MATA PELAJARAN IPA. PENDALAMAN MATERI Getaran, Gelombang, Bunyi, Optik, Listrik, dan Magnet. Penulis:

Transkripsi

1 No Kode: DAR2/IPA/004/4/2018 MATA PELAJARAN IPA PENDALAMAN MATERI Getaran, Gelombang, Bunyi, Optik, Listrik, dan Magnet Penulis: Dr. Eka Cahya Prima, S.Pd., M.T. Eliyawati, S.Pd, M.Pd. Heli Siti Halimatul M, M.Si., Ph.D. Ikmanda Nugraha, S.Pd., M.Pd. Lilit Rusyati, S.Pd., M.Pd. PPG DALAM JABATAN Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi 2018 Hak cipta Direktorat Pembelajaran, Dit Belmawa, Kemenristekdikti RI,

2 Daftar Isi Daftar Isi... 1 Daftar Istilah... 6 Pendahuluan... 8 Rasional dan deskripsi singkat... 8 Relevansi... 8 Petunjuk belajar... 9 Kegiatan Belajar 1: Getaran, Gelombang, dan Bunyi Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Pokok-Pokok Materi Uraian Materi Getaran Aktivitas 1.1 Getaran Gelombang Aktivitas 1.2 Gelombang Gelombang Transversal Aktivitas 1.3 Gelombang Transversal Gelombang Longitudinal Aktivitas 1.4 Gelombang Longitudinal Hubungan antara Panjang Gelombang, Frekuensi, Cepat Rambat, dan Periode Gelombang Pemantulan Gelombang Bunyi Aktivitas 1.5 Bergetar Menimbulkan Bunyi Frekuensi Bunyi Karakteristik Bunyi Aktivitas 1.6 Frekuensi pada Garpu Tala Aktivitas 1.7 Frekuensi Nada pada Senar Aktivitas 1.8 Resonansi Bunyi Aktivitas 1.9 Pemantulan Bunyi Mekanisme Mendengar pada Manusia dan Hewan Mekanisme Pendengaran Manusia Aktivitas 1.10 Struktur, Fungsi, dan Proses Pendengaran Pendengaran pada Hewan Kelelawar Lumba-lumba Rangkuman Tugas Tes Formatif

3 Daftar Pustaka Kegiatan Belajar 2: Optik Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Pokok-Pokok Materi Uraian Materi Optik Sifat Cahaya dan Proses Pembentukan Bayangan Cahaya Merambat Lurus Aktivitas 2.1 Memahami Perambatan Cahaya Cahaya dapat Dipantulkan Cahaya dapat Dibiaskan Aktivitas 2.2 Mengapa Sendok Terlihat Bengkok? Cahaya merupakan Gelombang Elektromagnetik Pembentukan Bayangan pada Cermin Aktivitas 2.3 Pembentukan Bayangan oleh Cermin Datar Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar Pembentukan Bayangan pada Cermin Lengkung Cermin Cekung Aktivitas 2.4 Pembentukan Bayangan oleh Cermin Cekung Cermin Cembung Aktivitas 2.5 Pembentukan Bayangan Cermin Cembung Lensa Pembentukan Bayangan pada Lensa Aktivitas 2.6 Pembentukan Bayangan Lensa Cembung Pembiasan pada Lensa Cekung Persamaan pada Lensa Cembung dan Cekung Indra Penglihatan Manusia dan Hewan Indra Penglihat Manusia Aktivitas 2.7 Proses Pembentukan Bayangan pada Mata Bagian-bagian Mata Manusia Aktivitas 2.8 Mengukur Diameter Iris dan Pupil Gangguan pada Indra Penglihat Indra Penglihatan Serangga Rangkuman Tugas Tes Formatif Daftar Pustaka Kegiatan Belajar 3: Listrik Statis dan Dinamis Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Pokok-Pokok Materi

4 Uraian Materi Konsep Listrik Statis Muatan Listrik Aktivitas 3.1 Menyelidiki Gejala Listrik Statis Hukum Coulomb Aktivitas 3.2 Bagaimana Interaksi Dua Benda Bermuatan terhadap Jaraknya? Medan Listrik Kelistrikan pada Sel Saraf Aktivitas 3.3 Identifikasi Bagian Sel Saraf Hantaran Listrik Aktivitas 3.4 Mengidentifikasi Jenis Bahan Isolator dan Konduktor Konduktor listrik Isolator listrik Semikonduktor listrik Aktivitas 3.5 Percobaan Besar Hambatan Listrik pada Kawat Konduktor Hewan-hewan Penghasil Listrik Ikan Belalai Gajah Ikan Pari Elektrik Hiu Kepala Martil Echidnas Belut Listrik Lele Elektrik Konsep Listrik Dinamis Arus Listrik Aktivitas 3.6 Menyalakan Lampu dengan Baterai Aktivitas 3.7 Baterai Buah Rangkaian Listrik Aktivitas 3.8 Rangkaian Lampu secara Seri dan Paralel Aktivitas 3.9 Rangkaian Baterai secara Seri dan Paralel Aktivitas 3.10 Mengetahui Hubungan antara Kuat Arus, Hambatan, dan Tegangan Listrik pada Suatu Rangkaian Listrik (Hukum Ohm) Rangkaian Hambatan Listrik Seri Rangkaian Hambatan Listrik Paralel Sumber Arus Listrik Sumber-Sumber Energi Listrik Energi Matahari Energi Angin (Kincir Angin) Energi Air (Hydropower) Bioenergi Transmisi Energi Listrik Upaya Penghematan Energi Listrik

5 Pencegahan Bahaya Penggunaan Listrik dalam Kehidupan Rangkuman Tugas Tes Formatif Daftar Pustaka Kegiatan Belajar 4: Kemagnetan dan Induksi Elektromagnetik Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan Pokok-Pokok Materi Uraian Materi Kemagnetan Pemanfaatan Medan Magnet pada Migrasi Hewan Migrasi Burung Migrasi Salmon Migrasi Penyu Migrasi Lobster Duri Magnet dalam Tubuh Bakteri Teori Dasar Kemagnetan Konsep Gaya Magnet Aktivitas 4.1 Menyelidiki Sifat Magnet Bahan Aktivitas 4.2 Membuat Magnet Penerapan Elektromagnet dalam Kehidupan Sehari-hari Cara menghilangkan kemagnetan bahan Medan Magnet Aktivitas 4.3 Mengetahui Medan Magnet Induksi Magnet Aktivitas 4.4 Menyelidiki Medan Magnet di dekat Kawat Berarus listrik Teori Kemagnetan Bumi Gaya Lorentz Konsep Gaya Lorentz Aktivitas 4.5 Menentukan Besar dan Arah Gaya Lorentz Penerapan Gaya Lorentz pada Motor Listrik Induksi Elektromagnetik Aktivitas 4.6 Menyelidiki Peristiwa Induksi Elektromagnetik Generator Dinamo AC-DC Transformator Kemagnetan dalam Produk Teknologi MRI (Magnetic Resonance Imaging) Kereta Maglev Rangkuman Tugas

6 Tes Formatif Daftar Pustaka Tugas Akhir Tes Akhir

7 Daftar Istilah Amplitudo Beda potensial listrik Biomagnetik Daya listrik Diamagnetik Dinamo Divergen Jarak/simpangan terjauh dari titik kesetimbangan dalam gelombang sinusoidal Perbedaan jumlah elektron yang berada dalam suatu arus listrik. Kemampuan magnetik yang dimiliki makhluk hidup. Laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Sifat suatu benda untuk menciptakan suatu medan magnet ketika dikenai medan magnet yang menyebabkan efek tolak-menolak. Alat untuk merubah energi listrik menjadi energi gerak dan dari energi gerak menjadi energi listrik. Bersifat menyebarkan Elektromagnetik Kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat melewati ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Elektron Elektroskop Feromagnetik Frekuensi Gaung Gaya Coulomb Gaya magnet Gelombang Gelombang elektromagnetik Gema Generator Getaran Hipermetropi Hukum pemantulan cahaya Partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Alat yang digunakan untuk mengetahui muatan listrik sebuah benda. Bahan yang sangat kuat yang menarik gaya magnetik. jumlah getaran yang terjadi dalam waktu satu detik atau banyaknya gelombang/getaran listrik yang dihasilkan tiap detik Bunyi pantul yang datang sebelum bunyi asli selesai dikirim Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua benda bermuatan listrik. Gaya yang ditimbulkan oleh dorongan dan tarikan dari magnet. Getaran yang merambat gelombang yang memancar tanpa media rambat yang membawa muatan energi listrik dan magnet Pemantulan bunyi yang diterima oleh pendengar beberapa saat setelah bunyi langsung Sebuah alat yang mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik (arus tegangan). Suatu gerak bolak-balik di sekitar kesetimbangan Kelainan refraksi mata di mana bayangan dari sinar yang masuk ke mata jatuh di belakang retina Sinar datang dan sinar pantul serta garis normal berada pada satu bidang datar. Sudut datang sama persis dengan sudut pantul 6

8 Iris Konvergen Kornea Kutub magnet Lensa mata Magnet elementer Medan listrik Migrasi Miopi Muatan Listrik Nada Navigasi Paramagnetik Pembiasan Periode Presbiopi Proton Pupil Rangkaian paralel Rangkaian seri Resonansi Retina Titik fokus Daerah berbentuk gelang pada mata yang dibatasi oleh pupil dan sklera (bagian putih dari mata) Bersifat mengumpulkan Bagian depan mata yang tembus pandang yang menutupi iris dan pupil Dua ujung bahan magnetik pengaruh magnetiknya paling kuat. Bagian mata yang terletak di belakang pupil mata yang berfungsi untuk memfokuskan cahaya ke retina. Magnet-magnet kecil yang berupa atom. Efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik. Perpindahan makhluk hidup dengan tujuan untuk menetap dari suatu tempat ke tempat lain. Sebuah kerusakan refraktif mata di mana citra yang dihasilkan berada di depan retina ketika akomodasi dalam keadaan santai. Sifat dasar yang dimiliki suatu benda yang membuatnya mengalami gaya pada benda lain yang berdekatan. Bunyi yang beraturan, dan memiliki frekuensi tunggal tertentu Penentuan kedudukan (posisi) dan arah perjalanan baik di medan sebenarnya atau di peta Suatu bentuk magnetisme yang hanya terjadi karena adanya medan magnet eksternal. Pembelokan arah rambat cahaya karena memasuki medium yang kerapatannya berbeda Waktu yang diperlukan untuk melakukan satu kali getaran Daya akomodasi lensa mata tak bekerja dengan baik akibatnya lensa mata tidak dapat memfokuskan cahaya ke titik kuning dengan tepat, sehingga mata tidak bisa melihat yang jauh maupun dekat Partikel subatomik dengan muatan positif. Pembukaan di tengah mata yang ukurannya dikendalikan oleh otot Rangkaian fnoubayang disusun secara berderet. Rangkaian yang disusun secara sejajar. Peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain yang bergetar dan memiliki frekuensi yang sama atau kelipatan bilangan bulat dari frekuensi itu Selapis tipis sel yang terletak pada bagian belakang bola mata vertebrata dan cephalopoda Titik tempat berkumpulnya cahaya. 7

9 Pendahuluan Rasional dan deskripsi singkat Buku ini merupakan buku modul PPG dalam jabatan yang dipersiapkan Pemerintah dalam rangka implementasi Kurikulum Buku ini dirancang untuk memperkuat kompetensi guru dari sisi pengetahuan, keterampilan, dan sikap secara utuh. Proses pencapaiannya melalui pembelajaran yang dirangkai sebagai suatu kesatuan yang saling mendukung pencapaian kompetensi tersebut. Sebagai transisi menuju ke pendidikan menengah, pemisahan mata pelajaran masih belum dilakukan sepenuhnya bagi peserta didik SMP/ MTs. Materi-materi dari bidang-bidang ilmu Fisika, Kimia, Biologi, serta Ilmu Bumi dan Antariksa masih perlu disajikan sebagai suatu kesatuan dalam mata pelajaran IPA (Ilmu Pengetahuan Alam). Hal ini dimaksudkan untuk memberikan wawasan yang utuh bagi peserta didik SMP/MTs tentang prinsip-prinsip dasar yang mengatur alam semesta beserta segenap isinya. Buku ini menjabarkan usaha minimal yang harus dilakukan peserta didik untuk mencapai kompetensi yang diharapkan. Sesuai dengan pendekatan yang digunakan dalam Kurikulum 2013, peserta didik diberanikan untuk mencari sumber belajar lain yang tersedia dan terbentang luas di sekitarnya. Peran guru sangat penting untuk meningkatkan dan menyesuaikan daya serap peserta didik dengan ketersediaan kegiatan pada buku ini. Guru dapat memperkayanya dengan kreasi dalam bentuk kegiatan-kegiatan lain yang sesuai dan relevan yang bersumber dari lingkungan sosial dan alam. Relevansi Buku Modul IPA ini disusun dengan pemikiran di atas. Bidang ilmu Biologi dipakai sebagai landasan (platform) pembahasan bidang ilmu yang lain. Makhluk hidup digunakan sebagai objek untuk menjelaskan prinsip-prinsip dasar yang mengatur alam seperti objek alam dan interaksinya, energi dan keseimbangannya, dan lain-lain. Melalui pembahasan menggunakan bermacam bidang ilmu dalam rumpun ilmu pengetahuan alam, pemahaman utuh tentang alam yang dihuninya beserta benda-benda alam yang dijumpai di sekitarnya dapat dikuasai oleh guru IPA SMP/MTs untuk diajarkan kepada para siswanya. Sebagai salah satu rumpun ilmu yang digunakan untuk mengukur kemajuan pendidikan suatu negara, pemahaman peserta didik suatu negara terhadap IPA dibandingkan secara rutin sebagaimana dilakukan melalui TIMSS (The Trends in International Mathematics and Science Study) dan PISA (Program for International Student Assessment). Melalui penilaian 8

10 internasional seperti ini kita dapat mengetahui kualitas pembelajaran IPA dibandingkan dengan negara lain. Materi IPA pada Kurikulum 2013 ini telah disesuaikan dengan tuntutan penguasaan materi IPA relevan dengan TIMSS dan PISA. Petunjuk belajar Sebelum Anda menggunakan modul ini, Anda perlu membaca bagian petunjuk ini. Mengapa diperlukan? Ibarat Anda sedang berlibur di tempat wisata, Anda tentunya ingin memanfaatkan fasilitas yang ada di tempat wisata tersebut bukan? Tentunya, agar tujuan tersebut tercapai Anda akan membaca peta di mana fasilitas itu berada. Begitu juga dengan modul ini. Jika Anda ingin memperoleh manfaat yang maksimal dari modul ini tentu merupakan tindakan yang bijak jika Anda benar-benar memerhatikan dan memahami bagian petunjuk penggunaan modul ini. Selamat mempelajari! Fitur mari kita cari tahu ini berisi tugas atau permasalahan yang perlu untuk dicari jawabannya atau untuk mencari pengetahuan tambahan terkait materi yang dipelajari. Fitur mari kita diskusikan ini berisi suatu masalah yang berkaitan dengan konsep yang perlu untuk dipecahkan melalui kelompok. Fitur ini dapat melatih Anda dalam mengungkapkan pendapat atau berkomunikasi dan memecahkan masalah. Fitur rangkuman ini berisi ringkasan materi dari bab yang telah dipelajari. Anda dapat mereview keseluruhan materi yang telah dipelajari melalui fitur ini. Fitur tes formatif ini berisi soal-soal untuk mengevaluasi pemahaman dan penerapan konsep dalam satu bab yang telah dipelajari. Selamat belajar, semoga berhasil! 9

11 Kegiatan Belajar 1: Getaran, Gelombang, dan Bunyi Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan 1. Memahami konsep getaran, gelombang, dan bunyi pada proses biologis. Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan 1. Menganalisis konsep getaran dan gelombang, termasuk di dalamnya gelombang bunyi dan penerapannya dalam kehidupan sehari hari. 2. Menganalisis mekanisme mendengar pada manusia dan hewan. Pokok-Pokok Materi Getaran, Gelombang, dan Bunyi Struktur, fungsi, dan proses pendengaran pada manusia dan hewan Uraian Materi Pernahkah Anda berpikir bagaimana seseorang dapat mendengar bunyi? Apa yang dimaksud dengan bunyi? Darimana bunyi berasal? Kita membutuhkan alat indra berupa telinga untuk mendengar. Di dalam telinga terdapat berbagai struktur yang memiliki fungsi tertentu sehingga dapat mendeteksi adanya vibrasi mekanis (getaran) hingga terjadilah proses mendengar. Kita wajib bersyukur kepada Tuhan, atas karunia telinga yang diberikan kepada kita. Getaran Semua benda akan bergetar apabila diberi gangguan. Benda yang bergetar ada yang dapat terlihat secara kasat mata karena simpangan yang diberikan besar, ada pula yang tidak dapat dilihat karena simpangannya kecil. Benda dapat dikatakan bergetar jika benda bergerak bolak-balik secara teratur melalui titik kesetimbangan. Apakah orang yang berjalan bolak-balik dapat disebut dengan bergetar? Tentu saja tidak. Orang yang berjalan bolak balik belum tentu melalui titik kesetimbangan. Agar memahami tentang getaran, perhatikan Gambar 1.1 tentang bandul sederhana. 10

