Penulis Adeng Slamet Ismet Masitoh Suhendri Endang Dayat Penelaah Materi Nana Jumhana Penyunting Bahasa

Layout Renaldo R.N

Kata PengantarPendidikan Jarak Jauh (PJJ) memiliki ciri utama keterpisahan ruang dan waktu antara mahasiswa dengan dosennya. Dalam PJJ, keberadaan bahan ajar memiliki peran strategis. Melalui bahan ajar, mahasiswa secara mandiri mampu belajar, berefleksi, berinteraksi, dan bahkan menilai sendiri proses dan hasil belajarnya. Paket bahan ajar PJJ S1 PGSD ini tidak hanya berisi materi kajian, tetapi juga pengalaman belajar yang dirancang untuk dapat memicu mahasiswa untuk dapat belajar secara aktif, bermakna, dan mandiri. Paket bahan ajar ini dikemas secara khusus dalam bentuk bahan ajar hybrid yang meliputi: a. b. c. d. Bahan ajar cetak, Bahan ajar audio, Bahan ajar video, serta Bahan ajar berbasis web.

Seluruh paket bahan ajar ini dikembangkan oleh Konsorsium PJJ S1 PGSD yang terdiri dari 23 Perguruan Tinggi (PT), yaitu Universitas Sriwijaya, Universitas Katolik Atmajaya, Universitas Pendidikan Indonesia, Universitas Negeri Yogyakarta, Universitas Negeri Malang, Universitas Muhammadiyah Malang, Universitas Tanjungpura, Universitas Nusa Cendana, Universitas Negeri Makassar, Universitas Cendrawasih, Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. HAMKA, Universitas Pattimura, Universitas Muhammadiyah Makassar, Universitas Negeri Gorontalo, Universitas Negeri Jember, Universitas Lampung, Universitas Lambung Mangkurat, Universitas Pendidikan Ganesha, Universitas Mataram, Universitas Negeri Semarang, Universitas Kristen Satya Wacana, Universitas Negeri Solo, dan Universitas Haluoleo. Proses pengembangan bahan ajar ini difasilitasi oleh SEAMOLEC. Semoga paket bahan ajar ini dapat memberi manfaat bagi semua pihak yang terlibat dalam penyelenggaraan program PJJ S1 PGSD di tanah air.

Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Direktur Ketenagaan,

Muchlas Samani NIP. 0130516386

Daftar Isi

Kata Pengantar Daftar Isi Tinjauan Mata Kuliah ... UNIT 1 : PENGUKURAN............................................................ : : Pengukuran Panjang..................................................... ....................................................................................... : ....................................................................................... : ....................................................................................... : : Pengukuran Volume....................................................... : ........................................................................................ : ....................................................................................... : ....................................................................................... : : : : Pengukuran Besaran Kelistrikan.................................... ........................................................................................ ....................................................................................... .......................................................................................

i vi 1.1

Subunit 1 Latihan Rangkuman Tes Formatif 1 Subunit 2 Latihan Rangkuman Tes Formatif 2 Subunit 3 Latihan Rangkuman Tes Formatif 2

1.3 1.8 1.10 1.10 1.12 1.15 1.16 1.16 1.18 1.22 1.25 1.26 1.27 1.31 1.32

Kunci Jawaban Tes Formatif ............................................................................... Daftar Pustaka : ....................................................................................... Glosarium : .......................................................................................

Praktikum IPA

i

UNIT 2

MEKANIKA....................................................................

2.1

Subunit 1 Latihan Rangkuman Tes Formatif 1 Subunit 2 Latihan Rangkuman Tes Formatif 2 Subunit 3 Latihan Rangkuman Tes Formatif 3

: : : : : : : : : : : :

K a t r o l........................................................................ ........................................................................................ ....................................................................................... ....................................................................................... Pengungkit..................................................................... ........................................................................................ ........................................................................................ ........................................................................................ Bidang Miring................................................................... ........................................................................................ ........................................................................................ ........................................................................................

2.3 2.7 2.8 2.8 2.10 2.14 2.15 2.15 2.17 2.20 2.20 2.20 2.23 2.28 2.29 3.1

Kunci Jawaban Tes Formatif ............................................................................... Daftar Pustaka : ........................................................................................ Glosarium : ........................................................................................ UNIT 3 SUHU DAN KALOR......................................................

Subunit 1 Latihan Rangkuman Tes Formatif 1 Subunit 2 Latihan Rangkuman

: : : :

Perpindahan Panas Secara Konduksi............................. ........................................................................................ ....................................................................................... .......................................................................................

3.3 3.7 3.8 3.8 3.9 3.13 3.14

: Perpindahan Panas Secara Konveksi ............................ : ....................................................................................... : .......................................................................................

ii Daftar Isi

Tes Formatif 2 Subunit 3 Latihan Rangkuman Tes Formatif 3

: ....................................................................................... : : : : Perpindahan Panas Secara Radiasi ................................ ....................................................................................... ....................................................................................... .......................................................................................

3.14 3.15 3.19 3.19 3.20 3.21 3.23 3.24 4.1

Kunci Jawaban Tes Formatif ............................................................................... Daftar Pustaka : ....................................................................................... Glosarium : ....................................................................................... UNIT 4 LISTRIK DAN MAGNET................................................

Subunit 1 Latihan Rangkuman Tes Formatif 1 Subunit 2 Latihan Rangkuman Tes Formatif 2 Subunit 3 Latihan Rangkuman Tes Formatif 3 Subunit 4 Latihan Rangkuman

: Pengalaman-Pengalaman Dasar Tentang Rangkaian Listrik............................................................................. : ........................................................................................ : ........................................................................................ : ........................................................................................ : : : : : : : : Elektrodinamik (Rangkaian Konduktor Dan Isolator)... ........................................................................................ ........................................................................................ ........................................................................................ Elektrodinamika (Rangkaian Seri Dan Paralel)............. ........................................................................................ ........................................................................................ ........................................................................................

4.3 4.6 4.7 4.8 4.9 4.12 4.12 4.12 4.13 4.17 4.18 4.18 4.19 4.23 4.25 4.26

: M a g n e t...................................................................... : Latihan 1........................................................................ Latihan 2........................................................................ : ........................................................................................

Praktikum IPA

iii

Tes Formatif 4

: ........................................................................................

4.26 4.28 4.31 4.32 5.1

Kunci Jawaban Tes Formatif ............................................................................... Daftar Pustaka : ........................................................................................ Glosarium : ....................................................................................... UNIT 5 MAHLUK HIDUP DAN LINGKUNGAN.......................

Subunit 1 Latihan Rangkuman Tes Formatif 1 Subunit 2 Latihan Rangkuman Tes Formatif 2 Subunit 3 Latihan Rangkuman Tes Formatif 3

: M e t a b o l i s m e......................................................... : Latihan 1........................................................................ Latihan 2........................................................................ : ........................................................................................ : ........................................................................................ : : : : : : : : Produk Teknologi Tradisional....................................... Latihan .......................................................................... ........................................................................................ ........................................................................................ Pencemaran Air.............................................................. Latihan .......................................................................... ........................................................................................ ........................................................................................

5.2 5.8 5.10 5.11 5.12 5.14 5.19 5.20 5.21 5.22 5.26 5.27 5.27 5.28 5.30 5.31 6.1

Kunci Jawaban Tes Formatif ............................................................................... Daftar Pustaka : ........................................................................................ Glosarium UNIT 6 : ........................................................................................ ALAM SEMESTA: SISTEM BUMI-BULAN MATAHARI...................................................................... : Rotasi serta Revolusi Bumi dan Bulan.........................

Subunit 1

6.3

iv Daftar Isi

Latihan Rangkuman Tes Formatif 1 Subunit 2 Latihan Rangkuman Tes Formatif 2

: ....................................................................................... : ....................................................................................... : ....................................................................................... : : : : Sistem Bumi-Bulan-Matahari........................................ ....................................................................................... ....................................................................................... .......................................................................................

6.9 6.10 6.11 6.14 6.22 6.22 6.23 6.27 6.29 6.30

Kunci Tes Formatif .............................................................................................. Daftar Pustaka : ....................................................................................... Glosarium : .......................................................................................

Praktikum IPA

v

Tinjauan Mata Kuliah

S

audara, Mata Kuliah Praktikum Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) ini disusun untuk membantu Anda dalam mengoptimalkan proses pembelajaran IPA agar lebih bermakna. Buku ini merupakan kumpulan panduan pembelajaran yang memuat beberapa kegiatan dengan menggunakan alat dan bahan yang cukup mudah Anda peroleh. Bahkan, apabila di tempat Anda tidak tersedia, maka Anda dipersilahkan untuk menggantinya dengan bahan dan alat lain yang lebih sederhana yang ada di lingkungan saudara. Silahkan...silahkan...! saudara berkreasi sendiri, namun tanpa mengubah konsep yang ingin dicoba. Dalam mata kuliah ini Anda akan melakukan beberapa kegiatan praktikum untuk materi yang berkaitan dengan pembelajaran IPA Sekolah Dasar meliputi pengukuran, sifat zat, gerak, energi, metabolisme, makhluk hidup dengan lingkungannya, pemanfaatan hasil teknologi sederhana dan dampak produk industri terhadap lingkungan, serta tata surya dan alam semesta. Untuk itu buku Praktikum IPA ini berisi beberapa kegiatan praktikum yang terbagi menjadi 6 unit kegiatan praktikum meliputi: 1. Unit I 2. Unit II : Pengukuran : Mekanika

3. Unit III : Suhu dan Kalor 4. Unit IV : Listrik dan Magnet 5. Unit V : Mahluk hidup dan lingkungan

6. Unit VI : Tata Surya dan Antariksa Diharapkan dari setiap percobaan yang Anda lakukan dapat meningkatkan kemampuan saudara untuk terampil menggunakan alat, memahami konsep, mengamati fenomena/gejala alam, mencatat data, menyimpulkan dan menerapkan konsep yang dipelajari dalam pembelajaran di kelas. Sekali lagi, sangat diharapkan Anda mencoba kegiatan praktikum ini karena materi-materinya sangat berguna bagi Anda dalam upaya membelajarkan konsepkonsep IPA di Sekolah Dasar. Di samping itu, juga materi-materi dalam praktikum ini sangat mendukung saudara dalam memahami materi dalam mata kuliah lain

Tinjauan Mata Kuliah

vi

seperti Pendidikan IPA dan Pembelajaran IPA yang saudara pelajari. Usahakan saudara mencoba untuk melakukan satu per satu kegiatan dalam Praktikum IPA ini baik mandiri maupun terbimbing. Untuk beberapa materi dalam Mata Kuliah Praktikum IPA ini juga akan dimediasi dengan beberapa alat bantu media Video dan Web-based. Ingatlah Saudara, apabila seluruh kegiatan dalam buku Praktikum IPA ini dapat anda lakukan, maka saudara akan mendapatkan suatu pengalaman yang sangat berharga bagi peningkatan kualitas pembelajaran yang saudara lakukan. Mudahmudahan buku panduan Praktikum IPA ini dapat meningkatkan dan menambah gairah dan semangat Anda untuk mempelajari, mengerti, dan mengembangkan IPA sebagai suatu anugerah dan rakhmat dari Sang Pencipta. Untuk mencapai hasil yang optimal, ada beberapa petunjuk yang perlu Anda pahami dan lakukan dengan baik, antara lain: 1) Bacalah dengan cermat petunjuk kegiatan agar Anda memperoleh gambaran yang jelas tentang apa yang harus Anda lakukan. 2) Sebagai bahan pengayaan dan untuk menambah wawasan, berusahalah mempelajari sumber-sumber lain yang relevan berhubungan dengan materi praktikum ini. 3) Setelah itu, ujilah kemampuan Anda dengan mencoba menjawab soal-soal yang telah disediakan, kemudian ukurlah tingkat pemahaman Anda dengan mencocokkan jawaban dan menghitungnya dengan menggunakan rumus yang telah disediakan. Selamat mencoba dan selamat bekerja, mudah-mudahan Anda menjadi guru yang profesional. Amien.

