E-MODUL Karakter Nilai Islami Disusun Oleh: FILIA NUR RACHMAN SARWI IAN YULIANTI USAHA DAN ENERGI SMA/MA STEM
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami ii MODUL FISIKA BERBASIS STEM MATERI USAHA DAN ENERGI MEMUAT KARAKTER NILAI ISLAMI Untuk siswa SMA/MA Hak Cipta @2023 pada Universitas Negeri Semarang Tim Penyusun Mahasiswa : Filia Nur Rachman Dosen : Sarwi Ian Yulianti Editor : Filia Nur Rachman Validator : Modul ini dilayout berbantu canva dan Ms word 2016 oleh mahasiswa penyusun 1. Ellianawati 2. Ihsan Nurmansyah 3. Mukarramah Mustari
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami iii WELCOME E-MODUL STEM KARAKTER NILAI ISLAMI
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami iv KATA PENGANTAR “Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.” (Q.S Alam Nasyrah: 5). “sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.” (Q.S Alam Nasyrah:6) Salam cinta sesama makhluk ciptaan Tuhan Puji syukur atas karunia Allah Azza Wa Jalla memudahkan dan memberikan kelancaran penyusunan e- modul Berbasis STEM yang memuat karakter nilai islami sehingga dapat terselesaikan, Konten isi didalam e-modul merupakan muatan pengkajian literatur dengan tetap merujuk pada kurikulum 2013 maupun Merdeka Belajar. E-modul yang berisi animasi, video, contohcontoh kontekstual dalam kehidupan sehari-hari serta memiliki value e-modul karakter nilai islami prespektif Al-Quran, hadir dengan tujuan peserta didik dapat memahami dan mengetahui karakter nilai islami yang terdapat didalam Al-Quran yang berkenaan usaha dan energi. Akhir kata, Penulis mengucapkan terima kasih jazakumullah khairan, berbagai pihak yang berkontribusi membantu dalam menyelesaikan e-modul berbasis STEM memuat karakter nilai islami dalam prespektif Al-Quran, yang tidak dapat disebutkan satu-persatu namun tanpa mengurangi rasa syukur dan ucapan terima kasih, semoga menjadi ladang amal serta menjadi pahala jariyah.Aamiin Semarang, Juli 2023 Filia Nur Rachman
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami v DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ......................................................................... i SELAYANG PANDANG................................................................. iii KATA PENGANTAR ..................................................................... iv DAFTAR ISI ................................................................................. v PENDAHULUAN ........................................................................... 1 Petunjuk Penggunaan E-Modul........................................................... 1 Peta Konsep...................................................................................... 3 Capain Pembelajaran......................................................................... 4 Rumah Ilmu (Rumil).......................................................................... 5 Rumah Quran (Ruqan)..................................................................... 25 UJI KOMPETENSI ...................................................................... 27 DAFTAR PUSTAKA
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 1 ADAB MENUNTUT ILMU Mahabbah Beradab & bertatakrama baik, tawaduk Khidmat Tauladan Nabi Tawakal kepada Allah sambil tetap bertanggung jawab dalam menjalani kehidupan. Nabi Muhammad memberi contoh dengan mengikat unta sebelum shalat, menunjukkan bahwa tawakal bukan berarti mengabaikan tanggung jawab. Tetap berusaha sebaik-baiknya dalam menjaga amanah yang Allah berikan
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 2 PENDAHULUAN Petunjuk Penggunaan: 1. Sebelum memulai belajar, disarankan untuk mengawali dengan berdoa, memohon keberkahan Allah agar ilmu yang kita pelajari dapat terserap dengan baik dalam pikiran kita. 2. Proses belajar adalah suatu perjalanan yang memerlukan ketekunan dan ketekunan yang tinggi. Selain tidak boleh menyerah, penting juga untuk berusaha dan berdoa kepada Pencipta yang Maha Memberi Ilmu dan memberikan kekuatan kepada hamba-Nya. 3. Berikut ini adalah langkah-langkah penggunaan e-modul: a. Dianjurkan untuk membiasakan diri dalam membaca tujuan dan materi pembelajaran yang disediakan. b. Tetaplah terhubung dengan teman sebaya jika mengalami kesulitan atau jika ada pertanyaan, konsultasikanlah kepada guru yang mengajar mata pelajaran tersebut. c. Untuk memperluas pengetahuan dan wawasan, penting untuk memahami bagian-bagian RUMIL (Rumah Ilmu) dan RUQAN (Rumah Qur’an) d. Gunakan soal-soal yang terdapat dalam e-modul untuk menguji kemampuan Kalian. Kerjakanlah soal-soal tersebut sesuai dengan instruksi yang tertera. e. Lakukan pengecekan terhadap hasil pengerjaan soal Kalian. Dalam menilai hasilnya, kriteria yang digunakan adalah skor 10-60 poin menunjukkan perlu mencoba lagi, sedangkan skor 70-100 poin menunjukkan hasil yang sangat baik.
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 3 PETA KONSEP Usaha Energi Potensial Kinetik gravitasi Pegas Daya Energi bentuk lain Hukum Kelestarian tenaga mekanik Usaha dan Energi Petunjuk belajar 1. Berdoa 2. Perbaiki niat belajar 3. Pahami materi setiap disiplin ilmu (STEM) 4. Jika bertemu “do you know”baca dan pahami untuk menambah wawasan 5. Jika bertemu rumus fisika dalam kotak warna blok biru muda, berhenti sejenak dan renungkan menandakan keterkaitan analogi kehidupan yang memuat karakter nilai islami 6. Kerjakan “uji nyali pengetahuan” untuk mengukur kemampuanmu pada materi usaha dan energi 7. Akhir kegiatan belajar dengan Hamdallah (Alhamdulillah)
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 4 Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari Bab ini, dapat 1) mengklasifikasikan bentuk-bentuk energi dasar, 2) menganalisis bentuk energi yang terlibat pada penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, 3) menganalisis keberlakuan Hukum Kekekalan Energi Mekanik pada peristiwa yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari, 4) menemukan masalah ketersediaan energi yang ada di lingkungan sekitar tempattinggal, 5) menemukan potensi sumber energi yang ada di lingkungan sekitar tempat tinggal, 6) merencanakan rancangan pembuatan alat atau prototipe penghasil energi sederhana 7) membuat alat atau prototipe penghasil energi sederhana, dan 8) memperbaiki rancangan alat atau prototipe penghasil energi sederhana yang telah diujicobakan. Kata Kunci Usaha Energi Daya Efisiensi Energi Hukum Kekekalan Energi Konversi Energi Capaian Pembelajaran “Menganalisis konsep energi, usaha (kerja), keterkaitan usaha (kerja) dan perubahan energi, hukum kekekalan energi, serta bagaimana konsepkonsep tersebut diterapkan dalam peristiwa sehari-hari”
