Konsep Usaha Dan Energi Pada Roller Coaster [PDF]

Citation preview

Tugas 4 Fisika Terapan-Usaha dan Energi



Konsep Usaha dan Energi pada Roller Coaster Nisrina Nur Ramadhani (17030184007)



Berdasarkan ilustrasi diatas, dapat dijelaskan gejala yang ada di sekitar kita terkait konsep fisika materi usaha dan energi. Gejala fisika tersebut dapat dijelaskan dari dimensi faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif. 1. Dimensi Faktual Berdasarkan ilustrasi diatas, dapat diperoleh informasi dari dimensi faktual yaitu segerombolan orang sedang menaiki wahana permainan roller coaster. Orang-orang tersebut terlihat ceria dan menikmati wahana roller coaster dibawah langit cerah berwarna biru. Roller Coaster tersebut terdiri dari delapan kereta yang berwarna merah dengan corak berwarna biru-putih, sedangkan rel atau lintasannya berwarna putih dan berbentuk melingkar-lingkar menyerupai spiral. Lintasan roller coaster terlihat kokoh dan didesain cukup tinggi sebagaimana roller coaster pada umumnya. 2. Dimensi Konseptual Roller Coaster berhubungan dengan konsep fisika Usaha dan Energi, khususnya mengenai energi. Konsep energi yang ada pada wahana roller coaster adalah energi kinetik, energi potensial dan kekekalan energi. Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak baik secara translasi maupun rotasi, pada kasus roller coaster ini berkaitan dengan konsep energi kinetik rotasi (𝐸𝑘𝑟 ). Energi Kinetik (𝐸𝑘 ) dihasilkan oleh roller coaster karena geraknya (dalam hal ini kecepatan), dimana energi kinetiknya bernilai nol ketika berada di posisi puncak lintasan dan bernilai maksimum di posisi terendah lintasan. Kemudian energi kinetik di ubah menjadi energi potensial ketika roller coaster bergerak naik. Energi potensial (𝐸𝑝 ) pada roller coaster dikarenakan oleh posisinya, dimana energi potensialnya akan bernilai maksimum di posisi puncak lintasan dan bernilai nol di posisi terendah lintasan. Energi potensial akan diubah kembali menjadi energi kinetik ketika roller coaster bergerak menurun. Konsep kekekalan energi terjadi saat proses perubahan energi kinetik menjadi energi potensial dan sebaliknya. Pada proses ini, sebagian energi diubah menjadi energi panas (kalor) karena adanya



Tugas 4 Fisika Terapan-Usaha dan Energi gesekan antara roda roller coaster dengan rel lintasan. Energi total sistem tidak bertambah atau berkurang. Energi hanya berubah bentuk dan hal ini sesuai dengan Hukum Kekekalan Energi. 3. Dimensi Prosedural Untuk bisa beroperasi sebagaimana roller coaster pada umumnya, pertama yaitu roller coaster dinaikkan terlebih dahulu ke puncak bukit pertama pada lintasan dengan menggunakan semacam ban berjalan, seperti pegangan tangan pada tangga berjalan (eskalator). Di naikkan ke puncak dengan tujuan agar kereta memiliki energi potensial yang besar. Puncak bukit pertama dibuat lebih tinggi dari puncak bukit selanjutnya, tujuannya agar roller coaster memiliki energi potensial yang cukup besar sehingga mampu melintasi seluruh lintasan dengan baik. Dari puncak yang paling tinggi itulah roller coaster meluncur, saat meluncur turun, kecepatannya semakin lama semakin tinggi, dan akan kembali naik dengan cepat seolah menuju langit, pada saat naik sampai ke tempat yang paling tinggi, kecepatan akan berkurang dan memiliki energi potensial, kemudian bergerak kembali meluncur ke bawah. Pada saat bergerak ke bawah, energi potensial akan berubah menjadi energi kinetik. Semakin ke bawah maka kecepatan geraknya akan semakin bertambah, namun energi potensialnya semakin kecil, sedangkan energi kinetiknya semakin besar. 4. Dimensi Metakognitif Selain berhubungan dengan konsep energi, roller coaster juga berhubungan dengan konsep fisika yaitu gaya gravitasi, gaya sentripetal, gaya sentrifugal dan momen inersia. Pada roller coaster, terdapat gaya gravitasi yakni gaya (interaksi) yang disebabkan oleh tarikan massa bumi terhadap massa tubuh (karena massa bumi jauh lebih besar di bandingkan dengan massa tubuh). Gaya sentripetal adalah gaya yang “berusaha” menarik objek mengarah ke titik pusat (sumbu) dimana ketika roller coaster bergerak melalui lintasan memutar, gaya sentripetal “mempertahankan” roller coaster agar tetap bergerak memutar. Gaya sentrifugal adalah gaya yang selalu mendorong sebuah obyek ke luar lengkungan, yang mengakibatkan saat naik roller coaster penumpang akan merasakan sensasi ketika roller coaster berbelok ke kanan maka mereka seolah terlempar ke kiri dan sebaliknya. Sedangkan momen inersia pada roller coaster dapat dirasakan oleh penumpang saat berada di kelokan tajam dan mendapat sensai ditarik ke belakang seakan keluar dari jalur. Benda dapat dikatakan memilki energi kinetik rotasi (𝐸𝑘𝑟 ) jika benda tersebut memiliki momen inersia (I) dan berotasi dengan kecepatan sudut (ω). Contoh lain dari energi kinetic rotasi dalam kejadian disekitar kita adalah jarum jam dinding yang bergerak dan gerak planet yang mengelilingi matahari.