analogi osilasi lc-pegas

7/26/2019 Analogi Osilasi LC-pegas

1/4

Jurnal Pengajaran Fisika Sekolah Menengah ISSN 1979-4959Vol. 1, No.4, November 2009

105

Analisis RangkaianLCMenggunakan Analogi

Gerakan Pegas-Massa

Neny Kurniasih, Nurhasan, dan Euis Sustini

Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Bandung

Jalan Ganeca 10 Bandung 40132

E-mail: [email protected]

Diterima Editor : 6 Oktober 2009

Diputuskan Publikasi : 30 Oktober 2009

Abstrak

Penggunaan analogi dapat membantu siswa untuk memvisualisasikan konsep yang abstrak, membangun keterkaitan

antara sesuatu yang baru dipelajari dengan sesuatu yang sudah dipahami, berinteraksi lebih baik terhadap suatu topik

yang baru, dan mengatasi adanya kesalahan dalam konsep. Model Pengajaran dengan Analogi (ADAGlynn) pada topikresonansi dalam rangkaian LC telah dilaporkan dalam tulisan ini. Pada umumnya, pemahaman siswa terhadap mekanika

lebih baik dibandingkan terhadap listrik. Dengan demikian, gerakan pegas-massa dapat dijadikan konsep analogi

sedangkan konsep rangkaian LC sebagai targetnya. Dari model tersebut dapat disimpulkan bahwa rangkaian LC memiliki

analogi dengan gerakan pegas-massa dalam hal mengaitkan antar besaran fisisnya, kecuali dalam dimensinya.

Kata Kunci: Pengajaran dengan Analogi (ADA-Glynn), rangkaian LC, gerakan pegas-massa.

Abstract

Use of analogy can help student to visualize abstract concepts, to relate their new information to their prior knowledge, to

result in better interaction with a topic, and to overcome existing misconceptions. The Teaching-with-Analogies (TWA-

Glynn) Model in LC resonance has been reported here. Generally, students have a better understanding in mechanics than

electricity. Therefore, a spring-mass motion can be considered as an analogy concept while an LC circuit as a target. From

this model, it is concluded that an LC circuit has analogies with a spring-mass motion in relating their physical variables,

except in their dimension.

Key words: Teaching-with-Analogies (TWA-Glynn),LC circuit, spring-mass motion.

1. PendahuluanAnalogi merupakan keserupaan cara memandang

dua konsep yang berbeda [1]. Konsep yang pertama

adalah konsep yang dikenal dengan baik sedangkan

konsep yang kedua adalah konsep yang baru atau tidak

begitu dikenal.

Sebagian ilmu fisika merupakan konsep yang

abstrak sehingga tidak mudah untuk dipahami, kecuali

jika dikaitkan dengan pengalaman sehari-hari. Pemakaian

analogi merupakan jembatan untuk mencapai tujuan diantaranya membantu siswa dalam memvisualisasikan

konsep yang abstrak, membangun keterkaitan antara

sesuatu yang sudah dipahami dengan sesuatu yang baru

dipelajari [2], berinteraksi lebih baik terhadap suatu topik

yang baru, dan mengetahui adanya kesalahan dalam

konsep. Dengan demikian, siswa akan lebih termotivasi

dan lebih percaya diri dalam menyelesaikan permasalahan

yang baru.

Para ilmuwan terdahulu, seperti Maxwell, Keppler,

dan Rutherford, sudah menggunakan analogi ketika

mencetuskan teori-teori barunya. Hingga kini, pemakaian

konsep analogi banyak dipopulerkan oleh peneliti barat di

bidang pengajaran sains. Di Indonesia, tidak banyak

jurnal pengajaran yang memuat konsep analogi.

Walaupun demikian, beberapa penulis telah mulai

mempromosikan kembali pemakaian konsep analogi

dalam pengajaran [3-8].

Resonansi merupakan salah satu peristiwa yang

erat kaitannya dengan kehidupan sehari-hari. Sebagai

contoh, resonansi mekanik seperti mendorong ayunan danmemetik dawai gitar serta resonansi listrik seperti mencari

gelombang radio. Resonansi mekanik biasanya terkait

dengan tetapan pegas dan massa atau panjang dawai dan

percepatan gravitasi. Resonansi listrik terkait dengan

rangkaian induktor-kapasitor (LC). Ketika frekuensi yang

diberikan sesuai dengan frekuensi alamiah dari sistem

yang diberi gangguan, sistem akan memiliki amplitudo

yang besar. Pada makalah ini akan dibahas bagaimana

menganalisis rangkaian LCdengan menggunakan konsep

analogi gerakan pegas-massa.


