Dinamika Rotasi

Bab VI Dinamika Rotasi

Sumber: hdwallpapers.in/walls/yokohama_bay_brige_japan_wide.jpg

Pada KD 3.6 dan 4.6 kedalaman materi ditekankan pada dinamika rotasi. Selain itu, peserta didik diharapkan dapat menjelaskan tentang rotasi benda tegar. Kajian tentang dinamika rotasi tegar dapat ditinjau dari hubungan besaran-besaran translasi dan rotasi. Peserta didik diharapkan dapat mendeskripsikan keseimbangan benda tegar dan jenis-jenis keseimbangan. Peserta didik juga diharapkan dapat menjelaskan tentang hukum kekekalan momentum sudut, energi kinetik rotasi, usaha dalam gerak rotasi, serta gabungan energi kinetik translasi dan rotasi. Alangkah baiknya jika dalam membahas dinamika rotasi menggunakan pendekatan sainstiik dan model pembelajaran inkuiri. Konsep prasyarat dalam materi ini adalah gaya, energi, dan usaha yang pernah didapat di SMP/MTs kelas VIII, vektor yang pernah didapat di SMA/MA kelas X dan pada Bab I pembahasan sebelumnya, gerak melingkar beraturan, usaha dan energi, dan hukum Newton II yang pernah didapat di SMA/MA kelas X.

Petunjuk Khusus

A Kompetensi dan Indikator Pembelajaran

Kompetensi Dasar

Indikator Pembelajaran

3.6 Menerapkan konsep 3.6.1 Merumuskan pengaruh torsi atau momen gaya pada sebuah benda torsi, momen inersia,

dalam kaitannya dengan gerak rotasi benda tersebut. titik berat, dan

3.6.2 Menggunakan konsep momen kopel untuk berbagai bentuk benda momentum sudut

tegar dalam kehidupan sehari-hari.

pada benda tegar 3.6.3 Menggunakan konsep momen inersia untuk berbagai bentuk (statis dan dinamis)

benda tegar dalam kehidupan sehari-hari.

dalam kehidupan sehari-hari.

3.6.4 Menerapkan konsep titik berat benda dalam kehidupan sehari- hari.

3.6.5 Mengungkap analogi hukum II Newton tentang gerak translasi dan gerak rotasi.

3.6.6 Menganalisis masalah dinamika rotasi dinamika benda tegar untuk berbagai keadaan.

3.6.7 Merumuskan hukum kekekalan momentum sudut pada benda tegar dalam kehidupan sehari-hari.

3.6.8 Menentukan energi benda yang berotasi. 3.6.9 Menentukan usaha dalam gerak rotasi. 3.6.10 Menganalisis energi dalam gabungan gerak rotasi dan translasi.

4.6 Merencanakan 4.6.1 Merencanakan percobaan untuk menyelidiki titik berat benda dan melaksanakan

secara berkelompok.

percobaan titik berat 4.6.2 Melaksanakan percobaan yang telah direncanakan untuk dan keseimbangan

menyelidiki titik berat benda secara berkelompok.

benda tegar. 4.6.3 Merencanakan percobaan untuk menyelidiki hukum I Newton

(keseimbangan benda tegar) untuk dinamika rotasi secara berkelompok.

4.6.4 Melaksanakan percobaan yang telah direncanakan menyelidiki hukum I Newton (keseimbangan benda tegar) untuk dinamika rotasi secara berkelompok.

B Tujuan Pembelajaran

1. Setelah melakukan kegiatan praktikum mengenai momen gaya, siswa dapat merumuskan pengaruh torsi atau momen gaya pada sebuah benda.

2. Setelah melakukan studi literatur mengenai momen kopel, siswa dapat menggunakan konsep momen kopel untuk berbagai bentuk benda.

3. Setelah melakukan kegiatan praktikum mengenai momen inersia, siswa dapat menggunakan konsep momen inersia untuk berbagai bentuk benda tegar.

4. Setelah menganalisis tabel momen inersia beberapa benda, siswa dapat mengetahui perbedaan antara momen inersia benda satu dengan yang lainnya.

Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI

5. Setelah melakukan kegiatan praktikum mengenai titik berat, siswa dapat menerapkan konsep

titik berat benda dalam kehidupan sehari-hari.

6. Setelah melakukan praktikum dan diskusi mengenai dinamika rotasi, siswa dapat mengungkap

analogi hukum II Newton tentang gerak translasi dan gerak rotasi.

7. Setelah mengamati animasi dan demonstrasi siswa mengenai momentum sudut, siswa dapat

menjelaskan momentum sudut secara jelas.

8. Setelah melakukan kegiatan praktikum mengenai hukum kekekalan momentum sudut, siswa

dapat merumuskan hukum kekekalan momentum sudut pada benda tegar.

