BAB I PENDAHULUAN A. DESKRIPSI Kehidupan tidak terlepas dari gerak. Bagaimana jadinya kalau dalam kehidupan ini tidak ada yang bergerak? Dalam kehidupan sehari-hari, tanpa disadari anda terbiasa menerapkan konsep kinematika. Kinematika adalah ilmu fisika yang mempelajari tentang gerak benda dengan mengabaikan penyebab gerak. Misalnya yang dilakukan oleh masinis kereta api dalam menentukan waktu sampai di setiap stasiun. Ia memperhitungkan jarak dan kecepatan kereta. Jika terjadi kesalahan prediksi dapat terjadi masalah yang fatal, dalam waktu yang sama terdapat dua kereta dalam satu jalur, tabrakan pun dapat terjadi. Jadi, ternyata penting sekali mempelajari konsep kinematika. Apalagi jika anda memperhatikan bahwa dalam kehidupan sehari-har,sebagian besar aktivitas manusia adalah gerak. Oleh karena itu, pelajarilah materi bab ini secara seksama. Pada bab ini akan dipelajari berbagai jenis gerak dan persamaan-persamaannya. Bagaimana cara Anda mempelajari kegiatan belajar ini? Untuk lebih mudahnya ikuti petunjuk penggunaan kegiatan belajar ini. B. PRASYARAT Sebelum anda mempelajari Gerak dan Gaya terlebih dahulu anda menguasai konsep gerak dan gaya. C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL 1. Petunjuk bagi peserta didik a. Anda harus telah menguasai prasyarat agar dapat mempelajari kegiatan belajar ini dengan baik b. Pastikan bila Anda membuka kegiatan belajar ini, Anda siap mempelajarinya minimal satu kegiatan hingga tuntas. Jangan terputus-putus atau berhenti di tengah-tengah kegiatan. c. Pahamilah tujuan pembelajaran kegiatan belajar ini. d. Bacalah materi pada kegiatan belajar dengan cermat dan berikan tanda pada setiap kata kunci pada setiap konsep yang dijelaskan. e. Perhatikalah langkah – langkah atau alur dalam setiap contoh penyelesaian soal. f. Kerjakan latihan dan evaluasi ditiap akhir materi yang telah dipelajari serta jangan melihat kunci jawaban sebelum anda selesai mengerjakan g. Tandailah bagian-bagian yang belum anda pahami, kemudian diskusikan dengan teman atau tanyakan kepada guru atau orang yang anda anggap mampu h. Bacalah referensi lain yang berhubungan dengan materi kegiatan belajar ini agar anda mendapatkan pengetahuan tambahan i. Bila anda belum menguasai 70% dari tiap kegiatan, maka ulangi lagi langkah-langkah diatas dengan seksama dan lebih teliti. j. 2. Kerjakanlah Soal – soal Evaluasi Akhir. Petunjuk bagi guru a. Membantu siswa dalam merencanakan proses belajar b. Membimbing siswa melalui tugas-tugas pelatihan yang dijelaskan dalam tahap belajar c. Membantu siswa dalam memahami konsep dan praktik pada kegiatan belajar d. Mengorganisasikan kegiatan belajar sesuai dengan petunjuk kegiatan belajar e. Memberikan evaluasi akhir kepada siswa, sebagai test ketuntasan siswa f. Memberikan remedial bagi siswa yang belum mencapai Mastery Level (ketuntasan belajar). D. TUJUAN AKHIR Setelah mempelajari modul ini diharapkan peserta didik mampu: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Mendeskripsikan definisi dari beberapa besaran gerak. Menganalisis Gerak Lurus Beraturan (GLB) dalam kehidupan sehari-hari. Menganalisis Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) dalam kehidupan sehari-hari. Menghitung besaran-besaran yang berkaitan dengan GLB dan GLBB Memahami Gerak melingkar dengan laju tetap dan gerak melingkar dengan percepatan sudut tetap Memahami hukum Newton dan konsep gaya Menerapkan hukum Newton untuk gerak lurus berubah beraturan Menyebutkan bunyi hukum-hukum Newton tentang gerak. Menyebutkan contoh penerapan hukum-hukum Newton dalam kehidupan seharihari. 