Modul Pembelajaran Fisika Kelas X PDF

Modul Fisika Kelas X KD 3.2 @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 1 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 BESARAN DAN PENGUKURAN FISIKA KELAS X PENYUSUN...

Modul Fisika Kelas X KD 3.2 @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 1 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 BESARAN DAN PENGUKURAN FISIKA KELAS X PENYUSUN Saroji SMAN 3 Semarang @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 2 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 DAFTAR ISI PENYUSUN............................................................................................................................................. 2 DAFTAR ISI............................................................................................................................................ 3 GLOSARIUM........................................................................................................................................... 4 PETA KONSEP....................................................................................................................................... 5 PENDAHULUAN................................................................................................................................... 6 A. Identitas Modul........................................................................................................... 6 B. Kompetensi Dasar....................................................................................................... 6 C. Deskripsi Singkat Materi............................................................................................ 6 D. Petunjuk Penggunaan Modul...................................................................................... 6 E. Materi Pembelajaran................................................................................................... 7 KEGIATAN PEMBELAJARAN 1....................................................................................................... 8 BESARAN DAN PENGUKURAN....................................................................................................... 8 A. Tujuan Pembelajaran.................................................................................................. 8 B. Uraian Materi.............................................................................................................. 8 C. Rangkuman............................................................................................................... 20 D. Latihan Soal.............................................................................................................. 20 E. Penilaian Diri............................................................................................................ 21 KEGIATAN PEMBELAJARAN 2.....................................................................................................23 Ketidakpastian Pengukuran..........................................................................................................23 A. Tujuan Pembelajaran................................................................................................ 23 B. Uraian Materi............................................................................................................ 23 A. Ketidakpastian Pengukuran...................................................................................... 23 C. Rangkuman............................................................................................................... 26 D. Latihan Soal.............................................................................................................. 26 E. Penilaian Diri............................................................................................................ 28 EVALUASI.............................................................................................................................................30 KUNCI JAWABAN EVALUASI.........................................................................................................36 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................................37 @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 3 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 GLOSARIUM Besaran pokok : besaran yang menjadi dasar untuk menetapkan besaran yang lain. Besaran turunan : besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Dimensi : cara besaran tersusun atas besaran-besaran pokoknya. Notasi ilmiah : cara penulisan nomor yang mengakomodasikan