Mini Riset Fisika Modern - Kel Vii-1 [PDF]

Citation preview

MINI RISET “Pengembangan Media Pembelajaran Praktikum Fisika Berbasis WEB Menggunakan PhET Simulation” Dosen Pengampu: Pintor Simamora. M. Si



DISUSUN OLEH: KELOMPOK VII Harris Siburian



(4192421026)



Mery Cintia Afrilya Sitinjak



(4193121035)



Ruth Ramayani Pasaribu



(4193121044)



PENDIDIKAN FISIKA KELAS A PROGRAM STUDI S1 PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 2021



KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunianya sehingga kami dapat menyelesaikan tugas ini. Makalah mini riset ini di tulis untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah “Fisika Modern” dengan dosen pembimbingnya adalah Bapak Pintor Simamora, M. Si yang sudah banyak memberikan bimbingan atas tugas ini. Kami sangat berterima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam memberikan semangat untuk dapat menyelesaikan tugas ini tepat dalam waktu pengumpulannya. Dan kami kira makalah ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan tugas ini. Akhirnya kami dengan kerendaahan hati meminta maaf jika terdapat kesalahan dalam penulisan atau penguraian tugas ini. Dengan harapan dapat diterima oleh ibu dan dapat dijadikan sebagai acauan dalam proses pembelajaran kami. Medan, 10 November 2021



Penyusun Kelompok 7



1



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR ..................................................................................................... 1 DAFTAR ISI ................................................................................................................... 1 BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................................... 3 1.1 Latar Belakang Masalah…………………………………………………………….3 1.2 Identifikasi Masalah………………………………………………………………..3 1.3 Manfaat Penelitian………………………………………………………………….4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA………………………………………………………….5 2.1 Pengertian PhET Simulation………………………………………………………..5 2.2 Kelebihan PhET Simulation………………………………………………………..5 2.3 Radiasi Benda Hitam……..…………………………………………………………6 BAB III METODOLOGI PENELITIAN…………………………………………………9 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian………………………………………………………9 3.2 Subjek dan Objek Penelitian……………………………………………………….9 3.3 Jenis Penelitian……………………………………………………………………..9 3.4 Instrumen Pengumpulan Data………………………………………………………9 3.5 Teknik Analisa Data……………………………………………………………….10 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN…………………………………………………11 4.1 Hasil Penelitian……………………………………………………………………11 4.2 Pembahasan………………………………………………………………….........13 BAB V PENUTUP……………………………………………………………………….14 5.1 Kesimpulan………………………………………………………………………..15 5.2 Saran……………………………………………………………………………....15 DAFTAR PUSTAKA 2



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Guru sebagai pendidik dituntut mendesain pembelajaran yang menghantarkan peserta didik memenuhi kebutuhan abad 21. Dalam hal ini, kegiatan pembelajaran fisika tak lepas dari peningkatan kompetensi/ keterampilan peserta didik. Peserta didik yang memiliki keterampilan memecahkan masalah mampu membuat kesimpulan



yang



terpercaya, memiliki wawasan yang luas, membuat keputusan yang bijak, menghasilkan produk yang baik, dan penemuan yang kreatif. Keterampilan memecahkan masalah maupun berpikir kreatif penting untuk mendukung peserta didik dalam upaya menggali pemahaman suatu konsep. Proses penemuan konsep yang melibatkan keterampilanketerampilan yang mendasar melalui percobaan ilmiah dapat dilaksanakan dan ditingkatkan melalui kegiatan praktikum di laboratorium. 1.2 Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah diuraiakan dapat diindentifikasi beberapa permasalahan sebagai berikut: 1. Kegiatan pembelajaran laboratorium konvensional terkadang tidak semua dilaksanakan seperti percobaan radiasi benda hitam, kegiatan laboratorium memakan waktu yang lama dalam alokasi waktu yang singkat. Sehingga perlu alternatif pembelajaran laboratorium virtual. 2. Kurangnya kegiatan laboratorium menyebabkan berkurangnyaketerampilan memecahkan masalah dan penguasaan konsep peserta didik.



