unit kegiatan belajar mandiri fisika 9 (fisika... · 2019. 9. 24. · unit kegiatan belajar mandiri...

Unit Kegiatan belajar Mandiri FISIKA 9

1. Identitas

a. Nama Mata Pelajaran : FISIKA

b. Kelas / Semester : X / GENAP

c. Kompetensi Dasar :

d. Materi Pokok : GETARAN HARMONIS

e. Alokasi Waktu : 3 JPL X 2 pertemuan

f. Tujuan Pembelajaran :

GETARAN HARMONIS FIS-10 /3.11-4.11/2/2-11

3.10 Menganalisis hubungan antara gaya dan getaran dalam kehidupan

sehari-hari

4.10 Melakukan percobaan getaran harmonis pada ayunan

sederhana dan/atau getaran pegas berikut presentasi serta

makna fisisnya

Melalui model pembelajaran Discovery Learning diharapkan peserta

didik dapat menganalisa hubungan variable-variable dalam getaran

harmonis dan dapat menganalisa persamaan simpangan, kecepatan

dan percepatan getaran harmonis. Peserta didik juga diharapkan dapat

mengembangkan sikap sosial seperti sabar, tekun, jujur, peduli, dan

bertanggungjawab; kecapakan hidup Abad 21 seperti berpikir kritis,

berkreasi, berkolaborasi, dan berkomunikasi; serta mampu

mengakses, memahami dan menggunakan informasi secara cerdas

sebagai bentuk konkret dari literasi..


a. Materi Pembelajaran :

1. Fakta

- Bandul matematis jika diberi gangguan maka akan terjadi

getaran harmonis.

- Pegas yang digantung dengan massa jika diberi gangguan maka

akan terjadi getaran harmonis.

- Penggaris bergetar ketika diberi gaya tarik dan dilepaskan

- Senar gitar bergetar ketika dipetik

- Shockbreaker mampu bergetar akibat sifat elastisitas yang dimilikinya

2. Konsep

- Terjadinya getaran karena adanya gaya pemulih

- Getaran memiliki persamaan simpangan, kecepatan dan percepatan.

- Amplitudo: jarak terjauh yang dicapai pegas atau bandul

- Periode: waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran

harmonis

- Frekuensi: jumlah getaran harmonis yang terjadi dalam satu satuan

waktu

3. Prinsip

- Persamaan simpangan, kecepatan dan percepatan, Energi konetik,

energi potensial dan energi mekanik getaran harmonis.

4. Prosedur

- Eksperimen getaran pegas dan ayunan sederhana.


2. Peta Konsep

3. Kegiatan Pembelajaran

a. Pendahuluan Jembatan Suramadu adalah jembatan yang melintasi selat Madura untuk

menghubungkan pulau jawa dan pulau Madura .Jembatan Suramadu dibangun

tahun 2003 sampai dengan tahun 2009 dan memiliki panjang 5438 m. Jembatan

Suramadu terdiri atas 3 bagian yaitu jalan layang, jembatan penghubung dan

jembatan utama. Jembatan Suramadu merupakan jembatan terpanjang di

Indonesia.Percayakah Anda bahwa jembatan dengan sekuat ini tetap mengalami

getaran meskipun hanya dengan usikan yang kecil?

Apa yang menyebabkan jembatan bergetar? Untuk mengetahuinya ayo pelajari

materi gerak harmonik sederhana dengan gembira

Coba Anda ingat kembali materi tersebut melalui pertanyaan-pertanyaan

berikut!

1. Jelaskan yang dimaksud dengan periode

2. Jelaskan yang dimaksud dengan frekuensi.

3. Tuliskan hubungan antara periode(T), frekuensi (f) dan frekuensi sudut

(ω).

4. Tuliskan hubungan posisi sudut (ϴ), kecepatan sudut (ω) dan waktu (t)

untuk gerak melingkar beraturan.

5. Tuliskan hubungan antara periode (T), frekuensi (f) dan frekuensi sudut

(ω).

Peta Konsep

Getaran

Harmonik

Besaran-Besaran

Getarn Harmonik

Persamaan

Getarn Harmonik

Amplitudo

Periode

Frekuensi

Simpangan

Kecepatan

Percepatan

Fase


Nahhh, bagaimana ? Sudah ada bayangan untuk belajar Gerak Harmonis?

