Modul 2 - IPA - Kelas 8 Neww [PDF]

Citation preview

MODUL 2 Senang bertemu kembali dalam modul ini. Dalam modul 1 Kamu telah mempelajari sistem gerak pada manusia. Nah, pada modul 2 ini Kamu akan belajar tentang gerak pada benda. Setiap hari kita melihat benda-benda yang bergerak. Kereta berjalan di atas rel, bis berjalan di di jalan raya. Bola dilemparkan oleh anak yang bermain, dan banyak benda lain yang bergerak di sekitar kita. Untuk dapat bergerak, benda-benda memerlukan gaya. Dalam modul ini selain tentang gerak, Kamu juga akan belajar tentang gaya dan hukum-hukum yang berkaitan dengan gaya. Modul ini dibagi menjadi 4 Kegiatan belajar. Pada setiap kegiatan belajar Kamu akan mempelajari tentang: Kegiatan belajar 1: Konsep gerak, kelajuan dan kecepatan. Kegiatan belajar 2: GLB dan GLBB Kegiatan belajar 3: Macam-macam gaya dan resultan gaya Kegiatan belajar 4: Hukum-hukum Newton Sekarang mari kita mulai kegiatan belajar kita dengan semangat! A. Kegiatan Belajar 1 1. Tujuan Pembelajaran: Setelah melakukan kegiatan pembelajaran 1 Kamu diharapkan dapat: a. Mendeskripsikan gerak lurus. b. Membedakan jarak dan perpindahan. c. Membedakan kelajuan dengan kecepatan. d. Menghitung kelajuan atau kecepatan pada beberapa contoh kasus dengan menggunakan rumus gerak lurus. 2. Uraian Materi: Apakah Kamu pernah naik kereta? Kereta bergerak ketika berjalan meninggalkan stasiun. Lalu bagaimana halnya penumpang yang berada di dalam kereta, apakah penumpang bisa dikatakan bergerak juga? Untuk menjawab pertanyaan ini kita harus melihat titik acuan, sehingga kita melihat apakah penumpang bisa dikatakan bergerak atau tidak. Dalam peristiwa di atas, kereta dikatakan bergerak karena menjauh dari stasiun sebagai titik acuan. Sedangkan untuk penumpang yang duduk di dalam kereta, dapat dikatakan bergerak atau diam. Jika titik acuannya stasiun, maka penumpang bisa dikatakan bergerak, tetapi jika titik acuannya kereta maka penumpang dikatakan diam atau tidak bergerak. Sampai di sini, apakah Kamu dapat menyimpulkan apa yang dimaksud dengan bergerak? Suatu benda dikatakan bergerak terhadap benda lain jika mengalami perubahan kedudukan terhadap benda lain yang dijadikan titik acuan. Benda bergerak melalui suatu lintasan. Ada lintasan yang lurus, melengkung, parabola atau tidak bahkan tidak beraturan. Dalam modul ini kamu akan belajar tentang gerak lurus, yaitu gerak benda dengan lintasan yang lurus. a. Jarak dan Perpindahan Setiap hari Kamu pergi ke sekolah. Jika jarak rumahmu dengan sekolah 1 km, maka jarak yang Kamu tempuh setiap hari pulang pergi adalah 1 km + 1 km = 2 km. Tetapi perpindahan yang kamu lakukan adalah nol. Karena untuk menentukan besarnya perpindahan, kamu perlu memperhatikan arah perpindahannya. Perpindahan yang ditempuh adalah 1 km ke arah sekolah (+1 km) dan 1 km ke arah rumah yang letaknya berlawanan dengan arah ke sekolah (–1 km). Jadi, perpindahan yang telah ditempuh adalah 1 km + (–1 km) = 0 m. Hal ini berarti meskipun Kamu bergerak, tetapi perpindahan yang Kamu lakukan adalah nol karena kedudukan awal dan akhirnya sama. Dari pembahasan di atas, dapat kita nyatakan pengertian jarak dan perpindahan sebagai berikut. Jarak adalah panjang lintasan yang ditempuh benda tanpa memperhatikan arah, sedangkan perpindahan adalah jumlah lintasan yang ditempuh benda dengan memperhitungkan posisi awal dan akhir benda.



