Buku Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana untuk SMA PDF

Preview

Summary

Kata Pengantar Fisika sebagai bagian dari sains, dalam pembelajarannya, tentunya tidak terlepas dari kegiatan praktikum. Praktikum dalam pembelajaran fisika merupakan suatu rangkaian kegiatan pembuktian dan pengembangan konsep fisika yang telah dipelajari secara maya melalui buku, internet, dan pem...

Description

Kata Pengantar Fisika sebagai bagian dari sains, dalam pembelajarannya, tentunya tidak terlepas dari kegiatan praktikum. Praktikum dalam pembelajaran fisika merupakan suatu rangkaian kegiatan pembuktian dan pengembangan konsep fisika yang telah dipelajari secara maya melalui buku, internet, dan pembelajaran di kelas. Hal ini perlu dilakukan dengan harapan selain memiliki pengetahuan yang bersifat maya, siswa juga memiliki pengalaman penerapan pengetahuan secara nyata berupa praktikum yang dilakukan di sekolah, sehingga yang terjadi bukan hanya sebatas mengingat ilmu pengetahuan (konsep, fakta-fakta, dan prinsip) saja, namun lebih pada pemahaman terhadap ilmu pengetahuan tersebut, disamping juga terbentuknya sikap ilmiah pada diri siswa. Hasil survei menunjukkan bahwa kondisi fasilitas sarana dan prasarana laboratorium IPA (termasuk di dalamnya fisika) SMP dan SMA di sekolah-sekolah yang terletak di daerah terpencil atau kepulauan di Indonesia, hingga saat ini (Burhan: 2006): (1) fasilitas, alat dan bahan yang ada sangat minim jika dibandingkan dengan rasio jumlah pemakai, (2) praktikum yang telah direncanakan sering tertunda pelaksanaannya karena beberapa bahan dan alat yang tersedia jumlahnya kurang sesuai dengan kebutuhan kegiatan, dan (3) penggunaan alat dan bahan baru sebatas dengan metode demonstrasi atau hanya diperagakan untuk beberapa topik saja. Permasalahan yang disinyalir sebagai penyebab kondisi ini adalah kecenderungan biaya yang dialokasikan sekolah untuk penunjang kegiatan laboratorium tidak mencukupi serta

sulitnya transportasi ke daerah-daerah terpencil dan atau kepulauan di Indonesia. Terlepas dari kondisi kelengkapan fasilitas laboratorium IPA (termasuk di dalamnya fisika), kegiatan praktikum hendaknya dapat terus diselenggarakan tanpa harus menunggu lengkapnya fasilitas. Dalam hal ini, kreativitas dan profesionalisme guru menjadi penentu kelangsungan kegiatan praktikum di sekolah. Untuk menjaga kelangsungan kegiatan praktikum IPA, khususnya praktikum fisika, guru perlu mengembangkan alternatif alat peraga praktikum fisika sederhana, dimana alat tersebut dapat dibuat dan dikembangkan sendiri dengan memanfaatkan bahan bekas yang banyak terdapat di lingkungan sekitar. Melalui kegiatan Program Kreativitas Mahasiswa (PKM), Kami mencoba menyampaikan ide ini kepada DIKTI dan astungkara disetujui dan diberikan kesempatan untuk merealisasikan sebuah kegiatan Pelatihan Pembuatan Alat Peraga Praktikum Fisika Sederhana Berbahan Dasar Barang Bekas di salah satu daerah terpencil di Provinsi Bali, yaitu Kecamatan Nusa Penida. Sehubungan dengan ini, Kami haturkan terimakasih kepada: (1) Ida Sang Hyang Widhi Wasa, (2) dosen pembimbing, Prof. Dr. Ketut Suma, M.S, dan (3) seluruh civitas akademika Universitas Pendidikan Ganesha tahun 2014. Tim Penyusun I Gede Dana Santika, Gde Parie Perdana, AA Gede Basudewa, & I Putu Darma Putra 12 Juni 2014