Praktilum IPA

vii

Unit

1

PENGUKURANIsmet, S.Pd., M.Si Drs. Adeng Slamet, M.Si

Pendahuluan

I

PA merupakan cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang fenomenafenomena alam yang disusun melalui tahapan-tahapan metode ilmiah yang bersifat khas-khusus, yaitu penyusunan hipotesis, melakukan observasi, penyusunan teori, pengujian hipotesis, penarikan kesimpulan, dan seterusnya. Fenomena-fenomena alam yang diungkap biasanya dapat dirumuskan dalam besaran-besaran fisika. Pengamatan fenomena-fenomena alam tidaklah lengkap bila tidak disertai dengan data kuantitatif yang diperoleh dari hasil pengukuran. Oleh karena itu pengukuran merupakan bagian penting dalam ilmu pengetahuan alam. Dalam kehidupan sehari-hari tanpa kita sadari sesungguhnya kita tidak pernah luput dari kegiatan pengukuran. Kita membeli minyak goreng, gula, beras, daging, mengukur tinggi badan, menimbang berat, mengukur suhu tubuh merupakan bentuk aktivitas pengukuran. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa pengukuran merupakan bagian dari kehidupan manusia. Melalui hasil pengukuran kita dapat membedakan antara satu dengan yang lainnya. Pengukuran agar memberikan hasil yang baik maka haruslah menggunakan alat ukur yang memenuhi syarat. Suatu alat ukur dikatakan baik bila memenuhi syarat yaitu valid (sahih) dan reliabel (dipercaya). Disamping ke dua syarat di atas, ketelitian alat ukur juga harus diperhatikan. Semakin teliti alat ukur yang digunakan, maka semakin baik kualitas alat ukur tersebut. Mengukur pada hakikatnya adalah membandingkan suatu besaran dengan suatu besaran yang sudah terstandar. Pengukuran panjang dilakukan dengan menggunakan mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup. Pengukuran berat

Praktilum IPA

1- 1

menggunakan neraca dengan berbagai ketelitian, mengukur kuat arus listrik menggunakan ampermeter, mengukur waktu dengan stopwatch, mengukur suhu dengan termometer, dan lain sebagainya. Mistar, jangka sorong, mikrometer sekrup, neraca, amper meter, termometer merupakan alat ukur yang sudah terstandar. Dengan menggunakan alat ukur yang sudah terstandar, maka siapapun yang melakukan pengukuran, dimanapun pengukuran itu dilakukan, dan kapanpun pengukuran itu dilaksanakan akan memberikan hasil yang relatif sama. Unit ini akan mengantarkan Anda untuk memahami konsep pengukuran melalui serangkaian kegiatan/percobaan yang teridiri dari pengukuran panjang, pengukuran berat, pengukuran volume, pengukuran hambatan, kuat arus dan tegangan listrik. Setelah melakukan serangkaian kegiatan/percobaan diharapkan Anda mampu: 1. melakukan pengukuran panjang menggunakan mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup. 2. melakukan pengukuran berat dengan berbagai alat ukur berat. 3. melakukan pengukuran volume benda yang bentuknya tak beraturan. 4. melakukan pengukuran hambatan, arus, dan tegangan listrik Untuk mencapai hasil yang optimal, ada beberapa petunjuk yang perlu Anda pahami dan lakukan dengan baik. 1. Bacalah dengan cermat petunjuk kegiatan agar Anda memperoleh gambaran yang jelas tentang apa yang harus Anda lakukan. 2. Untuk menambah wawasan Anda, berusahalah mencari sumber-sumber lain yang menunjang materi ini. 3. Setelah selesai, ujilah kemampuan Anda dengan mencoba menjawab soal-soal pada tes formatif yang telah disediakan, kemudian ukurlah tingkat pemahaman Anda dengan mencocokkan jawaban dan menghitungnya dengan menggunakan rumus yang telah disediakan. Selamat bekerja semoga sukses

1 - 2 Unit 1

Subunit 1 Pengukuran Panjangila di atas meja yang berada dihadapan Anda terletak selembar kertas HVS ukuran kwarto, dapatkah Anda menentukan berapakah ukuran panjang dan lebarnya? Tentu tidaklah sulit, Anda tinggal ambil sebuah mistar dan lakukan pengukuran panjang dan lebar kertas tersebut. Dapatkah Anda menuliskan hasil pengukuran tersebut dengan baik? Bagaimana cara menyatakan hasil pengukuran tersebut bila ukuran panjang dan lebar kertasnya tidak persis berimpit dengan skala alat ukur yang digunakan? Mengukur panjang dan lebar selembar kertas pada dasarnya tidaklah begitu sulit. Kalau Anda diminta mengukur tebal selembar kertas, dapatkah Anda melakukannya dengan menggunakan sebuah mistar. Tentu saja Anda tidak dapat menggunakan mistar karena ukuran ketebalan kertas lebih kecil dari skala terkecil dari mistar. Lalu apa alat ukur yang dapat digunakan? Bagaimana pula kalau di hadapan Anda terletak sebuah pena. Anda tentu dapat melakukan pengukuran panjangnya dengan baik. Apa yang harus Anda lakukan untuk menentukan diameter (garis tengah) pena tersebut. Dapatkah dengan menggunakan mistar? Tentu Anda akan kesulitan bukan? Bagaimana dengan diameter sebuah kawat halus? Apa yang harus Anda lakukan untuk mendapatkan data-data hasil pengukuran tersebut? Untuk dapat melakukan pengukuran ketebalan kertas, diameter kawat, berikut ini kita akan melakukan kegiatan/ percobaan menggunakan mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup. Sebelum melakukan kegiatan/percobaan, siapkan dulu alat dan bahan yang dibutuhkan, baca prosedur kerja dengan cermat, dan siapkan tabel pengamatan dengan baik.

B

a. b.

Judul Kegiatan : Pengukuran panjang Tujuan Kegiatan1. melakukan pengukuran panjang menggunakan jangka sorong dan mikrometer sekrup 2. melakukan pengukuran berat menggunakan timbangan 3. melakukan pengukuran tahanan, arus, dan tegangan listrik menggunakan multimeter.Praktilum IPA

1- 3

c.

Landasan TeoriMengukur pada hakikatnya adalah membandingkan suatu besaran fisis dengan suatu besaran yang sudah terstandar. Pengukuran panjang suatu besaran fisis dapat dilakukan dengan menggunakan mistar. Untuk besaran fisis yang tidak dapat diukur menggunakan mistar, maka dapat dilakukan dengan menggunakan jangka sorong atau mikrometer sekrup. Mistar merupakan alat ukur panjang yang paling sederhana dan sudah lumrah dikenal orang. Ada dua jenis mistar yang sering digunakan, yaitu stik meter dan mistar metrik. Stik meter memiliki panjang satu meter dan memiliki skala desimeter, sentimeter, dan milimeter. Mistar metrik memiliki panjang 30 sentimeter. Mistar memiliki skala pengukuran terkecil 1 milimeter, sesuai dengan jarak garis terkecil antara dua garis yang saling berdekatan. Ketelitiannya adalah 0,5 milimeter, atau setengah dari skala terkecil. Dengan menggunakan mistar untuk mengukur diamater sebuah bola, diameter silinder atau untuk mengukur dimensi jari-jari dalam dan luar dari slinder akan sangat sulit dilakukan dan hasilnya juga kurang akurat. Jangka sorong merupakan alat ukur yang dapat digunakan untuk mengukur dimensi jari-jari atau diameter dengan hasil yang lebih akurat. Ketelitian jangka sorong mencapai 0,1 mm. Gambar 1 menunjukkan jangka sorong dengan bagianbagiannya. Jangka sorong terdiri atas rahang tetap dan rahang sorong. Pada rahang tetap terdapat skala yang disebut dengan skala utama. Satu bagian skala utama panjangnya 1 mm. Rahang sorong, merupakan rahang yang dapat digeser-geser sesuai dengan ukuran benda yang akan diukur.

1 - 4 Unit 1

Gambar 1.1. Pengukuran panjang benda dengan jangka sorong Pada rahang sorong dilengkapi dengan 10 bagian skala yang disebut dengan skala nonius atau vernier. Panjang 10 skala nonius adalah 9 mm. Hal ini berarti 1 skala nonius (jarak antara dua garis skala nonius yang berdekatan) 0,9 mm. Dengan demikian selisih skala utama dengan skala nonius adalah 1 mm 0,9 mm = 0,1 mm atau 0,01 cm. Hal ini berarti bahwa tingkat ketelitian dari jangka sorong adalah nilai skala terkecil (nst) = 0,005 cm. Dengan ketelitian demikian, jangka sorong dapat dipakai untuk mengukur ketebalan suatu plat tembaga, diameter dalam dan diamater luar sebuah pipa. Pada gambar 1 dapat dinyatakan hasil pengukurannya sebagai berikut. Hasil pengukuran berada di antara skala 2,1 dan 2,2 cm pada skala utama. Skala nonius yang ke lima tepat berimpit dengan skala utama. Karena 1 skala nonius bernilai 0,01 cm, maka 5 skala nonius bernilai 0,05 cm. Dengan demikian hasil pengukuran dapat dituliskan menjadi 2,1 + 0,05 = 2,15 cm. Selain dapat digunakan untuk mengukur ketebalan atau panjang suatu benda, jangka sorong juga dapat digunakan untuk mengukur diameter dalam dan diameter luar sebuah benda berbentuk tabung atau silinder, seperti terlihat pada gambar 1.2.

Praktilum IPA

1- 5

Gambar 1.2. Pengukuran (a) diamater dalam dan (b) diamter luar menggunakan mikrometer sekrup Benda yang ukurannya sangat tipis seperti kertas atau kawat yang ukurannya sangat kecil tidak dapat diukur menggunakan jangka sorong. Untuk mengukur dimensi luar dari benda yang sangat tipis digunakan mikrometer sekrup. Seperti halnya jangka sorong, mikrometer sekrup juga memiliki dua skala, yaitu skala utama dan skala nonius.

Gambar 1.3. Mikrometer sekrup Skala utama ditunjukkan oleh silinder pada lingkaran dalam, sedangkan skala nonius ditunjukkan oleh selubung pada lingkaran luar. Jika selubung luar diputar satu kali putaran penuh, maka skala utama akan berubah 0,5 mm. Karena skala luar memiliki 50 skala, maka 1 skala pada selubung luar sama dengan jarak maju atau mundur rahang geser sejauh 0,5 mm/50 = 0,01 mm, yang merupakan skala terkecil dari mikrometer sekrup.

1 - 6 Unit 1

Ketelitian mikrometer sekrup adalah nst atau 0,005 mm. Dengan demikian mikrometer sekrup dapat dipakai untuk mengukur tebal selembar kertas atau diameter sebuah kawat yang sangat halus. Hasil pengukuran sebuah benda menggunakan mikrometer sekrup pada gambar 2 dapat dinyatakan sebagai berikut. Skala utama yang terdekat dengan selubung luar adalah 4,5 mm. Garis mendatar pada selubung luar yang berimpit dengan garis mendatar pada skala utama adalah garis ke 48. Dengan demikian hasil pengukuran dapat dinyatakan dengan 4,5 mm + 48 bagian = 4,5 mm + 48 x 0,01 mm = 4,98 mm. Sehingga hasil pengukuran dapat ditulis dengan 4,98 mm.

d. Alat dan Bahan1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. mistar jangka sorong mikrometer sekrup kertas gelas ukur kawat halus tabung reaksi kelereng balok tembaga, kayu, dan besi

e. Prosedur Kerja1) Kegiatan I : Mengukur panjang dengan jangka sorong a) Sebelum menggunakan jangka sorong, periksalah terlebih dahulu skala utama dan skala noniusnya. Katupkan jangka sorong, bila angka nol kedua skala tidak berimpit, maka jangka sorong dikatakan mempunyai kesalahan titik nol. Oleh karena itu hasil pengukuran perlu dikoreksi. b) Tempatkan benda yang akan diukur di antara dua rahang jangka sorong. c) Perhatikan angka pada skala utama yang berdekatan dengan angka nol pada nonius. d) Perhatikan garis nonius yang tepat berimpit dengan garis pada skala utama.Praktilum IPA

1- 7

e) Tentukan hasil pengukuranmu! 2) Kegiatan II: Mengukur panjang dengan mikrometer sekrup a) Tempatkan benda yang akan diukur diantara selubung ulir/ rahang geser. b) Putar maju selubung luar sesuai dengan ketebalan benda yang akan diukur. c) Putar roda bergerigi supaya hasil pengukuran tidak bergeser. d) Perhatikan skala utama yang terdekat dengan tepi selubung luar. e) Perhatikan garis mendatar pada selubung luar yang berimpit dengan garis mendatar pada skala utama. f) Tentukan hasil pengukuranmu!

LatihanUntuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap kegiatan praktikum yang telah dilakukan, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut! 1. Ketika ingin mengukur sesuatu, kapankah Anda menggunakan jangka sorong atau mikrometer sekrup? Apa keuntungannya? 2. Tentukan hasil pengukuran panjang menggunakan jangka sorong seperti gambar berikut!

3. Bila pengukuran sebuah kawat menggunakan mikrometer sekrup terlihat seperti gambar. Nyatakan hasil pengukuran tersebut dengan angka!

1 - 8 Unit 1

Pedoman jawaban latihan1. Jangka sorong digunakan untuk mengukur besar-besaran fisis yang tidak mungkin diukur dengan menggunakan mistar. Dengan jangka sorong dan mikrometer sekrup hasilnya akan lebih akurat karena tingkat ketelitian jagka sorong maupun mikrometer sekrup dapat mencapai tingkat ketelitian 0,005 mm. 2. Perhatikan gambar di atas. Hasil pengukuran diameter luar sebuah pipa kecil berada diantara 2,4 cm dan 2,5 cm. Garis skala nonius yang berimpit dengan garis pada skala utama adalah garis ke 4. Hal ini berarti hasil pengukuran dapat dinyatakan: Diameter luar pipa = 2,4 cm + (4 x 0,01 cm) = 2,44 cm 3. Hasil pengukuran menggunakan mikrometer sekrup dapat dituliskan Skala utama terdekat dengan selubung silinder luar adalah 2,5 mm. Selubung silinder luar yang berimpit dengan garis mendatar pada skala utama adalah garis ke 48. Hal ini berarti diameter kawat dapat ditulis: Diameter kawat = 2,5 mm + (48 x 0,01 mm) = 2,98 mm.

Praktilum IPA

1- 9

Rangkuman

Mistar merupakan alat ukur panjang yang paling sederhana dan sudah lumrah dikenal orang. Menggunakan mistar untuk mengukur dimensi jari-jari dalam dan luar dari slinder akan sangat menyulitkan dan hasilnya juga kurang akurat. Jangka sorong merupakan alat ukur yang dapat digunakan untuk mengukur dimensi jari-jari atau diameter dengan hasil yang lebih akurat. ketelitian jangka sorong mencapai 0,1 mm. Benda yang ukurannya sangat tipis seperti kertas atau kawat yang ukurannya sangat kecil tidak dapat diukur menggunakan jangka sorong. Untuk mengukur dimensi luar dari benda yang sangat tipis dapat dilakukan dengan menggunakan mikrometer sekrup. Ketelitian mikrometer sekrup dapat mencapai 0,01 mm.

Tes Formatif 1Untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap kegiatan praktikum yang dilakukan, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut! 1. Berapakan hasil pengukuran panjang dengan menggunakan jangka sorong yang ditunjukkan oleh gambar berikut?

1 - 10 Unit 1

2. Pengukuran menggunakan jangka sorong diperlihatkan oleh gambar berikut. Tuliskan hasil pengukuran tersebut!

3. Berapakah hasil pengukuran panjang menggunakan mikrometer sekrup yang diperlihatkan oleh gambar berikut?

4. Nyatakan hasil pengukuran yang diperlihatkan oleh gambar berikut!

5. Pengukuran panjang sebuah benda dengan menggunakan jangka sorong sebagai berikut. Skala utama berada antara angkla 2,5 dan angka 3. Sedangkan skala ke 40 pada skala nonius berimpit garis pada skala utama. Berapakah hasil pengukuran panjang benda tersebut?

Praktilum IPA

1- 11

Subunit 2 Pengukuran Volume

V

olume merupakan besaran turunan yang dapat diturunkan dari besaran pokok panjang. Volume balok dapat ditentukan melalui pengukuran tidak langsung dari besaran panjang, lebar dan tingginya. Bagaimana kalau Anda memiliki sebongkah batu, apa yang harus Anda lakukan untuk menentukan ukuran volumenya? Dapatkah Anda menggunakan mistar, jangka sorong atau mikrometer sekrup? Pengukuran volume benda padat yang bentuknya tidak beraturan tidak dapat dilakukan dengan cara pengukuran tidak langsung. Volume benda padat yang bentuknya tak teratur dan berukuran tidak terlalu besar dapat diukur secara langsung dengan menggunakan gelas ukur. Untuk dapat melakukan pengukuran volume suatu benda, berikut ini kita akan melakukan kegiatan/percobaan menggunakan mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup, gelas ukur, dan gelas berpancuran. Sebelum melakukan kegiatan/percobaan, siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan, baca prosedur kerja dengan cermat, dan siapkan tabel pengamatan dengan baik.

a. b.

Judul Kegiatan : Pengukuran Volume Tujuan Kegiatan1. melakukan pengukuran volume menggunakan jangka sorong dan mikrometer sekrup. 2. melakukan pengukuran volume menggunakan gelas ukur dan gelas berpancuran.

c.

Landasan TeoriMenentukan ukuran volume benda yang bentuknya teratur seperti balok, kubus, slinder dapat dilakukan melalui pengukuran tidak langsung. Berikut merupakan cara yang dapat dilakukan untuk menentukan volume beberapa benda yang bentuknya teratur. Volume benda yang berbentuk balok dapat ditentukan melalui pengukuran panjang, lebar, dan tinggi. Benda berupa kubus melalui pengukuran panjang sisi-sisinya, dan benda berbentuk silinder melalui pengukuran diameter dan tinggi silinder, dan

1 - 12 Unit 1

Praktilum IPA

1- 13

Unit

2

MEKANIKAIsmet, S.Pd., M.Si

Pendahuluan

S

emua benda yang ada di alam ini tanpa kecuali senantiasa melakukan gerak. Dalam skala makro kita lihat bagaimana bumi tempat kita berpijak melakukan putaran pada porosnya sambil mengorbit matahari sebagai pusat tatasurya kita. Bahkan telah diketahui orang bahwa seluruh benda-benda langit bergerak menjauhi satu sama lain dengan kecepatan yang sangat tinggi. Demikian juga dalam skala mikro, sel yang membangun makhluk hidup, dan atom sebagai unsur penyusun alam semesta selalu melakukan gerakan. Dengan demikian gerak merupakan bagian dari kehidupan. Pada unit ini telaah kita akan difokuskan pada mekanika. Mekanika merupakan cabang dari ilmu fisika yang mempelajari gerak benda dan pengaruh lingkungan terhadap gerak benda. Bagian dari mekanika yang mempelajari gerak benda tanpa mempedulikan penyebab gerak atau bagaimana lingkungan mempengaruhi gerak tersebut disebut dengan kinematika. Bagian yang mempelajari bagaimana lingkungan mempengaruhi gerak benda disebut dengan dinamika. Dalam dinamika, tinjauan tentang gerak sudah dikaitkan dengan penyebab gerak benda, dalam hal ini adalah gaya. Gaya merupakan tarikan atau dorongan yang dapat mengubah gerak benda, arah gerak, dan bentuk benda. Gaya yang dapat menyebabkan benda diam dapat bergerak, dan gaya pula yang dapat menyebabkan benda yang bergerak berubah diam. Dengan gaya pula manusia dapat melakukan pekerjaan. Dalam menjalankan hidupnya, manusia selalu berusaha untuk mencari kemudahan-kemudahan. Manusia berusaha melakukan pekerjaan berat dengan menggunakan gaya yang sekecil mungkin. Kalau Anda ingin mendapat kemudahanPraktilum IPA

2-1

dalam menimba air dari sumur, alat apa yang Anda pikirkan untuk digunakan? Anda pasti memikirkan katrol (kerekan), menimba air menggunakan alat bantu katrol akan membuat pekerjaan menimba air menjadi lebih mudah. Bagaimana kalau Anda menjumpai ada sebuah batu besar yang menghalangi jalan sehingga kendaraan Anda tidak dapat lewat? Apa yang Anda pikirkan untuk dapat memindahkan batu tersebut. Dapatkah dengan menggunakan sebatang tongkat atau sebuah linggis? Bagaimana caranya? Demikian juga kalau Anda ingin memindahkan sebuah drum minyak ke atas sebuah truk, dapatkah dengan cara menggelindingkan drum di atas satu atau dua batang balok kayu? Semua yang kita bicarakan di atas merupakan cara yang dilakukan untuk memudahkan perkerjaan manusia. Dalam IPA, alat yang digunakan untuk memudahkan pekerjaan dinamakan pesawat sederhana. Unit ini akan mengantarkan Anda untuk memahami konsep pesawat sederhana melalui serangkaian kegiatan/percobaan yang terdiri dari sistem katrol, tuas/pengungkit, dan bidang miring. Setelah melakukan serangkaian kegiatan/percobaan diharapkan Anda dapat: 1. merakit rangkaian katrol tunggal dan katrol ganda; 2. menentukan keuntungan mekanik dan kerugian menggunakan sistem katrol;. 3. menentukan hubungan antara panjang lengan kuasa, panjang lengan beban, besar beban, dan besarnya kuasa; 4. menentukan hubungan antara kemiringan bidang miring dengan gaya. Untuk mencapai hasil yang optimal, ada beberapa petunjuk yang perlu Anda pahami dan lakukan dengan baik. 1. Bacalah dengan cermat petunjuk kegiatan agar Anda memperoleh gambaran yang jelas tentang apa yang harus Anda lakukan. 2. Untuk menambah wawasan Anda, berusahalah mencari sumber-sumber lain yang menunjang materi ini. 3. Setelah selesai, ujilah kemampuan Anda dengan mencoba menjawab soalsoal pada tes formatif yang telah disediakan, kemudian ukurlah tingkat pemahaman Anda dengan mencocokkan jawaban dan menghitungnya dengan menggunakan rumus yang telah disediakan. Selamat bekerja semoga sukses

2 2

Unit 2

Subunit 1 Katrol

P

ernahkan Anda mengangkat ember yang berisi air dari sumur menggunakan satu buah katrol (kerekan)? Bagaimana rasanya bila dibandingkan dengan mengangkat langsung? Anda pasti merasakan mengangkat ember berisi air menggunakan katrol terasa lebih ringan. Mengapa demikian? Ketika Anda mengangkat air menggunakan katrol, maka sebenarnya Anda memberikan gaya tarik yang arahnya sama dengan gaya gravitasi bumi, sehingga seolah-olah Anda merasakan gaya gravitasi bumi membantu Anda dalam melakukan pekerjaan. Pernahkan Anda memikirkan apa yang harus dilakukan agar Anda dapat mengangkat benda menggunakan gaya yang lebih kecil? Bagaimana kalau menggunakan sistem katrol atau katrol ganda (dua, tiga, atau empat katrol) yang disusun sedemikian rupa. Apakah Anda dapat mengangkat beban dengan menggunakan gaya yang lebih kecil lagi? Semakin banyak katrol yang digunakan, maka semakin kecil gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda. Untuk memantapkan pemahaman Anda tentang katrol, berikut ini kita akan melakukan kegiatan/percobaan tentang cara merangkai sistem katrol, menentukan keuntungan mekanik, serta kerugian bila kita menggunakan sistem katrol. Sebelum melakukan kegiatan/percobaan, siapkan dulu alat dan bahan yang dibutuhkan, baca prosedur kerja dengan cermat, dan siapkan tabel pengamatan dengan baik.

a. b.