12 Gambar 1.1 Bandul Sederhana dan aplikasinya pada jam pendulum Sumber: Dok.Kemdikbud, blibli.com Sebuah bandul sederhana mula-mula diam pada kedudukan O (kedudukan setimbang). Bandul tersebut ditarik ke kedudukan A (diberi simpangan kecil). Pada saat benda dilepas dari kedudukan A, bandul akan bergerak bolak-balik secara teratur melalui titik A-O-B-O-A dan gerak bolak balik ini disebut satu getaran. Salah satu ciri dari getaran adalah adanya amplitudo atau simpangan terbesar. Setiap kali bergetar, berapa banyak waktu yang dibutuhkan? Apa saja yang memengaruhi getaran tersebut? Agar memahami hal tersebut, lakukan kegiatan berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.1 Getaran Apa yang Anda perlukan? 1. 1 buah bandul 2. 1 buah statif 3. 1 buah Stopwatch 4. Tali nilon dengan panjang 15 cm dan 30 cm Apa yang harus Anda lakukan? 1. Ikatkan bandul pada statif sehingga menggantung! 2. Tarik bandul dengan memberi simpangan kecil (< 10 ) kemudian lepaskan. Setelah bandul bergerak satu getaran, hidupkan stopwatch! 3. Catatlah waktu yang diperlukan bandul bergerak bolak-balik dengan jumlah getaran dan panjang tali seperti yang tercantum pada Tabel 1.1! Lengkapi tabel tersebut! 11

13 Tabel 1.1 Hasil Pengamatan Getaran Bandul Panjang Tali (l) Jumlah Getaran (n) 5 Waktu Getaran (t) Waktu untuk 1 Kali Bergetar (T) Jumlah Getaran dalam 1 Sekon (f) Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Berapa waktu yang dibutuhkan untuk melakukan 1 getaran dengan panjang tali 15 cm? Berapa pula waktu yang dibutuhkan untuk melakukan 1 getaran dengan panjang tali 30 cm? 2. Berapa jumlah getaran yang terjadi dalam satu sekon pada panjang tali 15 cm? Berapa pula jumlah getaran yang terjadi dalam satu sekon pada panjang tali 30 cm? 3. Secara matematis, bagaimana Anda merumuskan periode? Apa satuannya? 4. Secara matematis, bagaimana Anda merumuskan frekuensi? Apa satuannya? 5. Bagaimana hubungan antara frekuensi dan periode? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan pada Aktivitas 1, dapat diketahui bahwa panjang tali pada bandul berpengaruh terhadap periode getar. Semakin panjang tali, maka semakin besar periode 12

14 getarnya dan semakin kecil frekuensinya. Dengan demikian, besar periode berbanding terbalik dengan besar frekuensi. Mari Kita Selesaikan Jika ayunan sederhana bergetar sebanyak 60 kali dalam waktu 15 sekon, tentukan: 1. frekuensi ayunan, dan 2. periode ayunan. Gelombang Jika Anda memukul panci di dekat wadah berlapis plastik yang di atasnya ditaruh segenggam beras, maka beras akan bergetar. Mengapa hal itu dapat terjadi? Ternyata, energi getaran yang dihasilkan dari pukulan panci akan merambat, sehingga menyebabkan plastik ikut bergerak. Dalam bentuk apa energi getaran itu merambat? Energi getaran akan merambat dalam bentuk gelombang. Pada perambatan gelombang yang merambat adalah energi, sedangkan zat perantaranya tidak ikut merambat (hanya ikut bergetar). Pada saat kita mendengar, getaran akan merambat dalam bentuk gelombang yang membawa sejumlah energi, sehingga sampai ke saraf yang menghubungkan ke otak kita. Berdasarkan energinya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gelombang mekanis dan gelombang elektromagnetik. Perambatan gelombang mekanis memerlukan medium (perantara), misal gelombang tali, gelombang air, dan gelombang bunyi. Perambatan gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium, misal gelombang cahaya. Dari kedua jenis gelombang tersebut, yang akan Anda pelajari adalah gelombang mekanis. Apakah yang dirambatkan oleh gelombang tersebut? Agar mengetahuinya, lakukan kegiatan berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.2 Gelombang Apa yang Anda perlukan? 1. Tali dengan panjang 3 m 2. Karet gelang Apa yang harus Anda lakukan? 1. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan! 2. Ikatlah karet gelang pada tali kira-kira pada jarak 0,5 m dari salah satu ujungnya! 13

15 3. Peganglah salah satu ujungnya oleh Anda dan ujung yang lain oleh teman Anda, kemudian usikan tali ke atas dan ke bawah! 4. Amati yang terjadi pada tali dan karet gelang yang diikatkan tadi! Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Pada saat Anda getarkan, apakah karet gelang ikut merambat bersama gelombang? 2. Apakah bagian tali ikut berpindah merambat bersama gelombang? 3. Apa yang dirambatkan oleh gelombang? 4. Mintalah teman Anda untuk menggetar-getarkan tali tersebut dengan cepat. Apakah Anda merasakan sesuatu? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Pada saat menggetarkan tali, gelombang akan merambat pada tali ke arah teman Anda, tetapi karet gelang yang diikatkan tidak ikut merambat bersama gelombang. Demikian pula dengan tali juga tidak ikut merambat. Jadi hal tersebut membuktikan bahwa gelombang merambat hanya menghantarkan energi, mediumnya tidak ikut merambat. Berdasarkan arah rambat dan arah getarannya, gelombang dibedakan menjadi gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang Transversal Tahukah Anda apa itu gelombang transversal? Sebelum Anda mempelajari gelombang transversal, lakukan aktivitas berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.3 Gelombang Transversal Apa yang Anda perlukan? Tali tambang Apa yang harus Anda lakukan? 1. Letakkan tali tambang di atas lantai! 2. Mintalah teman Anda untuk memegang salah satu ujung tali! 3. Berilah usikan pada tali beberapa kali ke arah samping! 14

16 4. Amati arah rambat gelombangnya! Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Kemanakah arah rambat gelombang? 2. Apakah arah getar dengan arah rambat gelombang saling tegak lurus? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Ketika tali diberi simpangan, tali akan bergetar dengan arah getaran ke atas dan ke bawah. Pada tali, gelombang merambat tegak lurus dengan arah getarnya. Bentukan seperti ini disebut gelombang transversal. Contoh lain gelombang transversal ada pada permukaan air. Panjang gelombang transversal sama dengan jarak satu bukit gelombang dan satu lembah gelombang (a-b-c-d-e pada Gambar 1.2). Panjang satu gelombang dilambangkan dengan A (dibaca lambda) dengan satuan meter. Simpangan terbesar dari gelombang itu disebut amplitudo (bb' atau dd' pada Gambar 1.2). Dasar gelombang terletak pada titik terendah gelombang, yaitu d dan h, dan puncak gelombang terletak pada titik tertinggi yaitu b dan f. Lengkungan c-d-e dan g-h-i merupakan lembah gelombang. Lengkungan a-b-c dan e-f-g merupakan bukit gelombang. Gambar 1.2 Grafik Simpangan terhadap Arah Rambat Sumber: Dok. Kemdikbud Gelombang Longitudinal Gelombang longitudinal dapat Anda amati pada slinki atau pegas yang diletakkan di atas lantai. Ketika slinki digerakkan maju- mundur secara terus menerus, akan terjadi gelombang yang merambat pada slinki dan membentuk pola rapatan dan regangan. Gelombang longitudinal memiliki arah rambat yang sejajar dengan arah getarnya. 15

17 Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.4 Gelombang Longitudinal Apa yang Anda perlukan? Slinki (Gambar 1.3) Gambar 1.3. Slinki Sumber: Dok. Kemdikbud Apa yang harus Anda lakukan? 1. Letakkan slinki di atas lantai yang licin dan minta teman Anda memegang salah satu ujungnya! 2. Gerakkan salah satu ujung slinki dengan cara memberikan dorongan dan tarikan pada slinki! 3. Amati dan gambarkan fenomena yang terjadi pada slinki! Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Pada saat Anda mendorong dan menarik slinki, ke arah manakah getaran pada slinki? 2. Kemanakah arah rambat gelombang? 3. Apakah arah getar dengan arah rambat gelombang searah? Mengapa? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi. Satu gelombang longitudinal terdiri atas satu rapatan dan satu regangan seperti pada Gambar 1.4. Besaran-besaran yang digunakan pada gelombang longitudinal sama dengan besaran-besaran pada gelombang transversal. Dapatkah Anda menyebutkannya? 16

18 Gambar 1.4. Rapatan dan Renggangan pada Gelombang Longitudinal Sumber: Dok. Kemdikbud Hubungan antara Panjang Gelombang, Frekuensi, Cepat Rambat, dan Periode Gelombang Pernahkah Anda memerhatikan cahaya kilat dan bunyi guntur? Anda akan mendengar bunyi guntur beberapa saat setelah cahaya kilat terlihat. Walaupun guntur dan cahaya kilat muncul dalam waktu yang bersamaan, Anda akan melihat cahaya kilat lebih dahulu karena cahaya merambat jauh lebih cepat daripada bunyi. Cahaya merambat dengan kecepatan m/s, sedangkan bunyi hanya merambat dengan kecepatan 340 m/s. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v, dengan satuan m/s. Karena gelombang menempuh jarak satu panjang gelombang (λ) dalam waktu satu periode gelombang (T), maka kecepatan gelombang dapat ditulis Karena v = λ T f = 1 T maka cepat rambat gelombang dapat juga dinyatakan sebagai berikut v = λ f Bagaimana jika Anda membuat gelombang tali dengan frekuensi yang berbeda? Anda akan menemukan jika frekuensi gelombang tali diperbesar, maka panjang gelombangnya mengecil. Mengapa? Dalam medium yang sama, cepat rambat gelombang adalah tetap. Misalnya cepat rambat gelombang pada tali adalah 12 m/s, dengan frekuensi gelombang 4 Hz, maka panjang gelombangnya adalah 3 m (λ = 3 m). Namun jika frekuensi diperbesar menjadi 6 Hz, maka panjang gelombangnya menjadi 2 (λ = 2 m). Apa yang terjadi jika frekuensi gelombangnya diperkecil? Misalnya menjadi 2 Hz, berapakah panjang gelombangnya 17

19 sekarang? Mari Kita Pelajari Contoh Soal Gelombang pada permukaan air merambat dengan panjang gelombang 2 m. Jika waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang adalah 0,5 sekon, tentukan: a. cepat rambat gelombang, dan b. frekuensi gelombang! Penyelesaian: Diketahui: Perambatan gelombang pada air λ = 2 m T= 0,5 s Ditanya: a. Cepat rambat gelombang (v) b. Frekuensi (f) Jawab: a. v = λ T = 2 m 0,5 s = 4 m s Jadi, cepat rambat gelombang air adalah 4 m/s b. f = 1 T = 1 0,5 s = 2Hz Jadi, frekuensi gelombang air adalah 2 Hz Mari Kita Selesaikan 1. Sebuah gelombang panjangnya 0,75 m dan cepat rambatnya 150 m/s. Berapakah frekuensinya? 2. Suatu sumber getar memiliki frekuensi 300 Hz. Gelombangnya merambat dalam zat cair dengan kecepatan m/s. Berapakah panjang gelombangnya? 3. Jika frekuensi suatu getaran 440 Hz dan panjang gelombangnya 75 cm, berapakah kecepatan gelombang tersebut? Pemantulan Gelombang Apakah gelombang dapat dipantulkan? Agar memahami pemantulan gelombang pada tali, ayo 18

20 diskusikan permasalahan berikut. Mari Kita Diskusikan Jika kita membuat usikan pada tali yang salah satu ujungnya dipegang teman Anda, bagaimanakah kondisi gelombang yang terjadi pada tali? Apakah ada gelombang yang dipantulkan? Gambar 1.5. (a) Gelombang pada Air, (b) Gelombang pada Tali Sumber: (a) hendrix2.uoregon.edu.(b) i.ytimg.com Pemantulan gelombang adalah peristiwa membaliknya gelombang setelah mengenai penghalang. Seperti gelombang tali pada Gambar 1.5, gelombang yang mencapai ujung akan memberikan gaya ke atas pada penopang yang ada di ujung, sehingga penopang memberikan gaya yang sama tetapi berlawanan arah ke bawah pada tali. Gaya ke bawah pada tali inilah yang membangkitkan gelombang pantulan yang terbalik. Bunyi Setiap hari, kita dapat mendengar suara burung berkicau, orang bernyanyi, klakson mobil atau kendaraan bermotor. Mengapa Anda dapat mendengar suara tersebut? Suara yang Anda dengar dikenal dengan bunyi. Bunyi merupakan gelombang longitudinal yang merambatkan energi gelombang di udara sampai terdengar oleh reseptor pendengar. Agar mengetahui bagaimana bunyi ini dibentuk, lakukan kegiatan berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.5 Bergetar Menimbulkan Bunyi Apa yang Anda perlukan? 1. Gitar 2. Tong 3. Garpu tala dan pemukul garpu tala 19

21 Jika tidak ada gitar, bawalah alat musik petik lainnya seperti sasando, ukulele, dan lain sebagainya. Jika tidak ada tong atau gong, bawalah kaleng bekas biskuit, ember, wadah dari logam, galon, dan lain sebagainya. Apa yang harus Anda lakukan? 5. Memetik gitar a. Petiklah gitar sehingga mengeluarkan suara! b. Amatilah senar yang dipetik, bagaimanakah keadaan senar? c. Pegang senar yang dipetik, apa yang Anda rasakan dan apakah Anda masih dapat mendengarkan suara gitar yang dipetik? 6. Memukul gong/tong a. Pukullah gong/tong hingga mengeluarkan suara! b. Sentuhlah gong/tong itu secara perlahan dengan jarimu, apa yang Anda rasakan? c. Pegang permukaan gong/tong sampai tidak bersuara, kemudian sentuhlah dengan jari. Apa yang Anda rasakan? 7. Memukul garpu tala a. Peganglah garpu tala! b. Pukullah garpu tala dengan alat pemukul garpu tala hingga mengeluarkan suara! Sentuh garpu tala dengan tangan Anda, apa yang Anda rasakan? Setelah garpu tala tidak bersuara, apa yang Anda rasakan? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan kegiatan yang telah dilakukan, Anda dapat menemukan bahwa tong, senar, dan garpu tala mengeluarkan suara pada saat benda-benda tersebut bergetar. Namun pada saat benda- benda itu diam, ketiga benda itu tidak bersuara. Suara tersebut dikenal dengan bunyi. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa bunyi ditimbulkan oleh benda-benda yang bergetar. Bunyi garpu tala menuju telinga dihantarkan oleh rapatan dan regangan partikel-partikel udara. Pada waktu bunyi keluar dari garpu tala, langsung akan menumbuk molekul-molekul udara. Molekul udara ini akan menumbuk udara di sebelahnya yang mengakibatkan terjadinya rapatan dan regangan, demikian seterusnya sampai ke telinga. Perhatikan Gambar 1.6! 20

22 Gambar 1.6 Gelombang Bunyi yang Merambat Menuju Telinga Sumber: Apakah molekul udara berpindah? Molekul udara tidak berpindah, tetapi hanya merapat dan merenggang. Bunyi sampai di telinga karena merambat dalam bentuk gelombang. Gelombang yang tersusun dari rapatan dan regangan adalah gelombang longitudinal. Tanpa adanya medium atau zat perantara, bunyi tidak dapat merambat. Hal ini mengakibatkan bunyi termasuk jenis gelombang mekanis. Begitu pula ketika kita mendengar bunyi akan dirambatkan ke telinga kita melalui udara. Jadi dapat disimpulkan bahwa bunyi dapat terdengar bila ada 1) sumber bunyi, 2) medium/zat perantara, 3) alat penerima/ pendengar. Seberapa cepat kita dapat mendengar bunyi? Ahli fisika bernama Miller melakukan percobaan untuk mengukur kecepatan bunyi di udara dengan menembakkan peluru sebagai sumber bunyi dan meletakkan detektor pada jarak tertentu. Pada percobaan tersebut, kecepatan bunyi tergantung pada temperatur. Semakin rendah suhu udara, maka semakin besar kecepatan bunyi. Hal ini yang menjelaskan mengapa pada malam hari bunyi terdengar lebih jelas daripada siang hari. Pada siang hari gelombang bunyi dibiaskan ke arah udara yang lebih panas (ke arah atas) karena suhu udara di permukaan bumi lebih dingin dibandingkan dengan udara pada bagian atasnya. Berlawanan pada malam hari, gelombang bunyi dipantulkan ke arah yang lebih rendah karena suhu permukaan bumi lebih hangat dibandingkan dengan udara pada bagian atasnya. Selain dipengaruhi oleh suhu, cepat rambat bunyi di udara juga dipengaruhi oleh jenis medium. Medium manakah yang akan menghantarkan bunyi paling cepat? Perhatikan Tabel 1.2! Tabel 1.2 Cepat Rambat Bunyi pada Berbagai Medium Medium Cepat Rambat Bunyi (m/s) Udara (O C) 331 Udara (15 C)

