ENERGI DAN PERUBAHANNYA 1 | P a g e KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh Alhamdulillah saya panjatkan puja dan puji syukur kehadirat Allah swt yang senantiasa melimpahkan segala rahmat, taufik dan hidayah-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan e-modul pembelajaran IPAS (Fisika) untuk jenjang SMK Kelas X pada materi Energi dan Perubahannya. Bahan Ajar ini disusun berdasarkan Kurikulum Merdeka dengan menggunakan Model Pembelajaran PBL ( Problem Based Learning). Bahan Ajar ini juga dilengkapi dengan contoh dan latihan soal untuk menguji pemahaman siswa terkait dengan materi yang terdapat pada Bahan Ajar. Penyusun menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan Bahan Ajar ini. Oleh karena itu, penyusun sangat mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan dan kesempurnaan Bahan Ajar ini. Penyusun mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu proses penyelesaian Bahan Ajar ini. Semoga Bahan Ajar ini dapat bermanfaat bagi kita semua, khususnya bagi siswa. Garut, Januari 2024 Penyusun Tati Ridawati, S.Pd
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 2 | P a g e DAFTAR ISI Kata Pengantar ..................................................................................................................1 Daftar Isi............................................................................................................................2 Pendahuluan ......................................................................................................................3 Glosarium ......................................................................................................................... 4 Kompetensi Awal ............................................................................................................. 5 Tujuan Pembelajaran ........................................................................................................ 5 Alokasi Waktu .................................................................................................................. 5 Peta Konsep ...................................................................................................................... 6 Materi Energi dan Perubahannya ..................................................................................... 7 Latihan Soal.................................................................................................................... 12 Rangkuman..................................................................................................................... 13 Daftar Pustaka...... ...........................................................................................................14
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 3 | P a g e PENDAHULUAN Aspek energi dan perubahannya membahas tentang dasar-dasar pengukuran, energi dan perubahannya berkaitan dengan segala sesuatu yang mampu membuat sebuah benda untuk melakukan usaha. Energi dan perubahannya mencakup perubahan energi kimia, listrik, panas, dan mekanik, serta energi terbarukan. Kebutuhan manusia terhadap energi semakin hari semakin meningkat, namun berkebalikan dengan sumber energi yang semakin menipis. Manusia masih menggunakan sumber bahan bakar fosil yang sumbernya terbatas dan hasil prosesnya sangat tidak ramah lingkungan. Pemikiran tentang energi terbarukan yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui sudah mulai dilirik untuk mengatasi isu lingkungan akibat dampak eksploitasi bahan bakar fosil. Sumber daya alam yang dapat diperbaharui untuk digunakan sebagai sumber energi misalnya sinar matahari, energi dari angin, pergerakan ombak, pembusukan sampah, dan lain sebagainya. Dengan demikian setelah mempelajari dan melakukan kegiatan pada modul ajar ini, diharapkan peserta didik dapat berorganisasi untuk memecahkan masalah energi yang ramah lingkungan. Modul ini merupakan modul Fisika menggunakan model pembelajaran berbasis masalah Problem based learning (PBL). Langkah-langkah penyusunan materi disesuaikan dengan sintaks pembelajaran PBL, dengan urutan: Tahap 1 : Orientasi peserta didik pada masalah Tahap 2 : Mengorganisasi peserta didik untuk belajar Tahap 3 : Membimbing penyelidikan individu ataupun kelompok Tahap 4 : Mengembangkan dan menyajikan hasil karya (hasil penyelidikan) Tahap 5 : Menganalisis dan mengevaluasi proses dan hasil pemecahan masalah.