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 5 RUMAH ILMU Gambar 1. Kincir air untuk mengairi sawah Sumber : https://tabloidsinartani.com Apakah Kalian pernah melihat kincir air? Jika ya, apa yang Kalian pikirkan tentang kincir air? Kincir air telah menjadi pemandangan umum yang dimanfaatkan oleh masyarakat di Indonesia. Sebagai contoh, di Kampung Palagantiga, Desa Bojongtipar, Kecamatan Jampang Tengah, Kabupaten Sukabumi, masyarakat petani bersama-sama membuat kincir air tradisional yang ditempatkan di Sungai Cikaso. Kincir air tersebut berfungsi untuk mengangkat air dari sungai dan mengalirkannya ke sawah warga. Hal ini menunjukkan betapa pentingnya peran kincir air dalam mendukung kegiatan pertanian dan sumber pengairan bagi komunitas setempat Cara kerja kincir air ini masih sederhana dan efisien. Kincir air menggunakan potongan bambu yang menempel di strukturnya untuk mengambil air dari sungai. Saat kincir air berputar, potongan bambu juga bergerak dan menumpahkan air saat berada di posisi atasnya. Air yang ditumpahkan kemudian dikumpulkan di sebuah talang yang bertindak sebagai wadah penampung. Dari talang tersebut, air dialirkan secara terarah ke sawah-sawah yang sedang mengalami kekeringan. SCIENCE (SAINS)
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 6 Kehadiran kincir air ini mampu mengairi luas area sawah hingga dua hektar, memberikan manfaat bagi petani dan pertanian di daerah tersebut Setelah membaca berita di atas, apakah ada pertanyaan yang muncul dalam benak Kalian? A. Energi Para petani di Kampung Palagantiga, Desa Bojongtipar, Kecamatan Jampang Tengah, Kabupaten Sukabumi memanfaatkan kincir air sebagai solusi untuk mengatasi kekeringan yang sering melanda area persawahan mereka. Praktik pembuatan kincir air oleh masyarakat Jampang sudah dilakukan sejak lama dan menjadi bagian dari tradisi turun temurun. Bahkan, ketika musim kemarau berlangsung cukup lama, jumlah kincir air yang dipasang di aliran Sungai Cikaso semakin bertambah banyak. Hal ini menunjukkan betapa pentingnya peran kincir air dalam membantu masyarakat menghadapi tantangan kekeringan dan menjaga kesinambungan pertanian di daerah tersebut Banyaknya air yang mengalir pada Sungai Cikaso dinyatakan dalam besaran debit yang secara matematis dinyatakan dengan persamaan berikut: Dengan Q : debit air (m3 /s) V : volume air (m3 ) t : waktu (s) Gambar 2. Fenomena gaya dorong tegak lurus dengar kincir Kalian dapat membaca informasi mengenai kincir air terlebih dahulu pada link berikut: https://tabloidsinartani.com/detail/indeks/agri-sarana/6871-Kreatif-BuatKincir-untuk-Putar-Air-Saat-Kekeringan = (1) Poros kincir air F r r
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 7 Pada musim kemarau, Sungai Cikaso mengalirkan air dengan debit sekitar 12,00 m3 /s hingga 14,50 m3 /s. Debit air sungai yang cukup ini memberikan gaya dorong yang diperlukan untuk menggerakkan kincir air dan mengangkat air melalui tabung bambu hingga mencapai ketinggian sekitar 5 meter. Gaya dorong air sungai ini bekerja tegak lurus dengan kincir air, menyebabkan kincir tersebut berputar, dan fenomena ini disebut sebagai torsi. Dalam konteks matematis, torsi yang dihasilkan oleh gaya dorong aliran air sungai ini dapat diungkapkan dalam persamaan berikut. dengan τ : torsi (N.m) F : gaya dorong yang diberikan oleh aliran air (N) r : jarak ujung kincir air terhadap poros kincir (m) Gaya dari aliran sungai mengalirkan energi untuk menggerakkan kincir. Kincir menerima dorongan dari aliran air yang menggerakkan sudut-sudut kincir sehingga berputar. Akibatnya, gaya dorong aliran air ini melakukan usaha pada kincir. Usaha ini mengubah energi kinetik aliran air menjadi energi kinetik pada kincir, sehingga kincir dapat berputar dan menghasilkan energi mekanik yang bermanfaat. Proses ini umumnya digunakan dalam pembangkit listrik tenaga air, di mana kincir air berfungsi untuk menggerakkan turbin dan mengubah energi dari aliran air menjadi energi listrik. Melakukan usaha artinya cara memindahkan atau menyalurkan energi. Usaha dan energi memiliki satuan yang sama. Dalam SI satuannya adalah Joule (J). Dimensi dari usaha dan energi adalah [][] []2 . Secara matematis, usaha yang dikerjakan oleh gaya dorong aliran air tersebut dinyatakan dengan persamaan = (2)
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 8 dengan W : usaha yang dikerjakan oleh gaya (J) F : gaya (N) d : perpindahan (m) Secara fisik, hasil dari perkalian titik (dot product) antara dua vektor, yaitu vektor gaya dan vektor perpindahan, menggambarkan proyeksi gaya pada arah perpindahan. Dalam notasi matematika, hal ini diwakili sebagai berikut: : proyeksi gaya pada arah perpindahannya : sudut antara arah gaya dengan arah perpindahan Usaha yang dilakukan oleh gaya pertama F1 dapat dihitung menggunakan rumus = 1. , sedangkan usaha yang dilakukan oleh gaya kedua F2 dapat dihitung dengan rumus 2. . Apabila ada beberapa gaya yang bekerja, hasil usaha total yang terjadi adalah jumlah dari masing-masing usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya tersebut. Dengan kata lain, usaha total (Wtotal) dapat diperoleh = (3) = cos (4) Analogi kehidupan Sebagai peserta didik, untuk memperoleh nilai memuaskan, diperlukan upaya dan kerja keras yang maksimal. Semakin besar kerja keras yang dilakukan, semakin besar pula hasil perubahan yang dapat dicapai (Amanah: kerja keras QS An-Nisa:58) Hasil kali skalar antara gaya dan vektor pergeseran penting untuk mengukur usaha yang dilakukan oleh gaya pada objek yang bergerak. Konsep ini mencerminkan nilai Islami amanah, yaitu kerja keras
