LAPORAN RBL TERMODNIMAIKA
PERUMUSAN HUKUM KEKEKALAN ENERGI PADA SKEMA MENGGUNAKAN METODE IDENTIFIKASI VARIABEL
Dosen Pengamppu : Dr. Ahmad Fauzi, M.Si
Kelompok 9 :
1. Annisa Nabilla Khaira (22033059) 2. Nazril Ahmad Husein (22033138)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG
2024
i
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang, kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah dengan judul “PERUMUSAN HUKUM KEKEKALAN ENERGI PADA SKEMA MENGGUNAKAN METODE IDENTIFIKASI VARIABEL”.
Makalah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembautan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah ini.
Terlepas dari semua itu, kami meyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki makalah ilmiah ini. Akhir kata kami berharap semoga makalah ilmiah ini dapat memberikan manfaat maupun inspirasi terhadap pembaca.
Padang ,Mei 2024
Kelompok 9
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Manfaat Penulisan ... 2
BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 3
2.1 Hukum Kekekalan Energi ... 3
2.2 Jenis Kekekalan Energi ... 4
2.3 Metode Identifikasi Variabel ... 4
BAB III HASIL PENULISAN DAN PEMBAHASAN...9
3.1 Skema dan Penerapan pada Soal...9
3.2 Hasil Pengujian Metode Terhadap Mahasiswa...13
BAB IV PENUTUP...14
4.1 Kesimpulan...14
4.2 Rekomendasi atau Saran...14
DAFTAR PUSTAKA...15
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Hukum Kekekalan Energi adalah prinsip dasar dalam fisika yang menyatakan bahwa total energi dalam suatu sistem terisolasi akan tetap konstan sepanjang waktu. Meskipun energi dapat berubah bentuk dari satu ke bentuk lain, jumlah total energi dalam sistem tersebut akan selalu sama.
Pentingnya hukum ini terletak pada kemampuannya untuk memberikan pemahaman yang mendalam tentang bagaimana energi berperilaku dalam berbagai situasi fisika. Dengan prinsip ini, kita dapat memprediksi perubahan energi dalam sistem dan mengidentifikasi bagaimana energi tersebut dipertukarkan antara berbagai bentuk.
Sebagai contoh, dalam sebuah eksperimen di mana energi kinetik sebuah benda meningkat karena adanya gaya yang bekerja padanya, Hukum Kekekalan Energi memastikan bahwa peningkatan energi kinetik ini diimbangi dengan penurunan energi potensial atau perubahan energi dalam bentuk lain, sehingga total energi dalam sistem tetap konstan.
Hukum Kekekalan Energi juga menjadi dasar bagi berbagai konsep fisika lainnya, seperti Hukum Pertama Termodinamika dan Hukum Kedua Termodinamika. Dalam fisika modern, prinsip kekekalan energi tetap menjadi salah satu prinsip yang paling mendasar dan penting untuk dipahami dalam menjelaskan fenomena-fenomena alam..
Dalam memahami dan merumuskan Hukum Kekekalan Energi pada skema tertentu, metode identifikasi variabel menjadi suatu pendekatan yang sangat berguna. Metode ini memungkinkan kita untuk mengidentifikasi variabel-variabel utama yang terlibat dalam fenomena tersebut, serta hubungan antara variabel-variabel tersebut.
1
Pemahaman yang mendalam tentang metode identifikasi variabel ini akan memberikan dasar yang kuat dalam merumuskan hukum fisika yang fundamental, serta memungkinkan aplikasi yang efektif dalam memecahkan berbagai masalah fisika yang melibatkan prinsip-prinsip kekekalan energi.
Dengan demikian, penelitian ini akan memberikan kontribusi yang berharga dalam pemahaman dan pengembangan ilmu fisika.
1.2 Rumusan Masalah
Bagaimana proses perumusan Hukum Kekekalan Energi pada skema tertentu dapat dilakukan menggunakan metode identifikasi variabel?
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan ini adalah untuk menyelidiki dan menjelaskan langkah- langkah yang diperlukan dalam merumuskan Hukum Kekekalan Energi pada skema tertentu dengan menggunakan metode identifikasi variabel.
1.4 Manfaat Penulisan
Penulisan ini diharapkan dapat memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang penggunaan metode identifikasi variabel dalam merumuskan Hukum Kekekalan Energi pada skema. Manfaatnya meliputi kemampuan untuk memecahkan masalah fisika yang melibatkan hukum kekekalan energi dengan lebih efektif dan memperluas pemahaman tentang prinsip-prinsip dasar fisika.
