Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. BAHAN AJAR DAN LKPD HUKUM HOOKE UNTUK KELAS XI OLEH: SHINTIA MEILANSARI, S.Pd
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. I. PENDAHULUAN A. DESKRIPSI Sebelum kita membahas secara lengkap materi tentang elastisitas bahan ini, coba perhatikan benda benda yang ada disekitar kita. Cobalah lihat secara teliti bahan penyusun dari benda-benda tersebut, apakah keras, lunak ataupun kenyal. Bahan penyusun benda biasanya juga disesuaikan dengan fungsi dari benda tersebut, sebagai contoh ban mobil tersusun atas karet yang bahannya lentur dan kenyal agar penumpangnya merasa nyaman saat mobil melaju karena bannya lentur sehingga tidak terasa keras. Contoh lain adalah balon yang terbuat dari karet yang lentur sehingga bisa ditiup sampai besar dan ketika balon kempis bentuk balon juga kembali seperti semula. Gambar: Motor Cross Melompat tinggi Sumber: https://rakyatku.com/read/135789/cara-pegang-setang-dan-teknikmelompat-pada-motocross Nah sekarang jika kita perhatikan motor cros yang bisa berjalan lancar di atas bebatuan atau motor cros bisa mendarat dengan seimbang sesaat setelah melompat dari ketinggian. Pernahkah kalian melihat aksi balap motocross? Bayangkan yang digunakan pembalap adalah motor biasa? Mana yang lebih stabil ketika mendarat ditanah setelah melompat tinggi? Mengapa?
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. Berikut disajikan Peta konsep
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. B. RELEVANSI https://2.bp.blogspot.com/- 8Y1Wo9v_kIc/WdbUOEeSFkI/AAAAAAAAKe c/ee2U61vhveEeMVwQciGfp8BFxeixXombg CLcBGAs/s300/ketapel2.jpg Ketapel adalah alat lontar kerikil atau batu kecil. Menggunakan kayu bercabang, karet (karet gelang), dan alas batu lontar. Ketapel biasanya digunakan untuk menghalau hewan yang merusak, misalnya menghalau tupai, kelelawar dan menghalau burung di sawah. Penggunaan ketapel merupakan salah satu penerapan konseppelajaran fisika, yaitu, energy gaya pegas, energy potensial dan gerak lurus Gaya pegas adalah gaya sentuh yang dimiliki oleh benda diam. Pegas bila diregang dengan gaya tertentu akan menghasilkan energi potensial. Pada ketapel, gaya pegas ini akan menghasilkan energi potensial dan energi gerak. Energi yang dimiliki benda bergerak disebut energi kinetik. Jadi, ketapel yang digunakan bekerja berdasarkan prinsip gaya pegas yang menghasilkan energi mekanik, yang berasal dari gabungan energi potensial dan energi kinetik. Energi mekanik akan menyebabkan benda bergerak lurus beraturan. Ketika gagang ketapel didorong dan alas lontar beserta batu/kerikil ditarik. Karet ketapel akan meregang dan menimbulkan energi potensial. Energi potensial akan berubah menjadi energi kinetik saat alas lontar dilepaskan. Batu atau kerikil dari alas lontar akan terpental dan bergerak dengan kecepatan tertentu. Gerak yang ditimbulakan adalah gerak lurus berubah beraturan. Kecepatan batu lontaran tergantung pada besarnya gaya otot yang menarik karet ketapel. Semakin besar gaya otot semakin besar pula energi potensial dan energi kinetik yang dihasilkan 5
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. ketapel. Begitu sebaliknya, ketika gaya otot kecil maka energi potensial karet lemah dan lontaran batu atau kerikil menjadi lambat. C. PETUNJUK BELAJAR Untuk dapat berhasil memahami dan menguasai materi Elastisitas pada materi ini sehingga dapat menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari, maka pelajarilah dengan cermat dan teliti materi ajar ini, serta ikuti dengan baik petunjuk dalam penggunaanya, diantaranya: 1) Sebelum memulai membaca dan mempelajari materi ajar ini hendaklah berdoa terlebih dahulu agar diberikan kemudahan dan kelancaran dalam memahami isi dari materi ajar. 2) Bacalah dengan cermat dan teliti agar semua materi dapat dipahami dengan baik. 3) Kerjakanlah Lembar Kerja yang terdapat pada materi ajar ini dengan baik dan berkonsultasilah kepada guru jika menemukan kesulitan. 4) Kerjakanlah Latihan soal untuk mengukur pemahaman dan bandingkan jawaban Anda dengan kunci jawaban yang terdapat pada bagian akhir materi ajar ini.