Yukkk kita lanjutkan belajarnya

b. Kegitan Inti

(1). Petunjuk Penggunaan UKBM

UKB ini mempelajari tentang Gerak Harmonik Sederhana. Dalam

mempelajari kegiatan belajar yang ada dalam UKB ini, diharapkan Anda

untuk tidak lupa mengerjakan Latihan, Penilaian Diri, sampai dengan Uji

kompetensi atau Proyek yang terdapat dalam setiap kegiatan belajar. Oh

iya, selain melalui UKB ini, Anda juga dapat mempelajari tentang Gerak

Harmonik Sederhana dari modul atau sumber belajar lain.

Kerjakan dengan urut, sabar dan tekun ya....... dan jangan lupa berdoa,

Semoga sukses

Beberapa istilah penting Gaya pemulih

Gerak harmonik

periode

frekuensi

Simpangan

Amplitudo

Kegiatan Belajar 1

Setelah Anda sudah bisa menjawab pertanyaan di atas, silahkan dilanjutkan ke kegiatan belajar berikut. Apabila belum paham, mintalah pada teman atau guru Anda untuk membimbing kembali terkait periode, frekuensi dan frekuensi sudut. Perhatikan tayangan video anak yang bermain ayunan. Isi lembar diskusi berikut ini.

Setelah melihat tayangan video anak yang bermain ayunan, kerjakan pertanyaan berikut : 1. Bagaimana gerak ayunan anak tersebut, jelaskan; 2. Ketika ayunan bergerak bolak balik, bagaimana lintasan yang dilalui

pergerakan ayunan lintasan, sama atau tidak 3. Gerakan ayunan anak tersebut mengalami gerak bolak balik melalui

lintasan yang sama, pernyataan itu di sebut.............. 4. Berikan contoh lain benda yang mengalami gerak harminis pada

kehidupan sehari hari


Setelah Anda memahami uraian singkat materi dan contoh di atas, buktikan

dengan melakukan percobaan berikut dengan berkelompok. Masing-masing

kelompok 4 orang. Kemudian tuliskan hasil percobaan di UKBM dan buatlah PPt

untuk presentasi hasil percobaan. Rekamlah kegiatan Anda ini dalam video dan

tayangkan dalam video dan kirim ke website sekolah

Tujuan : Menyelidiki frekuensi alamiah getaran pegas

Alat dan Bahan : 1. Pegas 4. Penggaris

2.Beban 5. Statif

3. Stopwatch

Langkah Kerja

1. Identifikasi terlebih dahulu alat-alat yang digunakan dalam percobaan berikut ini :

NO GAMBAR KETERANGAN

1

Nama alat

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

Ketelitian :

.............................................

Kegunaan :

...............................................

2

Nama alat

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

Ketelitian :

.............................................

Kegunaan :

...............................................

3

Nama alat

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

Ketelitian :

.............................................

Kegunaan :

...............................................

Kegiatan Belajar 2


NO GAMBAR KETERANGAN

4

Nama alat

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

Ketelitian :

.............................................

Kegunaan :

...............................................

5 Nama alat

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

Ketelitian :

.............................................

Kegunaan :

...............................................

2. Susunlah alat seperti gambar di bawah ini :

3. Catat posisi panjang awal pegas ( L0 ) dan beban awal ( w0 )

4. Tambahkan beban W1 dan w2, amati pertambahan panjang pegas ( L1 dan L2 )

5. Hitung konstanta masing-masing pegas, lalu carilah nilai rata-ratanya

6. Lakukan langkah 1 s/d 4 untuk empat pegas yang berbeda.

7. Catat data pada tabel 1

8. Pilihlah salah satu pegas dan beban yang sesuai sehingga elastisitas pegas

dapat diamati. Angkat dan doronglah pegas ke atas perlahan-lahan dengan

telapak tangan sehingga beban bergerak naik turun secara konstan.

9. Pada saat getaran mulai konstan, siapkan stopwatch. Hitung waktu untuk 10

getaran.

10. Lakukan langkah 8 dan 9 dengan mengganti beban yang lebih besar, tetapi

menggunakan pegas yang sama.

11. Catat data pada tabel 2.

12. Pilihlah salah satu pegas dan beban tertentu. Lakukan seperti langkah 8 dan 9

dengan mengganti pegas, tetapi menggunakan beban yang sama.

13. Catat data pada tabel 3


14. Lakukan analisis data untuk memperoleh kesimpulan.

Data Percobaan

Tabel 1. Pengukuran Konstanta pegas

NO PEGAS 1 PEGAS 2 PEGAS 3 PEGAS 4

L0

W0

W1

ΔL1

K1

W2

ΔL2

K2

Rata-rata K

Tabel 2. Pengukuran Periode Getarana untuk massa yang berubah

Perc.