23 Medium Cepat Rambat Bunyi (m/s) Air (25 C) Air laut (25 C) Aluminium (20 C) Tembaga (20 C) Besi (20 C) Frekuensi Bunyi Apakah semua bunyi dapat terdengar oleh telinga manusia? Ketika Anda menggetarkan penggaris di meja dengan getaran kurang dari 20 getaran per sekon, kita tidak dapat mendengar bunyi. Kita baru dapat mendengarkan bunyi ketika penggaris menghasilkan 20 getaran per sekon atau lebih. Gambar 1.7 Penggaris Plastik yang Digetarkan Sumber: Dok. Kemdikbud Berdasarkan frekuensinya, bunyi dibagi menjadi tiga, yaitu infrasonik, audiosonik, dan ultrasonik. Bunyi infrasonik memiliki frekuensi kurang dari 20 Hz. Bunyi infrasonik hanya mampu didengar oleh hewan-hewan tertentu seperti jangkrik dan anjing. Bunyi yang memiliki frekuensi Hz disebut audiosonik. Manusia dapat mendengar bunyi hanya pada kisaran ini. Bunyi dengan frekuensi di atas Hz disebut ultrasonik. Kelelawar, lumba-lumba, dan anjing adalah contoh hewan yang dapat mendengar bunyi ultrasonik. 22

24 Tabel 1.3 Klasifikasi Frekuensi Bunyi Jenis Bunyi Frekuensi (Hz) Infrasonik <20 Audiosonik Ultrasonik > Anjing adalah salah satu contoh hewan yang mampu menangkap bunyi infrasonik, audiosonik, dan ultrasonik (kurang dari 20 Hz hingga Hz). Anjing akan terbangun jika mendengar langkah kaki manusia walaupun sangat pelan. Hal ini menjadi alasan oleh sebagian orang untuk memanfaatkan anjing sebagai penjaga rumah. Selain anjing, kelelawar juga mampu memanfaatkan bunyi dengan baik. Kelelawar dapat mengeluarkan gelombang ultrasonik saat terbang. Pada malam hari, mata kelelawar mengalami disfungsi (pelemahan fungsi). Kelelawar menggunakan indra pendengarannya untuk melihat. Kelelawar mengeluarkan bunyi ultrasonik sebanyak mungkin. Kemudian, kelelawar mendengarkan bunyi pantul tersebut untuk mengetahui letak suatu benda dengan tepat, sehingga kelelawar mampu terbang dalam keadaan gelap tanpa menabrak benda-benda di sekitarnya. Mekanisme untuk memahami keadaan lingkungan dengan bantuan bunyi pantul ini sering disebut dengan sistem ekolokasi. Mari Kita Diskusikan Sebuah sumber bergetar menghasilkan frekuensi 40 khz. Hitunglah panjang gelombang bunyi tersebut jika cepat rambatnya m/s! Karakteristik Bunyi Ketika Anda mendengar bunyi, apakah Anda dapat membedakan sumber bunyi? Misalnya ketika membedakan bunyi gitar dan piano. Mengapa Anda mempunyai kemampuan itu? Hal ini disebabkan oleh setiap gelombang bunyi memiliki frekuensi, amplitudo, dan warna bunyi yang berbeda meskipun perambatannya terjadi pada medium yang sama. Tinggi Rendah dan Kuat Lemah Bunyi Pada waktu memainkan alat musik Anda dapat menentukan tinggi rendahnya bunyi. Agar memahami tinggi atau rendahnya bunyi, lakukan kegiatan berikut ini. 23

25 Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.6 Frekuensi pada Garpu Tala Apa yang Anda perlukan? Tiga garpu tala yang berbeda-beda frekuensinya, misalnya 440 Hz, 400 Hz, dan 360 Hz. Apa yang harus Anda lakukan? 1. Siapkan garpu tala! 2. Getarkan garpu tala secara bergantian! 3. Dengarkan dan bandingkan bunyi yang terdengar! Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Pada orang dewasa, suara perempuan lebih tinggi dibandingkan suara laki-laki. Pita suara laki-laki yang bentuknya lebih panjang dan berat, mengakibatkan laki-laki memiliki nada dasar sebesar 125 Hz, sedangkan perempuan memiliki nada dasar satu oktaf (dua kali lipat) lebih tinggi, yaitu sekitar 250 Hz. Bunyi dengan frekuensi tinggi akan menyebabkan telinga sakit dan nyeri karena gendang telinga ikut bergetar lebih cepat. Tinggi rendahnya nada ini ditentukan oleh frekuensi bunyi tersebut. Semakin besar frekuensi bunyi, maka akan semakin tinggi nadanya. Sebaliknya, jika frekuensi bunyi kecil, maka nada akan semakin rendah. Garpu tala yang digetarkan pelan-pelan menghasilkan simpangan yang kecil, sehingga amplitudo gelombang yang dihasilkan juga kecil. Hal ini menyebabkan bunyi garpu tala terdengar lemah. Pada saat garpu tala digetarkan dengan simpangan yang besar, amplitudo gelombang yang dihasilkan juga besar sehingga bunyi garpu tala terdengar keras. Kuat lemahnya suara ditentukan oleh amplitudonya. Bagaimana bunyi yang diperdengarkan gitar dapat menghasilkan nada yang berbeda-beda. Agar mengetahui faktor-faktor yang menentukan tinggi rendah nada pada dawai atau senar lakukan aktivitas berikut. 24

26 Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.7 Frekuensi Nada pada Senar Apa yang Anda perlukan? Gitar Apa yang harus Anda lakukan? 1) Petiklah secara bergantian senar gitar nomor 1, 3, 6! 2) Dengarkan bunyi yang dihasilkan masing-masing senar. Apakah bunyi yang dihasilkan semakin tinggi atau rendah frekuensinya? Bagaimana hubungan ketebalan tali dawai dengan frekuensi? 3) Gaya tegang pada senar nomor 6 diperbesar dengan memutar setelannya, petiklah senarnya dan dengarkan nada yang dihasilkan. Kurangi tegangan senar dengan memutar setelannya, kemudian petik senarnya. Bandingkan bunyi senar yang dihasilkan ketika tegangannya diperbesar dan dikurangi! 4) Apakah frekuensi bunyinya semakin besar ketika tegangan diperbesar? Bagaimana hubungan tegangan dawai dengan frekuensi? 5) Petiklah senar nomor 6 dengan menekan senar pada kolom 2, 3, 4 (panjang senar semakin pendek) secara bergantian. Bandingkan bunyi yang dihasilkan. Apakah semakin pendek senarnya akan semakin tinggi frekuensi bunyi yang dihasilkan? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan yang telah Anda lakukan, buatlah simpulannya! Berdasarkan kegiatan pada Aktivitas 7 diperoleh hasil bahwa frekuensi senar yang bergetar bergantung pada hal-hal berikut. 1) Panjang senar, semakin panjang senar, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan. 2) Tegangan senar, semakin besar tegangan senar, semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan. 3) Luas penampang senar, semakin kecil penampang senar, semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan 25

27 Nada Gambar 1.8 Gitar Sumber: situations.nl Anda akan lebih nyaman ketika mendengarkan bunyi musik, dibandingkan dengan bunyi ramainya orang yang ada di pasar. Mengapa? Bunyi musik akan lebih enak didengarkan karena bunyi musik memiliki frekuensi getaran teratur yang disebut nada, sebaliknya bunyi yang memiliki frekuensi yang tidak teratur disebut desah. Berikut ini merupakan beberapa deret nada yang berlaku standar. Deret nada Baca Frekuensi Perbandingan : c d e f g a b c : do re mi fa sol la si do : : Warna atau Kualitas Bunyi Pada saat bermain alat musik, Anda dapat membedakan bunyi yang bersumber dari alat musik gitar, piano dan lain-lain. Setiap alat musik akan mengeluarkan suara yang khas. Suara yang khas ini disebut kualitas bunyi atau yang sering disebut timbre. Begitu pula pada manusia, juga memiliki kualitas bunyi yang berbeda-beda, ada yang memiliki suara merdu atau serak. Resonansi Tahukah Anda mengapa kentongan menghasilkan bunyi yang lebih keras daripada kayu yang tidak berongga ketika dipukul? Mengapa bentuk gitar listrik berbeda dengan gitar biasa? Apa fungsi kotak udara pada gitar biasa? Jawaban pertanyaan ini akan berkaitan dengan resonansi. Agar memahami resonansi, lakukan kegiatan pada Aktivitas 8. 26

28 Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.8 Resonansi Bunyi Apa yang Anda perlukan? 1. 2 garpu tala yang memiliki frekuensi sama 2. Penyangga garpu tala 3. Pemukul garpu tala 4. Gelas 5. Air Apa yang harus Anda lakukan? Percobaan 1 Susunlah garpu tala seperti pada Gambar 1.9! Garpu tala B Garpu tala A Gambar 1.9 Percobaan Garpu tala Sumber: ecx.images-amazon.com 2. Pukullah garpu tala A dengan menggunakan pemukul garpu tala, sehingga terdengar bunyi! Setelah beberapa lama, peganglah garpu tala A! 3. Amatilah garpu tala B, apa yang terjadi pada garpu tala B ketika garpu tala A dipukul? 4. Mengapa itu terjadi dan disebut peristiwa apakah itu? Jelaskan! Percobaan 2 2. Siapkan alat dan bahan! 3. Pukullah garpu tala dengan menggunakan pemukul garpu tala, kemudian dengarkan bunyi dari garpu tala. 4. Pukullah garpu tala di meja Anda lagi, kemudian dekatkan pada bibir gelas yang 27

29 kosong. Coba dengarkan! 5. Isilah air dalam gelas sebanyak ½ gelas! 6. Pukullah garpu tala dengan menggunakan pemukul garpu tala, kemudian dekatkan pada bibir gelas yang berisi air, coba dengarkan, seperti pada Gambar 1.10! Gambar 1.10 Bagan Percobaan Resonansi Sumber: Dok. Kemdikbud 7. Lakukan kegiatan langkah ke-4 dan ke- 5, dengan melakukan variasi jumlah air pada gelas, yaitu berisi air 1/2 gelas, ¾ gelas, dan penuh dengan air! 8. Gelas manakah yang menghasilkan suara paling keras? Urutkan manakah yang menghasilkan suara paling keras sampai paling rendah? Apa yang perlu Anda diskusikan? Mengapa hal tersebut dapat terjadi? Jelaskan! Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Ikut bergetarnya udara yang ada di dalam kentongan setelah dipukul mengakibatkan bunyi kentongan terdengar semakin keras. Hal inilah yang disebut resonansi. Resonansi dapat terjadi pada kolom udara. Bunyi akan terdengar kuat ketika panjang kolom udara mencapai kelipatan ganjil dari ¼ panjang gelombang (λ) bunyi. Resonansi kolom udara ternyata telah dimanfaatkan oleh manusia dalam berbagai alat musik, antara lain pada gamelan, alat musik pukul, alat musik tiup, dan alat musik petik atau gesek. 28

30 Apakah resonansi hanya terjadi pada kolom udara yang ada di berbagai alat musik? Apakah pada telinga manusia juga memanfaatkan prinsip resonansi? Ketika kita berbicara, kita dapat mengatur suara menjadi lebih tinggi atau rendah. Organ yang berperan dalam pengaturan terjadinya suara adalah pita suara dan kotak suara yang berupa pipa pendek. Pada saat kita berbicara pita suara akan bergetar. Getaran itu diperkuat oleh udara dalam kotak suara yang beresonansi dengan pita suara pada frekuensi yang sama. Akibatnya, amplitudo lebih besar sehingga kita dapat mendengar suara yang nyaring. Telinga manusia memiliki selaput tipis. Selaput itu mudah sekali bergetar apabila di luar terdapat sumber getar meskipun frekuensinya tidak sama dengan selaput gendang telinga. Selaput tipis sangat mudah beresonansi, sehingga sumber getar yang frekuensinya lebih kecil atau lebih besar dengan mudah menyebabkan selaput tipis ikut bergetar. Prinsip kerja resonansi digunakan manusia karena memiliki beberapa keuntungan, misal dapat memperkuat bunyi asli untuk berbagai alat musik. Selain itu, ada juga dampak yang merugikan dari efek resonansi, yaitu bunyi ledakan bom dapat memecahkan kaca walaupun kaca tidak terkena bom secara langsung, bunyi gemuruh yang dihasilkan oleh guntur beresonansi dengan kaca jendela rumah sehingga bergetar dan dapat mengakibatkan kaca jendela pecah, serta bunyi kendaraan yang lewat di depan rumah dapat menggetarkan kaca jendela rumah. Pemantulan Bunyi Mengapa ketika berada di ruang tertutup suara terdengar lebih keras daripada di ruang terbuka? Mengapa jika kita berteriak pada tebing seperti ada yang meniru suara kita? Apakah suara ini dipantulkan? Agar memahami hal ini lakukan kegiatan berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.9 Pemantulan Bunyi Apa yang Anda perlukan? 1. Jam beker 2. 2 batang pipa paralon kecil atau kertas karton yang digulung menyerupai pipa 3. Papan memantul Apa yang harus Anda lakukan? 1. Susunlah alat dan bahan seperti pada Gambar 1.11! 2. Hadapkan/tempelkan jam beker pada salah satu pipa! 29

31 Gambar 1.11 Perangkat percobaan pemantulan bunyi 3. Aturlah pipa yang lain sedemikian rupa sehingga Anda dapat mendengar suara yang paling jelas! 4. Gambarkan lintasan bunyi datang dan bunyi pantul, kemudian ukurlah sudut datang bunyi dan sudut pantulnya! 5. Ulangi langkah ke-3 dan ke-4 dengan sudut datang yang berbeda-beda! Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan yang telah Anda lakukan, dapat diperoleh hukum pemantulan bunyi sebagai berikut. 1. Arah bunyi datang, bunyi pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar. 2. Besarnya sudut datang (i) sama dengan besarnya sudut pantul (r). Bunyi Pantul yang Memperkuat Bunyi Asli Apabila kita berbicara di dalam ruangan kecil, suara yang terdengar akan lebih keras dibandingkan dengan berbicara di ruang terbuka, misalnya di lapangan. Hal ini disebabkan jarak sumber bunyi dan dinding pemantul berdekatan sehingga selang waktu antara bunyi asli dan bunyi pantul sangat kecil. Antara bunyi asli dan bunyi pantul akan terdengar hampir bersamaan, sehingga bunyi asli terdengar lebih keras. Mari Kita Diskusikan Pernahkah Anda masuk ke dalam studio musik atau bioskop di sekitar tempat tinggal Anda? Di dalam studio musik atau bioskop Anda akan menemukan adanya karpet busa/styrofoam atau kayu yang ditempel pada dinding-dinding studio. Apa tujuan penempelan itu? 30

32 Gaung atau Kerdam Jika Anda mengucapkan suatu kata dalam ruang gedung yang luas, Anda akan mendengar kata tersebut kurang jelas. Mengapa hal itu terjadi? Bunyi seperti ini disebut gaung atau kerdam, misalnya ketika Anda mengucapkan fisika. Bunyi asli : Fi si ka Bunyi pantul :...Fi... si... ka Bunyi yang terdengar jelas : Fi...ka Jadi, gaung atau kerdam adalah bunyi pantul yang sebagian terdengar bersama-sama dengan bunyi asli sehingga bunyi asli terdengar tidak jelas. Bagaimana cara menghindari terjadinya gaung? Agar dapat menghindari terjadinya gaung, pada dinding ruangan yang besar harus dilengkapi peredam suara. Peredam suara terbuat dari bahan karet busa, karton tebal, karpet, dan bahan-bahan lain yang bersifat lunak. Biasanya bahan-bahan tersebut sering kita jumpai di gedung bioskop, studio TV atau radio, aula, dan studio rekaman. Gema Apabila Anda berteriak di lereng gunung atau lapangan terbuka, maka Anda akan mendengar bunyi pantul yang persis sama seperti bunyi asli dan akan terdengar setelah bunyi asli. Bunyi asli : Fi- si- ka Bunyi pantul : Fi- si- ka Bunyi yang terdengar : Fi- si- ka Fi- si- ka Hal ini terjadi karena bunyi yang datang ke dinding tebing dan bunyi yang dipantulkannya memerlukan waktu untuk merambat. Jadi, gema adalah bunyi pantul yang terdengar sesudah bunyi asli. 31

33 Mekanisme Mendengar pada Manusia dan Hewan Mekanisme Pendengaran Manusia Tahukah Anda bagaimana proses mendengar? Sebelum mempelajari proses pendengaran pada manusia, ayo lakukan aktivitas berikut! Mari Kita Lakukan Aktivitas 1.10 Struktur, Fungsi, dan Proses Pendengaran STRUKTUR DAN FUNGSI INDRA PENDENGARAN Agar mengetahui proses mendengar, kita perlu memahami terlebih dahulu struktur telinga sebagai alat pendengaran. Apa yang Anda perlukan? 1. Kertas karton/manila 2. Gunting 3. Lem kertas 4. Pensil warna/krayon Apa yang harus Anda lakukan? 1. Buatlah sebuah model telinga sederhana, dengan membuat pola seperti Gambar 1.12, dengan ukuran yang lebih besar agar lebih mudah dicoba. Gambar 1.12 Sketsa Model Telinga Manusia Sumber: Dok. Kemdikbud 2. Setelah dipotong, susunlah struktur tersebut dan lekatkan memanjang sehingga terlihat struktur dari telinga bagian luar, tengah, dan dalam! 32