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Hukum Kekekalan Energi
Hukum kekekalan energi, atau hukum kekekalan energi, adalah prinsip fundamental dalam fisika yang menyatakan bahwa total energi dalam suatu sistem terisolasi akan tetap konstan sepanjang waktu. Ini berarti energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya (Hutahean, 2010). Dengan kata lain, energi tidak dapat lenyap begitu saja, melainkan hanya berubah bentuk.
Hukum kekekalan energi adalah prinsip dasar dalam fisika yang menyatakan bahwa total energi dalam suatu sistem terisolasi akan tetap konstan sepanjang waktu. Ini berarti bahwa dalam sistem yang tidak berinteraksi dengan lingkungan eksternal, jumlah total energi akan selalu sama, meskipun energi dapat berubah bentuk dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Dengan kata lain, energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, melainkan hanya dapat berpindah dari satu bentuk ke bentuk lainnya (Arimi et al., 2019).
Contoh penerapan hukum kekekalan energi dapat ditemukan dalam situasi sehari-hari, seperti saat mendengarkan musik melalui speaker. Ketika listrik mengalir melalui speaker, energi listrik tersebut berubah menjadi energi bunyi. Meskipun energi berubah bentuk dari energi listrik menjadi energi bunyi, jumlah total energi dalam sistem (termasuk speaker, kabel, dan sumber listrik) tetap konstan sesuai dengan hukum kekekalan energi.
Namun, terdapat kondisi tertentu di mana hukum kekekalan energi mungkin tidak sepenuhnya terpenuhi. Salah satu contoh adalah ketika ada gaya yang menghasilkan energi disipatif, seperti gaya gesekan. Gaya gesekan menghasilkan panas, yang merupakan bentuk energi kinetik yang tidak dapat lagi diubah menjadi bentuk energi yang lebih berguna. Oleh karena itu, dalam kasus ini, energi sistem tidak lagi sepenuhnya terjaga karena sebagian energi telah berubah menjadi bentuk yang tidak dapat digunakan (Sumaningsih, 2019).
2.2 Jenis Kekekalan Energi 1. Energi Potensial
Energi potensial terkait dengan posisi objek dalam suatu sistem.
Contohnya adalah energi potensial gravitasi, di mana energi yang dimiliki oleh objek karena posisinya dalam medan gravitasi bumi. Energi potensial juga dapat muncul dalam medan listrik atau medan magnetik.
2. Energi Mekanik
Energi mekanik adalah kombinasi dari energi potensial dan energi kinetik dalam suatu sistem. Ini terkait dengan posisi dan gerak objek dalam sistem. Ketika objek bergerak, energi kinetiknya meningkat, sementara energi potensialnya dapat berkurang atau bertambah tergantung pada perubahan posisi objek.
3. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh objek karena geraknya.
Energi kinetik tergantung pada massa dan kecepatan objek. Semakin besar massa dan kecepatan objek, semakin besar energi kinetiknya. Misalnya, ketika mobil bergerak dengan kecepatan tinggi, mobil tersebut memiliki energi kinetik yang tinggi (Barata, 2016).
2.3 Metode Identifikasi Variabel
Metode identifikasi variabel berdasarkan skema adalah pendekatan penting dalam pemecahan masalah fisika yang memungkinkan kita untuk merumuskan dan memahami hubungan antara variabel-variabel yang terlibat dalam suatu fenomena fisika. Dalam fisika, fenomena seringkali melibatkan berbagai variabel yang saling terkait, dan dengan menggunakan metode ini, kita dapat secara sistematis mengidentifikasi variabel-variabel utama yang relevan serta bagaimana hubungan antara mereka.(Suryantari, 2013)
Langkah penting dalam metode ini adalah mengidentifikasi variabel- variabel utama yang terlibat dalam fenomena yang sedang dipelajari.
Variabel-
variabel ini dapat berupa sifat fisik seperti massa, panjang, waktu, atau energi, tergantung pada masalahnya. Setelah variabel-variabel tersebut diidentifikasi, langkah selanjutnya adalah menentukan hubungan antara variabel-variabel tersebut, baik melalui hukum fisika yang relevan atau melalui pengamatan langsung dari fenomena yang diamati.