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. II. INTI A. CAPAIAN PEMBELAJARAN Pada akhir fase F, peserta didik mampu menerapkan konsep dan prinsip vektor kedalam kinematika dan dinamika gerak, usaha dan energi, fluida, getaran harmonis, gelombang bunyi dan gelombang cahaya dalam menyelesaikan masalah, serta menerapkan prinsip dan konsep energi kalor dan termodinamika dengan berbagai perubahannya dalam mesin kalor. Peserta didik mampu menerapkan konsep dan prinsip kelistrikan (baik statis maupun dinamis) dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan berbagai produk teknologi, menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang elektromagnetik dalam menyelesaikan masalah. Peserta didik mampu menganalisis keterkaitan antara berbagai besaran fisis pada teori relativitas khusus, gejala kuantum dan menunjukkan penerapan konsep fisika inti dan radioaktivitas dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi. Peserta didik mampu memberi penguatan pada aspek fisika sesuai dengan minat untuk keperguruan tinggi yang berhubungan dengan bidang fisika. Melalui kerja ilmiah juga dibangun sikap ilmiah dan profil pelajar pancasila khususnya mandiri, inovatif, bernalar kritis, kreatif dan bergotong royong. B. POKOK MATERI 1. ELASTISITAS 2. Tegangan (strees) 3. Regangan (strain) 4. Modulus Elastisitas 5. Hukum Hooke D. URAIAN MATERI 1. PENGERTIAN ELASTISITAS Elastisitas adalah kecenderungan pada suatu benda untuk berubah dalam bentukbaik panjang, lebar maupun tingginya, tetapi massanya tetap, hal itu disebabkan oleh gayagaya yang menekan atau menariknya, pada saat gaya ditiadakan bentuk benda kembali seperti semula.
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. Dalam fisika, fenomena elastisitas ini perlu dinyatakan dalam suatu angka agar dapat diketahui potensinya dan dapat dimanfaatkan secara maksimal untuk berbagai keperluan alat maupun teknologi. Bagaiman penjelasan fisikanya? Elastisitas kekenyalan suatu bahan dapat dipahami melalui struktur mikronya, yaitu berkaitan dengan molekul-molekul penyusun bahan itu. Kebanyakan bahan tersusun atas atom-atom atau molekul-molekul yang rapi menurut pola-pola yang tetap yang disebut struktur kekisi dari bahan itu. Atom-atom atau molekul-molekul tersebut menempel kukuh diposisinya masing-masing pada pola-pola tertentu karena dijaga oleh gaya antarmolekul. Dapat disimpulkan bahwa Elastisitas bahan merupakan akibat adanya gaya-gaya antarmolekul yang merakit bahan tersebut. Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah. Gaya yang diberikan juga memiliki batas-batas tertentu.Sebuah karet bisa putus jika gaya tarik yang diberikan sangat besar, hingga melewati batas elastisitasnya. Demikian juga sebuah pegas tidak akan kembali ke bentuk semulajika ditarik dengan gaya yang sangat besar. Jadi benda-benda elastis tersebut memiliki batas elastisitas. 2. JENIS BENDA BERDASARKAN ELASTISITASNYA Sesuai dengan sifat elastis tersebut benda dibagi menjadi a. Benda Plastis Benda plastis adalah benda yang jika gaya luar dihilangkan benda tersebut tidak akan kembalike bentuk semula. Contoh dari benda plastis ialah plastisin, dan tanah liat. b. Benda Elastis Gambar: Plastisin yang ditekan https://cms.sehatq.com/public/img/article_ img/3-cara-membuat-plastisin-yang-amanBenda elastis adalah benda yang dapat kembali ke bentuk semula setelah gaya yang mengenainya dihilangkan, misalnya karet dan pegas.