34 3. Setelah Anda gunakan simpanlah untuk pembelajaran pada pertemuan selanjutnya! 4. Baca dan pahami alat-alat dalam sistem pendengaran dari berbagai sumber yang dapat diperoleh! Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Dimanakah tulang maleus ditemukan? 2. Dimanakah dapat kita temukan silia? 3. Struktur apakah yang berfungsi untuk menjaga keseimbangan tekanan pada telinga dalam dan mulutmu? 4. Struktur apakah yang berfungsi untuk mengirimkan sinyal suara ke otak? Apa yang perlu Anda diskusikan lebih lanjut? Mengapa pada saat kita sedang flu atau pilek, bepergian dengan pesawat dapat mengganggu pendengaran? PROSES PENDENGARAN Apa yang Anda perlukan? 1. Plastik pembungkus 2. Mangkuk plastik 3. Beras 4. Kawat/tali 5. Pemotong kawat/ gunting Apa yang harus Anda lakukan? 1. Regangkan plastik pembungkus dan tutupkan di atas mangkuk. Ikat dengan kawat atau tali agar tak lepas! 2. Letakkan tepung atau beras di atas plastik pembungkus! 3. Mintalah temanmu untuk memukul panci/drum di dekat perangkat yang telah Anda buat! 4. Amatilah apa yang terjadi pada plastik! 33

35 Gambar 1.13 Bagan Percobaan Getaran pada Gendang Sumber: Ezrallson, 2005 Prinsip kerja dari percobaan di atas setara dengan prinsip kerja pada gendang telinga Anda. Telinga dibagi menjadi tiga bagian, yaitu telinga luar, telinga tengah, dan telinga dalam. Perhatikan Gambar 14! Gambar 1.14 Anatomi Telinga Manusia Sumber: Campbell et al Bunyi yang terdengar oleh telinga kita memerlukan medium. Jadi, mungkinkah kita dapat mendengar di ruang hampa udara? Tentu saja tidak. Bunyi memerlukan medium untuk merambat. Apakah di telinga terdapat medium untuk merambatkan bunyi? Telinga luar dan telinga tengah terisi oleh udara dan rongga telinga dalam terisi oleh cairan limfa. Bagian-bagian penyusun telinga dan fungsinya dapat dilihat pada Tabel

36 Tabel 1.4 Struktur dan Fungsi Bagian pada Telinga Bagian Penyusun Telinga Fungsi Bagian Luar a. Daun telinga Mengumpulkan gelombang suara ke saluran telinga b. Saluran telinga (menghasilkan minyak serumen) Bagian Tengah a. Gendang telinga/membran timpani b. Tulang telinga (maleus/ martil, inkus/landasan, stapes/sanggurdi) Menangkap debu yang masuk ke saluran telinga Mencegah hewan berukuran kecil masuk ke dalam telinga Menangkap gelombang suara dan mengubahnya menjadi getaran yang diteruskan ke tulang telinga Meneruskan getaran dari gendang telinga ke rumah siput Bagian Dalam c. Saluran eustacius Menghubungkan ruang telinga tengah dengan rongga mulut (faring) berfungsi untuk menjaga tekanan udara antara telinga tengah dengan saluran di telinga luar agar seimbang. Tekanan udara yang terlalu tinggi atau rendah disalurkan ke telinga luar dan akan mengakibatkan gendang telinga tertekan kuat sehingga dapat sobek. a. Rumah siput (koklea) Koklea merupakan saluran berbentuk spiral yang menyerupai rumah siput. Di dalam koklea terdapat adanya organ korti yang merupakan fonoreseptor. Organ korti berisi ribuan sel rambut yang peka terhadap tekanan getaran. Getaran akan diubah menjadi impuls saraf di dalam sel rambut tersebut dan kemudian diteruskan oleh saraf ke otak. b. Saluran gelang (labirin) Terdiri atas saluran setengah lingkaran (semisirkularis) yang berfungsi untuk mengetahui posisi tubuh (alat keseimbangan). Proses mendengar pada manusia melalui beberapa tahap. Perhatikan pada Gambar 1.15! Tahap tersebut diawali dari lubang telinga yang menerima gelombang dari sumber suara. Gelombang suara yang masuk ke dalam lubang telinga akan menggetarkan gendang telinga (yang disebut membran timpani). Getaran membran timpani ditransmisikan melintasi telinga tengah melalui tiga tulang kecil, yang terdiri atas tulang martil, landasan, dan sanggurdi. Telinga tengah dihubungkan ke faring oleh tabung eustacius. Getaran dari tulang sanggurdi ditransmisikan ke telinga dalam melalui membran jendela oval ke koklea. Koklea merupakan suatu tabung yang bergulung seperti rumah siput. Koklea berisi cairan limfa. 35

37 Getaran dari jendela oval ditransmisikan ke dalam cairan limfa dalam ruangan koklea. Di bagian dalam ruangan koklea terdapat organ korti. Organ korti berisi cairan sel-sel rambut yang sangat peka. Inilah reseptor getaran yang sebenarnya. Sel-sel rambut ini akan bergerak ketika ada getaran di dalam koklea, sehingga menstimulasi getaran yang diteruskan oleh saraf auditori ke otak. Gambar 1.15 Proses Mendengar pada Manusia Sumber: oerpub.github.io Pendengaran pada Hewan Pernahkah Anda melihat anjing menggerakkan telinganya? Anjing sering menggerakkan telinga ketika melakukan pelacakan atau berburu. Beberapa mamalia akan menggunakan daun telinga untuk memfokuskan suara yang diterimanya. Sistem ini disebut sistem sonar yaitu sistem yang digunakan untuk mendeteksi tempat dalam melakukan pergerakan dengan deteksi suara frekuensi tinggi (ultrasonik). Sonar atau Sound Navigation and Ranging merupakan suatu metode penggunaan gelombang ultrasonik untuk menaksir ukuran, bentuk, letak, dan kedalaman benda-benda, seperti pada Gambar

38 Kelelawar Gambar 1.16 Sistem Sonar pada Kelelawar Sumber : Tahukah Anda kelelawar? Kelelawar dapat mengeluarkan dan menerima gelombang ultrasonik dengan frekuensi di atas Hz pada saat ia terbang. Gelombang yang dikeluarkan akan dipantulkan kembali oleh objek yang akan dilewatinya dan diterima oleh receiver (alat penerima) yang berada di tubuh kelelawar. Kemampuan kelelawar untuk menentukan lokasi ini disebut dengan ekolokasi. Pada saat terbang dan berburu, kelelawar akan mengeluarkan bunyi yang frekuensinya tinggi, kemudian mendengarkan gema yang dihasilkan. Pada saat kelelawar mendengarkan gema, kelelawar hanya akan terfokus pada suara yang dipancarkannya sendiri. Rentang frekuensi yang mampu didengar oleh makhluk ini terbatas, sehingga kelelawar harus mampu menghindari efek Doppler yang muncul. Gambar 1.17 Ekolokasi Kelelawar Sumber : McGraw-Hill, 2007 Menurut efek Doppler, jika sumber bunyi dan penerima suara keduanya tak bergerak, maka penerima akan mendengar frekuensi bunyi yang sama dengan yang dipancarkan oleh sumber suara. Akan tetapi, jika salah satu dari sumber bunyi atau penerima suara tersebut bergerak, frekuensi yang diterima akan berbeda dengan yang dipancarkan. Pada keadaan tersebut frekuensi suara yang dipantulkan dapat jatuh ke wilayah frekuensi yang tidak dapat didengar oleh kelelawar. Agar dapat menghindari efek Doppler, kelelawar akan menyesuaikan besar frekuensi suara yang dipancarkannya. Misalnya, kelelawar akan mengirimkan suara berfrekuensi tinggi 37

39 untuk mendeteksi lalat yang bergerak menjauh, sehingga pantulannya tidak hilang. Lumba-lumba Pernahkah Anda melihat lumba-lumba? Di mana Anda pernah melihat lumba-lumba? Habitat asal lumba-lumba adalah di lautan. Lumba-lumba dapat dilihat di permukaan air, namun sebagian besar waktu mereka di kedalaman lautan yang cukup gelap. Sekalipun hidup di kedalaman lautan, lumba-lumba mempunyai sistem yang memungkinkan untuk berkomunikasi dan menerima rangsangan, yaitu sistem sonar. Sama seperti pada kelelawar, sistem ini berguna untuk mengindra benda-benda di lautan, mencari makan, dan berkomunikasi. Gambar 1.18 Lumba-Lumba Sumber : Bagaimana cara kerja sistem sonar pada lumba-lumba? Lumba- lumba bernapas melalui lubang yang ada di atas kepalanya. Di bawah lubang ini, terdapat kantung-kantung kecil berisi udara. Agar dapat menghasilkan suara berfrekuensi tinggi, lumba-lumba mengalirkan udara pada kantung-kantung ini. Selain itu, kantung udara ini juga berperan sebagai alat pemfokusan bunyi. Kemudian, bunyi ini dipancarkan ke segala arah secara terputus-putus. Gelombang bunyi lumba-lumba akan dipantulkan kembali bila membentur suatu benda. Pantulan gelombang bunyi tersebut ditangkap di bagian rahang bawahnya yang disebut jendela akustik. Dari bagian tersebut, informasi bunyi diteruskan ke telinga bagian tengah, dan akhirnya ke otak untuk diterjemahkan. Dengan cara tersebut, lumba- lumba mengetahui lokasi, ukuran, dan pergerakan mangsanya. Lumba- lumba juga mampu saling berkirim pesan walaupun terpisahkan oleh jarak lebih dari 220 km. Lumba-lumba berkomunikasi untuk menemukan pasangan dan saling mengingatkan akan bahaya. 38

40 Gambar 1.19 Sistem Sonar pada Lumba-Lumba Sumber : 39

41 Rangkuman Selamat, Anda telah menyelesaikan modul tentang Getaran, Gelombang, dan Bunyi. Hal-hal penting yang telah Anda pelajari dalam modul Getaran, Gelombang, dan Bunyi ini adalah sebagai berikut. Mendengar adalah kemampuan untuk mendeteksi vibrasi mekanis yang disebut suara. Organ pendengaran pada manusia adalah telinga yang berfungsi menangkap gelombang suara dan memberikan rangsang pada sel saraf untuk diterjemahkan di otak. Telinga manusia dibagi menjadi 3 area, yaitu telinga luar, telinga tengah, dan telinga dalam. Getaran merupakan gerak bolak-balik melalui titik kesetimbangannya yang energinya akan merambat dalam bentuk gelombang. Gelombang-gelombang yang berbeda dapat memiliki periode, frekuensi, dan panjang gelombang yang berbeda. Berdasarkan arah rambatnya, gelombang dibedakan menjadi gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatnya tegak lurus dengan arah getarnya. Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah rambatnya sejajar dengan arah getarnya. Telinga manusia mampu mendengar bunyi dengan frekuensi Hz yang disebut bunyi audiosonik. Beberapa hewan dapat mendengar bunyi dengan frekuensi di bawah 20 Hz yang disebut bunyi infrasonik, dan bunyi dengan frekuensi di atas Hz yang disebut bunyi ultrasonik. Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena benda lain yang memiliki frekuensi sama bergetar di sekitarnya. Sonar merupakan suatu sistem penggunaan gelombang ultrasonik untuk menaksirkan ukuran, bentuk, atau kedalaman yang biasa dipakai di kapal atau hewan tertentu seperti lumba- lumba dan kelelawar. 40

42 Tugas Untuk memahami lebih jauh tentang Getaran, Gelombang, dan Bunyi, kerjakanlah tugas berikut. 1. Perhatikan gambar berikut! a. Berapa jumlah gelombang pada gambar di atas? b. Tentukan amplitudo gelombang c. Tentukan periode gelombang d. Tentukan panjang gelombang e. Tentukan cepat rambat gelombang f. Tentukan jumlah gelombang selama dua menit 2. Saat cuaca mendung seorang anak mendengar bunyi guntur 1,5 detik setelah terlihat kilat. Jika cepat rambat bunyi di udara adalah 320 m/s, tentukan jarak sumber petir dari anak tersebut! 3. Sekarang ini banyak teknologi baru yang memanfaatkan sistem gelombang elektromagnetik, seperti telepon genggam, sensor jarak pada mobil, sinyal televisi dan radio, internet, dan lain sebagainya. Lakukanlah studi lapangan mengenai prinsip kerja teknologi tersebut berdasarkan data yang diperoleh berikut spesifikasinya. Lakukanlah analisis SWOT terhadap penggunaan teknologi tersebut. 4. Pernahkah Anda berdiri di trotoar jalan kemudian mendengar suara sirene mobil ambulans? Saat mobil berada di kejauhan bunyi sirene mobil terdengar pelan. Ketika mobil bergerak mendekati Anda, suara sirine akan terdengar berubah. Fenomena apa saja kah yang terjadi pada kondisi tersebut? Bagaimana fenomena tersebut terjadi? Apakah yang akan terjadi jika ambulan tersebut bergerak cepat mendatangi dan menjauhi kita? 5. Apabila kita menjatuhkan benda keras (misalnya batu atau besi) ke lantai, akan terdengar bunyi. a. Menurut pendapat Anda, apakah bunyi dapat dipantulkan? 41

43 b. Bedakan antara pemantulan bunyi di dalam ruangan kosong dengan pemantulan suara ketika berteriak pada dinding tebing! c. Apakah proses pemantulan bunyi dapat dimanfaatkan untuk kehidupan sehari-hari? Berikan contohnya! d. Bagaimana cara kerja sonar? Rubrik penilaian Supaya tugas yang Anda kerjakan menjadi terarah dan Anda dapat menyelesaikan tugas tersebut dengan baik, maka gunakanlah rubrik penilaian berikut untuk mengukur keberhasilan Anda dalam memahami materi. Tugas No. Aspek penilaian Bobot 1. Menganalisis gelombang transversal 15% 2 Mengaplikasikan konsep bunyi pada petir 5% 3 Mengevaluasi aplikasi gelombang pada perangkat teknologi 40% 4 Menganalisis fenomena bunyi pada sirene ambulans 20% 5 Menganalisis sistem sonar 20% Total 100% Tes Formatif A. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat! 1. Perhatikan gambar irisan telinga berikut ini! Gendang telinga, saluran eustacius, dan saluran setengah lingkaran ditunjukkan secara berturut-turut dengan huruf... T P R S Sumber: Campbell et al A. P, S, dan R B. P, R, dan T 42

44 C. R, S, dan T D. P, S, dan T 2. Pada saat mendengar suara yang sangat keras, sebaiknya kita membuka mulut. Tujuan dari tindakan tersebut adalah... A. dapat bernapas lega B. tekanan udara telinga tengah sama dengan telinga luar C. suara dapat masuk ke rongga mulut D. gelombang suara keras terpecah masuk ke dalam tubuh 3. Berikut ini adalah struktur yang terdapat dalam telinga manusia: (1) daun telinga (2) saluran telinga (3) gendang telinga (4) tulang sanggurdi (5) tulang landasan (6) tulang martil (7) koklea (8) saraf pendengaran Setelah gelombang bunyi sampai di telinga, agar bunyi dapat didengar, getaran berturut-turut melalui struktur bernomor... A. (1)-(2)-(3)-(6)-(5)-(4)-(7)-(8) B. (1)-(2)-(3)-(4)-(5)-(6)-(7)-(8) C. (1)-(2)-(3)-(6)-(4)-(5)-(7)-(8) D. (1)-(2)-(3)-(5)-(4)-(6)-(7)-(8) 4. Sebuah bandul digetarkan selama 1 menit sehingga menghasilkan 40 getaran. Periode bandul tersebut adalah... sekon. A. 1,5 B. 0,33 C. 0,25 D. 0,15 5. Perbedaan yang mendasar antara gelombang transversal dan gelombang longitudinal adalah... A. frekuensinya B. amplitudonya C. arah rambatnya 43

45 D. panjang gelombang 6. Sebuah gelombang merambat dengan kecepatan 340 m/s. Jika frekuensi gelombang adalah 50 Hz, panjang gelombang dari gelombang tersebut adalah... m. A. 6,8 B. 6,7 C. 6,6 B. 6,5 7. Perbedaan antara gema dan gaung terletak pada... A. jarak sumber bunyi dengan pendengar B. jarak sumber bunyi dengan dinding pemantul C. amplitudo dan frekuensinya D. kelengkapan kata yang terdengar 8. Dari permukaan air laut, sinyal bunyi dikirim ke dasar laut. Sinyal tersebut diterima kembali setelah 12 sekon. Jika cepat rambat bunyi dalam air adalah m/s, maka kedalaman laut di tempat itu adalah... m. a b c d Telinga manusia normal mampu mendengar bunyi yang memiliki frekuensi... Hz. B. kurang dari 20 C. lebih dari C. D. antara E. lebih dari Sebuah kolom udara memiliki panjang 40 cm. Jika garpu tala mempunyai frekuensi 320 Hz, maka besarnya cepat rambat gelombang bunyi di udara pada saat terjadi resonansi pertama adalah... m/s. A. 511 B. 512 C. 513 D

