My Inspiration: KAJIAN MEKANIKA DAN TERMODINAMIKA

KAJIAN MEKANIKA DAN TERMODINAMIKA

Senin, 27 Juli 2015 07.06 Diposting oleh Unknown

Disusun oleh: Fatmawati (1303017)

Mahasiswa Magister Pendidikan Fisika Universitas Pendidikan Indonesia

Dosen : Dr Eng Agus Setiawan, M.Si

Nama : Fatmawati 1303017 SPs Pend Fisika III_A UPI

Centripetal acceleration: often forgotten or misinterpreted

Physics Education, september 2009 (464-468) By Chandralekha Singh

(Department of Physics and Astronomy, University of Pittsburgh, PA 15260, USA )

A. RESUME

Percepatan adalah konsep dasar dalam mengajar fisika pada semua level fisika mekanik. Dalam jurnal ini, akan dibahas beberapa tantangan dalam mengajar konsep percepatan secara efektif. Dalam jurnal ini berkeinginan untuk membantu siswa untuk membedakan antara kecepatan dan percepatan yang merupakan dua hal yang berbeda. Percepatan adalah perbandingan perubahan kecepatan terhadap waktu. Kecepatan adalah besaran vektor, kecepatan bisa berubah karena besarnya (kelajuan) berubah, arahnya berubah atau karena keduanya. Contoh, jika mobil bergerak pada jalan yang lurus secara lambat atau ngebut, itu hanya kelajuan karena tidak disebutkan arahnya. Untuk gerak melingkar beraturan, kelajuan konstan dan hanya arah dari kecepatan yang bererubah. Pada kasus ini, kecepatan tangensial dan percepatan disebut percepatan sentripetal yang arahnya menuju pusat lingkaran. Jika kelajuan konstan, kecepatan dan percepatan sentripetal selalu tegak lurus satu sama lain. Besar dan arah kecepatan dapat berubah dan ada dua konponen yang tegak lurus yaitu percepatan tangensial (a_t) yaitu perubahan dari kelajuan dan percepatan sentripetal (a_s) yaitu perubahan dari arah kecepatan. Selanjutnya akan dibahas keadaan yang berhubungan dengan percepatan sentripetal pada tantangan yang lebih umum.

Gambar kasus 1

Dari artikel yang mutakhir, ada dua soal mengenai pilihan ganda mengenai percepatan bola yang menggelinding pada sebuah lereng seperti yang dituntukkan pada gambar di atas.

(1) Sebuah bola menggelinding pada lereng. Diketahui bahwa kecepatan bola dari titik A ke titik B meningkat, bagaimana dengan percepatannya?

a. percepatannya meningkat juga b. percepatannya menurun c. percepatan tetap

(2) Ketika bo;a menggelinding dari titik B ke titik C, bagaimana percepatannya?

d. percepatannya meningkat juga e. percepatannya menurun f. percepatan tetap

Secara respek kita akan menjawab a untuk soal pertama dan e untuk soal kedua dengan penjelasan percepatan tergantung pada kemiringan dari tebing tersebut. Dari gambar, kemiringan tebing meningkat dari titik A ke titik B sehingga percepatan berangsur-angsur meningkat, tetapi pada titik B ke titik C kemiringannya menurun. Sehingga disimpulkan percepatan meningkat hingga titik B dan setelah itu menurun.

Kenyataanya, untuk soal no 2, jika menjawab yang e, maka jawaban itu salah karena itu menyalahi rumus a_s=v²/R, dimana v adalah kecepatan dan R adalah jari-jari lingkaran. Pertanyaan no 2, mempertanyakan tentang percepatan menggelinding bola dari titik B ke titik C dan bukan tentang besar percepatan tangensial (a_t). Jawaban yang benar adalah Besar percepatan dari titik B ke titik C, bisa saja meningkat maupun menurun tergantung pada jari-jari lingkaran bola dan kelajuan bola saat di titik C. Ini seharusnya menjadi catatan bahwa titik C adalah bagian diam dari permukaan lingkaran yaitu pada titik C bola tidak menggelinding pada permukaan horizontal. Maka tidak benar jika hanya dengan melihat gambar terus kita menyimpulkan bahwa percepatan meningkat dari titik B ke titik C.

