i E-LKPD (ELEKTRONIK LEMBAR KEGIATAN PESERTA DIDIK) FISIKA BERBASIS MULTIREPRESENTASI PADA MATERI USAHA DAN ENERGI KELAS X SMA MUHAMMADIYAH 4 BANDUNG PENULIS IRNA NURLATIFAH 1192070031 DOSEN PEMBIMBING Dr. Hj. Ade Yeti Nuryantini, S.Pd., M.M.Pd., M. Si Dr. Wahyuni Handayani, M.T VALIDATOR Tati Rohaeti, S.T
ii KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. yang maha esa karena atas berkat, rahmat serta hidayah-NYA E-LKPD usaha dan energi berbasis multirepresentasi untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik ini dapat diselesaikan dengan baik. E-LKPD ini disusun berdasarkan kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar serta menggunakan Kurikulum 2013 revisi 2018 untuk Sekolah Menengah Atas (SMA) atau Madrasah Aliyah (MA) kelas X. Penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada dosen pembimbing yang telah memberikan masukan serta telah membimbing penulis dalam proses penyusunan E-LKPD pada materi usaha dan energi ini. Terimakasih juga diucapkan kepada para validator yang telah membantu dalam penyusunan ELKPD ini baik secara langsung maupun tidak langsung. E-LKPD ini disusun dengan harapan dapat digunakan dalam pembelajaran fisika sebagai sumber belajar bagi peserta didik baik di dalam lingkungan sekolah maupun di lingkungan masyarakat. Semoga melalui rangkaian kegiatan pembelajaran yang telah disajikan di dalam E-LKPD ini dapat memudahkan peserta didik dalam memahami materi usaha dan energi secara mandiri, menemukan konsep, dan menyelesaikan masalah-masalah yang tercantum dalam E-LKPD ini. Penulis menyadari bahwa E-LKPD ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk penyempurnaan E-LKPD ini. Bandung, Februari 2023 Penulis
iii DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii DAFTAR ISI.......................................................................................................... iii DESKRIPSI E-LKPD ........................................................................................... iv PETUNJUK PENGGUNAAN.................................................................................v STANDAR ISI....................................................................................................... vi E-LKPD 1 ................................................................................................................1 USAHA DAN ENERGI ..........................................................................................1 E-LKPD 2 ..............................................................................................................14 ENERGI POTENSIAL DAN ENERGI KINETIK................................................14 E-LKPD 3 ..............................................................................................................31 HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK ...................................................31 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................46 PROFIL PENULIS ................................................................................................47
iv DESKRIPSI E-LKPD E-LKPD merupakan lembar kegiatan peserta didik dalam bentuk elektronik. E-LKPD fisika berbasis multirepresentasi ini merupakan E-LKPD yang membahas materi mengenai usaha dan energi untuk peserta didik kelas X SMA/MA. E-LKPD berbasis multirepresentasi ini menyajikan konsep fisika dilengkapi dengan representasi gambar, grafik, table, diagram, dan persamaan matematis yang berfungsi sebagai salah satu media dan bahan ajar agar mempermudah peserta didik untuk memahami materi yang disampaikan. Dalam E-LKPD ini berisi kompetensi yang akan dicapai, tujuan pembelajaran, ringkasan materi tentang usaha dan energi, kegiatan eksperimen dan analisis yang harus dijawab peserta didik dengan berbagai representasi.
v PETUNJUK PENGGUNAAN 1. Bagi guru Sebelum menggunakan E-LKPD ini, guru menjelaskan terlebih dahulu tujuan pembelajaran, setelah itu guru mengarahkan peserta didik untuk mempelajari E-LKPD baik pada jam pelajaran atau di rumah secara mandiri untuk memperdalam pemahaman peserta didik mengenai materi Usaha dan Energi. 2. Bagi peserta didik a. E-LKPD dapat digunakan secara mandiri atau berkelompok b. Diharapkan untuk membaca dan memahami setiap tujuan pembelajaran pada setiap kegiatan yang teradapat dalam E-LKPD c. Memahami dan menganalisis setiap konsep dan contoh yang telah disajikan dalam uraian pada kegiatan belajar dengan baik! d. Diwajibkan melakukan semua kegiatan yang disajikan dalam E-LKPD ini untuk emngasah kemampuan e. Menyusun hasil diskusi dan mempresentasikannya! f. Mencatat semua kesulitan yang dialami saat melakukan kegiatan,kemudian tanyakan pada guru anda! g. Setelah semua kesulitan telah diketahui, diharapkan dapat membuat kesimpulan terkait dengan materi yang telah anda pelajari.