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 9 dengan menjumlahkan usaha yang dilakukan oleh setiap gaya yang beroperasi dalam sistem tersebut, seperti yang terlihat pada persamaan berikut: Misalkan gaya dorong yang diberikan volume air tertentu yang bergerak. Gaya F memutar kincir air hingga air terangkat sejauh 5 m dari dasar sungai, maka usaha yang dikerjakan oleh gaya F adalah . F 5m = 1. + 2. + 3. +. . + = 1 + 2 + 3 + ⋯ + (5) Analogi kehidupan Memulai kembali setelah sebuah usaha yang gagal, dibutuhkan kemauan yang kuat untuk bangkit kembali dan melanjutkan perjuangan walapun mengalami keterpurukan. Kemauan untuk melakukan beberapa usaha-usaha tidak hanya satu agar goal tercapai (Fathonah: kemauan QS Al-Jumu’ah 62:2 ) Soal Latihan 1! 1. Seorang siswa sedang mengangkat sebuah kotak berat dengan tangannya. Kotak tersebut memiliki massa yang signifikan. Dalam proses mengangkat kotak, siswa tersebut harus melakukan usaha. Apakah kotak tersebut melakukan usaha? Jelaskan alasannya! 2. Seorang pekerja gudang sedang memindahkan sebuah kotak berat dengan massa 2 kg dari posisi diamnya. Untuk memindahkan kotak tersebut sejauh 5 meter, pekerja harus menerapkan gaya sebesar 20 N. Hitunglah besar usaha yang dilakukan oleh pekerja gudang dalam memindahkan kotak tersebut! Nilai karakter islami yang tercermin didalam konsep = 1 + ⋯ + adalah fathonah kemauan W = F Δs W = F (5) W = 5F J W = F ( 5 ) = 5 F W = 5 F J o u l e Maka energi yang diberikan oleh gaya dorong aliran air sungai pada kincir air adalah 5F Joule
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 10 Bentuk – bentuk Energi Pada peristiwa kincir air, terlibat dua bentuk energi yang berperan penting. Salah satu konsep yang menjelaskan mengapa benda bisa bergerak karena energi. Demikian juga, gerakan yang kita lihat sehari-hari dapat dijadikan sumber daya yang berharga dalam bentuk energi. Namun, apakah ada jenis energi lain selain dua bentuk tersebut? Tentu saja! Ada beragam bentuk energi lain yang menarik untuk kita telaah. Mari kita bersama-sama mengeksplorasi berbagai bentuk energi yang ada a. Energi Kinetik Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda yang sedang bergerak dan terkait dengan kecepatannya. Semakin besar kecepatan benda, maka energi kinetiknya akan semakin besar. Oleh karena itu, energi kinetik dapat ditemukan pada berbagai jenis gerakan, seperti gerak lurus, gerak parabola, gerak melingkar, dan gerak getaran. Secara matematis, energi kinetik dinyatakan dengan persamaan: dengan Ek : energi kinetik (J) m : massa benda (kg) v : kecepatan benda (m/s) Untuk menghitung energi kinetik suatu benda, diperlukan informasi tentang massa dan kecepatan benda tersebut. Kecepatan benda dihitung menggunakan persamaan: = 1 2 2 (6) = ∆ ∆ (7) TECHNOLOGY (TEKNOLOGI) Sumber : https://phet.colorado.edu/ dengan Δs : perpindahan benda (m) Δt : selang waktu (s)
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 11 Perhatikan gerak jatuh kelapa dari pohonnya! Manakah yang energi kinetiknya lebih besar, saat mencapai kedudukan Q atau R? Betul, di R energi kinetiknya lebih besar karena ketika jatuh kecepatannya terus bertambah. Oleh karena itu energi kinetik kelapa akan lebih besar ketika mencapai titik R dibanding titik Q. Sekarang mari kita hitung energi kinetik kelapa saat mencapai titik Q dan R, bila massa kelapa 0,6 kg, tinggi h = 9,6 m, tinggi di Q = 6,4 m, dan tinggi di R = 5,55 m. Untuk menghitung energi kinetik dengan rumus = 1 2 2 harus memilki data massa dan kecepatan. Kecepatan jatuh bebas kita hitung dengan rumus = √2g. h dalam hal ini h adalah perpindahan yang dihitung dari kedudukan awal (9,6 m sesuai ilustrasi gambar). Bila g = 10 m/s2 , maka kita dapatkan: 1. Di titik Q, perpindahan kelapa, h = 9,6 – 6,4 = 3,2 m. Kecepatannya = √2g. h = √2.10.3,2 = 8 /. Energi kinetik di A adalah = ½ . 2 = ½ 0,6. 82 = 0,3.64= 19,2 2. Di titik R, perpindahan kelapa, h = 9,6 – 5,55 = 4,05. Kecepatannya = √2g. h = √2.10.4,05= √81= 9 /. Energi kinetik di B adalah = ½ . 2 = ½ 0,6. 92 = 0,3.81= 24,3 Gambar 3. Ilustrasi kelapa jatuh dari pohon Sumber : https://roboguru.ruangguru.com
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 12 Dalam kasus kincir air, tabung bambu yang berada di ujung-ujung kincir bergerak mengikuti lintasan lingkaran. Jarak yang ditempuh tabung bambu saat berputar sebagai berikut: ∆s = n × Keliling lingkaran Jika ∆s disubstitusikan ke persamaan (7),kecepatan tabung putaran tabung bambu sebagai berikut, = (× ) ∆ v = (n×2πr) ∆t Jika persamaan (8) disubstitusikan pada persamaan (6), sehingga persamaan energi kinetik untuk kincir air yang berotasi adalah sebagai berikut: dengan Ek : energi kinetik kincir yang berotasi (J) m : massa kincir air (kg) n : banyaknya putaran r : jari-jari roda kincir (m) t : waktu yang dibutuhkan tabung bambu untuk menempuh satu putaran (s) b. Energi potensial v = ( × 2) ∆ (8) = 2 ( ) 2 (9) Soal Latihan 2! 1. Seorang penembak sedang menggunakan senapan untuk menembak sebuah peluru. Peluru tersebut memiliki massa sebesar 20 gram dan bergerak dengan kecepatan 150 m/s. Berapa besar energi kinetik peluru tersebut? 2. Seorang pengamat melihat sebuah benda bergerak dengan kecepatan 72 km/jam dan memiliki energi kinetik sebesar 400 Joule. Tentukan massa dari benda tersebut Gambar 4. Fenomena tabung bambu diujung kincir mengikuti lintasan lingkaran
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 13 Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan posisinya. Dalam gerak yang sudah Kalian pelajari, terdapat dua jenis energi potensial, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial pegas. Perhatikan kembali Gambar 3 (Ilustrasi kelapa jatuh)! Kedudukan Q lebih tinggi dari R, sehingga energi potensial di titik Q lebih besar dibandingkan di titik R Rumusan energi potensial gravitasi dibedakan dalam dua keadaan, yaitu: Di permukaan bumi: dengan Ep : energi potensial gravitasi (J) m : massa benda (kg) g : percepatan gravitasi (10 m/s2 ) h : posisi benda di ketinggian tertentu (m) Di tempat jauh dari permukaan bumi atau planet: dengan, Ep : Energi potensial (J) : Konstranta gravitasi : massa bumi atau planet : massa benda (Kg) : Jarak benda dari pusat bumi atau planet = . . ℎ (10) = − . (11) Gambar 5. Newton Sumber: fisika.fmipa.um.ac.id Sir Isaac Newton, ilmuwan Inggris, lahir pada 25 Desember 1642 di Woolsthrope, Inggris. Ia dikenal atas teori gravitasi dan hukum gerak yang diungkapkan dalam karyanya "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica". Newton juga merupakan penemu kalkulus dan teori optik. Do You Know Newton?