nilai-nilai terlalu besar atau kecil untuk dengan mudah ditulis dengan notasi desimal standar. Pengukuran : menentuan besaran terhadap suatu standar atau satu satuan ukur. Pengukuran tunggal : pengukuran yang dilakukan satu kali saja. Pengukuran berulang : pengukuran yang dilakukan lebih dari satu kali. Angka penting : semua angka yang diperoleh dari hasil pengukuran, yang terdiri dari angka eksak dan satu angka terakhir yang ditaksir. Akurasi : ketepatan, kesamaan atau kedekatan suatu hasil pengukuran dengan angka atau data yang sebenarnya (true value). Mistar : alat ukur yang digunakan untuk mengukur besaran panjang. Jangka sorong : alat ukur yang mampu mengukur jarak, kedalaman, diameter dalam dengan tingkat ketelitian dan ketepatan yang sangat baik. Mikrometer sekrup : alat ukur panjang, tebal, diameter luar sebuah benda dengan tingkat ketelitiannya 0,01 mm. @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 4 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 PETA KONSEP BESARAN DAN BESARAN PENGUKURAN Terdiri dari Pokok Turunan Langsung Tidak Langsung Notasi ilmiah Tunggal Berdasarkan metodenya Ditulis dengan PENGUKURAN Angka penting Berdasarkan Hasilnya banyaknya Tediri dari Menggunakan Berulang Angka pasti Angka taksiran Alat ukur Memiliki Kesalahan Menghasilkan Ketidakpastian n Tediri dari Mutlak Relatif @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 5 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 PENDAHULUAN A. Identitas Modul Mata Pelajaran : Fisika Kelas : X Alokasi Waktu : 6 X 45 menit (enam jam pelajaran) Judul Modul : Besaran dan Pengukuran B. Kompetensi Dasar 3.2 Menerapkan prinsip-prinsip pengukuran besaran fisis, ketepatan, ketelitian dan angka penting, serta notasi Ilmiah 4.2 Menyajikan hasil pengukuran besaran fisis berikut ketelitiannya dengan menggunakan peralatan dan teknik yang tepat serta mengikuti kaidah angka penting untuk suatu penyelidikan ilmiah C. Deskripsi Singkat Materi Dalam modul ini akan diuraikan tentang pengukuran suatu besaran beserta satuannya. Bagian awal akan diuraikan tentang pengertian pengukuran, pengertian besaran, jenis-jenis besaran, dan satuan yang sesuai, serta diuraikan juga tentang dimensi suatu besaran, awalan satuan, notasi ilmiah, penentuan nilai skala terkecil alat ukur dan cara membaca alat ukur panjang yaitu jangka sorong dan mikrometer skrup. Selanjutnya dibahas tentang pengukuran, jenis-jenis pengukuran yaitu pengukuran langsung, tidak langsung, pengukuran tunggal dan pengukuran berulang dan Pada bagian kedua akan diuraiakan tentang angka penting (angka hasil pengukuran). Dalam pengukuran tidak akan dapat dihasilkan nilai yang benar tetapi yang didapatkan adalah nilai yang terbaik, karena dalam pengukuran pasti terdapat kesalahan (error). Adanya kesalahan pengukuran inilah maka akan muncul ketidakpastian pengukuran. Bagian akhir modul ini akan dibahas cara menentukan ketidakpastian pengukuran. D. Petunjuk Penggunaan Modul Agar modul dapat digunakan secara maksimal maka kalian diharapkan melakukan langkah- langkah sebagai berikut: 1. Pelajari dan pahami peta materi yang disajikan dalam setiap modul 2. Pelajari dan pahami tujuan yang tercantum dalam setiap kegiatan pembelajaran 3. Pelajari uraian materi secara sistematis dan mendalam dalam setiap kegiatan pembelajaran. 4. Perhatikalah langakah – langkah dalam setiap penyelesaian contoh soal yang ada. 5. Kerjakanlah latihan soal yang ada disetiap akhir kegiatan pembelajaran, cocokkan jawaban kalian dengan kunci jawaban yang tersedia pada modul dan lakukan penghitungan skor hasil belajar kalian. 6. Lakukan penilaian diri disetiap akhir kegiatan pembelajaran untuk mengetahui batas kemampuan menurut diri kalian. 7. Lakukan uji kompetensi dengan mengerjakan soal evaluasi di bagian akhir modul untuk mengetahui tingkat penguasaan materi. 8. Diskusikan dengan guru atau teman jika mengalami kesulitan dalam pemahaman materi. Lanjutkan pada modul berikutnya jika sudah mencapai ketuntasan yang diharapkan. @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 6 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 E. Materi Pembelajaran Modul ini terbagi menjadi 2 (dua) kegiatan pembelajaran dan di dalamnya terdapat uraian materi, contoh soal, soal latihan dan soal evaluasi. Pertama : Besaran dan Pengukuran Kedua : Ketidakpastian Pengukuran @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 7 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 BESARAN DAN PENGUKURAN A. Tujuan Pembelajaran Setelah kegiatan pembelajaran ini diharapkan kalian mampu: 1. memahami berbagai jenis besaran