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 4 | P a g e GLOSARIUM Energi : kemampuan melakukan kerja atau mengubah keadaan benda Energi kinetik : energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya Energi potensial : energi yang dimiliki suatu benda karena letaknya/kedudukannya Energi mekanik : gabungan dari energi potensial dan energi kinetik Kecepatan : perpindahan yang ditempuh oleh manusia maupun sebuah benda di dalam jangka waktu tertentu Massa : jumlah zat yang dikandung suatu benda
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 5 | P a g e KOMPETENSI AWAL Memahami sains (Peserta didik mampu melakukan pengukuran terhadap aspek fisik yang mereka temui dan memanfaatkan ragam gerak dan gaya untuk memahami hubungan konsep usaha dan energi), keterampilan proses (peserta didik mampu mangamati, mempertanyakan, melakukan penyelidikan serta mengkomunikasikan hasil) TUJUAN PEMBELAJARAN Setelah mengikuti proses pembelajaran dengan menggunakan model Problem Based Learning (PBL) diharapkan : 1. Melalui kegiatan percobaan pada simulasi PHET Colorado dan diskusi kelompok, peserta didikmampu menganalisis berbagai macam bentuk energi dan perubahannya dengan baik dan benar. 2. Melalui kegiatan diskusi kelompok, peserta didik mampu menganalisis perhitungan matematis perubahan energi mekanik dengan kerjasama yang baik. ALOKASI WAKTU 2 X 45 menit (Dua Jam Pelajaran)
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 6 | P a g e PETA KONSEP
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 7 | P a g e MATERI AJAR ENERGI DAN PERUBAHANNYA 1.1. PENGERTIAN ENERGI Apakah yang dimaksud dengan energi? Energi dibutuhkan diantaranya untuk mengerakkan mobil, untuk memanaskan dan mendinginkan ruangan, dan menjalankan komputer. Energi yang terdapat dalam makanan menghasilkan energi bagi manusia, baik berjalan, olahraga, bernyanyi, bekerja, belajar, berpikir, saat melamun, bahkan saat tidurpun memerlukan energi. Manusia, hewan, dan tumbuhan saat melakukan aktivitasnya selalu memerlukan energi. Energi yang digunakan manusia, hewan, dan tumbuhan berasal dari berbagaimakanan dan minuman yang dikonsumsinya. Mesin-mesin dan alat elektronik dapat beroperasi jika ada energi yang menggerakkannya. Energi yang digunakan mesin mobil berasal dari bahan bakar berupa bensin, solar, atau dapat juga berubah bahan bakar bentuk lainnya, sedangkan alat elektronik dapat beroperasi jika ada sumber energi listrik. Dalam IPA, Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Misalnya seseorang yang hendak memindahkan meja, maka orang tersebut akan mengeluarkan energi untuk melakukan usaha memindahkan meja tersebut. Berdasarkan hukum kekekalan energi, energi tidak dapat dibuat dan dimusnahkan sehingga jumlahnya tetap, tetapi bentuknya dapat berubah-ubah. 1.2. BENTUK-BENTUK ENERGI Energi yang dimiliki oleh suatu benda bisa bermacam-macam bentuk, diantaranya energi kinetik, energi potensial, energi mekanik, energi panas, energi listrik, energi kimia, dan energi nuklir. a. Energi Kinetik Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut energi kinetik. Besar kecilnya energi kinetik suatu benda bergantung pada massa dan kelajuan benda tersebut. Secara matematis, energi kinetik dirumuskan sebagai : Ek = ½ × m × v 2
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 8 | P a g e Dimana : Ek = Energi kinetik (joule) m = massa benda(kg) v = kecepatan benda (m/s) CONTOH SOAL: Sebuah mobil dengan massa 1 ton bergerak dari keadaan diam. Sesaat kemudian kecepatannya 5 m/s. Berapa energi kinetik mobil tersebut ? Diketahui: m = 1 ton = 1000 kgv1 = 0 m/s v2 = 5 m/s Ditanya: Ek? Jawab: EK = ½ m. v2 = ½ . 1000. (5-0) 2 = 12.500 J b. Energi Potensial Energi potensial merupakan energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya atau kondisinya. Energi potensial dinyatakan sebagai : EP = m × g ×h Dimana : EP = Energi potensial grafitasi (J) m = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi bumi (m/s2 ) h = ketinggian benda (m) CONTOH SOAL: Sebuah kelapa berada dipohonnya setinggi 6 m. Apabila massa buah kelapa 2 kg dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 . Berapakah energi potensial buah kelapa tersebut? Diketahui: m: 2 kg g: 10 m/s2 h: 6 m Ditanya: EP? Jawab: EP = m.g.h = 2.10.6 = 120 J
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 9 | P a g e c. EnergiMekanik Sebuah benda yang sedang jatuh bebas memiliki dua buah energi sekaligus, yaitu energi kinetik dan energi potensial gravitasi. Penjumlahan kedua energi tersebut dinamakan energi mekanik. Besarnya energi mekanik yang dimiliki oleh suatu benda pada setiap perubahan posisi selalu tetap. Energi mekanik dinyatakan sebagai : Em = Ek + Ep Dimana : Em = Energi mekanik (J) Ek = Energi Kinetik (J) EP = Energi potensial grafitasi (J) Pada energi mekanik dikenal hukum kekekalan energi mekanik, yang menyatakan bahwa “Pada suatu sistem yang terisolasi, gaya-gaya yang bekerja hanyalah gaya-gaya dalam yang bersifat konservatif sehingga jumlah energi potensial dan energi kinetik selalu konstan.” Hukum kekekalan energi mekanik dinyatakan sebagai berikut: EM = EP + EK = konstan Persamaan tersebut diturunkan menjadi: EM1 = EM2 EP1 + EK1 = EP2 + EK2 mgh1 + ½ mv1 2 = mgh2 + ½ mv2 2 CONTOH SOAL: Perhatikan gambar berikut! Sebuah benda yang massanya 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 25 m seperti pada gambar. Hitunglah: a. Energi kinetik dititik A b. Energi kinetik benda saat berada dititik B (10 m diatas tanah)!