Judul Kegiatan: Katrol memudahkan pemindahan benda Tujuan Kegiatan:1. Terampil merangkai sitem katrol ganda. 2. Menentukan keuntungan mekanik katrol tunggal dan katrol ganda. 3. Menentukan kerugian penggunaan katrol ganda.

c.

Landasan TeoriKatrol merupakan salah satu bentuk dari pesawat sederhana yang berfungsi untuk memudahkan pemindahan benda. Prinsip kerja dari pesawat sederhana adalah melipatgandakan gaya atau mengubah

Praktilum IPA

2-3

arah gaya. Benda atau beban yang berat dapat dipindahkan dengan memberikan sedikit gaya saja. Bilangan yang menyatakan pelipatgandaan hasil dari suatu pesawat sederhana terhadap gaya atau jarak perpindahan disebut keuntungan mekanis. Dalam pemakaian katrol, biasanya katrol dilengkapi dengan tali. Terdapat dua jenis katrol yaitu katrol tetap (gambar 1a) dan katrol bergerak (gambar 1b). Dalam pemakaiannya kita sering menggabungkan beberapa katrol yang disebut dengan sistem katrol (gambar 1c dan 1d).

Gambar 2.1. Katrol tetap, katrol bergerak, dan sistem katrol Pada gambar 1 di atas, beban FB ditahan oleh jumlah utas atau penggal tali yang menahan berat benda, sehingga gaya yang diberikan beban FB akan direspon oleh gaya FK bersama-sama melalui jumlah penggal tali yang terlibat dalam menahan beban tersebut. Keuntungan mekanis menggunakan sistem adalah sama dengan perbandingan antara besar gaya beban dengan gaya kuasa. Untuk sistem katrol yang terdiri dari 2 buah katrol, maka ada dua penggal tali yang menahan gaya yang diberikan oleh beban FB seperti terlihat pada gambar 1, sehingga satu penggal tali akan memberikan gaya kuasa sebesar setengahnya dari gaya yang diberikan beban. Dengan demikian mengangkat benda dengan menggunakan sistem dua katrol dapat dilakukan dengan memberikan gaya yang

2 4

Unit 2

besarnya setengah dari gaya yang diberikan benda/beban, atau FB = 2 x FK . Keuntungan mekanis sistem dua katrol adalah FB/ FK = 2. Seringkali beban yang harus kita pindahkan berat sekali. Untuk mengangkatnya kita dapat menggunakan katrol majemuk yang merupakan gabungan dari beberapa katrol diam dan katrol bergerak seperti pada gambar 1d. Terlihat bahwa gaya beban FB ditahan oleh 4 utas/penggal tali. Masing-masing penggal tali memberikan gaya seperempat dari gaya beban FB. Disini FB = 4 x FK. Keuntungan mekaniknya adalah adalah FB/ FK = 4. Disamping keuntungan tersebut di atas, penggunaan sistem katrol atau katrol ganda juga memiliki kelemahan. Kelemahan penggunaan katrol ganda dalam memindahkan beban adalah pergeseran yang harus kita lakukan menjadi sekian kali lipat dari jumlah penggal tali yang terlibat.

d.

Alat dan bahanKIT yang terdiri dari 1. standar. 2. katrol ganda. 3. tali (5 meter). 4. neraca pegas. 5. pengait. 6. beban. 7. mistar.

e.

Prosedur Kerja1. Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan. 2. Angkat sebuah balok/beban setinggi 30 cm dengan menggunakan neraca pegas seperti gambar 2a. Ukur jarak pergeseran neraca pegas dan besar gaya dengan cara membaca skala neraca pegas, lalu catat hasil pengamatanmu ke dalam tabel pengamatan. 3. Pasang sebuah katrol pada standar, lalu pasangkan tali yang mengikat pengait melalui katrol seperti tampak pada gambar 2b. Tariklah tali ke bawah sehingga beban terangkat setinggi 30 cm dari kedudukan semula. Catat hasil pengamatan Anda!

Praktilum IPA

2-5

4.

Pasangkan sebuah katrol bebas dan hubungkan dengan tali seperti gambar 2c. Dengan cara yang sama dengan langkah 3, catat hasil pengamatan Anda!

a

b

c

d

Gambar 2.2. Sistem katrol (katrol tetap dan katrol bebas) Tabel 2.1. Katrol tetap dan katrol bebasNo 1 2 Kegiatan Mengangkat beben secara langsung Mengangkat benda mengunakan 1 katrol tetap Mengangkat benda mengunakan 1 katrol tetap dan 1 katrol bebas Mengangkat benda menggunakan 4 katrol Besar gaya (Newton) Jumlah penggal tali (buah) Jarak pergeseran neraca pegas (cm)

3

4

2 6

Unit 2

LatihanUntuk menambah wawasan dan pemahaman Anda mengenai katrol, coba lakukan latihan berikut ini! 1. Lakukan kegiatan mengangkat benda dengan menggunakan satu katrol, kegiatan yang satu menggunakan katrol tetap dan yang lainnya menggunakan katrol bergerak. Manakah yang lebih mudah? 2. Lakukan kegiatan menarik beban menggunakan satu, dua, dan empat katrol dengan arah gaya ke atas, ke bawah, dan ke samping. Ke arah manakah yang membutuhkan gaya yang lebih besar? 3. Sebutkan penggunaan katrol yang sering kamu temui dalam kehidupan sehari-hari!

Pedoman jawaban latihan1. Dengan menggunakan satu katrol tetap, gaya tarik benda sama besar dengan gaya berat benda. Katrol tetap hanya mengubah arah gaya dalam mengangkat benda, yaitu searah dengan gaya gravitasi bumi sehingga terasa lebih mudah. Menggunakan satu katrol bebas, gaya tarik benda menjadi gaya berat benda, tetapi kita harus menariknya sepanjang dua kali ketinggian terangkatnya benda. 2. Mengangkat benda menggunakan sistem katrol baik ke atas, ke samping, maupun ke arah bawah membutuhkan kuasa atau gaya yang sama besar. Arah penarikan hanya mengubah arah gaya atau kuasa yang diberikan. 3. Katrol sering digunakan dalam kehidupan sehari hari untuk a. mengangkat air dari sumur. b. peralatan lift pada gedung-gedung bertingkat. c. mengangkat beban berat di proyek-proyek pembangunan gedung. d. traksi tulang dan traksi kepala di rumah sakit. e. mobil derek untuk mengangkat kendaraan yang mengalami kecelakaan di jalan raya.

Praktilum IPA

2-7

RangkumanKatrol merupakan peralatan yang bekerja berdasarkan prinsip pesawat sederhana. Katrol dapat berguna untuk memudahkan dalam pemindahan benda. Prinsip kerja katrol adalah melipatgandakan gaya atau mengubah arah gaya. Bilangan yang menyatakan pelipatgandaan hasil dari suatu pesawat sederhana terhadap gaya atau jarak perpindahan disebut keuntungan mekanis. Keuntungan mekanis (KM) pada sistem katrol merupakan perbandingan antara besarnya gaya beban dan gaya kuasa. KM = FB/FK. Penggunaan sistem katrol terutama katrol ganda, di samping memiliki keuntungan juga ada kelemahan. Kelemahan penggunaan katrol ganda dalam memindahkan beban adalah pergeseran yang harus kita lakukan menjadi sekian kali lipat dari jumlah penggal tali yang terlibat.

Tes Formatif 1Untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap kegiatan praktikum yang dilakukan, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut! 1. Tiga buah susunan katrol seperti gambar di bawah.

a. Sebutkan katrol manakah yang merupakan katrol tetap dan mana yang katrol bergerak! Jika gaya F yang digunakan untuk mengangkat beban sebesar 300 Newton, hitunglah: b. Keuntungan mekanis masing-masing susunan katrol! c. Besarnya gaya kuasa yang dibutuhkan untuk mengangkat beban! d. Tentukan pergeseran titik kuasa bila beban terangkat setinggi 1 meter!

2 8

Unit 2

2. a. Dari dua buah katrol di bawah ini, tentukan keuntungan mekanisnya!

a b b. Apa keuntungan dan kerugian menggunakan kedua katrol tersebut? 3. Perhatikan gambar di bawah ini!

a. Tentukan besarnya kuasa untuk mengangkat beban 500 Newton dengan menggunakan masing-masing sistem katrol b. Tentukan keuntungan mekanis masing-masing susunan katrol 4. Dua buah susunan katrol seperti gambar di samping. Bila pada katrol 1 diperlukan gaya minimal sebesar 100 Newton untuk mengangkat beban seberat w. a. Berapa berat w? b. Berapa gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban pada katrol 2?

Katrol 1

Katrol 2

5. Sebuah beban seberat 500 Newton dipindahkan dengan menggunakan katrol ganda dengan empat katrol. Bila beban terangkat setinggi 2 meter, berapakah panjang tali yang harus ditarik untuk mengangkat beban tersebut? Berapa keuntungan mekaniknya?

Praktilum IPA

2-9

Subunit 2 Pengungkit

B

ila di depan Anda terletak sebuah kaleng susu bubuk dalam keadaan tertutup sangat rapat, dan Anda diminta untuk membuka tutup kaleng tersebut dengan menggunakan tangan tanpa bantuan alat. Apa yang Anda rasakan? Sulitkah? Anda pasti merasakan sangat sulit. Sekarang disediakan beberapa buah paku yang sama besar dalam berbagai ukuran panjang untuk mambantu Anda, paku yang manakah yang Anda pilih. Tentu saja Anda akan memilih paku yang ukuran paling panjang. Mengapa? Jawabannya adalah semakin panjang paku yang digunakan semakin mudah tutup kaleng untuk dibuka. Dalam konsep IPA sebenarnya Anda sedang menerapkan prinsip kerja pengungkit atau tuas. Tuas atau pengungkit merupakan salah satu bentuk dari pesawat sederhana yang dapat meringankan pekerjaan manusia. Prinsip kerja tuas atau pengungkit dapat kita temukan pada gunting, pembuka tutup botol, sekop, catut, dan lain sebagainya. Agar penguasaan Anda terhadap konsep tuas atau pengungkit menjadi lebih baik dan utuh, berikut ini Anda akan melakukan kegiatan/ percobaan tentang prinsip kerja tuas. Sebelum melakukan kegiatan/percobaan, siapkan dulu alat dan bahan yang dibutuhkan, baca prosedur kerja dengan cermat, dan siapkan tabel pengamatan dengan baik.

a. b.

Judul Kegiatan : Pengungkit Meringankan Pekerjaan Tujuan Kegiatan :1. Menemukan hubungan antara lengan kuasa, lengan beban, besar kuasa dan besarnya beban. 2. Menentukan keuntungan mekanik dari tuas.

c.

Landasan TeoriTuas atau pengungkit bekerja berdasarkan perbandingan antara panjang lengan kuasa dan panjang lengan beban. Untuk memahami prinsip keja sebuah tuas, perhatikanlah gambar berikut

2 10

Unit 2

ini. Sebatang tongkat yang digunakan untuk memindahkan sebuah batu besar. Batu yang beratnya FB merupakan beban

Gambar 2.3. Tuas

yang akan dipindahkan. Beban berada pada posisi ujung tongkat bagian bawah, dan gaya kuasa FK yang diberikan berada pada bagian ujung yang lainnya. Titik tumpu T berada di antara gaya berat dan gaya kuasa. Jarak antara Gaya berat dengan titik tumpu dinamakan lengan beban LB, dan jarak antara gaya kuasa dengan titik tumpu dinamakan lengan kuasa LK. Titik tempat beban berada dinamakan lengan titik beban B, dan titik kuasa K merupakan titik tempat kita memberikan gaya kuasa. Untuk memindahkan benda, maka kita harus memberikan kuasa FK yang arahnya ke bawah sehingga beban FB terangkat ke atas dan siap untuk dipindahkan. Ketika kuasa diberikan, maka pada tongkat akan terjadi gerakan memutar yang disebut dengan torsi atau momen gaya. Momen gaya disini merupakan kemampuan gaya untuk memutar tongkat. Momen gaya yang disebabkan oleh gaya kuasa FK besarnya adalah FK x LK, dan oleh gaya berat FB adalah FB x LB. Syarat agar beban dapat dipindahkan maka haruslah terjadi keseimbangan antara momen gaya yang disebabkan oleh gaya berat dengan momen gaya yang disebabkan oleh gaya kuasa. Dengan demikian, FK x LK = FB x LB Keuntungan bila kita menggunakan tuas adalah kita dapat memindahkan beban yang berat dengan memberikan gaya yang kecil. Keuntungan tersebut dinamakan keuntungan mekanis yang tidak lain merupakan perbandingan antara berat beban FB dan gaya

Praktilum IPA

2 - 11

kuasa FK, atau perbandingan antara lengan kuasa LK dan lengan beban LB, dimana dapat dituliskan dalam sebuah persamaan.FB FK LK LB

Keuntungan mekanis =

d.

