Tinjauan Pustaka

5. Standar Kompetensi, Kompetensi Dasar, Indikator dan Materi

Pokok Fisika SMA Kelas XI Semester I

Berdasarkan standar kompetensi Fisika SMA dan MA yang diterbitkan oleh Pusat Kurikulum Badan Penelitian dan Pengembangan Departemen Pendidikan Nasional tahun 2003, standar kompetensi Fisika yang diberikan kepada siswa SMA kelas XI semester 1 adalah mendeskripsikan gejala alam dalam cakupan mekanika klasik sistem diskret (partikel).

Standar kompetensi : 3. Mendeskripsikan gejala alam dalam cakupan mekanika

klasik sistem diskret (partikel).

Tabel 2.3 Kompetensi Dasar, Indikator dan Materi Pokok Mata Pelajaran

Fisika Kelas XI Semester 1. KOMPETENSI DASAR

INDIKATOR

MATERI POKOK

3.4 Mendeskripsikan karakteristik gerak melalui analsis vektor

· Menentukan hubungan x – t, v – t, dan a – t melalui grafik

· Menganalisis gerak tanpa

percepatan dan gerak dengan percepatan tetap

Kinematika

commit to user

· Menentukan persamaan

fungsi sudut, kecepatan sudut dan percepatan sudut pada gerak melingkar

3.5 Menginterpretasikan hikum-hukum Newton dan penerapannya pada gerak benda

· Membedakan antara koefisien

gesekan statis dan gesekan kinetis

· Menganalisis gerak benda

pada bidang miring di bawah pengaruh gaya gesekan

· Menyatakan hukum Newton

tentang gravitasi, sebagai gaya medan yang berhubungan dengan gaya antara dua benda bermassa dan penerapannya

· Menyatakan hukum-hukum newton tentang gerak dan

gravitasi pada gerak planet · Menentukan kaitan konsep

gaya pegas dengan sifat elastisitas bahan

· Menganalisis gerak di bawah

pengaruh gaya pegas

Dinamika

3.6 Membedakan konsep energi, usaha, dan daya serta mampu mencari hubungan antara usaha dan perubahan energi

· Memformulasikan hubungan

antara gaya, energi, usaha, dan daya ke dalam bentuk persamaan

· Menunjukkan hubungan

antara usaha dengan

Usaha dan Energi

commit to user commit to user

perubahan energi kinetik · Memformulasikan konsep

daya ke dalam bentuk persamaan dan hubungannya dengan usaha dan energi

3.7 Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik dalam kehidupan sehari-hari

· Merumuskan hubungan

antara medan konservatif dengan energi potensial dan hukum kekekalan energi mekanik

· Merumuskan hukum kekekalan energi mekanik

pada medan gaya konservatif · Menerapkan hukum

kekekalan energi mekanik dalam kehidupan sehari-hari

3.8 Menemukan hubungan antara konsep impuls dan momentum, berdasarkan pada hukum Newton tentang gerak, dan hukum kekekalan momentum linier untuk menyelesaikan masalah pada tumbukan

· Memformulasikan konsep

impuls dan momentum serta keterkaitan antara keduanya

· Merumuskan hukum

kekekalan momentum untuk sistem tanpa gaya luar

· Menerapkan prinsip

kekekalan momentum untuk menyelesaikan masalah yang menyangkut interaksi melalui gaya-gaya internal

· Mengintegrasikan hukum

kekekalan energi dan

Momentum Linier dan Impuls

commit to user commit to user

(Pusat Kurikulum, 2003: 29)

6. Materi Fisika SMA Kelas XI Semester 1

Materi di bawah ini merupakan rangkuman dari buku Fisika Universitas (Young & Freedman, 2002: 164-216) Berdasarkan standar kompetensi yang telah dituliskan di atas, maka berikut adalah materi pokok Usaha, Energi dan Daya yang diberikan pada siswa SMA Kelas XI Semester 1:

a. Usaha dan Energi

Energi adalah besaran yang dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Kerja atau Usaha (work) W yang dilakukan oleh gaya konstan F yang bekerja pada benda adalah

Satuan usaha dalam SI adalah Joule (J), di mana 1 J = 1 Nm. Usaha adalah hasil kali skalar antara dua vektor.

෨ ⌘ cos

(2.3) di mana adalah sudut yang terbentuk antara dan .

Percepatan partikel ketika diberikan gaya konstan adalah konstan, maka dapat digunakan hukum kedua Newton, ⌘

i. Misalkan laju berubah dari ௰ ke

ketika partikel melakukan perpindahan ෈ ෈ ௰ dari titik ෈ ௰ ke ෈ . Maka dengan persamaan Gerak Lurus Berubah Beraturan didapatkan

2i

Maka didapatkan persamaan dari hukum kedua Newton

commit to user

2 ௰ (2.4) Besarnya

dinamakan energi kinetik (kinetic energy):

2 (2.5) Berdasarkan persamaan (2.4) dapat disimpulkan bahwa usaha atau kerja

yang dilakukan oleh gaya total pada partikel sama dengan perubahan energi kinetik partikel:

(2.6) Daya (power) adalah laju waktu di mana kerja dilakukan. Seperti energi, daya adalah Besaran skalar. Ketika jumlah kerja ∆෨ dilakukan selama selang waktu ∆ , kerja rata-rata yang dilakukan per satuan waktu atau daya rata-rata (average power) ƼǴ didefinisikan sebagai

∆ (2.7) Sedangkan daya sesaat (instantaneous power) bisa didapatkan dengan

membuat ∆ mendekati nol:

(2.8) Satuan SI untuk daya adalah watt (W). 1 W = 1 J/s. Satuan lainnya adalah

horsepower /tenaga kuda (hp) di mana 1 hp = 746 W = 0,746 kW. Satuan komersial yang umum pada energi listrik adalah kilowatt-hour (kWh).