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 E F.l A.l τ = F / A 3. Tegangan atau strees (τ) Tegangan adalah perbandingan antara gaya yang bekerja dengan luas penampang (A). τ = tegangan ( N/m2 atau pascal) dimensinya M.L 1.T-2 F = gaya (N); dimensinya M.L.T-2 A = luas penampang (m2) 1 m2 = 104 cm2 1 cm2 = 10-4 m2 Contoh soal : a. Sebuah benda diberi gaya 40 N jika luas penampangnya 200 cm2. Berapa tegangan yang dialami benda ? Diket : F = 40 N A = 200 cm2 = 2.10-2 m2 Dit : τ = ... ? Jawab: τ = F / A = 40 / 2.10-2 = 2 000 pa 4. Regangan atau strain ( e ) Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang (ΔL) yang dialami suatu benda dengan panjang mula-mula (L) e = regangan ΔL = pertambahan panjang (cm) L = panjang mula-mula (cm) Contoh soal : Sebuah benda panjangnya 10 m, kemudian ditarik dengan gaya sehingga panjangnya menjadi10,05 m. Berapa regangannya ? Diket : L = 10 m ΔL = 10,05 – 10 = 0,05 m Dit : e = ... ? e = ΔL / L = 0,05 / 100 = 5.10-4 5. Modulus Elastisitas (E) Modulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan (τ) dengan regangan (e) yang dimiliki suatu benda. Persamaan modulus elastisitas atau modulus young adalah : E = modulus elastisitas (N/m2 atau pascal) F = gaya (N) Shintia Meilansari, S.Pd. e = ΔL / L
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. A = luas penampang (m2) L = panjang awal (m) ΔL = pertambahan panjang (m) Jika tali diberi beban massanya m maka sebagai pengganti gaya penariknya adalah berat bendatersebut. F = w = m.g m = massa benda (kg) g = percepatan grafitasi (m/s2) Contoh soal : a. Seutas tali panjangnya 20 m diberi beban 40 kg sehingga panjangnya menjadi 20,4 m, jika luas penampang tali 10 cm2. Tentukan tegangan, regangan dan modulus elastisitas bahan tersebut ! Diket : L = 20 m L2 = 20,4 m ΔL = 20,4 – 20 = 0,4 m m = 40 kg w = m.g = 40.10 = 400 N A = 10 cm2 = 10-3 m2 Jawab : τ = F / A = w / A = 400 / 10-3 = 4.105 N/m2 e = ΔL / L = 0,4 / 20 = 0,02 = 2.10-2 E = τ / e = 4.105 / 2.10-2 = 2.107 N/m2 6. Hukum Hooke Jika sebuah pegas diberi gaya F sehingga bertambah panjang Δx, maka pertambahan panjang Jika tali diberi beban massanya m maka sebagai pengganti gaya penariknya adalah berat bendatersebut. F = w = m.g m = massa benda (kg) g = percepatan grafitasi (m/s2) Jika ditentukan konstanta pegas maka persamaannya adalah : atau Keterangan : k = konstanta pegas (N/m)m = massa beban (kg) Δx = pertambahan panjang pegas (m) Δx = x2 – x1 k = F / Δx k =m.g / Δx
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. Besarnya Energi Potensial (Ep) pada pegas yang diberi gaya tertentu adalah : Ep = energi potensial pegas (J) k = konstanta pegas (m) Δx = pertambahan panjang pegas (m) Contoh soal : a. Sebuah pegas diberi gaya 10 N sehingga panjang pegas yang semula 12 cm menjadi 16 cm.Berapa konstanta pegas? Diket : F = 10 N x1 = 12 cm x2 = 16 cm Δx = 16 – 12 = 4 cm = 0,04 m Dit : k = ... ? Jawab : k = F / Δx = 10 / 0,04 = 250 N/m Ep = ½ k. Δx2
