Lembar Kerja Peserta Didik LKPD [PDF]

Citation preview

LKPD BERBASIS PROBLEM BASED LEARNING-FLIPPED CLASSROOM TENTANG " GELOMBANG STASIONERHUKUM MELDE "



fisika dasar



JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA AYU REZKY YULITA



Pengantar Lembar Kerja Peserta Didik LKPD berbasis Problem Based Learnig-Flipped Classroom materi Gelombang Stasioner-Hukum Melde Alhamdulillah, puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan anugerah yang telah diberikan kepada kami sehingga dapat menyelesaikan Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD) berbasis Problem Based Learning-Flipped Classroom materi Gelombang Stasioner- Hukum Melde untuk mahasiswa fisika pada mata kuliah Fisika Dasar . LKPD gelombang stasioner khususnya Hukum Melde merupakan pelengkap dari elearning berbasis Chamilo Fisika Dasar tentang Gelombang yang berfungsi sebagai memahami pembelajaran gelombang stasioner, serta membantu pembelajaran fisika dasar di universitas dalam Pembelajaran Jarak Jauh (PJJ) saat ini. Dalam LKPD ini terdapat kata pengantar, daftar isi, petunjuk penggunaan, link video eksperimen melde, lembar kerja yang dapat diisi peserta didik dengan video pembelajaran Hukum Melde. Lembar kerja tersebut terdiri dari kompetensi lulusan, capaian pembelajaran, tujuan percobaan, landasan teori, alat dan bahan, langkah percobaan, hasil pengamatan, analisis data, pembahasan, kesimpulan, dan rujukan. LKPD Hukum Melde dapat membantu mahasiswa dalam memahami materi gelombang stasioner dengan diberikannya materi singkat dan sebagai petunjuk untuk merangkai alat dan bahan percobaan melde sehingga visualisasi dari gelombang stasioner dapat terlihat dengan baik. Serta dilengkapi dengan tabel data percobaan untuk menuliskan apa saja yang dilihat oleh mahasiswa saat video pembelajaran digunakan. Penyusun menyadari bahwa LKPD ini masih banyak kekurangan yang harus diperbaiki agar mendapatkan LKPD yang jauh lebih baik. Oleh karena itu, penyusun mengharapkan kritik dan saran agar dapat menyempurnakannya. Semoga LKDP Hukum Melde dapat bermanfaat untuk mahasiswa Fisika Dasar dalam memahami konsep Gelombang Stasioner".



Jakarta,



Juni 2021



Ayu Rezky Yulita



Petunjuk Penggunaan LKPD 1. LKPD Hukum Melde berfungsi sebagai bahan kerja dan salah satu bahan belajar untuk membantu memahami materi Gelombang stasioner. Dalam LKPD terdapat kompetensi dan tujuan yang akan dicapai yaitu dapat memahami prinsip kerja percobaan gelombang stasioner, dasar teori, alat dan bahan, langkah-langkah kerja, hasil pengamatan, analisis data, pembahasan, dan kesimpulan. Penggunaan LKPD ini sebaiknya di dampingi dengan reverensi terkait dengan materi. 2. LkPD hukum melde berbasis problem based learning-flipped classroom di implementasikan dengan peristiwa kehidupan sehari-hari. 3. LKPD Hukum Melde berisi kegiatan percobaan menggunakan video pembelajaran. Keberhasilan dalam penggunaan LKPD ini tergantung dari kreativitas, keterampilan, dan kedisiplinan dalam melakukan kegiatan. 4. Sistematika kegiatan dalam LKPD di dalamnya merupakan langkah-langkah problem based learning yang dapat dilakukan dengan mengikuti 5 tahap yaitu: Pemberian Orientasi Masalah kepada Peserta Didik Pengorganisasian Peserta Didik untuk Penyelidikan Pelaksanaan Investigasi Pengembangan dan Penyajian Hasil Analisis dan Evaluasi Proses Penyelidikan



Lembar Kegiatan Peserta Didik (LKPD) Berbasis Problem Based Learning " Gelombang Stasioner-Hukum Melde" Satuan Pendidikan : Kelas / Semester : Hari / Tanggal : Nama Anggota Kelompok :



Judul Praktikum.



1. 2. 3. : Gelombang Stasioner-Hukum Melde



A. Kompetensi Lulusan 1. Mampu menerapkan pemikiran logis, kritis, sistematis, dan inovatif dalam konteks pengembangan atau implementasi ilmu pengetahuan dan teknologi yang memperhatikan dan menerapkan nilai humaniora yang sesuai dengan bidang fisika. 2. Mampu mengkaji implikasi pengembangan atau implementasi ilmu pengetahuan dan teknologi yang memperhatikan dan menerapkan nilai humaniora sesuai dengan bidang fisika berdasarkan kaidah, tata cara dan etika ilmiah dalam rangka menghasilkan solusi, gagasan, dan desain. 3. Mampu menguasai konsep teoritis dan prinsip-prinsip pokok fisika klasik dan fisika kuantum. 4. Mampu menguasai matematika, komputasi, dan instrumentasi untuk mendukung pemahaman konsep fisika. 5. Mampu menguasai pengetahuan tentang teknologi berdasarkan fisika dan penerapannya.