Daftar Isi Elektroskop Sederhana

1

Pembentukan Bayangan oleh 2 Cermin Datar

9

Induksi Elektromagnetik

15

Konversi Energi Mekanik-Kalor

19

Manometer Air

22

Konveksi pada Gas

30

Resonansi Bunyi

33

Generator Van De Graff

37

Elektroskop Sederhana Kegunaan dalam Pembelajaran 1. Sebagai media bagi siswa untuk menginvestigasi bahanbahan yang bermuatan listrik akibat digosok. 2. Sebagai media bagi siswa untuk menganalisis cara kerja elektroskop. Landasan Teori Keberadaan muatan listrik pada sebuah benda dapat diketahui dengan elektroskop. Elektroskop terdiri atas dua buah daun logam tipis yang dipasang pada ujung batang logam. Ujung lain batang itu biasanya dipasang bola logam (knob). Untuk menghindarkan dari berpindahnya muatan ke udara bebas, batang tersebut dimasukkan ke dalam kaca.

Gambar 1. Elektroskop dan cara kerjanya

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

1

Misalkan kita mendekatkan sisir bermuatan negatif pada knob elektroskop. Elektron-elektron pada batang logam akan terdorong menuju dua daun elektroskop, sedangkan pada knop akan mengumpul muatan positif. Kedua daun tersebut mendapatkan

elektron,

sehingga

bermuatan

negatif.

Akibatnya, kedua daun tersebut tolak-menolak dan mekar. Berikut merupakan beberapa contoh benda bermuatan yang dapat diujikan keberadaan muatannya pada elektroskop. Tabel 1. Bahan-bahan Bermuatan Listrik Statis

Alat dan Bahan Alat dan bahan yang diperlukan dalam pembuatan elektroskop sederhana adalah sebagai berikut. a. Botol selai bekas b. Kawat tembaga c. Penggaris mika (bahan uji)

d. Penggaris besi (bahan uji) e. Pulpen (bahan uji) f. Buku

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

2

g. Aluminium foil

i. Paku ukuran besar

h. Sedotan minuman

j. Lem

Prosedur Perancangan Alat Kawat tembaga yang salah satu ujungnya dibentuk seperti baygon bakar. Tujuannya untuk memperluar bidang pengumpulan elektron

Tutup botol selai bekas dilubangi dengan paku kemudian pada lubang dimasukkan potongan pipet bekas. Ujung kawat tembaga yang masih utuh kemudian dimasukkan kedalam pipet.

Dua buah potongan aluminium foil yang berbentuk persegi panjang dengan ukuran yang sama kemudian digantungkan pada ujung kawat tembaga yang telah dibengkokkan. Ukuran kedua potongan aluminium foil dibuat sama agar jumlah muatan yang mengumpul juga sama, sehingga aluminium mekar simetris.

Gambar 2. Elektroskop Sederhana Berikut adalah langkah-langkah pembuatan alat peraga elektroskop sederhana. a. Buatlah sebuah lubang kecil di tengah-tengah tutup botol selai bekas dengan menggunakan paku. b. Masukkan sedotan minuman pada lubang tersebut dan rekatkan dengan menggunakan lem.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

3

c. Ambil kawat tembaga dan bengkokkan salah satu ujungnya hingga bentuknya seperti lingkaran baygon bakar. d. Masukkan ujung kawat tembaga yang lain (ujung yang masih utuh) pada sedotan minuman yang telah direkatkan pada tutup botol selai bekas. e. Bengkokkan ujung kawat tersebut hingga berbentuk seperti kait pancing. f. Potong aluminium foil menjadi dua buah persegi panjang dengan ukuran dan bentuk yang sama dan lubangi salah satu ujung masing-masing potongan. g. Masukkan kedua potongan aluminium foil tersebut pada ujung kawat tembaga yang telah dibengkokkan. h. Masukkan ujung kawat tembaga yang berisi alumimium foil ke dalam botol selai bekas. i. Rekatkan tutup botol selai bekas.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

4

Penerapan dalam Kegiatan Pembelajaran Berikut merupakan contoh penerapan alat peraga elektroskop sederhana dalam kegiatan belajar mengajar. a. Siapkan elektroskop sederhana yang telah dibuat dan bahan yang ingin kita uji keberadaan muatan listriknya. Bahan Uji: 1. Penggaris Mika 2. Penggaris Besi 3. Pulpen

b. Gosokkan penggaris besi dan penggaris mika pada buku dengan arah gosokan satu arah.