Dengan mengikuti langkah-langkah metode identifikasi variabel berdasarkan skema, kita dapat mengembangkan pemahaman yang lebih dalam tentang prinsip-prinsip fisika yang mendasari fenomena tersebut.
Misalnya, dalam hukum kekekalan energi, kita dapat mengidentifikasi variabel-variabel seperti energi kinetik, energi potensial, dan energi internal sistem, serta hubungan antara variabel-variabel tersebut dalam sistem yang sedang dipelajari.
Penerapan metode ini tidak terbatas pada bidang tertentu, namun telah diterapkan secara luas dalam berbagai topik fisika, termasuk dalam kecepatan relativistik, panjang relativistik, dan waktu relativistik. Dalam hal ini, metode identifikasi variabel membantu dalam mengartikan dan menyederhanakan rumus-rumus yang kompleks dalam teori relativitas khusus, memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang konsep-konsep seperti perubahan waktu dan ruang dalam kerangka referensi yang bergerak (Ariwibowo & Desmira, 2016).
Dalam termodinamika, metode identifikasi variabel juga memiliki peran penting dalam memahami hukum kekekalan energi. Dengan mengidentifikasi variabel-variabel utama yang terlibat dalam suatu sistem termodinamika dan menghubungkannya dalam suatu skema, kita dapat merumuskan dan menerapkan hukum kekekalan energi dengan lebih efektif.
Ini memungkinkan kita untuk memprediksi perubahan energi dalam sistem, serta mengidentifikasi sumber atau bentuk energi yang terlibat dalam proses transformasi energi.
Pada penelitian kali ini akan diterapkan metode serupa pada topik termodinamika, khususnya Hukum Pertama Termodinamika. Termodinamika
merupakan salah satu topik dalam fisika yang secara umum membahas mengenai fenomena termal yang didefinisikan dalam parameter suhu, kalor dan energi dalam. Hukum Pertama Termodinamika merupakan suatu persamaan kekekalan energi yang melibatkan variabel kalor, usaha dan energi dalam. Konsekuensi penting dari hukum ini adalah adanya nilai energi dalam yang ditentukan oleh keadaan sistem.
Q = ∆ U+W
Q menyatakan kalor, ∆U menyatakan perubahan energi dalam, dan W menyatakan usaha. Ketiga besaran tersebut memiliki satuan joule.
Dalam berbagai referensi, seringkali ditekankan untuk memperhatikan apakah kalor dan usaha tersebut diberikan pada sistem atau dihasilkan oleh sistem. Untuk membedakannya digunakan tanda positif dan negatif, sebagai berikut: Q bernilai positif bila kalor masuk atau diberikan ke sistem, Q bernilai negatif bila kalor dihasilkan oleh sistem, W bernilai positif bila usaha diberikan ke sistem, W bernilai negatif bila usaha dihasilkan oleh sistem.
Sementara energi dalam memiliki kemungkinan dapat meningkat atau menurun, sehingga ∆U bernilai positif bila terjadi kenaikan energi dalam dan
∆U bernilai negatif bila terjadi penurunan energi dalam.
Permasalahan yang ditemui dalam kelas fisika adalah, ketika tanda positif atau negatif tidak diberikan dengan tepat dan konsisten maka terdapat kemungkinan besar terjadi kesalahan pada perhitungan hasil akhir. Oleh karena itu akan dibuat skema yang dapat membantu siswa dalam menyelesaiakan soal terkait formulasi ini, tanpa harus memikirkan tanda positif atau negatif pada variabel Q dan W. Skema tersebut akan diterapkan pada contoh-contoh soal sederhana.
BAB III
HASIL PENULISAN DAN PEMBAHASAN 3.1 Skema dan Penerapan pada Soal
Formulasi Hukum Termodinamika 1 dengan metode Identfikasi variabel berdasarkan skema secara umum adalah dengan membuat sebuah skema sederhana, ditunjukkan oleh gambar.
Penjelasan yang diberikan kepada siswa sebagai berikut:
a) Buat skema seperti gambar. Tanda panah ke kanan menunjukkan apa yang diberikan ke sistem. Tanda panah ke bawah menunjukkan apa yang dihasilkan oleh sistem.
b) Tuliskan simbol besaran yang diberikan ke sistem di sebelah kiri tanda panah ke kanan (Q atau W) dan yang dihasilkan oleh sistem di sebelah bawah tanda panah ke bawah (Q atau W).
c) ∆U selalu letakkan di tengah (pada sistem).
d) Tulis dari atas ke bawah, maka formulasinya adalah Q = ΔU +W atau W = ΔU + Q
Berikut disajikan contoh soal dan penyelesaian.