10. Menerapkan hukum-hukum Newton untuk menyelesaikan soal analisis dan soal hitungan. 11. Menyebutkan macam-macam gaya gesekan. 12. Membedakan gaya gesekan statik dan gaya gesekan kinetik. 13. Menyebutkan gaya gesekan yang bekerja pada benda E. KOMPETENSI Setelah mempelajari kegiatan ini, anda diharapkan dapat: 1. Menguasai konsep gerak dan gaya 2. Menguasai hukum Newton 3. Menghitung gerak lurus 4. Menghitung Gerak melingkar 5. Menghitung gaya gesek F. CEK KEMAMPUAN Uji pemahaman awal anda tentang Gerak dan Gaya dengan membubuhkan tanda (√) pada kolom Ya atau Tidak. Isilah kolom sesuai dengan pemahaman anda. No Pertanyaan 1 Dapatkah anda memberikan salah satu contoh pemanfaatan belajar konematika? 2. Tahukah anda pengertian tentang gerak? 3. Dapatkan anda membedakan antara jarak dan perpindahan 4. Apa yang anda ketahui tentang gaya gesek? 5. Apakah keberadaannya menguntungkan atau merugikan 6. Tahukan anda tentang hukum Newton? Ya Tidak BAB II PEMBELAJARAN A. RENCANA BELAJAR PESERTA DIDIK Sebelum anda mempelajari kegiatan belajar, isilah terlebih dahulu formar belajar peserta didik di bawah ini: Standar kompetensi : Menerapkan hukum gerak dan gaya Jenis kegiatan tanggal waktu Tempat Tanda tangan belajar guru Kegiatan 1 Kegiatan 2 Kegiatan 3 B. KEGIATAN BELAJAR 1. Pengertian gerak dan jenisnya Anda mungkin sudah mengenal berbagai macam gerak. Anda melihat kendaraan datang dan pergi diterminal atau dijalan raya. Di taman hiburan, anda melihat berbagai arena permainan yang didalamnya terdapat permainan yang bergerak. Apa sebenarnya yang dikatakan gerak itu? Benda bergerak jika benda tersebut mengalami perubahan kedudukan atau posisi. Berdasarkan bentuk lintasannya, gerak suatu benda dapat dibedakan menjadi lima macam Gerak, yaitu gerak lurus, gerak melingkar, gerak rotasi, gerak parabola dan gerak bolak balik. a. Gerak Lurus Gerak lurus adalah gerak yang lintasannya berupa garis lurus , misalnya gundukan kelereng diatas lantai, gerakan bola biliar ketika ditembakan dan lintasan gerak cahaya yang keluar dari lampu senteratau laser. b. Gerak Melingkar Gerak melingkar adalah gerak yang lintasannya berupa lingkaran,misalnya gerak kuda mainan pada komidi putar, gerak bola yang diputar menggunakan tali atau benang. c. Gerak Rotasi atau Berputar Gerak rotasi adalah gerak benda dimana titik pusat tidak mengalami perubahan posisi dan lintasannya berupa lingkaran. Contohnya roda-roda pada kendaraan. d. Gerak Parabola Gerak parabola adalah gerak yang lintasannya berupa parabola, misalnya gerakan bola voli atau kok pada permainan bulu tangkis. e. Gerak Bolak Balik Gerak bolak balik adalah gerak yang lintasannya bolak balik dan melalui titik kesetimbangan. Contohnya adalah gerak ayunan anak dan gerak bandul jam. 2. Perpindahan, Kecepatan dan Percepatan a. Perpindahan dan Jarak Perpindahan adalah perubahan posisi dari keadaan semula ke keadaan akhirnya, sedangkan jarak merupakan panjang lintasan yang dilalui tanpa memperhatikan arah keadaan semula. b. Kecepatan, Kelajuan dan Percepatan Dalam kehidupan sehari-hari kadang kita salah menggunakan istilah. Istilah kecepatan lebih banyak diucapkan, padahal yang dimaksud adalah kelajuan. Mobil biasanya dilengkapi dengan alat spdeedometer yang berfungsi menunjukkan kelajuan kendaraan pada saat bergerak. Speedometer tidak memperhatikan arah gerak kendaraan. 