3



1.3 Manfaat Penelitian 1. Bagi Peserta Didik a.



PhET Simulation dapat meningkatkan penguasaan konsep dan keterampilan memecahkan masalah dalam pembelajaran fisika.



b.



PhET Simulation dapat menumbuhkan motivasi dan minat peserta didik untuk belajar fisika



c.



PhET Simulation dapat memudahkan peserta didik memahami konsepkonsep dalampembelajaran fisika.



2. Bagi Guru Fisika a. PhET Simulation membantu guru dalam menyampaikan materi pembelajaran fisika. b. PhET Simulation dapat digunakan guru sebagai acuan pembelajaran fisika abad 21 yang menarik, menyenangkan dan efektif. 3. Bagi Sekolah a.



PhET Simulation dapat menjadi salah satu pilihan alternatif sebagai bahan ajar dalam meningkatkan kualitas pembelajaran pada mata pelajaran fisika di abad 21.



4. Bagi Peneliti a. Sebagai pertimbangan bagi calon pendidik agar lebih kreatif dalam menggunakan PhET Simulation dalam pembelajaran fisika sebagai upayapeningkatan hasil belajar. b.



Memberikan referensi bagi peneliti selanjutnya untuk melakukan penelitian lebih lanjut.



4



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian PhET Simulation Physics Education Technology (PhET) Simulation merupakan sebuah aplikasi yang berisi sebagai simulasi yang berguna untuk mengajar pembelajaran fisika yang di kembangkan oleh Universitas Colorado. Simulasi phet menggunakan gambar bergerak (animasi), bersifat interaktif dan dibuat layaknya permainan dimana peserta didik dapat belajar dengan berekslorasi. Simulasi ini menekankan pada hubungan antara fenomena dalam kehidupan nyata dan ilmu yang mendasarinya, serta berusaha untuk membuat modelmodel konseptual fisis yang mudah dimengerti oleh peserta didik. Dengan demikian peserta didik dapat pembelajran yang bersifat interaktif layaknya permainan dimana psesrta didik dapat belajar dengan menyenangkan. 2.2 Kelebihan dan Kekurangan PhET Simulation A. Kelebihan PhET Simulation 1.



Simulasi interaktif PhET sangat menarik sekali karena sangat asik. Selain online langsung, simulasi interaktif PhET juga dapat digunaka secara offline di kelas atau di rumah.



2.



Simulasi ini ditulis dalam java dan flash dan dapat di jalankan dengan menggunakan web browser baku selama plug-in flash dan java sudah terpasang.



B. Kekurangan PhET Simulation 1.



Akses untuk melakukan kegiatan pembelajaran visual bergantung pada jumlah fasilitas komputer yang disediakan sekolah.



2.



Keterbatasan pengetahuan mengenai tata cara pelaksanaan yang berbasis simulasi, karena kebanyakan penyedia layanan menggunakan bahasa Inggris sebagai bahasa pengantar.



3.



Keterbatasan Laptop/Gadget pada pembelajaran di sekolah sebagai media pembelajaran yang digunakan dalam kelas.