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. HUKUM HOOKE NAMA 1. 2. 3 4. 5. 6. Kelas : Mapel : A. TUJUAN PERCOBAAN Merumuskan Hukum Hooks B. ORIENTASI PERMASALAHAN : Apa keunggulan shockbreaker pada motorcross dibandingkan dengan shockbreaker pada motor umumnya sehingga motorcross dipilih dalam perlombaan dengan medan yang terjal dan berbatu? C. ALAT DAN BAHAN Aplikasi Phet : https://phet.colorado.edu/in/simulations/hookes-law Komputer /laptop/ Hp LKPD D. PERSIAPAN PERCOBAAN 1. Setiap kelompok mengoperasikan satu laptop/ HP 2. Pembagian tugas dalam kelompok ( ada peserta didik yang mengoperasikan laptop/HP, mencatat dan mengisi LKPD, serta mencari informasi lewat referensi buku /literasi digital) 3. Aplikasi Phet sudah dibuka pada laptop/HP masing – masing siswa
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. E. PROSEDUR PERCOBAAN PERCOBAAN 1 ( Guru membimbing peserta didik umtuk masuk aplikasi phet) 1. Buka aplikasi : https://phet.colorado.edu/in/simulations/hookes-law 250 N/m
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. HUKUM HOOKE 2. Aturlah nilai Konstanta pegas pada angka 250 N/m (variable Terikat) Lakukan perubahan gaya yang dikenakan sesuai tabel berikut, catat berapa nilai perubahan Panjang yang terjadi dan menuliskannya pada table. Tabel 1. Hubungan Gaya terhadap Perubahan Panjang No Gaya/ F( N) Perubahan panjang ( perpindahan) x ( m) 1 10 N 2 20 N 3 30 N 4 40 N 3. Dari table 1 buatlah grafik hubungan gaya yang bekerja pada pegas dengan nilai Perubahan panjang pegas dengan konstanta pegas yang sama ( 200 N/m) F (N) x ( m) 4. Dari table dan grafik di atas bagaimana hubungan gaya dengan Perubahan Panjang pegas? Jelaskan !
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. HUKUM HOOKE PERCOBAAN KE -2 1. Pilih tampilan ini Aturlah nilai gaya yang diberikan pada angka 30 N Lakukan perubahan gaya yang dikenakan sesuai tabel berikut , catat berapa nilai perubahan Panjang yang terjadi dan menuliskannya pada table. Tabel 2. Hubungan Konstanta pegas terhadap Perubahan Panjang No Konstanta Pegas K ( N/m) Perubahan panjang x ( m) 1 100 N/m 2 120 N/m 3 140 N/m 4 160 N/m 2. Dari table 2 buatlah grafik hubungan antara konstanta pegas dengan nilai Perubahan panjang pegas dimana gaya yang diberikan adalah tetap ( 50 N) K (N/m) x ( m) 30 N
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. 3. Dari tabel 2 dan grafik di atas bagaimana hubungan konstanta pegas dan Perubahan Panjang pegas? jelaska JAWAB :
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. HUKUM HOOKE 4. Apa keunggulan shockbreaker pada motorcross dibandingkan dengan shockbreaker pada motor umumnya sehingga motorcross dipilih dalam perlombaan dengan medan yang terjal dan berbatu? 5. Sebutkan 3 contoh benda yang menerapkan sifat elastisitas pegas yang ditemukan dalam kehidupan sehari – hari 6. Sebuah pegas diberi gaya 20 N sehingga panjang pegas yang semula 12 cm menjadi 16 cm. Berapa konstanta pegas tersebut ? JAWAB : JAWAB : 1. 2. 3. JAWAB :
