E-LKPD FISIKA BERBASIS PBL MATERI USAHA DAN ENERGI_EVIANI BANI PAGA LEGHU_2018005022

Berbasis Problem Based Learning

Program Studi Pendidikan Fisika
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa

USAHA DAN ENERGI

NAMA :
NIS :
KELAS :

Oleh : KELAS
Eviani Bani Paga Leghu
Ayu Fitri Amalia, M.Sc X
Dr. Daimul Hasanah, S.Pd.Si., M.Pd

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Disusun Oleh
Eviani Bani Paga Leghu

Pembimbing
Ayu Fitri Amalia, M.Sc
Dr. Daimul Hasanah, S.Pd. Si., M.Pd

Validator
Handoyo Saputro, M.Si
Sony Yunior Erlangga, M.Pd

Kohzin, S.Pd

2

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Kata Pengantar

Puji dan syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat
dan hadirat-Nya sehingga penyusunan Lembar Kerja Peserta Didik elektronik (e-LKPD)
berbasis Problem Based Learning pada materi usaha dan energi dapat terselesaikan tanpa
halangan yang berarti.

Selesainya penyusunan e-LKPD ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak.
Untuk itu, penulis pada kesempatan ini menyampaikan ucapan terima kasih kepada dosen
pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama proses penyusunan e-
LKPD usaha dan energi ini juga kepada pihak validator yang telah memvalidasi e-LKPD,
serta tak lupa semua pihak yang telah membantu, baik secara langsung maupun tidak
langsung sehingga e-LKPD ini dapat terselesaikan.

Penyusunan e-LKPD ini diharapkan dapat digunakan sebagai sumber belajar
peserta didik pada pembelajaran Fisika, terlebih pada pembelajaran daring masa pandemi
covid-19. Melalui serangkaian kegiatan Problem Based Learning e-LKPD ini, peserta
didik diharapkan dapat lebih mudah memahami materi usaha dan energi dari
permasalahan atau gejala alam yang terdapat di sekitarnya sebagai bahan acuan
pengalaman pembelajaran. Beberapa konten penunjang dalam e-LKPD ini semoga dapat
menambah pengetahuan dan mengasah keterampilan.

Penulis menyadari bahwa e-LKPD ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena
itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun agar e-LKPD
ini dapat lebih baik lagi dan sebagai upaya untuk terus berinovasi. Semoga e-LKPD ini
dapat bermanfaat dan dapat digunakan dengan sebaik-baiknya. Terimakasih.

Yogyakarta, 21 April 2022

Penulis

3

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Daftar Isi

Perkenalan .............................................................................................................. 2
Kata Pengantar ....................................................................................................... 3
Daftar Isi ................................................................................................................ 4
Daftar Gambar ....................................................................................................... 5
Daftar Tabel ........................................................................................................... 5
Deskripsi E-LKPD ................................................................................................. 6
Sintak Problem Based Learning ............................................................................. 6
Petunjuk Penggunaan E-LKPD .............................................................................. 7
Standar Kompetensi ............................................................................................... 8
Peta Konsep .......................................................................................................... 10

A. Usaha ........................................................................................................ 11
• Kegiatan 1 .................................................................................... 17

B. Energi ....................................................................................................... 22
• Energi Potensial ........................................................................... 22
• Kegiatan 2 .................................................................................... 25
• Energi Kinetik .............................................................................. 30
• Kegiatan 3 .................................................................................... 32

C. Hubungan Usaha dan Energi ................................................................... 36
• Hubungan Usaha dengan Energi Potensial .................................. 36
• Hubungan Usaha dengan Energi Kinetik ..................................... 37

D. Hukum Kekekalan Energi Mekanik ......................................................... 39
E. Daya .......................................................................................................... 41

• Satuan Daya .................................................................................. 41
• Hubungan Daya dengan Kecepatan Berat Suatu Benda ............... 42
• Kegiatan 4 ..................................................................................... 43
Uji Kompetensi ..................................................................................................... 44
Referensi ............................................................................................................... 47
Profil Penulis ........................................................................................................ 48

4

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Daftar Gambar

Gambar 1 Contoh usaha dalam kehidupan sehari-hari
Gambar 2 Benda diberi gaya sebesar F dan berpindah sejauh s.
Gambar 3 Arah gaya benda dengan perpindahan s
Gambar 4 Komponen gaya pada sumbu X dan Y
Gambar 5 Grafik gaya F terhadap perpindahan s
Gambar 6 Sebuah pegas sebelum dan sesudah diberi beban
Gambar 7 Grafik hubungan gaya F dan pertambahan pegas x
Gambar 8 Orang mendorong mobil sendiri dan berdua
Gambar 9 Seseorang membersihkan ruangan menggunakan vacuum cleaner
Gambar 10 Energi potensial yang terjadi pada pegas
Gambar 11 Buah yang jatuh dari pohonnya
Gambar 12 Energi kinetik pada benda yang sedang bergerak
Gambar 13 Seseorang mengendarai sepeda
Gambar 14 Energi kinetik pada benda yang sedang bergerak
Gambar 15 Balok jatuh bebas dari posisi A ke B

Daftar Tabel

Tabel 1 Percobaan menghitung besarnya usaha yang bekerja pada suatu benda
Tabel 2 Percobaan menghitung energi potensial yang bekerja pada suatu benda
Tabel 3 Percobaan menghitung energi potensial yang bekerja pada suatu benda
Tabel 4 Percobaan menghitung energi kinetik yang bekerja pada suatu benda
Tabel 5 Percobaan menghitung energi kinetik yang bekerja pada suatu benda

5

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Deskripsi e-LKPD
Elektronik Lembar Kegiatan Peserta Didik (e-LKPD) Fisika ini berbasis Problem

Based Learning yang membahas materi usaha dan energi. E-LKPD ini dapat digunakan
sebagai bahan ajar Fisika, khususnya untuk SMA/MA kelas X. E-LKPD ini memuat
kompetensi yang harus dicapai, kegiatan praktikum, dan kegiatan evaluasi.