1. Sejumlah gas ideal pada suhu konstan diberikan usaha 2700J hingga volumenya mengembang. Bila tidak ada perubahan energi dalam, berapa energi yang dipindahkan oleh kalor ke lingkungannya selama proses tersebut? Skema:
Formulasi: W = ΔU + Q 2700J = 0 + Q
Q = 2700J
2. Batang tembaga dipanaskan pada tekanan atmosfer. Usaha yang dilakukan oleh batang tembaga pada atmosfer sekitar 0,017J. Bila kenaikan energi dalam dari tembaga tersebut adalah 1.200J, berapa jumlah energi yang dipindahkan ke batang tembaga oleh kalor? Skema:
Formulasi:
Q = ΔU +W = 1.200J + 017,0 J = 1.200,017J
3. Sebuah gas dimampatkan pada tekanan tetap, pada proses ini 400 J energi keluar dari gas dalam bentuk kalor. Bila Usaha yang dilakukan pada gas adalah sebesar 400.000 J, berapa perubahan energi dalam gas?
Skema:
Formulasi:
W Δ= U + Q
400.000 J =ΔU + 400J
ΔU = 400.000 J − 400 J = 399.600 J
4. Perubahan energi dalam gas yang bergerak dari titik A ke B adalah 800 J. Usaha yang dilakukan oleh gas adalah 500J. Berapa energi yang harus ditambahkan pada gas oleh kalor ketika bergerak dari titik A ke B tersebut? Skema:
Formulasi:
Q Δ= U +W = 800J + 500J = 1.300 J
5. Sebuah sistem termodinamika melakukan sebuah proses dimana energi dalamnya berkurang sebesar 500J. Pada waktu yang sama, 220 J usaha dilakukan pada sistem tersebut. Carilah energi yang dipindahkan ke luar sistem dalam bentuk kalor! Skema:
Formulasi:
W Δ= U + Q 220J −= 500J + Q Q = 220J + 500J = 720J
3.2 Hasil Pengujian Metode Terhadap Mahasiswa
Soal yang diberikan berjumlah lima buah seperti pada contoh soal.
Berdasarkan hasil pengerjaan soal, seluruh mahasiswa dapat mengerjakan lima soal dengan benar. Berdasakan hasil pendapat yang dituliskan oleh mahasiswa terkait metode ini, seluruh mahasiswa mengungkapkan bahwa metode ini lebih mudah dipahami.
BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan
Metode identifikasi variabel berdasarkan skema dapat diterapkan dalam topik termodinamika dan dapat dijadikan salah satu referensi metode sebagai variasi dalam pembelajaran fisika.Hal ini dapat memudahkan anda dalam melakukan penelitian/menyelesaikan masalah dan melatih berpikir sistematis.Dengan demikian metode ini memiliki banyak kelebihan dan manfaat dalam penggunaannya.
4.2 Saran atau Rekomendasi
DAFTAR PUSTAKA
Douglas C. Giancoli, Physics Principle With Application, 6th edition, Pearson Education, Inc, 2005.
M.A. Yousuf, & R.M. Chaveznava, Solving Physics Problems Using Variable Flow Diagrams, International Conference on Engineering Education, Pécs-Budapest, Hungary, July 2008, page 27-31.
Suryantari, R, Problem Solving dengan Metode Identifikasi variabel berdasarkan Skema: Tinjauan terhadap Formulasi Kecepatan Relativistik, Makalah disajikan dalam Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains (SNIPS) 2012, Intitute Teknologi Bandung, 7-8 Juni 2012.
Suryantari, R, Problem Solving dengan Metode Identifikasi variabel berdasarkan Skema: Tinjauan terhadap Formulasi Panjang dan Waktu Relativistik, Makalah disajikan dalam Simposium Fisika Nasional XXV, Meningkatkan Inovasi melalui Pengembangan Riset dan Edukasi Fisika, Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012.
Young &Freedman, Fisika Universitas, edisi 10, alih bahasa oleh Pantur Silaban ITB, Erlangga, 1999.
Serway, R.,& Jewett, W, Fisika untuk Sains dan Teknik, edisi 6, alih bahasa oleh Sungkono, C, Salemba Teknika, 2010