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 14 Perhatikan juga ilustrasi Gambar 6 Pada posisi 2 energi potensialnya lebih besar dari posisi 1 karena kedudukannya lebih jauh dari keadaan awal (seimbang) . Gambar 6. Ilustrasi Energi Potensial Pegas Sumber : Modul Fisika _Kelas X KD 3 dengan, : Energi potensial (J) : Konstanta pegas / : simpangan (m) = 1 2 . 2 (12) Analogi Kehidupan Potensi yang ada dalam diri manusia akan terwujud dengan sempurna ketika seseorang mampu menginjak bumi dengan kokoh dan kuat, serta mampu menghubungkan diri dengan Allah dengan keteguhan yang tak tergoyahkan Energi potensial pegas bergantung pada kekuatan pegas dan simpangan atau kedudukan dari titik keseimbangan. Rumusan energi potensial pegas adalah sebagai berikut. ALLAH ALLAH : Manusia atau diri sendiri (Anda) : Menapak kebumi dengan aktivitas ℎ : Terhubung keatas dengan Allah
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 15 c. Kalor Ketika terjadi perubahan suhu pada benda, terdapat energi yang diserap atau dilepaskan oleh benda, yaitu kalor. Secara matematis kalor dinyatakan dengan persamaan berikut ini. dengan Q : kalor () m : massa benda (kg) c : kalor jenis (/kg.K) ΔT : perubahan suhu (K) = ∆ (13) Soal Latihan 3 ! 1. Seorang tukang pindah barang sedang mengangkat sebuah lemari dengan massa 20 kg untuk dibawa ke lantai 8 sebuah gedung apartemen. Ketika lemari sudah berada di lantai tersebut, energi potensialnya mencapai 1500 Joule. Berapa tinggi lantai ke-8 dari permukaan tanah? 2. Seorang peneliti sedang mempelajari pegas pada siang hari yang panas. Awalnya, pegas tersebut memiliki panjang 5 cm, namun karena pemuaian akibat panas, panjangnya bertambah menjadi 8 cm. Pegas tersebut memiliki nilai konstanta sebesar 2000. Berapakah besar energi potensial yang tersimpan dalam pegas tersebut setelah mengalami pemuaian? 3. Andi adalah seorang pendaki gunung yang gemar menaklukkan puncak-puncak tinggi. Suatu hari, dia berhasil mencapai puncak gunung yang memiliki ketinggian 3.000 meter di atas permukaan laut. Diketahui massa Andi adalah 72 kg. Berapa besar energi potensial Andi saat berada di puncak gunung tersebut?(g = 10 m/s2 )
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 16 d. Energi Listrik Muatan listrik Q memiliki medan listrik, kemudian muatan listrik lainnya q dipindahkan dari satu tempat ke tempat yang lain dalam pengaruh medan listrik Q, maka muatan listrik q memiliki energi. Secara matematis dinyatakan dengan persamaan: Pada persamaan tersebut, berlaku Hukum Ohm. dengan W : energi listrik () V : beda potensial atau tegangan listrik (Volt) I : kuat arus listrik (A) R : hambatan listrik (ohm) t : selang waktu (s) e. Energi Mekanik Mari kita amati sebuah contoh sederhana proses perubahan energi di alam yaitu ketika sebuah buah apel yang sudah matang jatuh dari pohon, apel berpindah dari posisi A ke posisi B, terjadi perubahan energi yang disebut energi mekanik Energi mekanik merupakan energi yang terlibat pada suatu benda yang berada pada posisi tertentu dan bergerak pada keadaan tertentu. Sederhananya, energi mekanik dinyatakan dengan persamaan berikut ini dengan EM : energi mekanik () Ek : energi kinetik () Ep : energi potensial gravitasi () = (14) = (15) = + (16) Gambar 7. . Ilustrasi apel jaruh dari pohon Sumber : Fisika Kelas X. Direktorat SMA
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 17 Kalian dapat mencoba untuk menganalisis peristiwa apel jatuh tersebut. Sebuah apel bermassa m. Awalnya, apel yang dalam keadaan diam berada di posisi A, yaitu pada ketinggian h dari permukaan tanah, pada keadaan tersebut energi potensial gravitasinya bernilai maksimum, sehingga energi potensial gravitasi sama dengan energi mekanik. Kemudian, apel terlepas dan akhirnya sampai di posisi B pada ketinggian 0 dengan kecepatannya v. Sesaat menyentuh permukaan tanah, kecepatan apel maksimum, sehingga energi kinetik sama dengan energi mekanik di posisi B. Sebenarnya, energi menunjukkan cara alam mempertahankan “nilainya”. Misal, pada kasus apel ini, nilai energi mekanik apel pada posisi A akan sama dengan nilai energi apel mekanik pada posisi B, namun bentuk energinya berubah. Maka, pada peristiwa jatuhnya apel ke tanah ini berlaku Hukum Kekekalan Energi yang bunyinya adalah sebagai berikut. “Energi bersifat kekal, artinya energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, energi dapat berubah bentuk” Pernyataan tersebut dinyatakan secara sederhana dengan persamaan berikut ini Sehingga yang terjadi pada apel jatuh sebenarnya Energi Awal = Energi Akhir Energi pada posisi A= Energi pada posisi B EPA + EKA = EPB + EKB EPA + 0 = 0 + EKBEPA = EKB Jadi, pada peristiwa apel jatuh tersebut, energi potensial berubah bentuk menjadi energi kinetik. Perubahan bentuk energi seperti yang dialami oleh apel jatuh biasanya disebut dengan istilah konversi energi. Konversi energi dimanfaatkan manusia untuk menunjang pekerjaan manusia dalam memenuhi kebutuhannya sehari-hari. = (17)
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 18 Namun dalam kenyataannya, dalam konversi energi, energi akhir yang dihasilkan tidak seluruhnya terkonversi dalam bentuk energi yang diharapkan, sehingga energi akhir yang dihasilkan bisa terdiri atas dua, yaitu energi yang diharapkan (yang dapat dimanfaatkan) atau energi yang tidak diharapkan. Misalnya Kalian menjatuhkan bola basket ke lantai seperti pada Gambar 6. Ketika bola berbenturan dengan lantai, timbul suara benturan bola dengan lantai, setelah itu bola memantul ke arah semula, namun tidak mencapai ketinggian awalnya. Seberapa efektif energi yang dapat dimanfaatkan dinyatakan dalam persentase perbandingan antara energi yang dihasilkan (dapat dimanfaatkan) dengan energi yang diterima atau biasa disebut dengan istilah efisiensi. Secara sederhana, efisiensi dinyatakan dalam persamaan berikut ini. dengan η = efisiensi energi f. Hubungan Usaha dengan Perubahan Energi Apakah ada hubungan antara usaha dan energi? Tentu, ada. Energi dapat dijelaskan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Bagaimana kita merumuskan hubungan antara usaha dan energi? Usaha dapat dianggap sebagai perubahan energi, yang berarti bahwa usaha dapat menyebabkan perubahan dalam bentuk energi kinetik, energi potensial, atau energi mekanik Gambar 5 Bola basket memantul Gambar 6. setelah bertumbukan dengan lantai tetapi tidak dapat mencapai ketinggian semula = ℎ × 100% (18) = = 1- 0 = (19) = Edihasilkan : energi yang dihasilkan () Editerima : energi yang diterima ()
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 19 Analogi kehidupan Sebagai peserta didik yang memiliki usaha positif, memahami pentingnya mempersiapkan ujian semester dengan baik dan tanpa mencotek. Dalam menghadapi ujian, menjunjung tinggi integritas diri dan menolak untuk mengambil jalan pintas dengan mencontek (QS At-Taubah 9:119 Shiddiq : integritas/kejujuran) Soal Latihan 4! 1. Seorang anak melemparkan sebuah bola dengan massa 0,6 kg dari atas meja yang tingginya 4 meter dari tanah. Saat lepas dari bibir meja, bola memiliki kecepatan sebesar 20 m/s. Hitunglah energi mekanik (EM) bola pada saat ketinggian bola adalah 2 meter dari tanah! 2. Sebuah benda jatuh bebas memiliki energi mekanik sebesar 168 Joule. Pada suatu titik tertentu, energi potensial benda tersebut berkurang menjadi 68 Joule. Berapa besar energi kinetik benda pada titik tersebut? 3. Sebuah televisi digunakan selama 3 jam dengan dihubungkan ke sumber listrik dengan tegangan 220 V dan arus 2 A. Jika harga tiap kilowatt-hour (kWh) listrik adalah Rp2.000, berapa biaya penggunaan televisi tersebut selama 3 jam? 0 bernilai negatif sebelum dikenai gaya sedangkan 1 setelah objek dikenai gaya. Konsep ini mencerminkan nilai karakter usaha manusia beranekaragam, baik usaha positif maupun usaha negatif.