Harapannya, e-LKPD ini dapat membantu peserta didik dalam mempelajari
materi usaha dan energi serta mengembangkan konsep Fisika dengan mengaitkan
peristiwa-peristiwa dalam kehidupan sehari-hari atau berdasarkan pengalaman belajar
dari peserta didik itu sendiri.

Sintaks
1. Orientasi peserta didik pada masalah.
2. Mengorganisasikan peserta didik untuk belajar.
3. Membimbing penyelidikan individu maupun kelompok.
4. Mengembangkan dan menyajikan hasil karya.
5. Menganalisis dan mengevaluasi proses pemecahan masalah.

6

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Petunjuk Penggunaan e-LKPD
Bagi Guru

Guru dapat mengarahkan peserta didik untuk mempelajari e-LKPD ini di rumah
atau pada jam-jam di luar jam sekolah secara mandiri, untuk memperdalam pemahaman
materi usaha dan energi melalui kegiatan praktikum dan evaluasi yang disajikan.
Bagi Peserta Didik

1. E-LKPD ini dapat digunakan secara mandiri atau bersama kelompok.
2. Keberhasilan belajar dengan menggunakan e-LKPD ini bergantung pada

ketekunan dan keaktifan masing-masing peserta didik.
3. Baca dan pahami setiap tujuan pembelajaran pada setiap kegiatan praktikum dan

evaluasi dalam e-LKPD ini!
4. Pahami setiap konsep dan contoh pada uraian materi yang disajikan!
5. Lakukan semua kegiatan praktikum dan evaluasi yang disajikan dalam e-LKPD

ini untuk mengasah kemampuan serta melatih keterampilan proses!
6. Catatlah semua kesulitan yang anda alami ketika melakukan praktikum dan

evaluasi kemudian tanyakan kepada guru!

7

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Standar Kompetensi

Kompetensi Inti

KI - 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.

KI - 2 : Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong
royong, kerja sama, toleransi, damai), santun, responsif, dan pro-aktif
sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi
secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta menempatkan diri
sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.

KI - 3 : Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual,
prosedural, berdasarkan rasa ingintahunya tentang ilmu pengetahuan,
teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan,
kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan
kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian
yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan
masalah.

KI - 4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak
terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara
mandiri, dan mampu menggunakan metode sesuai kaidah keilmuan.

Kompetensi Dasar

3.9 Menganalisis konsep energi, usaha, hubungan usaha dan perubahan
energi, hukum kekekalan energi, serta penerapannya dalam peristiwa
sehari-hari.

4.9 Menerapkan metode ilmiah untuk mengajukan gagasan penyelesaian
masalah gerak dalam kehidupan sehari-hari yang berkaitan dengan konsep
energi, usaha (kerja) dan hukum kekekalan energi.

8

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Indikator Pencapaian Kompetensi

3.9.1 Peserta didik mampu mendefinisikan pengertian usaha dan energi (C1).

3.9.2 Peserta didik mampu mengidentifikasi fenomena hubungan antara usaha
dan perubahan energi dalam kehidupan sehari-hari (C1).

3.9.3 Peserta didik mampu memberi contoh penerapan usaha dan energi dalam
kehidupan sehari-hari (C2).

3.9.4 Peserta didik mampu menghitung besar nilai usaha pada perubahan energi
(C3).

3.9.5 Peserta didik mampu menganalisis persamaan hubungan antara usaha
dengan perubahan energi (C4).

3.9.6 Peserta didik mampyu menganalisis persamaan hukum kekekalan energi
mekanik (C4).

3.9.7 Peserta didik mampu memformulasikan konsep daya ke dalam bentuk
persamaan dan kaitannya dengan usaha dan energi (C2).

4.9.1 Peserta didik mampu mempresentasikan hasil analisis persamaan
hubungan antara usaha dengan perubahan energi kinetik, energi potensial,
dan energi mekanik.

4.9.2 Peserta didik mampu melakukan percobaan tentang usaha, energi kinetik
dan energi potensial.

4.9.3 Peserta didik mampu mempresentasikan hasil percobaan tentang usaha,
energi kinetik, dan energi potensial.

9

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

PETA KONSEP

Usaha USAHA DAN Daya
ENERGI
Energi
dapat dinyatakan Kinetik
dalam

Energi
Terdiri atas

Energi Hasil Penjumlahan
Potensial
Energi
Kata Kunci : Mekanik
1. Usaha
2. Energi
3. Energi kinetik
4. Energi potensial
5. Energi Mekanik
6. Daya

10

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

A. USAHA

Perhatikan video berikut ini!
https://youtu.be/G_bvJ7p11DM

Di SMP, Anda telah mengetahui bahwa ada pengertian antara usaha dalam Fisika dan
usaha dalam keseharian. Dalam keseharian, usaha diartikan sebagai segala sesuatu yang
dikerjakan oleh manusia.
Contoh :

• Alfa berusaha keras mempelajari materi logika Matematika yang akan diujikan
minggu depan.

