aerospace Science and Technology, 67, 141–143.
https://doi.org/10.1016/j.ast.2017.04.003
DARWIS, H. M. U. H., Hidayat, M., & Islamiah, M. A. U. (2023). Belajar Cerdas Kinematika Dan Dinamika Permesinan. Penerbit P4I. https://books.google.co.id/books?
id=XfLNEAAAQBAJ
de Pagter, B., & Ricker, W. J. (2024). The modulus of a vector measure. Quaestiones Mathematicae, 47(sup1), 121–136. https://doi.org/10.2989/16073606.2023.2287823 Eva Wulanningtyas, M. (2024). Efektivitas Penggunaan Aplikasi GeoGebra pada Materi
Vektor Terhadap Hasil Belajar dan Self-Efficacy Mahasiswa. Jurnal Kependidikan, 13(1), 1–14.
Giancoli, D. C. (n.d.-a). Buku Satu: Fisika Dasar.
Giancoli, D. C. (n.d.-b). Fisika Jl. 2 Ed. 5. Erlangga. https://books.google.co.id/books?
id=DcxnAmsqpOQC
Harahap, Y. N., Rahmawati, A., Pulungan, F. K., Dalimunthe, N. F., Herawati, N., Siregar, N.
U., & Fakhri, N. (2023). Analisis Pemecahan Masalah Materi Vector Dengan Metode Polya Dari Gaya Belajar. Journal on Education, 6(1), 6952–6959.
Hardiansyah, I. W. (2021). Penerapan Gaya Gesek Pada Kehidupan Manusia. INKUIRI: Jurnal Pendidikan IPA, 10(1), 70–73. https://doi.org/10.20961/inkuiri.v10i1.44531
Hidayatulloh, A., Pratama, I. A., Zaidah, A., & Sukandi, S. (2023). Analisis Kemampuan
Koneksi Matematis Mahasiswa Teknik Sipil Dalam Menyelesaikan Soal Fisika Dasar Materi Vektor. Kappa Journal, 7(3), 513–517. https://doi.org/10.29408/kpj.v7i3.21489 Huang, Y., Zhang, S., Gao, L., & Zheng, Y. (2020). Angle measurement technology based on
magnetization vector for narrow space applications. Nanotechnology and Precision Engineering, 3(3), 167–173. https://doi.org/10.1016/j.npe.2020.09.001
Kristanto, P. (2020). Fisika Dasar - Teori, Soal, dan Penyelesaian. Andi Offset.
https://books.google.co.id/books?id=K0gEEAAAQBAJ
Lusiani, L., Hendrawan, A., & Supriyanto, S. (2022). Analisis Kemampuan Problem Solving dalam Penerapan Bidang Fisika Terapan Kemaritiman Sub Materi Vektor pada Siswa/i di SMA Negeri 1 Sukorejo. Saintara : Jurnal Ilmiah Ilmu-Ilmu Maritim, 6(2), 119–126.
https://doi.org/10.52475/saintara.v6i2.174
Mufidha, T. A., Oktaviani, F. D., Kelen, R. P., Lestari, Y., & Kurniawati, W. (2024). Penerapan Besaran dan Satuan Dalam Kehidupan. Madani: Jurnal Ilmiah Multidisiplin, 1(12).
Mukdien, I. H. (2024). Data Pendukung Bidang Pendidikan dan Pengajaran Semester Gasal 2023/2024 B.
Mutiasih, L. (2022). Meningkatkan Keaktifan dan Hasil Belajar Fisika Materi Vektor Melalui Pembelajaran Problem Based Learning pada Siswa Kelas X. Indonesian Journal of Action Research, 1(2), 187–200. https://doi.org/10.14421/ijar.2022.12-07
Nikmah, F., Subali, B., & Sumpono, I. (2019). Desain Alat Peraga Vektor Resultan Gaya untuk Siswa Sekolah Menengah Atas (SMA). UPEJ Unnes Physics Education Journal, 8(2), 152–161.
Pan, X., Zhong, Y., Li, Z., Zhang, C., Jiang, N., Deng, C., & Zheng, S. (2024). Comparative analysis of geometric transformation-based sorting systems for fractional vector beams with polarization mutation angle indeterminacy. Optics & Laser Technology, 177, 111126. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.111126
Prawendra, Y., Sartianis, G., & Kusairi, S. (2022). Komparasi Penguasaan Konsep Siswa SMA dan Mahasiswa Pendidikan Fisika Pada Materi Vektor. Jurnal Pendidikan Fisika, 10(1), 49. https://doi.org/10.24127/jpf.v10i1.4094
Ramadhanti, A., Kholilah, K., Fitriani, R., Rini, E. F. S., & Pratiwi, M. R. (2022). Hubungan Motivasi Terhadap Hasil Belajar Fisika Kelas X MIPA di SMAN 1 Kota Jambi. Journal Evaluation in Education (JEE), 3(2), 60–65. https://doi.org/10.37251/jee.v3i2.246 Santoso, S. I., Saputra, I. M., & Setiaji, B. (2023). Fisika Dalam Game : Konsep Resultan
Vektor Gaya Pada Karakter Fanny Di Mobile Legends. Justek : Jurnal Sains Dan Teknologi, 6(1), 40. https://doi.org/10.31764/justek.v6i1.12778
Standar, U., & Pendidikan, N. (2023). Analisis Pendidikan Nilai pada Konsep Gaya dan Hukum Newton. 5(2), 109–117.
Sutisna, E. (2020). Modul pembelajaran SMA matematika peminatan kelas X: vektor.
Taqwa, M. R. A., & Nadhor, N. (2020). Pemahaman Konsep Kinematika Mahasiswa Calon Guru Fisika : Ditinjau dari Level Pemahaman dan Teori Resource. PENDIPA Journal of Science Education, 4(3), 82–90.
Wibisino, A. B., Sukmadi, T., & Facta, M. (2018). PERANCANGAN PENYEARAH SATU FASE TERKONTROL PENUH SEBAGAI CATU DAYA MOTOR ARUS SEARAH PADA PROTOTYPE OVERHEAD CRANE MODE HOISTING. Transient: Jurnal Ilmiah Teknik Elektro, 7(1), 193–200.