Konsepsi Siswa Tentang Usaha dan Energi

KONSEPSI SISWA TENTANG USAHA DAN ENERGI
Ignasia Evi Susanti1, Diane Noviandini1, Marmi Sudarmi1
1
Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika
Universitas Kristen Satya Wacana,
Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga 50711, Indonesia
Abstrak
Sebelum mendapatkan pelajaran formal di sekolah, siswa sudah mendapatkan
pengalaman dari lingkungan hidupnya. Ketika mendapatkan pengalaman
tersebut, secara tidak sadar dia akan membangun konsep menurut pikirannya
sendiri. Demikian juga tentang konsep usaha dan energi. Usaha memiliki
pengertian yang berbeda dalam ilmu fisika dan dalam kehidupan sehari – hari.
Jika tidak bisa membedakan pengertian tersebut, akibatnya akan mengganggu
pikiran siswa dalam belajar fisika karena konsep yang dimiliki berbeda dengan
teori yang disampaikan guru. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
konsepsi siswa mengenai usaha dan energi. Penelitian ini dilakukan di salah
satu SMP kelas VIII di Kabupaten Magelang dengan memberikan soal tes dan
meminta siswa untuk memberikan alasan di setiap jawabannya, kemudian
jawaban siswa dianalisa secara deskriptif kualitatif. Dari hasil penelitian
ditemukan beberapa jenis konsepsi siswa yaitu : menyamakan pengertian usaha
dalam ilmu fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari, gaya
yang arahnya ke kanan dan ke atas selalu meyebabkan usaha positif, gaya yang
arahnya ke kiri dan ke bawah selalu menyebabkan usaha negatif, benda diam
tidak memiliki energi, energi potensial gravitasi berbanding terbalik terhadap
ketinggian benda, menyamakan energi kinetik dan energi mekanik dengan
energi potensial gravitasi, yaitu tergantung pada ketinggian benda, dan
menyamakan gaya dengan energi.
Kata kunci : konsepsi, usaha, energi.
1. Pendahuluan
Dalam proses pembelajaran fisika hampir semua guru menghadapi kendala
bagaimana menanamkan konsep dengan benar di kepala siswa, karena siswa tidak
memasuki pelajaran fisika dengan kepala yang kosong yang dapat diisi dengan
pengetahuan fisika. Tetapi kepala siswa sudah penuh dengan pengalaman dan
pengetahuan yang berhubungan dengan fisika[1]. Konsep yang sudah dimiliki oleh setiap
siswa merupakan dasar untuk membangun pengetahuan selanjutnya. Apabila konsep
yang dimiliki tersebut salah dan tidak sesuai dengan konsep yang sebenarnya maka
siswa tersebut akan mengalami kesulitan dalam mempelajari pelajaran selanjutnya.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut, sudah semestinya guru sebagai
seorang pengajar harus mengetahui konsep awal yang sudah dimiliki oleh siswa sebelum
1
belajar. Sehingga guru dapat merancang proses pembelajaran dan proses pembelajaran
dapat dilaksanakan dengan baik.
Penelitian mengenai konsepsi dalam fisika sudah pernah dilakukan oleh
beberapa mahasiswa pendidikan fisika FSM UKSW dengan berbagai materi tentang
fisika. Diantaranya, konsepsi siswa mengenai pembentukan bayangan pada lensa
cembung (Nuridawati)[7] dan Konsepsi siswa tentang pembentukan bayangan oleh
lubang kecil (Margareta L.T. Kalumbang)[6]. Berdasarkan banyaknya konsepsi dalam
beberapa materi yang telah ditemukan peneliti sebelumnya, maka akan dilakukan
penelitian mengenai konsepsi siswa tentang usaha dan energi.
Topik ini dipilih karena topik ini merupakan topik dasar, dan konsep usaha
memiliki pengertian yang berbeda dalam dalam ilmu fisika dan dalam kehidupan sehari
– hari. Berdasarkan pengalaman peneliti pada saat melaksanakan program pengalaman
lapangan (PPL), diketahui bahwa masih banyak siswa yang kurang memahami
perbedaan pengertian tersebut.
Permasalahan yang diteliti pada penelitian ini adalah bagaimana konsepsi siswa
mengenai konsep usaha dan energi?
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui konsepsi siswa tentang usaha dan
energi. Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi bagi guru fisika
khususnya tentang konsepsi siswa mengenai konsep usaha dan energi, sehingga guru
dapat merancang pembelajaran yang dapat memperbaiki kesalahan siswa.
2. Dasar Teori
2.1.
Konsep, Konsepsi
Konsep adalah abstraksi yang mewakili satu kelas[2] benda – benda, kejadian –
kejadian, situasi – situasi atau ciri – ciri khas yang terwakili dalam setiap budayanya oleh
suatu tanda atau simbol. Dengan kata lain konsep merupakan abstraksi dari ciri – ciri
sesuatu yang mempermudah komunikasi antara manusia dan yang memungkinkan
manusia berfikir (bahasa adalah alat berfikir). Pengertian atau penafsiran terhadap suatu
konsep tertentu dalam pikiran seseorang disebut sebagai konsepsi[1]. Konsepsi
seseorang berbeda satu dengan yang lain, karena setiap orang memiliki pemahaman
awal yang berbeda berdasarkan pengalamannya sehari – hari.
2.2.
Usaha atau Kerja
Jika gaya F konstan yang bekerja pada benda menyebabkan benda berpindah,
maka usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda didefinisikan sebagai perkalian skalar
antara besar gaya F dan jarak s yang ditempuh oleh benda dalam geraknya. Usaha
adalah besaran skalar, yaitu hanya mempunyai besar[4, 8].