• Evi berusaha sekuat tenaga mendorong mobil temannya yang mogok, tetapi mobil
tidak bergerak.
Apakah pengertian usaha dalam Fisika sama seperti kedua contoh dalam

keseharian ini? Sebagai suatu besaran Fisika, “usaha’ dalam Fisika memiliki pengertian
yang khas. Usaha dalam Fisika hanya dilakukan oleh gaya yang bekerja pada benda.
Suatu gaya dikatakan melakukan usaha pada benda hanya jika gaya tersebut
menyebabkan benda berpindah.
Contoh :

• Evi mengerahkan gaya ototnya untuk mendorong mobil temannya, tetapi mobil
tidak bergerak. Di sini gaya otot Evi dikatakan tidak melakukan usaha pada mobil
karena gaya otot Evi tidak menyebabkan mobil berpindah.

• Atlet mengerahkan gaya ototnya untuk mengangkat barbel dari lantai ke atas
kepalanya, kemudian menahan barbel tersebut sejenak di atas kepalanya. Di sini
gaya otot atlet dikatakan melakukan usaha ketika mengangkat barbel dari lantai
ke atas kepalanya, karena gaya otot atlet memindahkan posisi barbel dari lantai ke
atas kepala. Apakah usaha juga dilakukan oleh gaya otot atlet ketika ia menahan
barbel sejenak di atas kepalanya?

11

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Temukan beberapa contoh kegiatan dalam keseharian saat orang atau hewan dikatakan
telah melakukan usaha, yang mana gaya yang dikerjakan oleh otot orang atau hewan
tersebut tidak melakukan usaha!

Jawab :

Usaha adalah kerja yang dilakukan oleh gaya untuk memindahkan benda.
Misalnya, kuda menarik pedati, lokomotif menarik gerbong kereta api, dan seorang
peserta didik mengangkat buku dari lantai ke atas meja. Pedati, gerbong, dan buku
berpindah tempat karena suatu gaya. Dengan demikian, usaha adalah besarnya gaya yang
bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut mengalami perpindahan. Usaha
merupakan hasil perkalian titik (dot product) antara gaya dengan perpindahan. Usaha
merupakan besaran skalar. Gambar 1 menunjukkan penerapan usaha dalam kehidupan
sehari-hari.

Sumber: https://images.app.goo.gl/TLThz1Jujf8hdWwz7
Gambar 1 Contoh usaha dalam kehidupan sehari-hari.

12

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Jika sebuah benda diberi gaya F sehingga menyebabkan benda berpindah sejauh
s, maka gaya tersebut melakukan usaha yang dapat dinyatakan dengan persamaan (1-1).

F

s = (1-1)

Gambar 2 Benda diberi gaya

sebesar F dan berpindah sejauh s.
dengan

W = usaha yang dilakukan oleh gaya (J),

F = gaya yang bekerja pada benda (N), dan

s = perpindahan (m).

Berdasarkan Gambar 3, jika gaya F yang bekerja pada benda searah dengan
perpindahan s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya itu dinyatakan dengan persamaan
(1-2).

= + (1-2)

Namun, jika gaya F yang bekerja pada benda berlawanan arah dengan
perpindahan s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya itu dinyatakan dengan persamaan
(1-3).

= − (1-3)

Jika pada benda bekerja beberapa buah gaya, maka usaha yang dilakukan oleh
resultan gaya dinyatakan dengan persamaan (1-4).

= ∑ (1-4)
= ( − )

13

E-LKPD FISIKA gerakan benda

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

gerakan benda

FF F2 F1
ss s

(a) (b) (c)

Gambar 3 (a) Gaya benda F searah dengan perpindahan s. (b) Gaya benda F berlawanan arah dengan
perpindahan s. (c) Bekerja beberapa gaya pada benda.

Gaya benda F pada Gambar 4 dapat diuraikan menjadi dua komponen gaya, yaitu

= (1-5)
= (1-6)

Gaya yang melakukan usaha terhadap benda adalah gaya dalam komponen Fx
yang menyebabkan benda berpindah sejauh s.

Fy F

Fx = . (1-7)
= Cos θ

s

Gambar 4 Komponen gaya
pada sumbu X dan Y

Usaha yang dilakukan gaya F terdapat sebuah benda sehingga berpindah sejauh s
dapat dinyatakan dalam bentuk grafik seperti Gambar 5. Luas daerah yang diarsir
merupakan usaha positif yang dilakukan oleh gaya F terhadap perpindahan s. Usaha yang
dilakukan gaya sama dengan luas daerah yang dibatasi oleh garis F-s.

F

s

Gambar 5 Grafik gaya F terhadap perpindahan s.

14

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Usaha yang dilakukan oleh gaya yang berubah-ubah, baik besar maupun arahnya
dapat terjadi pada pegas (per) seperti Gambar 6.

Sumber: UtakAtikOtak.com

(a) (b)

Gambar 6 (a) sebuah pegas sebelum dan (b) sesudah diberi beban.

Gambar 6 (a) menunjukkan keadaan pegas mula-mula digantung vertikal tanpa beban.
Gambar 6 (b) menunjukkan keadaan pegas setelah digantungi benda seberat w = mg,
sehingga pegas meregang sejauh x dan keadaan benda yang tergantung pada pegas dalam
keadaan setimbang.

Berdasarkan hukum Hooke, besar gaya F berbanding lurus dengan pertambahan
panjang pegas. Secara matematis, dapat dinyatakan dengan persamaan (1-8).

= (1-8)

dengan

F = gaya pegas (N),

x = pertambahan panjang pegas (m), dan

k = konstanta pegas (N/m).

Berdasarkan persamaan (1-8) dapat disimpulkan bahwa gaya F berbanding lurus
dengan pertambahan panjang pegas (x) yang dapat dinyatakan dalam bentuk grafik F – x

seperti Gambar 7.

15

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

F

FB

x

O xA

Gambar 7 Grafik hubungan gaya F dan pertambahan pegas x.

Usaha yang dilakukan oleh gaya tidak tetap. Usaha yang dilakukan agar pegas
bertambah panjang sebesar x dapat ditentukan dengan menghitung luas segitiga AOB
pada Gambar 7.