Alat dan bahanKIT yang terdiri dari 1. bidang lengkap dengan kaki. 2. pengungkit. 3. sumbu. 4. penyeimbang. 5. neraca pegas. 6. mangkuk. 7. beban 50 gram.

e.

Prosedur kerja1. Masukkan sebutir batu/beban ke dalam mangkuk, dan timbanglah berat batu menggunakan neraca pegas. 2. Rakitlah peralatan seperi pada gambar disamping. 3. Pasanglah mangkuk pada lubang no. 6 pada lengan sebelah kiri dan neraca pegas pada lubang no.6 di lengan sebelah kanan. 4. Tariklah neraca pegas sehingga kedudukan pengungkit menjadi setimbang. Lalu catat besarnya gaya yang ditunjukkan oleh neraca pegas ke dalam tabel pengamatan.

2 12

Unit 2

5.

Ulangi langkah 3 dan 4 dengan memindahkan neraca pegas pada lobang no 5, 4, 3, 2, dan 1. Catat hasil pengamatan Anda pada tabel 1. 6. Lakukan kegiatan yang sama pada langkah 1 sampai 5, dengan cara menggeser-geser mangkuk dari lobang no.6, 5, 4, 3, 2, 1. Neraca pegas tetap pada lobang no.6. catat hasil pengamatan pada tabel 2. 7. Tariklah kesimpulan dari hasil percobaan Anda! Tabel pengamatan 2.2. Percobaan tuas dengan variasi panjang lengan kuasaPanjang lengan kiri (no. lobang) Berat (Newton) Panjang lengan kanan (no. lobang) Gaya (Newton)

6 6 6 6 6 6

6 5 4 3 2 1

Tabel pengamatan 2.3. Percobaan tuas dengan variasi panjang lengan bebanPanjang lengan kiri (no. lobang) Berat (Newton) Panjang lengan kanan (no. lobang) Gaya (Newton)

6 5 4 3 2 1

6 6 6 6 6 6

Praktilum IPA

2 - 13

LatihanUntuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi di atas, kerjakanlah latihan berikut! 1. Tentukan letak titik beban, titik kuasa, dan titik tumpu pada peralatan gunting. 2. Lakukan kegiatan memotong secarik kain menggunakan gunting. Pada bagian manakah kain harus diletakkan supaya mudah dipotong? 3. Perhatikan ketika seorang mekanik membuka baut roda mobil di bengkel. Apa tujuan menyambungkan pipa pada kunci yang digunakan untuk membuka baut tersebut ?

Pedoman jawaban latihan1. Titik tumpu terletak pada sumbu atau as, titik kuasa pada pegangan, dan titik beban pada bagian pertemuan antara kedua mata gunting. 2. Kain harus diletakkan pada bagian pertemuan antara kedua mata gunting yang posisinya sangat dekat dengan titik poros atau as. Semakin dekat jaraknya ke titik sumbu, maka berarti semakin kecil nilai lengan beban. Memperkecil lengan beban merupakan salah satu usaha untuk mendapatkan keuntungan mekanis yang besar. 3. Kunci pembuka baut merupakan salah satu bentuk dari tuas atau pengungkit. Menyambung kunci pembuka baut dengan sebatang pipa adalah untuk memperpanjang lengan kuasa pada tuas. Dengan demikian akan memperbesar perbandingan antara LK dan LB, yang akan memperbesar keuntungan mekanis dari tuas.

2 14

Unit 2

Rangkuman

Tuas merupakan peralatan yang bekerja berdasarkan prinsip pesawat sederhana yang berfungsi untuk meringankan pekerjaan. Prinsip kerja tuas adalah mengatur perbandingan antara panjang lengan kuasa dengan panjang lengan beban. Semakin kecil lengan kuasa maka akan semakin besar gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban, dan sebaliknya semakin panjang lengan kuasa maka semakin kecil gaya kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban. Untuk mendapatkan keuntungan mekanis yang sebesar-besarnya adalah dengan memperbesar perbandingan antara panjang lengan kuasa dan panjang lengan beban. Keuntungan mekanis =FB FK LK LB

Tes Formatif 2Untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap kegiatan praktikum yang dilakukan, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut! 1. Sebuah tongkat sepanjang 4 meter yang difungsikan sebagai tuas digunakan untuk memindahkan sebongkah batu seberat 900 Newton yang menghalangi jalan. Tongkat ditumpu pada jarak 1 meter dari ujung tongkat. a. berapa kuasa yang harus diberikan agar dapat mengangkat batu tersebut? b. berapa keuntungan mekanisnya. 2. Dua orang anak yaitu Didi dan Yusuf bermain jungkat jungkit. Berat Didi lebih besar dari pada Yusuf. Bila masing-masing berada pada ujung jungkat jangkit. Bagaimanakah keadaan jungkat jangkit? Sisi bagian manakah yang lebih berat? Agar permainan seimbang siapakah yang harus bergeser? Kemanakah arah pergeserannya? 3. Perhatikan gambar berikut, berilah tanda panah untuk menentukan letak titik tumpu, titik beban dan titik kuasa.

Praktilum IPA

2 - 15

4. Seorang anak bernama Salman ingin memindahkan sebongkah batu yang menghalangi jalan dengan menggunakan sebatang tongkat yang difungsikan sebagai tuas. Salman hanya memiliki gaya sebesar 20 Newton. Bila berat batu 100 Newton, dan panjang lengan kuasa 2 meter. Pada jarak berapakah dari batu Salman harus memasang penumpu agar dapat memindahkan batu tersebut? 5. Tentukan kuasa yang harus diberikan sehingga tercapai keseimbangan seperti gambar di bawah ini 1m 3m15 kg

2 16

Unit 2

Subunit 3 Bidang Miring

S

ebuah drum berisi penuh minyak tanah terletak di hadapan Anda. Drum tersebut akan dipindahkan ke atas sebuah truk pada ketinggian 1 meter dari tanah. Apa yang harus Anda lakukan? Haruskah Anda mencari teman supaya dapat melakukannya? Berapa orangkah yang harus Anda cari? empat, lima, atau enam orang. Bagaimana kalau di tempat tersebut hanya ada Anda sendirian? Anda harus dapat melakukannya sendirian. Lalu bagaimana caranya? Seandainya di dekat Anda ada dua keping balok kayu, dapatkah Anda gunakan untuk membantu sehingga Anda dapat memindahkan drum tersebut? Ya, Anda harus menggunakan dua balok kayu untuk membuat bidang miring. Anda dapat memindahkan drum ke atas truk tanpa bantuan orang lain. Bidang miring merupakan salah satu bentuk dari pesawat sederhana yang membantu mempermudah pemindahan benda. Baiklah untuk memantapkan pemahaman Anda mengenai bidang miring, berikut ini Anda akan melakukan kegiatan percobaan yang dapat dilakukan secara mandiri. Sebelum melakukan kegiatan/percobaan, siapkan dulu alat dan bahan yang dibutuhkan, baca prosedur kerja dengan cermat, dan siapkan tabel pengamatan dengan baik.

a. b.

Judul Kegiatan : Bidang miring dapat memperkecil gaya Tujuan Kegiatan :1. Menemukan hubungan antara kemiringan bidang dengan besarnya gaya yang bekerja. 2. Menentukan keuntungan mekanis bidang miring. 3. Menjelaskan kerugian penggunaan bidang miring.

Praktilum IPA

2 - 17

c.

Landasan TeoriBidang miring pada hakikatnya merupakan bidang datar yang salah satu ujungnya lebih tinggi dari pada ujung yang lainnya. Perhatikan gambar berikut. B

FK FB A

d

h

Gambar 2.4. Bidang miring Sebuah balok seberat FB yang pada awalnya berada di lantai dan A akan dipindahkan ke suatu ketinggian h dari lantai. Ada dua cara yang dapat dilakukan, yang pertama adalah mengangkat langsung secara tegak lurus tanpa bantuan bidang miring dari lantai hingga mencapai ketinggian h. Kedua adalah dengan cara mendorong balok melewati bidang miring sejauh d dari posisi A ke B. Pada kasus pertama kita akan melakukan usaha atau kerja sebesar FB x h, dan untuk kasus ke dua kita akan melakukan kerja usaha atau kerja sebesar FK x d. Satuan usaha atau kerja dalam sistem Internasional adalah Newton x Meter, atau dikenal dengan Joule. Kerja yang dilakukan untuk memindahkan balok melalui lintasan d sama besarnya dengan kerja yang dilakukan melalui lintasan h. Dengan demikian dapat dituliskan bahwa FB x h = FK x d Karena panjang lintasan d lebih besar dari panjang lintasan h, maka harga FK lebih kecil dari FB. Dengan demikian memindahkan balok dari A ke B melalui bidang miring akan membutuhkan gaya yang lebih kecil dari pada mengangkat langsung. Keuntungan mekanis dengan menggunakan bidang miring adalah perbandingan antara berat beban FB dan besarnya gaya dorong

2 18

Unit 2

FK atau perbandingan antara panjang bidang miring d dan ketinggian h. Keuntungan mekanis =FB FK d h

Keuntungan mekanis akan semakin besar bila lintasan yang ditempuh semakin panjang dibandingkan dengan ketinggian, atau sudut kemiringan bidang miring semakin kecil. Namun dibalik keuntungan yang didapat harus dibayar dengan semakin panjangnya lintasan yang harus ditempuh dalam pemindahan benda.

d.

Alat dan BahanKIT yang terdiri dari 1. balok. 2. bidang. 3. standar/kaki. 4. neraca pegas. 5. mistar. 6. busur derajat.

e.

Prosedur kerja1. Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan. 2. Buat bidang miring menggunakan bidang dan standar dengan sudut 30 derajat. Lalu tariklah balok melewati bidang miring tersebut sampai ketinggian 20 cm dari lantai, catat angka yang ditunjukkan oleh neraca pegas ke dalam tabel pengamatan. Ukur pula panjang lintasan yang ditempuh balok menggunakan mistar. 3. Ulangi langkah 3 untuk sudut kemiringan 60 dan 90 derajat. Tabel 2.4 pengamatan percobaan bidang miring Besar sudut Jarak tempuh Skala neraca (derajat) ( cm) (Newton) 30 45 60 90

Praktilum IPA

2 - 19

LatihanUntuk memantapkan pemahaman Anda mengenai kegiatan eksperimen di atas, silahkan Anda mengerjakan latihan berikut! 1. Apa keuntungan dan kerugian menggunakan bidang miring? 2. Ketika Anda melewati jalan raya misalnya jalan raya puncak Bogor, terlihat jalannya berkelok-kelok. Tahukah Anda apa tujuannya jalan dibuat berkelok-kelok? 3. Sebutkan minimal 3 peralatan yang menggunakan prinsip bidang miring!