Secara metematis dapat dituliskan sebagai berikut :
=
2
∙
(1)
Dengan tanda titik (dot) menyatakan perkalian skalar (dot). Usaha yang
dilakukan oleh gaya pada benda (gambar 1) didefinisikan sebagai perkalian antara
komponen gaya sepanjang garis gerak dengan jarak s yang ditempuh sepanjang garis
tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gaya F sepanjang pergeseran tersebut adalah
= ( cos )s
(2)
F
F cos
s
Gambar 1. Usaha yng dilakukan oleh gaya F yang membentuk sudut terhadap
perpindahan adalah = ( cos ) .
Usaha dapat berharga positif, negatif, atau nol[8]. Pada saat gaya mempunyai
komponen dalam arah yang sama dengan perpindahan benda (0 ≤ < 90°), maka
usaha W yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah positif. Pada saat gaya F mempunyai
komponen yang berlawanan arah dengan perpindahan benda (90 < ≤ 180°), maka
usaha W yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah negatif. Dan pada saat gaya tegak
lurus terhadap perpindahan benda ( = 90°) maka usaha W yang dilakukan oleh gaya
tersebut adalah nol.
2.3.
Hubungan usaha dan energi kinetik
Sebuah benda bermassa m bergerak pada garis lurus dengan laju awal . Untuk
mempercepat benda tersebut secara beraturan sampai laju , diberikan gaya F konstan
yang sejajar dengan arah geraknya sejauh s. Besarnya percepatan yang dialami oleh
benda dapat dihitung menggunakan persamaan :
[
=
+2 ( −
)]
(3)
sehingga diperoleh :
=
"
!
(4)
Dengan menerapkan hukum Newton II
∑
=$
(5)
Maka besarnya usaha yang bekerja dapat diitung dengan mensubstitusikan persamaan
(4) dan (5) ke persamaan (1) sehingga diperoleh :
=
=$
=$ %
= $
− $
3
"
!
&
(6)
Besaran
$
dinamakan energi kinetik. Energi kinetik merupakan besaran
skalar, energi ini bergantung pada massa dan laju benda. Dengan demikian persamaan
(6) diatas dapat ditulis,
= '( − '(
= ∆'(
(7)
Persamaan tersebut dapat dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya total pada
sebuah benda sama dengan perubahan energi kinetiknya[4,8]. Persamaan ini dikenal
dengan sebutan ‘’teorema usaha –energi kinetik’’.
2.4.
Hubungan Usaha dengan Energi Potensial Gravitasi.
Sebuah benda bermassa m bergerak sepanjang sumbu y. Gaya yang bekerja
pada benda tersebut adalah gaya berat w = mg dan gaya lain yang mungkin muncul
* + ,-. Ketika sebuah benda jatuh dari ketinggian . menuju . yang lebih rendah, gaya
berat dan perpindahan benda pada arah yang sama sehingga usaha
dilakukan oleh gaya berat adalah positif[6].
/01
/01
yang
= 2 (. − . )
=
/01
/01
= $3(. − . )
= $3. − $3.
(8)
Besaran $3. dinamakan energi potensial gravitasi. Energi ini bergantung pada
massa, percepatan gravitasi dan ketinggian benda. Dengan demikian persamaan (8)
diatas dapat ditulis :
/01
= − ('4 − '4 )
/01
= −∆'4
(9)
Ketika benda bergerak naik dan . lebih besar dari . , usaha /01 yang
dilakukan oleh gaya berat adalah negatif karena gaya berat dan perpindahan benda
saling berlawanan arah[8].
2.5.
Hukum Kekekalan Energi Mekanik.
Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik. Secara
matematis ditulis :
'5 = '4 + '(
(10)
Hukum kekekalan energi berbunyi sebagai berikut : ‘’ jika hanya gaya – gaya
konservatif yang bekerja, energi mekanik total dari sebuah sistem tidak bertambah
maupun berkurang pada proses apapun. Energi tersebut tetap konstan-kekal’’[3].
4
3. Metodologi Penelitian
Jenis metode penelitian yang digunakan adalah deskriptif kualitatif[5] yang
bertujuan memberikan penjelasan dan mendeskripsikan tentang sesuatu dan
mengumpulkan data atau informasi untuk disusun, dijelaskan dan dianalisis tanpa
menggunakan angka dan statistik. Sampel yang digunakan dalam penelitian adalah 19
siswa salah satu SMP di Kabupaten Magelang yang sudah mempelajari usaha dan energi.
Prosedur penelitian dibagi menjadi dua tahap, yaitu : (1) Tahap persiapan,
membuat alat pengumpul data berupa : soal konsep untuk mengetahui konsepsi siswa
tentang usaha dan energi. (2) Tahap pelaksanaan : (i)Pengambilan data, pengambilan
data ini dilakukan dengan menggunakan instrument berupa soal konsep yang diberikan
kepada siswa untuk mengetahui konsepsi tentang usaha dan energi pada masing –
masing siswa. Kemudian siswa diminta membuat alasan di setiap pertanyaan. (ii) Analisa
data, data – data yang diperoleh dari hasil jawaban siswa tersebut kemudian dianalisa
secara deskriptif kualitatif.
4. Hasil Penelitian dan Pembahasan
4.1.
Distribusi Jawaban Siswa
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, diperoleh jawaban siswa seperti
pada tabel (1) :
Tabel 1. Sebaran jawaban siswa yang menjawab masing – masing option.