= × ×



=

=

=

= ( ) ( )( )



=

dimana F = kx, sehingga: = ( ) (1-9)
dengan


=



W = usaha (J),

k = tetapan pegas (N/m), dan

x = pertambahan panjang pegas (m).

16

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

KEGIATAN 1
USAHA

1. PERMASALAHAN
Suatu hari, Evi sedang jalan-jalan menggunakan mobilnya, tetapi di perjalanan mobilnya
mogok. Evi berusaha keras mendorong mobilnya ke bengkel, namun mobilnya tidak
berpindah sedikitpun. Tiba-tiba Yovi datang membantu mendorong mobil tersebut dan
mobil terasa lebih ringan setelah didorong berdua. Mengapa hal tersebut bisa terjadi?

(a) (b)

Gambar 8. Orang mendorong mobil (a) sendiri (b) berdua.

2. AYO BELAJAR
1. Mengapa ketika mendorong mobil bersama teman terasa lebih ringan

dibandingkan mendorong mobil sendiri?
2. Faktor apa saja yang mempengaruhi usaha yang dilakukan Evi dan Yovi pada saat

mendorong mobil?

17

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

3. PENYELIDIKAN

Tujuan

1. Peserta didik dapat menganalisis besaran-besaran Fisika yang berkaitan dengan
usaha.

2. Peserta didik dapat menghitung besarnya usaha yang bekerja pada suatu benda.

Alat dan Bahan

1. Balok kayu
2. Neraca pegas
3. Alas/meja
4. Penggaris

Langkah Kerja

1. Kaitkan beban pada neraca pegas!
2. Tarik beban sejauh 2 cm!
3. Catat gaya yang dibutuhkan saat beban ditarik sejauh 2 cm!
4. Ulangi langkah 1-3 dengan menarik beban pada jarak 4 cm, 6 cm, 8 cm dan 10

cm!

4. PENYAJIAN DATA

Untuk mencari nilai F gunakan persamaan = . ( = 200 / ).
Tabel 1 Percobaan menghitung besarnya usaha yang bekerja pada suatu benda

No s (m) F (N) W (J)
1. 0,002
2.
3.
4.
5.

18

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING
1. Bagaimana hasil perhitungan usaha jika gaya yang diukur semakin besar?
Jawab :

2. Besaran apa saja yang mempengaruhi usaha dalam percobaan tersebut?
Jawab :

3. Berikan kesimpulan berdasarkan percobaan tersebut!
Jawab :

19

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

5. EVALUASI

Untuk memperdalam materi,
mari kita kerjakan latihan
soal berikut ini...

1. Evi mendorong sebuah lemari dengan gaya sebesar 50 N sehingga usaha
diperlukan adalah 400 J. Jika arah gaya sama dengan arah perpindahan, maka
berapakah perpindahan lemari dari tempat awal?

Jawab :

2. Pak Yudi menarik sebuah vacuum cleaner dengan gaya 60 N dan gaya tersebut
membentuk sudut 30˚ dengan arah perpindahannya. Perpindahan yang dialami

oleh vacuum cleaner itu adalah 8 meter. Berapakah usaha yang dilakukan oleh

pak Yudi? (abaikan gaya gesekannya!)

Gambar 9 Seseorang membersihkan ruangan menggunakan vacuum cleaner
Sumber: https://images.app.goo.gl/JdLA2w5gNuDGF2RQ7

Jawab :

20

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

B. ENERGI

Sebuah benda dikatakan mempunyai energi jika benda tersebut mempunyai
kemampuan untuk melakukan usaha. Energi tidak dapat dilihat atau disentuh, tetapi dapat
dirasakan. Selain itu, energi juga tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat berubah ke bentuk
energi lainnya. Energi mempunyai bentuk beranekaragam tergantung dari sumbernya.

Contohnya, energi kimia, energi panas, energi mekanik, energi listrik, energi inti,
energi cahaya, energi panas bumi, dan energi yang berasal dari fosil. Beberapa perubahan
energi yang dapat berubah bentuk adalah sebagai berikut.
1. Energi kimia dapat berubah menjadi energi panas. Contoh : aki, baterai.
2. Energi listrik dapat berubah menjadi energi panas. Contoh : kompor listrik, setrika

listrik, solder listrik.
3. Energi mekanik dapat berubah bentuk menjadi energi listrik. Contoh : air danau di

pengunungan dapat dialirkan ke dalam bendungan untuk menggerakkan turbin.
Akibatnya, energi putaran turbin dapat digunakan untuk memutar generator yang
berfungsi sebagai pembangkit listrik. Contoh : bendungan Saguling di Jawa Barat.

1. Energi Potensial

Perhatikan video berikut ini!
https://youtu.be/x22KDx6shZE

Jika sebuah benda berada pada ketinggian tertentu terhadap permukaan tanah, maka
benda tersebut mempunyai energi potensial. Misalnya, benda bermassa m digantungkan
dengan seutas tali. Benda tersebut berada pada ketinggian h dari permukaan tanah. Saat
tali diputus, benda akan jatuh, sehingga timbul usaha yang dilakukan oleh gaya beratnya.
Ini berarti sebelum benda jatuh, benda memiliki tenaga. Jenis energi ini disebut energi
potensial. Secara matematis dapat dinyatakan dalam persamaan(1-10).

21

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

= (1-10)
=

dengan

m = massa benda (kg),
g = percepatan gravitasi (m/s2),

h = tinggi benda di atas permukaan tanah (m), dan
EP = energi potensial (kg.m2/s2 atau J).