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 20 Gambar 8. Al Biruni Sumber: oif.umsu.ac.id Do you know Al Biruni? Abu Raihan Muhammad al-Biruni (973-1048) adalah seorang ilmuwan terkemuka dari Asia Tengah. Ia ahli dalam banyak bidang ilmu seperti matematika, astronomi, fisika, geografi, sejarah, kedokteran, farmasi, dan sastera. Al-Biruni diakui sebagai "Ptolemeus Arab" dan memiliki sumbangan besar dalam trigonometri. Karya-karyanya mencakup astronomi, astrologi, optik, dan ilmu-ilmu sosial, serta menjadi "Bapak Geodesi". = (20) Besaran daya digunakan untuk mengukur seberapa lama waktu yang diperlukan untuk melakukan suatu usaha. Dalam konteks ini, daya merupakan ukuran dari tingkat atau laju kerja yang dilakukan dalam satu satuan waktu. Semakin tinggi daya, semakin cepat usaha tersebut dilakukan, sedangkan semakin rendah daya, usaha tersebut memerlukan waktu yang lebih lama untuk diselesaikan Secara matematis, daya dinyatakan dengan persamaan matematis berikut ini. Dengan P : daya (Watt) W : usaha () t : waktu (s)
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 21 Dalam kehidupan sehari-hari, energi tidak selalu dinyatakan dalam satuan SI, . Satuan energi, kaitannya dengan daya, biasa dinyatakan dalam kilowatt.jam (kWh), biasanya satuan kWh, digunakan untuk menghitung energi listrik yang digunakan beserta biaya yang harus dikeluarkan. Berikut ini contoh sederhana kegunaan perhitungannya dalam kehidupan sehari-hari. Analogi kehidupan Manusia memiliki batasan waktu dalam mengeluarkan energi dalam hidupnya, yang ditentukan hingga saat ajal tiba, sebagaimana yang disebutkan dalam Quran surat Al-A’raf:34. Oleh karena itu, sangat penting bagi kita untuk memanfaatkan waktu dengan sebaikbaiknya
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 22 ENGINEERING (TEKNIK) Capaian pembelajaran Sub topik Usaha dan Energi dengan Indikator “Menganalisis konsep energi, usaha (kerja), keterkaitan usaha (kerja) dan perubahan energi, hukum kekekalan energi, serta bagaimana konsep-konsep tersebut diterapkan dalam peristiwa sehari-hari” PROYEK 6. Botol bekas (misalnya botol plastik minuman bekas) 7. Kardus atau bahan lain untuk membuat struktur pendukung 8. Gunting/cutter 9. Pengukur waktu (misalnya stopwatch) 1. Pita perekat (atau lem panas) 2. Kelereng (sebagai bola roller coaster) 3. Penggaris 4. Cat (opsional) 5. Pengukur waktu Tujuan pembelajaran 1. Menemukan potensi sumber energi yang ada di lingkungan sekitar tempat tinggal, 2. Merencanakan rancangan pembuatan alat atau prototipe penghasil energi sederhana 3. Membuat alat atau prototipe penghasil energi sederhana, dan 4. Memperbaiki rancangan alat atau prototipe penghasil energi sederhana yang telah diujicobakan Pengorganisasian Membagi kelas kedalam kelompok dengan mempersilahkan peserta didik untuk membuat kelompoknya masing-masing Hipotesis Arahkan peserta didik untuk merumuskan hipotesis percobaan sesuai dengan tujuan percobaan. Alat dan bahan
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 23 Prosedur Mengurangi limbah dan memanfaatkan kembali benda-benda yang sebelumnya dianggap tidak berguna (tabligh: peduli lingkungan QS. Al-Maidah 5: 67) 1.Perencanaan Desain Tentukan desain roller coaster termasuk tinggi, panjang, kemiringan lintasan, dan jumlah putaran yang diinginkan. Buat sketsa desain roller coaster. 2.Membuat Lintasan Potong botol bekas menjadi dua bagian longitudinal, gunakan bagian datar botol sebagai lintasan. Bentuk lintasan dengan melekatkan bagianbagian botol pada struktur pendukung dari kardus yang dipotong dan dirakit 3.Menguji Kecepatan Pastikan lintasan memiliki kemiringan yang cukup untuk kelereng bergerak lancar. Uji beberapa kali untuk memastikan kinerjanya. 4.Menyempurnakan Desain Tempatkan kelereng di atas lintasan, lepaskan, dan catat waktu yang diperlukan untuk mencapai ujung lintasan untuk mendapatkan perkiraan kecepatan roller coaster. Sesuaikan kemiringan lintasan jika kelereng bergerak terlalu lambat atau ganti bagian lintasan yang lebih licin jika terlalu cepat atau keluar jalur. 5.Finishing (Opsional) Hias struktur pendukung dan lintasan roller coaster jika diinginkan. 6.Uji Coba Final Lakukan uji coba final untuk memastikan roller coaster berfungsi dengan baik. Amati dan perbaiki jika diperlukan
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 24 Data Pengamatan No Variabel Pengamatan Pengukuran 1 Pengukuran 2 Pengukuran 3 ... Rata-rata pengukuran 1 Tinggi Roller coaster (cm) 2 Panjang Lintasan (cm) 3 Kecepatan Roller caoster 4 Waktu tempuh (sekon/detik) 5 Jumlah putaran 6 Jarak terjauh (cm) 7 Tinggi puncak tertinggi (cm) Mencari nilai Ep dan Ek dari hasil data pengamatan Titik Massa (kg ) Ketinggian (m) Kecepatan (m/s) Ep() Ek() MATHEMATICS (Matematika)