b. Kelajuan dan Kecepatan Dalam fisika kecepatan dan kelajuan memiliki makna yang berbeda. Orang sering keliru menyatakan kelajuan sebagai kecepatan. Misalnya laju motor yang bergerak 40 km/jam sering dinyatakan sebagai bergerak dengan kecepatan 40 km/jam. Kelajuan merupakan besaran skalar karena tidak bergantung pada arahnya. Sehingga kelajuan selalu bernilai positif. Kelajuan dapat diukur dengan menggunakan speedometer. Kita dapat membaca kelajuan sesaat pada speedometer, terlihat dari angka yang ditunjukkan pada speedometer tersebut. Lalu apa yang dimaksud dengan kecepatan? Jika seseorang berjalan 3 m/s ke arah timur, maka dapat dinyatakan bahwa kelajuan berjalan orang tersebut adalah 3 m/s, sedangkan kecepatannya adalah 3 m/s ke arah timur. Kecepatan termasuk besaran vektor karena bergantung pada arah geraknya. Apabila kelajuan dan kecepatan dinyatakan dengan v, jarak dan perpindahan dinyatakan dengan s, maka secara matematis dirumuskan sebagai berikut:



Kecepatan dan kelajuan hanya dibedakan oleh arahnya saja, sehingga keduanya mempunyai simbol (v) dan satuan yang sama yaitu m/s. Contoh soal : 1. Temanmu bersepeda bergerak menempuh jarak 180 meter, membutuhkan waktu 30 sekon. Berapakah kelajuan sepeda tersebut? Penyelesaian Diketahui : s = 180 m t = 30 s Ditanyakan : v = …? Jawab : s v= t 180 m v= 30 s v=6 m/s Jadi temanmu bersepeda dengan kelajuan 6 m/s. 2. Seseorang mengendarai mobil dengan laju rata-rata 80 km/jam. Dia tiba di tempat tujuan setelah meempuh perjalanan selama 2 jam. Berapa jarak yang ditempuh oleh orang tersebut? Penyelesaian Diketahui : v = 80 km/jam t = 2 jam Ditanyakan : s = …? Jawab: s v= t Maka s=vxt s = 80 km/jam x 2 jam s = 160 km Jarak yang ditempuh oleh orang tersebut adalah 160 km.



bawah



Kegiatan belajar 1 sampai di sini, apakah Kamu dapat memahami semua materinya? Kerjakanlah tugas di ini untuk mengecek pemahamanmu! Tuliskan jawaban dalam buku tulismu!



3. Tugas: a. Apa yang dimaksud dengan titik acuan? b. Jelaskan persamaan dan perbedaan kelajuan dan kecepatan! B. Kegiatan Belajar 2 Mari kita lanjutkan mempelajari tentang gerak pada kegiatan belajar 2. Pertahankan semangatmu! 1. Tujuan Pembelajaran: Setelah melakukan kegiatan pembelajaran 2 Kamu diharapkan dapat: a. Mendeskripsikan gerak lurus beraturan. b. Menggambar garfik hubungan kecepatan dan waktu pada gerak lurus beraturan. c. Mendeskripsikan gerak lurus berubah beraturan. d. Menggambar grafik hubungan kecepatan dan waktu pada gerak lurus berubah beraturan. e. Menghitung percepatan benda yang sedang bergerak. 2. Uraian Materi: a. Gerak Lurus Beraturan GLB Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda yang lintasannya lurus dengan kecepatan tetap. Artinya benda yang bergerak pada lintasan lurus tersebut, pada selang waktu yang sama akan menempuh jarak yang sama. Gerak lurus beraturan hanya mungkin terjadi pada lintasan yang bebas hambatan. Sehingga gerak lurus beraturan ini sulit terjadi dalam kegiatan sehari-hari. Di jalan tol sopir mungkin bisa mempertahankan kecepatan yang sama untuk beberapa waktu, sehingga mobil bergerak lurus beraturan. Jika sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 2 km/menit, artinya setiap menit mobil tersebut bergerak sejauh 2 km. Agar lebih mengerti perhatikanlah tabel berikut: Tabel 2. 1 Hubungan Jarak dengan waktu pada GLB waktu (menit) 0 1 2 3 4 5 Jarak (km) 0 2 4 6 8 10 Gerak lurus beraturan menghasilkan grafik kecepatan terhadap waktu pada sebagai berikut:



Gambar 2.1 Grafik kecepatan terhadap waktu, GLB. b. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) Apakah kamu pernah memperhatikan sepeda motor yang mulai berjalan atau yang akan berhenti? Tentu kecepatannya berubah, bukan? Ketika mulai berjalan, motor mula-mula diam, lalu bergerak dengan kecepatan yang terus bertambah. Sedangkan motor yang akan berhenti tentu kecepatannya semakin berkurang sampai menjadi nol ketika sudah berhenti. Perubahan gerakan motor di lintasan lurus pada saat mulai melaju dan pada saat akan berhenti merupakan contoh Gerak Lurus Berubah Beraturan atau disingkat GLBB. Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan lurus dan mengalami perubahan kecepatan yang sama setiap sekonnya atau mengalami percepatan yang sama. Percepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan tiap waktu. Perubahan kecepatan adalah selisih antara kecepatan akhir dan kecepatan awal. Secara matematis, persamaan percepatan dapat didefinisikan sebagai berikut:



v t −v o ∆t Keterangan:



a=



a = percepatan (m/ s2) vo = kecepatan mula-mula (m/s) vt = kecepatan akhir (m/s) ∆t = selang waktu (s) Contoh soal: Sebuah motor mula-mula yang awalnya diam mulai bergerak. Setelah 5 sekon motor bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Tentukanlah besar percepatan motor tersebut! Penyelesaian: Diketahui: vo = 0 m/s vt = 10 m/s ∆t = 5 s Ditanyakan: a = .... ? Jawab: v t −v o a= ∆t 10 m/ s−0 a= 5 a=2 m/s2 Gerak lurus suatu benda yang perubahan kecepatannya selalu bertambah disebut gerak lurus dipercepat. Sedangkan gerak lurus suatu benda yang perubahan kecepatannya selalu berkurang disebut gerak lurus diperlambat. Seperti biasa, untuk mengecek pemahamanmu, kerjakanlah tugas di bawah ini! 3. Tugas: a. Sebuah mobil bergerak di jalan yang lurus dari keadaan diam sampai mencapai kelajuan 36 m/s dalam waktu 6 s. Tentukan percepatan mobil tersebut! b. Gambar lah grafik yang menunjukkan hubungan antara kecepatan dengan waktu untuk GLBB dipercepat dan diperlambat! Bagaimana, menarik bukan mempelajari tentang gerak? Apakah kamu sudah memahaminya? Diskusikanlah dengan teman atau gurumu tentang hal-hal yang tidak kamu pahami! C. Kegiatan Belajar 3 Mari kita lanjutkan kegiatan belajar kita dengan mempelajari tentang gaya! 1. Tujuan Pembelajaran: Setelah melakukan kegiatan pempelajaran 3 Kamu diharapkan dapat: a. Mendeskripsikan konsep gaya. b. Menjelaskan pengaruh gaya terhadap benda. c. Menjelaskan macam-macam gaya. d. Menghitung resultan gaya yang bekerja bersama-sama. 2. Uraian Materi: Gaya merupakan tarikan atau dorongan yang dikenakan pada suatu benda. Jika suatu benda dikenai gaya, maka ada beberapa hal yang dapat dialami benda: a. Berubah kecepatan geraknya. Misalnya ketika sepeda dikayuh lebih kuat. b. Benda diam menjadi bergerak dan sebaliknya. Misalnya ketika bola dilempar atau ditangkap. c. Mengubah arah gerak benda. Misalnya bola sepak yang sedang bergerak ditendang oleh pemain bola. d. Mengubah bentuk suatu benda. Misalnya plastisin yang dibuat menjadi berbagai bentuk. Gaya terdiri atas gaya sentuh dan gaya tak sentuh. Gaya sentuh adalah gaya yang bekerja pada suatu benda dengan melalui sentuhan pada permukaan benda tersebut. Gaya otot, gaya pegas dan gaya gesek