vi STANDAR ISI Kompetensi Inti KI 1 : Menghargai dan menghayati ajaran agama yang dianutnya KI 2 : Menghargai dan menghayati perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (toleransi, gotong royong), santun, percaya diri, dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam dalam jangkauan pergaulan dan keberadaannya KI 3 : Memahami dan menerapkan pengetahuan (faktual, konseptual, dan prosedural) berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya terkait fenomena dan kejadian tampak mata KI 4 : Mengolah, menyaji, dan menalar dalam ranah konkret (menggunakan, mengurai, merangkai, memodifikasi, dan membuat) dan ranah abstrak (menulis, membaca, menghitung, menggambar, dan mengarang) sesuai dengan yang dipelajari di sekolah dan sumber lain yang sama dalam sudut pandang/teori Kompetensi Dasar 3.9 Menganalisis konsep energi, usaha (kerja), hubungan usaha (kerja) dan perubahan energi, hukum kekekalan energi, serta penerapannya dalam peristiwa sehari-hari 4.9 Menerapkan metode ilmiah untuk mengajukan agasan penyelesaian masalah gerak dalam kehidupan sehari-hari yang berkaitan dengan konsep energi, usaha (kerja) dan hukum kekekalan energi
1 E-LKPD 1 USAHA DAN ENERGI Nama : Kelas : No Absen : Kelompok : Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan dapat: Memberikan penjelasan sederhana mengenai konsep usaha dan energi Membangun keterampilan dasar konsep usaha pada bidang miring Menganalisis besar usaha oleh resultan gaya Menganalisis besar usaha oleh resultan gaya pada bidang miring Membedakan usaha positif, negative, dan usaha nol Memberikan penjelasan lebih lanjut mengenai konsep usaha Menerapkan konsep usaha dalam kehidupan sehari-hari Menyajikan data hasil percobaan mengenai usaha pada bidang miring Menganalisis data yang telah didapatkan dari percobaan Menyimpulkan hasil percobaan Mempresentasikan hasil percobaan yang telah didiskusikan Ayo Mengamati Amatilah gambar berikut ini! Gambar 1. 1 Seseorang yang mendorong mobil mogok ditanjakan
2 Selanjutnya simak dan amati video pada link berikut ini! https://youtu.be/x_pqXg94taw 1) Gambarkan kembali apa yang kalian lihat dari video yang telah ditonton (Dalam bentuk gambar)! 2) Ceritakanlah apa yang kalian lihat dari gambar dan video yang telah ditonton, uraikanlah dalam bentuk teks! Ayo Menanya Setelah melihat gambar dan menonton video, maka pada pikiran kalian pasti timbul beberapa pertanyaan. Kemukakanlah pertanyaan tersebut pada kolom berikut ini!
3 Ayo Membaca A. USAHA 1. Definisi Usaha Usaha merupakan jumlah energi yang digunakan untuk menggerakkan suatu benda atau usaha merupakan perubahan energi. Suatu benda dapat berpindah tempat karena digerakkan oleh usaha manusia. Seseorang dikatakan melakukan usaha apabila dapat memindahkan atau merubah kedudukan suatu benda. Jadi usaha merupakan hasil kali gaya dan perpindahan. W = F x s Keterangan: W : Usaha (Joule) F : Gaya (N) s : Perpindahan (m) 2. Besar usaha apabila gaya yang bekerja searah dengan perpindahan Salah satu contoh yang menunjukkan bahwa gaya yang bekerja searah dengan perpindahan yaitu ketika kita mendorong sebuah troli. Gaya yang bekerja searah dengan perpindahan dapat diilustrasikan pada gambar berikut. Gambar 1. 2 Gaya yang bekerja searah dengan perpindahan Besar usaha pada ilustrasi tersebut dapat dituliskan dengan persamaan berikut: W = F x s Keterangan: W : Usaha (Joule) F : Gaya (N) s : Perpindahan (m) 3. Besar usaha apabila gaya yang bekerja membentuk sudut dengan arah perpindahan
4 Salah satu contoh peristiwa yang menunjukkan bahwa gaya yang bekerja membentuk sudut dengan arah perpindahan adalah seperti gambar berikut. Gambar 1. 3 Seseorang memindahkan balok kayu Gaya-gaya yang bekerja membentuk sudut dengan arah perpindahan dapat diilustrasikan seperti pada gambar berikut. Gambar 1. 4 Gaya (F) membentuk sudut terhadap perpindahan (s) Besar usaha pada ilustrasi tersebut dapat dituliskan dengan persamaan berikut W = F cos . s Keterangan: W : Usaha (Joule) F : Gaya (N) s : Perpindahan (m) : besar sudut antara arah dan perpindahan 4. Besar usaha apabila gaya yang bekerja tegak lurus dengan perpindahan Salah satu contoh yang menunjukkan bahwa gaya yang bekerja tegak lurus dengan arah perpindahan adalah pada saat seorang kurir mengangkat sebuah kardus kemudian berjalan untuk memindahkan kardus tersebut. Peristiwa tersebut terlihat pada ilustrasi berikut.