46 Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif 1 yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1. Tingkat penguasaan = Jumlah jawaban yang benar Jumlah soal x 100% Arti tingkat penguasaan: % = baik sekali 80-89% = baik 70-79% = cukup < 70% = kurang Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar selanjutnya. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 1, terutama bagian yang belum dikuasai. 45

47 Daftar Pustaka Ezrallson, C. dkk. (2005). Waves, Sound, and Light. New York : McGraw- Hill Companies Campbell, N.A., Reece. J.B., Urry, L.A., Cain, M.L., Wasserman, S.A., Minorsky, P.V., & Jackson, R.B. (2008). Biology 8th edition. USA: Pearson Education, Inc. Marieb, E.N. & Hoehn, K., (2012). Human Anatomy and Physiology. San Francisco: Pearson. Zubaidah, S., Mahanal, S., Yuliati, L., Dasna, I.W., Pangestuti, A.A., Puspitasari, D.R., Mahfudhillah, H.T., Robitah, A. Kurniawati, Z.L., dan Prasmala, E.R. (2017). Ilmu Pengetahuan Alam. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Sumber Daring

48 Kegiatan Belajar 2: Optik Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan 1. Memahami sifat-sifat pembentukan bayangan dan proses penglihatan pada mahluk hidup. Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan 1. Menganalisis sifat cahaya dan proses pembentukan bayangan pada cermin dan lensa, sehingga Anda dapat memahami prinsip kerja alat-alat optik. 2. Menganalisis bagian-bagian mata, mekanisme kerja, dan gangguan pada mata. Pokok-Pokok Materi Sifat-sifat cahaya Pembentukan bayangan pada cermin dan lensa Indra penglihatan manusia dan gangguannya Indra penglihatan hewan Uraian Materi Optik Maha Kuasa Tuhan yang telah menciptakan cahaya. Mungkin di antara Anda masih ada yang bertanya-tanya tentang cahaya, karena tidak mengetahui wujud dan tidak dapat memegang cahaya bukan? Cahaya tidak mempunyai wujud, namun cahaya ada di sekitar Anda dan dapat dirasakan keberadaannya. Cara paling mudah untuk merasakan cahaya adalah dengan menyalakan dan memadamkan lampu pada malam hari. Coba rasakan bagaimana pengaruh keberadaan cahaya terhadap proses penglihatan! Perhatikan Gambar 2.1! Dengan adanya cahaya Anda dapat melihat indahnya ciptaan Tuhan, mulai dari wajah teman-temanmu, berbagai jenis bunga dan hewan, pemandangan alam, atau lukisan yang dibuat oleh seorang seniman. 47

49 (a) Gambar 2.1 (a) Berbagai Bunga, (b) Pemandangan Alam Gunung Bromo Sumber: (a) (b) Bayangkan jika tidak ada cahaya, kita hanya akan mengalami kegelapan selama kita hidup dan tidak dapat melihat indahnya ciptaan Tuhan. Kita wajib bersyukur kepada Tuhan atas karunia cahaya yang diberikan kepada kita. Mengapa cahaya dapat membantu kita melihat? Bagaimana proses melihat dengan adanya cahaya tersebut? Agar mengetahuinya, ayo kita pelajari materi ini dengan penuh semangat! (b) Sifat Cahaya dan Proses Pembentukan Bayangan Anda perlu mengetahui dan memahami sifat-sifat cahaya agar dapat mengenali cahaya. Cahaya memiliki beberapa sifat, yaitu merambat lurus, dapat dipantulkan, dapat dibiaskan, dan merupakan gelombang elektromagnetik. Cahaya Merambat Lurus Pernahkah Anda menyalakan lilin atau lampu di tempat gelap? Jika lilin atau lampu dinyalakan akan dihasilkan cahaya yang dapat menerangi tempat yang gelap. Tahukah Anda bagaimanakah arah rambatan cahaya tersebut? Agar mengetahuinya lakukan kegiatan berikut! Mari Kita Lakukan Aktivitas 2.1 Memahami Perambatan Cahaya Apa yang Anda perlukan? 1. Lampu atau lilin 2. Kertas 3. Gunting Apa yang harus Anda lakukan? 1. Lakukan percobaan ini di tempat gelap atau remang-remang. 2. Lubangi kertas pada bagian tengahnya! 48

50 3. Susunlah set percobaan seperti pada Gambar 2.2. Mintalah bantuan teman Anda untuk memegang kertas! 4. Nyalakan lampu/lilin. Amati nyala lilin tersebut dengan posisi lubang pada kedua kertas dalam satu garis lurus dengan mata seperti pada Gambar 2.2! 5. Apa yang terjadi jika kedua lubang pada kertas tersebut dan mata tidak berada dalam satu garis lurus? Gambar 2.2 Set Percobaan Perambatan Cahaya Sumber: Dok. Kemdikbud Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Cahaya dapat Dipantulkan Apakah Anda dapat membedakan benda-benda berdasarkan warnanya? Apa yang menyebabkan demikian? Cahaya memiliki sifat dapat dipantulkan jika menumbuk suatu permukaan bidang. Pemantulan yang terjadi dapat berupa pemantulan baur dan pemantulan teratur. Pemantulan baur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang yang tidak rata, seperti aspal, tembok, dan batang kayu. Pemantulan teratur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang yang rata, seperti cermin datar. Pada pemantulan baur dan pemantulan teratur, sudut pantulan cahaya besarnya selalu sama dengan sudut datang cahaya (perhatikan Gambar 2.3). Gambar 2.3 Pemantulan Baur dan Pemantulan Teratur Sumber: Dok. Kemdikbud 49

51 Hal tersebut adalah sesuai dengan hukum pemantulan cahaya yang dikemukakan oleh Snellius. Snellius menambahkan konsep garis normal yang merupakan garis khayal yang tegak lurus dengan bidang pantul. Garis normal berguna untuk mempermudah Anda menggambarkan pembentukan bayangan oleh cahaya. Snellius mengemukakan bahwa: 1. Sinar datang garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. 2. Besar sudut datang sama dengan besar sudut pantul ( o i = o r). Gambar 2.4 Proses Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar Sumber: Dok. Kemdikbud Kemampuan Anda untuk membedakan warna, tidak terlepas dari sifat cahaya. Cahaya yang mengenai benda sebagian akan dipantulkan ke mata dan sebagian lagi akan diserap benda sebagai energi. Misalnya cahaya yang mengenai benda terlihat berwarna merah. Hal ini berarti spektrum cahaya merah akan dipantulkan oleh benda, sedangkan spektrum warna lainnya akan diserap oleh benda tersebut. Mari Kita Selesaikan 1. Pada gambar di bawah ini, manakah yang menunjukkan sudut datang dan sudut pantul? Gambar 2.5 Posisi Sudut Datang dan Sudut Pantul Sumber: Dok. Kemdikbud 2. Jika sudut datang sebesar 30, berapakah besar sudut pantul yang terbentuk? 50

52 Cahaya dapat Dibiaskan Bagaimana cahaya dapat dibiaskan? Untuk mengetahuinya ayo lakukan aktivitas berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 2.2 Mengapa Sendok Terlihat Bengkok? Apa yang Anda perlukan? 1. Sendok 2. Air 3. Gelas kimia, jika tidak ada gunakan gelas bening Apa yang harus Anda lakukan? 2. Isi gelas dengan air hingga terisi ¾ gelas! 3. Masukkan sendok ke dalam air dengan posisi seperti pada Gambar 2.6! Gambar 2.6 Set Percobaan Pembiasan Sumber: Dok. Kemdikbud 4. Amati bentuk sendok yang berada di atas air dan di dalam air! Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Apa yang terjadi pada sendok? Mengapa peristiwa tersebut dapat terjadi? Jelaskan! 2. Mengapa cahaya dibiaskan saat melalui medium yang berbeda kerapatannya? 3. Gambarkan diagram yang dapat menjelaskan proses terjadinya pembiasan pada sendok! 4. Apa yang dapat Anda simpulkan? 5. Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Cahaya akan dibiaskan ketika melalui dua medium yang memiliki kerapatan optik yang berbeda. Kecepatan cahaya akan menurun saat dari udara memasuki air atau medium yang 51

53 lebih rapat. Semakin besar perubahan kecepatan cahaya saat melalui dua medium yang berbeda, akan semakin besar pula efek pembiasan yang terjadi. Namun, pembiasan tidak akan terjadi saat cahaya masuk dengan posisi tegak lurus bidang batas kedua medium. Gambar 2.7 (a) Pembiasan Berkas Cahaya, (b) Pembiasan pada Sendok di dalam Gelas Berisi Air Sumber: Dok. Kemdikbud Mari Kita Cari Tahu Anda pasti pernah melihat bayang-bayang benda. Apa sebenarnya bayang-bayang itu? Bayang-bayang terjadi sebagai akibat cahaya merambat pada garis lurus. Bayangbayang merupakan suatu daerah gelap yang terbentuk pada saat sebuah benda menghalangi cahaya yang mengenai suatu permukaan. Jika sumber cahaya cukup besar, bayang-bayang sering terdiri atas dua bagian. Apabila cahaya tersebut terhalang seluruhnya, terbentuklah umbra, yaitu bagian pertama bayang-bayang yang sangat gelap. Daerah di luar umbra menerima sebagian cahaya, terbentuklah penumbra, yaitu bagian kedua bayang-bayang yang terletak di luar umbra dan tampak berwarna abu-abu kabur. Cahaya merupakan Gelombang Elektromagnetik Bayangkan saat ini Anda sedang berdiri di tepi pantai. Pada saat itu Anda melihat ombak yang sangat besar sedang melaju menuju ke arah Anda. Deburan ombak tersebut hanya memindahkan sejumlah energi dengan memindahkan mediumnya (air laut) karena angin. Hal ini dibuktikan dengan terdengarnya suara ombak (energi gerak menjadi bunyi). Berbeda dengan gelombang laut, cahaya dapat mentransfer energi dari satu tempat ke tempat lainnya tanpa menggunakan medium. Gelombang cahaya terbentuk karena adanya perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik, sehingga merupakan gelombang elektromagnet. 52

54 Salah satu fenomena yang dapat membuktikan bahwa cahaya itu mampu mentransfer energi adalah saat lilin yang dinyalakan di sebuah ruang yang gelap dan kemudian lilin tersebut dapat menerangi ruangan. Contoh lainnya adalah matahari yang memancarkan gelombang cahayanya melalui ruang angkasa (tanpa medium). Gelombang cahaya matahari memancar ke segala arah sampai ke bumi meskipun melalui ruang hampa udara. Hal ini berarti gelombang cahaya dapat merambat pada ruang kosong (hampa udara) tanpa adanya materi. Berdasarkan frekuensinya, gelombang elektromagnetik ada bermacam-macam. Berikut klasifikasi gelombang elektromagnetik yang dikenal dengan spektrum elektromagnetik. Gambar 2.8 Spektrum Elektromagnetik Sumber: Dok. Kemdikbud Sinar yang dapat dilihat oleh mata manusia adalah bagian yang sangat kecil dari spektrum elektromagnetik. Agar mudah memahaminya, perhatikan Gambar 2.8 yang menunjukkan spektrum cahaya tampak. Cahaya tampak adalah cahaya yang memiliki panjang gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak berkisar antara 400 nm sampai 700 nm, yang besarnya seratus kali lebih kecil daripada lebar rambut manusia. Warna cahaya yang dapat Anda lihat tergantung pada panjang gelombang dari gelombang cahaya yang masuk ke mata. Misalnya seperti cahaya hijau yang memiliki panjang gelombang sekitar 500 nm akan dapat terlihat apabila benda-benda yang berwarna hijau menyerap semua spektrum cahaya 53

55 yang memiliki panjang gelombang kurang dari 500 nm dan lebih dari 500 nm, serta hanya memantulkan spektrum cahaya yang memiliki panjang gelombang 500 nm saja. Berdasarkan penjelasan tersebut dapat disimpulkan bahwa sebuah benda hanya akan memantulkan spektrum cahaya yang warnanya sama dengan warna permukaan benda tersebut, sehingga kita dapat mengindra dengan tepat warna-warna benda tersebut. Mari Kita Selesaikan Setelah Anda mengamati Gambar 2.8 tentang spektrum elektromagnetik, berapakah panjang gelombang cahaya merah dan biru? Pembentukan Bayangan pada Cermin Salah satu kegiatan yang mungkin Anda lakukan sebelum berangkat bekerja adalah berdiri di depan cermin, untuk melihat apakah Anda sudah rapi atau belum. Bahkan sering kali dalam perjalanan, Anda ditemani cermin. Tahukah Anda bahwa cermin yang Anda pakai untuk berkaca setiap hari adalah sebuah cermin datar? Jika seberkas cahaya mengenai cermin datar maka cahaya tersebut dipantulkan secara teratur. Peristiwa pemantulan cahaya pada cermin datar menyebabkan pembentukan bayangan benda oleh cermin. Mari Kita Lakukan Aktivitas 2.3 Pembentukan Bayangan oleh Cermin Datar Apa yang Anda perlukan? 1. Cermin datar minimal berukuran 30 cm 30 cm. 2. Pensil, pulpen, buku, botol kecil, atau benda lainnya yang ada di sekitar Anda. Apa yang harus Anda lakukan? 1. Letakkan benda, misal botol kecil 15 cm di depan cermin datar! 2. Amati bayangan yang terjadi pada cermin! 54

56 Gambar 2.9 Bayangan yang Terbentuk pada Cermin Datar Sumber: Dok. Kemdikbud Lakukan percobaan ini dengan cermat dan teliti agar Anda dapat memahami pembentukan bayangan pada cermin datar. Selain itu, jangan lupa bekerja sama dan berbagi tugaslah dengan teman satu kelompok Anda. Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Dimanakah letak bayangan yang dapat Anda amati pada cermin? 2. Bagaimanakah ukuran bayangan jika dibandingkan dengan ukuran benda? 3. Bandingkan jarak benda terhadap cermin dan jarak bayangan terhadap cermin! Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar Pada saat menentukan bayangan pada cermin datar melalui diagram sinar, titik bayangan adalah titik potong berkas sinar-sinar pantul. Bayangan bersifat nyata apabila titik potongnya diperoleh dari perpotongan sinar-sinar pantul yang konvergen (mengumpul). Sebaliknya, bayangan bersifat maya apabila titik potongnya merupakan hasil perpanjangan sinar-sinar pantul yang divergen (menyebar). 55

57 Gambar 2.10 Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar Sumber: Dok. Kemdikbud dengan: s = Jarak benda terhadap cermin s' = Jarak bayangan terhadap cermin Bayangan pada cermin datar bersifat maya. Titik bayangan dihasilkan dari perpotongan sinarsinar pantul yang digambarkan oleh garis putus-putus. Untuk melukis pembentukan bayangan pada cermin datar dengan diagram sinar, ikutilah langkah-langkah berikut ini. 1. Lukis sebuah sinar dari benda menuju cermin dan dipantulkan ke mata, sesuai hukum pemantulan cahaya, yaitu sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul. 2. Lukis sinar kedua sebagaimana langkah pertama. 3. Lukis perpanjangan sinar-sinar pantul tersebut di belakang cermin sehingga berpotongan. Perpotongan sinar-sinar pantul tersebut merupakan bayangan benda. 4. Jika diukur dari cermin, jarak benda terhadap cermin (s) harus sama dengan jarak bayangan terhadap cermin (s'). Mari Kita Cari Tahu Pernahkah Anda mendengar istilah cermin seribu bayangan? Wahana ini biasanya ada di tempat-tempat wisata. Melalui cermin tersebut Anda dapat melihat secara langsung jumlah bayangan yang begitu banyak ketika Anda berada di antara dua cermin datar saling berhadapan dengan sudut tertentu. 56

58 Nah, bagaimana hal ini dapat terjadi? Apabila dua buah cermin datar diletakkan saling berhadapan (bagian depan cermin menghadap ke ruang yang sama) dan mengapit besar sudut tertentu, maka kedua cermin ini akan membentuk bayangan yang banyaknya bergantung pada besar sudut antara kedua cermin. Agar Anda dapat memahami penjelasan di atas, perhatikan Gambar 2.11, kemudian lakukan percobaannya! Gambar 2.11 Pembentukan pada Dua Buah Cermin Datar Sumber: fisikaabc.com Pembentukan Bayangan pada Cermin Lengkung Pernahkah Anda mengamati kaca spion yang dipasang di kendaraan? Kaca yang dipasang pada spion adalah contoh dari cermin lengkung. Cermin lengkung adalah cermin yang permukaannya melengkung. Ada dua jenis cermin lengkung sederhana yaitu cermin silinder dan cermin bola. Pada subbab ini, Anda hanya akan mempelajari cermin bola (kelengkungannya merupakan bagian dari kelengkungan bola). Khususnya tentang cermin cekung dan cembung. Cermin cekung dan cembung irisan permukaannya berbentuk bola. Cermin yang irisan permukaan bola bagian mengilapnya terdapat di dalam disebut cermin cekung, sedangkan cermin yang irisan permukaan bola bagian mengkilapnya terdapat di luar disebut cermin cembung. Agar dapat memahami unsur-unsur pada cermin cekung dan cembung, perhatikan Gambar Gambar 2.12 Penampang Melintang Cermin Lengkung Sumber: Dok. Kemdikbud 57

