KOMPETENSI INTI, KOMPETENSI DASAR, INDIKATOR, DAN STRUKTUR MATERI, TENTANG GERAK MELINGKAR UNTUK SMA KELAS X(Tugas Mata kuliah Fisika Sekolah 1)

Oleh :1. Muhammad Reza Pratama (1213022036)2. Miftah Syifaul Husnah (1213022042)3. Nina Rosita (1213022045)

PENDIDIKAN FISIKAFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS LAMPUNG2014

1. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar

3. Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural berdasarkan rasa ingintahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah

3.5 Menganalisis besaran fisis pada gerak melingkar dengan laju konstan dan penerapannya dalam teknologi

4. Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan

4.5 Menyajikan ide/gagasan terkait gerak melingkar (misalnya pada hubungan roda-roda)

2. Indikator dan Tujuan Pembelajaran3.5.1 menjelaskan pengertian dari gerak melingkar3.5.2 menyebutkan pengertian dari periode dan frekuensi3.5.3 menjelaskan hubungan antara periode dan frekuensi3.5.4 menjelaskan pengertian tentang perpindahan sudut3.5.5 menghitung perpindahan sudut suatu benda yang bergerak melingkar3.5.6 menjelaskan pengertian tentang kecepatan sudut3.5.7 menghitung kecepaatan sudut benda yang bergerak melingkar3.5.8 menjelaskan tentang percepatan sudut3.5.9 menjelaskan tentang percepatan tangensial3.5.10 menjelaskan tentang percepatan sentripetal3.5.11 menghitung percepatan sudut, tangensial,dan sentripetal pada suatu benda yang bergerak melingkar3.5.12 menyebutkan perbedaan antara gerak melingkar beraturan dan gerak melingkar berubah beraturan3.5.13 menghitung besaran-besaran fisika pada soal tentang gerak melingkar beraturan3.5.14 menghitung besaran-besaran fisika pada soal tentang gerak melingkar berubah beraturan3.5.15 mengidentifikasi arah kecepatan linier melalui percobaan sederhana3.5.16 menyajikan data hasil percobaan kecepatan linier3.5.17 menyimpulkan data hasil percobaan4.5.1 menghitung besaran fisika pada soal tentang hubungan roda-roda yang sepusat4.5.2 menghitung besaran fisika pada soal tentang hubungan roda-roda yang saling bersinggungan4.5.3 menghitung besaran fisika pada soal tentang hubungan roda-roda yang dihubungkan dengan sabuk4.5.4 menyebutkan beberapa contoh mengenai penerapan gerak melingkar dalam kehidupan sehari-hari.

3. Struktur Materia. Besaran-Besaran Fisika dalam Gerak Melingkar1. Periode dan Frekuensi2. Perpindahan Sudut3. Kecepatan (Laju) Sudut4. Hubungan kecepatan sudut dengan laju linier5. Percepatan Sudut, Percepatan Tangensial dan Percepatan Sentripetal

b. Gerak Melingkar Beraturan1. Jarak atau Perpindahan Sudut2. Kecepatan Sudut3. Percepatan Sudut, Percepatan Tangensial dan Percepatan Sentripetalc. Gerak Melingkar Berubah Beraturan1. Jarak atau Perpindahan Sudut2. Kecepatan Sudut3. Percepatan Sudut, Percepatan Tangensial dan Percepatan Sentripetald. Hubungan Roda-roda1. Roda-roda Sepusat2. Roda-roda yang Saling Bersinggungan3. Roda-roda yang Dihubungkan dengan Sabuke. Penerapan Gerak Melingkar

4. Materi PokokGerak Melingkar

5. Kedalaman MateriMateri mengenai Gerak Melingkar untuk kelas X SMA dalam kurikulum 2013, membahas tentang Besaran-Besaran Fisika dalam Gerak Melingkar, Gerak Melingkar Beraturan, Gerak Melingkar Berubah Beraturan dan penerapan konsep gerak melingkar untuk menganalisis hubungan roda-roda.A. Besaran-besaran fisika dalam gerak melingkarPada besaran-besaran fisika dalam gerak melingkar ini membahas tentang periode dan frekuensi, perpindahan sudut,kecepatan (laju) sudut, hubungan kelajuan linear dan kecepatan sudut.

B. Gerak Melingkar Beraturan1. Jarak atau Perpindahan sudutPengertian, satuan dalam SI, penurunan rumus sederhana dari perpindahan sudut, dan analoginya dengan GLB. 2. Kecepatan SudutKondisi kecepatan sudut pada gerak melingkar dan satuan dalam SI.