5



2.3 Radiasi Benda Hitam Radiasi benda-hitam adalah salah satu jenis radiasi elektromagnetik termal yang terjadi di dalam atau di sekitar benda dalam keadaan kesetimbangan termodinamika dengan lingkungannya atau saat ada proses pelepasan dari benda hitam. Benda hitam merupakan benda yang buram dan tidak memantulkan cahaya. Diasumsikan demi perhitungan dan teori berada pada suhu konstan dan seragam. Radiasi ini memiliki spektrum dan intensitas spesifik yang bergantung hanya benda temperatur benda. Radiasi panas yang dilepaskan spontan oleh banyak benda dapat diperkirakan sebagai radiasi benda hitam. Sebuah daerah terinsulasi sempurna yang berada pada kesetimbangan termal secara internal berisi radiasi benda-hitam dan akan melepaskannya melalui lubang yang dibuat pada dinding, lubang dibuat kecil sehingga tidak berpengaruh pada kesetimbangan. Benda-hitam pada suhu ruang terlihat hitam, karena semua energi yang ia radiasikan adalah inframerah dan tak dapat dilihat mata manusia. Karena mata manusia tak dapat melihat warna pada intensitas cahaya sangat rendah, sebuah benda hitam jika dilihat dalam gelap terlihat berwarna abu-abu (namun ini hanya karena mata manusia hanya sensitif terhadap hitam dan putih pada intensitas cahaya sangat rendah- pada kenyataanya, frekuensi cahaya pada range terlihat tetaplah berwarna merah), meski spektrum puncaknya berada pada kisaran inframerah. Jika sedikit dipanaskan, warnanya terlihat merah tua. Jika temperatur dinaikkan terus maka menjadi biru-putih. Meski planet dan bintang tidak berada pada kesetimbangan termal dengan sekitarnya dan juga bukanlah benda hitam sempurna, radiasi benda-hitam digunakan pertama kali sebagai perkiraan untuk energi yang mereka lepas. Lubang hitam adalah benda hitam yang mendekati sempurna, karena ia menyerap semua radiasi yang datang padanya. Telah diajukan bahwa mereka melepas radiasi benda hitam (disebut radiasi Hawking), dengan suhu tergantung massa lubang hitam. Istilah benda hitam pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Kirchhoff tahun 1860. Radiasi benda-hitam disebut juga radiasi sempurna atau radiasi temperatur atau radiasi termal. Radiasi benda-hitam memiliki karakteristik yaitu spektrum frekuensi kontinu yang bergantung hanya pada suhu benda disebut spektrum Planck atau Hukum Planck. Spektrum ini berpuncak pada frekuensi karakteristik yang bergeser ke frekuensi tinggi jika suhu naik, dan pada suhu kamar sebagian besar emisinya berada pada daerah inframerah pada spektrum 6



elektromagnetik. Pada temperatur melewati 500 derajat Celsius, benda hitam mulai melepas cahaya dalam jumlah besar sehingga dapat terlihat. Jika dilihat dalam gelap, sinar yang pertama terlihat seperti abu-abu. Jika suhu terus dinaikkan, cahaya menjadi merah gelap, kemudian kuning, dan akhirnya menjadi biru-putih. Ketika benda terlihat putih, ia melepas sebagian energinya sebagai radiasi ultraviolet. Matahari, dengan suhu efektif sekitar 5800 K, adalah benda hitam dengan puncak spektrum emisi di tengah (warna kuning-hijau) pada spektrum terlihat, tetapi kekuatannya di ultraviolet juga besar. Radiasi benda-hitam memberikan pencerahan kepada keadaan kesetimbangan termodinamika dari radiasi rongga. Jika setiap mode Fourier dari radiasi kesetimbangan pada rongga kosong dengan dinding yang memantul sempurna dianggap sebagai derajat kebebasan dimana energi dapat berpindah, maka menurut teorema ekuipartisi di fisika klasik, akan ada jumlah energi yang sama di tiap mode. Karena jumlah mode-nya tak terbatas maka berakibat pada kapasitas panas tak terbatas (energi tak terbatas pada suhu tidak nol berapapun), begitu juga dengan spektrum radiasi terlepas yang naik tanpa hubungan dengan naiknya frekuensi, masalah yang dikenal dengan bencana ultraungu. Namun, pada teori kuantum bilangan okupasi mode dikuantisasi, memotong spektrum pada frekuensi tinggi sesuai dengan pengamatan eksperimen dan menyelesaikan masalah. Studi mengenai hukum benda hitam dan kegagalan fisika klasik untuk menjelaskannya menjadi dasar bagi mekanika kuantum. Konsep benda hitam adalah idealisasi, karena benda hitam sempurna tidak ada di alam. Grafit dan karbon hitam, dengan emisivitas lebih dari 0.95, adalah perkiraan material hitam. Secara eksperimen, radiasi benda-hitam dapat muncul sempurna sebagai radiasi kesetimbangan steady-state stabil pada rongga dalam benda tegar, pada suhu seragam, yang sepenuhnya buram dan hanya sedikit memantul (reflektif). Sebuah boks tertutup dengan dinding grafit pada suhu kontan dengan lubang kecil pada satu sisi menghasilkan perkiraan yang baik bagi radiasi benda-hitam memancar dari bukaannya. Radiasi benda hitam memiliki distribusi intensitas radiatif yang stabil, absolut, dan unik yang dapat bertahan dalam kesetimbangan termodinamika dalam rongga. Dalam kesetimbangan, untuk tiap frekuensi, total intensitas radiasi yang dilepas dan dipantulkan dari sebuah benda (jumlah radiasi bersih yang meninggalkan permukaan, disebut radiansi spektral) ditentukan hanya dengan temperatur kesetimbangan, tidak tergatung dari bentuk, material, atau struktur benda. Untuk benda hitam (penyerap sempurna) tidak ada radiasi yang dipantulkan, maka radiansi spektral sepenuhnya akibat emisi. Selain itu, benda hitam adalah diffuse emitter (emisinya tidak tergantung arah). 7



