Hukum Newton tentang Gravitasi

Bab II Hukum Newton tentang Gravitasi

Sumber: http://www.digaleri.com/2013/01/gambar-planet-di-tata-surya.html

Pada KD 3.2 dan 4.2 kedalaman materi ditekankan pada hukum Newton tentang gravitasi. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan penemuan fenomena gravitasi, merumuskan persamaan gaya gravitasi umum Newton, merumuskan nilai percepatan gravitasi, dan merumuskan hubungan gravitasi Newton dengan hukum Kepler yang berkaitan dengan hukum gravitasi umum Newton. Kajian tentang hukum Newton tentang gravitasi dapat ditinjau dari gaya gravitasi dan medan gravitasi serta hukum Kepler yang berkaitan dengan hukum gravitasi umum Newton. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan gaya gravitasi di antara dua benda. Peserta didik juga diharapkan dapat menjelaskan keteraturan gerak planet dalam tata surya dan gerak satelit mengelilingi planet berdasarkan hukum Newton dan hukum Kepler. Alangkah baiknya jika dalam mempelajari hukum Newton tentang gravitasi ini menggunakan pendekatan sainstiik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah dinamika, hukum Newton, dan gerak melingkar.

Petunjuk Khusus

Kompetensi dan Indikator

Pembelajaran

Kompetensi Dasar

Indikator Pembelajaran

3.2 Mengevaluasi pemikiran 3.2.1 Mendeskripsikan penemuan fenomena gaya gravitasi. dirinya terhadap keteraturan

3.2.2 Merumuskan persamaan gravitasi umum Newton. gerak planet dalam tata

3.2.3 Merumuskan nilai percepatan gravitasi.

surya berdasarkan hukum- 3.2.4 Menganalisis hubungan antara gaya gravitasi dengan massa hukum Newton.

benda dan jaraknya.

3.2.5 Mengidentiikasi gerak planet dalam tata surya berdasarkan hukum Kepler.

3.2.6 Menganalisis hubungan hukum gravitasi Newton dengan hukum Kepler.

4.2 Menyajikan data dan

4.2.1 Menghitung gaya gravitasi pada benda.

informasi tentang satelit 4.2.2 Menghitung percepatan gravitasi berdasarkan kuat medan buatan yang mengorbit

magnet.

bumi dan permasalahan yang ditimbulkannya.

B Tujuan Pembelajaran

1. Setelah melakukan diskusi “ilustrasi Gunung Newton”, peserta didik dapat mendeskripsi kan penemuan fenomena gaya gravitasi.

2. Setelah melakukan kajian literatur tentang gaya gravitasi, peserta didik dapat merumuskan hukum gravitasi Newton.

3. Setelah melakukan praktikum tentang gaya gravitasi pada benda, peserta didik dapat merumuskan nilai percepatan gravitasi.

4. Setelah menganalisis graik hubungan percepatan jarak dari pusat bumi, peserta didik dapat memahami hubungan percepatan gravitasi dengan jarak dari pusat bumi.

5. Setelah melakukan kajian literatur tentang hukum Kepler, peserta didik dapat mengidentiikasi gerak planet dalam tata surya berdasarkan hukum Kepler.

6. Setelah melakukan kajian literatur tentang hubungan hukum gravitasi Newton dengan hukum Kepler, peserta didik dapat menganalisis hubungan hukum gravitasi Newton dengan hukum Kepler.

C Konsep Prasyarat

Sebelum menyampaikan materi dalam bab ini, guru sebaiknya mengajukan beberapa pertanyaan kepada peserta didik. Jika peserta didik dapat menjawabnya dengan baik, guru dapat langsung mengajak peserta didik untuk memulai pembelajaran. Jika peserta didik tidak dapat menjawabnya dengan baik, sebaiknya guru membahas kembali materi prasyarat. Hal ini untuk melancarkan Kegiatan Belajar Mengajar (KBM).

Beberapa pertanyaan yang dapat diajukan oleh guru pada peserta didik antara lain sebagai berikut.

Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI

1. Apa yang dimaksud dengan gaya gravitasi?

2. Dapatkah Anda memberi contoh pembuktian bahwa gaya gravitasi benar adanya?

3. Faktor apakah yang memengaruhi kuat medan gravitasi di permukaan bumi?

4. Bagaimana cara mengukur percepatan gravitasi bumi?

5. Apa bunyi hukum I, II, dan III Newton?

6. Apa bunyi hukum I, II, dan III Kepler?

D Gaya Gravitasi Antarpartikel

Untuk menjelaskan materi ini, alangkah baiknya sebelum masuk ke dalam pembelajaran, guru mempersiapkan sebuah benda yang dapat merangsang serta mengingatkan kembali peserta didik tentang gaya gravitasi. Contoh, benda yang ada di sekitar ruangan kelas misalnya spidol. Peserta didik diminta untuk mengamati faktor yang memengaruhi spidol tersebut dapat jatuh ke bawah bila dijatuhkan. Selanjutnya guru meminta beberapa peserta didik untuk mengungkapkan hasil pengamatannya tersebut. Kalimat yang diharapkan keluar dari peserta didik yakni, “spidol tersebut dapat jatuh ke bawah diakibatkan tarikan gaya gravitasi bumi.”

Gaya gravitasi merupakan gaya tarik yang berasal dari pusat bumi yang bekerja pada benda sehingga benda tersebut akan selalu jatuh menuju pusat bumi.

Mintalah peserta didik untuk memerhatikan Gambar 2.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 45. Setelah itu arahkan peserta didik untuk menginterpretasikan maksud dari gambar tersebut. Kemudian guru dapat meminta peserta didik untuk melakukan diskusi. Guru dapat mengajukan pertanyaan untuk menjadi bahan diskusi bagi peserta didik. Misalnya “Apa yang akan terjadi pada peluru meriam pada Gambar 2.1, jika tidak ada gaya gravitasi yang bekerja padanya?” Mintalah peserta didik untuk mendiskusikannya. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk memperoleh kesimpulan hasil diskusi, yaitu “gaya gravitasi menjaga peluru meriam untuk tetap berada dalam lintasan melingkarnya. Tanpa adanya gaya gravitasi peluru meriam yang ditembakkan akan bergerak mengikuti lintasan yang lurus seperti gambar di bawah ini.

Berdasarkan penelitiannya, Newton mengemukakan hukum gravitasi umum, yaitu “Gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya tarik menarik yang besarnya berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua pusat benda tersebut”. Secara sistematis hukum tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut.

Petunjuk Khusus Petunjuk Khusus

pertanyaan misalnya “Apa yang terjadi pada gaya gravitasi di antara dua buah benda jika jarak kedua benda diperbesar menjadi dua kali semula? dan Apa yang terjadi jika pada gaya gravitasi di antara dua benda jika massa salah satu benda diperbesar menjadi 8 kali semula?” Mintalah peserta didik melakukan simulasi perhitungan sederhana untuk menjawab pertanyaan yang Bapak/Ibu ajukan. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi peserta didik untuk memperoleh jawaban dari kedua pertanyaan tersebut, yaitu:

Gaya gravitasi di antara kedua benda Gaya gravitasi di antara kedua benda seperempat lebih kecil dari gaya gravitasi

menjadi delapan kali lebih besar dari gaya mula-mula.

gravitasi mula-mula.

Untuk meningkatkan pemahaman peserta didik dalam memahami penggunaan persamaan hukum gravitasi umum, berikanlah Masalah 2.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 48-50. Sebagai bahan evaluasi bagi guru, mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 2.1, yang terdapat pada buku siswa Fisika Kelas XI, halaman 50.