2/4


3/4

JPFSM Vol. 1, No. 4, Ferbuari 2009 107

dengan dan E berturut-turut adalah permitivitas listrik(satuan coulomb

2/newton.meter

2, C

2/N.m

2) dan kuat

medan listrik (satuan newton/coulomb, N/C) di antara

pelat kapasitor sedangkan dan B berturut-turut adalah

permeabilitas magnetik (satuan tesla.meter/ampere,

T.m/A) dan kuat medan magnetik (satuan tesla, T) di

dalam induktor.Persamaan (1) hingga (3) menunjukkan bahwa

frekuensi osilasi LC sebanding dengan C-1/2 dan

berbanding terbalik dengan L1/2

, energi yang tersimpan

dalam kapasitor sebanding dengan C-1

dan Q2, energi

yang tersimpan dalam induktor sebanding dengan L dan

I2.

Selanjutnya akan dibahas konsep analisis gerakan

pegas-massa pada Gambar 2 sebagai konsep analog.

Kasus (a) menggambarkan sistem pegas-massa dalamkeadaan diam dan teregang maksimum sehingga energi

tersimpan seluruhnya dalam bentuk energi potensial

pegas. Selanjutnya, sistem dilepas hingga bergerak.

Akibatnya, energi potensial sistem berkurang secara

bertahap karena sebagian berubah menjadi energi kinetik.Akhirnya pada kasus (b), sistem akan memiliki energi

kinetik maksimum sedangkan energi potensialnya nol

karena sistem pegas-massa pada keadaan tidak teregang

(setimbang). Karena sifat inersia, sistem pegas-massa

akan bergerak terus hingga termampatkan maksimum

seperti pada kasus (c). Pada keadaan ini, seluruh energi

kinetik sistem berubah kembali menjadi energi potensial.Kasus (d) merupakan pengulangan kasus (b) tetapi dalam

arah gerakan yang berlawanan. Gerakan bolak-balik ini

akan terus berlanjut sehingga terjadi perubahan antara

energi potensial pegas dan energi kinetik sistem secara

bergantian.

Gambar 2 Osilasi sistem pegas-massa.

Peristiwanya disebut osilasi sistem pegas-massa yang

memiliki frekuensi (satuan hertz, Hz) resonansi [12]

m

kf

2

12 = (6)

dengan kdan mberturut-turut menyatakan tetapan pegas

(satuan newton/meter, N/m) dan massa benda (satuan

kilogram, kg).

Energi potensial pegas (satuan joule, J) dan energi

kinetik (satuan joule, J) sistem pegas-massa berturut-turut

diberikan oleh

2

EP

2xk= (7)

dan

2

EK

2vm= (8)

dengan x dan v berturut-turut adalah simpangan (satuan

meter, m) sistem dari keadaan setimbang dan kecepatan

(satuan meter/sekon, m/s) sistem.

Persamaan (6) hingga (8) membuktikan bahwa

frekuensi osilasi pegas-massa sebanding dengan k1/2

dan

berbanding terbalik dengan m1/2, energi potensial pegas

sistem sebanding dengan k dan x2, energi kinetik sistem

sebanding dengan mdan v2.

4. DiskusiPersamaan (1), (2), (3) dalam analisis rangkaian

LC dan Persamaan (6), (7), (8) dalam analisis gerakanpegas-massa memiliki keserupaan besaran-besaran yang

terlibat di dalamnya. Analogi besaran-besaran tersebut

dapat dilihat dalam Tabel 1.

Tabel 1Analogi besaran-besaran dalam rangkaianLC

dan gerakan pegas-massa.

RangkaianLC Gerakan pegas-massa

Induktansi,L Massa benda, m

Kapasitansi, C (Tetapan pegas)-1, k-1

Muatan pelat kapasitor, Q Simpangan,x

Arus,I Kecepatan, v

Walaupun dimensi besaran yang terkandung dalam ruas

kiri Persamaan (1), (2), (3) berturut-turut memiliki

dimensi yang sama dengan besaran dalam ruas kiri

Persamaan (6), (7), (8), dimensi besaran-besaran dalam

lajur kiri Tabel 1 tidak sama dengan dimensi besaran-

besaran dalam lajur kanan Tabel 1.

Secara keseluruhan, perbandingan keterkaitan

besaran-besaran dalam analisis rangkaianLCdan besaran-

besaran dalam analisis gerakan pegas-massa ditunjukkan

oleh Tabel 2, Tabel 3, dan Tabel 4.

Tabel 2 Analogi frekuensi osilasi dalam rangkaianLC

dan gerakan pegas-massa.

Frekuensi osilasi LC Frekuensi osilasi pegas

Sebanding dengan akar

(kapasitansi)-1

Sebanding dengan akar

tetapan pegas

Berbanding terbalik dengan

akar induktansi

Berbanding terbalik

dengan akar massa

Memiliki tetapan

kesebandingan (2)-1

Memiliki tetapan

kesebandingan (2)-1

(a) (c)

(b) (d)


4/4

JPFSM Vol. 1, No. 4, Ferbuari 2009 108

Tabel 3Analogi energi dalam kapasitor dengan energi

potensial pegas.