Akibatnya, radiasi benda-hitam dapat dilihat sebagai radiasi dari benda hitam pada kesetimbangan termal. Radiasi benda hitam akan memancarkan cahaya yang dapat dilihat jika suhu objek cukup tinggi. Titik Draper adalah temperatur dimana semua padatan memancarkan warna merah redup, berkisar 798 K. Pada 1000 K, bukaan kecil pada rongga dinding benda buram yang dipanaskan, dilihat dari luar, berwarna merah; pada 6000 K, akan terlihat putih. Tidak peduli bagaimana oven itu dibuat atau materialnya dari apa, selama semua cahaya diserap oleh dindingnya, maka dapat dianggap perkiraan yang baik untuk radiasi benda-hitam. Spektrum dan warna cahaya yang keluar menjadi gungsi temperatur rongga saja. Grafik yang berisi jumlah energi didalam oven per satuan volume dan per satuan interval frekuensi yang diplot vs frekuensi, disebut kurva benda-hitam. Kurvanya berbeda-beda untuk tiap suhu.



8



BAB III METEOLOGI PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian Lokasi yang menjadi tempat penelitian kami adalah melalui Web Google karena sesuai dengan judul penelitian yang dimana pengembangannya berbasis Web. Dengan waktu penelitian yang kami lakukan pada 03 November 2021. 3.2 Subjek dan Objek Penelitian •



Yang dimaksud subyek penelitian, adalah orang, tempat, atau benda yang diamati dalam rangka pembumbutan sebagai sasaran). Adapun subyek penelitian dalam tulisan ini, adalah Mahasiswa/i Aktif Universitas Negeri Medan Jurusan Fisika



•



Yang dimaksud obyek penelitian, adalah hal yang menjadi sasaran penelitian. Jadi yang menjadi sasaran pada penelitian ini adalah Praktikum Fisika tentang Radiasi Benda Hitam yang dimana menggunakan Phet Simulation.



3.3 Jenis Penelitian Jenis penelitian yang digunakan yaitu pengembangan atau yang biasa dikenal dengan R&D (Research and Development). Menurut Sugiyono (2015: 407), metode penelitian dan pengembangan adalah metode penelitian yang digunakan untuk menghasilkan suatu produk tertentu, dan menguji keefektifan produk tersebut. Pada penelitian ini akan dikembangkan sebuah produk berupa Pengembangan Praktikum Fisika Berbasis Web Dengan Menggunakan PHET Simulation. 3.4 Instrumen Pengumpulan Data Dalam penelitian ini instrument yang digunakan dalam pengumpulan data yaitu observasi secara langsung Aplikasi Phet Simulation. Yang secara bersama kami Uji coba akan aplikasinya. Dan kami juga menggunakan Studi dokumen. Studi dokumen adalah mencari data mengenai hal-hal atau variabel yang berupa catatan, transkip, buku, surat kabar, majalah, prasasti, notulen rapat, lengger, agenda dan sebagainya. Metode ini digunakan untuk memperoleh data-data akan Phet Simulation yang akan kami gunakan.