59 Bagian M adalah titik pusat kelengkungan cermin, yaitu titik pusat bola. Titik tengah cermin adalah O. Sumbu utama yaitu, OM, garis yang menghubungkan titik M dan O. Sudut POM adalah sudut buka cermin jika titik P dan M adalah ujung-ujung cermin. Berdasarkan Gambar 2.11, maka kita dapat menentukan unsur-unsur cermin lengkung, yaitu sebagai berikut. 1. Pusat kelengkungan cermin Pusat kelengkungan cermin merupakan titik di pusat bola yang diiris menjadi cermin. Pusat kelengkungan cermin biasanya disimbolkan dengan M. 2. Vertex Vertex merupakan titik di permukaan cermin dimana sumbu utama bertemu dengan cermin dan disimbolkan dengan O. 3. Titik api (fokus) Titik api adalah titik bertemunya sinar-sinar pantul yang datangnya sejajar dengan sumbu utama (terletak antara vertex dan pusat) dan disimbolkan dengan F. 4. Jari-jari kelengkungan cermin Jari-jari kelengkungan cermin adalah jarak dari vertex (O) ke pusat kelengkungan cermin (M). Jari-jari kelengkungan cermin biasanya disimbolkan dengan R. 5. Jarak fokus Jarak fokus cermin adalah jarak dari vertex ke titik api dan disimbolkan dengan f. Cermin Cekung Sebelum Anda mempelajari cermin cekung, ayo lakukan aktivitas berikut terlebih dahulu! Mari Kita Lakukan Aktivitas 2.4 Pembentukan Bayangan oleh Cermin Cekung Apa yang akan Anda lakukan? Mempelajari hubungan antara titik fokus, jarak benda, dan jarak bayangan pada cermin cekung. Apa yang Anda perlukan? 1. Penjepit rel sebagai pemegang alat di atas rel presisi 5 buah 2. 1 buah lampu dengan tiang/ 1 batang lilin 3. 1 buah cermin cekung 4. Layar putih 5. Bangku optik 58

60 6. Penggaris Gambar 2.13 Set Percobaan Cermin Cekung Sumber: Dok. Kemdikbud Keterangan: Alat-alat untuk percobaan ini dapat diperoleh pada KIT Optika Apa yang harus Anda lakukan? 1. Letakkan lilin di bangku optik (rel) di antara cermin cekung dan layar putih. Perhatikan Gambar 2.13! 2. Geser-geserlah letak layar sepanjang mistar bangku optika (rel) hingga diperoleh bayangan yang jelas pada layar putih. 3. Ukur jarak layar dari cermin (sebagai s') dan jarak lilin dari cermin (sebagai s). 4. Catat hasil pengukuran dalam Tabel Ulangi langkah-langkah di atas dengan mengubah letak benda (s). Tabel 2.1 Data Jarak Benda dan Bayangan pada Percobaan Cermin Cekung s (cm) s' (cm) s s f = 1 s + 1 s Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Bagaimana hubungan antara titik fokus, jarak benda, dan jarak bayangan pada cermin cekung? 2. Berapakah jarak fokus cermin cekung yang digunakan dalam percobaan ini? 59

61 Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Hukum pemantulan yang menyatakan besar sudut datang sama dengan sudut pantul, berlaku pula untuk cermin cekung. Pada cermin cekung, garis normal adalah garis yang menghubungkan titik pusat lengkung cermin M dengan titik jatuhnya sinar. Garis normal pada cermin lengkung berubah-ubah, bergantung pada titik jatuh sinar. Misalnya, jika sinar datang dari K mengenai cermin cekung di B, maka garis normalnya adalah garis MB dan sudut datangnya adalah sudut KBM = α. Sesuai hukum pemantulan, maka sudut pantulnya, adalah sudut MBC = α dan sinar pantulnya adalah sinar BC. Gambar Pemantulan pada Cermin Cekung Sumber: Dok. Kemdikbud Sinar datang dari K mengenai cermin cekung di D, maka garis normalnya adalah garis MD dan sudut datangnya adalah sudut KDM = β. Sesuai hukum pemantulan, maka sudut pantulnya, adalah sudut MDC = β, sedangkan sinar pantulnya adalah sinar DC. Hal yang sama berlaku juga pada cermin cembung. Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cekung Agar dapat mengetahui pembentukan bayangan pada cermin cekung, Anda dapat menggunakan diagram sinar dan tiga sinar istimewa, seperti pada Tabel

62 Tabel 2.2 Sinar Istimewa pada Cermin Cekung Sinar Istimewa Diagram Sinar a. Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus. b. Sinar datang melalui titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama. c. Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan melalui titik pusat kelengkungan cermin pula. Untuk melukis bayangan pada cermin cekung diperlukan minimal dua buah sinar istimewa. Akan tetapi, hasil akan lebih baik dan meyakinkan jika dilukis dengan tiga sinar istimewa sekaligus dengan langkah-langkah sebagai berikut. 1. Pilih sebuah titik pada bagian ujung atas benda dan lukis dua sinar datang melalui titik tersebut menuju cermin. 2. Setelah sinar-sinar datang tersebut mengenai cermin, pantulkan kedua sinar tersebut sesuai kaidah sinar istimewa cermin cekung. 3. Tandai titik potong sinar pantul sebagai tempat bayangan benda. 61

63 4. Lukis perpotongan sinar-sinar pantul tersebut. Melukis Pembentukan Bayangan oleh Cermin Cekung Benda berada pada jarak lebih dari R Gambar 2.15 Pembentukan Bayangan jika Benda Berada pada Jarak Lebih dari R pada Cermin Cekung Sumber: Dok. Kemdikbud Bagaimana sifat-sifat bayangan yang terbentuk? Berdasarkan gambar tersebut, bayangan yang terbentuk bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil. Benda di titik fokus F Gambar 2.16 Pembentukan Bayangan jika Benda Berada pada Titik Fokus pada Cermin Cekung Sumber: Dok. Kemdikbud Dimanakah letak bayangan yang terbentuk? Berdasarkan gambar tersebut, tidak terbentuk bayangan atau bayangan terletak di tempat yang jauh tak terhingga. 62

64 Benda di antara cermin dan F Gambar 2.17 Pembentukan Bayangan jika Benda Berada di Antara Titik Fokus dan Cermin Cekung Sumber: Dok. Kemdikbud Bagaimana sifat-sifat bayangan yang terbentuk? Berdasarkan gambar tersebut bayangan yang terbentuk bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Selain penggunaan diagram sinar dan tiga sinar istimewa, agar lebih mudah memahami letak benda dan letak bayangan, Anda dapat memahami pembagian nomor ruang pada cermin lengkung (Dalil Esbach). Pembagian nomor ruang pada cermin cekung, dapat dilihat pada Gambar Gambar 2.18 Pembagian Ruang pada Cermin Cekung menurut Dalil Esbach Sumber: Dok. Kemdikbud Misalnya benda diletakkan pada jarak lebih dari M (ruang III), bayangan yang terbentuk akan berada pada jarak antara F dan M (ruang II). Hal ini disebabkan menurut dalil Esbach jumlah ruang benda dengan ruang bayangan adalah sama dengan 5 (Rbenda + Rbayangan = 5). 63

65 Persamaan Cermin Cekung Persamaan cermin cekung menyatakan hubungan kuantitatif antara jarak benda ke cermin (s), jarak bayangan ke cermin (s'), dan panjang fokus (f). dengan : f = Jarak fokus (cm) s = Jarak benda ke cermin (cm) 1 f = 1 s + 1 s s = Jarak bayangan (layar) ke cermin (cm) Selain persamaan tersebut Anda juga harus mengetahui perbesaran bayangan yang dihasilkan oleh cermin cekung. Rumus perbesaran pada cermin cekung adalah dengan : M = Perbesaran s = Jarak benda ke cermin h = Tinggi benda s = Jarak bayangan (layar) ke cermin h = Tinggi bayangan Catatan: M = h h = s s h positif (+) menyatakan bayangan adalah tegak (dan maya) h negatif (-) menyatakan bayangan adalah terbalik (dan nyata) Mari Kita Fahami Contoh Soal: Sebuah benda diletakkan 10 cm di depan cermin cekung. Jika jarak fokus cermin tersebut 6 cm, tentukan jarak bayangan yang dibentuk, nyatakan sifat-sifatnya dan buatlah gambar diagram sinarnya! Diketahui: Jarak benda (s) = 10 cm (di ruang II) Jarak fokus cermin = 6 cm Ditanyakan: 64

66 jarak bayangan (s'), sifat bayangan, dan gambar diagram Jawab: Jarak bayangan 1 f = 1 s + 1 s 1 6 cm = 1 10 cm + 1 s 1 6 cm 1 10 cm = 1 s cm = 1 s s 30 cm = = 15 cm 2 Pembesaran bayangan 15 cm M = 10 cm = 1,5 Gambar diagram sinar Berdasarkan hasil perhitungan dan diagram sinar, bayangan yang diperoleh bersifat nyata (bayangan berada di depan cermin cekung), terbalik (perhatikan hasil diagram sinar), dan diperbesar (perhatikan hasil gambar diagram sinar dan hasil perhitungan M). 65

67 Cermin Cembung Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cembung Pada cermin cembung juga berlaku hukum-hukum pemantulan, yaitu besarnya sudut datang sama dengan besarnya sudut pantul. Sinar istimewa dan diagram sinar pada cermin cembung dapat dilihat pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 Sinar Istimewa pada Cermin Cembung Sinar Istimewa Diagram Sinar a. Sinar datang sejajar sumbu utama dipantul- kan seolah-olah dari titik fokus (F). b. Sinar yang datang menuju titik fokus (F) dipantulkan sejajar sumbu utama. c. Sinar yang datang menuju titik pusat kelengkungan cermin seolah-olah dipantulkan berasal dari titik pusat kelengkungan tersebut. Untuk melukis bayangan pada cermin cembung dibutuhkan minimal dua buah sinar istimewa dengan langkah-langkah sebagai berikut. 1. Pilih sebuah titik pada bagian ujung atas benda dan lukis dua sinar datang melalui titik tersebut menuju cermin. 2. Setelah sinar-sinar datang tersebut mengenai cermin, pantulkan kedua sinar tersebut sesuai kaidah sinar istimewa pada cermin cembung. 3. Tandai titik potong sinar-sinar pantul atau perpanjangan sinar- sinar pantul sebagai tempat bayangan benda. 4. Lukis bayangan benda pada perpotongan perpanjangan sinar- sinar pantul tersebut. 66

68 Contoh lukisan pembentukan bayangan pada cermin cembung sebagai berikut. Gambar 2.19 Pembentukan Bayangan pada Cermin Cembung, Bayangan yang Terbentuk Bersifat Maya dan Tegak Sumber: Dok. Kemdikbud Jika benda diletakkan di depan cermin cembung, maka bayangan yang terbentuk akan bersifat maya, tegak, dan diperkecil. Coba amati pembentukan bayangan pada kaca spion motor atau mobil! Dapatkah Anda menjelaskannya? Mari Kita Lakukan Aktivitas 2.5 Pembentukan Bayangan Cermin Cembung Setelah memahami cara melukiskan bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung, coba sekarang lukiskan letak bayangan benda jika: 1. Benda diletakkan pada jarak lebih dari R 2. Benda diletakkan di titik fokus 3. Benda diletakkan di antara cermin dan titik fokus Persamaan Cermin Cembung Masih ingatkah Anda dengan persamaan pada cermin cekung? Rumus-rumus yang berlaku untuk cermin cekung juga berlaku untuk cermin cembung. Namun, ada hal yang perlu diperhatikan yaitu titik fokus f dan titik pusat kelengkungan cermin M untuk cermin cembung terletak di belakang cermin. Oleh karena itu, dalam menggunakan persamaan cermin cembung jarak fokus (f) dan jari-jari cermin (R) selalu dimasukkan bertanda negatif. Dengan catatan bahwa dalam cermin cembung harga f dan R bernilai negatif (-). 67

69 Mari Kita Fahami Contoh Soal: Sebuah cermin cembung memiliki jari-jari kelengkungan 30 cm. Jika benda diletakkan pada jarak 10 cm di depan cermin cembung, tentukan jarak bayangan yang dibentuknya, nyatakan sifat-sifatnya, dan buatlah gambar diagram sinar! Diketahui: Jarak benda (s) = 10 cm (di ruang I) Jarak fokus cermin (f) = 1 x jari-jari kelengkungan = 1 x 30 cm = 15 cm 2 2 Ditanyakan: jarak bayangan (s'), sifat bayangan, dan gambar diagram sinar Jawab: Jarak bayangan 1 f = 1 s + 1 s Pembesaran bayangan 1 15 cm = 1 10 cm + 1 s 1 15 cm 1 10 cm = 1 s cm = 1 s s = 30 cm 5 = 6 cm 6 cm M = 10 cm = 0.6 Gambar diagram sinar 68

70 Berdasarkan hasil perhitungan dan diagram sinar, bayangan yang diperoleh bersifat maya (bayangan berada di belakang cermin), tegak (perhatikan hasil diagram sinar), dan diperkecil (perhatikan hasil diagram sinar dan hasil perhitungan M). Mari Kita Diskusikan 1. Sebuah benda diletakkan di depan cermin cekung pada jarak 4 cm. Jika titik fokus cermin tersebut adalah 8 cm, berapa jarak bayangan terhadap benda? Gambar dan sebutkan sifat bayangan yang terbentuk! 2. Sebuah benda diletakkan di depan cermin cembung pada jarak 3 cm. Jika titik fokus cermin tersebut adalah 6 cm, berapa jarak bayangan terhadap benda? Gambar dan sebutkan sifat bayangan yang terbentuk! Lensa Pembentukan Bayangan pada Lensa Pernahkah Anda menggunakan lup? Lup memiliki bagian utama berupa lensa cembung yang berfungsi untuk memperbesar bayangan benda yang akan diteliti. Lensa adalah benda bening yang memiliki permukaan berbentuk cekung atau cembung dan berfungsi untuk membiaskan cahaya. Lensa secara umum ada yang berbentuk cembung dan cekung. Jika dipegang, lensa cembung bagian tengahnya lebih tebal dari bagian pinggir. Lensa cekung bagian tengahnya lebih tipis dari bagian pinggirnya. Perhatikan Gambar 2.20! 69

71 Gambar 2.20 Lensa Cembung dan Lensa Cekung Sumber: Dok. Kemdikbud Sinar-sinar istimewa pada Pembiasan Cahaya oleh Lensa Cembung Sebelum mempelajari pembiasan cahaya oleh lensa cembung lebih lanjut, ayo lakukan aktivitas berikut! Mari Kita Lakukan Aktivitas 2.6 Pembentukan Bayangan Lensa Cembung Apa yang akan Anda lakukan? Mempelajari hubungan antara titik fokus, jarak benda, dan jarak bayangan pada lensa cembung. Apa yang Anda perlukan? Penjepit rel sebagai pemegang alat di atas rel presisi 5 buah 1 buah lampu dengan tiang/lilin 1 buah lensa cembung Layar putih Bangku optik Apa yang harus Anda lakukan? 1. Letakkan lilin di bangku optik (rel) di depan lensa cembung. Perhatikan Gambar 2.21! 70

72 Gambar 2.21 Set Percobaan Lensa Cembung Sumber: Dok. Kemdikbud 2. Geser-geserlah letak layar pada mistar bangku optik (rel) hingga didapatkan bayangan yang jelas pada layar putih! 3. Ukur jarak layar dari lensa (sebagai s') dan jarak lilin dari lensa (sebagai s)! 4. Catat hasil pengukuran dalam Tabel Ulangi langkah-langkah di atas dengan mengubah letak benda (s). Tabel 2.4 Data Jarak Benda dan Bayangan pada Percobaan Lensa Cembung s (cm) s' (cm) s s f = 1 s + 1 s Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Bagaimana hubungan antara titik fokus, jarak benda, dan jarak bayangan pada lensa cembung? 2. Berapakah jarak fokus lensa cembung yang digunakan dalam percobaan ini? 3. Berapakah kekuatan lensa yang digunakan dalam percobaan ini? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Penerapan hukum pembiasan cahaya pada benda ternyata menentukan sinar-sinar istimewa pada pembiasan cahaya oleh lensa cembung. Sinar-sinar istimewa pada lensa 71

73 cembung dapat dilihat pada Tabel 2.5. Tabel 2.5 Sinar Istimewa pada Lensa Cembung Sinar Istimewa Diagram Sinar a. Suatu sinar datang sejajar sumbu utama lensa akan dibiaskan menuju titik fokus aktif (F 1 ) di belakang lensa. b. Suatu sinar datang melalui titik fokus pasif (F 2 ) di depan lensa akan dibiaskan sejajar sumbu utama. c. Suatu sinar datang melalui pusat optik lensa (O) akan diteruskan tanpa dibiaskan. Ingatlah kembali tentang peristiwa pembiasan! Saat melalui 2 medium yang berbeda, besar kecepatan cahaya akan berubah, sehingga cahaya akan tampak dibelokkan, seperti pada peristiwa sendok yang tampak bengkok bila diletakkan di dalam gelas berisi air. Melukis Pembentukan Bayangan pada Lensa Cembung Menggunakan Diagram Sinar Bagaimanakah cara melukis pembentukan bayangan pada lensa? Jika sebuah benda diletakkan di depan lensa cembung akan membentuk bayangan, seperti ditunjukkan pada Gambar