Jumlah siswa yang menjawab option :
Soal
nomor
A (siswa)
B (siswa)
C (siswa)
1
2
15*
2
2
2
0
17*
3
12*
7
0
4
9*
3
7
5
11*
8
0
6
17*
2
0
7
9
10*
0
8
9
10*
0
9
9
10*
0
5
10
11
8*
0
11
6*
13
0
12
15*
0
4
13
0
19*
0
14
4
0
15*
15
10
0
9*
16
1
18*
0
17
9*
0
10
18
0
8
11*
19
0
11*
8
20
11*
5
3
21
16*
3
0
22
17*
2
0
Keterangan = (*) option benar.
4.2. Pembahasan.
Untuk soal no 1 sampai 4.
Sebuah balok bermassa m ditarik sejauh s sepanjang lantai horizontal dengan gaya
konstan yang diberikan oleh seseorang. Lantai tersebut kasar sehingga memberikan
gaya gesek. Gaya – gaya yang bekerja pada balok ditunjukkan seperti pada gambar
berikut :
N
Fges
F
s
w
Gambar 2. Balok ditarik sejauh s.
6
Keterangan :
F = gaya yang dberikan orang untuk menarik balok ; Fges = gaya gesek ; N = gaya normal ;
W = gaya berat ; s = jarak balok.
Soal no 1. Ditanyakan usaha yang dilakukan oleh gaya F.
Jawaban benar : option B* (positif), karena arah gaya F searah dengan arah
perpindahan balok sehingga usaha yang dilakukan oleh gaya F tersebut merupakan
usaha positif.
Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option A (nol), dengan alasan karena balok
tidak berpindah. Jawaban dan alasan siswa salah, karena pada soal tersebut balok ditarik
sejauh s sepanjang lantai oleh gaya F konstan jadi balok tersebut berpindah. Siswa ini
tidak teliti dalam membaca soal.
Sebanyak 79% (15) siswa memilih option B* (positif), dengan alasan : 26% (5)
siswa menjawab karena arah gaya F searah dengan arah perpindahan balok dan 53%
(10) siswa menjawab karena arah gaya F ke kanan. Dari 79% siswa yang memilih option
benar hanya 26% siswa saja yang memberikan alasan dengan benar, sedangkan 53%
siswa memberikan alasan yang salah karena belum tentu arah gaya ke kanan selalu
menimbulkan usaha positif. Pada soal tersebut kebetulan saja arah gaya dan
perpindahan baloknya ke kanan.
Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option C (negatif), dengan alasan karena gaya
F berlawanan dengan gaya gesek. Jawaban dan alasan siswa salah, karena usaha
dikatakan negatif jika arah gaya dan perpindahan bendanya berlawanan. Bukan karena
arah gayanya berlawanan dengan gaya lain yang bekerja pada benda.
Soal no 2. Ditanyakan usaha yang dilakukan oleh gaya gesek Fges.
Jawaban benar : option C* (negatif), karena arah gaya gesek berlawanan dengan
arah perpindahan balok sehingga usaha yang dilakukan oleh gaya gesek tersebut
merupakan usaha negatif.
Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option A (nol), dengan alasan karena balok
tidak berpindah. Jawaban dan alasan siswa salah, karena pada soal tersebut balok
ditarik sejauh s sepanjang lantai oleh gaya F konstan jadi balok tersebut berpindah.
Siswa ini tidak teliti dalam membaca soal.
Sebanyak 89,5% (17) siswa memilih option C* (negatif), dengan alasan : 26% (5)
siswa menjawab karena arah gaya gesek berlawanan dengan arah perpindahan balok,
53% (10) siswa menjawab karena arah gaya gesek ke kiri dan 10,5% (2) siswa menjawab
karena arah gaya gesek berlawanan dengan arah gaya F. Dari 89% siswa yang memilih
option benar, hanya 26% siswa saja yang memberikan alasan dengan benar sedangkan
63,5% siswa memberikan alasan yang salah karena belum tentu arah gaya ke kiri selalu
menimbulkan usaha negatif, dan usaha dikatakan negatif bukan karena arah gayanya
7
berlawanan dengan gaya lain yang bekerja pada benda tetapi karena arah gaya
berlawanan dengan arah perpindahan benda.
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 1 dan 2, sebanyak 26% siswa sudah
memahami konsep usaha positif dan negatif dengan benar, yaitu ketika gaya F searah
dengan perpindahan benda, maka usaha yang dilakukan oleh gaya adalah positif dan
pada saat gaya F berlawanan arah dengan perpindahan benda, maka usaha yang
dilakukan oleh gaya F adalah negatif. sedangkan 63,5 siswa belum memahami dan 10,5%
siswa kurang teliti dalam membaca soal.
Soal no 3. Ditanyakan usaha yang dilakukan oleh gaya normal N.
Jawaban benar : option A* (nol), karena arah gaya normal tegak lurus terhadap
arah perpindahan benda.
Sebanyak 63% (12) siswa memilih option A* (nol), dengan alasan : 47% (9) siswa
menjawab karena gaya normal tegak lurus dengan perpindahan balok, 16% (3) siswa
menjawab karena gaya normal tidak melakukan usaha. Dari 63% siswa yang memilih
option benar, hanya 47% siswa saja memberikan alasan dengan benar sedangkan 16%
siswa memberikan alasan yang salah. Siswa ini hanya mengulang soal saja .
Sebanyak 37% (7) siswa memilih option B ( positif), dengan alasan karena arah
gayanya ke atas. Jawaban dan alasan siswa salah. Siswa berpikir bahwa gaya yang
arahnya ke atas selalu menimbulkan usaha positif tanpa memperhatikan kemana arah
perpindahan bendanya. Padahal belum tentu gaya yang arahnya ke atas selalu
menimbulkan usaha positif. Usaha dikatakan positif jika arah gaya dan arah perpindahan
bendanya searah.
Soal no 4. Ditanyakan usaha yang dilakukan oleh gaya berat w.