Menghitung besar percepatan : Dari gambar 1, diketahui ketinggian lembah (H) = 8,6 cm, sudut yang ditarik dari titik B dengan garis horizontal (θ) = 67⁰, dan jari-jari lingkaran 6,1 cm. Pertama, kita menghitung besar percepatan di titik B. Pada titik ini percepatan total hanya tergantung komponen percepatan tangensial saja karena percepatan sentrifugalnya 0. Rumus untuk percepatan tangensial a_t = g sin θ dimana g adalah percepatan gravitasi. Selanjutnya kita asumsikan pada titik C kemiringan lengkungan kecil sehingga a_t dapat dianggap tidak ada dan percepatan total hanya tergantung pada percepatan sentripetal saja. Rumus untuk perceratan sentripetal a_s = v²/R dimana v adalah kelajuan bola. Kita asumsikan bola dalam keadaan diam pada titik A dan tidak dipengaruhi oleh keberadaan udara sehingga besar energi mekanik total berada antara titik A dan titik C.

mgH = 1/2mv² dan a_s= 2gH/R, dari rumus ini percepatan sentripetal hanya tergantung pada perbandingan H dan R karena 1/2g adalah konstan jadi jawaban tidak tergantung pada faktor keseluruhan yang ditunjukkan pada gambar. Perbandingan besar dari percepatan pada titik C dan titik B adalah a_s/a_t = 2H/Rsin θ, karena 2H/R > 1 untuk parameter pada gambar 1 yang artinya tidak bergantung pada kemiringan titik B sehingga percepatan pada titik C harus lebih besar daripada titik B.

Asumsikan bahwa bola memiliki momen inersia I = Kmr², dimana K = 2/5 untuk bola pejal dan r adalah jari-jari bola. Kita peroleh persamaan a_t = g sin θ / (1+K). Pada titik C, v = ωr dimana ω adalah kelajuan anguler energi kinetik rotasi adalah 1/2Iω². Jika persamaan tersebut disubtitusikan menjadi a_s=v²/R = 2gH / R(1+K) sehingga diperoleh a_s/a_t = 2H/R sin θ pada titik B dan C sama untuk kasus ketika objek meluncur dibandingkan menggelinding. Sehingga total percepatan pada titik C lebih besar daripada saat berada pada titik B yaitu jika 2H/R sin θ > 1.

Percepatan sentripetal pada bandul : Kegagalan mencangkup perubahan dalam arah sebuah objek dalam percepatan yang tesebar luas diantara pemula dan pakar. Survey yang dilakukan oleh Rief menunjukkan hubungan percepatan titik pada lintasan bandul yang sulit untuk ditemukan. Rief menyatakan beberapa profesor fisika di universitas California, Berkeley yang mengajar fisika dasar belum lama untuk menjelaskan bagaimana percepatan pada titik yang berbeda pada perubahan lintasan bandul. Secara mengejutkan, secara salah mencatat bahwa percepatan pada lintasan titik terrendah adalah 0 karena mereka tidak memperhitungkan percepatan sentripetal. Ketika siswa secara implisit mempertimbangkan kembali jawaban mereka, kurang lebih setengah dari mereka lupa memasukkan percepatan sentripetal padahal yang lainnya melanjutkan pernyataan awal mereka bahwa percepatan nol pada titik terrendah. Pada studi lain, banyak juga siswa yang kesulitan dalam menghitung gaya normal pada sebuah objek yang bergerak sepanjang gerak melingkar pada titik tertinggi.

Percepatan sulit untuk digambarkan tetapi bisa dirasakan

Permasalahan yang timbul adalah susahnya memvisualkan percepatan. Sebagai contoh kita tinjau ilustrasi gambar2.

Mobil A bersama pengendaranya bergerak dengan kelajuan konstan (V_A) dan mobil B bergerak dengan kelajuan lambat (V_B) menuju persimpangan. Jika kedua mobil tersebut akan terjadi tabrakan, maka hanya pengemudi di mobil A yang khawatir sedangkan pengemudi pada mobil B merasa tenang. Pengemudi mobil B karena mengendarai mobil dengan lambat dan dapat menggabungkan informasi dari penglihatannya sehingga merasa tidak akan terjadi tabrakan sedangkan pengemudi pada mobil A khawatir karena tidak banyak menerima informasi secara cepat dan harus menggunakan kognitif level tinggi melihat mobil B perubahan kecepatan per waktu secara implisit dan baru bisa mengambil disimpulkan tidak akan terjadi tabrakan.