9



3.5 Teknik Analisa Data Teknik analisa data merupakan suatu langkah yang paling menentukan dari suatu penelitian, karena analisa data berfungsi untuk sebagain acuan tahapan dalam penelitian. Analisis data dapat dilakukan melalui tahap berikut ini: •



Tahap Penelitian



•



Tahap Pelaksanaan/Tahap Uji Coba



•



Tahap Evaluasi



•



Penyusunan Laporan



10



BAB IV HASIL DAN PEMBEHASAN 4.1 Hasil Percobaan 1. Untuk suhu pada 3600 K Pada hasil percobaan pada PHET simulation untuk radiasi benda hitam pada suhu 3600 K Diperoleh bahwa 



Warna cahaya tampaknya adalah Orange masuk pada kategori cahaya Infrared







Panjang gelombang nya adalah 0.805 𝜇𝑚







Intensitas cahanya adalah 7.78 × 106 𝑊/𝑚2







Suhu yang digunakan adalah 3600 K







2. Untuk suhu 4300 K Pada hasil percobaan pada PHET simulation untuk radiasi benda hitam pada suhu 4300 K Diperoleh bahwa 



Warna cahaya tampaknya adalah Orange pucat masuk pada kategori cahaya Visible







Panjang gelombang nya adalah 0.674 𝜇𝑚







Intensitas cahanya adalah 18.92 × 106 𝑊/𝑚2







Suhu yang digunakan adalah 4300 K



11



3. Untuk suhu 5000 K Pada hasil percobaan pada PHET simulation untuk radiasi benda hitam pada suhu 5000 K Diperoleh bahwa 



Warna cahaya tampaknya adalah Putih kekuningan masuk pada kategori cahaya Visible







Panjang gelombang nya adalah 0.580 𝜇𝑚







Intensitas cahanya adalah 40.21 × 106 𝑊/𝑚2







Suhu yang digunakan adalah 5000 K



4. Untuk suhu 5500 K Pada hasil percobaan pada PHET simulation untuk radiasi benda hitam pada suhu 5500 K Diperoleh bahwa 



Warna cahaya tampaknya adalah Putih







Panjang gelombang nya adalah 0.527 𝜇𝑚







Intensitas cahanya adalah 64.76 × 106 𝑊/𝑚2







Suhu yang digunakan adalah 5500 K



12



4.2 Pembahasan Dari hasil yang diperoleh pada simulasi diatas maka dapat dikemukakan bahwa suhu yang semakin besar mengakibatkan atau mempengaruhi panjang dan intensitas dari gelombang cahanya tersebut. Semakin tinggi suhu yang digunakan maka panjang gelombang dan intensitas nya akan berbanding terbalik dengan suhunya. Dapat dilihat pada gambar, posisi kurva dengan Suhu lebih Tinggi berada di ataskurva dengan Suhu lebih Rendah. Dapat disimpulkan bahwa kurva dengan Suhu lebih Tinggi memiliki Intensitas maksimum yang lebih Tinggi.



Dapat dilihat juga, posisi kurva dengan Suhu lebih Tinggi berada di sebelah kiri kurvadengan



Suhu



lebih



Rendah.



Itu



menunjukan



bahwa



kurva



dengan



Suhu



lebihTinggi/Intensitas Radiasi lebih tinggi memiliki panjang gelombang yang lebih Pendek sehingga dapat dilihat oleh manusia. Dari hasil penelitianWien tersebut menyatakan bahwa Intensitas Radiasi bergeserkearah Panjang Gelombang yang lebih pendek saat temperature benda tersebut semakintinggi, sehingga Panjang Gelombang Radiasi saat intensitasnya maksimum berbandingterbalik dengan Suhu mutlak benda tersebut. Gejala pergeseran puncak intensitas maksimum dari hasil percobaan tersebut diformulasikan oleh Wien dengan Hukum Pergeseran Wien dengan persamaan berikut: 𝜆𝑚. 𝑇 = 𝐶 Dengan: 𝜆𝑚= Panjang Gelombang pada Intensitas Maksimum 𝑇= Temperature mutlak (K) 𝐶= Tetapan Pergeseran Wien ( 2,9 × 10−3 𝑚𝐾