3. Percepatan Sudut, Percepatan Tangensial, dan Percepatan SentripetalKeadaan/kondisi percepatan sudut, percepatan tangensial, dan percepatan sentripetal dan satuan dalam SI.C. Gerak Melingkar Berubah Beraturan1. Jarak atau Perpindahan SudutPengertian, satuan jarak dalam SI, penurunan rumus sederhana dari perpindahan sudut,dan analoginya dengan GLBB.2. Kecepatan SudutPengertian, satuanya dalam SI, penurunan rumus sederhana dari kecepatan sudut, dan analoginya dengan GLBB. 3. Percepatan Sudut, Percepatan Tangensial, dan Percepatan SentripetalKeadaan percepatan sudut, percepatan tangensial, dan percepatan sentripetal, hubungan ketiganya terhadap percepatan total, satuan jarak dalam SI, penurunan rumus sederhana.

D. Hubungan Roda-roda1. Roda-roda SepusatPersamaan, penjelasan gambar dari hubungan roda-roda yang porosnya terpusat pada satu titik dan penerapannya dalam teknologi.

2. Roda-roda yang Saling BesinggunganPersamaan, penjelasan gambar dari hubungan roda-roda yang saling bersinggungan dan penerapannya dalam teknologi.

3. Roda-roda yang Dihubungkan dengan SabukPersamaan, penjelasan gambar dari hubungan roda-roda yang dihubungkan dengan sabuk dan penerapannya dalam teknologi.

6. Konsep-Konsep PentingA. Besaran-besaran fisika dalam gerak melingkar1. Periode dan frekuensiDua besaran fisika yang penting dalam kajian gerak melingkar adalah periode dan frekuensi.Periode adalah waktu yang dibutuhkan benda(partikel) untuk menempuh satu putaran penuh. Oleh karena itu, periode gerak melingkar dapat dinyatakan dengan persamaan

dengan: = periode (s) = waktu(s)n = jumlah putarankemudian, frekuensi adalah jumalah putaran dalam waktu satu detik.

2. Perpindahan SudutPerpindahan sudut adalah perpindahan partikel pada gerak melingkar.

Perhatikan posisi roda pada gambar di atas. Untuk berpindah dari posisi a ke b, roda telah menempuh perpindahan sudut . Roda telah berputar sejauh ketika sebuah titik pada pinggiran roda telah bergerak melalui jarak linear gerak s. Satuan dalam SI adalah radian. Nilai dalam radian (rad) adalah perbandingan antara jarak linear s dengan jari-jari roda r.

Keterangan: = perpindahan sudut (rad)s = jarak linear (m)r = jarak partikel ke pusat lingkaran (m)Satu putaran sama dengan keliling lingkaran (s=2r) sehingga didapat:

Berikut konversi satuan sudut:1 putaran = 3600 =2 rad1 rad = 180/ derajat = 57,30

3. Kecepatan (laju) SudutKecepatan sudut didefinisikan sebagai perubahan posisi sudut () benda yang bergerak melingkar tiap satu satuan waktu kecepatan sudut itu disebut kecepatan anguler dan disimbolkan dengan Maka :

4. Hubungan Kelajuan Linear dan Kecepatan sudut

Pada gambar sebuah partikel bergerak melingkar dengan jari-jari lintasan = R.Selama partikel bergerak melingkar dengan kecepatan v menyinggung lingkaran, dan arah tegak lurus pada jari-jari R. Dari gambar terlihat bahwa:

5. Percepatan sudut, Percepatan Tangensial, dan Percepatan Setripetala. Percepatan sudut didefinisikan sebagai perubahan kecepatan sudut dalam selang waktu

b. Percepatan tangensial didefinisikan sebagai perubahan kecepatan linier dalam selang waktu

c. Percepatan sentripetal adalah percepatan yang arahnya menuju pusat lingkaran dan tegak lurus terhadap kecepatan linier.

B. Gerak Melingkar BeraturanGerak melingkar beraturan merupakan gerak benda-benda pada lintasan lingkaran dengan kecepatan sudut tetap. Gerak melingkar beraturan analog dengan gerak lurus beraturan, sehingga persamaan gerak melingkar beraturan juga analog dengan gerak lurus beraturan,

1. Jarak, atau Perpindahan Jika pada gerak lurus beraturan jarak atau perpindahan partikel dinyatakan dengan maka pada gerak melingkar beraturan jarak atau perpindahan sudut partikel dapat dinyatakan dengan persamaan: , Sehingga

Jika , maka Dengan:

2. Kecepatan sudutKarena kecepatan sudut benda yang bergerak melingkar adalah tetap maka:

3. Percepatan sudut, Percepatan Tangensial, dan Percepatan Sentripetalkarena pada gerak melingkar beraturan kecepatan sudut tetap, maka percepatan sudutnya dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut Sehingga percepatan tangensialnya juga sama dengan nol

Meskipun dan , tetapi benda yang bergerak melingkar beraturan mempunyai percepatan sentripetal (): mengapa demikian?Partikel atau benda yang bergerak melingkar beraturan mempunyai kecepatan sudut dan kecepatan linier yang tetap setiap saat, tetapi arah vector kecepatan liniernya selalu berubah, dan perubahan arah kecepatan linier tersebut menyebabkan suatu percepatan, yaitu percepatan sentripetal.