Jawaban benar : option A* (nol), karena arah gaya berat tegak lurus terhadap
arah perpindahan benda.
Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A* (nol), dengan alasan karena gaya
berat tegak lurus dengan perpindahan balok.
Sebanyak 16% (3) siswa memilih option B (positif), dengan alasan karena balok
tidak berpindah. Jawaban dan alasan siswa salah, karena pada soal tersebut balok ditarik
sejauh s sepanjang lantai oleh gaya F konstan jadi balok tersebut berpindah. Siswa ini
tidak teliti dalam membaca soal.
Sebanyak 37% (7) siswa memilih option C ( negatif), dengan alasan karena arah
gaya berat ke bawah. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa gaya yang
arahnya ke bawah selalu menimbulkan usaha negatif tanpa memperhatikan kemana
arah perpindahan bendanya. Padahal belum tentu gaya yang arahnya kebawah selalu
menimbulkan usaha negatif. Usaha dikatakan negatif jika arah gaya berlawanan dengan
arah perpindahan bendanya.
8
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 3 dan 4, sebanyak 47% siswa sudah
memahami jika gaya tegak lurus terhadap perpindahan benda, maka gaya tersebut tidak
melakukan usaha. Sedangkan 53% siswa belum memahami dan diantara 53% siswa
tersebut, 16% siswa juga kurang teliti dalam membaca soal.
Soal no 5. Sebuah bola yang memiliki massa m, bergerak jatuh bebas. Selama bola
tersebut bergerak ke bawah, apakah bola tersebut dikenai usaha?
Jawaban benar : option A* (iya = bola dikenai usaha), karena selama bola
bergerak jatuh bebas ke bawah ada gaya gravitasi yang bekerja pada bola sehingga bola
dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi.
Sebanyak 58% (11) siswa memilih option A* (bola dikenai usaha), dengan alasan :
26% (5) siswa menjawab karena selama bola bergerak ada gaya gravitasi, 32% (6) siswa
menjawab kalau tidak ada usaha bola tidak akan bergerak. Dari 58% siswa yang memilih
option benar, hanya 26% siswa saja yang memberikan alasan dengan benar sedangkan
32% siswa berpikir bahwa bola yang bergerak pasti dikenai usaha tanpa menjelaskan
siapa yang melakukan usaha.
Sebanyak 42% (8) siswa memilih option B (bola tidak dikenai usaha), dengan
alasan karena tidak ada gaya. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa
selama bola bergerak jatuh bebas tidak ada gaya yang bekerja pada bola sehingga tidak
dikenai usaha. Padahal selama bola bergerak jatuh bebas ada gaya gravitasi yang bekerja
pada bola. Jadi, selama bergerak bola dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi.
Soal no 6. Sebuah bola yang memiliki massa m dilemparkan vertikal ke atas. Selama bola
tersebut bergerak ke atas, apakah bola tersebut dikenai usaha?
Jawaban benar : option A* (bola dikenai usaha), karena selama bola bergerak ke
atas ada gaya gravitasi yang bekerja pada bola sehingga bola dikenai usaha yang
dilakukan oleh gaya gravitasi.
Sebanyak 89,5% (17) siswa memilih option A* (bola dikenai usaha), dengan
alasan : 26% (5) siswa menjawab karena selama bola bergerak ada gaya gravitasi, 63,5%
(12) siswa menjawab karena ada usaha dari orang saat melempar bola. Dari 89,5% siswa
yang memilih option benar, hanya 26% siswa yang memberikan alasan dengan benar.
Sedangkan 63,5% siswa memberikan alasan yang salah karena selama bola bergerak ke
atas bola dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi, bukan karena bola dilempar
oleh seseorang.
Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option B (bola tidak dikenai usaha), dengan
alasan karena saat bola dilempar saja ada usaha dari tangan. Jawaban dan alasan siswa
salah, siswa berpikir selama bola bergerak ke atas tidak ada lagi usaha yang diberikan
pada bola karena bola sudah lepas dari tangan. Padahal selama bola bergerak ke atas,
bola dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi.
9
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 5 dan 6, sebanyak 26% siswa sudah
memahami bahwa selama bergerak ke bawah dan ke atas, bola dikenai usaha yang
dilakukan oleh gaya gravitasi, sedangkan 73,5% siswa lainnya belum memahami.
Soal no 7. Seorang anak mendorong dinding didalam rumahnya, tetapi dinding tersebut
tetap tidak berpindah. Apakah anak tersebut melakukan usaha terhadap dinding?
Jawaban benar : option B* (tidak melakukan usaha), karena dinding tetap tidak
berpindah sehingga anak tidak melakukan usaha terhadap dinding.
Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A (melakukan usaha), dengan alasan
karena anak sudah berusaha mendorong dinding. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa
berpikir karena anak sudah berusaha mendorong dinding maka anak tersebut
melakukan usaha tanpa memperhatikan perpindahan. Padahal meskipun kita telah
berusaha mendorong dinding tetapi jika dinding tetap tidak berpindah kita tidak
melakukan usaha. Kesalahan siswa ini yaitu, menyamakan pengertian usaha dalam fisika
dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari.
Sebanyak 53% (10) siswa memilih option B* (tidak melakukan usaha), dengan
alasan karena dinding tetap tidak berpindah jadi usahanya nol. Jawaban dan alasan yang
diberikan siswa benar.
Soal no 8. Seorang siswa membawa beberapa buku yang berat dalam keadaan diam.
Apakah siswa tersebut melakukan usaha terhadap buku?
Jawaban benar : option B* (tidak melakukan usaha), karena buku tersebut tetap
diam sehingga siswa tidak melakukan usaha terhadap buku yang dibawanya.
Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A ( melakukan usaha), dengan alasan
karena siswa membawa buku yang berat. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir
bahwa setiap orang yang membawa benda yang berat selalu melakukan usaha tanpa
memperhatikan perpindahan benda. Padahal meskipun membawa benda berat tetapi
jika benda tersebut tetap tidak berpindah maka orang tersebut tidak melakukan usaha.
Kesalahan siswa ini yaitu, menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan
pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari.
Sebanyak 53% (10) siswa memilih option B* (tidak melakukan usaha), dengan
alasan karena buku tetap tidak berpindah jadi usahanya nol. Jawaban dan alasan yang
diberikan siswa sudah benar.
Soal no 9. Seorang ibu berjalan dari titik A berkeliling taman dan kembali lagi ke titik A.
Apakah ibu tersebut melakukan usaha?
Jawaban benar : option B* (tidak melakukan usaha), karena ibu yang berjalan
kembali lagi ketempat semula, tidak ada perpindahan sehingga usahanya nol.
10
Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A (melakukan usaha), dengan alasan
karena ibu tersebut telah mengeluarkan energi untuk berjalan. Jawaban dan alasan
siswa salah, siswa berpikir bahwa setiap orang yang melakukan sesuatu dan
mengeluarkan energi pasti melakukan usaha. Padahal meskipun kita mengeluarkan
energi untuk berjalan tetapi jika kita kembali lagi ke tempat semula kita tidak melakukan
usaha karena tidak ada perpindahan. Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan pengertian
usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari.
Sebanyak 53% (10) siswa memilih option B* (tidak melakukan usaha), dengan
alasan karena ibu tersebut kembali lagi ke tempat awal sehinggga tidak ada
perpindahan, jadi usahanya nol. Jawaban dan alasan yang diberikan siswa sudah benar.
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 7, 8, dan 9, sebanyak 53% siswa
sudah memahami jika gaya yang diberikan pada benda tidak menyebabkan perpindahan
maka usahanya nol atau dikatakan tidak melakukan usaha, sedangkan 47% siswa lainnya
menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan
sehari – hari.
Soal no 10. Seorang pramusaji di sebuah restoran membawa sebuah nampan yang berisi
makanan dan berjalan di lantai yang datar mengantarkan makanan tersebut ke meja
pelanggannya. Nampan yang dibawanya selalu berada pada ketinggian yang sama.
Apakah pramusaji melakukan usaha terhadap nampan?
Jawaban benar : option B* (tidak melakukan usaha), karena gaya yang diberikan
oleh pramusaji terhadap nampan tegak lurus dengan arah perpindahan.
Sebanyak 58% (11) siswa memilih option A (melakukan usaha), dengan alasan
karena pramusaji membawa nampan yang berisi makanan yang berat. Jawaban dan
alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa setiap orang yang membawa sesuatu yang
berat pasti melakukan usaha tanpa memperhatikan arah gaya yang diberikan dan
perpindahan bendanya. Padahal orang dikatakan melakukan usaha jika gaya yang
diberikan menyebabkan benda berpindah sejajar dengan arah gayanya. Kesalahan siswa
ini yaitu, menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam
kehidupan sehari – hari.
Sebanyak 42% (8) siswa memilih option B* (tidak), dengan alasan : 37% (7) siswa
menjawab karena gaya tegak lurus terhadap perpindahan, dan 5% (1) siswa menjawab
karena tidak melakukan usaha.
Dari 42% siswa yang memilih option benar, hanya 37% siswa saja yang
memberikan alasan dengan benar sedangkan 5% siswa memberikan alasan dengan
mengulang soal saja.
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 10, sebanyak 58% siswa
menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan
sehari – hari, 5% siswa memberikan jawaban hanya mengulang soal saja dan 37% siswa
11
sudah memahami jika gaya yang diberikan pada benda tegak lurus terhadap
perpindahan benda maka usahanya nol.
Soal nomor 11. Sebuah balok diam di atas meja dengan ketinggian h diatas lantai.
Apakah balok tersebut memiliki energi?
Jawaban benar : option A* (memiliki energi), karena balok berada pada
ketinggian h jadi meskipun balok tersebut diam, balok memiliki energi yaitu energi
potensial gravitasi.
Sebanyak 32% (6) siswa memilih option A*(memiliki energi), dengan alasan
karena balok berada pada ketinggian h jadi balok memiliki energi potensial. Jawaban
dan alasan siswa sudah benar.
Sebanyak 68% (13) siswa memilih option B, dengan alasan karena balok diam.
Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa setiap benda diam tidak memiliki
energi tanpa memperhatikan dimana posisi atau kedudukan benda tersebut. Padahal
meskipun sebuah benda diam jika benda berada pada suatu tempat dengan ketinggian
tertentu maka benda memiliki energi potensial gravitasi.
Berdasarkan jawaban dan alasan siswa pada soal nomor 11, sebanyak 32% siswa
sudah memahami bahwa benda diam juga memiliki energi potensial akibat
kedudukannya. Sedangkan 68% siswa lainnya berpikir bahwa benda diam tidak memiliki
energi.
Untuk soal no 12 – 20.
Sebuah bola dijatuhkan vertikal ke bawah dari ketinggian maksimum h di atas tanah
(hambatan udara diabaikan). Rekaman gerak bola saat bola berada pada ketinggian 1, 2
dan 3 terhadap tanah ditunjukkan seperti gambar berikut:
Posisi 1, (y = h)
Posisi 2, (y = ½ h)
h
Posisi 3, (y=0)
Tanah (sebagai acuan)
Gambar 3. Skema perubahan gerak bola.
Keterangan :
y = ketinggian bola di atas tanah.