Gosokan penggaris harus searah.

c. Dekatkan penggaris besi yang telah digosok pada ujug kawat tembaga elektroskop yang berbentuk baygon bakar dan perhatikan apa yang terjadi pada dua buah aluminium foil yang digantung pada ujung kawat yang lain.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

5

Ketika penggaris besi yang telah digosokkan secara searah pada buku didekatkan diujung kawat eelktroskop, aluminium foil tetap kuncup. Artinya tidak ada muatan pada penggaris besi.

d. Dekatkan penggaris mika yang telah digosok pada ujug kawat tembaga elektroskop yang berbentuk baygon bakar dan perhatikan apa yang terjadi pada dua buah aluminium foil yang digantung pada ujung kawat yang lain.

Ketika penggaris mika yang telah digosokkan secara searah pada buku didekatkan diujung kawat elektroskop, aluminium foil mekar. Artinya ada muatan pada penggaris mika.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

6

e. Dekatkan sebuah pulpen pada ujug kawat tembaga elektroskop yang berbertuk baygon bakar dan perhatikan apa yang terjadi pada dua buah aluminium foil yang digantung pada ujung kawat yang lain.

Ketika pulpen didekatkan diujung kawat elektroskop, aluminium foil tetap kuncup. Artinya tidak ada muatan pada pulpen.

Hasil dan Pembahasan Bahan Uji 1: Penggaris Besi yang Telah Digosok Secara Searah pada Buku Ketika penggaris besi yang telah digosokkan searah pada buku didekatkan ke ujung kawat tembaga elektroskop yang berbentuk baygon bakar, ternyata kedua daun kertas aluminium tidak mekar. Ini menandakan bahwa pada penggaris tidak ada muatan listrik.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

7

Bahan Uji 2: Penggaris Mika yang Digosokkan Secara Searah pada Buku Ketika penggaris mika digosokkan secara searah pada buku, maka electron pada buku pindah ke ujung penggaris mika yng digosokkan tersebut, akibatnya ujung penggaris mika menjadi bermuatan negatif. Pada saat ujung penggaris yang bermuatan negative

tersebut

kita

dekatakan

ke

kawat

tembaga

elektroskop, proton-proton pada kawat tembaga elktroskop akan tertarik oleh muatan negative penggaris mika. Protonproton tersebut ankan mengumpul pada ujung kawat tembaga elktroskop yang berbentuk lingkaran baygon. Sedangkan electron-elektron kawat tembaga elktroskop akan terdorong ke ujung bawah kawat tembaga elektroskop hingga bergerak pada kedua daun foil. Karena kedua kertas aluminium foil sama-sama bermuatan negative, akibatnya kedua daun tersebut tolak-menolak dan mekar. Bahan Uji 3: Pulpen yang Digosokkan Secara Searah pada Buku Ketika

pulpen

didekatkan

ke

ujung

kawat

tembaga

elektroskop yang berbentuk kawat tembaga, ternyata kedua daun kertas aluminium tidak mekar. Ini menandakan bahwa pada pulpen tidak ada muatan listrik.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

8

Pembentukan Bayangan oleh Dua Cermin Datar Kegunaan dalam Pembelajaran 1. Menjelaskan hubungan antara jumlah bayangan yang dihasilkan dengan sudut yang dibentuk oleh dua cermin datar. 2. Membandingkan jumlah bayangan yang dibentuk yang diperoleh melalui percobaan dengan jumlah bayangan yang yang diperoleh dengan menggunakan rumus (teori). Landasan Teori Jika suatu benda ditempatkan di depan cermin datar maka di dalam cermin datar akan terlihat bayangan benda tersebut. Proses pembentukan bayangan pada cermin datar terjadi akibat adanya perpotongan perpanjangan sinar pantul di belakang cermin dan bayangan yang terbentuk tepat berada pada perpotongan perpanjangan sinar pantul tersebut. Bayangan yang terbentuk oleh perpanjangan sinar-sinar pantul disebut dengan bayangan maya, dimana bayangan ini dapat dilihat oleh mata, namun tidak dapat ditangkap oleh layar. Secara lebih spesifik, bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah sebagai berikut. 1. Tinggi bayangan sama dengan tinggi benda (h’=h).