fisika, dimensi, awalan satuan; 2. menggunakan analisis dimensi untuk menguji kebenaran rumus dan menentukan rumus; 3. mengkonversi satuan dan menulis angka dengan notasi ilmiah; 4. menjelaskan cara menentukan nst alat ukur; 5. melakukan pengukuran panjang dengan jangka sorong dan mikrometer; dan 6. menerapkan aturan perhitungan angka penting. B. Uraian Materi Fisika merupakan cabang sains yang mempelajari materi dan energi. Gejala alam seperti gerak, fluida, kalor, gelombang, bunyi, cahaya, listrik dan magnet dikaji dalam fisika. Mempelajari alam diawali dengan mengamati alam. Pengamatan yang dimaksud dalam fisika adalah pengamatan yang menghasilkan data kuantitatif (berupa angka-angka). Data kuantitatif diperoleh dari pengukuran. 1. Besaran, Dimensi, dan Sistem Satuan a. Besaran Pokok Misalkan seseorang berkata,”Rumahku berjarak 3 kilometer dari sini”. Dari kalimat tersebut dalam fisika ada 3 hal yang penting. Kata “jarak” menunjukkan besaran yang diukur, “3” menunjukkan besarnya (nilai) pengukuran dan “kilometer” menunjukkan satuan pengukuran. Besaran adalah sifat-sifat atau keadaan pada benda yang dapat diukur dan dinyatakan dalam angka-angka. Secara umum besaran dibedakan menjadi besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok adalah besaran yang dimensi dan satuannya didefinisikan atau ditetapkan melalui perjanjian internasional. Perjanjian ini disepakati dalam forum Conference Generale des Poids et Measures (Konferensi Umum Timbangan dan Ukuran) yang biasa dilaksanakan tiap 6 tahun sekali. Tujuh besaran pokok beserta satuannya dapat dilihat pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Besaran Pokok Lambang Lambang No Besaran Pokok Satuan satuan Dimensi 1 Panjang meter m [L] 2 Massa kilogram kg [M] 3 Waktu sekon s [T] 4 Suhu kelvin K [] 5 Kuat arus ampere A [I] 6 Intensitas cahaya candela Cd [J] 7 Jumlah zat mol mol [N] Satuan haruslah tetap, artinya tidak berubah-ubah terhadap perubahan waktu, tempat. atau keadaan lainnya. Berikut ini adalah penetapan satuan besaran pokok yang berlaku saat ini : @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 8 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 1 1. Satu meter adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama299792458 sekon (ditetapkan tahun 1983). 2. Satu kilogram adalah massa sebuah silinder logam yang terbuat dari Platina Iridium yang disimpan pada Lembaga Internasional tentang berat dan ukuran di Sevres, Perancis (ditetapkan tahun 1887). 3. Satu sekon adalah waktu yang diperlukan sebuah atom Cesium 133 untuk bergetar sebanyak 9 192 632 770 kali (ditetapkan tahun 1967). 4. Satu ampere adalah kuat arus pada dua penghantar sejajar yang berjarak 1 meter di hampa u-dara sehingga menimbulkan gaya sebesar 2x10-7 newton setiap meter (ditetapkan tahun 1948). 1 5. Satu Kelvin adalah 273,16 kali suhu titik tripel air (ditetapkan tahun 1954). 6. Satu candela adalah intensitas cahaya suatu sumber yang memancarkan radiasi 1 monokromatik pada frekuensi 540x1012 Hertz dengan intensitas radiasi sebesar 683 watt per steradian dalam arah tersebut (ditetapkan tahun 1979). 7. Satu mol adalah jumlah atom karbon dalam 0,012 kg karbon-12 (C-12). Satu mol terdiri atas 6,025x1023 buah partikel. Nilai ini disebut bilangan Avogadro (ditetapkan tahun 1971). b. Besaran Turunan dan Dimensi Besaran turunan adalah besaran yang satuan dan dimensinya diturunkan dari satuan dan dimensi besaran pokok. Dimensi besaran turunan menyatakan bagaimana besaran turunan itu diturunkan atau disusun dari besaran pokok. Contoh: 1. Luas = panjang x panjang, maka satuan luas = m x m = m2 Dimensi luas = L x L = L2 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘 2. Laju = 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢, maka satuan laju = m/s = ms-1 Dimensi laju = L /T = LT-1 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑚 𝑘𝑔 3. Massa jenis = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 atau 𝜌 = 𝑉 , maka satuan ρ = 𝑚𝑥𝑚𝑥𝑚 = kg m-3. 