1 kWh = (10 3 J/s) (3600 s) = 3,6 10 6 J = 3,6 MJ

Kilowatt-hour adalah satuan kerja atau usaha bukan satuan daya.

commit to user

Gambar 2.1 Kerja (usaha) yang Dilakuakan

oleh Gaya Gravitasi 

Kedua contoh di atas tersebut menjelaskan energi yang berhubungan dengan posisi suatu benda pada suatu sistem. Untuk alasan ini, energi yang berhubungan dengan posisi dinamakan energi potensial (potential energy). Energi yang berhubungan dengan berat dan ketinggian suatu benda relatif terhadap tanah disebut dengan energi potensial gravitasi.

Kerja yang dilakukan oleh gaya berat adalah:

෨ ᶸƼ a ⌘

(2.9) di mana

adalah gaya berat dengan persamaan

Ė, gaya yang diakibatkan oleh percepatan gravitasi.

(2.10) Maka kerja yang dilakukan oleh gaya gravitasi:

෨ ᶸƼ a

(2.11) Tanda negatif di depan ∆ merupakan hal penting. Ketika benda bergerak naik, y akan semakin besar, kerja yang dilakukan oleh gaya gravitasi akan

negatif, maka energi potensial gravitasi akan bertambah ( ∆

0 ). Sebaliknya ketika benda turun, y akan berkurang, gaya gravitasi akan melakukan kerja positif maka energi potensial gravitasi akan berkurang (( ∆

commit to user commit to user

dan dapat dituliskan sebagai

didefinisikan dari energi kinetik dan energi potensial sebagai

, energi mekanik total (total mechanical energy) dari sistem. Yang dimaksud sistem adalah benda bermassa m dan Bumi dihitung jadi satu. Ketika posisi ú ௰ dan ú merupakan 2 titik yang berbeda selama pergerakan benda, maka energi mekanik total E akan bernilai sama untuk semua titik selama gerak:

konstan

(2.14) Jika ada usaha atau kerja yang berasal dari gaya lain yang bekerja pada sistem, maka persamaan menjadi

(2.16) Besaran yang selalu memberikan nilai yang sama dinamakan Besaran yang

kekal. Ketika hanya gaya gravitasi yang bekerja, maka energi mekanik total akan konstan, jadi energi tersebut kekal. Hal di atas merupakan contoh dari kekekalan energi mekanik (conservation of mechanical energy ).

commit to user

Gambar 2.2 Model untuk Gerak Periodik Ketika benda bermassa yang terkait pada pegas (Gambar 2.2) dipindahkan, kerja yang harus dilakukan pada pegas untuk memindahkan satu ujung yang dari perpanjangan ෈ ௰ ke perpanjangan lain ෈ adalah:

2෈ (2.17) Subskrip “el” pada ෨ : menandakan arti elastis.

Seperti halnya pada kerja gravitasi, kerja yang dilakukan oleh pegas dapat dinyatakan dalam bentuk Besaran yang diberikan sebagai

fungsi perpindahan awal dan akhir. Besaran ini adalah

௰ ෈ , yang didefinisikan sebagai energi potensial elastis (elastic potential energy):

Teori kerja energi menyatakan bahwa ෨ ǴǴ

௰ , dengan tidak memperhatikan gaya-gaya apa saja yang bekerja pada benda. Jika

gaya elastis merupakan satu-satunya gaya yang bekerja pada benda, maka

Teori kerja-energi ෨ ǴǴ

௰ , akan memberikan:

commit to user

Pada kasus ini energi mekanik total (penjumlahan energi kinetik dan energi potensial elastis) akan kekal. Agar persamaan (2.21)

berlaku dengan benar, maka pegas ideal yang telah dibicarakan harus tidak bermassa. Jika pegas tersebut memiliki massa, maka pegas juga akan memiliki energi kinetik pada saat bergerak maju dan mundur. Energi kinetik pada pegas dapat diabaikan jika massa pegas lebih kecil dari massa benda m, yang diikat pada pegas.

Jika ada gaya lain yang bekerja pada sistem ini maka persamaan menjadi:

2෈ (2.23) Persamaan ini menujukkan bahwa kerja yang dilakukan oleh semua gaya

selain gaya elastis sama dengan perubahan energi mekanik total

dari suatu sistem, di mana

adalah energi gaya elastis pegas. “sistem” yang dimaksud terdiri dari massa benda m, dan konstanta pegas k. Sebuah gaya yang mampu menghasilkan perubahan dua arah

antara energi kinetik dan energi potensial dinamakan gaya konservatif (conservative force). Contoh gaya konsertvatif adalah gaya gravitasi dan gaya pegas. Ciri penting dari gaya konservatif adalah kerja yang dihasilkannya selalu reversible (dapat diubah kembali ke asalnya). Aspek lain dari gaya konservatif adalah bahwa sebuah benda dapat berpindah dari titik 1 ke titik 2 dengan berbagai lintasan, tetapi kerja yang dilakukan oleh gaya konservatif akan tetap sama untuk setiap lintasan.

Kerja yang dilakukan oleh gaya konservatif selalu memiliki sifat- sifat berikut ini:

1) Dapat selalu dinyatakan sebagai perbedaan antara nilai awal dengan nilai akhir dari fungsi energi potensial.

2) Bersifat reversibel (bisa bolak-balik).

3) Tidak tergantung pada lintasan benda dan hanya tergantung pada titik awal dan titik akhir lintasan.

commit to user commit to user