3. Kecepatan Rata-Rata dan Kelajuan Rata-Rata Kecepatan rata-rata didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh pada selang waktu tertentu. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut: 𝜟𝒙 V = 𝜟𝒕 Dengan, V = Kelajuan (m/s) ΔX = Jarak Tempuh (m) Δt = Selang Waktu (s) Kecepatan rata-rata didefinisikan sebagai perpindahan selama selang waktu tertentu. 𝜟𝒔 V = 𝜟𝒕 Dengan, V = Kecepatan (m/s) Δs = Perpindahan (m) Δt = Selang Waktu (s) 4. Percepatan Percepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan setiap waktu. Arah percepatan sama dengan arah perubahan kecepatan. Percepatan terjadi jika kecepatan mengalami perubahan. Benda yang mengalami kecepatan kecepatan tetap tidak mengalami percepatan. Jika benda mengalami pertambahan kecepatan, benda dikatakan dipercepat. Adapun jika benda mengalami pengurangan kecepatan, benda dikatakan diperlambat. Jadi dapat dikatakan bahwa percepatan yang bernilai negatif adalah perlambatan. Percepatan dapat dihitung dengan persamaan: a= v2 v1 t 2 t1 Dengan, a = percepatan (ms-2) V1 = kecepatan Awal (ms-1) V2 = Kecepatan Akhir (ms-1) T = Selang Waktu (s) Contoh Sebuah benda mula-mula diam,kemudian bergerak dengan kecepatan 750 m/s2 selama ½ menit. Hitunglah percepatan yang dialami benda tersebut. Dik. V1 = 0 V2 = 750 m/s2 T = ½ menit = 30 sekon Dit. A......? Dij. A= v2 v1 750 0 = = 25 m/s2 t 30 5. Gerak Lurus a. Gerak Lurus Beraturan Suatu benda dikatakan bergerak lurus beraturan jika benda tersebut bergerak dengan kecepatan tetap. Kecepatan tetap artinya besar dan arah kecepatanya tetap. Dengan demikian, gerak lurus beraturan dapat diartikan dengan gerak yang lintasannya berupa garis lurus dan kelajuannya tetap. Pada gerak lurus beraturan berlaku persamaan. 𝜟𝒔 V = 𝜟𝒕 Contoh Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 650 m/s, jarak yang ditempuh mobil selama 5 sekon adalah….. Dik. V = 650 m/s T = 5 sekon Dit. S....? Dij. S = v.t = 650.5 = 3250 m b. Gerak Lurus Berubah Beraturan Sebuah benda dikatakan melakukan gerak lurus berubah beraturan jika benda bergerak pada lintasan yang lurus dan kecepatannya berubah secara beraturan terhadap waktu. 6. Gerak Melingkar Gerak melingkar beraturan (GMB) adalah gerak sebuah benda yang menempuh lintasan berbentuk lingkaran dengan laju tetap. Kecepatan gerak melingkar beraturan selalu berubah. Perubahan tersebut terjadi karena arahnya selalu berubah sedangkan kecepatannya tetap. Perubahan arah kecepatan timbul karena adanya percepatan yang arahnya ke pusat dan selalu tegak lurus dengan arah kecepatan linearnya. Percepatan ini dinamakan percepatan sentripetal. Secara matematis dapat ditulis dengan persamaan. asp = v2 R Dengan, asp = Percepatan sentripetal (ms-2) V = Kecepatan gerak melingkar (ms-1) R = Jari-jari Lingkaran (m) Kecepatan linear benda pada gerak melingkar beraturan selalu menyinggung