Dengan demikian, besar energi potensial sama dengan usaha yang dilakukan gaya
berat selama jatuh. Energi potensial juga dapat dimiliki oleh suatu benda yang bergantung
pada pegas, seperti pada Gambar 10.

F

F

x
Ox

Gambar 10 Energi potensial yang terjadi pada pegas.

Energi potensial yang terjadi pada pegas atau benda elastis, seperti pada busur
atau ketapel yang terbuat dari karet merupakan usaha yang dilakukan oleh gaya tarik
untuk mengubah panjang pegas. Berdasarkan persamaan hukum Hooke, dimana gaya F
sebanding dengan pertambahan panjang pegas, maka besar energi potensial pada pegas
sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya tarik.

22

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Berdasarkan Gambar 10, maka besarnya energi potensial adalah sebagai berikut.

=

=



= ( )



=



dengan

k = tetapan pegas (N/m),

x = pertambahan panjang pegas, dan

E = energi potensial pegas (J).

23

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

KEGIATAN 2
ENERGI POTENSIAL

1. PERMASALAHAN
Pernahkan kamu melihat buah kelapa yang jatuh dari pohonnya? Buah kelapa yang jatuh
di atas tanah akan membuat bekas yang lebih dalam dibandingkan dengan buah apel.
Mengapa hal tersebut terjadi demikian?

(a) (b)
Sumber: https://images.app.goo.gl/D8nPVJyiP8LKmU1E8
Gambar 11 Buah yang jatuh dari pohonnya (a) pohon apel (b) pohon kelapa

2. AYO BELAJAR
1. Mengapa kelapa yang jatuh dari pohonnya memberikan bekas lebih dalam

dibandingkan apel yang jatuh dari pohonnya?
2. Faktor apa saja yang mempengaruhi bekas jatuh dari buah tersebut?

24

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

3. PENYELIDIKAN

Tujuan
1. Peserta didik dapat menganalisis besaran-besaran Fisika yang mempengaruhi energi

potensial.
2. Peserta didik dapat menghitung energi potensial yang bekerja pada suatu benda.
Alat dan bahan
1. Beban
2. Penggaris
3. Neraca
Langkah kerja
1. Ukur massa beban menggunakan neraca!
2. Letakkan beban pada posisi 1 (di atas meja)!
3. Ukur ketinggian benda pada posisi 1!
4. Letakkan beban pada posisi 2 (di atas bangku)!
5. Ukur ketinggian benda pada posisi 2!
6. Letakkan beban pada posisi 3 (di lantai)!
7. Ukur ketinggian beban pada posisi 3!
8. Lakukan langkah 1-7 menggunakan beban yang berbeda!

25

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

4. PENYAJIAN DATA

Tabel 2 Percobaan menghitung energi potensial yang bekerja pada suatu benda (beban
yang sama, m = ... kg

No h (m) EP (J)

1

2

3

Tabel 3 Percobaan menghitung energi potensial yang bekerja pada suatu benda
(ketinggian yang sama, h = ... m

No m (kg) EP (J)

1

2

3

1. Bagaimana hasil perhitungan energi potensial jika ketinggian dan massa beban
semakin berat?

Jawab :

26

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING
2. Besaran apa saja yang mempengaruhi energi potensial dalam percobaan tersebut?
Jawab :

3. Berikan kesimpulan mengenai percobaan di atas!
Jawab :

27

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

5. EVALUASI

Untuk memperdalam materi,
mari kita kerjakan latihan soal

berikut ini...

1. Sebuah kardus dengan massa 2 kg mula-mula berada di permukaan tanah.
Kemudian, kardus tersebut dipindahkan ke tempat yang lebih tinggi dengan
ketinggian 1,25 m dari permukaan tanah. Jika diketahui g = 10 m/s2, maka
perubahan energi potensial benda sebesar ....

Jawab :

2. Sebuah benda bermassa 4 kg jatuh bebas dari ketinggian 30 m di permukaan
tanah. Jika diketahui g = 10 m/s2, maka hitunglah:
a. energi potensial ketika sampai di tanah!
b. energi potensial setelah benda bergerak 2 sekon!

Jawab :

28

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

2. Energi Kinetik

Perhatikan video berikut ini!
https://youtu.be/hF0fBiiBEK8

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena gerakannya.

F
s

Gambar 12 Energi kinetik pada benda yang sedang bergerak.

Misalkan, bola yang massanya m terletak di atas bidang datar licin dan bekerja
dengan gaya konstan sebesar F pada Gambar 12, sehingga benda berpindah sejauh s,
maka akan timbul percepatan yang dirumuskan pada persamaan (1-11).

ɑ = (1-11)



Besar kecepatan bola setelah berpindah sejauh s dari keadaan diam adalah sebagai
berikut.

= + 2 ɑ s
= 0 + (2) ( )
m =

29

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Dengan demikian, energi kinetik yang diterima bola dapat dinyatakan dengan
persamaan (1-12).

= (1-12)



Dengan

m = massa benda (kg),

v = kecepatan benda (m/s), dan

EK = energi kinetik (J).

30

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

KEGIATAN 3
ENERGI KINETIK

1. PERMASALAHAN
Sore hari kalian sedang mengendarai sepeda dengan santai, tiba-tiba turun hujan sehingga
kalian mengendarai sepeda dengan cepat agar kalian tidak kehujanan. Setelah kalian
menambah kecepatan, kalian sangat lelah dibandingkan mengendarai sepeda dengan
santai. Mengapa hal demikian bisa terjadi?

Gambar 13 Seseorang mengendarai sepeda
Sumber: https://images.app.goo.gl/thwjj9Lv6r7NVzXf7

2. AYO BELAJAR
1. Mengapa ketika mengendarai sepeda dengan kecepatan tinggi lebih terasa lelah

dibandingkan mengendarai dengan kecepatan sedang?
2. Faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya energi kinetik?