Ke...

Massa Beban

(Kg)

Waktu 10

getaran Periode ( T ) Frekuensi ( f)

1

2

3

4

5

Tabel 3. Pengukuran Periode, getaran untuk pegas yang berubah

Perc.

ke

Konstanta Waktu 10

getaran

Periode (T) Frekuensi (f)

1

2

3

4

5

Ambil data yang

jujur lho.....


ANALISA DATA

1. Berdasarkan data pada tabel 2. Lengkapilah tabel 4 berikut ini.

Percb.

Ke.... m T f T

2 f

2

1

2

3

4

5

2. Dari data yang diperoleh dari tabel 4, buatlah grafik yang menghubungkan T2

dengan m dan f2 dengan m.

3. Apa yang dapat Anda nyatakan dari kedua grafik tersebut ?

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

Berdasarkan data pada tabel 3. Lengkapi tabel 5 berikut ini!

Percb.

Ke..... K T f T

2 f

2

1

2

3

4

5

T2

m

f2

m


4. Dari data yang diperoleh pada tabel 5 buatlah grafik yang menghubungkan T2

dengan K dan f2 dengan K.

5. Apa yang dapat anda nyatakan dari kedua grafik tersebut!

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

..........................................................................................................................

6. Kesimpulan

1. Hubungan antara frekuensi alamiah pegas dengan massa benda yang

bergetar adalah :

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

....................................................................................................................

2. Hubungan antara frekuensi alamiah getaran pegas dengan konstanta pegas

adalah :

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.....................................................................................................................

3. Frekuensi alamiah getaran pegas dipengaruhi oleh :

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

......................................................................................................................

T2

k

f2

k


4. Permasalahan Dalam Kehidupan Sehari-hari

a. Pegas merupakan sebuah komponen yang ada di system suspense mobil.

Pegas memiliki fungsi menyerap kejut dari jalan dan getaran roda agar tidak

diteruskan ke bodi kendaraan secara langsung. Selain itu, pegas juga berguna

untuk menambah daya cengkeram ban terhadap permukaan jalan. Amatilah

pegas (shockbreaker) yang ada di motormu, apakah fungsinya juga sama

dengan pegas pada mobil? Bagaimana pengaruh pada shockbreaker sepeda

motormu jika beban yang ditanggung terlalu berat? Jelaskan!

b. Timbangan yang dipakai pedagang sembako juga menggunakan pegas sebagai

salah satu bagiannya. Apa fungsi pegas pada neraca tersebut? Jelaskan!

c. Beberapa peralatan yang terdapat pada fitness center juga menggunakan prisip

pegas. Sebutkanlah jenis peralatan apa saja yang menggunakan pegas dan

jelaskan manfaat pegas tersebut!

LATIHAN SOAL

1. Pada getaran harmonik pegas, jika massa beban yang digantung pada ujung

bawah pegas 1 kg. Periode getarannya 2 detik. Jika massa beban ditambah

sehingga sekarang menjadi 4 kg. Tentukan periode getarannya !

2. Sebuah pegas digantungi beban 1,8 kg, sehingga pegas bertambah panjang 2

cm. Berapakah periode dan frekuensi getaran pegas tersebut!

Biar ilmunya barokah,

kerjakan sendiri ya....


3. Grafik di bawah menyatakan hubungan T2

terhadap m dari percobaan getaran

pegas A. Tentukan tetapan pegas A.

Setelah mempelajari materi diatas, simpulkan kemampuan kalian saat ini.

1

2

3

1 2 3

(T2 ) (s

2 )

(m ) (kg

)

NO INDIKATOR YA TIDAK

1.

Saya telah mampu menjelaskan hubungan antara

frekuensi alamiah pegas dengan massa benda yang

bergetar

2 Saya telah mampu menjelaskan hubungan antara

frekuensi alamiah getaran pegas dengan konstanta pegas

3 Saya telah mampu menyebutkan hal-hal yang

mempengaruhi frekuensi alamiah getaran pegas

4 Saya bisa menjawab soal latihan dengan benar


Jika kalian telah menjawab “YA” pada keempat indikator diatas, kalian

diperkenankan untuk lanjut ke materi berikutnya, akan tetapi jika masih ada jawaban

“TIDAK” makan kalian disarankan untuk mengulang kembali materi sebelumnya.