9. Setelah menganalisis alternatif soal-soal penyelesaian masalah, siswa dapat menentukan

energi kinetik rotasi dan usaha dalam gerak rotasi.

10. Setelah menganalisis gambar benda bergerak translasi, siswa dapat menganalisis energi dalam gabungan gerak rotasi dan translasi.

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.

1. Apa yang dimaksud dengan gaya?

2. Bagaimana penerapan momen inersia dalam kehidupan sehari-hari?

3. Bagaimana bunyi hukum I dan II Newton?

4. Bagaimana cara menentukan titik berat benda?

5. Sebutkan bunyi hukum kekekalan momentum sudut!

6. Bagaimana hubungan energi pada gabungan gerak rotasi dan translasi? Motivasi peserta didik dengan cara mengajak peserta didik untuk mensyukuri ciptaan Tuhan

atas konsep dinamika rotasi. Hal ini dimaksudkan agar peserta didik memiliki sikap spiritual yang luhur.

D Momen Gaya

Gaya yang dapat menyebabkan suatu benda berotasi dinamakan momen gaya atau torsi. Dalam Fisika, momen gaya dideinisikan sebagai hasil perkalian silang antara vektor posisi titik kerja gaya dengan vektor gaya.

Mintalah peserta didik untuk menganalisis Gambar 6.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 144. Kemudian bimbinglah peserta didik untuk menentukan persamaan momen gaya berdasarkan gambar tersebut.

Petunjuk Khusus

Secara matematis momen gaya dinyatakan dengan persamaan berikut.

τ=F×r

Sehingga besar vektor momen gaya dapat dinyatakan sebagai berikut.

τ = F r sin θ

dengan:

τ = vektor momen gaya (Nm) r = vektor posisi titik kerja gaya terhadap poros (m)

F = vektor gaya (N) Berdasarkan konsep perkalian

Untuk lebih memahami konsep momen gaya atau torsi, mintalah peserta didik untuk memerhatikan alternatif penyelesaian pada Masalah 6.1 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 146.

E Momen Kopel

Kopel merupakan pasangan dua buah gaya yang sama besar, mempunyai garis kerja yang sejajar (tidak berimpit) dan arahnya berlawanan.Momen kopel dideinisikan sebagai perkalian salah satu gaya dengan jarak tegak lurus antara kedua garis gaya tersebut. Dalam bentuk persamaan, momen kopel dapat ditulis sebagai berikut.

M=Fd

dengan:

M = momen kopel (Nm)

F = gaya (N)

d = lengan kopel (m) Agar peserta didik dapat meningkatkan pemahamannya tentang aplikasi dari momen

kopel dalam kehidupan sehari-hari, guru dapat memberikan beberapa pertanyaan untuk didiskusikan oleh peserta didik. Misalnya “Manakah dari gerakan-gerakan benda berikut ini yang menghasilkan momen kopel

1. Putaran jarum jam

2. Putaran kincir angin Kemudian mintalah perwakilan peserta didik untuk membacakan hasil diskusinya di depan

kelas. Dalam kegiatan ini, guru diharapkan memfasilitasi dan mengarahkan diskusi yang dilakukan

peserta didik, sehingga peserta didik dapat memperoleh kesimpulan bahwa putaran kincir angin terjadi karena adanya momen kopel.

Buku Guru Fisika untuk SMA/MA Kelas XI

Untuk lebih memahami konsep momen kopel, mintalah peserta didik untuk memerhati kan alternatif penyelesaian pada Masalah 6.2 yang ada pada buku siswa Fisika kelas XI, halaman 147. Setelah itu mintalah peserta didik untuk mengerjakan Evaluasi 6.1 yang terdapat pada buku siswa Fisika, halaman 148.

F Momen Inersia

Sebelum membahas momen inersia secara lebih lanjut, guru dapat mendemonstrasikan dua buah benda yang dapat digunakan untuk mendeinisikan momen inersia. Misalnya guru menyiapkan dua buah benda yang berukuran sama. Contohnya penggaris plastik dan penggaris besi. Arahkan peserta didik dengan mengajukan pertanyaan Manakah di antara kedua benda tersebut yang akan lebih mudah berputar jika ujungnya dikenai gaya yang sama besar? Jawaban yang diharapkan dari peserta didik adalah: penggaris besi karena walaupun berukuran sama dengan penggaris plastik, penggaris besi lebih berat bila dibandingkan penggaris plastik. Bimbinglah peserta didik untuk mendeinisikan momen inersia dari demonstrasi tersebut. Setelah itu bimbinglah peserta didik untuk melakukan Kegiatan 6.2 yang terdapat pada buku siswa Fisika halaman 148-149.