5 Gambar 1. 5 Seorang kurir memindahkan sebuah kardus Gaya-gaya yang bekerja tegak lurus dengan arah perpindahan dapat dilihat pada ilustrasi berikut. Gambar 1. 6 Gaya tegak lurus dengan perpindahan Besar usaha pada ilustrasi tersebut dapat dituliskan dengan persamaan berikut. W = F cos . s = F cos . s = 0 Keterangan: W : Usaha (Joule) F : Gaya (N) s : Perpindahan (m) : besar sudut antara arah dan perpindahan 5. Besar usaha apabila gaya yang bekerja berlawanan arah dengan perpindahan Salah satu contoh yang menunjukkan bahwa gaya yang bekerja berlawanan dengan arah perpindahan adalah pada saat kita berlari diatas treadmill seperti gambar berikut.
6 Gambar 1. 7 Orang yang berlari diatas tredmill Gaya-gaya yang berkerja tegak lurus dengan arah perpindahan dapat diilustrasikan seperti pada gambar berikut. Gambar 1. 8 Gaya yang bekerja berlawanan dengan perpindahan Besar usaha pada ilustrasi tersebut dapat dituliskan dengan persamaan berikut. W = F cos . s = F cos . s = -F.s Keterangan: W : Usaha (Joule) F : Gaya (N) s : Perpindahan (m) : besar sudut antara arah dan perpindahan 6. Besar usaha apabila gaya yang bekerja tidak menyebabkan perpindahan Salah satu contoh yang menunjukkan bahwa gaya yang bekerja tidak menyebabkan perpindahan adalah pada saat seseorang mendorong tembok atau mendorong mobil yang tidak berpindah. Gaya-gaya yang bekerja tidak menyebabkan perpindahan dapat diilustasikan pada gambar berikut.
7 Gambar 1. 9 Gaya yang bekerja tidak menyebabkan perpindahan Besar usaha pada ilustrasi tersebut dapat dituliskan dengan persamaan berikut. W = F. s = F.0= 0 Keterangan: W : Usaha (Joule) F : Gaya (N) s : Perpindahan (m) : besar sudut antara arah dan perpindahan 7. Besar usaha jika diketahui grafik F-∆ Gambar 1. 10 grafik F-∆x Untuk menghitung usaha yaitu dengan menghitung luas daerah dibawah grafik w = luas daerah dibawah grafik Ayo Mencoba Lakukanlah Percobaan sesuai dengan intruksi berikut ini! A. Tujuan percobaan 1. Menganalisis hubungan usaha dengan bidang miring 2. Menganalisis hubungan usaha dengan berbagai gaya pada bidang miring 3. Menganalisis hubungan usaha dengan sudut pada bidang miring
8 4. Menganalisis hubungan usaha dengan perpindahan pada bidang miring B. Desain Percobaan Berikut disajikan gambar dari percobaan yang akan dilakukan yaitu percobaan bidang miring menggunakan PhET simulation Gambar 1. 11 Desain percobaan usaha pada bidang miring C. Langkah Percobaan 1. Membuka PhET simulation bidang miring 2. Mengatur semuanya pada keadaan awal, pada kolom posisi diatur menjadi 0,00 m kemudian pada sudut lereng 30o dan gaya terapkan diatur 0 N. 3. Memilih salah satu benda untuk dilakukan eksperimen kemudian diatur gaya terapan sebesar 100 N kemudian tekan button jalan! “Perlu diingat: setelah mulai dijalankan benda tidak boleh sampai pada posisi 15 m, maksimal 14 m agar tidak terjadi kesalahan”. 4. Kemudian catat data pada table pengamatan 5. Mengubah benda yang akan digunakan lagi kemudian lakukan seperti sebelumnya (langkah 2 sampai 4) 6. Mencatat kembali pada table pengamatan 7. Mengubah sudut lereng menjadi 45o , 60o dan lakukan percobaan sebelumnya dengan benda yang sama 8. Menscreenshoot setiap data yang didapatkan D. Tabel Pengamatan
9 Percobaan Benda m (kg) F (N) S (m) ( o ) W (Joule) Wg Wtot I Lemari bekas II Lemari es III Peti kayu Keterangan: m : massa benda (kg) W : Usaha (Joule) F : gaya (N) Wg : Usaha gravitasi (Joule) S : perpindahan (m) Wtot : Usaha total (Joule) : sudut (o ) Ayo Menganalisis Analisislah data hasil percobaan tersebut, kemudian uraikan dalam berbagai bentuk konsep pembelajaran! 1) Gambarkan kembali percobaan yang telah dilakukan dalam bentuk gambar seperti pada contoh berikut! Contoh:
10 2) Lengkapilah table berikut ini sesuai dengan hasil dari percobaan! Percobaan Benda m (kg) F (N) S (m) ( o ) W (Joule) Wg Wtot I Lemari bekas 10 100 15 30o 45o 60o II Lemari es III Peti kayu 3) Bagaimana hubungan antara usaha pada bidang miring dengan gaya yang diberikan pada benda? Uraikan data hasil percobaan dalam bentuk grafik (Data bisa dilihat dari table yang telah diisi!