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 25 RUMAH QURAN 1. Ajal Manusia QS. Al-A’raf:34 َ ن ْ و ُ ِدم ْ ق َ ت س ْ َ ا ي َ ل َّ و ً ة َ اع سَ َ ن ْ و ِخرُ ْ أ َ ت س ْ َ ا ي َ ل ْ م ُ ه ُ ل َ ج َ ا َ اۤء َ ا ج َ ِذ ا َ ٌۚف ل َ ج َ ٍة ا َّ م ُ ا ِ ل ُ ِلك َ و 34.Tiap-tiap umat mempunyai batas waktu; maka apabila telah datang waktunya mereka tidak dapat mengundurkannya barang sesaatpun dan tidak dapat (pula) memajukannya Manusia memiliki batasan waktu dalam mengeluarkan energi dalam hidupnya, yang ditentukan hingga saat ajal tiba, sebagaimana yang disebutkan dalam Quran surat Al-A’raf:34. Oleh karena itu, sangat penting bagi kita untuk memanfaatkan waktu dengan sebaik-baiknya. 2. Amanah: kerja keras QS. An-Nisa: 58 ا ْ و ُ م ُ ك ْ ح َ ت ْ ن َ ِس ا ا َّ الن َ ن ْ ي َ ب ْ م ُ ت ْ م َ ك َ ا ح َ ِاذ َ و ۙ ا َ ِ ه ل ْ ه َ ى ا ٰٓ ِتِال ٰ ن ٰ م َ ا ْ وا ال ُّ د َ ؤ ُ ت ْ ن َ ا ْ م ُ ك رُ ُ م ْ أ َ ي َ ه اّٰلل َّ ۞ِان َّ ِۗان ِ ل ْ د َ ع ْ ال ِ ب َ ه اّٰلل ا ً ر ْ ِصي َ ب اۢ ً ع ْ ِمي سَ َ ان َ ك َ ه اّٰلل َّ ا ِان ۗ ٖه ِ ب ْ م ُ ك ُ ِعظ َ ا ي َّ ِِعم ن ٥٨ ( النساۤء/4 :58 ) 58.Sesungguhnya Allah menyuruh kamu menyampaikan amanah kepada pemiliknya. Apabila kamu menetapkan hukum di antara manusia, hendaklah kamu tetapkan secara adil. Sesungguhnya Allah memberi pengajaran yang paling baik kepadamu. Sesungguhnya Allah Maha Mendengar lagi Maha Melihat. Quraish Shihab dalam Tafsir Al-Misbah menyatakan bahwa amanah berhubungan erat dengan kerja keras dan tanggung jawab. Menurutnya, amanah adalah apa yang dipercayakan kepada seseorang untuk dijaga dan dikembalikan sesuai kebutuhan, melibatkan aspek materi dan non-materi. Dalam QS. An-Nisa: 58, Quraish Shihab merinci bahwa amanah tak hanya benda, tapi juga mencakup nilai, prinsip, dan tugas moral. Amanah mencerminkan tanggung jawab etis dalam berbagai aspek kehidupan, termasuk kepada Allah, manusia, lingkungan, dan diri sendiri. Quraish Shihab
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 26 menegaskan pentingnya pelaksanaan amanah dengan serius, dan kerja keras dianggap kunci utama dalam menjalankan tanggung jawab ini, baik dalam hal materi maupun nilai QS. Al-Ahzab 72:33 ا َّ ِان ا َ ن رَ ضْ َ ع َ ة َ ان َ م َ ا ْ ال ى َ ل ع ِت َ ٰ و ٰ م الس ِض َّ ْ ر َ ا ْ ال َ و ِ ال َ ِ ب ج ْ ال َ و َ ن ْ ي َ ب َ ا َ ف ْ ن َ ا ا َ ه َ ن ْ ِمل ْ ح َّ ي َ ن ْ ق َ ف ْ ش َ ا َ و ا َ ه ْ ِمن ا َ ه َ ل َ م َ ح َ ۗ و ُ ان سَ ْ ِان ْ ال ه َّ ِان َ ان َ ك ا ً م ْ و ُ ل َ ۙ ظ ا ً ل ْ و ُ ه َ )72 :33/الاحزاب ) ٧٢ ج 72. Sesungguhnya Kami telah menawarkan amanat kepada langit, bumi, dan gunung-gunung; tetapi semuanya enggan untuk memikul amanat itu dan mereka khawatir tidak akan melaksanakannya. Lalu, dipikulah amanat itu oleh manusia. Sesungguhnya ia (manusia) sangat zalim lagi sangat bodoh (QS. Al-Ahzab 72:33). Menurut Ibnu Katsir dalam Lubaabut Tafsir Min Ibni Katsir, amanah itu dibagi menjadi dua: amanah yang harus ditunaikan manusia yang berkaitan dengan hak-hak Allah SWT (seperti shalat, zakat, puasa, kafarat, nadzar, dll) dan amanah manusia kepada manusia lainnya (seperti titipan). Keduanya merupakan amanah yang diperintahkan untuk ditunaikan dan kelak akan dimintai pertanggungjawabannya di hari kiamat. Kedua jenis amanah ini memiliki perintah untuk dilaksanakan dan akan diminta pertanggungjawabannya di hari kiamat. Dalam hal ini, sifat kerja keras menjadi penting untuk memenuhi amanah tersebut dengan baik. Kerja keras diperlukan dalam menunaikan kewajiban terhadap Allah dan dalam menjaga amanah dari dan untuk sesama manusia. 3. Shiddiq : integritas/kejujuran QS. At-Taubah 9:119 َ ن ْ ِدِقي ه الص َ ع َ ا م ْ و ُ ن ْ و ُ ك َ و َ ه وا اّٰلل ُ ق َّ وا ات ُ ن َ م ٰ ا َ ن ْ ِذي َّ ا ال َ ه ُّ ي َ ا ٰٓ ي 119.Wahai orang-orang yang beriman, bertakwalah kepada Allah dan tetaplah bersama orang-orang yang benar
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 27 Ayat ini memerintahkan untuk bertakwa pada Allah dengan meninggalkan maksiat dan bersama orang-orang beriman. Ash-shidq adalah ketetapan hati dalam menjalankan agama dan syariat Allah, serta jujur dalam niat, perkataan, dan perbuatan. QS. Az-Zumar 39:33-34 ِذي ْ َّ ال َ و َ اۤء َ ِ ج ق ْ ِ د الص ِ ب َ ق َّ د صَ َ و ٖه ِ ب َ ِٕىك ٰۤ ول ُ ا ُ م ُ ه َ ن ْ و ُ ق َّ ت ُ م ْ ال ٣٣ ْ م ُ ه َ ل ا َّ م َ ن ْ و ُ اۤء َ ش َ ي َ د ْ ِعن ْ م ِ ِه ب َ رۗ َ ِلك ٰ ذ ُ اۤء َ ز َ ج ٌۚ َ ن ْ ِسِني ْ ح ُ م ْ ال ٣٤ )34-33 :39/الزمر) 33.Orang yang membawa kebenaran (Nabi Muhammad) dan yang membenarkannya, mereka itulah orang-orang yang bertakwa. 