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 10 | P a g e Pembahasan: a. Energi kinetik dititik A Pada soal diatas, benda mengalami gerak jatuh bebas sehingga vA = 0. Maka energi kinetiksaat dititik A: Energi kinetik pada saat dititik B Dengan hukum kekekalan energi mekanik: d. Energi Kalor/Termal Energi termal didefinisikan sebagai jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh atom-atom dan molekul-molekul yang membentuk zat. Menurut teori kinetik molekul, benda panas memiliki energi yang lebih besar dibandingkan dengan benda yang dingin. Energi yang berpindah dari benda satu ke benda lainnya karena perbedaan suhu disebut kalor (heat). e. Energi Listrik Energi listrik adalah energi yang ditimbulkan oleh benda yang bermuatan listrik. Muatan listrik yang diam (statis) menimbulkan energi potensial listrik, sedangkan muatan listrik yang bergerak (dinamis) menimbulkan arus listrik dan energi magnet. f. Energi Kimia Energi kimia adalah energi yang tersimpan secara kimiawi. Makanan yang kita makan menghasilkan energi kimia yang sangat bermanfaat bagi tubuh. Minyak bumi mengandung energi kimia yang sangat bermanfaat untuk bahan bakar.
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 11 | P a g e e. Energi Nuklir Energi yang dihasilkan dari perubahan massa nuklir disebut energi nuklir. Reaksi fisi dan reaksi fusi adalah dua jenis reaksi nuklir yang menghasilkan energi nuklir yang sangat besar. 1.3. PERUBAHAN ENERGI Energi bersifat kekal, yang berarti bahwa energi tidak dapat diciptakan dantidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya. Perubahan energi yang ditunjukkan dari feomena sehari-hari dimanfaatkan oleh manusia untuk membantu aktivitas mereka. Hal tersebut sejalan dengan hakekat sains, yakni manusia berusaha menjelaskan fenomena yang terjadi untuk membangun pengetahuan, fakta, atau konsep, lalu mencoba fakta tersebut, kemudian memodifikasinya untuk keperluan umat manusia. Energi listrik merupakan energi yang paling banyak dimanfaatkan oleh manusia karena energi listrik adalah energi yang mudah diubah ke bentuk energi lain. Perubahan energi listrik menjadi bentuk energi lainnya, misalya : Energi Listrik berubah menjadi energi cahaya contoh : lampu. Energi listrik berubah menjadi energi panas, contoh : setrika, solder, pemanas. Energi listrik berubah menjadi energi mekanik, contoh : mesin cuci, kipas angin. Energi listrik berubah menjadi energi kimia, contoh : pengisian accu, penyepuhan. Selain itu, energi listrik juga dapat diperoleh dari perubahan bentuk energi lainnya,seperti berikut ini : Energi gerak menjadi energi listrik, contoh : dynamo. Energi kimia menjadi energi listrik, contoh : baterai.
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 12 | P a g e SOAL LATIHAN 1. Suatu bola dengan massa 0,6 kg didorong dari permukaan meja yang tingginya 4 meter dari tanah. Jika kecepatan bola pada saat lepas dari bibir meja 20 m/s, maka EM bola pada saat ketinggian 2 meter dari tanah adalah? 2. Diketahui sebuah benda jatuh bebas dengan energi mekanik sebesar 170 Joule. Berapakah besar energi kinetiknya saat energi potensial sama dengan 90 Joule?
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 13 | P a g e RANGKUMAN 1. Energi dibagi dalam beberapa bentuk, yaitu energi mekanik, energi kalor, energi listrik, energi kimia dan energi nuklir. 2. Perubahan energi merujuk pada transformasi atau perubahan bentuk energi dari satu bentuk menjadi bentuk lainnya. 3. Total jumlah energi dalam suatu sistem tetap konstan sesuai dengan hukum kekekalan energi.
ENERGI DAN PERUBAHANNYA 14 | P a g e DAFTAR PUSTAKA Kandi. 2012. Energi dan Perubahannya; PPPPTK IPA, Bandung Link praktikum/percobaan untuk mengisi LKPD:https://phet.colorado.edu/sims/html/energyforms-and-changes/latest/energy-forms-and-changes_in.html Sagendra, B. (2022). IPAS Kelas X SMK/MAK Rumpun Teknologi. Jakarta: Erlangga Video orientasi masalah: https://www.youtube.com/watch?v=_DnY3DEl6EQ Video pembelajaran: https://www.youtube.com/watch?v=ZbaAbGkn4n8