Tanggal pengumpulan Nilai Tanda tangan Guru

Mapel

Simpangan Gerak Harmonis Sederhana

Pada proyeksi gerak harmonik sederhana, simpangan sebagai sumbu y dan

waktu sebagai sumbu x berupa grafik sinusoidal. Jika waktu yang diperlukan untuk

berpindah dari P ke Q adalah t, maka sudut yang ditempuh θ. Besarnya sudut

tersebut dinyatakan

θ = ………. =

Titik Q kita proyeksikan terhadap sumbu Y, maka simpangan pada getaran harmonis

dapat dinyatakan:

Kerjakan Kegiatan 4 dengan cara berdiskusi dengan berkelompok. Masing-masing

kelompok 4 orang. Kemudian tuliskan hasil diskusi dikolom hasil diskusi. Tujuan belajar

pada Kegiatan 4 ini, diharapkan Anda dapat menentukan persamaan simpangan, kecepatan

dan percepatan pada gerak harmonik sederhana. Semoga sukses....

Kegiatan Belajar 3


y = ……………..

Persamaan tersebut juga dapat ditulis:

y = A sin ……

y = A sin …….

Jika pada saat awal benda pada posisi o , persamaan diatas dapat diuraikan sebagai

berikut: y = A sin

Besar sudut dalam fungsi sinus, seperti yang ada dalam persamaan diatas, yaitu

)( ot disebut ………………. (θ) sehingga

θ = (……+….)

θ =

θ = 2ᴫ

θ = 2ᴫϕ

ϕ merupakan ……………….., dengan demikian, fase getaran dapat dirumuskan

ϕ =

Jika titik bergetar secara harmonis dari ke , maka beda fase titik dinyatakan:

ϕ =

Beda fase dalam gerak harmonik sederhana dinyatakan dengan nilai dari nol

sampai dengan satu. Bilangan bulat dalam beda fase dapat dihilangkan, sehingga

beda fase ,4

13,

2

12,

3

11 dan seterusnya sama dengan beda fase ,

4

1,

2

1,

3

1 dan

seterusnya.

Dua kedudukan benda dinamakan sefase apabila beda fasenya adalah nol,

sehinga persamaan (2.5) menjadi

Untuk berlawanan fase apabila beda fasenya setengah. Persamaan sebagai berikut,

natau ..,4,3,2,1,0

2

1..,

2

13,

2

12,

2

11,

2

1 natau


dengan n adalah bilangan cacah 0,1,2,3,…..

2.2. Kecepatan Gerak Harmonik Sederhana

Setiap benda yang bergerak pasti memiliki kecepatan, begitupun juga dengan benda

yang mengalami gerak harmonik sederhana. Pada pembahasan di atas kita bisa

menyipulkan bahwa simpangan pada gerak harmonik sederhana berubah terhadap

waktu.

Kecepatan adalah diferensial satu kali dari persamaan posisi terhadap waktu.

Dengan demikian, kecepatan saat t gerak harmonik sederhana suatu benda dapat

diperoleh dari diferensial persamaan sebagai berikut

= =

Turunan sin θ = cos θ

= ….. cos (…….+…)

Kecepatan maksimum terjadi jika nilai cosinus sama dengan satu (cos θ = 1),

sehingga persamaan kecepatan maksimum dapat dinyatakan:

= ……..

Percepatan Gerak Harmonik Sederhana

Percepatan gerak harmonik sederhana dapat dicari dari diferensial satu kali dari

persamaan kecepatan atau diferensial dua kali dari persamaan simpangan.

= =

Turunan cos θ = -sin θ

= ….. sin (…….+…)

Percepatan maksimum terjadi jika nilai sinus sama dengan satu (sin θ = 1), sehingga

persamaan kecepatan maksimum dapat dinyatakan:

= ……..

ENERGI GETARAN

Gerak sederhana dari sebuah bandul diperlihatkan seperti pada gambar berikut:

C B

A

x


Apabila bandul diberikan simpangan sejauh x (posisi A), maka pada titik ini

energi potensial dan energi kinetik yang terjadi pada saat berada di titik A,B dan

C adalah?

1. Tuliskan persamaan untuk energi potensial bandul?

2. Tuliskan persamaan untuk energi kinetik bandul?

3. Pada saat bandul melakukkan satu kali getaran, bagaimana energi mekanik yang

terjadi di titik A, B dan C pada gambar 1?


4. Benda yang massanya 400 g bergetar harmonik dengan amplitudo 5 cm dan

frekuensi 100 Hz. Hitunglah energi kinetik, energi potensial, dan energi

mekaniknya (energi total) saat simpangannya 2,5 cm!