34. Mereka memperoleh apa yang mereka kehendaki di sisi Tuhannya. Itulah balasan bagi orang-orang yang berbuat kebaikan. Allah berfirman bahwa Nabi Muhammad adalah orang yang jujur dan membawa kebenaran. Maka Rasulullah dan orang-orang yang mempercayainya dan beriman pada risalahnya akan diberi balasan berupa surga, diangkat derajatnya, dijauhkan dari segala bahaya, dan menghapus kesalahankesalahannya 4. Tabligh: peduli lingkungan Nabi Muhammad SAW tidak hanya sebagai seorang pemimpin agama, tetapi juga menunjukkan kepeduliannya terhadap lingkungan sebagai bagian dari sifat tabligh (penyebar kebaikan). Beliau memberikan contoh yang sangat berarti tentang pentingnya menjaga dan melindungi alam sekitar. QS. Al-Maidah 5: 67 ا َ و ۗ ه َ ت َ ل ِ س ٰ ر تَ ْ غ َّ ل َ ا ب َ م َ ف ْ ل َ ع ْ ف َ ت ْ م َّ ل ْ ِان َ و ۗ َ ِك ب َّ ر ْ ِمن َ ك ْ ي َ ِال َ ِ ل ز ْ ن ُ ا ا َ م ْ ِ غ ل َ ب ُ ل ْ و سُ ا الرَّ َ ه ُّ ي َ ا ٰٓ ِس ۞ ي ا َّ الن َ ِمن َ ُ ك ِصم ْ ع َ ي ُ ه ّٰلل ۗۗ َ ن ْ ي ِ ِفر ٰ ك ْ ال َ م ْ و َ ق ْ ِدى ال ْ ه َ ا ي َ ل َ ه اّٰلل َّ ِان ٦٧ ( الماۤئدة/5 :67 ) 67.Wahai Rasul, sampaikanlah apa yang diturunkan Tuhanmu kepadamu. Jika engkau tidak melakukan (apa yang diperintahkan itu),
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 28 berarti engkau tidak menyampaikan risalah-Nya. Allah menjaga engkau dari (gangguan) manusia.220) Sesungguhnya Allah tidak memberi petunjuk kepada kaum yang kafir. (Al-Maidah 5: 67) Rasulullah diperintahkan untuk menyampaikan semua wahyu Allah dengan sabar dan teguh. Tugasnya meliputi menyampaikan risalah, membimbing umat, dan melaksanakan kewajiban secara optimal. Meskipun dihadapkan pada ancaman dan sedikitnya pengikut, Allah menjamin keselamatan dan melarangnya untuk menyembunyikan wahyu QS. Al-Ma'idah 5:99 ا َ و ۗ ه َ ت َ ل ِ س ٰ ر تَ ْ غ َّ ل َ ا ب َ م َ ف ْ ل َ ع ْ ف َ ت ْ م َّ ل ْ ِان َ و ۗ َ ِك ب َّ ر ْ ِمن َ ك ْ ي َ ِال َ ِ ل ز ْ ن ُ ا ا َ م ْ ِ غ ل َ ب ُ ل ْ و سُ ا الرَّ َ ه ُّ ي َ ا ٰٓ ۞ ي َ ِمن َ ُ ك ِصم ْ ع َ ي ُ ه ّٰلل َّ ِۗان ِس ا َّ الن َ ن ْ ي ِ ِفر ٰ ك ْ ال َ م ْ و َ ق ْ ِدى ال ْ ه َ ا ي َ ل َ ه اّٰلل ٦٧ ( الماۤئدة/5 :67 ) 99. Kewajiban Rasul tidak lain hanyalah menyampaikan (ajaran Allah). Allah mengetahui apa pun yang kamu tampakkan dan apa pun yang kamu sembunyikan. (Al-Ma'idah 5:99). Hikmah dari perintah at-tabligh ini adalah Nabi tidak boleh menunda menyampaikan risalah dan menegaskan bahwa menyembunyikan sebagian sama seperti menyembunyikan keseluruhannya. Adapun bagi manusia secara umum, ayat ini merupakan penegasan bahwa Nabi Muhammad telah menyampaikan semua isi Al-Qur’an yang diturunkan kepadanya. 5. Fathonah: kemauan Al-Jumuah 62:2 ٰ ِكت ْ ال ُ م ُ ه ُ ِ م ل َ ع ُ ي َ و ْ م ِ ه ْ ِي ك َ ز ُ ي َ ِ ٖه و ت ٰ ي ٰ ا ْ م ِ ه ْ ي َ ل َ ا ع ْ و ُ ل ْ ت َ ي ْ م ُ ه ْ ِن ا م ً ل ْ و سُ َ ر َ ٖ ن ِ ي م ُ ا ْ ِى ال ف َ ث َ ع َ ب ِذي ْ َّ ال َ و َ ة َ م ْ ِحك ْ ال َ َب و ۙ ٍ ن ْ ي ِ ب ُّ م ٍ ل ٰ ل ِ يْ ضَ ف َ ل ُ ل ْ ب َ ق ْ ا ِمن ْ و ُ ان َ ك ْ ِان َ )2 :62/الجمعة ) ٢ و 2. Dialah yang mengutus seorang Rasul (Nabi Muhammad) kepada kaum yang buta huruf dari (kalangan) mereka sendiri, yang membacakan kepada mereka ayat-ayat-Nya, menyucikan (jiwa) mereka, serta
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 29 mengajarkan kepada mereka Kitab (Al-Qur’an) dan Hikmah (Sunah), meskipun sebelumnya mereka benar-benar dalam kesesatan yang nyata.(Al-Jumu'ah/62:2). Menurut Wahbah az-Zuhaili, ayat ini menjelaskan tiga tujuan pengutusan Rasulullah. Pertama, membacakan ayat Al-Qur’an yang mengandung tuntunan dan petunjuk. Kedua, membersihkan hati para hamba dari dosa, penyimpangan jahiliyah, kerusakan-kerusakan, dengan keimanan. Ketiga, mengajarkan AlQur’an dan as-Sunnah berikut dengan segala syariat dan hikmah yang ada di dalamnya dengan Fathonah. Konsep Fathonah di sini menggambarkan pentingnya memiliki kemauan dan tekad yang kuat dalam menyampaikan ajaran tersebut. Qs An-Nahl:125 َ ك َّ ب َ ر َّ ِۗان ُ ن سَ ْ ح َ ِهَي ا ِ يْ ت َّ ال ِ ب ْ م ُ ه ْ اِدل َ ج َ ِة و َ ن سَ َ ح ْ ِة ال َ ِعظ ْ و َ م ْ ال َ ِة و َ م ْ ِحك ْ ال ِ ب َ ِك ب َ ر ِ ل ْ ي ِ ب ىسَ ٰ ِال ُ ع ْ د ُ ا ْ ن َ ع َّ ل ضَ ْ ن َ ِم ب ُ م َ ل ْ ع َ ا َ و ُ ه َ ن ْ ِدي َ ت ْ ه ُ م ْ ال ِ ب ُ م َ ل ْ ع َ ا َ و ُ ه َ ِ ٖه و ل ْ ي ِ ب َ س 125.Serulah (manusia) ke jalan Tuhanmu dengan hikmah) dan pengajaran yang baik serta debatlah mereka dengan cara yang lebih baik. Sesungguhnya Tuhanmu Dialah yang paling tahu siapa yang tersesat dari jalan-Nya dan Dia (pula) yang paling tahu siapa yang mendapat petunjuk. Fathonah, semangat dan tekad kuat, terlihat dalam cara Nabi Muhammad SAW berargumentasi dan menghadapi lawan-lawan yang menentangnya. Meskipun tugas kerasulannya kompleks, beliau menjalankannya dengan tekad, semangat, dan kecerdasan dalam menyebarkan ajaran Islam.