Pedoman jawaban latihan1. Penggunaan bidang miring dapat memperkecil gaya dalam pemindahan benda, tapi menyebabkan lintasan tempuhnya menjadi lebih panjang. 2. Jalan ke gunung dibuat berkelok-kelok supaya kemiringan jalannya tidak terlalu terjal. Dengan demikian mudah untuk dilewati karena tidak membutuhkan gaya yang terlalu besar. 3. Tiga peralatan yang menggunakan prinsip bidang miring a. Sekrup ulir b. Eskalator c. Baji

Rangkuman

Bidang miring merupakan peralatan yang bekerja berdasarkan prinsip pesawat sederhana yang berfungsi untuk meringankan pekerjaan sehingga memudahkan dalam pemindahan benda. Semakin landai atau kecil sudut kemiringan suatu bidang miring maka semakin kecil pula gaya yang dibutuhkan dan sebaliknya semakin terjal atau besar sudut kemiringan bidang miring maka semakin besar pula gaya yang diperlukan untuk pemindahan benda. Keuntungan mekanis bidang miring adalah perbandingan antara berat beban FB dan besarnya gaya dorong FK atau perbandingan antara panjang bidang miring d dan ketinggian h. Atau dapat dinyatakan sebagai KM =FB FK d h

2 20

Unit 2

Tes Formatif 3Untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap kegiatan praktikum yang dilakukan, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut. 1. Sebuah drum seberat 300 Newton akan dipindahkan ke atas sebuah truk pada ketinggian 1 meter. Berapakah besar gaya kuasa yang harus diberikan agar dapat memindahkan drum tersebut melewati bidang miring sejauh 3 meter? Berapakah keuntungan mekanis pada soal no. 1? 2. Sebuah bidang miring berbentuk seperti gambar disamping. Bila Anda ingin memindahkan sebuah benda seberat 50 Newton dari A ke B, berapa gaya minimal yang harus Anda miliki? Petunjuk! Gunakan dalil pitagoras untuk menghitung panjang sisi miring segitiga.4 cm

B

3 cm

3. Mengapa melewati jalan yang terjal lebih A sulit dibandingkan dari pada melewati jalan yang landai? 4. Sebuah peti yang beratnya 1000 Newton seperti gambar melalui bidang miring sepanjang 10 meter. 12 meter 6m akan didorong

1000 N a. Tentukan keuntungan mekanis! b. Kuasa yang diperlukan untuk mendorong peti tersebut! c. Mengapa dalam praktek kamu memerlukan gaya dorong yang lebih besar? Jelaskan jawabanmu! 5. Sebuah benda yang beratnya 100 N didorong melewati bidang miring AB sepanjang 5 meter seperti gambar.

Praktilum IPA

2 - 21

B 5m A 4m a. Tentukan keuntungan mekanisnya! b. Kuasa yang diperlukan untuk mendorong benda!

2 22

Unit 2

Kunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes Formatif 11. a. Pada gambar a, b, dan c katrol yang terpasang pada tiang merupakan katrol tetap dimana posisi katrol setiap saat tidak berubah, sedangkan katrol tempat beban bergantung merupakan katrol bebas, dimana posisinya berubah setiap saat dan bebas bergerak. b. Keuntungan mekanis dari masing-masing katrol pada gambar a, keuntungan mekanis susunan 1 katrol adalah 1. gambar b dengan katrol ganda dengan 2 buah katrol, keuntungan mekanisnya adalah 2. gambar c, susunan tiga buah katrol, maka keuntungan mekanisnya adalah 3. c. Besarnya gaya kuasa untuk mengangkat beban pada gambar a, merupakan susunan satu katrol, sehingga besar kuasa sama F dengan w. pada gambar b, merupakan katrol ganda dengan dua katrol. Besar kuasa F adalah setengah dari w. gambar c, susunan tiga katrol, besarnya kuasa adalah sepertiga dari w d. Pergeseran titik kuasa bila beban terangkat setinggi 1 meter gambar a, titik kuasa akan bergeser sejauh 1 meter. gambar b, titik kuasa akan bergeser sejauh 2 meter. gambar c, titik kuasa akan bergeser sejauh 3 meter. 2.a. Keuntungan mekanis sistem katrol gambar a merupakan satu katrol tetap sehingga keuntungan mekanisnya adalah 1. gambar b merupakan satu katrol bebas, keuntungan mekanisnya adalah 2. b. Gambar a merupakan katrol tetap, disini katrol hanya mengubah arah gaya yang menyebabkan pekerjaan menjadi lebih mudah. Keuntungan bila menggunakan katrol bebas b, gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat benda menjadi separoh dari gaya yang dibutuhkan bila menggunakan katrol tetap pada gambar a, tetapi kelemahannya kita akan menarik tali dua kali lebih panjang dari perpindahan benda.

Praktilum IPA

2 - 23

3 a. Besar kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban gambar a, F = 500 Newton. gambar b, F = 250 Newton. gambar c, F = 167,7 Newton. gambar d, F = 125 Newton. b. Keuntungan mekanis Gambar a, KM = 1. Gambar b, KM = 2. Gambar c, KM = 3. Gambar d, KM = 4. 4. a. Berat w = 300 Newton. Karena dengan menggunakan katrol ganda dengan 3 buah katrol, keuntungan mekaniknya adalah 3, sehingga hanya memerlukan gaya 100 Newton untuk mengangkat beban seberat 300 Newton. b. Gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban pada katrol 2 adalah 75 Newton. Atau seperempat dari berat beban. 5. Panjang pergeseran tali adalah 8 meter atau 4 kali lebih panjang dari pergeseran benda karena menggunakan susunan 4 buah katrol. Keuntungan mekanisnya adalah 4 kali. Artinya untuk mengangkat beban seberat 500 Newton hanya membutuhkan gaya sebesar 125 Newton.

Kunci Jawaban Tes Formatif 21. a. Dengan menggunakan persamaan hukum kekekalan usaha maka diperoleh FB x LB = FK x LK Sehingga FKFB x LB LK

Masukkan angka-angka ke dalam persamaan maka diperolehFK 900 Nx 1m = 300 Newton 3mFB FK LK LB900 N

b. Keuntungan mekanisnya. Keuntungan mekanis =

2 24

Unit 2

=

900 N 300 N

3m 1m

= 3 2. Karena Didi lebih berat dari Yusuf, maka jungkat jungkit akan miring kearah Didi. Agar menjadi seimbang maka Didi harus bergeser ke arah titik tumpu. Tujuan dari mendekati titik tumpu adalah membuat panjang lengan beban menjadi lebih pendek.

3. Titik tumpu

Titik beban

Titik kuasa

4. Untuk menentukan panjang lengan beban dapat ditentukan dari persamaan keuntungan mekanis dimanaFB FK LK , sehingga LB LB FK x LK . Dengan FB

memasukkan angka-angka yang ditentukan maka diperoleh LB = 40 cm . Artinya titik tumpu harus ditempatkan sejauh 40 cm dari beban.FB FK LK , dimana dari gambar FB = 15, LB

5. Dari persamaan keuntungan mekanis

LB = 1 m, dan LK = 3 meter. Maka dapat dicari FK, dimanaFK FB x LB LK

FK

15 x

1 3

FK

=

5

Praktilum IPA

2 - 25

Kunci Jawaban Tes Formatif 31. Besar gaya kuasa yang harus diberikan untuk mengangkat drum dapat dicari dari persamaan KM = FK = KM =FB FK h d x FB sehingga , untuk FK = d h

1m x 300 Newton = 100 Newton. 3m

FB FK

d 300 , didapat KM = h 100

3

2. Dengan menggunakan dalil pitagoras, maka panjang sisi miring didapat 5 cm. Maka dengan memakai persamaan KM =FB FK d , maka didapat FK = h

h x FB . Masukkan angka-angka h, d, dann FB didperoleh FK = 20 Newton d

3. Jalan yang terjal sudut kemiringannya lebih besar dari pada jalan yang landai, sehingga membutuhkan gaya yang lebih besar bila meleatinya, sehingga terasa lebih sulit. 4. a. Keuntungan Mekanis panjang lintasan bidang miring KM = ketinggian12 = 2 6 b. Kerja yang dilakukan untuk memindahkan balok melalui lintasan berupa bidang miring sejauh 12 meter besarnya sama dengan kerja yang dilakukan untuk memindahkan langsung hingga ketinggian 6 meter. Dengan demikian dapat dituliskan bahwa 1000 x 6 = FK x 12 Sehingga FK = 500 Newton. Dengan menggunakan bidang miring, maka beban seberat 1000 N dapat dipindahkan dengan menggunakan gaya sebesar 500 Newton.

KM =

2 26

Unit 2

c. Dalam praktek biasanya diperlukan gaya lebih besar dari perhitungan, karena adanya gaya gesek antara peti deangan bidang miring yang arahnya melawan arah perpindahan benda. 5. a. Keuntungan Mekanis panjang lintasan bidang miring KM = ketinggian Ketinggian dari lantai dapat dicari menggunakan dalil pitagoras, sehingga tinggi vertikanya adalah 3 meter. 5 Maka KM = = 1,67 3 b. Kuasa yang diperlukan untuk mendorong benda adalahFK LK x FB LB

FKFK

3 x

100 5 60 Newton

Praktilum IPA

2 - 27

Daftar PustakaKanginan, Marthen. 2004. Sains Fisika SMP 1B untuk SMP Kelas VII. Penerbit Erlangga Soejoto dan Sustini, E. 1993. Petunjuk Praktikum Fisika Dasar. Dirjen Dikti Depdiknas. Tim Seqip.2003. Buku IPA Guru Kelas V. Dirjen Dikdasmen Depdiknas Wellington, J.J. 1989. Beginning Science Physics. Oxford University Press

2 28

Unit 2

GlosariumDinamika : cabang fisika yang mempelajari gerak benda dengan memperhatikan gaya penyebabnya Dinamometer : meter gaya Gaya : tarikan atau dorongan Gravitasi : gaya tarik bumi terhadap benda Katrol : kerekan Katrol bebas : kerekan yang bebas bergerak Katrol tetap : kerekan yang posisinya tetap Keuntungan mekanik : bilangan yang menyatakan pelipatgandaan gaya/perpindahan Kinematika : cabang fisika yang mempelajari gerak benda tanpa memperhatikan gaya penyebabnya Kuasa : gaya Lengan bebas : jarak antara titik beban dengan titik tumpu Lengan kuasa : jarak antara titik kuasa dengan titik tumpu Makro : besar Mekanika : ilmu yang mempelajari tentang gerak Mikro : kecil Neraca pegas : meter gaya Newton : satuan gaya Orbit : lintasan Pesawat sederhana: alat sederhana yang memudahkan pekerjaan manusia Poros : sumbu Titik beban : titik tempat beban berada Titik kuasa : titik tempat kuasa bekerja Titik tumpu : titik tempat berputarnya tuas Tuas : pengungkit

Praktilum IPA

2 - 29

Unit

3

SUHU DAN KALORIsmet, S.Pd., M.Si

Pendahuluan

K

alor merupakan salah satu bentuk energi, keberadaannya sangat penting bagi kelangsungan hidup semua makhluk hidup. Sebagian besar energi yang digunakan manusia saat ini adalah energi dalam bentuk kalor. Mesin-mesin pabrik dan mesin-mesin penggerak kendaraan bermotor, kapal laut, dan pesawat terbang memanfaatkan energi dalam bentuk kalor. Energi kimia yang terseimpan di dalam bahan baker diubah terlebih dahulu menjadi kalor, sebelum diubah menjadi energi kinetik untuk mengerakkan mesin-mesin tersebut. Dalam kehidupan kita kalor sering disamakan dengan panas. Dalam konsep IPA, sesungguhnya kalor tidaklah sama dengan panas. Kalor tercipta karena adanya panas yang berpindah akibat perbedaan temperatur atau suhu. Panas selalu berpindah dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Dengan kata lain kalor merupakan bentuk panas yang berpindah. Akibat perpindahan panas, maka tempat yang jauh dari sumber panas dapat menerima kalor walaupun tidak bersentuhan langsung dengan sumber panas tersebut. Banyak fenomena alam yang terjadi akibat perbedaan temperatur antara satu tempat dengan tempat lain, seperti terjadinya angin darat dan angin laut dan sebagainya. Kalor bila diberikan pada suatu benda dapat menyebabkan terjadinya kenaikan temperatur atau suhu benda tersebut sehingga benda mengalami pemuaian. Pemuaian ini dapat dilihat dari perubahan ukuran panjang, luas, atau perubahan pada volume benda. Disamping itu kalor juga dapat mengubah wujud benda. Benda padat dapat menjadi cair, dan benda cair dapat berubah menjadi uap. Sebagai salah satu bentuk dari energi, kalor dapat mengalami perpindahan. Perpindahan kalor dapat melalui benda padat, benda cair, maupun gas. Unit ini akan

