Arah Percepatan pada Bandul Matematis

HermanAnis.com. Teman-teman semua, pada kesempatan kali ini kita akan membahas tentang Arah Percepatan pada Bandul Matematis. Untuk memahaminya mari kita bahas.

Fisika merupakan salah satu topik yang membahas mengenai gejala alam baik yang real maupun abstrak yang di kemas dalam kumpulan fakta, konsep, maupun prinsip.

Tujuan utama dari pembelajaran fisika adalah memberikan pemahaman konsep yang benar sehingga Peserta Didik dapat menggunakan konsep tersebut untuk memecahkan masalah yang di hadapi. Usaha untuk mencapai tujuan utama pembelajaran sering kali terhambat karena konsep awal yang telah dibangun Peserta Didik sebelum pembelajaran bertentangan dengan konsep ilmiah.

Kinematika merupakan salah satu topik di mana Peserta didik banyak mengalami kesalahpahaman. Salah satu aplikasi topik kinematika dalam pembelajaran adalah menganalisis gerak pendulum atau bandul.

Untuk mendeskripsikan gerak pendulum atau bandul matematis, peserta didik harus mampu memahami bagaimana kecepatan maupun percepatan yang dapat di tentukan dari data posisi pendulum tiap saat. Pemahaman terkait percepatan masih banyak mengalami kesalahpahaman karena percepatan lebih abstrak dari pada gaya.

Hal yang perlu di lakukan peserta didik dalam memahami konsep kinematika yakni selalu memegang teguh definisi, di mana definisi percepatan adalah perubahan kecepatan partikel terhadap satuan waktu. Faktanya peserta didik seringkali tidak konsisten menerapkan definisi ini.

Peserta didik yang salah dalam menentukan percepatan bukan berarti mereka tidak memiliki pengetahuan terkait hal tersebut, kesalahan dalam menentukan percepatan pada pendulum juga di akibatkan oleh ketidakberhasilan Anda memanggil pengetahuan yang terkait yang telah mereka miliki.

Pada umumnya mereka telah memiliki pengetahuan yang baik tentang kecepatan tetapi pengetahuan ini tidak mereka gunakan dalam menganalisis percepatan pada pendulum. Pengetahuan yang di miliki Peserta didik ini masih terdiri dari potongan-potongan yang terpisah satu sama lain.

Untuk membahas tentang percepatan pada pendulum atau bandul coba perhatikan contoh kasus berikut ini.

Baca Juga: Gerak Parabola pada Bidang Miring

A. Bandul Matematis & Cara memahami Arah Percepatannya

Sebuah bandul matematis dengan di lepas dari titik A (tegak lurus terhadap vertikal) hingga berosilasi secara harmonis seperti gambar (kiri).

Abaikan semua kemungkinan gaya gesek yang timbul. Pada gambar di sebelah kanan, menunjukkan arah percepatan yang mungkin di miliki bandul.

1. Arah percepatan bandul ketika bandul berada di posisi B (saat bandul bergerak turun) adalah… .
   • A (2)
   • B (6)
   • C (7)
   • D (8)
   • E (9)
2. Arah percepatan bandul ketika bandul berada di posisi C (di titik terendah, bandul bergerak dari B ke D) adalah… .
   • A (1)
   • B (3)
   • C (6)
   • D (8)
   • E (9)
   • F Tidak ada yang sesuai, percepatan nol saat di C
3. Arah percepatan bandul ketika bandul berada di posisi E (titik tertinggi) adalah… .
   • A (1)
   • B (5)
   • C (6)
   • D (3)
   • E Tidak ada yang sesuai, percepatan nol saat di E

Penjelasan:

1. Nomor 1. Arah Percepatan Bandul Matematis di Titik B ketika akan Turun

Pada soal nomor 1 ini,

Jika anda menjawab D (8) maka jawaban anda benar

Sesuai dengan definisi bahwa arah percepatan selalu sama dengan arah perubahan kecepatannya, maka arah percepatan bandul matematis di titik B ketika akan turun percepatan yang paling mungkin adalah arah nomor 8. Percepatan sesaat ketika bandul di posisi B adalah sama dengan arah perubahan kecepataan sesaat sebelum mencapai B hingga sesaat setelah mencapai B.

Cara lain, pada saat bandul matematis berada di posisi B, bandul di percepat dan berbelok, sehingga percepatannnya di pengaruhi oleh percepatan yang sejajar dengan arah kecepatan (objek di percepat) dan di pengaruhi oleh percepatan yang tegak lurus arah kecepatan yang berguna untuk membelokkan sehingga arah percepatan adalah resultan dari arah percepatan tegak lurus dan arah percepatan sejajar.

Dapat juga kita menggunakan konsep gaya-gaya yang bekerja. Gaya-gaya yang bekerja ketika bendul berada di posisi B adalah gravitasi dan gaya tegang tali. Resultan kedua gaya ini akan menghasilkan arah resultan gaya ke arah nomor 8.