𝑀 Dimesi ρ=𝐿×𝐿×𝐿, jadi dimensi massa jenis adalah ML-3. Kegunaan dimensi di antaranya adalah sebagai berikut. a. Untuk mengetahui apakah sebuah rumus benar atau salah. Contoh soal: Rumus perpindahan s= vo t + ½at2, dengan s adalah perpindahan, vo adalah kecepatan, a adalah percepatan dan t adalah waktu. Apakah rumus tersebut benar? Penyelesaian: Rumus tersebut mungkin benar jika dimensi ruas kanan sama dengan dimensi ruas kiri. Ruas kiri : S dimensinya =L Ruas kanan suku I : vo t dimensinya = [LT-1] [T] = L Ruas kanan suku II : ½ at dimensinya 2 = [LT-2] [T2] = L (keterangan: ½ tidak berdimensi) @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 9 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 Karena dimensi ruas kiri sama dengan dimensi ruas kanan, kesimpulannya rumus s= vo t + ½at2 benar secara dimensi. Catatan: Sebuah rumus yang dimensi ruas kanan sama dengan ruas kirinya, tidak menjamin bahwa persamaan tersebut benar. Akan tetapi, persamaan yang benar bisa dipastikan dimensi ruas kanannya sama dengan ruas kirinya. Contoh: rumus s= vo t + at2, ruas kiri dan kanannya memiliki dimensi yang sama, tetapi persamaan tersebut salah karena dalam kinematika (cabang fisika yang mempelajari tentang gerak), rumus hubungan s, vo, a, dan t yang benar adalah s= vo + 1/2 at2. b. Untuk menurunkan persamaan atau rumus. Contoh soal: Jika sebuah batu diikat dengan tali lalu diputar horisontal, maka tangan kita harus terus menarik tali, tidak boleh kendor atau lepas. Artinya tangan kita mengerjakan gaya (F) pada batu melalui tali. Seberapa besar gaya atau tarikan tangan kita, dapat diduga tergantung pada massa batu (m), panjang tali (l) dan seberapa cepat berputar (v). Jadi bagaimana bentuk persamaan atau rumus yang menghubungkan F, m, l dan v? Penyelesaian: Dimensi gaya F = MLT-2 massa m = M panjang l = L dan kecepatan v = LT-1. Dimensi ruas kanan = dimensi ruas kiri. F = ma lb vc MLT = Ma Lb (LT–1)c = Ma Lb+c T–c -2 Perhatikan pangkat (eksponen) M, L, T ruas kanan harus sama dengan ruas kiri. Kita peroleh a = 1, b+c =1 dan c = 2. Jadi a = 1, b = -1 dan c = 2. 𝒎𝒗𝟐 Dengan demikian gaya tarik tangan kita dapat dirumuskan : 𝐹 = 𝒎𝒍−𝟏 𝒗𝟐 = 𝒍 2. Satuan Sistem Internasional (SI) dan Notasi Ilmiah a. Sasuan SI Sistem satuan yang digunakan dalam fisika adalah sistem MKS atau Sistem Internasional (SI). Satuan-satuan seperti : inchi, kaki, yard, pound, libus, mil, depa, hasta dan lain-lain tidak digunakan, walaupun dalam teknik atau kehidupan sehari-hari masih dijumpai. Berikut ini adalah tabel konversi satuan-satuan bukan SI. Tabel 1.2 Konversi Satuan bukan SI Satuan Konversi 1 mil 1760 yard 1 yard 3 feet 1 feet 12 inci 1 inci 2,54 cm 1 ton 907,2 kg 1 kuintal 100 kg 1 ons (oz) 0,02835 kg 1 pon (lb) 0,4536 kg 1 slug 14,59 kg 1 tahun 3,156 x 107 detik @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 10 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 1 hari 8,640 x 104 detik 1 jam 3600 detik 1 menit 60 detik. Dalam sistem satuan selain MKS dikenal pula sistem cgs (centimeter gram sekon).Misalnya : satuan gaya untuk MKS adalah kg ms-2 (atau biasa disingkat newton) dan dalam cgs adalah gr cm s-2 (atau disingkat dyne). Berikut ini adalah konversi satuan-satuan yang sering dipakai dalam fisika. 1 dyne = 10-5 newton 1 erg = 10-7 joule 1 kalori = 0,24 joule 1 kWh = 3,6 x 106 joule 1 liter = 10-3 m3 = 1 dm3 1 ml = 1 cm3 = 1 cc 1 atm = 1,013 x 105 pascal 1 gauss = 10-4 tesla Keunggulan sistem SI di antaranya adalah tersedianya awalan-awalan tertentu (seperti : senti, kilo, mili, mikro, mega dan lain-lain) untuk menyatakan hasil pengukuran yang sangat 5 besar atau sangat kecil. Contoh : 10.000 meter atau 104 m cukup ditulis 10 km, 1000000 farad atau 5.10–6 farad cukup ditulis 5 µf. Tabel 1.3 menyatakan awalan-awalan dalam SI. Tabel 1.3 Awalan-awalan dalam SI Awalan Singkatan Nilai Eksa E 10 18 peta P 10 15 tera T 10 12 giga G 10 9 mega M 10 6 kilo K 10 3 hekto h 10 2 deka da 10 1 desi d 10 –1 senti c 10 –2 mili m 10 –3 mikro  10 –6 nano n 10 –9 piko p 10 –12 femto f 10 –15 atto a 10 –18 Contoh soal: 1. Sebuah benda beratnya 200 g.cm.s-2, konversikan berat benda tersebut ke dalam satuan kg.m.s-2 Penyelesaian: 1 gram = 10-3 kg @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 11 Modul Fisika Kelas X KD 3.2 1 cm = 10-2 m Dengan demikian 200 g.cm.s-2 = (200)(10-3) kg (10-2)m.s-2 = 2.10-3 kg.m.s-2 2. Massa jenis air 1 g/cm3, nyatakan dalam kg/m3! Penyelesaian: 1 gram = 10-3 kg 1 cm = 10-2 m ➔ 1 cm3 = (10-2)3 m3 = 10-6 m3 Dengan demikian 1 g/cm3 = 1.10-3kg/10-6 m3 = 1.10-3 – (-6) = 103 kg/m3 3. Kapasitas kapasitor bernilai 2 μF, nyatakan dalam kF! Penyelesaian: 1 μF = 10-6 F ordenya memiliki interval: -6 – 3 = -9 (dihitung dengan 1 kF = 103 F menselisihkan orde awal dengan akhir/setelah konversi) Jadi 2 μF = 2.10-9 kF 4. Sebuah gelombang memiliki frekuensi 5 MHz, nyatakan dalam kHz Penyelesaian: 1 MHz = 106 Hz ordenya memiliki interval: 6 – 3 = 3 (dihitung dengan 1 kF = 103 Hz menselisihkan orde awal dengan akhir/setelah konversi) Jadi 5 MHz = 5.103 kHz b. Notasi Ilmiah Penulisan sepuluh berpangkat pada contoh di atas disebut notasi ilmiah atau penulisan baku atau notasi pangkat 10. Format penulisannya adalah a x 10n, dengan ketentuan 0< a