31

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

3. PENYELIDIKAN

Tujuan
1. Peserta didik dapat menganalisis besaran-besaran Fisika yang mempengaruhi
energi kinetik.
2. Peserta didik dapat menghitung energi kinetik yang bekerja pada suatu benda.

Alat dan Bahan
1. Beban (2 buah)
2. Neraca
3. Stopwatch
4. Penggaris

Langkah Kerja
1. Ukur massa beban menggunakan neraca!
2. Posisikan beban pada ketinggian 1 meter!
3. Lepaskan beban tanpa kecepatan awal!
4. Ukur waktu yang dibutuhkan benda sesaat sebelum menyentuh tanah!
5. Lakukan langkah 3-4 dengan ketinggian yang berbeda!
6. Catat hasil pada tabel 4!
7. Lakukan langkah 1-4 untuk massa yang berbeda!
8. Catat hasilnya pada tabel 5!

32

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

4. PENYAJIAN DATA

Tabel 4 Percobaan menghitung energi kinetik yang bekerja pada suatu benda pada
massa beban yang sama, m = .... kg

No h (m) t (s) v (m/s) EK (J)

1.
2.
3.

Tabel 5 Percobaan menghitung energi kinetik yang bekerja pada suatu benda pada
ketinggian yang sama, h = .... m

No m (kg) t (s) v (m/s) EK (J)

1.
2.
3.

1. Bagaimana hasil perhitungan energi kinetik jika kecepatan dan massa beban
semakin besar?

Jawab

33

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING
2. Besaran apa saja yang mempengaruhi energi kinetik dalam percobaan tersebut?
Jawab

3. Berikan kesimpulan berdasarkan percobaan tersebut!
Jawab

34

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

5. EVALUASI

Untuk memperdalam materi,
mari kita kerjakan latihan soal

berikut ini...

1. Sebuah benda massanya 8 kg bergerak dengan kecepatan 4 m/s pada bidang
datar. Karena pengaruh gaya, kecepatannya berubah menjadi 10 m/s. Usaha
yang dilakukan oleh benda selama bergerak adalah ...

Jawab:

2. Benda yang massanya 0,5 kg dilemparkan vertikal ke atas dari permukaan tanah

dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika gravitasi 10 m/s, maka energi kinetik benda

saat mencapai 1 tinggi maksimal adalah ...
4

Jawab:

35

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

C. HUBUNGAN USAHA DAN ENERGI

Usaha dan energi adalah besaran Fisika yang saling berkaitan. Usaha merupakan
kerja yang dilakukan oleh gaya untuk memindahkan benda, sedangkan energi adalah
kemampuan untuk melakukan usaha. Dengan demikian, terdapat hubungan antara usaha
dengan energi yang akan dipelajari berikut.

1. Hubungan Usaha dengan Energi Potensial

Sebuah benda bermassa m dilepaskan dari ketinggian h1 dari permukaan tanah.
Benda bergerak vertikal ke bawah karena pengaruh gaya gravitasi bumi (gaya berat)
sebesar w. Selanjutnya untuk mencapai ketinggian h2 dari permukaan tanah, gaya berat
melakukan usaha berdasarkan persamaan (1-13).

= (1-13)

= ( − )

= −
= −

dengan

EP1 = energi potensial pada ketinggian h1 (J),

EP2 = energi potensial pada ketinggian h2 (J), dan

WAB = usaha yang dilakukan gaya berat dari A ke B (J).

Berdasarkan persamaan (1-13), usaha yang dilakukan oleh gaya berat pada sebuah
benda merupakan pengurangan dari energi potensial.

36

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

2. Hubungan Usaha dengan Energi Kinetik

Sebuah benda bermassa m mula-mula bergerak dengan kecepatan v1, kemudian
diberikan gaya tetap sebesar F yang searah dengan gerakan benda sehingga benda
berpindah sejauh s dan kecepatan benda menjadi v2 seperti Gambar 14.

F

V1 V2

AsB

Gambar 14 Energi kinetik pada benda yang sedang bergerak.

Usaha yang dilakukan oleh gaya F untuk memindahkan benda sejauh s dari A ke
B dapat ditentukan dengan persamaan (1-14).

= + ɑ

= + ɑ

ɑ = ( − ) (1-14)


Usaha yang dilakukan oleh gaya F untuk berpindah dari posisi A ke B,

= (1-15)
= ɑ
Substitusi persamaan (1-14) ke persamaan (1-15), sehingga

= ( − )


= −


= − = (1-16)

37

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

dengan
1 = energi kinetik awal (J),
2 = energi kinetik akhir (J),
WAB = usaha yang dilakukan gaya (J), dan
= perubahan energi kinetik (J).
Dengan demikian, usaha yang dilakukan oleh suatu gaya terhadap sebuah benda

sama dengan perubahan energi kinetik dari benda tersebut.

D. HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK

Perhatikan video berikut ini!
https://youtu.be/QRPqJ522fAo

Salah satu sifat dari energi adalah kekal, artinya tidak dapat dihilangkan, tetapi
dapat berubah bentuk menjadi energi yang lain. Misalkan, sebuah bola dilempar vertikal
ke atas. Mula-mula bola mempunyai energi kinetik. Semakin tinggi posisi bola, energi
kinetiknya berkurang dan berubah menjadi energi potensial. Di titik tertinggi, bola hanya
mempunyai energi potensial saja. Namun, saat bola jatuh kembali, maka energi
potensialnya berkurang dan berubah menjadi energi kinetik. Jika bola sampai
dipermukaan tanah, energi potensialnya nol dan bola hanya mempunyai energi kinetik
saja.

