Sintaks Kegiatan Pembelajaran
Waktu
Guru memberikan
apresiasi kepada
peserta didik yang telah
mengikuti pelajaran dengan baik.
Peserta didik menerima
apresiasi yang diberikan oleh
guru.
H. Penilaian
Teknik : Non tes Bentuk instrumen : Lembar observasi scientific attitude dan angket scientific attitude
Pontianak , Maret 2016 Mengetahui Guru Fisika
Mahasiswa Dra. Masti Panjaitan
Fitria Arifiyanti NIP. 19620826 198903 2 005
NIM. 14726251007
USAHA DAN ENERGI
Peserta didik dapat menganalisis konsep tentang usaha
Peserta didik dapat mengidentifikasi perbedaan energi potensial dan energi
kinetik
Peserta didik dapat menyimpulkan hubungan antara usaha dan energi kinetik
Peserta didik dapat menyimpulkan hubungan antara usaha dan energi potensial
Peserta didik dapat mengidentifikasi perbedaan energi potensial elastis dan
energi potensial gravitasi
Peserta didik dapat membuktikan hukum konservasi energi
TUJUAN
TEACHING MATERIAL
USAHA DAN ENERGI
i
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah puji syukur selalu penulis panjatkan kehadiran Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, inayah-Nya sehingga penyusunan Physics
Comprehensive Contextual Teaching MaterialPhyCCTM pada materi Usaha dan Energi untuk meningkatkan HOTS dan scientific attitude peserta didik
berjalan dengan lancar dan dapat selesai dengan baik. Melalui kesempatan ini penyusunan PhyCCTM pada materi Usaha dan Energi diharapkan dapat
memfasilitasi peserta didik untuk meningkatkan HOTS dan scientific attitude. PhyCCTM pada materi Usaha dan Energi untuk meningkatkan HOTS dan
scientific attitude peserta didik yang dikembangkan ini terdiri atas Silabus, RPP, Bahan Ajar, LKPD, dan LEPD. Harapan kami perangkat ini dapat memandu
kegiatan pembelajaran Fisika yang akan BapakIbu laksanakan. Semoga dengan adanya PhyCCTM pada materi Usaha dan Energi untuk meningkatkan HOTS dan
scientific attitude peserta didik ini, dapat memberi semangat baru kepada BapakIbu guru Fisika untuk semakin meningkatkan mutu pembelajaran Fisika.
Yogyakarta, Januari 2015
Salam penyusun
USAHA DAN ENERGI
ii
Kata Pengantar i
Daftar Isi ii
Petunjuk Penggunaan PhyCCTM pada Materi Usaha dan Energi iii Pendahuluan
1 Usaha
1 Contoh Soal
5 Latihan Soal 1
6 Bentuk-bentuk Energi
6 Energi Kinetik
7 Energi Potensial
7 Teorema Usaha-Energi
10 Usaha dan Energi Kinetik
10 Latihan Soal 2
12 Usaha dan Energi Potensial
13 Contoh Soal
16 Latihan Soal 3
18 Konservasi Energi
20 Konservasi Energi
20 Hukum Konservasi Energi
21 Contoh Soal
27 Fisika dan Teknologi
29 Rangkuman
31 Uji Kompetensi
32 Daftar Pustaka
37 Glosarium
38 Kunci Jawaban
39
Daftar Isi
USAHA DAN ENERGI
iii
Petunjuk Penggunaan PhyCCTM pada Materi Usaha dan Energi
Bagi Peserta Didik
Keberhasilan belajar dengan PhyCCTM pada materi usaha dan energi ini tergantung dari kedisiplinan dan ketekunan Anda dalam
memahami
dan mematuhi
langkah-langkah belajarnya.
Pembelajaran dengan PhyCCTM pada materi usaha dan energi ini dapat dilakukan secara mandiri atau kelompok baik di sekolah
maupun di luar sekolah. Langkah-langkah dalam mempelajari PhyCCTM ini yaitu:
1. Baca dan pahami tujuan pemeblajaran pada PhyCCTM pada
materi usaha dan energi ini. 2. Perhatikan dan pelajari uraian materi serta latihan yang terdapat
pada PhyCCTM pada materi usaha dan energi ini. 3. Jika semua materi telah selesai dipelajari dengan baik, Anda
dapat mengerjakan uji kemampuan pada bagian akhir materi. 4. Anda bisa memeriksa hasil jawaban Anda dengan kunci jawaban
yang tersedia di bagian akhir modul.
Peran Guru Guru dapat membantu dan membimbing peserta didik dalam
memahami materi dan mengerjakan latihan soal ketika peserta didik mengalami kesulitan. Guru memiliki peran penting untuk
keberhasilan peserta didik dalam mempelajari materi usaha dan energi menggunakan PhyCCTM pada materi usaha dan energi ini.
USAHA DAN ENERGI
https:dy4yu.files.wordpress.com200906sepeda.jpg
Sebuah gaya diberikan perpindahan sebesar
gaya yang konstan, yang arahnya
merupakan hasil dari gaya dan perpindahan benda.