12
Soal no 12. Ditanyakan energi potensial gravitasi bola pada posisi 1.
Jawaban benar : option A*(energi potensial gravitasinya maksimum), karena bola
berada pada ketinggian h maksimum, paling jauh dari titik acuan, jadi energi potensial
gravitasi yang dimiliki bola maksimum.
Sebanyak 79% (15) siswa memilih option A* (energi potensial gravitasinya
maksimum), dengan alasan karena bola berada pada pada posisi h paling tinggi dari
tanah jadi bola memiliki energi potensial maksimum. Jawaban dan alasan siswa sudah
benar.
Sebanyak 21% (4) siswa memilih option C (energi potensial gravitasinya nol),
karena bola berada pada posisi h paling tinggi jadi energi potensialnya sudah hilang.
Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa semakin tinggi suatu benda maka
energi potensialnya semakin hilang. Padahal jika posisi suatu benda semakin tinggi atau
semakin jauh dari titik acuan, maka semakin besar pula energi potensial gravitasinya.
Soal nomor 13. Ditanyakan energi potensial gravitasi bola pada posisi 2.
Jawaban benar : option B*(energi potensial gravitasinya setengah dari
maksimum), karena bola berada pada ketinggian ½ h jadi energi potensial gravitasi yang
dimiliki bola adalah setengah dari maksimum.
Sebanyak 100% (19) siswa memilih option B*, dengan alasan karena bola berada
pada ketinggian setengah h di atas tanah jadi energi potensialnya setengah. Jawaban
dan alasan siswa sudah benar.
Soal no 14. Ditanyakan energi potensial gravitasi bola pada posisi 3.
Jawaban benar : option C*(energi potensial gravitasinya nol), karena bola sudah
berada pada titik acuan jadi bola tidak memiliki energi potensial gravitasi.
Sebanyak 21% (4) siswa memilih option A (energi potensial gravitasinya
maksimum), dengan alasan karena bola berada pada posisi paling rendah. Jawaban dan
alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa semakin rendah posisi suatu benda maka
energi potensialnya semakin besar. Padahal semakin rendah posisi suatu benda atau
semakin dekat dengan titik acuan, maka energi potensial gravitasinya semakin kecil.
Sebanyak 79% (15) siswa memilih option C* (energi potensial gravitasinya nol),
dengan alasan karena bola sudah berada di tanah jadi energi potensialnya nol. Jawaban
dan alasan siswa sudah benar.
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 12 dan 14, sebanyak 79% siswa
sudah memahami konsep energi potensial gravitasi dengan benar, yaitu semakin jauh
dari titik acuan energi potensial gravitasi yang dimiliki benda semakin besar dan
sebaliknya. Tetapi 21% siswa berpikir bahwa energi potensial gravitasi yang dimiliki
benda berbanding terbalik dengan ketinggian benda.
13
Soal nomor 15. Ditanyakan energi kinetik bola pada posisi 1.
Jawaban benar : C*(energi kinetik bola = nol), karena pada posisi awal bola
belum bergerak jadi energi kinetiknya nol.
Sebanyak 53% (10) siswa memilih option A (energi kinetik bola = maksimum),
dengan alasan karena bola berada pada posisi paling tinggi jadi energi kinetiknya paling
besar. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa semakin tinggi posisi suatu
benda maka semakin besar pula energi kinetiknya tanpa memperhatikan kecepatan.
Padahal energi kinetik tidak tergantung pada ketinggian benda tetapi pada kecepatan.
Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi.
Sebanyak 47% (9) siswa memilih option C* (energi kinetik bola = nol), dengan
alasan karena bola belum bergerak jadi energi kinetiknya nol. Jawaban dan alasan siswa
sudah benar.
Soal nomor 16. Ditanyakan energi kinetik bola pada posisi 2.
Jawaban benar : option B* (energi kinetik bola = setengah dari maksimum), karena
energi mekanik selalu konstan jadi jika energi potensialnya setengah maka energi
kinetiknya setengah.
Sebanyak 5% (1) siswa memilih option A (energi kinetik bola = maksimum),
dengan alasan karena bola berada pada posisi paling tinggi. Jawaban dan alasan siswa
salah, siswa berpikir energi kinetik tergantung pada ketinggian benda, yaitu semakin
tinggi posisi suatu benda maka semakin besar pula energi kinetiknya. Padahal energi
kinetik tidak tergantung pada ketinggian tetapi kecepatan. Dan pada soal ini posisi 2
bukan posisi tertinggi, siswa ini juga kurang teliti dalam membaca soal.
Sebanyak 95% (18) siswa memilih option B* (energi kinetik bola = setengah dari
maksimum), dengan alasan karena bola berada pada posisi ½ h. Dari 95% siswa yang
memilih option benar tidak ada siswa yang memberikan alasan dengan benar. Siswa
berpikir energi kinetik tergantung pada ketinggian benda, jika ketinggiannya ½ h maka
energi kinetiknya ½. Padahal energi kinetik tidak tergantung pada ketinggian tetapi
kecepatan. Kesalahan siswa ini yaitu, menyamakan energi kinetik dengan energi
potensial gravitasi.
Soal nomor 17. Ditanyakan energi kinetik bola pada posisi 3.
Jawaban benar : option A*(energi kinetiknya maksimum), karena energi mekanik selalu
konstan maka pada saat energi potensialnya nol maka energi kinetiknya maksimum.
Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A* (energi kinetiknya maksimum),
dengan alasan karena energi potensialnya nol jadi energi kinetiknya maksimum supaya
energi mekaniknya selalu sama. Jawaban dan alasan siswa sudah benar.