B. Capaian Pembelajaran Menganalisis besaran-besarab fisis gelombang stasioner pada berbagai kasus nyata



Fase Orientasi Masalah C. Tujuan Percobaan Setelah mempelajari LKPD Gelombang Stasioner-Hukum Melde, mahasiswa diharapkan mampu: 1. Memahami prinsip kerja percobaan gelombang stasioner-hukum melde 2. Menghitung jumlah perut dan simpul yang dihasilkan dari tiap percobaan 3. Memahami hubungan antara tegangan tali dengan cepat rambat gelombang pada tali 4. Memahami hubungan antara rapat massa tali dengan cepat rambat gelombang pada tali



5. Memformulasikan persamaan cepat gelombang pada tali 6. Menyimpulkan percobaan gelombang stasioner-hukum melde



F. LANDASAN TEORI Do you know .....???? Mengapa gitar bisa menghasilkan bunyi yang indah ...?



Gambar 1. Gitar/Dawai (Sumber: https://www.guitarsquartz.net/2014/08/macam-macam-teknik-gitar.html)



Saat gitar dipetik, gitar memiliki gelombang yang berbeda, sehingga bunyi yang dihasilkan juga berbeda. Perbedaan tersebut bisa membuat nada yang indah. Tahukah kamu bagaimana bentuk gelombang pada gitar tersebut? Untuk mengetahui bentuk gelombang pada gitar/dawai, lakukanlah praktikum gelombang stasioner-hukum melde berikut! Bunyi merupakan salah satu contoh peristiwa fisika yang ada dalam kehidupan sehari-hari. Setiap saat kita mendengar bunyi bahkan setiap detik setiap waktupun terdapat bunyi. Bunyi ada yang terdengar pelan, keras, lemah, nyaring. (pelan berbeda dengan lemah atau keras berbeda dengan nyaring). Bunyi berasal dari suatu sumber bunyi dimana sumber bunyi tersebut haruslah bergetar agar suara bunyi dapat merambat dan akhirnya sampai di telinga kita. Bunyi merupakan sebuah getaran yang merambat, atau dalam kata lain bunyi merupakan suatu gelombang.



Seperti yang telah dibahas pada paragraf sebelumnya, gelombang merupakan sebuah getaran yang merambat. Gelombang akan terbentuk apabila sebuah sumber getaran bergerak bolak-balik melewati titik setimbangnya secara terus menerus. Gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat lainnya. Contoh sederhana gelombang, apabila kita mengikatkan satu ujung tali ke tiang, dan satu ujung talinya lagi digoyangkan, maka akan terbentuk banyak bukit dan lembah di tali yang digoyangkan tadi, inilah yang disebut gelombang. Gelombang dibedakan menjadi dua jenis menurut mediumnya. Yaitu gelombang elektromagnetik yang merambat tanpa melalui medium atau perantara. Contoh gelombang elektromagnetik adalah gelombang gelombang cahaya dan gelombang bunyi. Sedangkan gelombang yang merambat melalui suatu medium atau perantara yaitu gelombang mekanik. Terdapat dua jenis gelombang mekanik berdasarkan arah gerakan partikel terhadap arah perambatan gelombang, yaitu: 1. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah perambatannya tegak lurus dengan arah getaran partikelnya.Contoh gelombang transversal adalah gelombang pada tali. 2. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah perambatannya sejajar dengan arah getaran partikelnya. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang pada pegas Jika ditinjau dari amplitudonya, gelombang dibagi menjadi dua jenis yaitu gelombang berjalan atau gelombang yang amplitudonya tetap pada setiap titik yang dilalui gelombang, dan gelombang diam (Stasioner) atau gelombang yang amplitudonya berubah-ubah.