5. Suatu partikel melakukan gerak harmonik sederhana dengan persamaan

simpangan y = A sin ωt. Tentukan simpangannya saat energi kinetiknya sama

dengan 3 kali energi potensialnya!

6. Kesimpulan


Soal Pemahaman konsep

1. Sebuah benda melakukan gerak harmonic sederhana sepanjang sumbu y.

Persamaan simpangan dinyatakan sebagai y = 2 sin dengan y dalam

meter dan t dalam sekon. Tentukan;

a. Amplitudo, frekuensi, dan periode geraknya

b. Persamaan percepatan dan kecepatan

c. Simpangan, kecepatan dan percepatan saat t = 2 s

d. Kecepatan maksimum dan percepatan maksimum

2. Sebuah partikel melakukan GHS dengan periode 2 sekon. Hitung fase dan sudut

fase setelah 0,5 s dan 1 s, jika sudut fase awalnya sama dengan nol!

Ayoo Berlatih !


3. Grafik simpangan sebuah waktu dari sebuah getaran ditunjukkan seperti pada

gambar di bawah ini :

Tentukan :

a. Amplitudo getaran

b. Periode getaran

c. Frekuensi getaran

d. Simpangan benda saat t = 2,7 sekon

e. Kecepatan benda saat t = 1 sekon

f. Percepatan bneda saat t = 1 sekon

0

8

-8

1,2 0,6

1,8

2,4

41,8

4

3,01,8

4

3,61,8

4

Waktu (s)

Simpangan (cm)


4. Sebuah benda melakukan gerak harmonik dengan persamaan :

Y = 0,2 sin (4πt + π/6) dengan semua satuan dalam SI, tentukan :

a. Amplitudo

b. Kecepatan sudut

c. Sudut fase awal benda

d. Periode

e. Frekuensi

f. Simpangan benda saat t = 1 sekon

g. Kecepatan maksimum

h. Percepatan maksimum

i. Gambar grafik simpangan terhadap waktu

5. Dua buah titik melakukan getaran harmonis pada satu garis lurus. Kedua titik

itu berangkat dari titik kesetimbangan, pada saat dan arah yang sama.

Periodenya masing-masing 1/3 detik dan 1/5 detik.

a. Hitung sudut fase, fase dan beda fase setelah bergetar ¼ detik

b. Kapan fase kedua getaran berlawanan


6. Sebuah benda bermassa 0,25 kg melakukan osilasi dengan periode 0,2

sekon dan amplitudo A = 25 x 10-4

meter, pada saat simpangannya Y = 2 x 102

meter. Hitunglah :

a. Percepatan benda

b. Gaya pemulih

c. Energi potensial

d. Energi kinetik benda

Setelah mempelajari materi diatas, simpulkan kemampuan kalian saat ini.

Jika kalian telah menjawab “YA” pada kedua indikator diatas, kalian diperkenankan

untuk lanjut mengerjakan uji kompetensi, akan tetapi jika masih ada jawaban

“TIDAK” maka kalian disarankan untuk mengulang kembali materi sebelumnya.

Tanggal pengumpulan Nilai Tanda tangan Guru

Mapel

TUGAS PROYEK

Buat artikel tentang penerapan gerak harmonik sederhana yang ada dalam

kehidupan sehari-hari. Artikel ditulis di kertas A4, bentuk huruf comic sant ukuran

huruf 12, dikumpulkan sebelum ulangan harian.

UJI KOMPETENSI

Kerjakan soal evaluasi buku Fisika untuk SMA Kelas X, penerbit tiga serangkai

halaman 269 di kertas. Nomer absen ganjil mengerjakan soal nomer ganjil dan Nomer

absen genap mengerjakan soal nomer genap. Jawaban ditulis lengkap (uraian).


PENUTUP

Setelah menyelesaikan UKBM ini, Anda berhak untuk mengikuti tes.ulangan harian

untuk materi Gerak Harmonis untuk menguji kompetensi yang telah Anda

pelajari.Anda bisa meminta ulangan harian . Apabila Anda dinyatakan memenuhi

syarat ketuntasan dari hasil evaluasi dalam UKBM ini, maka Anda berhak

melanjutkan ke topik/materi berikutnya. Jangan lupa tugas proyek dikumpulkan

sebelum Anda menempuh ulangan harian, semoga sukses selalu

Selamat Mengerjakan

unit kegiatan belajar mandiri fisika 9 (fisika... · 2019. 9. 24. · unit kegiatan belajar mandiri...

Documents