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. F. Kesimpulan Rumusan Matematik Hukum Hooke berdasarkan percobaan di atas adalah . . . JAWAB :
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. E. FORUM DISKUSI Jika seseorang ingin memodifikasi motornya untuk balapan di jalan yang berbatu, apa yang harus ia lakukan pada shockbreaker motornya? Ayuk diskusikan dengan teman semejamu III. PENUTUP Rangkuman 1. Benda elastis adalah benda yang dapat kembali ke ukuran semula ketika gaya yang bekerja pada benda tersebut dihilangkan. 2. Benda plastis adalah benda yang tidak dapat kembali ke bentuk semula ketika gaya yang bekerja pada benda tersebut dihilangkan. 3. Stres adalah perbandingan gaya yang bekerja pada benda dengan luasan pada benda yang mendapat gaya. 4. Strain adalah perbandingan anatara pertamabahan panjang benda dengan panjang awal. 5. Modulus elastisitas atau disebut juga modulus Young adalah perbandingan antara stres dan strain. 6. Konstanta pegas ditentukan oleh jenis bahannya yang ditunjukkan dengan nilai modulus Young, luas penampang pegas, dan panjang awal pegas. 7. Pegas yang disusun secara seri akan menghasilkan sistem pegas yang memiliki nilai konstanta lebih kecil. 8. Pegas yang disusun secara paralel akan menghasilkan sistem pegas yang memiliki nilai konstanta lebih besar. Diskusikan dengan teman Anda hal berikut ini:
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. IV. TES SUMATIF 1. Sebutkan contoh penerapan elastisitas dalam kehidupan sehari-hari! 2. karakteristik dari suatu pegas disebut . . . 3. Sebuah pegas diberi gaya 2 N dan meregang sejauh 0,02 m. Maka konstanta pegas tersebut adalah .... 4. Sebuah pegas diberi gaya sebesar 24 N maka pegas akan bertambah panjang 20 cm. Jika pegas diberi gaya sebesar 30 N Maka pegas akan meregang sejauh . . . 5. Grafik di bawah menyatakan hubungan antara gaya (F) terhadap pertambahan panjang dari tiga bahan yang berbeda. Grafik yang menunjukkan nilai konstanta elastisitas k dari terbesar ke terkecil berturut-turut adalah …
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. V. KUNCI JAWABAN TES SUMATIF 1. Shockbreaker, panah, ketapel dll 2. Konstanta pegas 3. 100 N/m 4. 25 cm 5. 3,2,1
Materi Ajar FISIKA SMA Kelas XI Semester 2 Shintia Meilansari, S.Pd. VI. DAFTAR PUSTAKA https://rakyatku.com/read/135789/cara-pegang-setang-danteknik-melompat- pada-motocross https://2.bp.blogspot.com/- 8Y1Wo9v_kIc/WdbUOEeSFkI/AAAAAAAAKe c/ee2U61vhveEeMVwQciGfp8BFxeixXombgCLcBGAs/s300/ketapel2.jpg https://cms.sehatq.com/public/img/article_img/3-cara-membuatplastisin-yang-aman Utomo, Prastiadi. 2017. FISIKA untuk SMK/MAK kelas X. Jakarta: Erlangga. Supriyati, Yuni. F. FISIKA Bidang Keahlian Teknologi dan Komunikasi SMK/MAK kelas X. Jakarta: Bumi Aksara. Haryadi, Bambang. 2009. Fisika untuk SMA dan MA Kelas XI. Depdiknas: Jakarta Sarajo, Ganijanti Aby. 2002. Seri Fisika Dasar Mekanika. Salemba Teknika: JakartaKanginan, Marthen. 2007. Fisika untuk SMA Kelas XI. Erlangga: Jakarta