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

9

2. Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin (s’=s). 3. Bayangan bersifat maya. 4. Orientasi bayangan menghadap terbalik dengan benda. 5. Bayangan berdiri tegak, sama dengan bentuk bendanya. Apabila dua buah cermin datar disusun dengan membentuk sudut tertentu, maka mekanisme pembentukan bayangannya adalah sebagai berikut.

Gambar 1. Proses Pembentukan Bayangan oleh 2 Cermin Datar Sebuah obyek di depan dua cermin yang membentuk sudut 80, didapat jumlah bayangan sebanyak 4 buah. Dari ilustrasi di atas, maka persamaan untuk menentukan jumlah bayangan

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

10

yang dibentuk oleh dua buah cermin datar yang membentuk sudut tertentu sebagai berikut:

n

360 0



1

Dimana: n = jumlah bayangan θ = sudut apit yang dibenuk oleh dua cermin datar Alat dan Bahan Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat alat peraga ini adalah sebagai berikut. 1. Dua buah cermin datar berukuran 50 cm x 30 cm. 2. Papan kayu (landasan) berukuran 70 cm x 70 cm. 3. Satu buah busur derajat 4. Dua buah penyangga cermin yang terbuat dari kayu 5. Lem kayu Alat/perkakas yang diperlukan adalah sebagai berikut. 1. Gergaji 2. Mesin bor kayu 3. Penghalus kayu 4. Palu

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

11

Prosedur Perancangan Alat

Rancang alat dan bahan seperti gambar di bawah ini.

Penerapan dalam Kegiatan Pembelajaran Berikut merupakan contoh penerapan alat peraga ini dalam kegiatan belajar mengajar. 1. Geser kedua cermin datar sehingga membentuk sudut 300. 2. Amati pada kedua cermin datar, berapa jumlah bayangan benda yang tampak. 3. Catat hasil yang diperoleh. 4. Ulangi langkah 1-3 untuk sudut apit sebesar 600, 900, 1200, dan 1800.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

12

Data hasil percobaan ditulis dalam tabel berikut berikut . Sudut Apit (θ)

Jumlah Bayangan (n)

300

….

600

….

900

….

1200

….

1800

….

Sesuai dengan tujuan percobaan, teknik analisis data dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu sebagai berikut. 1. Dari data hasil percobaan yang diperoleh, arahkan siswa untuk mengidentifikasi bagaimana jumlah bayangan yang dibentuk oleh kedua cermin datar saat sudut apit diubahubah dari 450 sampai sudut 1800. Tugaskan siswa untuk menjelaskan secara singkat hubungan antara sudut apit dan jumlah bayangan yang dibentuk. 2. Tugaskan siswa untuk membandingkan jumlah bayangan yang

dibentuk

melalui

percobaan

dengan

jumlah

bayangan yang dibentuk dihitung dari formula (teori) untuk semua variasi sudut yang digunakan. Gunakan rumus berikut.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

13

n

360 0



1

Setelah menggunakan formula di atas untuk tiap-tiap sudut apit yang dibentuk, lalu bandingkan dengan hasil yang diperoleh melalui percobaan, apakah nilainya sama atau tidak. Sebagai penutup, mintalah siswa menyimpulkan hasil percobaan tersebut. Kesimpulan Persamaan jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua cermin datar yang membentuk sudut tertentu berikut:

n

360 0



1

terbukti benar.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

14

Induksi Elektromagnetik Kegunaan dalam Pembelajaran 1.

Untuk menunjukkan medan magnet disekitar kawat berarus (solenoida).

2.

Untuk menunjukkan hubungan jumlah lilitan pada solenoida terhadap besar induksi medan magnet.

Landasan Teori Kawat yang dialiri oleh arus akan akan menimbulkan medan magnet. Saat arus listrik mengalir pada kumparan (lilitan kawat), maka medan magnet akan tercipta di dalam dan disekitar kumparan. Bila arus yang dialirkan semakin besar, maka medan magnet yang tercipta akan semakin besar pula dan bahan atau benda yang berada dalam kumparan akan terinduksi. Bila arus listrik yang dialirkan dihentikan, maka induksi

magnet

juga

hilang.