GELOMBANG STASIONER Gelombang stasioner terjadi jika dua gelombang yang memiliki amplitudo, panjang gelombang dan frekuensi yang sama namun arahnya berlawanan. Misalkan, Seutas tali dengan salah satu ujungnya diikat pada suatu penggetar (vibrator) di A, sedangkan pada ujung yang lain dipentalkan pada sebuah katrol dan diberi beban yang bermassa M. Besar tegangan tali adalah besar gaya berat dari massa beban yang digantungkan. Jika vibrator digetarkan listrik dengan frekuensi f, maka energi gelombang melalui akan bergerak dari A ke B, energi gelombang ini menyebabkan tali menjadi bergelombang. Pantulan gelombang oleh simpul di B menyebabkan adanya gelombang yang arahnya berlawanan dengan gelombang datang dari sumber (titik A). Perpaduan (interferensi) gelombang datang dan gelombang pantul ini menghasilkan gelombang stasioner (Herman, 2015: 51). Gelombang stasioner memiliki ciri-ciri yaitu terdiri atas simpul dan perut. Pada simpul memiliki kedudukan titik yang memiliki amplitudo minimal (0) sedangkan perut diposisikan sebagai titik yang memiliki amplitudo maksimal. Secara matematis simpangan gelombang dapat ditulis:



Keterangan : simpangan gelombang stasioner simpangan gelombang pertama simpangan gelombang kedua Untuk meninjau terjadinya gelombang stasioner, tinjaulah dua gelombang yang bergerak dalam arah yang berlawanan, kedua gelombang tersebut dapat dinyatakan oleh:



Hasil superposisi dari gelombang tersebut adalah:



Secara trigonometri dapat dinyatakan:



Dengan mensubsitusikan persamaan (5) ke persamaan (4), maka diperoleh :



Dengan:



𝐴𝑠 merupakan amplitudo gelombang perpaduan/resultan. Dari persamaan (7) terlihat bahwa amplitudo resultan bergantung pada posisi (x), memiliki maksimum 2A (terjadi jika sin (kx) = 1), dan memiliki nilai minimum nol (ketika sin kx = 0) dan tidak bergantung pada waktu.



Gambar 2. ilustrasi grafis gelombang stasioner (Sumber: https://sumberbelajar.belajar.kemdikbud.go.id/sumberbelajar/tampil/GelombangStasioner-2016-/menu3.html)



Pada gelombang stasioner, partikel yang dilalui gelombang bergetar naik turun dengan amplitudo berbeda, bergantung pada posisinya. Jarak antara dua titik perut yang berdekatan (Xpp) sama dengan dua jarak simpul yang berdekatan (Xss) dan memiliki hubungan:



Sementara itu jarak simput ke perut :



Jika seutas tali yang salah satu ujung nya diikat dan ujung lainnya digetarkan, maka akan terbentuk gelombang seperti gambar berikut:



Gambar 3. Contoh gelombang yang terjadi pada tali (Sumber: https://www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/karakteristik-gelombang-fisika-kelas-11/



Jika frekuensi penggetar dapat diketahui dan panjang gelombang dapat dihitung maka cepat rambat gelombang pada tali dapat ditentukan. Percobaan Melde merupakan percobaan fisika yang membuktikan tentang hubungan cepat rambat bunyi dalam suatu benda lurus misalnya tali, tegangan tali serta besaran fisika lainnya. Alat untuk membuktikan ini pada awalnya menggunakan prinsip gitar sederhana yang bernama Sonometer. Sonomerter adalah sebuah alat yang terdiri dari tali atau kawat yang diikat kuat dan dihubungkan dengan beban, dimana beban ini digunakan untuk mengukur dan mengontrol tegangan tali dan sebuah kotak suara yang terbuat dari kayu, dimana kotak ini berguna untuk memperkuat bunyi. Hukum Melde mempelajari tentang besaran-besaran yang memengaruhi cepat rambat gelombang transversal pada tali. Melde menemukan bahwa cepat rambat gelombang pada dawai sebanding dengan akar gaya tegangan tali dan berbanding terbalik dengan akar massa persatuan panjang dawai. Secara matematis cepat rambat gelombang pada tali dapat ditulis:



Dan menurut Melde cept rambt gelombang tali dapat dirumuskan:



Keterangan: cepat rambat gelombang (m/s) tegangan tali (N) rapat massa tali (kg/m) frekuensi (Hz) panjang gelombang (m) periode (s) massa (kg) panjang tali (m)



Yukk.. kita mulai percobaannya! D. Alat dan Bahan



Fase Pengorganisasian Peserta Didik untuk Penyelidikan E. Langkah Percobaan Kegiatan I : Menyelidiki hubungan kecepatan gelombang dengan tegangan tali 1. Lakukanlah kalibrasi neraca ohaus hingga tepat di nol 2. Menimbang massa beban yang digunakan dengan alat ukur neraca Ohauss. 3. Mengambil sepotong benang atau tali lalu diikatkan salah satu ujungnya pada vibrator lalu dipentalkan pada katrol dan diberi beban sebesar M1.