11 4) Setelah menganalisis beberapa hal diatas, uraikanlah apa yang kalian analisis dari hasil gambar, table, dan grafik. Uraikan dalam bentuk teks! Ayo Menjawab Setelah kalian menganalisis data yang didapatkan dari percobaan, jawablah beberapa pertanyaan berikut ini! F W
12 1) Apakah gambar dan video menunjukkan usaha? Mengapa demikian, jelaskan! 2) Apakah usaha pada video bersifat positif, negative, atau nol, Mengapa demikian? 3) Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya usaha pada bidang miring? 4) Anton mendorong sebuah meja dengan gaya sebesar 150 N sehingga meja tersebut berpindah sejauh 15 m. Sementara Bagas mendorong meja dengan gaya 300 N dan meja berpindah sejauh 30 m. Berapa perbandingan usaha yang dilakukan oleh anton dan bagas, jika keduanya mendorong meja dengan massa dan ukuran yang sama.? 5) Balok bermassa 25 kg dilantai ditarik dengan gaya 10 N condong ke atas dengan sudut 60o . Pada saat itu balok bergeeser 2,0 meter dengan gaya gesek 2,0 N. berapa usaha total paa balok?
13 Ayo Menyimpulkan Simpulkanlah hasil dari pecobaan dan analisisnya sesuai dengan tujuan percobaan, tuliskan dalam bentuk pointer! Mempresentasikan Setiap kelompok mempresentasikan hasil percobaan di depan kelas, kelompok lain menyimak dan menanggapi.
14 E-LKPD 2 ENERGI POTENSIAL DAN ENERGI KINETIK Nama : Kelas : No Absen : Kelompok : Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan dapat: Memberikan penjelasan sederhana mengenai definisi energi Membangun keterampilan dasar pada konsep energi kinetik dan energi potensial Menganalisis rumusan energi kinetik dan energi potensial Menganalisis adanya energi kinetik dan energi potensial dalam berbagai gerak Menyajikan data hasil percobaan mengenai energi kinetik dan energi potensial Menganalisis data yang telah didapatkan dari percobaan Menyimpulkan hasil percobaan Mempresentasikan hasil percobaan yang telah didiskusikan Ayo Mengamati Amatilah gambar berikut ini! Gambar 2. 1 Pemain skateboard Selanjutnya simak dan amati video pada link berikut ini!
15 https://youtu.be/3OKQ3px_vIE 1) Gambarkan kembali apa yang kalian lihat dari video yang telah ditonton (Dalam bentuk gambar)! 2) Ceritakanlah apa yang kalian lihat dari gambar dan video yang telah ditonton, uraikanlah dalam bentuk teks! Ayo Menanya Setelah melihat gambar dan menonton video, maka pada pikiran kalian pasti timbul beberapa pertanyaan. Kemukakanlah pertanyaan tersebut pada kolom berikut ini.!