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 30 WARNING !!! UJI NYALI PENGETAHUAN Klik link https://drive.google.com/file/d/1RnJe3exvdKUcUniJuI wOCyi8WJR0HVnS/view?usp=sharing
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 31 KUNCI JAWABAN LATIHAN 1 1. Tidak, kotak tersebut tidak melakukan usaha. Usaha adalah besarnya energi yang digunakan untuk memindahkan sebuah benda dari satu posisi ke posisi lain oleh penerapan gaya sejauh jarak tertentu searah dengan gaya tersebut. Dalam kasus siswa yang mengangkat kotak, yang melakukan usaha adalah siswa itu sendiri, bukan kotaknya. Apakah kotak melakukan usaha tergantung pada situasi spesifiknya, seperti apakah kotak itu benar-benar bergerak dari satu posisi ke posisi lain atau apakah usaha yang dilakukan siswa cukup untuk mengatasi gaya berat kotak. Jika kotak hanya dipindahkan sebagian atau tidak bergerak, maka kotak tersebut tidak melakukan usaha 2. Diketahui: F = 20N d = 5 m W =? W=F.d W=20 N.5 m W=100 LATIHAN 2 1. Diketahui m(massa peluru ) = 20 gram=0,02kg v (kecepatan peluru) =150 m/s Ek peluru =? Ek = 1 2 2 Ek = 1 2 0,02(150/) 2 Ek = 1 2 0,0222.500 / 2 Ek =225
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 32 2. Diketahui (energi kinetik benda) = 400 v =72 km/jam m =? 72 km/jam =72 x 1000 m 72 km/jam = 721000 3600 / 72 = 20 m/s Ek = 1 2 2 400 = 1 2 ( 20 ) 2 400 = 1 2 400/ 2 400 =200/ 2 m = 2 kg LATIHAN 3 1. Diketahui m (massa lemari) = 20 kg Ep (energi potensial pada lantai ke-8) = 1500 h = ? Ep = m.g.h 1500J = 20Kg.100m/s2 .h h= 1500 200 / 2 h=7,5 m 2. Diketahui: k (konstanta pegas) = 2000 N/m Perubahan panjang pegas (x) = 8 cm - 5 cm = 3 cm = 0.03 m Ep =? Ep = 0.5 x 2000 N/m x (0.03 m)2 Ep = 0.5 x 2000 N/m x 0.0009 m2 Ep = 0.9
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 33 Jadi, besar energi potensial dalam pegas setelah mengalami pemuaian adalah 0.9 3. Diketahui: m (massa Andi) = 72 kg g (percepatan gravitasi) = 10 m/s2 h (ketinggian puncak gunung) = 3,000 m Ep =? Ep = 72 kg x 10 m/s2 x 3000 m Ep = 2.160.000 Jadi, besar energi potensial saat berada di puncak gunung adalah 2.160.000 LATIHAN 4 1. Energi kinetik pada saat ketinggian 2 meter (EK_akhir) dapat dihitung dengan rumus: EK_akhir = 0.5 x m x v 2 Energi potensial gravitasi pada ketinggian 2 meter (EP_akhir) dapat dihitung dengan rumus: EP_akhir = m x g x h' Diketahui: Massa bola (m) = 0,6 kg Kecepatan bola pada saat lepas dari bibir meja (v) = 20 m/s Tinggi bola dari tanah pada saat ditanya (h') = 2 meter Percepatan gravitasi (g) =9,8m/s2 (10m/s2 ) Langkah-langkah perhitungan: EKakhir = 0.5 x 0,6 kg x (20 m/s)2 EKakhir = 0.5 x 0,6 kg x 400 m/s2 EKakhir = 0,5 x 0,6 kg x 400
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 34 EKakhir = 120 EPakhir = 0,6 kg x 10 m/s2 x 2 meter EPakhir = 12 kg.m/s2 () Selanjutnya, dapat menghitung energi mekanik (EM) bola pada saat ketinggian 2 meter dari tanah: EMakhir = EKakhir + EPakhir EMakhir = 120 + 12 EM_akhir = 132 Jadi, energi mekanik (EM) bola pada saat ketinggian bola adalah 2 meter dari tanah adalah 132 . 2. Besar Energi Kinetik Benda pada Titik Tertentu: Diberikan informasi energi mekanik (EM) dari benda pada suatu titik tertentu dan energi potensial (EP) pada titik tersebut. Untuk mencari energi kinetik (EK) benda pada titik tersebut, kita perlu menghitung EK dengan rumus: EK = EM - EP Diketahui: Energi mekanik pada titik tertentu (EM) = 168 Energi potensial pada titik tertentu (EP) = 68 Langkah-langkah perhitungan: EK = 168 – 68 EK = 100 Jadi, besar energi kinetik benda pada titik tertentu adalah 100 .
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 35 3. Biaya Penggunaan Televisi Selama 3 Jam: Untuk menghitung biaya penggunaan televisi selama 3 jam, kita perlu menghitung energi yang digunakan oleh televisi selama waktu tersebut dan kemudian menghitung biayanya dengan harga per kilowatt-hour (kWh). Diketahui: Tegangan (V) = 220 V Arus (I) = 2 A Waktu penggunaan (t) = 3 jam = 3 x 60 menit Langkah-langkah perhitungan: Hitung daya listrik (P) televisi dengan rumus: P = V x I P = 220 V x 2 A P = 440 Watt Hitung energi yang digunakan televisi selama 3 jam dengan rumus: Energi (E) = P x t Energi (E) = 440 Watt x 3x 60 menit Energi (E) = 440 Watt x 180 menit Energi (E) = 79.200 Wh (watt-hour) atau 79,2 kWh Hitung biaya penggunaan televisi selama 3 jam dengan harga per kWh Rp2.000: Biaya = (E / 1000) x harga per kWh Biaya = (79,2 kWh) x Rp2.000, 00 Biaya = Rp158.400, 00 Jadi, biaya penggunaan televisi tersebut selama 3 jam adalah Rp158.400.
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 36 DAFTAR PUSTAKA https://homecare24.id/soal-tentang-usaha/ https://quizizz.com/admin/quiz/5ea4dc2a927f7d001b6455bc/latihan-soalusaha-dan-energi-kelas-x https://tabloidsinartani.com/detail/indeks/agri-sarana/6871-Kreatif-BuatKincir-untuk-Putar-Air-Saat-Kekeringan https://roboguru.ruangguru.com/forum/perhatikan-gambar-buah-kelapa-yangjatuh-berikut-energi-potensial-terbesar-terdapat-pada_FRM-ZBWMUCAB https://hermananis.com/contoh-penerapan-usaha-dan-energi-dalamkehidupan-sehari-hari/ https://www.canva.com/p/rayhanstudio/ https://oif.umsu.ac.id/2015/12/abu-raihan-al-biruni/ https://www.stickpng.com/id/img/agama/islam/al-quran-besar https://pustakaarsip.kamparkab.go.id/artikel-detail/1269/biografi-isaac-newton http://fisika.fmipa.um.ac.id/tokoh-sir-isaac-newton/ https://www.youtube.com/watch?v=HvGYILb_HhA https://www.youtube.com/watch?v=vHl0-nplzMI https://www.youtube.com/watch?v=A7SQbuAy7Ek Az-Zuhaili, W. (2013a). Tafsir Al-Munir. Az-Zuhaili, W. (2013b). Tafsir al-Munir jilid 12. Gema Insani. Az-Zuhaili, W. (2013c). Tafsir al-Munir Jilid 3. Gema Insani. Az-Zuhaili, W. (2013d). Tafsir al-Munir Jilid 6. Gema Insani. Giancoli, D. C. (2014). Fisika :Prinsip dan Aplikasi. In Jilid 1 (7 Jilid I). Erlangga. Juita, S.T, Seko, M.S., Seku, A.Y., Ahmad, S., Astro, R.B. 2020. Penentuan Koefisien Restitusi Benda Menggunakan Metode Video Tracking. OPTIKA: Jurnal Pendidikan Fisika, 4(1), 46-53. Nursyamsuddin.2020. Energi, Usaha, Dan Hukum Kekekalan Energi Fisika Kelas X. Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN
E-Modul STEM Karakter Nilai Islami 37 Puspitaningsih, A.R., Tjahjadarmawan, E., dan Krisdianti, N,R. 2021. Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMA Kelas X. Jakarta : Badan Penelitian dan Pengembangan dan Perbukuan. Rosyid, M. F. (2008). Kajian Konsep Fisika 2 (A.S Wahyudi (ed.)). PT Tiga: Serangkai Pustaka Mandiri.
USAHA DAN ENERGI