lintasan. Kecepatan linear dalam gerak melingkar sangat berkaitan dengan kecepatan sudut. Hubungan antara keduanya adalah: V= 𝟐𝝅𝑹 𝑻 V = ωR Dengan V = laju Linear (ms-1) R = Jari-jari lingkaran (m) T = Periode Gerak melingkar (s) ω = 𝟐𝝅𝑹 𝑻 = kecepatan sudut (Rads-1) 7. Gaya Gaya dapat diartikan sebagai tarikan atau dorongan. Faktor yang mempengaruhi besar kecilnya gesekan benda ketika dikenai gaya adalah massa benda itu sendiri. Benda dapat bergerak karena adanya gaya. Pergerakan benda tersebut ditentukan oleh arah gaya yang bekerja padanya. Jadi antara gaya dan gerak saling berhubungan sebab akibat. Apabila kepada benda diterapkan gaya, benda ituakan mengalami dorongan atau tarikan. 8. Hukum Newton Pada 1687, seorang ilmuan fisika bernama Sir Isaak Newton menjelaskan tiga hukum tentang gerak. Hukum gerak Newton menghubungkan konsep gaya dan konsep gerak. a. Hukum I Newton Hukum I Newton berbunyi Sebuah benda dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap diam atau akan terus bergerak dengan kecepatan konstan, kecuali ada gaya eksternal yang bekerja pada benda itu. Setiap benda memiliki kecenderungan untuk mempertahankan kedudukannya. Sebuah benda yang sedang dalam keadaan diam memiliki kecenderungan untuk tetap diam. Sebaliknya, benda yang sedang dalam keadaan bergerak memiliki kecenderungan untuk tetap bergerak. Sifat benda yang ingi selalu mempertahankan kedudukannya dinamakan sifat kelembaman atau inersia benda. Contohnya, pada waktu berada di atas kendaraan yang bergerak tiba- tiba kendaraan direm, maka penumpang akan terdorong kedepan. Hal ini menunjukkan bahwa penumpang yang sedang bergerak bersama kendaraan cenderung ingin bergerak terus. b. Hukum II Newton Hukum II Newton berbunyi Percepatan yang dialami sebuah benda berbanding lurus dengan besarnya gaya yang bekerja dan berbanding terbalik dengan besarnya massa benda itu. Dua besaran yang mempengaruhi gerakan suatu benda adalah gaya dan massa itu sendiri. Hukum II Newton menghubungkan antara deskripsi gerak dengan penyebabnya, yaitu gaya. Hukum ini merupakan hubungan yag paling dasar pada fisika. Secara matematis, percepatan benda dapat dituliskan sebagai berikut: F = M.a Dengan, F = Gaya yang bekerja pada benda (N) M = Massa benda (kg) A = Percepatan (m/s2) Contoh Gerobak bermassa 100 kg didorong dengan kecepatan awal 10 m/s, setelah 2 sekon kecepatannya menjadi 20 m/s. Hitung gaya dorong pada gerobak tersebut. Dik. M = 100 kg V1= 10 m/s V2 = 20 m/s T = 2 sekon Dit. A.....? A= v2 v1 20 10 = = 5 m/s2 t 2 F = m.a = 100.5 = 500 N c. Hukum III Newton Bunyi hukum III Newton Setiap gaya yang beraksi pada suatu benda akan mendapatkan gaya reaksi dari benda yang besarnya sama dengan arah yang berlawanan. Orang banyak mengenal hukum III Newton sebagai hukum aksi reaksi. 