16 Ayo Membaca 1. Pengertian Energi Energi didalam fisika didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha dan mengalami perubahan. Perubahan ini dapat perubahan kedudukan, perubahan suhu, perubahan gerak, perubahan wujud zat. Dalam satuan internasional (SI), satuan energi adalah joule. Energi terdapat dalam berbagai bentuk diantaranya energi yang berkaitan dengan gerak adalah energi kinetik, energi potensial dan energi mekanik. 2. Energi Kinetik Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda bergerak, yang ditandai dengan adanya kecepatan. Semakin besar kecepatannya, energi kinetiknya semakin besar. Energi kinetik dapat ditemukan dalam berbagai gerak diantaranya gerak parabola, gerak lurus, gerak melingkar. Perhatikan gerak jatuh kelapa dari pohonnya! Gambar 2. 2 Gambar kelapa yang jatuh dari pohon pada tiga titik Manakah yang energi kinetiknya lebih besa, saat mencapai kedudukan A atau B? energi kinetik yang lebih besar berada pada kelapa B karena
17 kecepatannya terus bertambah. Oleh karena itu energi kinetik kelapa akan lebih besar ketika mencapai titik B dibanding titik A. berdasarkan hal tersebut, maka diketahui persamaan untuk energi kinetik adalah: Ek = ½ m v 2 Keterangan: Ek = energi kinetik (joule) m = massa benda (kg) v = kecepatan benda (m/s) 3. Energi Potensial Energi potensial yaitu energi yang dipengaruhi oleh posisi atau kedudukan benda. Energi potensial digilongkan menjadi dua bagian yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial pegas. a) Energi Potensial Gravitasi Energi potensial gravitasi merupakan energi yang dimiliki benda karena ketinggiannya terhadap benda acuannya. Energi ini berpotensi untuk melakukan usaha dengan cara mengubah ketinggiannya. Semakin tinggi kedudukan benda dari bidang acuan, semakin besar pula energi potensialnya. Salah satu contohnya yaitu buah kelapa yang berada diatas pohon (Gambar 2.2). Energi potensial kelapa di titik A lebih besar daripada energi potensial dititik B atau C karena kedudukan A lebih tinggi. Nilai energi potensial dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: Ep = m.g.h Keterangan: Ep = energi potensial (Joule) m = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi benda (m/s2 ) h = ketinggan benda dari titik acuan (m) b) Energi Potensial pegas Energi potensial pegas merupakan kemampuan pegas untuk kembali ke kedudukan semula. Benda-benda yang melakukan energi potensial pegas
18 yaitu tali karet busur panah, karet ketapel, pegas, dll. Pegas dapat menyimpan energi potensial elastic bila pegas direnggangkan atau ditekan. Semakin besar regangan atau tekanan yang diberikan pada pegas maka semakin besar pula energi potensial yang tersimpan. Nilai energi potensial pegas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: F = k . ∆ Ep = ½ F ∆ Ep = ½ k ∆ Keterangan: Ep = energi potensial (Joule) F = gaya (N) K = konstanta pegas (N/m) ∆ = pertambahan panjang pegas (m) 4. Energi Mekanik Ketika melakukan usaha, benda yang melakukan usaha itu memindahkna energi yang dimilikinya ke benda lain. Energi yang dimiliki benda agar dapat melakukan usaha dinamakan energi mekanik. Energi mekanik merupakan jumlah dari energi kinetik dan energi potensial. Oleh karena itu persamaan dari energi mekanik adalah sebagai berikut. Em = Ek + Ep Keterangan: Em = energi mekanik (Joule) Ek = energi kinetik (Joule) Ep = energi potensial (Joule) Ayo Mencoba Lakukanlah Percobaan sesuai dengan intruksi berikut ini! A. Tujuan percobaan
19 5. Peserta didik dapat menentukan pengaruh posisi dan massa benda terhadap besar energi potensial dengan baik 6. Peserta didik dapat menentukan pengaruh massa dan kecepatan benda terhadap besar energi kinetik dengan baik. 7. Peserta didik dapat menganalisis hubungan antara energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik pada suatu sistem dengan baik. B. Desain Percobaan Berikut disajikan gambar dari percobaan yang akan dilakukan yaitu percobaan energi potensial dan energi kinetik menggunakan PhET simulation Gambar 2. 3 Desain Percobaan C. Langkah Percobaan 1. Membuka PhET simulation energi atau pada link berikut (Energi Skate: Dasar 1.1.27 (colorado.edu)) 2. Setelah muncul tampilan awal seperti berikut, klik pilihan “permulaan”