Arah percepatan selalu searah dengan arah resultan gaya, sehingga berdasarkan analisis gaya-gaya yang bekerja juga menunjukkan bahwa percepatan yang di alami benda ketika di titik B adalah ke arah 8.

Jika anda memilih opsi A yakni arah percepatan pendulum ketika di posisi B searah dengan nomor 2,maka jawaban anda keliru

Pemilihan ini dapat di sebabkan pemahaman bahwa arah percepatan suatu objek berlawanan arah dengan arah gerak objek.

Jika anda memilih opsi B yakni arah percepatan pendulum ketika di posisi B searah dengan nomor 6,maka jawaban anda keliru

Jika anda memilih opsi B yakni menganggap bahwa arah percepatan bandul matematis selalu sama dengan arah percepatan gravitasi arah nomor 6. Hal ini di sebabkan karena oleh anggapan bahwa gaya yang bekerja pada bandul saat di posisi B hanyalah gaya gravitasi saja, padahal pada kondisi in ada juga gaya tegang tali pada bandul. Atau bisa juga karena menganggap gaya selalu searah dengan percepatan sehingga mereka menjawab arah percepataanya kebawah, ini tentu keliru.

Jika anda memilih opsi C yakni arah percepatan pendulum ketika di posisi B searah dengan nomor 7,maka jawaban anda keliru

Mereka yang memilih opsi C, tentu beranggapan bahwa percepatan selalu searah dengan arah gerak.

Jika anda memilih opsi E yakni arah percepatan pendulum ketika di posisi B searah dengan nomor 9,maka jawaban anda keliru

Mereka yang memilih opsi E beranggapan bahwa percepatan selalu menuju pusat kelengkungan. Pengetahuan yang di gunakan untuk menyelesaikan kasus ini kurang lengkap dan mereka melupakan bahwa percepatan terdiri atas percepatan searah kecepatan yang bertugas untuk mempercepat atu memperlambat dan percepatan yang tegak lurus kecepatan untuk membelokkan arah.

Kekeliruan tersebut jelas mengindikasikan bahwa pemahaman yang belum utuh. Dalam menyelesaikan soal, Anda perlu memverifikasi pemahaman yang di gunakan dalam memecahkan persoalan. Kegagalan dalam menyelesaikan soal bukan karena mereka tidak memahami konsep fisika dengan benar, namun di karenakan mereka gagal dalam mengaktivasi konsep yang telah mereka miliki.

Hal ini terjadi dalam menyelesaikan persoalan tersebut, kita sering kali menggunakan intuisi tanpa memverifikasi dengan pemahaman yang benar. Padahal konsep fisis yang benar telah mereka peroleh sebelumnya.

2. Nomor 2. Arah Percepatan Pendulum ketika berada di Titik Terendah saat akan bergerak Naik

Pada soal nomor 2 ini,

Jika anda menjawab A (1) maka jawaban anda benar

Saat bandul matematis di C percepatannya ke arah atas, pada kondisi ini kecepatan sesaat sebelum di C sama dengan kecepatan sesaat setelah di C sehingga percepatan sejajar dengan arah kecepatan adalah nol karena bandul tidak mengalami perubahan laju.

Akan tetapi, perlu di ingat bahwa percepatan terdiri dari percepatan yang sejajar dengan arah kecepatan dan percepatan yang tegak lurus kecepatan. Dalam hal ini benadul memiliki percepatan yang tegak lurus dengan arah kecepatan yakni percepatan yang bertugas membelokkan arah gerak bandul, sehingga arah resultan percepatannya adalah ke atas (menuju pusat kelengkungan).

Jika anda memilih opsi B yakni arah percepatan pendulum ketika di posisi C searah dengan nomor 3, maka jawaban anda keliru

Yang memilih opsi B menganggap bahwa percepatan bandul matematis selalu berlawanan arah dengan arah geraknya. Hal tersebut terjadi karena Anda beranggapan bahwa pada titik terendah, bandul akan naik dan mengalami perlambatan, sehingga arah percepatan bandul berlawanan dengan arah gerak.

Hal tersebut seperti temuan Nirmayanti et al. (2018) yang menyatakan bahwa tanda negatif selalu menunjukkan bahwa benda di perlambat dengan arah percepatan berlawanan dengan arah kecepatan.

Pernyataan bahwa benda di perlambat menunjukkan bahwa arah percepatan berlawanan dengan arah kecepatan adalah benar. Hanya saja harus di verifikasi terlebih dahulu, apakah benda hanya berubah laju, ataukah arahnya juga mengalami perubahan.

Jika anda memilih opsi C yakni arah percepatan pendulum ketika di posisi C searah dengan nomor 6, maka jawaban anda keliru

Mereka yang memilih opsi C beranggapan bahwa satu-satunya gaya yang bekerja pada bandul matematis adalah gaya gravitasi. Resultan gaya yang bekerja pada suatu benda selalu searah dengan percepatan, sehingga percepatannya ke arah bawah menuju bumi.