38

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

A

v1 s
h1 B

h2 v2

Gambar 15 Balok jatuh bebas dari posisi A ke posisi B.

Penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik disebut energi mekanik.
Jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda, maka jumlah energi potensial dan
energi kinetik adalah tetap. Pernyataan tersebut dikenal sebagai hukum kekekalan
energi mekanik.

Untuk memahami hukum kekekalan energi mekanik, perhatikan Gambar 15.
Sebuah benda bermassa m bergerak vertikal ke bawah karena pengaruh gaya beratnya.
Pada saat di posisi A, kecepatan dan tinggi benda dari tanah adalah v1 dan h1. Sementara
itu, pada saat di posisi B, kecepatan dan tingginya adalah v2 dan h2. Usaha dari gaya berat
selama benda berpindah dari A ke B adalah sebagai berikut.

a. Berdasarkan perubahan energi potensial usaha dari A ke B (1-17)
=
= ( − )
= −
= −

39

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

b. Berdasarkan perubahan energi kinetik usaha dari A ke B

= −


= − (1-18)

Berdasarkan persamaan (1-17) dan persamaan (1-18) diperoleh hubungan sebagai
berikut.

− = − (1-19)
+ = + =

Jumlah energi potensial dan energi kinetik disebut energi mekanik, sehingga persamaan
(1-19) dapat dinyatakan sebagai berikut.

+ = +

+ = +


= (1-20)

dengan

EM = energi mekanik (J)

40

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

E. DAYA

Perhatikan video berikut ini!
https://youtu.be/gbePTtq-aLc

Daya adalah kemampuan untuk melakukan usaha tiap satu satuan waktu. Secara
matematis dapat dinyatakan dengan persamaan (1-21).

= (1-21)



dengan = usaha (J)
W = waktu (s), dan
t = daya (W).
P

1. Satuan Daya

Berdasarkan persamaan (1-21), satuan daya dalam Sistem Internasional (SI)
adalah J/s = watt. Definisi satu watt adalah besarnya daya yang menimbulkan usaha
sebesar 1 joule tiap sekon. Satuan lain dari daya adalah kilowatt (kW). Persamaan (1-21)
juga dapat diturunkan menjadi satuan usaha yang lain, yaitu menjadi persamaan (1-22).

=



= (1-22)

dengan 1 J = 1 W s.

41

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Selain watt-sekon, satuan energi yang sering digunakan adalah kWh
(kilowatt/jam). Satuan kWh ini digunakan pada energi listrik. Oleh karena 1 kWh = 1.000
W dan 1 jam = 3.600 s, maka:

1 kWh = 1.000 W × 3.600 s
1 kWh = 36 × 105 W-s
1 kWh = 36 × 105 J

Satuan lain dari daya yang sering digunakan dalam bidang teknik mesin adalah
hp (horse power) atau dk (daya kuda) 1 hp = 746 watt.

2. Hubungan Daya dengan Kecepatan Berat Suatu Benda

Hubungan daya dengan kecepatan gerak suatu benda diperoleh berdasarkan
persamaan (1-21) dan (1-22) menjadi persamaan (1-23).

= (1-23)
(1-24)


Di mana = sehingga persamaan daya menjadi persamaan (1-24).


=

dengan

F = gaya yang bekerja pada benda (N),

v = kecepatan benda setelah mendapat gaya (m/s), dan

P = daya (W).

42

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING
Untuk memahami lebih lanjut mengenai materi Daya, kerjakanlah contoh soal

berikut!
1. Seseorang bermassa 50 kg menaiki tangga yang tingginya 10 meter selama 2
menit. Besar daya yang dihasilkan adalah . . . (g = 10 m/s2)
Jawab :

2. Berikan contoh penerapan daya dalam kehidupan sehari-hari!
Jawab :

43

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Uji Kompetensi
I. Pilihan Ganda

Berilah tanda (x) pada huruf A, B, C, D, dan E pada pilihan jawaban yang
benar!

1. Mobil bermassa 2.000 kg mula-mula bergerak lurus dengan kecepatan 20 m/s.
Kemudian mobil direm dan berhenti setelah menempuh jarak 10 m. Besar gaya
pengereman tersebut adalah . . . .
A. 2.000 N
B. 4.000 N
C. 20.000 N
D. 40.000 N
E. 80.000 N

2. Perhatikan gambar berikut!

Sebuah balok bermassa 20 kg diletakkan pada dasar bidang miring. Jika panjang
bidang miring 5 m dan permukaan bidang miring licin, usaha untuk mendorong balok
sampai titik tertinggi dari bidang miring adalah . . . . (g = 10 m/s2)
A. 200 J
B. 300 J
C. 400 J
D. 500 J
E. 600 J
3. Benda bermassa 2,5 kg dilepas dari puncak gedung melewati jendela A di lantai atas
dan B di lantai bawah dengan perbedaan tinggi 8 m. Jika percepatan gravitasi bumi
10 m/s2, besar usaha oleh gaya berat untuk proses perpindahan bola dari A ke B
adalah . . . .
A. 40 J
B. 80 J
C. 100 J
D. 160 J
E. 200 J

44

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

4. Sebuah bola bergerak sepanjang lintasan seperti pada gambar!

A

B

5m

1m 2m

Kelajuan bola di titik A adalah 10 m/s. Jika gesekan udara diabaikan, besar kelajuan
bola di titik B adalah ....