20 Gambar 2. 4 PhET Simulasi Energi Maka tampilan akan terbuka seperti pada desain percobaan 9. Memberi tanda check list pada box “bagan batang, kisi-kisi,dan kelajuan” Gambar 2. 5 Check List box 10. Pada percobaan I, variasikan posisi awal pemain skateboard. Variasi I, Letakkan pemain skateboard di ketinggian 6 meter kemudian lepaskan.amati grafik energi potensial. Variasi II, Ulangi langkah diatas dengan mengganti posisi awal skateboard diketinggian 2 meter kemudian lepaskan. Amati grafik energi potensial. 11. Pada percobaan II, variasikan massa pemain skateboard. Variasi I, Perbesar massa pemain skateboard (geser tuas massa ke arah kanan) dan letakkan posisi pemain skateboard diketinggian 6 meter kemudian lepaskan. Amati grafik energi potensial. Variasi II, Ulangi langkah diatas dengan mengganti massa pemain skateboard yaitu dengan memperkecil massa pemain skateboard (geser
21 tuas massa ke arah kiri), dan letakkan posisi pemain skateboard di ketinggian 6 meter kemudian lepaskan. Amati grafik energi potensial. 12. Pada percobaan III, variasikan massa pemain skateboard. Variasi I, Perbesar massa pemain skateboard (geser tuas massa ke arah kanan) dan letakkan posisi pemain skateboard diketinggian 6 meter kemudian lepaskan. Amati kecepatan dan grafik energi kinetik. Variasi II, Ulangi langkah diatas dengan mengganti massa pemain skateboard yaitu dengan memperkecil massa pemain skateboard (geser tuas massa ke arah kiri), dan letakkan posisi pemain skateboard di ketinggian 6 meter kemudian lepaskan. Amati kecepatan dan grafik energi kinetik. 13. Mengatur ulang percobaan dengan mengklik tombol orange di pojok kanan bawah 14. Mengamati perubahan grafik energi yang terjadi pada setiap percobaan (naik/turun/tetap). 15. Mencatat hasil pengamatan pada percobaan tersebut kedalam tabel D. Tabel Pengamatan Lengkapilah tabel berikut ini Percobaan I No Variasi posisi Kedudukan pemain Massa Energi potensial 1. 6 meter Di atas Sedang Naik Di bawah Turun 2. 2 meter Di atas Naik Di bawah Turun Percobaan II No Posisi Kedudukan pemain Variasi Massa Energi potensial 1. 6 meter Di atas Besar Di bawah
22 2. Di atas Kecil Di bawah Percobaan III No Variasi Massa Kedudukan pemain Kecepatan Energi Kinetik 1. Besar Di atas Di bawah 2. Kecil Di atas Di bawah Ayo Menganalisis Analisislah data hasil percobaan tersebut, kemudian uraikan dalam berbagai bentuk representasi pembelajaran! 1) Gambarkan kembali percobaan I, II, dan III pada kedua variasi dalam bentuk gambar (Lihat contoh gambar percobaan I)! Contoh: 6 m 4 m 2 m m = sedang E E
23 2) Berikut disajikan analisis mengenai hubungan posisi awal skateboard dengan energi potensial yang dihasilkan dalam bentuk teks, tabel (Jika nilai massa sebesar 5 kg), grafik, dan persamaan matematis. Contoh percobaan I:
24 Teks: berdasarkan data yang telah diperoleh dari hasil percobaan diketahui bahwa hubungan posisi awal skateboard dengan energi potensial yaitu berbanding lurus. Karena ketika berada diatas nilai energi potensialnya naik dan ketika berada dibawah nilai energi potensialnya turun. Tabel: Percobaan I No Variasi posisi Kedudukan pemain Massa Energi potensial EP 1. 6 meter Di atas 5 kg Naik 300 Joule Di bawah Turun 2. 2 meter Di atas Naik 100 Joule Di bawah Turun Grafik: Persamaan matematis: Ep = m.g.h Karena dari percobaan diketahui kedudukan pemain skateboard berbanding lurus dengan ketinggian atau posisi awalnya (h). Berdasarkan percobaan II, Bagaimana hubungan posisi awal skateboard dengan energi potensial yang dihasilkan (lihat contoh percobaan I)! 0 50 100 150 200 250 300 350 2 4 6 EP (Joule) h (m) Hubungan posisi awal (h) terhadap energi potensial (EP)
25 a) Uraikan dalam bentuk teks! b) Uraikan dalam bentuk table jika nilai massa sebesar 5 kg! c) Uraikan dalam bentuk grafik (sesuai data tabel)! d) Uraikan dalam bentuk matematis! 3) Berdasarkan percobaan II, Bagaimana hubungan antara massa skateboard dengan energi potensial yang dihasilkan!
26 a) Uraikan dalam bentuk teks! b) Uraikan dalam bentuk table jika nilai massa 5 kg! c) Uraikan dalam bentuk grafik! d) Uraikan dalam bentuk matematis!
27 4) Berdasarkan percobaan III, Bagaimana hubungan massa pemain skateboard dengan kecepatan dan energi kinetik yang dihasilkan! a) Uraikan dalam bentuk teks! b) Uraikan dalam bentuk grafik! c) Uraikan dalam bentuk matematis!
28 Ayo Menjawab Setelah kalian menganalisis data yang didapatkan dari percobaan, jawablah beberapa pertanyaan berikut ini! 1) Energi apa saja yang terdapat pada permainan skateboard di gambar dan video? Jelaskan! 2) Apa yang terjadi pada energi potensial jika posisi awal suatu benda diubah menjadi lebih kecil? 3) Mengapa ketika massa benda diubah menjadi besar, nilai energi potensialnya juga membesar? 4) Sebuah kelapa berada dipohonnya dengan ketinggian 10 meter dan memiliki massa 3 kg, hitunglah besar energi potensialnya! 5) Apa yang terjadi pada energi kinetik jika posisi massa benda diubah menjadi lebih kecil? 6) Bagaimana pengaruh dari kecepatan pada energi kinetik? 7) Berapa energi kinetik bola tenis (200 gram) yang jatuh dari ketinggian 4,05 m pada saat menyentuh tanah?