Adapun

faktor

yang

mempengaruhi besar medan magnet pada kawat berarus adalah arus listrik yang mengalir (I) dan jumlah lilitan pada solenoida (N). Semakin besar jumlah arus yang dialirkan maka akan semakin besar pula medan magnet yang tercipta disekitar solenoida. Begitupula halnya dengan jumlah lilitan pada solenoida. Bila jumlah lilitan semakin banyak, maka medan magnet disekitar solenoida akan semakin besar.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

15

Mengingat jumlah medan magnet pada solenoida merupakan jumlah vektor dari induksi-induksi yang ditimbulkan oleh masing-masing lilitan yang membentuk solenoida tersebut. Alat dan Bahan a. Papan Kayu

f.

b. Gergaji

g. Paku-paku kecil

c. Kawat Tembaga

h. Baterai

d. Capit Buaya Hitam

i.

Sterofoam

e. Capit Buaya Merah

j.

Lem

Paku 12 cm

Penggunaan Alat dalam Kegiatan Pembelajaran 1. Rangkai alat dan bahan seperti gambar di bawah ini

2. Hubungkan kabel penjepit buaya pada baterai.

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

16

3. Jepit kedua ujung lilitan kawat tembaga pada solenoida dengan jumlah lilitan 75 lilitan dengan penjepit buaya. 4. Dekatkan/sentuhkan kumpulan paku-paku kecil pada ujung solenoida. 5. Hitung jumlah paku yang menempel pada ujung solenoid, lakukan kegiatan ini sebanyak 5 kali. 6. Ulangi langkah percobaan 4 sampai 6 untuk solenoida yang lain dengan jumlah lilitan yang berbeda yaitu 100 lilitan dan 125 lilitan. 7. Tulis data hasil pengamatan, seperti pada tabel berikut. No

Jumlah Lilitan

Jumlah Paku yang Menempel

1 2 3

Teknik Analisis Data Berdasarkan

data

hasil

percobaan,

tugaskan

siswa

menginvestigasi kebenaran pernyataan bahwa besarnya medan magnet yang terjadi sebanding dengan jumlah lilitan pada paku, sesuai dengan persamaan berikut.

B

 0 NI l

  0 nI

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

17

Persamaan tersebut juga menunjukkan bahwa besarnya medan magnet (B) berbanding lurus dengan besarnya arus listrik yang

mengalir

pada

solenoida

(I).

Hal

ini

dapat

didemonstrasikan kepada siswa dengan cara memvariasikan besarnya arus yang mengalir pada lilitan kawat sama (variasikan jumlah baterai), kemudian mengamati variasi banyaknya paku yang dapat ditarik untuk masing-masing variasi arus listrik tersebut. Contoh Alat yang Sudah Jadi

Panduan Pembuatan Alat Peraga Fisika Sederhana – PKM M UNDIKSHA 2014

18

Alat Konversi Energi Mekanik – Kalor Kegunaan dalam Pembelajaran 1. Untuk mendemonstrasikan bahwa kalor merupakan sebuah bentuk energi. 2. Untuk mendemonstrasikan hubungan kesebandingan antara

ketinggian

jatuhnya

beban

(h)

terhadap

peningkatan suhu air yang terjadi. Landasan Teori Pengamatan terhadap hubungan antara kalor yang dihasilkan dari usaha mekanik yang diberikan pada suatu benda pertama kali dilakukan oleh seorang fisikawan Inggris, James Prescott Joule. Tujuan utama dari pengamatannya adalah untuk menentukan perbandingan nilai energi yang diberikan dan nilali kalor yang dihasilkan pada suatu benda. Joule menggunakan berbagai cara yang berbeda dalam pemberian energi dan mengukur nilai kalor yang terbentuk pada setiap cara. Pada semua cara, Joule menemukan bahwa jumlah energi yang sama selalu menghasilkan jumlah kalor yang sama pula. Joule menemukan bahwa 4186 joule energi diperlukan untuk menghasilkan jumlah kalor yang sama yang dapat meningkatkan suhu 1 kg air sebanyak 1 0C. Joule menetapkan perbandingan antara energi yang diberik...