Sehingga dapat disimpulkan Jika Temperature mutlak sebuah benda semakin naik, maka Panjang Gelombang akan semakin pendek, begitupun sebaliknya, jika temperatureBenda turun saat memancarkan radiasi, maka Panjang Gelombang akan semakin panjang.Karena penelitian tersebut, maka manusia dapat memperkirakan suhu sebuah Bendahanya dengan melihat Warna yang terpancar dari permukaan Benda tersebut dan dengan cara dihitung.



13



BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Radiasi benda-hitam memberikan pencerahan kepada keadaan kesetimbangan termodinamika dari radiasi rongga. Jika setiap mode Fourier dari radiasi kesetimbangan pada rongga kosong dengan dinding yang memantul sempurna dianggap sebagai derajat kebebasan dimana energi dapat berpindah, maka menurut teorema ekuipartisi di fisika klasik, akan ada jumlah energi yang sama di tiap mode. Karena jumlah mode-nya tak terbatas maka berakibat pada kapasitas panas tak terbatas (energi tak terbatas pada suhu tidak nol berapapun), begitu juga dengan spektrum radiasi terlepas yang naik tanpa hubungan dengan naiknya frekuensi, masalah yang dikenal dengan bencana ultraungu. Namun, pada teori kuantum bilangan okupasi mode dikuantisasi, memotong spektrum pada frekuensi tinggi sesuai dengan pengamatan eksperimen dan menyelesaikan masalah. Studi mengenai hukum benda hitam dan kegagalan fisika klasik untuk menjelaskannya menjadi dasar bagi fisika modern. PhET Simulation memiliki kelebihan antara lain: (1) memiliki tampilan animasi yang menarik; (2) sangat mudah dioperasikan; (3) gratis untuk diunduh (free download); (4) dapat menyesuaikan spesifikasi laptop/PC karena menyediakan download paket simulasi, Java, dan flash; (5) dapat digunakan dalam keadan online maupun offline; dan (6) menyajikan modelmodel konseptual fisis yang mudah dimengerti peserta didik. Adapun kelemahan PhET Simulation antara lain: (1) aplikasi dan game yang dijalankan sangat terbatas yaitu untuk file berformat “Jar”; dan (2) perlu update flash player untuk flash yang tidak update secara otomatis. 5.2 Saran Penggunaan PhET Simulation perlu didukung adanya lembar kerja peserta didik. Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD) merupakan lembar kerja berisi tugas yang dikerjakan oleh peserta didik, berisi petunjuk, langkah- langkah untuk menyelesaikan suatu tugas berupa teori ataupun



praktik. Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD) dapat digunakan untuk



meningkatkan keterampilan keterampilan memecahkan masalah, berpikir kreatif, dan penguasaan konsep peserta didik yang melibatkan aktivitas penyelidikan dan aktivitas 14



berpikir seperti menganalisis data hasil penyelidikan. LKPD berbantu PhET Simulation diharapkan dapat meningkatkan penguasaan konsep dan keterampilan memecahkan masalah peserta didik dalam pembelajaran eksperimen.



15



DAFTAR PUSTAKA Alessandro Fabbri; José Navarro-Salas (2005). "Chapter 1: Introduction". Modeling black hole evaporation. Imperial College Press. ISBN 1-86094-527-9. PhET



Colorado.



Interactive



Simulations



for



Science



and



Math.



Diakses



dari



http://www.phet.colorado.edu. Pada tanggal 10 November 2021, pukul 9:37 WIB. Sunardi dan Lilis Juarni. (2015). Fisika untuk SMA/MA Kelas XI Kurikulum 2013 Revisi. Yogyakarta : Yrama Widya.



16