termasuk ke dalam gaya sentuh. Seorang ibu mendorong troli belanjaan tentu harus dengan menyentuhnya, demikian juga gesekan meja yang didorong diatas lantai terjadi karena adanya sentuhan antara meja dengan lantai. Gaya tak sentuh tidak memerlukan sentuhan untuk bekerja pada benda. Gaya magnet, gaya listrik dan gaya gravitasi termasuk ke dalam gaya tak sentuh. Gaya gravitasi dapat membuat buah jatuh tanpa harus terjadi sentuhan. Gaya memiliki besar dan arah. Besarnya gaya dapat diukur dengan menggunakan neraca pegas atau dinamometer. Satuan gaya dalam SI adalah newton (disingkat N). Satuan ini dipakai untuk menghormati tokoh Fisika Sir Isaac Newton. Satuan lain yang juga sering dipakai adalah dyne, di mana 1 Newton setara dengan 100.000 dyne. Beberapa gaya yang bekerja bersama-sama dapat digabungkan. Hasil gabungannya disebut resultan gaya. Perhatikan gambar berikut:



Sumber: skiatookschools.org Gambar 2.2 Perpaduan gaya-gaya searah Jika gaya-gaya yang bekerja arahnya sama, maka resultan gaya diperoleh dengan menjumlahkan kedua gaya tersebut. Contoh: Andi dan Budi bersama-sama mendorong sebuah gerobak ke arah kanan. Jika Andi mengeluarkan gaya sebesar 25 N dan Budi mengeluarkan gaya sebesar 35 N, berapakah resultan gaya yang dikeluarkan Andi dan Budi? Penyelesaian: Diketahui: FAndi = 25 N FBudi = 35 N Ditanyakan: FR = .... ? Jawab: Oleh karena FAndi dan FBudi searah, maka FR = FAndi + FBudi = 25 N + 35 N = 60 N Bagaimana jika gaya-gaya yang bekerja itu berlawanan arah? Untuk menjawabnya, perhatikan gambar dua ekor anjing yang sedang berebut mainan di bawah ini:



Sumber: skiatookschools.org Gambar 2.2 Perpaduan gaya-gaya yang berlawanan arah Jika gaya-gaya yang bekerja berlawanan arah, maka resultan gaya diperoleh dengan menghitung selisih kedua gaya tersebut. Contoh:



Anton mendorong meja ke arah kanan dengan gaya 18 N dan Yudi mendorong meja yang sama ke arah kiri dengan gaya 22 N. Tentukanlah resultan dan arah gayanya! Penyelesaian: Diketahui: FAnton = 18 N (ke kanan) FYudi = –22 N (ke kiri) Ditanyakan: FR = .... ? Jawab: FR = FAnton + FYudi = 18 N + (–22)N = –4 N Tanda negatif (–) menyatakan arahnya ke kiri. Jadi Resultan gayanya adalah 4 N dengan arah ke kiri (karena F Yudi lebih besar dari FAnton). Secara umum rumus resultan gaya ditulis sebagai berikut:



FR = F1 + F2 + … +Fn Dapatkah gaya-gaya berada dalam keadaan setimbang? Kesetimbangan benda dapat terjadi ketika resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol. Benda yang berada dalam keadaan setimbang tidak mengalami perubahan gerak. 3. Tugas: a. Dua orang anak sedang mendorong sebuah meja ke kanan dengan gaya masing-masing 10 N dan 20 N. Hitunglah berapa resultan gaya yang bekerja pada meja! b. Resultan dua buah gaya yang arahnya berlawanan dan segaris adalah 14 N. Jika besar gaya yang searah dengan gaya resultan tersebut 26 N, berapakah besar dan arah gaya lainnya? Jika kamu dapat mengerjakan tugas di atas dengan benar, silahkan lanjutkan belajarmu ke kegiatan belajar 4! D. Kegiatan Belajar 4 1. Tujuan Pembelajaran: Setelah melakukan kegiatan pempelajaran 1 Kamu diharapkan dapat: a. Menjelaskan hukum I Newton. b. Memberi contoh penerapan hukum Newton pada kehidupan sehari-hari. c. Menjelaskan hukum II Newton. d. Menghitung besaran-besaran dengan menggunakan rumus pada hukum II Newton e. Menjelaskan hukum III Newton.