Berpikir Kritis
Bagaimana sebuah sepeda gunung memungkinkan untuk melintasi be
USAHA
USAHA DAN ENERGI Sebuah sepeda gunung
dilengkapi
dengan peredam
goncangan dapat memb menyesuaikan kemampuan tubuh
Anda untuk menggunakan gaya, melakukan usaha,
kekuatan mendaki bukit yang curam, melintasi daerah yang datar
kecepatan tinggi serta bukit dengan aman.
https:dy4yu.files.wordpress.com200906sepeda.jpg
diberikan pada suatu benda ketika benda bergerak dengan perpindahan sebesar seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Jika
yang arahnya searah dengan gerak benda merupakan hasil dari gaya dan perpindahan benda.
Bagaimana sebuah sepeda gunung memungkinkan pengendara berbagai jenis medan dengan usaha yang kecil
1 da gunung yang
dengan peredam
membantu dalam menyesuaikan kemampuan tubuh
nda untuk menggunakan gaya, , memberikan
bukit yang curam, melintasi daerah yang datar dengan
serta menuruni
pada suatu benda ketika benda bergerak dengan seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Jika adalah
searah dengan gerak benda maka usaha pengendaranya
usaha yang kecil?
USAHA DAN ENERGI 2
Gambar 1. Usaha dikerjakan ketika sebuah gaya konstan, , diberikan searah dengan pergerakan tas dan tas
bergerak sejauh Zitzewitz, Paul W. et al, 2005: 258.
Persamaan awal yang digunakan untuk menghitung adalah =
. Namun, persamaan ini hanya untuk gaya konstan yang digunakan searah dengan
gerak benda. Bagaimana jika gaya yang digunakan tegak lurus dengan arah gerak benda? Sebagai contoh, gaya suatu planet yang mengelilingi matahari.
Jika orbitnya melingkar, kemudian gayanya selalu tegak lurus terhadap arah gerak planet. Gaya yang tegak lurus tidak merubah kecepatan suatu benda
tetapi hanya merubah arahnya sehingga kecepatan planet tidak berubah. Oleh karena itu, energi kinetiknya juga konstan. Melalui persamaan = ∆
dapat dilihat bahwa ketika konstan ∆ = 0 dan
= 0. Hal ini berarti bahwa jika dan pada sudut yang tepat maka = 0.
Karena usaha yang dilakukan pada suatu benda sama dengan perubahan energi, usaha juga diukur dalam joule. Satu joule adalah usaha dilakukan
ketika gaya 1 N bekerja pada suatu benda dengan perpindahan sebesar 1 m. Sebuah apel memiliki berat sebesar 1 N. Jadi, ketika Anda mengangkat apel
tersebut dengan perpindahan sebesar 1 m maka Anda melakukan usaha sebesar 1 J pada apel tersebut.
Usaha = Usaha sama dengan gaya konstan yang digunakan pada suatu benda yang
searah dengan arah gerak benda dikalikan dengan perpindahan benda.
USAHA DAN ENERGI 3
Gambar 2. Jika sebuah gaya diaplikasikan pada sebuah mobil dengan sudut tertentu, gaya total yang melakukan usaha
merupakan komponen gaya yang bekerja pada arah yang sama sesuai perpindahan Zitzewitz, Paul W. et al, 2005:
Gaya konstan yang digunakan pada suatu sudut Anda telah mempelajari bahwa suatu gaya yang bekerja searah dengan
gerak benda melakukan sejumlah usaha yang diberikan oleh
= . Suatu
gaya yang digunakan tegak lurus dengan gerak benda tidak melakukan usaha. Berapa usaha yang dilakukan suatu gaya yang digunakan pada suatu
sudut? sebagai contoh, berapa usaha yang dilakukan oleh orang yang mendorong mobil pada Gambar 2? Anda tahu bahwa beberapa gaya bisa
digantikan oleh komponen-komponennya.
Jika sistem koordinat yang ditunjukkan oleh Gambar 2 digunakan, gaya sebesar 125 N, , digunakan searah dengan lengan orang tersebut, maka
gaya akan memiliki 2 komponen. Besar komponen horizontal,
berhubungan dengan besar gaya oleh fungsi kosinus: cos 25° =
dengan menyelesaikan persamaan untuk F
x
, Anda mendapatkan = cos 25° = 125 Ncos 25° = 113 N
USAHA DAN ENERGI 4
melalui penggunaan metode yang sama, komponen vertikal = − sin 25° = −125 Nsin25° = −52,8 N
dimana tanda negatif menunjukkan bahwa arah gaya ke bawah. Karena perpindahan searah dengan sumbu x, maka hanya komponen sumbu x yang
melakukan usaha sedangkan komponen sumbu y tidak melakukan usaha.