29
30 Ayo Menyimpulkan Simpulkanlah hasil dari pecobaan dan analisisnya sesuai dengan tujuan percobaan, tuliskan dalam bentuk pointer! Mempresentasikan Setiap kelompok mempresentasikan hasil diskusi dari percobaan di depan kelas, kelompok lain menyimak dan menanggapi.
31 E-LKPD 3 HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK Nama : Kelas : No Absen : Kelompok : Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan dapat: Memberikan penjelasan sederhana mengenai konsep hukum kekekalan energi dalam fenomena yang relevan Menganalisis hukum kekekalan energi Memberikan penjelasan lebih lanjut mengenai contoh hukum kekekalan energi mekanik Membandingkan energi kinetik dan energi potensial pada titik tertentu Menyajikan data hasil percobaan mengenai hukum kekekalan energi mekanik Menganalisis hasil percobaan hukum kekekalan energi mekanik Mempresentasikan hasil percobaan hukum kekekalan energi mekanik Ayo Mengamati Amatilah gambar berikut ini! 3. 1 Pemain Olahraga Sky Diving Selanjutnya simak dan amati video pada link berikut ini!
32 https://youtu.be/Lk0mSVGytqg 1) Gambarkan kembali apa yang kalian lihat dari video yang telah ditonton (Dalam bentuk gambar)! 1) Ceritakanlah apa yang kalian lihat dari gambar dan video yang telah ditonton, uraikanlah dalam bentuk teks! Ayo Menanya Setelah melihat gambar dan menonton video, maka pada pikiran kalian pasti timbul beberapa pertanyaan. Kemukakanlah pertanyaan tersebut pada kolom berikut ini.
33 Ayo Membaca A. Hukum kekekalan energi mekanik Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Energi mekanik adalah energi yang dihasilkan oleh benda karena sifat geraknya. Menurut hukum kekekalan energi, “Energi total sistem tertutup tidak berubah, energinya akan tetap sama pada setiap kedudukan. Energi ini tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan oleh manusia. Namun energi dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya”. Dan juga jumlah energi kinetik dan energi potensial pada setiap kedudukan selalu tetap dengan syarat tidak ada gaya lain yang bekerja selain gaya gravitasi. Persaman pada hokum kekekalan energi mekanik yaitu sebagai berikut. Em1 = Em2 Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2 ½ mv1 2 + mgh1 = ½ mv2 2 + mgh2 Keterangan: Em1 = energi mekanik awal (Joule) Em2 = energi mekanik akhir (Joule) Ep1 = energi potensial awal (Joule) Ep2 = energi potensial akhir (Joule) Ek1 = energi kinetik awal (Joule) Ek2 = energi kinetik akhir (Joule) m = massa benda (kg) g = percepatan gharvitasi (m/s2 ) h1 = ketinggian awal (m) h2 = ketinggian akhir (m) v1 = kecepatan awal (m) v2 = kecepatan akhir (m) B. Hukum kekekalan energi mekanik pada gerak parabola
34 Pada gerak parabola juga berlaku hokum kekekalan energi mekanik. Gerak parabola merupakan perpaduan dari gerak searah sumbu x yang merupakan gerak lurus berubah beraturan (GLBB). C. Hukum kekekalan energi mekanik pada gerak melingkar Hukum kekekalan energi mekanik dapat diterapkan pada gerak melingkar secara vertical. Kelajuan linear pada saat posisi benda di titik paling bawah berbeda dengan kelajuan linear pada saat mencapai titik tertinggi. Agar suatu benda dapat melingkar secara sempurna maka pada saat benda mencapai titik atas harus memenuhi gaya kebawah sama dengan gaya sentripetal. D. Penerapan Hukum kekekalan energi mekanik Salah satu contoh dari penerapan hokum kekekalan energy mekanik yaitu terdaoat pada buah yang jatuh dari pohonnya. Ketika buah jatuh dari pohonnya ketanah, akan terjadi perubahan energy yaitu dari energy potensial menjadi energy kinetik. Energy potensial semakin berkurang karena ketinggiannya berkurang dan akan mencapai nol jika mencapai tanah, sedangkan energy kinetiknya akan bertambah karena buah jatuh akan semakin cepat. Contoh lain dari penerapan hokum kekekalan energy mekanik yaitu pada permainan lompat galah, olahraga terjun payung, dan permainan Roller Coaster. Ayo Mencoba Lakukanlah Percobaan sesuai dengan intruksi berikut ini! A. Tujuan percobaan 1. Peserta didik dapat menganalisis hubungan antara energi kinetik, energi potensial, dan energi mekanik 2. Peserta didik dapat menentukan pengaruh energi kinetik dan energi potensial terhadap energi mekanik B. Desain Percobaan Berikut disajikan gambar dari percobaan yang akan dilakukan yaitu percobaan hukum kekekalan energi mekanik menggunakan PhET simulation
35 Gambar 3. 2 Desain Percobaan hukum kekekalan energi mekanik C. Langkah Percobaan 1. Membuka PhET simulation energi atau pada link berikut (Energi Skate: Dasar 1.1.27 (colorado.edu) ) 2. Setelah muncul tampilan awal seperti berikut, klik pilihan “gesekan” Gambar 3. 3 Tampilan Awal Hukum kekekalan energi Maka tampilan akan terbuka seperti pada desain percobaan 3. Memberi tanda check list pada box “bagan batang, kisi-kisi,dan kelajuan”
36 Gambar 3. 4 Box 4. Pada percobaan Variasi I, variasikan lintasan pemain skateboard seperti pada gambar berikut (Gambar 3.5) Gambar 3. 5 Lintasan lengkung Letakkan pemain skateboard di ketinggian 6 meter kemudian lepaskan.amati grafik energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik. Ulangi langkah diatas dengan mengganti posisi awal skateboard diketinggian 4 dan 2 meter kemudian lepaskan. Amati grafik energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik 5. Pada percobaan Variasi II, variasikan lintasan pemain skateboard seperti pada gambar berikut (Gambar 3.6).