14
Sebanyak 53% (10) siswa memilih option C (energi kinetiknya nol), dengan
alasan karena bola berada pada ketinggian nol. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa
berpikir bahwa semakin rendah posisi suatu benda maka energi kinetiknya semakin
berkurang. padahal energi kinetik tidak tergantung pada ketinggian tetapi kecepatan.
Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi.
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 15 dan 17, sebanyak 47% siswa
sudah memahami jika sebuah benda dijatuhkan, energi kinetik yang dimilki benda
semakin bertambah. Sedangkan 53% siswa lainnya menyamakan energi kinetik dengan
energi potensial gravitasi.
Soal nomor 18. Ditanyakan perbandingan energi potensial gravitasi bola pada posisi 1, 2,
dan 3.
Jawaban benar : option C* (Ep1 > Ep2 > Ep3), karena posisi 1 lebih tinggi dari
posisi 2 dan posisi 2 lebih tinggi dari posisi 3, jadi perbandingan energi potensial gravitasi
1 lebih besar dari energi potensial gravitasi 2 dan energi potensial gravitasi 2 lebih besar
dari energi potensial gravitasi 3.
Sebanyak 42% (8) siswa memilih option B (Ep1 < Ep2 < Ep3), dengan alasan : 21%
(4) siswa menjawab karena posisi 1 lebih tinggi dari posisi 2 dan posisi 2 lebih tinggi dari
posisi 3, jadi energi potensial 1 lebih besar dari energi potensial 2 dan energi potensial 2
lebih besar dari energi potensial 3, dan 21% (4) siswa menjawab karena semakin ke
bawah energi potensialnya semakin besar.
Dari 42% siswa yang memilih option salah, 21% siswa kurang teliti dalam
membaca soal (simbol), karena pada alasan yang diberikan siswa ini mengatakan bahwa
energi potensial 1 lebih besar dari energi potensial 2 dan energi potensial 2 lebih besar
dari energi potensial 3. Sedangkan alasan 21% siswa lainnya salah, siswa berpikir bahwa
semakin rendah posisi suatu benda maka energi potensial gravitasinya semakin
bertambah. Padahal semakin rendah posisi suatu benda atau semakin dekat dengan titik
acuan, maka energi potensial gravitasinya semakin berkurang.
Sebanyak 58% (11) siswa memilih option C* (Ep1 > Ep2 > Ep3), dengan alasan
karena posisi 1 lebih tinggi dari posisi 2 dan posisi 2 lebih tinggi dari posisi 3 jadi energi
potensial gravitasi 1 lebih besar dari energi potensial gravitasi 2 dan energi potensial
gravitasi 2 lebih besar dari energi potensial 3. Jawaban dan alasan siswa sudah benar.
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 18, sebanyak 58% siswa sudah
memahami perbandingan energi potensial gravitasi pada posisi 1, 2, dan 3 dengan
benar, yaitu Ep1 > Ep2 > Ep3. Sebanyak 21% siswa tidak teliti dalam membaca soal dan
21% siswa berpikir bahwa energi potensial gravitasi yang dimiliki benda berbanding
terbalik dengan ketinggian benda.
15
Soal nomor 19. Ditanyakan perbandingan energi kinetik bola pada posisi 1, 2, dan 3.
Jawaban benar option : B* (Ek1 < Ek2 < Ek3), karena bola yang mula – mula diam
dijatuhkan ke bawah. Semakin ke bawah semakin besar pula kecepatannya jadi energi
kinetiknya semakin besar.
Sebanyak 58% (11) siswa memilih option B* (Ek1 < Ek2 < Ek3), dengan alasan
karena semakin ke bawah kecepatannya semakin besar. Jawaban dan alasan siswa
sudah benar.
Sebanyak 42% (8) siswa memilih option C (Ek1 > Ek2 > Ek3), dengan alasan posisi
1 lebih tinggi dari posisi 2 dan seterusnya. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa
berpikir semakin tinggi posisi suatu benda maka energi kinetiknya semakin besar tanpa
memperhatikan kecepatannya. Padahal energi kinetik tidak bergantung pada ketinggian
tetapi kecepatan. Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan energi kinetik dengan energi
potensial gravitasi.
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 19, sebanyak 58% siswa sudah
memahami perbandingan energi kinetik bola pada posisi 1, 2, dan 3 dengan benar, yaitu
Ek1 < Ek2 < Ek3. Tetapi sebanyak 42% siswa lainnya menyamakan energi kinetik dengan
energi potensial gravitasi.
Soal nomor 20. Ditanyakan perbandingan energi mekanik bola pada posisi 1, 2, dan 3.
Jawaban benar : option A* (Em1 = Em2 = Em3), karena jika hambatan udara
diabaikan energi mekanik total selalu konstan tidak pernah bertambah maupun
berkurang jadi energi mekanik 1 sama dengan energi mekanik 2 sama dengan energi
mekanik 3.
Sebanyak 58% (11) siswa memilih option A* (Em1 = Em2 = Em3), dengan alasan
karena energi mekanik selalu konstan jadi energi mekanik bola pada posisi 1, 2, dan 3
selalu sama. Jawaban dan alasan siswa sudah benar.
Sebanyak 26% (5) siswa memilih option B (Em1 < Em2 < Em3), dengan alasan
karena ketinggian bola semakin berkurang. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa
berpikir bahwa semakin rendah posisi suatu benda maka semakin besar energi
mekaniknya. Padahal meskipun ketinggian benda semakin berkurang, energi
mekaniknya selalu konstan.
16% (3) siswa memilih option C (Em1 > Em2 > Em3), dengan alasan karena
ketinggian bola semakin berkurang. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir
bahwa semakin rendah posisi suatu benda maka semakin kecil pula energi mekaniknya.