3. Susun alat seperti gambar di bawah ini.



Gambar 4. Susunan alat eksperimen melde



4. Setelah menyusun berdasarkan gambar di atas, maka nyalakan Power Supply sehingga vibrator bergetar. 5. Mengatur panjang tali sambil digeser-geser sehingga terbentuk 1/2 gelombang stasioner. 6. Mengukur panjang tali dari vibrator sampai katrol pada saat terbentuk gelombang stasioner. 7. Menentukan jumlah simpul dan perut, kemudian hitung panjang gelombang. 8. Mengulangi kegiatan 1 sampai 7 sebanyak 3 kali dengan massa beban yang berbeda sehingga terbentuk 1, dan 3/2 gelombang. 9. Mencatat seluruh hasil pengamatan pada tabel pengamatan yang tersedia. 10.Menghitung kecepatan rambat gelombang setiap percobaan. Kegiatan 2 : Menyelidiki hubungan kecepatan gelombang dengan tegangan tali 1. Menyiapkan 2 macam tali/benang yang berbeda besarnya 2. Mengambil sebuah tali/benang, ukur panjangnya lalu timbang. 3. Melakukan kegiatan 2 untuk jenis benang lain 4. Menghitung massa tiap persatuan panjang tali. 5. Mengambil sepotong tali/benang pertama, ikatkan salah satu ujungnya pada vibrator, sedang ujung yang lain dipentalkan pada katrol dan diberikan beban M. 6. Menyalakan Power Supply sehingga vibrator bergetar kemudian atur panjang tali sehingga terbentuk gelombang 7. Mengukur panjang tali dari vibrator sampai katrol pada saat terbentuk gelombang stasioner 8. Mencatat banyaknya simpul dan perut yang terjadi 9. Mengulangi kegiatan 4 sampai 8 untuk jenis tali yang lain dengan massa beban tetap. 10. Mencatat semua hasil pengamatan pada lembar pengamatan. 11. Menghitung cepat rambat gelombang tali pada setiap percobaan.



Fase Pelaksanaan Investigasi F. Hasil Pengamatan Kegiatan I : Hubungan kecepatan gelombang dengan tegangan tali NST Neraca Ohaus : .............................. gram NST Mistas : .............................. m Frekuensi getar (f) : 50 Hz Percobaan I



Percobaan II



Percobaan III



Menentukan jumlah simpul dan perut tiap percobaan



Kegiatan 2 : Hubungan kecepatan gelombang dengan massa persatuan panjang tali Massa beban : 70 gr Frekuensi getar (f) : 20 Hz Percobaan I



Percobaan II



Percobaan III



Menentukan jumlah simpul dan perut tiap percobaan



Fase Pengembangan Penyajian Hasil G. Analisis Data Kegiatan 1: Hubungan antara kecepatan gelombang dengan tegangan tali Dari tabel data pengamatan, hitunglah: 1. Panjang gelombang masing-masing beban yang digunakan 2. Hitung tegangan tali dari rumus F = mxg 3. Hitung cepat rambat pada tali 4. Hitung jumlah perut dan simpul tiap percobaan 5. Carilah hubungan antara kecepatan gelombang dan tegangan tali, lalu buatlah grafik hubungan antar keduanya.. Kegiatan 2: Hubungan kecepatan gelombang dengan rapat massa pada tali Dari tabel data pengamatan, hitunglah: 1. Panjang gelombang masing-masing tali yang digunakan 2. Hitung massa persatuan panjang tali 3. Hitung cepat rambat pada tali dengan Hukum Melde 4. Carilah frekuensi yang seharusnya digunakan jika menggunakan persamaan umum gelombang. 5. Carilah hubungan antara kecepatan gelombang dengan rapat massa pada tali, lalu buatlah grafik hubungan antar keduanya.



Fase Evaluasi Proses Penyelidikan H. Pembahasan Kegiatan 1: Hubungan antara kecepatan gelombang dengan tegangan tali



Kegiatan 2: Hubungan kecepatan gelombang dengan rapat massa pada tali



I. Kesimpulan Buatlah kesimpulan dari percobaan berikut dan dari video di e-learning!



J. Pertanyaan Kasus I Pada sebuah percobaan Melde dengan menggunakan vibrator pada frekuens 50 Hz dihasilkan pola gelombang seperti gambar disamping. Berapakah cepat rambat gelombang pada tali tersebut? Kasus II Pada suatu percobaan Melde dengan menggunakan jenis benang dengan masssa persatuan panjang tali dan gaya (F) dihasilkan cepat rambat gelombang sebesar v. Jika benang diganti dengan massa persatuan panjang dua kali semula dan gaya diperbesar hingga menjadi 6 kali semula, sementara frekuensi vibrator tetap, tentukanlah perbandingan cepat rambat gelomban hasil percobaan pertama dengan kedua.



K. Daftar Rujukan Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 2 Edisi 5. Jakarta: Erlangga Herman dan asisten LFD. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar2. Makassar: Unit Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar. Tipler,Paul A. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 2 Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga. Young,Hugh D. dan Freedman, Riber A. 2001. Fisika Universitas Edsi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta: Erlangga.