9. Gaya Gesek Gaya gesek selalu terjadi pada semua benda yang bersentuhan. Oleh karena itu, gaya gesekan dapat terjadi antara benda padat, benda cair atau benda gas. Arah gesek selalu berlawanan dengan arah gerak benda, sehingga menimbulkan perlambatan. Ciri khas adanya gesekan adalah terjadinya hambatan. Misalnya, jika suatu benda diluncurkan di atas lantai, gerakan benda ini makin lama makin lambat dan akhirnya berhenti. Akibat dari gesekan dapat menimbulkan kerugian, misanya pada bagian dari sepeda. Gesekan pada bagian alat yang bergerak atau berputar, dapat menghambat kelancaran jalannya sepeda tersebut. Oleh karena itu, pada bagian-bagian yang bergesekan dibuat halus permukannya dan diberi pelumas (oli) supaya licin, sehingga gaya gaya geseknya menjadi lebih kecil dan menjaga keausan alat-alat tersebut. a. Gaya Gesek Statis Gaya gesek statis adalah gaya gesek antara dua benda yang berada dalam keadaan diam sampai siap bergerak. Kekasaran permukaan sangat mempengaruhi besarnya gaya gesek statis. Gaya gesek statis dapat ditentukan melalui persamaan : Fs = µs . N N=m.g Dengan : Fs = Gaya Gesek Statis (N) µs = Koefisien gesek statis N = Gaya normal (N) M = massa (kg) G = Percepatan gravitasi(m/s2) Contoh Sebuah balok yang massanya 2 kg terletak pada permukaan kasar dengan koefisien gesekan 0,4. Tentukan gaya yang dibutuhkan agar benda bergerak. Dik. M = 2 kg µs = 0,4 g = 10 m/s2 Dit. Fs......? Dij. Fs = µs . N = 0,4 . 20 =8 N = m.g = 2.10 = 20 Newton b. Gaya Gesek Kinetik Gesekan kinetik terjadi ketika benda bergerka diatas suatu permukaan. Gesekan kinetik dipengaruhi oleh koefisien gesekan kinetik. Gaya gesekan dapat bersifat menguntungkan dan merugikan. 1) Gaya gesek yang merugikan Gesekan pada mesin (piston dengan silinder atau antara roda dengan porosnya), sehingga menimbulkan panas dan bunyi. Permukaan jalan diberi aspal, untuk mengurangi gesekan dengan ban supaya tidak cepat aus. Gesekan udara dengan kendaraan yang bergerak, sehingga sedikit akan menghambat gerak kendaraan. 2) Gaya gesek yang menguntungkan Kita dapat berjalan diatas tanah. Kiata dapat membawa buku di atas tangan. Gesekan pada rem untuk menghentikan atau memperlambat gerak. Ban mobil dibuat bergerigi supaya tidak tegelincir. Secara matematis, gaya gesekan kinetiksuatu benda dituliskan sebagai berikut: Fk = µk . N Dengan : Fk = Gaya Gesek Kinetik (N) µk = Koefisien gesek kinetik N = Gaya normal (N) M = massa (kg) G = Percepatan gravitasi(m/s2) N=m.g I. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Pilihlah salah satu jawaban yang benar Ketika Anda berada didalam mobil yang sedang bergerak, Anda akan terdorong kedepan jika sopir mengerem mobil secara tiba-tiba. Pernyataan ini sesuai dengan…. a. Hukum I Newton b. Hukum II Newton c. Hukum III Newton d. Hukum Aksi Reaksi e. Hukum Pascal Sebuah balok bermassa 2 kg didorong dengan gaya 50 N. Besar percepatan balok adalah….. a. 100 m/s2 d. 40 m/s2 2 b. 30 m/s e. 20 m/s2 2 c. 25 m/s Dua besaran yang mempengaruhi gerakan suatu benda pada hukum II Newton adalah….. a. Massa dan Kecepatan b. Gaya dan Massa c. Gaya dan Energi d. Usaha dan Percepatan e. Energi dan Gaya Seorang anak melempar bola dengan gaya 30 N sehingga bola bergerak dengan percepatan 3 m/s2. Massa bola yang dilempar adalah….. a. 15 kg d. 45 kg b. 10 kg e. 90 kg c. 40 kg Gaya yang terjadi ketika benda berada dalam keadaan diam disebut………… a. Gaya gesek statis d. gaya berat b. Gaya gesek kinetik e. gaya sentripetal c. Gaya normal Koefisien gesekan statik antara sebuah lemari kayu dan lantai kasar suatu bak truk sebesar 2,5 dan massanya 6 kg. Jika g = 10 ms-2, maka gaya gesekan statisnya adalah….. a. 120 N d. 150 N b. 180 N e. 60 N c. 100 N Dibawah ini yang mempengaruhi gaya