Padahal meskipun ketinggian benda semakin berkurang, energi mekaniknya selalu
konstan. Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan energi mekanik dengan energi potensial
gravitasi.
16
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 20, sebanyak 58% siswa sudah
memahami perbandingan energi mekanik bola pada posisi 1, 2, dan 3 dengan benar
yaitu Em1 = Em2 = Em3. Mereka telah memahami konsep energi mekanik, jika hambatan
udara diabaikan, maka energi mekanik total selalu konstan tidak pernah bertambah
maupun berkurang. Dan sebanyak 42% siswa menyamakan energi mekanik dengan
energi potensial gravitasi, dipengaruhi oleh ketinggian benda.
Soal nomor 21. Sebuah benda yang mula – mula diam ditarik dengan gaya F konstan
sehingga bergerak sejauh s sepanjang lantai horizontal.
Ditanyakan pernyataan yang benar dari peristiwa tersebut.
Jawaban benar : option A*(benda mengalami perubahan energi kinetik karena
benda dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya F sepanjang s).
Benda yang mula – mula diam energi kinetiknya nol, saat diberi usaha oleh gaya F
sepanjang s benda memiliki energi kinetik karena benda bergerak. Jadi benda
mengalami perubahan energi kinetik karena benda dikenai usaha yang dilakukan oleh
gaya F sepanjang s.
Sebanyak 84% (16) siswa memilih option A*, dengan alasan : karena benda diam
yang tidak memiliki energi kinetik, menjadi memiliki energi kinetik yang disebabkan oleh
usaha yang dilakukan gaya F sejauh s. Berdasarkan jawaban yang diberikan siswa,
Jawaban siswa sudah benar.
Sebanyak 16% (3) siswa memilih option B (benda melakukan usaha karena
benda berenergi), dengan alasan karena ditarik berarti benda mendapat energi jadi
benda melakukan usaha. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir jika kita
menarik benda maka kita memberikan energi pada benda tersebut sehingga benda
melakukan usaha. Padahal jika kita menarik benda kita memberikan gaya pada benda
dan gaya tersebut yang melakukan usaha pada benda. Kesalahan siswa ini yaitu,
menyamakan gaya dengan energi.
Soal nomor 22. Ditanyakan hubungan antara usaha dan energi.
Jawaban benar : option A* (Jika benda diberi usaha akan mengalami perubahan
energi). karena jika kita melakukan usaha pada benda, kita mengubah energi benda
tersebut.
Sebanyak 89,5% (17) siswa memilih option A*, dengan alasan : siswa menjawab
karena kalau kita melakukan usaha pada benda, energi yang dimilki benda bisa berubah.
Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option B (benda harus memiliki energi untuk
melakukan usaha), dengan alasan karena orang tidak akan bisa melakukan usaha kalau
tidak memiliki energi. Siswa berpikir orang hanya dapat melakukan usaha jika orang
tersebut memiliki energi. Padahal meskipun memiliki energi jika kita tidak dapat
menyebabkan benda berpindah kita tidak melakukan usaha.
17
5. Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilaksanakan, ditemukan ada beberapa
jenis konsepsi siswa tentang usaha dan energi, yaitu :
1. Siswa menyamakan pengertian usaha dalam ilmu fisika dengan pengertian
usaha dalam kehidupan sehari – hari.
2. Gaya yang arahnya kekanan dan keatas selalu meyebabkan usaha positif.
3. Gaya yang arahnya kekiri dan kebawah selalu menyebabkan usaha negatif.
4. Benda diam tidak memiliki energi.
5. Semakin dekat dengan titik acuan, energi potensial gravitasi benda semakin
besar.
6. Semakin jauh dari titik acuan, energi potensial gravitasi benda semakin kecil.
7. Semakin dekat denga titik acuan, energi mekanik total yang dimilki benda
semakin kecil.
8. Siswa menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi, yaitu
tergantung pada ketinggian benda.
9. Siswa menyamakan energi mekanik dengan energi potensial gravitasi, yaitu
tergantung pada ketinggian benda.
10. Siswa menyamakan gaya dengan energi.
Untuk peneliti selanjutnya disarankan selain dilakukan tes tertulis, dilakukan
juga wawancara sebagai bagian proses penelitian agar dapat mengetahui konsep siswa
lebih detail, mengingat masih ditemukan jawaban dari siswa yang hanya mengulang soal
saja. Bagi guru sebaiknya harus lebih memperhatikan konsep awal yang dimiliki siswa
agar konsep awal yang masih salah dapat dibenarkan dan yang sudah benar dapat
dikembangkan sehingga pembelajaran dapat terlaksana dengan baik.
Daftar Pustaka :
[1] Berg, Euwe van den (ed). 1991. Miskonsepsi Fisika dan Remediasi. Salatiga:
Universitas Kristen Satya Wacana Press.
[2] Dahar, R W. 1998. Teori – Teori Belajar. Jakarta : Departemen Pendidikan dan
KebudayaanDirektorat Jendral Pendidikan Tinggi PLPPTK.
[3] Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga.
[4] Halliday, David dan Resnick, Robert. 1985. Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga.
[5] J . Moelong, Lexy.2007. Metodologi Penelitian Kualitatif. Bndung: Remaja
Rosdakarya.
[6] Kalumbang, M. Leda Tada. 2012. Konsepsi Siswa tentang Pembentukan Bayangan
oleh Lubang Kecil. Salatiga : FSM UKSW.
[7] Wati, Nurida. 2011. Konsepsi Siswa mengenai Pembentukan Bayangan pada Lensa
Cembung. Salatiga : FSM UKSW.
[8] Young, Hugh D. dan Freedman, Roger A. 2001. Sears dan Zemansky. Fisika Universitas
jilid I. Jakarta : Erlangga.
18