37 Gambar 3. 6 Lintasan setengah lengkung Letakkan pemain skateboard di ketinggian 6 meter kemudian lepaskan.amati grafik energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik. Ulangi langkah diatas dengan mengganti posisi awal skateboard diketinggian 4 dan 2 meter kemudian lepaskan. Amati grafik energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik 6. Pada percobaan Variasi III, variasikan lintasan pemain skateboard seperti pada gambar berikut. Gambar 3. 7 Lintasan Terjal
38 Letakkan pemain skateboard di ketinggian 5 meter kemudian lepaskan.amati grafik energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik. Ulangi langkah diatas dengan mengganti posisi awal skateboard diketinggian 4 dan 2 meter kemudian lepaskan. Amati grafik energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik 7. Mengatur ulang percobaan dengan mengklik tombol orange di pojok kanan bawah 8. Mengamati perubahan grafik energi yang terjadi pada setiap percobaan (naik/turun/tetap). 9. Mencatat hasil pengamatan pada percobaan tersebut kedalam tabel D. Tabel Pengamatan Percobaan I No h (m) EK (Joule) EP (Joule) EM (Joule) 1 6 Turun Naik Tetap 2 4 3 2 Percobaan II No h (m) EK (Joule) EP (Joule) EM (Joule) 1 6 2 4 3 2 Percobaan III No h (m) EK (Joule) EP (Joule) EM (Joule) 1 5 2 4 3 2 Keterangan : h : ketinggian (m) EP : Energi Potensial (Joule) EK : energi kinetik (Joule) EM : Energi Mekanik (Joule)
39 Ayo Menganalisis Analisislah data hasil percobaan tersebut, kemudian uraikan dalam berbagai bentuk representasi pembelajaran! 1) Uraikan kembali percobaan II, dan III pada ketiga variasi dalam bentuk gambar (lihat contoh gambar percobaan I)! 6 m 4 m 2 m m = sedang E E
40 2) Berdasarkan percobaan I, bagaimana hubungan antara energi kinetik,energi potensial, dan energi mekanik! a) Uraikan dalam bentuk teks! b) Uraikan dalam bentuk grafik! c) Uraikan dalam bentuk matematis!
41 3) Berdasarkan percobaan II, Bagaimana hubungan antara energi kinetik,energi potensial, dan energi mekanik! a) Uraikan dalam bentuk teks! b) Uraikan dalam bentuk grafik! c) Uraikan dalam bentuk matematis!
42 4) Berdasarkan percobaan III, bagaimana hubungan antara energi kinetik,energi potensial, dan energi mekanik! a) Uraikan dalam bentuk teks! b) Uraikan dalam bentuk grafik! c) Uraikan dalam bentuk matematis!
43 Ayo Menjawab Setelah kalian menganalisis data yang didapatkan dari percobaan, jawablah beberapa pertanyaan berikut ini! 1) Berdasarkan video yang telah ditonton, apa saja hal yang mempengaruhi olahraga terjun payung? 2) Bagaimana proses terjadinya olahraga terjun payung (sky diving) hingga dapat sampai ke tanah? 3) Berdasarkan data yang diperoleh, dimanakah letak titik dengan energi potensial terbesar? Bagaimana nilai energi kinetik di titik tersebut? 4) Berdasarkan data yang diperoleh, dimanakah letak titik dengan energi kinetik terbesar? Bagaimana nilai energi potensial di titik tersebut? 5) Apakah nilai energi mekanik di suatu titik besarnya sama? Jelaskan!