74 Gambar Pembentukan Bayangan oleh Lensa Cembung Sumber: Dok. Kemdikbud Pembentukan bayangan pada lensa cembung membutuhkan sekurang-kurangnya dua sinar istimewa. Sifat bayangan yang terbentuk pada lensa cembung bergantung pada posisi benda. Setelah memahami cara melukiskan bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung, coba sekarang lukiskan letak bayangan benda jika benda diletakkan di antara fokus dan lensa cembung! Pembiasan pada Lensa Cekung Pada pembiasan lensa cekung juga berlaku sinar-sinar istimewa ketika kita hendak membuat bayangan pada lensa. Sinar-sinar istimewa pada pembiasan cahaya oleh lensa cekung dapat dilihat pada Tabel 2.6. Tabel 2.6 Sinar Istimewa pada Lensa Cekung Sinar Istimewa Diagram Sinar a. Sinar datang sejajar sumbu utama lensa seolah-olah dibiaskan berasal dari titik fokus aktif (F) di depan lensa. b. Sinar datang seolah- olah menuju titik fokus pasif (F) di depan lensa akan dibiaskan sejajar sumbu utama. 73

75 Sinar Istimewa c. Sinar datang melalui pusat optik lensa (O) akan diteruskan tanpa dibiaskan. Diagram Sinar Jika ketiga sinar istimewa yang berasal dari sebuah benda dilukiskan pada satu lensa, maka akan terbentuk bayangan benda seperti Gambar Gambar 2.23 Pembentukan Bayangan oleh Lensa Cekung Sumber: Dok. Kemdikbud Sifat bayangan yang terbentuk pada lensa cekung bergantung pada posisi benda. Sifat bayangan pada lensa cekung dapat ditentukan melalui bantuan diagram sinar dan sinar-sinar istimewa. Selain melalui kegiatan di atas, sifat-sifat bayangan benda oleh lensa cekung juga dapat ditentukan melalui Dalil Esbach seperti pada lensa cembung. Perhatikan kembali Dalil Esbach yang sudah pernah Anda pelajari sebelumnya, dan perhatikan Gambar Catatan: Pada lensa cekung, benda yang terletak di depan lensa akan selalu menghasilkan bayangan maya, tegak, diperkecil, dan terletak di depan lensa. Persamaan pada Lensa Cembung dan Cekung Persamaan pada lensa cembung sama dengan persamaan pada lensa cekung. Hubungan antara jarak fokus (f), jarak bayangan (s'), dan jarak benda (s) adalah sebagai berikut. 74

76 dengan : f = Jarak fokus (cm) s = Jarak benda ke lensa (cm) 1 f = 1 s + 1 s s = Jarak bayangan (layar) ke lensa (cm) Pembesarannya dengan : M = Perbesaran s = Jarak benda ke lensa h = Tinggi benda s = Jarak bayangan (layar) ke lensa h = Tinggi bayangan Catatan: M = h h = s s h positif (+) menyatakan bayangan adalah tegak (dan maya) h negatif (-) menyatakan bayangan adalah terbalik (dan nyata) Pada lensa cembung, titik fokus bernilai positif (sama seperti pada cermin cekung), sedangkan pada lensa cekung, titik fokus bernilai negatif (sama seperti pada cermin cembung). Setiap lensa mempunyai kemampuan yang berbeda-beda dalam mengumpulkan atau menyebarkan sinar. Kemampuan lensa dalam mengumpulkan atau menyebarkan sinar disebut kuat lensa (D) dan memiliki satuan dioptri. Kuat lensa merupakan kebalikan dari panjang fokus. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut: D (Dioptri) = 1 meter f (m) 100 cm = f (cm) Mari Kita Diskusikan 1. Sebuah lensa cembung memiliki titik fokus 10 cm. Jika benda diletakkan pada jarak 20 cm, dimanakah letak bayangan benda dan berapakah pembesarannya? Sebutkan pula sifat bayangan yang terbentuk! Buatlah diagram sinarnya! 2. Sebuah lensa cekung memiliki titik fokus 10 cm. Jika benda diletakkan pada jarak 30 75

77 cm, dimanakah letak bayangan benda dan berapakah pembesarannya? Sebutkan pula sifat bayangan yang terbentuk! Buatlah diagram sinarnya! Indra Penglihatan Manusia dan Hewan Indra Penglihat Manusia Pentingnya Cahaya bagi Indra Penglihat Manusia Coba sekarang Anda pergi ke halaman luar! Apa yang dapat Anda lihat dan bagaimana perasaan Anda ketika berada di tempat tersebut? Sekarang coba Anda tutup mata! Apa yang dapat Anda lihat dan bagaimana perasaan Anda? Pada saat Anda menutup mata, Anda tidak dapat melihat apapun yang ada di sekitar Anda karena tidak ada cahaya yang masuk ke mata Anda. Hal ini menunjukkan bahwa mata kita dapat melihat benda karena adanya cahaya yang mengenai benda tersebut kemudian dipantulkan ke mata kita. Pembentukan Bayangan pada Mata Manusia Pernahkah Anda berpikir, bagaimana mata kita dapat melihat benda? Untuk memahaminya lakukan kegiatan berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 2.7 Proses Pembentukan Bayangan pada Mata Pada percobaan kali ini, kita akan mencoba untuk mempelajari proses yang terjadi pada mata sehingga mata dapat melihat benda. Apa yang Anda perlukan? 5 buah penjepit rel sebagai pemegang alat di atas rel presisi 1. 1 buah lampu dengan tiang/1 batang lilin 2. 1 buah lensa cembung 3. 1 buah pemegang slide 4. 1 buah slide panah 5. 1 buah layar transparan Apa yang harus Anda lakukan? 1. Aturlah posisi benda-benda yang telah Anda siapkan dengan posisi seperti Gambar 2.24! 76

78 Gambar Susunan Alat-alat Percobaan Pembentukan Bayangan pada Mata Sumber: Dok. Kemdikbud 2. Aturlah posisi lensa (gerak-gerakkan maju atau mundur) sehingga terbentuk bayangan yang jelas pada layar! Bayangan yang terbentuk adalah bayangan yang memiliki sifat sama dengan sifat bayangan yang ditangkap oleh mata manusia! 3. Lakukan kegiatan ini dengan cermat dan teliti, jangan lupa bekerja samalah dengan teman satu kelompok Anda! Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Bagaimana sifat bayangan yang terbentuk pada percobaan tersebut? 2. Berdasarkan percobaan yang telah Anda lakukan, analogkan benda-benda yang digunakan untuk percobaan dengan bagian- bagian mata manusia! 3. Gambarkan jalannya cahaya pada mata manusia, sehingga manusia dapat melihat benda! Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Bagian-bagian Mata Manusia Organ penglihatan yang dimiliki oleh manusia adalah mata. Organ ini berbentuk bulat. Organ ini tersusun atas beberapa bagian yang berbeda yang masing-masing bagian memiliki fungsi yang berbeda pula. Mata kita dibalut oleh tiga lapis jaringan yang berlainan. Lapisan luar adalah lapisan sklera, lapisan ini membentuk kornea. Lapisan tengah adalah lapisan koroid, lapisan ini membentuk iris. Lapisan ketiga adalah lapisan dalam, yaitu retina. Perhatikan Gambar 2.25! 77

79 Gambar 2.25 Bagian-bagian Mata Sumber: Campbell et al Kornea Mata memiliki bentuk seperti bola dengan diameter ± 2,5 cm. Lapisan terluar mata disebut sklera yang membentuk putih mata, dan bersambung dengan bagian depan yang bening yang disebut kornea. Cahaya masuk ke mata melewati kornea. Lapisan kornea mata terluar bersifat kuat dan tembus cahaya. Kornea berfungsi melindungi bagian yang sensitif yang berada di belakangnya dan membantu memfokuskan bayangan pada retina. Iris atau Selaput Pelangi Setelah cahaya melewati kornea, selanjutnya cahaya akan menuju ke pupil. Pupil adalah bagian berwarna hitam yang merupakan jalan masuknya cahaya ke dalam mata. Pupil dikelilingi oleh iris, yang merupakan bagian berwarna pada mata yang terletak di belakang kornea. Sekarang Anda mengetahui bahwa warna mata sebenarnya adalah warna iris. Jumlah cahaya yang masuk ke dalam mata Anda diatur oleh iris. Besar dan kecilnya iris dan pupil bergantung pada jumlah cahaya yang masuk ke dalam mata. Tahukah Anda, kapan mata kita membutuhkan banyak cahaya serta lebih sedikit cahaya? Agar Anda dapat mengetahuinya lakukan kegiatan berikut ini! Mari Kita Lakukan Aktivitas 2.8 Mengukur Diameter Iris dan Pupil Sebelum melakukan pengamatan ini berkumpullah dengan teman satu kelompok (1 kelompok terdiri atas 3 orang). Lakukan pengamatan ini dengan cermat dan teliti. 78

80 Apa yang Anda perlukan? 1. Penggaris 2. Kertas 3. Alat tulis Apa yang harus Anda lakukan? 1. Berbagilah tugas dengan teman satu kelompok Anda! Lakukan pembagian tugas dengan bijaksana. Pembagian tugas adalah sebagai berikut, satu orang menjadi peraga yang nantinya akan diukur diameter iris dan pupilnya, satu orang yang akan mengukur diameter iris dan pupil, dan satu orang lagi mencatat hasil pengamatan. 2. Mintalah teman Anda yang bertindak sebagai peraga! Mintalah dia berdiam di halaman ± 3 menit! 3. Ukurlah diameter iris dan pupil teman Anda! Lakukan pengukuran dengan hati-hati! Jangan sampai penggaris yang Anda gunakan mengenai mata teman Anda. 4. Catatlah hasil pengukuran Anda pada buku IPA! 5. Mintalah teman Anda yang bertindak sebagai peraga! 6. Ukurlah diameter iris dan pupil teman Anda. Lakukan pengukuran dengan hati-hati! Jangan sampai penggaris yang Anda gunakan mengenai mata teman Anda! 7. Catatlah hasil pengukuran pada buku IPA! Apa yang perlu Anda diskusikan? Bagaimanakah diameter pupil jika berada di tempat terang? Mengapa demikian? Bagaimanakah diameter pupil jika berada di tempat gelap? Mengapa demikian? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Mari Kita Cari Tahu Iris memberi warna pada mata. Seperti sidik jari, iris dapat digunakan sebagai pengenal pribadi dengan tingkat keakuratan yang tinggi. Lensa Mata Setelah melewati pupil, cahaya bergerak merambat menuju ke lensa. Lensa 79

81 mata Anda berbentuk bikonvex (cembung depan-belakang), seperti lensa pada kaca pembesar. Lensa mata bersifat fleksibel. Otot siliar yang ada dalam mata akan membantu mengubah kecembungan lensa mata Anda. Gambar 2.26 Perubahan Kecembungan Lensa Mata Ketika Melihat Benda Jauh dan Dekat Sumber: Dok. Kemdikbud Ketika Anda melihat benda yang berada pada jarak jauh, otot siliaris akan mengalami relaksasi. Hal ini akan menyebabkan lensa mata menjadi lebih datar atau mata melihat tanpa berakomodasi. Ketika Anda melihat benda yang berada pada jarak dekat, otot siliaris akan mengalami kontraksi. Hal ini akan menyebabkan lensa mata menjadi lebih cembung. Pada kondisi ini mata dikatakan berakomodasi maksimum. Dengan mengubah kecembungan lensa, lensa dapat menangkap bayangan yang jelas pada jarak jauh atau dekat yang selanjutnya bayangan tersebut akan dibentuk di retina. Dengan demikian sebaiknya kita harus bersyukur kepada Tuhan atas anugerah berupa lensa mata, sehingga kita dapat melihat benda dengan jelas, baik berada pada jarak dekat maupun pada jarak jauh. Mari Kita Pikirkan! Setelah Anda berada pada tempat yang terang (misalnya halaman rumah) kemudian kita menuju tempat yang lebih gelap (misalnya masuk rumah), maka selama beberapa detik semuanya akan terlihat gelap sehingga Anda tidak dapat melihat dengan jelas. Mengapa hal ini terjadi? Retina Cahaya yang melewati lensa selanjutnya akan membentuk bayangan yang kemudian ditangkap oleh retina. Retina merupakan sel yang sensitif terhadap cahaya matahari atau saraf penerima rangsang sinar (fotoreseptor) yang terletak pada bagian belakang mata. Retina terdiri atas dua macam sel fotoreseptor, yaitu sel batang dan sel kerucut. Sel kerucut memungkinkan Anda melihat warna, tetapi membutuhkan cahaya yang lebih terang dibandingkan sel batang. Sel batang akan menunjukkan responsnya ketika berada pada tempat yang redup. Sel batang 80

82 mampu menerima rangsang sinar tidak berwarna, jumlahnya sekitar 125 juta. Sel kerucut mampu menerima rangsang sinar yang kuat dan warna, jumlahnya 6,5-7 juta. Gambar 2.27 Sel Batang dan Kerucut pada Retina Sumber: Marieb & Hoehn, 2013 Ketika sel kerucut menyerap cahaya, maka akan terjadi reaksi kimia. Reaksi kimia ini akan menghasilkan impuls saraf yang kemudian ditransmisikan ke otak oleh saraf mata. Sel batang akan menunjukkan responsnya ketika berada pada tempat yang redup. Sel-sel batang mengandung pigmen yang disebut rodopsin, yaitu senyawa antara vitamin A dan protein. Bila terkena sinar terang rodopsin terurai, dan terbentuk kembali menjadi rodopsin pada keadaan gelap. Pembentukan kembali rodopsin memerlukan waktu yang disebut adaptasi gelap atau adaptasi rodopsin. Pada saat itu mata sulit untuk melihat. Sekarang Anda mengetahui mengapa vitamin A penting bagi kesehatan mata. Sel kerucut mengandung pigmen iodopsin, yaitu senyawa antara retinin dan opsin. Ada tiga macam sel kerucut yang masing-masing peka terhadap warna merah, biru, dan hijau. Akibatnya, Anda dapat melihat seluruh spektrum warna yang merupakan kombinasi dari ketiga warna. Mari Kita Pahami Mata Anda dapat mendeteksi cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh objek atau benda. Lensa pada mata akan memfokuskan cahaya untuk menghasilkan bayangan yang akan jatuh pada bagian belakang mata. Sel-sel khusus yang terletak di belakang mata akan mengubah bayangan menjadi sinyal elektrik (impuls). Sinyal elektrik ini 81

83 kemudian akan ditransfer ke otak, yang kemudian akan diterjemahkan sebagai objek atau benda yang Anda lihat. Gambar 2.28 Jalur Sinar dalam Mata Sumber: Marieb & Hoehn, 2013 Gangguan pada Indra Penglihat Adakah teman Anda yang menggunakan kacamata? Atau bahkan Anda sendiri menggunakan kacamata? Seseorang yang mempunyai penglihatan yang baik, akan dapat melihat benda secara jelas pada jarak kira-kira 30 cm. Hal ini berarti pada orang yang memiliki penglihatan normal, bayangan yang dibentuk jatuh tepat pada retina. Jika seseorang memiliki gangguan pada penglihatannya maka dia tidak akan dapat melihat objek dengan jelas pada jarak tersebut. Hal ini menyebabkan mereka membutuhkan alat bantu penglihatan berupa kacamata seperti yang dikenakan oleh teman Anda atau bahkan Anda kenakan sendiri. Kacamata berfungsi untuk memfokuskan cahaya sehingga dapat jatuh tepat pada retina. Rabun Dekat (Hipermetropi) Seorang penderita rabun dekat tidak dapat melihat benda yang berada pada jarak dekat (± 30 cm) dengan jelas. Hal ini karena bayangan yang terbentuk jatuh di belakang retina, sehingga bayangan yang jatuh pada retina menjadi tidak jelas (kabur). Kacamata positif dapat menolong penderita rabun dekat, sebab lensa cembung mengumpulkan cahaya sebelum cahaya masuk ke mata. Dengan demikian, kornea dan lensa dapat membentuk bayangan yang jelas pada retina seperti ditunjukkan pada Gambar