Manusia adalah alat pengukur percepatan dan yang sedang berada pada percepatan dapat merasakan besar dan arah dari percepatan itu sendiri. Sebagai contoh, saat kita mengemudi dijalan yang lurus dari keadaan diam, maka kita akan merasa terdorong kebelakang padahal kendaraannya memiliki kecepatan ke depan. Ini adalah contoh dari kelembaman. Contoh lain, ketika kita menaiki roller coaster, percepatan menuju kepusat lingkaran sedangkan badan kita merasa terdorong berlawanan arah percepatan jika komponen tangensial nol. Jika siswa senairi yang merasakan hal ini, maka diharapkan akan mengembangkan lebih baik intuisinya terhadap konsep percepatan ini.

Beberapa miskonsepsi mengenai percepatan sentripetal : Massa dari objek percepatan sentripetal sering disebut gaya sentripetal dan Ini terjadi adalah miskonsepsi. Beberapa siswa yang fokus memecahkan masalah, menggambar diagram dan menulis persamaan dari keseimbangan dari hukum II Newton. Dalam diagramnya, mereka secara salah memasukkan gaya sentripetal pada titik tertinggi pada lengkungan memisahkan gaya dalam menambahkan gaya normal dan gaya gravitasi. Dengan menggunakan hukum II newton, siswa secara salah mendapatkan besar gaya normal manusia dari massa bergerak dengan kelajuan v sepanjang lengkung melingkar yang memiliki jari-jari r adalah F_N = mg + mv²/r yang seharusnya F_N = mg - mv²/r. Sehingga mereka menyimpulkan bahwa tampak lebih berat. Itu mungkin jika siswa menggunakan intuisi dan menggambarkan bagaimana mereka akan merasakan percepatan.

Kesimpulan dan petunjuk penerapan : Telah dibahas bahwa banyak tantangan dalam mengajarkan percepatan sentripetal. Guru senior pun masih banyak kendala dan pernah melakukan kesalahan dalam menghitung besar percepatan total sebuah benda yang bergerak sepanjang jalur yang melengkung. Dari pembahasan, dapat disimpulkan bahwa perlunya strategi instruksi yang diharapkan dapat membantu siswa dalam menaklukkan konsep ini. Pengajaran dalam memperkenalkan fisika telah menemukan cara untuk meningkatkan pemahaman siswa pada konsep yang berhubungan dengan percepatan. Hal lain yang bisa dilakukan adalah dengan memberi kesempatan kepada siswa untuk mengeksplorasi melalui kinestetik atau gerak. Jika kita bisa merasakan percepatan maka akan sangat membantu siswa untuk paham dan mampu mengingat hubungan konsep dan intuisi tentang masalah yang berhubungan dengan percepatan.

B. KOMENTAR

Kelebihan: Dari jurnal ini dikupas mengenai fenomena-fenomena sehari-hari yang berhubungan dengan percepatan terutama percepatan sentripetal. Penulis menjelaskan apa permasalahan pada setiap situasi dan fisika sebenarnya. Jurnal ini mudah dipahami karena kita diajak untuk langsung menerapkan pada contoh. Setelah menjelaskan beberapa kondisi yang salah terhadap topik ini, penulis memberikan solusi mengajar topik ini secara efektif. Kita disarankan untuk mengajak siswa untuk merasakan dan mempelajari dengan gerak atau kinestetis. Saran ini bisa kita terapkan dalam mengajar yang diharapkan pengajaran akan lebih efektif.

Kekurangan: Skala gambar tidak rasional karena ketinggian lembah yang hanya 8,6 cm ada bola dengan jari-jari lingkaran bola 6,1 cm yang bisa menggelinding. Kecuali itu, jurnal ini menjelaskan dengan deskripsi berupa narasi, saya rasa jika dijelaskan melalui gambar akan lebih mudah dipahami. Dalam membaca jurnal ini, kita sudah harus mengenal topik terlebih dahulu. Disini hanya enjelaskan masalah-masalah tanpa menjelaskan ulang materi tentang percepatan.

C. PERTANYAAN:

1. Mengapa pada persoalan contoh yang mengenai bola yang menggelinding, jika dikatakan dari titik B ke titik C bahwa dengan melihat gambar percepatannya akan meningkat, ini dinyatakan kurang tepat dan yang tepat adalah kecepatannya bisa meningkat maupun menurun tergantung pada jari-jari bola sedangkan setelah dilakukan perhitungan ternyata benar bahwa percepatannya meningkat?

2. Pada situasi mobil dinyatakan bahwa mobil B memiliki kelajuan yang lebih besar namun diperlambat sehingga pengemudi mobil B tetap merasa tenang, bagaimana menjelaskan hal ini?