gesek suatu benda adalah….. a. Tingkat kekasaran pada permukaan benda b. Luas permukaan bidang c. Kecepatan gerak benda d. Tingkat kehalusan benda e. Kemiringan permukaan benda Percepatan yang dialami oleh benda sebanding dengan gaya yang menyebabkannya dan berbanding terbalik dengan massa benda. Pernyataan tersebut merupakan bunyi…. a. Hukum I Newton b. Hukum II Newton c. Hukum III Newton d. Hukum Aksi Reaksi e. Hukum Kelembaman 9. Setiap benda memiliki kecenderungan untuk mempertahankan keadaan geraknya,kecuali jika ada resultan gaya yang mempengaruhinya..... a. Hukum I Newton c. Hukum III Newton e. Hukum Aksi Reaksi b. Hukum II Newton d. Hukum Kekekalan Momentum 10. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan awal 40 m/s setelah 5 sekon kecepatannya berubah menjadi 60 m/s. percepatan mobil tersebut adalah…. a. 400 m/s2 d. 4 m/s2 2 b. 40 m/s e. 60 m/s2 c. 6 m/s2 II. Anda tentunya telah memahami materi yang diajarkan. Sekarang coba kerjakan soal uraian berikut ini! Jawablah pertanyaan-pertanyaan dengan uraian yang jelas dan tepat. 1. Sebutkan perbedaan gesekan kinetik dan gesekan statis! 2. Sebuah mobil massanya 2 ton dan mula-mula diam.setelah 5 detik kecepatan mobil menjadi 20 m/s. Gaya dorong yang bekerja pada mobil adalah.... 3. Pada sebuah benda yang bergera, bekerja gaya sehingga mengurangi kecepatan gerak benda tersebut dari 10 m/s menjadi 6 m/s dalam waktu 2 detik. Bila massa benda 5 kg besar gaya tersebut adalah..... 4. Sebuah mobil massanya 1 ton selama 4 detik kecepatannya bertambah secaraberaturan dari 10 m/s menjadi 18 m/s. Besar gaya yang mempercepat mobil itu adalah..... 5. Sebuah balok massanya 2 kg terletak pada permukaan kasar dengan koefisien gesekan 0,4. Tentukan gaya yang dibutuhkan pada balok tersebut. 6. Sebuah balok yang massanya 1 kg ditarik dengan gaya 50 N. Jika balok beroda pada bidang kasar dengan koefisien gesek kinetik 0,2. Tentukan percepatan balok tersebut. 7. Koefisien gesekan statik antara sebuah lemari kayu dan lantai kasar suatu bak truk sebesar 2,5 dan massanya 6 kg. Jika g = 10 ms-2, maka gaya gesekan statisnya adalah….. 8. Sebuah balok bermassa 2 kg didorong dengan gaya 50 N. Besar percepatan balok adalah….. 9. Seorang anak melempar bola dengan gaya 30 N sehingga bola bergerak dengan percepatan 3 m/s2. Massa bola yang dilempar adalah….. 10. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan awal 40 m/s setelah 5 sekon kecepatannya berubah menjadi 60 m/s. percepatan mobil tersebut adalah…. 11. Sebuah benda bermassa 1 kg dipengaruhi gaya 7 N, maka percepatan yang timbul adalah…… 12. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 250 m/s, jarak yang ditempuh mobil selama 5 sekon adalah….. 13. Jika gaya sebesar 720 N diberikan kepada sebuah peti bermassa 2000 gr. Hitunglah percepatan yang dihasilkan oleh peti tersebut! 14. Sebuah balok bermassa 2 kg diletakkan pada bidang miring, jika gaya gesekan pada balok tersebut 60 N, maka hitunglah koefisien gesekan balok tersebut! (g = 10 ms-2) 15. Dapatkah benda bergerak jika tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut? Jelaskan! III. Indakator Penilaian Nama Siswa Indikator Ketercapaian Baik Pemahaman Konsep Kemandirian Inisiatif Komunikasi Nilai Sikap Catatan Guru Saran Perbaikan Tidak