A. 2 √10 m/s
B. 3 √10 m/s
C. 4 √10 m/s
D. 40 m/s
E. 160 m/s
5. Sebuah pegas dengan panjang 30 cm digantung secara vertikal. Selanjutnya, sebuah
beban dengan massa 100 g digantungkan pada ujung pegas sehingga panjang pegas
menjadi 40 cm. Jika g = 10 m/s2, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut
adalah....
A. 0,01 J
B. 0,02 J
C. 0,03 J
D. 0,04 J
E. 0,05 J
6. Sebuah bola bermassa 400 g dilempar vertikal ke atas dari permukaan tanah dengan
kecepatan awal 60 m/s. Jika g = 10 m/s2, maka energi kinetik dan energi potensial
setelah bergerak 2 s adalah .....
A. 100 J
B. 120 J
C. 140 J
D. 160 J
E. 180 J
7. Sebuah balok bermassa 40 kg diangkat ke atas melewati tangga yang tingginya 15 m
dalam waktu 10 s. Jika g = 10 m/s2, maka daya yang diperlukan untuk mengangkat
beban tersebut adalah .....
A. 800 W
B. 600 W
C. 400 W
D. 200 W
E. 100 W

45

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

8. Sebuah balok kayu bermassa 4 kg dijatuhkan dari ketinggian 50 m di atas permukaan
tanah. Perubahan energi potensial pada ketinggian 20 m dari permukaan tanah sebesar
.... (g = 10 m/s2).
A. 500 J
B. 400 J
C. 300 J
D. 200 J
E. 100 J

9. Sebuah majalah yang mempunyai massa 1 kg terjatuh dari atas apartemen. Ketika
terjatuh ke bawah, diperkirakan dengan kecepatan 20 m/s, maka ketinggian apartemen
tempat majalah jatuh tersebut adalah ... (g = 10 m/s2).
A. 5 m
B. 10 m
C. 15 m
D. 20 m
E. 25 m

10. Sebuah balok bermassa 8 kg didorong dari dasar bidang miring licin yang panjangnya
4 meter. Jika puncak bidang miring berada pada ketinggian 2 meter diatas permukaan
lantai dan percepatan gravitasi 10 m/s2, maka usaha yang dibutuhkan untuk
memindahkan balok ke puncak adalah ....
A. 120 J
B. 140 J
C. 160 J
D. 180 J
E. 200 J

II. Esay
Jawablah pertanyaan berikut ini dengan benar!

1. Berdasarkan persamaan usaha dan energi, formulasikanlah persamaan untuk
menentukan hubungan antara usaha dengan perubahan energi kinetik!

2. Berdasarkan persamaan usaha dan energi, formulasikanlah persamaan untuk
menentukan hubungan antara usaha dengan perubahan energi potensial!

3. Berdasarkan persamaan usaha dan energi, formulasikanlah persamaan untuk
menentukan hubungan antara usaha dengan perubahan energi mekanik!

4. Formulasikanlah persamaan untuk menentukan besar nilai energi yang diperoleh dari
konsep hukum kekekalan energi mekanik!

5. Tuliskan bunyi hukum kekekalan eneegi mekanik!

46

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

GLOSARIUM

Benda Elastis : Memiliki kemampuan untuk kembali ke bentuk atau
ukuran semula saat gaya yang diterapkan dihilangkan.

Besaran Fisika : Sifat-sifat Fisika dari suatu materi atau sistem yang dapat
diukur dan dihitung menggunakan instrumen
pengukuran.

Daya Kuda : Salah satu unit pengukuran daya yang pada umumnya
setara dengan 735.5 hingga 745.7 watt.

Fosil : Sisa-sisa yang diawetkan atau jejak sisa-sisa organisme
purba.

Gaya Berat : Gaya tarik bumi yang bekerja pada suatu benda.

Gaya Tarik : Gaya yang dihasilkan dari gerakan tarik menarik pada
suatu benda.

Gaya Konstan : Memiliki arah dan nilai konstan.

Gaya Gravitasi : Jenis gaya yang dipengaruhi oleh gaya tarik sebuah
benda ke pusat benda tersebut.

Lokomotif : Bagian dari rangkaian kereta api dimana terdapat mesin
untuk menggerakkan kereta api.

Pedati : Kendaraan atau alat yang memiliki dua atau empat buah
roda yang digunakan sebagai sarana transportasi.

Perkalian Titik : Suatu operasi aljabar yang memasukkan dua urutan
bilangan dengan panjang yang sama dan menghasilkan
suatu bilangan tunggal.

Problem Based : Suatu pembelajaran yang menyuguhkan berbagai situasi

Learning permasalahan sebagai landasan bagi investasi dan

penyelidikan peserta didik.

Resultan Gaya : Jumlah vektor gaya yang bekerja pada partikel atau
benda.

Solder : Paduan logam yang mudah meleleh, yang digunakan
sebagai logam pengisi untuk menyambungkan dua
material logam.

Turbin : Sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari
aliran fluida.

Vertikal : Tegak lurus dari atas ke bawah ataupun sebaliknya, yang
membentuk garis tegak lurus (sudut 90˚).

47

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING
Daftar Pustaka

Kanginan, Marthen. 2016. Fisika Untuk SMA/MA Kelas X. Cimahi: Erlangga.
Lasmi, Ni Ketut. 2018. Fisika Untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta: Erlangga.
Tim Progresif. 2017. Erlangga X-Press UN 2017 Untuk SMA/MA Fisika Program

IPA. Jakarta: Erlangga.

48

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Profil Penulis

Nama : Eviani Bani Paga Leghu

NIM : 2018005022

Agama : Kristen Protestan

Tempat, Tanggal Lahir : Wee Ranu, 03 Agustus 1998

Prodi : Pendidikan Fisika

Fakultas : Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Perguruan Tinggi : Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa

Email : [email protected]

49

E-LKPD FISIKA

MODEL PROBLEM BASED LEARNING

Kerjakan Dengan Tekun
&

Sepenuh Hati

50