Energi dalam kapasitor Energi potensial pegas

Sebanding dengan

(kapasitansi)-1

Sebanding dengan tetapan

pegas

Sebanding dengan kuadratmuatan

Sebanding dengan kuadratsimpangan

Memiliki tetapan

kesebandingan 1/2

Memiliki tetapan

kesebandingan 1/2

Tabel 4Analogi energi dalam induktor dengan energi

kinetik benda.

Energi dalam induktor Energi kinetik benda

Sebanding dengan

induktansi

Sebanding dengan massa

Sebanding dengan kuadrat

arus

Sebanding dengan kuadrat

kecepatan

Memiliki tetapankesebandingan 1/2

Memiliki tetapankesebandingan 1/2

Pada Tabel 2 hingga Tabel 4 tampak sangat jelas

keserupaan besaran yang terkandung dalam frekuensi

osilasi dan energi, baik untuk rangkaian LC maupun

gerakan pegas-massa.

5. KesimpulanDengan melihat atribut-atribut yang dibandingkan

pada Tabel 1, Tabel 2, Tabel 3, dan Tabel 4 dapat

disimpulkan bahwa konsep rangkaian LC memiliki

analogi dengan konsep gerakan pegas-massa. Perlu

diperhatikan bahwa terdapat pula perbedaan dimensi dari

besaran-besaran dalam rangkaian LC dengan dimensi

besaran-besaran dalam gerakan pegas-massa walaupun

dimensi frekuensi osilasi dan energi pada keduanya sama.

Ucapan Terima KasihPara penulis mengucapkan terima kasih kepada

Prof. Dr. Eng. Khairurrijal, Prof. Dr. Eng. Mikrajuddin

Abdullah, dan anggota Kelompok Pendidikan Fisika,

Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung, yang

telah memberikan semangat, dukungan, dan atmosfer

diskusi yang konstruktif dalam melahirkan tulisan ini.

Referensi

[1] S.M. Glynn, Method and Strategies: The Teaching-

With-Analogies Model, Science and Children, 44(8),

52-55 (2007).

[2] S.M. Glynn and T. Takahashi, Learning from

analogy-enhanced science text, Journal of Research

in Science Teaching, 35, 1129-1149 (1998).

[3] Khairurrijal, N. Kurniasih, E.J. Mustopa, dan

M. Abdullah, Konsep Medan Listrik Menggunakan

Analogi Konsep Medan Gravitasi untuk Pengajaran

di Sekolah Menengah Atas, Jurnal Pengajaran Fisika

Sekolah Menengah, 1(3), 78-81 (2009).

[4] N. Kurniasih, Novitrian, dan W. Srigutomo,

Pengajaran Konduksi Termal Menggunakan Analogi

Konduksi Listrik, Jurnal Pengajaran Fisika Sekolah

Menengah, 1(3), 82-85 (2009).

[5] S. Viridi, S.N. Khotimah, E. Sustini, Analogi

Penyelesaian secara Kalkulus Hubungan KecepatanPercepatan dalam Kasus Rangkaian Gerak Lurus

Berubah Beraturan dan Hubungan Potensial Listrik

Medan Listrik dalam Kasus Susunan Pelat-pelat Luas

Sejajar Bermuatan Seragam, Jurnal Pengajaran Fisika

Sekolah Menengah, 1(4), 86-90 (2009).

[6] Khairurrijal, M. Abdullah, N. Surtiyeni, Widayani,

E. Sustini, Konsep Komponen Listrik (Kapasitor,

Induktor, dan Memristor) Menggunakan Analogi

Konsep Resistor untuk Pengajaran di Sekolah

Menengah Atas, Jurnal Pengajaran Fisika Sekolah

Menengah, 1(4), 91-95 (2009).

[7] S.N. Khotimah, S. Viridi, Novitrian, Konsep GerakRotasi Benda Tegar Menggunakan Analogi Konsep

Gerak Translasi 1-D, Jurnal Pengajaran FisikaSekolah Menengah, 1(4), 96-99 (2009).

[8] Widayani, Khairurrijal, S.N. Khotimah, S. Viridi,

Pemahaman Konsep Gelombang Elektromagnetik

dengan Analogi terhadap Konsep Gelombang

Mekanik, Jurnal Pengajaran Fisika Sekolah

Menengah , 1(4), 100-104 (2009).

[9] S. M. Glynn, Conceptual bridges: Using analogies to

explain scientific concepts, The Science Teacher,

62(9), 25-27 (1995).

[10]J. Budiyanto, Fisika: Untuk SMA/MA kelas XII,Pusat Perbukuan, Depdiknas (2009).

[11]B. Haryadi, Fisika: Untuk SMA/MA kelas XI, Pusat

Perbukuan, Depdiknas (2009).

[12]J.D. Cutnell and K.W. Johnson, Physics, 5th

edition.

John Wiley & Sons, Inc (2002).

analogi osilasi lc-pegas

Documents