E Kuat Medan Gravitasi dan Percepatan Gravitasi

Sebaiknya, sebelum guru menjelaskan materi kuat medan gravitasi dan percepatan gravitasi guru mengingatkan kembali akan peristiwa jatuhnya buah kelapa dari pohonnya akibat tarikan gaya gravitasi bumi. Jelaskan pula kepada siswa bahwa daerah di sekitar bumi yang masih dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi ini disebut dengan medan gravitasi bumi.

Tekankan kepada peserta didik bahwa gaya gravitasi bukanlah merupakan gaya kontak, melainkan gaya yang bekerja melalui suatu jarak dalam ruang.

Daerah di sekitar bumi yang masih dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi disebut medan gravitasi. Medan gravitasi dapat divisualisasikan dalam bentuk garis-garis berarah serta dapat menggunakan garis-garis medan yang ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI

3M

(a) (b) Gambar 2.1 (a) Garis-garis medan gravitasi di sekitar benda bermassa M

(b) dan di sekitar sebuah benda bermassa 3M

Agar peserta didik lebih memahami lagi tentang garis-garis medan gravitasi, mintalah peserta didik untuk mengamati kembali Gambar 2.1 di atas, kemudian arahkan peserta didik untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritisnya dengan cara mengajukan beberapa pertanyaan. Misalnya “Mengapa arah medan gravitasi radial menuju ke benda sumber?” dan “Coba jelaskan mengapa garis medan gravitasi benda bermassa 3M lebih rapat daripada garis medan gravitasi benda bermassa M?” Mintalah beberapa perwakilan peserta didik untuk membacakan hasil kegiatannya di depan kelas.

Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi peserta didik untuk mengemukakan pemikirannya secara kritis dalam rangka memperoleh jawaban dari pertanyaan-pertanyaan yang diajukan, yaitu sebagai berikut.

1. Medan gravitasi mempunyai arah radial menuju ke benda sumber karena hal ini menyatakan arah vektor gaya yang dialami oleh benda uji di sekitar benda sumber tersebut.

2. Gaya gravitasi sebanding dengan massa benda, sehingga semakin kuat besar massa benda

semakin besar gaya gravitasi dan juga semakin besar medan gravitasi.

GM

g = 2 Gambar 2.1 a

GM 3

→ Gambar 2.1 b

Besaran yang menyatakan medan gravitasi disebut dengan kuat medan gravitasi. Kuat medan gravitasi g disebut juga percepatan gravitasi. Persamaan kuat medan gravitasi dapat dirumuskan sebagai berikut.

M = massa benda sumber (kg) r

= jarak suatu titik ke benda sumber (m)

Petunjuk Khusus

Jelaskan kepada peserta didik berdasarkan persamaan tersebut, dapat terlihat bahwa percepatan gravitasi bergantung pada massa bumi dan jarak benda dari pusat bumi (lokasi benda).

Agar dapat meningkatkan penguasaan konsep peserta didik, guru dapat mengajukan pertanyaan kepada peserta didik. Misalnya “bagaimana perbedaan percepatan gravitasi atau kuat medan gravitasi bumi di bagian kutub dan khatulistiwa?. Mintalah peserta didik untuk membuat jawaban dari pertanyaan tadi pada kertas terpisah. Mintalah perwakilan peserta didik untuk membacakannya di depan kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan dapat memfasilitasi

GM peserta didik untuk menggunakan konsep percepatan gravitasi, yaitu g = 2 . Karena r

r kutub <r khatulistiwa , maka peserta didik diharapkan memperoleh kesimpulan “g di kutub > g di khatulistiwa”.

Sebagai aplikasi dari materi pelajaran yang telah disampaikan kepada peserta didik, alangkah baiknya jika Bapak/ibu guru dapat memberikan contoh soal yang berkaitan dengan kuat medan gravitasi dan percepatan gravitasi seperti Masalah 2.2 yang ada pada buku siswa Fisika kelas

XI, halaman 53-54.

F Hukum Kepler

Sebelum guru memberikan penjelasan mengenai materi hukum Kepler, alangkah baiknya bila guru mengarahkan peserta didik untuk mengingat kembali tentang materi periode benda yang melingkar.