Hal tersebut menunjukkan bahwa mereka gagal dalam mengidentifikasi gaya secara utuh karena tidak mengidentifikasi adanya gaya tegangan tali. Jika mereka mampu mengidentifikasi gaya secara lengkap kemudian menggunakan pengetahuannya terkait hukum Newton maka permasalahan tersebut akan terjawab dengan benar.

Namun, peserta didik juga kerap mengalami kesulitan dalam menentukan arah resultan gaya, sehingga dalam menentukan arah percepatan juga memungkinkan mengalami kesulitan.

Jika anda memilih opsi D yakni percepatan pendulum ketika di posisi B searah dengan nomor 8, maka jawaban anda keliru

Mereka yang memilih opsi D beranggapan bahwa percepatan selalu menyinggung lintasan dan selalu searah dengan arah geraknya.

Jika anda memilih opsi E yakni arah percepatan pendulum ketika di posisi C searah dengan nomor 9, maka jawaban anda keliru

Mereka yang memilih opsi E beranggapan bahwa arah percepatan selalu searah dengan arah geraknya.

Jika anda memilih opsi F yakni arah percepatan pendulum ketika di posisi C tidak ada yang sesuai, maka jawaban anda keliru

Mereka yang memilih opsi F di mana pada posisi di titik terendah percepatannya nol beranggapan bahwa kecepatannya di titik terendah adalah maksimum sehingga percepatannya nol.

Pemahaman keliru tersebut umum di pikirkan oleh Anda, karena mereka sering membangun pengetahuan berdasarkan fenomena alam yang diamati namun keliru dalam menyimpulkan.

3. Nomor 3. Arah Percepatan Bandul Matematis ketika di Titik Tertinggi

Pada soal nomor 3 ini,

Jika anda menjawab C (6) maka jawaban anda benar

Pada titik tertinggi, kecepatan benda adalah nol (v = 0). Sehingga percepatan sentripetal yang di alami benda adalah nol, karena percepatan sentripetal di definisikan sebagai a_s = v² /r. Untuk percepatan yang sejajar kecepatan, sesaat sebelum mencapai titik tertinggi (v ke atas) maka a ke bawah karena benda mengalami perlambatan.

Begitu pula sesaat setelah benda telah mencapai titik tertinggi maka akan kembali bergerak turun (v ke bawah) sehingga a juga ke bawah karena benda mengalami percepatan. Oleh karena itu, resultan percepatan yang di alami benda adalah ke bawah.

Jika anda memilih opsi B yakni percepatan pendulum ketika di posisi E searah dengan nomor 5, maka jawaban anda keliru

Mereka yang memilih opsi B menganggap bahwa percepatan selalu menyinggung lintasan, dan percepatan benda ketika akan turun searah dengan arah 5.

Jika anda memilih opsi D yakni percepatan pendulum ketika di posisi E searah dengan nomor 3, maka jawaban anda keliru

Mereka yang memilih opsi D menganggap bahwa percepatan selalu menuju pusat kelengkungan.

Jika anda memilih opsi E yakni percepatan pendulum ketika di posisi E tidak ada yang sesuai

Mereka yang memilih opsi E, yakni pada saat benda di titik tertinggi percepatannya nol, mereka beranggapan bahwa objek yang berada di titik tertinggi berhenti sesaat, sehingga percepatannya nol. Kesulitan-kesulitan dalam memahamai kinematika secara utuh ini memang kerap terjadi, termasuk dalam menentukan percepatan. Hal tersebut terjadi karena Anda sering tidak memegang definisi secara baik.

Kinematika merupakan salah satu konsep yang sederhana karena dalam menyelesaikan segala bentuk persoalan yang terkait cukup kembali pada definisi. Oleh sebab itu, dalam pembelajaran, Anda perlu secara berulang menggunakan defisini besaran fisis untuk menyelesaikan persoalan.

Hal tersebut bertujuan agar peserta didik mampu menangkap makna konsep serta hubungan antar konsep dengan makna dalam konsep tersebut. Kesalahan peserta didik dalam menjawab dengan benar, menunjukkan bahwa pemahaman mereka dalam menentukan arah percepatan pada pendulum masih rendah.

Hal ini terjadi karena pemahaman konsep peserta didik yang salah dan sulit di hilangkan serta gagalnya mereka dalam memanggil pengetahuan yang telah di miliki terkait konsep-konsep pada soal yang di ujikan karena pengetahuannya masih terpotong-potong.

Pemahaman keliru/salah yang terjadi pada peserta didik secara umum diantaranya percepatan benda selalu searah dengan arah gerak, di titik tertinggi benda berhenti sesaat sehingga percepatannya nol, dan di titik terendah percepatannya nol karena kecepatan benda maksimum.

Referensi:

• Diana Eka Saputri, dkk. 2019. PEMAHAMAN KONSEP MEKANIKA: MENENTUKAN ARAH PERCEPATAN PENDULUM, SULITKAH? Jurnal Pendidikan Fisika dan Teknologi. Volume 5 No.1, Juni 2019.