C. Gerak Melingkar Berubah Beraturan

Gerak melingkar berubah beraturan merupakan gerak benda-benda pada lintasan lingkaran dengan percepatan sudut yang tetap (). Gerak melingkar berubah beraturan analog dengan gerak lurus berubah beraturan, sehingga persamaan gerak melingkar berubah beraturan analog juga dengan persamaan gerak lurus berubah beraturan.

1. Jarak atau Perpindahan SudutJika pada gerak lurus berubah beraturan, jarak atau perpindahan partikel dinyatakan dengan , maka pada gerak melingkar berubah beraturan jarak atau perpindahan sudut partikel dapat dinyatakan dengan persamaan berikut ini.

sehingga

Jika , maka

2. Kecepatan SudutJika pada gerak lurus berubah beraturan kecepatan benda dinyatakan dengan , maka pada gerak melingkar berubah beraturan kecepatan sudut benda dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

karena , maka atau

3. Percepatan Sudut, Percepatan Tangensial, dan Percepatan SentripetalKarena pada gerak melingkar , maka benda mempunyai percepatan tangensial () dan percepatan sentripetal (). Pada gerak melingkar, percepatan tangensial searah dengan vector kecepatan linier, sedangkan vector kecepatan linier tegak lurus dengan percepatan sentripetal, sehingga percepatan tangensial tegak lurus dengan percepatan sentripetal. Bedasarkan hal tersebut, maka percepatan total benda adalah sebagai berikut.

dengan:a = percepatan total (m/s2)percepatan sentripetal dimiliki oleh semua pertikel yang bergerak melingkar. Percepatan ini berguna untuk mengubah arah kecepatan linier partikel yang bergerak melingkar. Sementara itu, percepatan tangensial hanya dimiliki oleh partikel yang bergerak melingkar berubah beraturan dan berguna untuk mengubah besar kecepatan linier partikel yang bergerak melingkar berubah beraturan.

D. Hubungan Roda-rodaKonsep-konsep gerak melingkar biasanya diterapkan untuk menyelesaikan beberapa masalah fisika. Salah satunya digunakan untuk menyelesaikan masalah dalam system roda-roda. Hubungan roda-roda yang biasa dibahas dalam kaitannya dengan gerak melingkar adalah sebagai berikut.1. Roda-roda SepusatJika dua buah roda atau lebih disusun, sehingga poros masing-masing roda terpusat pada satu titik, maka arah putaran roda-roda tersebut sama dan kecepatan sudut dari roda-roda tersebut juga sama ). perhatikan Gambar 4.6.

Untuk kasus pada gambar di atas berlaku persamaan berikut.

2. Roda-roda yang Saling BersinggunganJika dua buah roda disusun sehingga keduannya saling bersinggungan seperti ditunjukkan pada gambar berikut, maka arah putaran kedua roda tersebut berlawanan dan kedua roda tersebut mempunyai kecepatan linier yang sama ().Untuk kasus pada gambar 4.7

berlaku persamaan-persamaan berikut.

3. Roda-roda yang Dihubungkan dengan Sabuk

Untuk kasus dua buah roda yang dihubungkan dengan sabuk seperti ditunjukkan pada gambar di atas, maka arah putaran roda-roda tersebut sama dan kecepatan linier keduanya juga sama (). Oleh karena itu, berlaku persamaan-persamaan berikut.

E. Penerapan Gerak MelingkarSalah satu contoh penerapan gerak melingkar ada pada transmisi mobil yang memanfaatkan roda gigi untuk menyesuaikan kecepatan dan torsi. Untuk menanjak di lereng bukit dibutuhkan torsi pada kecepatan rendah. Untuk berkendara dengan kecepatan tinggi dibutuhkan rotasi lebih cepat dan torsi lebih kecil. Kemudian pada roller coaster pun memanfaatkan konsep gerak melingkar. Pada roller coaster puncak bukit pertama dibuat lebih tinggi dari puncak bukit selanjutnya. Hal ini bertujuan agar kendaraan memiliki energy potensial yang cukup besar sehingga mampu melintasi seluruh lintasan dengan baik.