Praktilum IPA

3-1

mengantarkan Anda untuk memahami berbagai hal yang terkait dengan proses perpindahan panas melalui serangkaian kegiatan eksperimen. Eksperimen tentang perpindahan panas secara konduksi akan dipaparkan pada subunit 1, eksperimen perpindahan panas secara konveksi pada subunit 2, dan sub unit 3 akan memaparkan eksperimen mengenai perpindahan panas secara radiasi. Setelah melakukan serangkaian ekperimen diharapkan Anda mampu; 1. menjelaskan proses perpindahan panas pada benda padat 2. menjelaskan proses perpindahan panas pada benda cair 3. menjelaskan proses perpindahan panas pada benda gas Untuk mencapai hasil yang optimal, ada beberapa petunjuk yang perlu Anda pahami dan lakukan dengan baik. 1. Bacalah dengan cermat petunjuk kegiatan agar Anda memperoleh gambaran yang jelas tentang apa yang harus Anda lakukan. 2. Untuk menambah wawasan Anda, berusahalah mencari sumber-sumber lain yang menunjang materi ini. 3. Setelah selesai, ujilah kemampuan Anda dengan mencoba menjawab soal-soal yang telah disediakan, kemudian ukurlah tingkat pemahaman Anda dengan mencocokkan jawaban dan menghitungnya dengan menggunakan rumus yang telah disediakan. Selamat bekerja semoga sukses

3-2

Unit 3

Subunit 1 Perpindahan Panas Secara Konduksi

ernahkah Anda membuat secangkir kopi atau secangkir teh panas ?. Sebagian besar masyarakat kita tentu pernah melakukannya, baik pada pagi ataupun sore hari. Caranya sangat sederhana, masukkan beberapa sendok gula dan kopi bubuk lalu diseduh dengan air panas dan aduk menggunakan sendok sampai seluruh gulanya larut. Perubahan apa yang Anda rasakan pada sendok pengaduk tadi ?. Anda tentu akan merasakan semakin lama ujung sendok yang Anda pegang terasa panas. Pernahkah Anda memikirkan mengapa bagian ujung sendok yang Anda pegang menjadi panas padahal bagian itu tidak bersentuhan langsung dengan air panas. Apakah sesungguhnya yang terjadi ?. Fenomena panasnya bagian ujung sendok akibat dipanaskannya bagian ujung sendok yang lain merupakan proses perpindahan panas secara konduksi. Untuk memahami lebih jauh tentang perpindahan panas secara konduksi, berikut ini kita akan melakukan serangkaian kegiatan eksperimen. Sebelum melakukan kegiatan/percobaan, siapkan dulu alat dan bahan yang dibutuhkan, baca prosedur kerja dengan cermat, dan siapkan tabel pengamatan dengan baik. a. b.

P

Judul Kegiatan Tujuan Kegiatan

: Perpindahan panas secara konduksi :

1. dapat menjelaskan proses penyebaran panas pada benda padat 2. menemukan bahwa kecepatan penyebaran panas berbeda pada setiap bahan 3. mengelompokkan bahan-bahan yang dapat menghantarkan panas dan yang tidak dapat menghantarkan panas.

c.

Landasan TeoriSetiap benda dibangun oleh partikel-patrikel yang ukurannya sangat kecil yang jumlahnya sangat banyak. Antara partikel -partikel tersebut saling mengikat satu sama lainnya. Ikatan antar partikel ada yang kuat dan ada yang

Praktilum IPA

3-3

lemah. Pada benda padat jarak antara partikel-partikel penyusun sangat berdekatan dan ikatannya relatif lebih kuat sehingga sulit untuk dipisahkan. Perpindahan panas secara konduksi dapat terjadi dalam dua proses berikut. 1. Proses perpindahan panas pada benda padat dapat dipahami melalui teori partikel Pemanasan pada salah satu ujung zat menyebabkan partikel-partikel pada ujung itu menjadi sangat aktif sehingga bergetar lebih cepat, akibatnya energi kinetiknya bertambah (gambar 1).

Gambar 3. 1. Partikel-partikel pada ujung yang dipanasi bergetar lebih cepat dari pada partikel-partikel pada ujung yang dingin Gerakan partikel pada benda padat berupa vibrasi (getaran) partikel, getaran partikel ini dikenal juga dengan getaran termal. Semakin banyak kalor yang diberikan maka akan semakin cepat getaran partikel dan itu berarti semakin tinggi energi kinetik yang dimiliki partikel. Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda atau partikel karena gerakannya. Partikel dengan energi yang lebih tinggi akan mendorong partikel tetangganya, partikel tetangga akan mendorong partikel tetangganya juga sehingga tetangganya akan bergetar semakin cepat. Demikian seterusnya sehingga gerakan ini akan menyebar secara merata pada seluruh bagian benda padat, sehingga panas dapat menyebar secara merata pada seluruh bagian benda padat. Proses perpindahan kalor dengan cara ini berlangsung lambat karena diperlukan beda suhu yang tinggi diantara kedua ujung untuk memindahkan lebih banyak kalor. 2. Dalam logam, kalor dipindahkan melalui elektron-elektron bebas yang terdapat dalam struktur atom logam. Elektron bebas merupakan elektron yang tidak terikat dengan atom sehingga bebas

3-4

Unit 3

bergerak dari satu atom ke atom yang lain dalam seluruh bagian logam. Bila suatu bagian dipanaskan maka elektron akan menerima tambahan energi sehingga energi bertambah besar. Karena sifatnya yang bebas, maka tembahan energi ini dengan cepat dapat diberikan kepada elektron-elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan . Dengan cara ini kalor dapat berpindah lebih cepat. Perpindahan panas yang demikian dinamakan dengan perpindahan panas secara konduksi. Pada perpindahan panas dengan cara konduksi, dimana panas berpindah tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikel penyusun benda tersebut. Pada benda padat yang berbeda, maka susunan partikel pembangun benda padat juga berbeda. Perbedaan susunan ini akan menyebabkan kecepatan getaran partikel akibat diberikan kalor juga akan berbeda sehingga untuk bahan yang berbeda kecepatan perambatan panasnya juga akan berbeda. Konduksi panas pada benda padat ada yang cepat dan ada yang sangat lambat. Benda yang dapat menghantarkan panas dengan baik disebut bahan konduktor. Sedangkan benda yang lambat atau tidak dapat menghantarkan panas dengan baik disebut dengan isolator.

d.

Alat dan BahanKIT yang terdiri dari 1. Standar 2. batang tembaga, dan aluminium sepanjang 12 cm. 3. plastisin atau lilin 4. pembakar spirtus 5. stopwatch Prosedur Kerja Percobaan 1. Percobaan untuk memperlihatkan penyebaran panas pada benda padat. 1. Siapkan tiga buah bola-bola pastisin dengan ukuran yang sama (diameter 0,5 cm)

Praktilum IPA

3-5

2. Tempelkan bola-bola plastisin yang sudah disiapkan pada batang tembaga masingmasing pada jarak 6, 9, dan 12 cm. 3. Pasangkan batang tembaga pada standar (lihat gambar disamping) 4. Hidupkan pembakar spirtus, dan pada saat yang sama jalankan stopwatch. 5. Lalu amati apa yang terjadi, dan catat waktu jatuhnya bola-bola plastisin. Isikan datanya ke dalam tabel pengamatan 6. Buatlah grafik hubungan antar jarak dengan waktu jatuhnya bola-bola plastisin lama pemanasan 7. Tariklah kesimpulan dari data dan grafik yang sudah dibuat. Tabel 3.1 pengamatan percobaan penyebaran panas pada benda padat Bola ke... Jarak ( cm) Waktu (detik) 1 6 2 9 3 12

Waktu (detik)

O

Grafik Hubungan antara jarak dengan suhu Jarak (cm)

3-6

Unit 3

Percobaan 2. Percobaan untuk memperlihatkan kecepatan penyebaran panaspada beberapa benda padat 1. lakukan langkah kegiatan yang sama dengan langkah pada percobaan 1, tapi dengan menggunakan 3 batang padatan yang berbeda (batang tembaga, besi dan gelas). 2. pasanglah ketiga batang padatan tersebut secara serentak pada standar. Jangan lupa memasangkan bola-bola plastisin terlebih dahulu 3. nyalakan pembakar spirtus, dan amati apa yang terjadi pada bola-bola plastisin 4. catat hasil pengamatanmu ke dalam tabel 5. tarik kesimpulan dari data Tabel 3.2pengamatan percobaan untuk menentukan kecepatan konduksi panas Bola plastisin Waktu jatuh plastisin pada bahan.. (dalam detik) ke... Tembaga Besi gelas 1 2 3

LatihanUntuk menambah wawasan dan pemahaman Anda mengenai konsep konduksi panas, coba lakukan latihan berikut ini. 1. Apa kegunaan bola-bola plastisin pada percobaan di atas ?. 2. Bagaimana hubungan antara jarak dengan penyebaran panas pada benda padat ?. 3. Apa kesimpulan Anda dari percobaan dengan menggunakan berbagai batang padatan yang berbeda ?. 4. Bagaimana penyebaran panas pada benda yang terbuat dari gelas.

Petunjuk jawaban latihan1. Bola-bola plastisin digunakan sebagai indikator atau penunjuk penyebaran panas. Bila bola plastisin jatuh, menandakan bahwa panas telah sampai pada bagian batang yang ditempeli bola plastisin. 2. Semakin jauh benda berada dari sumber panas, maka semakin lambat benda tersebut menerima penyebaran panas. 3. Kecepatan penyebaran panas tidak sama untuk benda yang berbeda-beda.Praktilum IPA

3-7

4. Penyebaran panas pada bahan gelas membutuhkan waktu yang sangat lama

RangkumanKonduksi panas merupakan perpindahan panas pada bahan tanpa disertai dengan perpindahan partkel-partikel penyusun bahan tersebut. Senakin dekat dengan sumber panas maka semakin dekat pula bagian benda menerima panas. Kecepatan penyebaran panas bergantung pada jenis bahan. Bahan yang dapat menyebarkan panas dengan baik disebut dengan konduktor, dan bahan yang tidak dapat menghantarkan panas dinamakan isolator.

Tes Formatif 1Untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap kegiatan praktikum yang dilakukan, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut. 1. Sebutkan 3 jenis bahan yang dapat menghantarkan panas dengan baik 2. Jelaskan mengapa ujung sendok penggorengan selalu dilapisi dengan bahan yang terbuat dari kayu atau plastik! 3. Sebutkan 3 buah peralatan rumah tangga yang menggunakan bahan-bahan konduktor panas! 4. Mengapa pada percobaan, bola-bola plastisin yang jatuh terakhir adalah bola plastisin yang terletak pada bagian ujung batang tembaga? 5. Faktor-faktaor apa sajakah yang mempengaruhi kecepatan konsuksi panas pada benda padat?

3-8

Unit 3

Subunit 2 Perpindahan Panas Secara Konveksi

B

ila Anda memasak air dalam sebuah panci, bagian manakah yang duluan mendapat panas? Anda pasti mengatakan bahwa bagian yang mendapat panas duluan adalah air yang berada pada bagian dasar panci karena bagian dasar tersebut berada paling dekat dengan sumber panas. Pernahkah Anda memikirkan bagaimana panas dapat menjalar sehingga air yang berada dipermukaan lama- kelamaan juga menjadi panas? Dalam fluida (zat cair dan gas) panas dapat merambat dari satu bagian ke bagian lainnya. Proses perambatan panas dalam fluida berbeda dengan proses perambatan panas dalam benda padat. Fluida dibangun oleh partikel-partikel yang jarak partikel penyusun antara yang satu dengan yang lainnya agak berjauhan dan masing-masing partikel dapat bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya. Cara perpindahan panas dalam fluida (zat cair dan gas) terjadi melalui proses konveksi. Untuk memahami lebih jauh tentang perpindahan panas secara konveksi, berikut ini kita akan melakukan serangkaian kegiatan eksperimen. Sebelum melakukan kegiatan/percobaan, siapkan dulu alat dan bahan yang dibutuhkan, baca prosedur kerja dengan cermat, dan siapkan tabel pengamatan dengan baik. a. b.