Strategi Pemecahan Masalah tentang Usaha
Ketika menyelesaikan persoalan yang berkaitan dengan usaha, gunakan strategi berikut
1. Buatlah sketsa sistem dan tunjukkan gaya yang melakukan usaha 2. Gambar gaya dan perpindahan vektor sistem
3. Temukan sudut antara setiap gaya dan perpindahan 4. Hitunglah usaha yang dilakukan oleh setiap gaya menggunakan
persamaan = 5. Hitunglah usaha total yang dikerjakan. Periksalah tanda usaha
menggunakan arah perpindahan energi. Jika energi sistem telah meningkat, usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut positif. Jika
energi telah menurun, maka usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut negatif.
USAHA DAN ENERGI 5
Seorang pelaut menarik sebuah perahu dengan perpindahan sebesar 30 m
sepanjang dermaga menggunakan tali yang membuat sudut 60
o
dengan horizontal. Berapa usaha yang dilakukan pelaut pada
perahu jika dia menggunakan gaya sebesar 250 N pada tali?
a. Menganalisis dan menggambar kasus pada soal
Membuat sumbu koordinat Menggambar situasi yang menunjukkan perahu pada kondisi awal
Gambar sebuah diagram vector yang menunjukkan gaya dan
komponen-komponennya yang searah dengan perpindahan Diketahui besarnya : = 250 N
= 30 m = 60
o
Ditanya : =?
b. Menyelesaikan yang ditanyakan Gunakan persamaan untuk usaha yang dilakukan ketika ada sudut antara
gaya dan perpindahan.
= = 250 N30 mcos 60
= 3,75 × 10 J
c. Mengevaluasi Jawaban Apakah satuannya benar? Usaha dinyatakan dalam joule.
Apakah tandanya benar? Pelaut melakukan usaha pada perahu yang berarti usahanya positif.
C
ontoh Soal
USAHA DAN ENERGI 6
1. Dua siswa bersama-sama mendorong sebuah mobil menggunakan gaya sebesar 1000 N dengan jarak sebesar 40 m.
a. Berapa usaha yang dilakukan siswa terhadap mobil? b. Jika gaya ditambah menjadi dua kali gaya semula. Berapa usaha yang
dilakukan untuk mendorong mobil dengan jarak yang sama. 2. Seorang pemanjat tebing memakai tas punggung dengan massa 10 kg
ketika mendaki tebing. Setelah 30 menit, pemanjat tebing tersebut berada pada ketinggian 10 m dari posisi awal.
a. Berapa usaha yang dilakukan pemanjat tebing pada tas punggung tersebut?
b. Jika berat pemanjat tebing 700 N. berapa usaha yang dilakukannya untuk mengangkat dirinya sendiri dan tas punggung tersebut.
3. Seorang penumpang pesawat membawa sebuah koper dengan berat 200 N menaiki tangga dengan perpindahan 4 m secara vertikal dan 4,5 secara
horizontal. a. Berapa usaha yang dilakukan oleh penumpang tersebut?
b. Berapa usaha yang dilakukan oleh penumpang jika penumpang tersebut
menuruni tangga yang sama? Istilah energi banyak digunakan dengan cara yang berbeda-beda pada
kehidupan sehari-hari. Buah dan nasi dikenal sebagai sumber energi. Atlet menggunakan energi dalam olahraga. Ilmuwan dan ahli mesin menggunakan
istilah energi yang lebih tepat. Seperti yang telah dipelajari sebelumnya, usaha menyebabkan perubahan energi suatu sistem. Hal ini berarti usaha
memindahkan energi antar sistem dan lingkungan luar. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
BENTUK-BENTUK ENERGI Latihan Soal
1
Mengembangkan sikap ketekunan
USAHA DAN ENERGI 7
Sebuah kendaran yang besar dan bergerak dengan kecepatan tinggi bisa menyebabkan kerusakan pada benda disekitarnya dan sebuah bola baseball
yang dipukul dengan kecepatan tinggi bisa naik tinggi ke udara. Benda dengan sifat-sifat tersebut bisa menghasilkan perubahan pada dirinya sendiri
dan benda disekitarnya. Sifat yang berupa kemampuan suatu benda untuk menghasilkan perubahan pada dirinya sendiri atau lingkungan sekitarnya
disebut energi. Kendaraan yang bergerak dengan kecepatan tinggi dan bola baseball memiliki energi yang dihubungkan dengan geraknya. Energi ini
menghasilkan energi kinetik yang berasal dari gerak benda dan direpresentasikan dengan sImbol .
Suatu benda memiliki energi potensial yang merupakan energi yang dihubungkan dengan gaya-gaya yang bergantung pada posisi benda dan
lingkungannnya. Pegas pada jam yang diputar merupakan contoh energi potensial. Pegas jam mendapatkan energi potensialnya karena orang yang
memutar jam melakukan usaha pada pegas jam tersebut. Sementara pegas memutar balik, ia memberikan gaya dan melakukan usaha untuk memutar
jarum jam.
Energi kinetik =
Energi kinetik suatu benda sama dengan ½ kali massa benda dikalikan dengan kuadrat kecepatan benda
B. Energi Potensial A. Energi Kinetik