7. Miskonsepsi1. Miskonsepsi pengertian GMB, siswa menganggap bahwa GMB pada suatu benda memiliki kecepatan linier yang arahnya menuju pusat lingkaran.2. Miskonsepsi tentang frekuensi, siswa menganggap bahwa frekuensi adalah banyaknya putaran yang dapat dilakukan selama GMB berlangsung.3. Miskonsepsi tentang periode, siswa menganggap bahwa periode adalah waktu yang diperlukan selama GMB berlangsung4. Menentukan arah gerak benda ketika mengalami GMB , siswa menganggap bahwa dua roda yang dihubungkan dengan sabuk akan bergerak saling mendekat dan saling menjauhi serta ketika benda mengalami GMB maka arah benda akan bergerak dipengaruhi gaya normal.5. Miskonsepsi dalam menghitung besar kelajuan linier yang dipengaruhi jari-jari. Siswa menganggap bahwa pada benda yang mengalami GMB sepusat memiliki kelajuan linier yang sama antara dua lingkaran yang berjari-jari berbeda.6. Miskonsepsi dalam menghitung besar kecepatan sudut yang dipengaruhi jari-jari, siswa menganggap bahwa pada benda yang mengalami GMB saling bersinggungan memiliki kecepatan sudut yang sebanding dengan jari-jari.

8. Tahap-Tahap PenyampaianLangkah-langkah model pengajaran berdasarkan masalah meliputi beberapa tahap antara lain :a. Orientasi Pada tahap ini guru memberikan pertanyaan mengenai gerak melingkar yang ada disekitar kehidupan sehari-hari mereka agar guru mengetahuimereka memusatkan perhatian, juga membangkitkan motivasi belajar mereka. Sebagai contohnya guru bertanya kepada siswanya :Anak-anak pada pertemuan kali ini kita akan membahas mengenai gerak melingkar, coba kalian sebutkan contoh gerak melingkar dalam kehidupan sehari-hari yang sering kalian jumpai?Setelah siswa menjawab, guru menyebutkan contoh-contoh gerak melingkar.

b. Menjelaskan topik-topik beserta konsep-konsep sub bab hingga sub sub bab dari Gerak Melingkar secara berurutan.

Besaran-Besaran Fisika dalam Gerak Melingkar1. Periode dan Frekuensi2. Perpindahan Sudut3. Kecepatan (Laju) Sudut6. Hubungan kecepatan sudut dengan periode dan frekuensi7. Hubungan kecepatan sudut dengan laju linier8. Arah vector kecepatan pada gerak melingkar9. Percepatan Sudut, Percepatan Tangensial dan Percepatan Sentripetal

Gerak Melingkar Beraturan1. Jarak atau Perpindahan Sudut2. Kecepatan Sudut3. Percepatan Sudut, Percepatan Tangensial dan Percepatan Sentripetal

Gerak Melingkar Berubah Beraturan1. Jarak atau Perpindahan Sudut2. Kecepatan Sudut3. Percepatan Sudut, Percepatan Tangensial dan Percepatan SentripetalHubungan Roda-Roda1. Roda-roda Sepusat2. Roda-roda yang Saling Bersinggungan3. Roda-roda yang Dihubungkan dengan Sabuk

c. Mengorganisasi siswa untuk belajarSiswa dikelompokkan menjadi beberapa kelompok untuk melakukan eksperimen.

d. Membimbing penyelidikan kelompokPercobaan yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui arah kecepatan linier pada gerak melingkar.Alat dan bahan yang digunakan:1) Tali 50 cm2) Benda (batu kecil atau baut kecil)

OPada percobaan ini, setiap kelompok merangkai alat dan bahan seperti gambar dibawah ini

ABendaTali

Kemudian salah seorang dari anggota kelompok memegang ujung tali O dan memutar benda pada bidang vertikal dengan pusat perputaran di titik O. setelah beberapa saat benda diputar dan posisi benda di tempat tertinggi, lepaskan tali dari tangan, anggota lain memperhatikan arah gerak benda pada saat tali dilepas. Selanjutnya, guru memberikan kesempatan kepada siswa untuk melakukan percobaannya dua kali lagi, dan mendiskusikan dengan kelompok tentang arah gerak benda sesaat setelah tali terlepas dari tangan.

e. Menyajikan dan mengkomunikasikan hasil percobaanSetiap perwakilan kelompok diminta untuk menyampaikan dan menyimpulkan hasil percobaan di depan kelas.

f. Menganalisis dan mengevaluasi proses pemecahan masalahGuru menyampaikan kesimpulan dari seluruh materi pembelajaran, dan menugaskan siswa untuk mengerjakan soal latihan mengenai Gerak Melingkar yang ada pada buku/LKS, sebagai alat ukur kemampuan memahami materi secara individual.