Judul Kegiatan Tujuan Kegiatan

: Perpindahan panas secara konveksi : dapat menjelaskan proses penyebaran panas pada

fluida (zat cair dan zat gas) c. Landasan Teori Konveksi panas dapat terjadai di dalam fluida. Fluida merupakan zat yang dapat mengalir atau sering disebut dengan zat alir. Zat yang termasuk kelompok fluida berada dalam wujud cair dan gas. Jika zat cair atau gas dipanaskan, maka bagian zat yang mendapat panas akan memuai terlebih dahulu sehingga kerapatannya akan berkurang. Berkurangnya kerapatan zat akan menyebabkan berat jenisnya juga berkurang. Seaabagai akibatnya bagian zat yang mendapat panas akan naik ke atas. Bagian fluida yang lebih dingin akan mengalir mengisi

Praktilum IPA

3-9

tempat yang ditinggalkan bagian zat yang naik dan mulailah berlangsung sirkulasi fluida dan seterusnya. Proses sirkulasi fluida ini akan membawa energi dalam bentuk energi panas. Dengan demikian penyebaran panas berlangsung melalui sirkulasi dari fluida tersebut. Proses penyebaran panas melalui dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri dinamakan dengan konveksi. Berbeda dengan peristiwa konduksi panas, pada konveksi partikel-partikel zat ikut berpindah dengan membawa energi panas. Ada dua jenis konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Pada konveksi alamiah, aliran panas berlangsung karena perbedaan kerapatan (masa jenis) akibat panas yang diterima fluida berbeda-beda antara satu bagian dengan bagian lainnya. Bagian fluida yang dipanasi akan memuai sehingga ukurannya bertambah besar dan mengakibatkan masa jenisnya bertambah kecil. Masa jenis merupakan besaran yang menyatakan perbandingan antara masa dengan volume. Bagian fluida yang masa jenisnya lebih kecil akan bergerak naik. Tempatnya digantikan oleh bagian fluida dingin yang bergerak turun sebagai akibat dari masa jenis yang lebih besar. Peristiwa ini mirip dengan peristiwa mengapung dan tenggelamnya suatu benda akibat perbedaan masa jenis. Gerakan naik dan turunnya fluida akibat perbedaan masa jenis akan menimbulkan suatu aliran arus yang berbentuk lintasan tertutup yang dinamakan dengan arus konveksi seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Konveksi alamiah banyak ditemui pada sistem suplai air panas, cerobong asap, peristiwa angin darat dan angin laut.

Gambar 3.2 arus konveksi pada pemanasan air Dalam konveksi paksa, bagian fluida yang sudah dipanaskan diarahkan langsung ke tujuannya dengan menggunakan sebuah pompa sehingga aliran fluida terjadi disebabkan oleh faktor eksternal dan tidak

3 - 10

Unit 3

terjadi dengan sendirinya. Konveksi paksa ini banyak dimanfaatkan sistem pendingin mobil (radiator), AC dan lemari es.

d.

Alat dan Bahan1. gelas erlenmeyer 2. pembakar spirtus 3. standar 4. kotak konveksi 5. koil obat nyamuk 6. potongan kertas kecil-kecil 7. spirtus 8. lilin 9. termometer 10. penggulung asap / koil obat anti nyamuk

e.

Prosedur Kerja1) Kegiatan I: Konveksi pada zat cair a) Siapkan potongan kertas kecil-kecil b) isi gelas erlenmeyer sekitar setengah bagian dan masukkan potonganpotongan kertas kecil kedalam erlenmeyer tersebut c) pasang gelas erlenmeyer pada standar seperti pada gambar d) hidupkan pembakar spirtus dan tempatkan dibawah gelas erlenmeyer e) amati apa yang terjadi pada potonganpotongan kertas kecil yang berada dalam gelas erlenmeyer. Gambarkan arah pergerakan potongan-potoangan kertas pada kertas kerjamu f) Geser pembakar spirtus ke arah sisi sebelah kanan gelas erlenmeyer, dan amati pula perubahan apa yang terjadi pada gerakan potongan kertas. Gambarkan pula bagaimana arah pergerakan potongan-potongan kertas pada buku kerjamu.Praktilum IPA

3 - 11

g) Dengan cara yang sama, geser pembakar spirtus ke arah sisi sebelah kiri gelas erlenmeyer. Amati dan gambarkan arah pergerakan potongan kertas tersebut. h) Amati perubahan apa sajakah yang terjadi pada setiap kegiatan yang Anda lakukan. Berikan penjelasan terhadap hasil pengamatanmu !. cerobong 2) Kegiatan II: Konveksi pada Udara a) Buka tutup kotak konveksi b) Masukkan lilin ke dalam kotak konveksi dan tempatkan persis dibawah salah satu cerobong. c) Nyalakan lilin, upayakan lilinnya tidak terlalu tinggi sehingga tidak menyentuh cerobong d) Nyalakan obat anti nyamuk dan tempatkan menggunakan penjepit rambut pada cerobong di atas lilin e) Amati apa yang terjadi lilin f) Sekarang pindahkan obat anti Gambar 3.3 Percobaan konveksi nyamuk pada cerobong yang udara satu lagi g) Bagaimana arah pergerakan asap koil anti nyamuk ? h) Gambarkan hasil pengamatanmu pada kertas kerja ! i) Berikan penjelasan terhadap hasil pengamatanmu !.

3 - 12

Unit 3

LatihanUntuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap kegiatan praktikum yang dilakukan, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut. 1. Apa fungsi potongan-potongan kertas kecil pada percobaan konveksi zat cair ? 2. Apa yang menyebabkan gerakan potongan-potongan kertas berputar pada saat air mulai panas ? 3. Apa pula fungsi koil obat nyamuk pada percobaan konveksi udara ?. 4. Mengapa arah asap pada cerobong yang berada tepat di atas lilin bergerak naik, sementara pada cerobong yang lain bergerak turun ?.

Petunjuk jawaban Latihan1. potongan-potongan kerta kecil pada percobaan konveksi zat cair berfungsi sebagai indikator pergerakan partikel zat cair karena pergerakan partikel zat cair tidak dapat dilihat atau diamati. Oleh sebab itu pergerakannya diwakilkan pada pergerakan potongan-poptongan kertas, 2. Sama halnya dengan potongan-potongan kertas pada percobaan konveksi zat cair, koil obat anti nyamuk berfungsi sebagai penghasil asap untuk indikator pergerakan partikel-partikel udara karena pergerakan partikel udara juga tidak dapat diamati. 3. Gerakan potongan-potongan kertas terjadi karena perubahan masa jenis partikel air yang berada dekat sumber panas (dasar bejana). Bila partikel dipanaskan maka akan memuai sehingga ukurannya bertambah besar sehingga masa jenisnya bertambah kecil. Partikel yang masa jenisnya kecil akan naik ke atas dan akan digantiakan oleh partikel yang masa jenisnya lebih besar. Demikian seterusnya sehingga terjadilah aliran konveksi dalam bentuk perputaran potongan-potongan kertas kecil dalam gelas erlenmeyer. 4. Udara yang berada tepat di atas lilin akan mendapat panas sehingga memuai dan akan bergerak ke atas meninggalkan cerobong. Akibatnya tekanan udara pada cerobong itu akan berkurang sehingga udara bertekanan lebih tinggi dari cerobong yang satu lagi akan bergerak ke tempat yang bertekanan rendah sehingga terjadilah aliran udara yang dapat dilihat melalui aliran asap pada percobaan.

Praktilum IPA

3 - 13

RangkumanPerpindahan panas secara konveksi merupakan perpindahan panas yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel penyusun zat itu.. konveksi hanya terjadi pada fluida (zat cair dan gas). Bila suatu bagian fluida dipanaskan maka bagian itu akan memuai sehingga ukurannya bertambah besar. Pertambahan ukuran akan berakibat pada mengecilnya nilai masa jenis bagian fluida tersebut sehingga akan bergerak naik. Fluida yang berada di permukaan bersuhu lebih rendah sehingga masa jenisnya lebih besar dan akan bergerak turun. Pergerakan naik turunnya fluida sambil membawa energi dan pergerakan ini akan menimbulkan aliran fluida yang disebut dengan arus konveksi.

Tes Formatif 2Untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap kegiatan praktikum yang dilakukan, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut. 1. Mengapa bila Anda meletakkan jari-jari Anda di samping lilin yang sedang menyala tidak berbahaya, tetapi tidak ketika meletakkan jari-jari Anda di atas nyala lilin. 2. Melalui percobaan konveksi udara, jelaskan proses terjadinya angin darat dan angin laut. 3. Jelaskan mengapa arus konveksi dapat terjadi di dalam air ! 4. Mengapa lebih menguntungkan bila memasang elemen pemanas listrik air panas di dasar tangki ?. 5. Gambar di bawah ini menunjukkan arus konveksi yang terjadi ketika air dalam tiap wadah dipanaskan. Tunjukkan bagian manakah dari wadah yang harus kamu panaskan sehingga air menunjukkan arus konveksi seperti itu.

A

B

C

3 - 14

Unit 3

Subunit 3 Perpindahan Panas Secara Radiasi

A

nda tentu pernah berjalan kaki pada pagi hari saat matahari mulai menanjak. Rasanya tentu sangat sejuk dan menyegarkan. Bandingkan jika Anda harus beridiri di bawah sinar matahari terik. Panas dan gerahnya bukan main bukan?, dan Anda tentu tidak akan sanggup untuk berdiri terlalu lama di bawah terik matahari. Matahari merupakan sebuah bola besar yang berpijar dengan suhu yang sangat tinggi, mencapai 15 juta Kelvin sehingga merupakan sumber panas utama di bumi kita. Bila bumi kita tersinari matahari, maka akan terjadi kenaikan suhu atau temperatur di bumi kita sehingga bumi menjadi panas. Energi panas ini banyak digunakan orang untuk berbagai keperluan, di antaranya adalah untuk mengeringkan pakaian bagi ibu-ibu di rumah, mengeringkan padi oleh petani, mengeringkan ikan oleh nelayan, dan sebagainya. Pada subunit sebelumnya sudah kita bahas bahwa panas merambat dari benda atau tempat bersuhu tinggi ke tempat atau benda yang bersuhu lebih rendah. Pernahkah terlintas dalam fikiran Anda bagaimana caranya sinar matahari dapat merambat melalui atmosfer bumi dan menghangatkan bumi kita?. Padahal jarak antara bumi dan matahari sangat jauh dan mencapai 149,6 juta kilometer. Anda tentu sudah dapat memahami dengan baik bahwa sinar matahari tidak mungkin sampai ke bumi secara konduksi karena udara yang terdapat di atmosfer tergolong konduktor yang paling buruk. Panas dari matahari juga tidak mungkin sampai ke bumi melalui konveksi karena konveksi selalu diawali dengan pemanasan bumi terlebih dahulu. Di samping itu, perpindahan kalor secara konduksi atau konveksi juga tidak memungkinkan karena di atmosfer kita terdapat ruang hampa, sehingga tidak ada benda yang dapat membantu dalam proses pemindahan energi. Lalu bagaimana panas dari matahari dapat sampai ke bumi kita walaupun tanpa zat perantara (medium)?. Dalam subunit ini pembahasan akan kita fokuskan pada perpindahan kalor tanpa zat perantara. Bila Anda berjalan siang hari di bawah terik matahari memakai kaos berwarna hitam. Apa yang dapat Anda rasakan? Manakah yang lebih nyaman bila dibandingkan mengenakan kaos berwarna putih? Anda tentu setuju ketika mengenakan kaos hitam kulit terasa terbakar, dan bila mengenakan kaos putih rasanya lebih nyaman. Untuk dapat memahami fenomena tersebut beriku