f. Memberi contoh penerapan Hukum III Newton pada kehidupan sehari-hari. 2. Uraian Materi: Sir Isaac Newton, ilmuwan Fisika berkebangsaan Inggris, pada tahun1687 berhasil menemukan hubungan antara gaya dan gerak. Dari hasil pengamatan dan eksperimennya, Newton merumuskan tiga hukum mengenai gaya dan gerak yang dikenal dengan Hukum I Newton, Hukum II Newton, dan Hukum III Newton. Nah, agar kamu lebih memahami ketiga hukum Newton tentang gerak, mari mempelajari uraian berikut dengan baik. a. Hukum I Newton Ketika kamu berada dalam mobil yang sedang melaju kencang, jika tiba-tiba mobil yang kamu tumpangi direm mendadak, maka tubuhmu akan terdorong ke depan. Hal ini terjadi karena tubuhmu cenderung mempertahankan posisinya untuk terus bergerak ke arah depan. Oleh karena itulah, maka pengendara mobil wajib memakai sabuk pengaman untuk menghindari kecelakaan. Begitu juga ketika kamu berada dalam kendaraan yang diam. Jika kendaraan tersebut tiba-tiba bergerak, tubuhmu akan terdorong ke belakang. Hal ini terjadi karena tubuhmu cenderung mempertahankan posisinya yang sedang diam. Peristiwa di atas dapat dijelaskan dengan Hukum I Newton yang dinyatakan sebagai berikut: Jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda tersebut akan terus dalam keadaan diam atau terus bergerak dengan kelajuan tetap. Secara matematis, Hukum I Newton dinyatakan sebagai berikut: ΣF = 0 Hukum I Newton menggambarkan sifat benda yang selalu mempertahankan keadaan diam atau keadaan bergeraknya yang dinamakan inersia atau kelembaman. Oleh karena itu, Hukum I Newton dikenal juga dengan sebutan Hukum Kelembaman. b. Hukum II Newton Bagaimana jika gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol? Tentu hanya ada satu kemungkinan, benda akan bergerak. Apabila resultan gaya yang bekerja pada benda konstan, maka benda akan bergerak lurus berubah beraturan. Benda yang bergerak lurus berubah beraturan kecepatannya berubah secara beraturan sehingga mengalami percepatan yang tetap. Ketika kamu mendorong meja, apakah lebih mudah seorang diri atau bersama teman? Tentu lebih mudah bersama teman, bukan? Ketika kamu mendorongnya bersama teman, meja tersebut menjadi lebih mudah bergerak. Hal ini terjadi karena gaya yang diberikan terhadap meja olehmu sendiri lebih kecil dibandingkan ketika kamu dibantu temanmu. Dengan demikian, meja lebih mudah digerakkan karena percepatannya lebih besar. Besarnya percepatan suatu benda sebanding dengan resultan gayanya. Semakin besar resultan gaya yang bekerja pada suatu benda, percepatannya akan semakin besar. Suatu benda memiliki sifat kelembaman yang selanjutnya disebut massa kelembaman. Massa kelembaman ini sangat mempengaruhi percepatan gerak suatu benda. Jika suatu benda yang sedang bergerak dengan percepatan tertentu kamu tambahkan massa kelembamannya, sedangkan resultan gaya yang bekerja tetap, maka percepatan benda akan semakin kecil. Hal ini membuktikan bahwa percepatan benda berbanding terbalik dengan massa benda. Gejala-gejala di atas telah dipelajari oleh Newton sehingga menghasilkan Hukum II Newton, yang menyatakan bahwa: Jika resultan gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan nol, maka benda tersebut akan bergerak dengan percepatan yang besarnya sebanding dengan resultan gayanya dan berbanding terbalik dengan massa kelembamannya. Secara matematis dituliskan: a=



dengan:



∑F m



a = percepatan (m/ s2) ∑F = resultan gaya (N) m = massa (kg)



Contoh soal Gaya 10 N pada sebuah benda menyebabkan benda tersebut bergerak dengan percepatan tertentu. Jika massa benda 2 kg, hitung percepatan benda tersebut! Penyelesaian: Diketahui : F = 10 N m = 2 kg Ditanya : a = …. ? Jawab: ∑F a= m a=



10 N 2 Kg



a=5 m/s 2 Jadi benda bergerak dengan percepatan 5 m/s 2. c. Hukum 3 Newton Apakah Kamu pernah berenang? Apa yang kamu lakukan agar tubuhmu maju ke depan ketika berenang? Ya, kamu harus menggerakkan tanganmu mendorong air ke belakang, sehingga tubuhmu akan bergerak maju. Hal ini terjadi karena air yang didorong memberikan gaya kepada tubuhmu dengan arah berlawanan dari dorongan yang kamu berikan. Hal ini sesuai dengan Hukum III Newton. Hukum III Newton atau Hukum Aksi Reaksi menyatakan bahwa apabila sebuah benda mengerjakan gaya (gaya aksi) kepada benda lain, maka benda kedua akan mengerjakan gaya (gaya reaksi) pada benda pertama yang besarnya sama dan arahnya berlawanan. Secara matematis Hukum III Newton dapat ditulis sebagai berikut: Gaya aksi dan reaksi tersebut memiliki besar yang sama, tetapi berlawanan arah. Gaya aksi = – Gaya reaksi Faksi = – Freaksi 3. Tugas: a. Sebuah mesin perahu motor menghasilkan gaya 15.000 N. Berapa percepatan perahu motor jika massa perahu motor 1.000 kg? b. Berikan 3 contoh peristiwa yang menunjukkan berlakunya Hukum III Newton! E. Rangkuman 1. Suatu benda dikatakan bergerak apabila mengalami perubahan kedudukan terhadap suatu titik acuan. 2. Kelajuan adalah jarak yang ditempuh suatu benda tiap satuan waktu, sedangkan kecepatan adalah perpindahan yang ditempuh suatu benda tiap satuan waktu. 3. Kelajuan merupakan besaran skalar, sedangkan kecepatan merupakan besaran vektor, arah geraknya dinyatakan. 4. Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda menempuh lintasan yang lurus dengan kecepatan tetap. 5. Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan lurus dengan perubahan kecepatan yang sama setiap sekonnya atau mengalami percepatan yang sama. 6. Percepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan tiap waktu. 7. Gaya adalah tarikan atau dorongan yang memiliki arah. 8. Gaya terdiri atas gaya sentuh dan gaya tak sentuh. 9. Gaya sentuh adalah gaya yang terjadi akibat sentuhan langsung. 10. Gaya dapat menyebabkan perubahan posisi, kecepatan, bentuk, dan arah. 11. Alat yang digunakan untuk mengukur gaya secara langsung adalah neraca pegas atau dinamometer. 12. Sebuah benda yang dipengaruhi beberapa buah gaya akan berada dalam kesetimbangan, jika resultan gaya-gaya tersebut sama sama dengan nol. 13. Hukum I Newton menyatakan bahwa sebuah benda tetap dalam keadaan diam atau terus bergerak dengan kelajuan tetap, jika resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol. ΣF = 0 14. Hukum II Newton menyatakan bahwa percepatan yang dihasilkan gaya pada suatu benda sebanding ∑F dengan resultan gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda. a= m



15. Hukum III Newton menyatakan bahwa dari suatu gaya yang bekerja pada benda terjadi gaya reaksi yang sama besar dan arahnya berlawanan. Faksi = –Freaksi