84 Gambar 2.29 Perubahan Fokus Sinar pada Rabun Dekat Sumber: Dok. Kemdikbud Kekuatan lensa kacamata yang diperlukan sesuai dengan rumus berikut: dengan: P H = 100 s 100 PP P H = Kekuatan lensa kacamata untuk hipermetropi (dioptri atau D) s = Jarak benda di depan kacamata (cm) PP (Punctum Proximum) = titik dekat mata seseorang (cm) Mari Kita Pahami Contoh Soal: Titik dekat mata seseorang terletak pada jarak 120 cm di depan matanya. Untuk melihat dengan jelas suatu benda yang terletak 30 cm di depan mata, berapa kekuatan lensa kacamata yang harus digunakan? Penyelesaian: Diketahui: PP = 120 cm; s = 30 cm Ditanya: P H? Jawab: P H = 100 s 100 PP = = = 300 = 2,5 D Jika jarak benda s tidak disebutkan dalam soal, nilai s diambil dari titik dekat mata normal, yaitu 25 cm, sehingga persamaan kekuatan lensa untuk hipermetropi menjadi: P H = PP = = 4 0,83 = 3,16 D

85 Rabun Jauh (Miopi) Seorang penderita rabun jauh tidak dapat melihat benda yang berada pada jarak jauh (tak hingga) dengan jelas. Hal ini dikarenakan bayangan yang terbentuk jatuh di depan retina, seperti yang ditunjukkan Gambar Kacamata negatif dapat menolong penderita rabun jauh karena lensa cekung akan dapat membuat cahaya menyebar sebelum cahaya masuk ke mata. Dengan demikian, bayangan yang jelas akan terbentuk di retina. Gambar Perubahan Fokus Sinar pada Rabun Jauh Sumber: Dok. Kemdikbud Kekuatan atau daya lensa kacamata yang diperlukan sesuai dengan rumus berikut: dengan: P M = 100 PR P M = Kekuatan lensa kacamata untuk miopi (dioptri atau D) PR (Punctum Remotum) = titik jauh mata (cm) Mari Kita Pahami Contoh Soal: Seseorang hanya mampu melihat jelas benda di depan matanya paling jauh 100 cm. Berapa kekuatan kacamata orang tersebut? Penyelesaian: Diketahui: PR = 100 cm Ditanya: PM Jawab: P M = 100 PR = 100 = 1 Dioptri

86 Buta Warna Perhatikan Gambar 2.31! Apakah Anda dapat melihat angka? Coba sebutkan angka berapa yang dapat Anda lihat! Masih ingatkah Anda pada sel kerucut? Anda memiliki lebih kurang tujuh juta sel kerucut pada retina. Gelombang cahaya dipantulkan dari benda masuk ke pupil dan ditangkap oleh retina. Respons dari sel kerucut pada cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda menyebabkan Anda dapat melihat benda yang berwarna. Gambar 2.31 Huruf Tokek untuk Mengecek Kelainan Buta Warna Sumber: Dok. Kemdikbud Buta warna merupakan suatu kelainan pada mata yang disebabkan ketidakmampuan sel-sel kerucut mata untuk menangkap suatu warna tertentu. Penyakit ini bersifat menurun. Buta warna ada yang buta warna total dan buta warna sebagian. Buta warna total hanya mampu melihat warna hitam dan putih saja, sedangkan buta warna sebagian tidak dapat melihat warna tertentu, yaitu merah, hijau, atau biru. Ingat kembali tentang sel kerucut! Gambar 2.31 merupakan salah satu gambar yang dipakai untuk menguji buta warna. Uji tersebut dikenal dengan Uji Ishihara. Uji tersebut didasarkan pada penentuan angka atau pola yang ada pada kartu dengan berbagai ragam warna, dengan pola tertentu. Ada satu seri gambar titik bola kecil dengan warna dan besar berbeda- beda, sehingga dalam keseluruhan terlihat warna pucat dan menyulitkan pasien dengan kelainan penglihatan warna untuk melihatnya. Penderita buta warna atau dengan kelainan penglihatan warna dapat melihat sebagian ataupun sama sekali tidak dapat melihat gambaran yang diperlihatkan. Pada pemeriksaan, pasien diminta melihat dan mengenali tanda gambar yang diperlihatkan dalam waktu 10 detik. 85

87 Presbiopi Presbiopi disebut juga rabun jauh dan dekat atau rabun tua, karena kelainan mata ini biasanya diderita oleh orang yang sudah tua. Kelainan jenis ini membuat si penderita tidak mampu melihat dengan jelas benda-benda yang berada di jarak jauh maupun benda yang berada pada jarak dekat. Hal tersebut diakibatkan oleh berkurangnya daya akomodasi mata. Kelainan ini biasanya diatasi dengan kacamata rangkap, yaitu kacamata cembung dan cekung. Pada kacamata dengan lensa rangkap atau kacamata bifokal, lensa negatif bekerja seperti pada kacamata untuk penderita miopi, sedangkan lensa positif bekerja seperti pada kacamata untuk penderita hipermetropi. Astigmatisma Astigmatisma atau dikenal dengan istilah silinder adalah sebuah gangguan pada mata karena penyimpangan dalam pembentukan bayangan pada lensa. Hal ini disebabkan oleh cacat lensa yang tidak dapat memberikan gambaran atau bayangan garis vertikal dengan horizontal secara bersamaan. Penglihatan si penderita menjadi kabur. Untuk mengatasi gangguan ini, dapat menggunakan lensa silindris. Indra Penglihatan Serangga Apakah Anda mengetahui berbagai macam hewan dari golongan serangga? Pernahkah Anda membayangkan bagaimana cara serangga- serangga tersebut melihat sebuah benda? Tahukah Anda bahwa lalat, belalang, kumbang, atau serangga mempunyai cara melihat suatu benda dengan cara yang sangat berbeda dengan manusia? Apabila manusia hanya memiliki dua buah mata untuk melihat, serangga memiliki banyak sekali mata untuk melihat, sehingga mata serangga disebut dengan mata majemuk (Gambar 2.32). 86

88 Gambar 2.32 Mata Majemuk pada Mata Lalat Sumber: Campbell et al Masing-masing mata serangga disebut omatidium (jamak: omatidia). Masing-masing omatidium berfungsi sebagai reseptor penglihatan yang terpisah. Setiap omatidium terdiri atas beberapa bagian, di antaranya berikut ini. (1) Lensa, permukaan depan lensa merupakan satu faset mata majemuk. (2) Kerucut kristalin, yang tembus cahaya. (3) Sel-sel penglihatan, yang peka terhadap adanya cahaya. (4) Sel-sel yang mengandung pigmen, yang memisahkan omatidia dari omatidia di sekelilingnya. Setiap omatidium akan menyumbangkan informasi penglihatan dari satu daerah objek yang dilihat serangga, dari arah yang berbeda-beda. Bagian omatidia yang lain akan memberikan sumbangan informasi penglihatan pada daerah lainnya. Gabungan dari gambar-gambar yang dihasilkan dari setiap omatidium merupakan bayangan mosaik, yang menyusun seluruh pandangan serangga. Sebagai contoh, mata lalat rumah terdiri atas bentuk mata yang ditata dalam segi enam (omatidium). Setiap omatidium dihadapkan ke arah yang berbeda-beda, seperti ke depan, belakang, bawah, atas, dan ke setiap sisi, sehingga lalat dapat melihat ke mana- mana. Dengan demikian, lalat dapat mengindra dalam daerah penglihatan dari semua arah. Pada setiap omatidium, terdapat delapan neuron sel saraf reseptor (penerima cahaya), sehingga secara keseluruhan terdapat sekitar sel pengindra di dalam matanya. Dengan kelebihannya tersebut, mata lalat dapat memroses hingga seratus gambar per detik. 87

89 Rangkuman Selamat, Anda telah menyelesaikan modul tentang Optik. Hal-hal penting yang telah Anda pelajari dalam modul Optik ini adalah sebagai berikut. Cahaya memiliki sifat-sifat khusus. Cahaya dapat merambat lurus, dipantulkan, dibiaskan, dan merupakan gelombang elektromagnetik. Pemantulan cahaya dapat berupa pemantulan baur dan pemantulan teratur. Pemantulan baur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang yang tidak rata, seperti aspal, tembok, batang kayu, dan lainnya. Pemantulan teratur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang yang rata, seperti cermin datar atau permukaan air danau yang tenang. Pada pemantulan baur dan pemantulan teratur, sudut pantulan cahaya besarnya selalu sama dengan sudut datang cahaya. Cahaya yang mengenai benda sebagian akan dipantulkan ke mata dan sebagian lagi akan diserap benda sebagai energi. Cahaya dapat dipantulkan pada cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung. Cahaya akan dibiaskan ketika melalui dua medium dengan kerapatan optik yang berbeda. Cahaya dapat dibiaskan pada lensa cekung dan lensa cembung. Warna cahaya yang dapat dilihat tergantung pada panjang gelombang dari gelombang cahaya yang masuk ke mata. Benda hanya akan memantulkan spektrum cahaya yang warnanya sama dengan warna permukaan benda tersebut, sehingga kita dapat mengindra dengan tepat warna-warna benda tersebut. Gelombang cahaya terbentuk karena adanya perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik, sehingga merupakan gelombang elektromagnet. Gelombang cahaya matahari memancar ke segala arah sampai ke bumi meskipun melalui ruang hampa udara. Hal ini berarti gelombang cahaya dapat merambat pada ruang kosong (hampa udara) tanpa adanya materi. Pembentukan bayangan pada cermin dan lensa menggunakan sinar-sinar istimewa. Bayangan bersifat nyata apabila titik potongnya diperoleh dari perpotongan sinar-sinar pantul yang konvergen (mengumpul). Sebaliknya, bayangan bersifat maya apabila titik potongnya merupakan hasil perpanjangan sinar-sinar pantul yang divergen (menyebar). Bayangan pada cermin datar bersifat maya. Bayangan yang terbentuk pada cermin cembung bersifat maya, tegak, dan diperkecil. Sifat bayangan yang terbentuk pada lensa cekung dan lensa cembung tergantung pada 88

90 posisi benda. Bagian mata yang banyak berperan pada proses pembentukan bayangan benda adalah kornea, iris, lensa, dan retina. Gangguan pada lensa mata dapat menyebabkan seseorang menderita miopi, hipermetropi, buta warna, presbiopi, dan astigmatisma. Miopi adalah kelainan yang menyebabkan seseorang tidak dapat melihat dengan jelas benda yang jaraknya jauh (tak hingga). Penderita hipermetropi dapat dibantu dengan lensa cekung. Hipermetropi adalah kelainan yang menyebabkan seseorang tidak dapat melihat dengan jelas benda yang jaraknya dekat. Penderita hipermetropi dapat dibantu dengan lensa cembung. Buta warna adalah kelainan yang disebabkan ketidakmampuan sel-sel kerucut mata untuk menangkap suatu warna tertentu. Penderita presbiopi tidak mampu melihat dengan jelas benda- benda yang berada di jarak jauh maupun benda yang berada pada jarak dekat. Presbiopi dapat dibantu dengan kaca mata rangkap, yaitu kaca mata cembung dan cekung. Mata serangga disebut juga mata majemuk atau mata faset yang terdiri atas beberapa omatidia. Omatidia berfungsi sebagai reseptor penglihatan yang terpisah. Gabungan seluruh respons dari omatidia merupakan bayangan mosaik. 89

91 Tugas Untuk memahami lebih jauh tentang Optik, kerjakanlah tugas berikut. 1. Mata yang normal memiliki kemampuan untuk melihat benda dengan jelas pada jarak yang dekat dan jauh. Bagaimana mata kita memiliki kemampuan tersebut? 2. Lakukanlah observasi ke gerai kacamata atau dokter mata, kemudian deskripsikanlah bagaimana seorang dokter dapat menentukan bahwa seseorang menderita miopi atau hipermetropi menggunakan metode pembacaan huruf-huruf, serta menentukan kacamata yang dipakainya. 3. Rancanglah sebuah percobaan untuk mengukur daya akomodasi kaca mata yang kita pakai (jika Anda memakai kacamata) secara langsung. Deskripsikanlah bagaimana Anda melakukan pengambilan data tersebut. Laporkan hasil percobaan dalam bentuk makalah singkat. Rubrik penilaian Supaya tugas yang Anda kerjakan menjadi terarah dan Anda dapat menyelesaikan tugas tersebut dengan baik, maka gunakanlah rubrik penilaian berikut untuk mengukur keberhasilan Anda dalam memahami materi. Tugas No. Aspek penilaian Bobot 1. Mendeskripsikan kemampuan mata dalam berakomodasi 10% 2 Menganalisis cara menentukan miopi dan hipermetropi melalui 40% percobaan. 3 Mengevaluasi daya akomodasi kacamata 50% Total 100% Tes Formatif A. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat! 1. Fakta yang benar tentang hubungan antara cahaya dan kemampuan mata untuk melihat benda adalah... A. mata dapat melihat benda karena benda memiliki kemampuan menyerap cahaya yang diterima B. mata dapat melihat benda karena benda memantulkan cahaya yang diterimanya, sehingga cahaya masuk ke mata C. mata dapat melihat benda karena cahaya yang mengenai benda dibiaskan 90

92 D. mata dapat melihat benda karena saraf-saraf mata memiliki kemampuan untuk melihat benda, sehingga kemampuan mata untuk melihat tidak ada hubungannya dengan cahaya 2. Berikut ini proses perjalanan cahaya pada mata hingga terbentuk bayangan benda adalah... a. pupil kornea iris lensa mata (cahaya membentuk bayangan) - bayangan ditangkap retina b. pupil iris kornea lensa mata (cahaya membentuk bayangan) - bayangan ditangkap retina c. kornea pupil iris lensa mata (cahaya membentuk bayangan) - bayangan ditangkap retina B. kornea pupil lensa mata (cahaya membentuk bayangan) bayangan ditangkap retina 3. Bagian mata yang mengatur jumlah cahaya yang masuk ke dalam mata adalah... A. iris B. pupil C. kornea D. saraf mata 4. Edo menderita miopi sehingga dia tidak dapat melihat benda yang berada pada jarak jauh dengan jelas. Jenis lensa untuk membantu penglihatan Edo adalah... A. lensa tipis B. lensa ganda C. lensa cekung D. lensa cembung 5. Pelangi merupakan salah satu peristiwa yang menunjukkan bahwa cahaya memiliki sifat... A. cahaya tampak B. cahaya merambat lurus C. cahaya dipantulkan D. cahaya dibiaskan 6. Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung apabila benda terletak pada jarak kurang dari titik fokus cermin adalah... A. nyata, terbalik, diperkecil, dan terletak antara M dan F B. nyata, terbalik, diperbesar, dan terletak di depan M 91

93 C. maya, tegak, diperbesar, dan terletak di belakang cermin D. nyata, terbalik, sama besar dan terletak di titik M 7. Pasangan yang tepat antara lensa yang terdapat pada mikroskop dan bayangan yang dibentuk oleh lensa adalah... A. lensa objektif = bayangan maya dan diperbesar; lensa okuler = bayangan maya dan diperbesar B. lensa objektif = bayangan nyata dan diperbesar; lensa okuler = bayangan nyata dan diperbesar C. lensa objektif = bayangan nyata dan diperkecil; lensa okuler = bayangan maya dan diperbesar D. lensa objektif = bayangan nyata dan diperbesar; lensa okuler = bayangan maya dan diperbesar 8. Alat optik yang memiliki lensa cembung sehingga dapat membantu mendekatkan objek ke mata serta membantu untuk melihat benda yang kecil adalah... A. lup B. teleskop C. teropong D. mikroskop 9. Sebuah benda yang tingginya 12 cm diletakkan 10 cm di depan cermin cembung yang jari-jari kelengkungannya 30 cm. Sifat-sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin tersebut adalah... A. maya, tegak, dan diperkecil B. maya, tegak, dan diperbesar C. nyata, terbalik, dan diperkecil D. nyata, tegak, dan diperbesar 10. Seseorang ingin melihat suatu benda yang berada di depan mata pada jarak 25 cm. Jika jarak kornea mata ke retina adalah 2,5 cm, maka panjang fokus sistem lensa-kornea agar benda terlihat paling jelas oleh mata orang tersebut adalah... cm. A. 2,26 B. 2,24 C. 3,52 D. 3,54 Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif 2 yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 2. 92

94 Tingkat penguasaan = Jumlah jawaban yang benar Jumlah soal x 100% Arti tingkat penguasaan: % = baik sekali 80-89% = baik 70-79% = cukup < 70% = kurang Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar selanjutnya. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 2, terutama bagian yang belum dikuasai. 93

95 Daftar Pustaka Ezrallson, C. dkk. (2005). Waves, Sound, and Light. New York : McGraw- Hill Companies Campbell, N.A., Reece. J.B., Urry, L.A., Cain, M.L., Wasserman, S.A., Minorsky, P.V., & Jackson, R.B. (2008). Biology 8th edition. USA: Pearson Education, Inc. Marieb, E.N. & Hoehn, K., (2012). Human Anatomy and Physiology. San Francisco: Pearson. Zubaidah, S., Mahanal, S., Yuliati, L., Dasna, I.W., Pangestuti, A.A., Puspitasari, D.R., Mahfudhillah, H.T., Robitah, A. Kurniawati, Z.L., dan Prasmala, E.R. (2017). Ilmu Pengetahuan Alam. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Sumber Daring

96 Kegiatan Belajar 3: Listrik Statis dan Dinamis Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan 1. Memahami gejala kelistrikan dan penerapannya pada makhluk hidup serta kehidupan sehari-hari. Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan 1. Menganalisis konsep listrik statis dan dinamis, serta pemanfaatannya dalam berbagai produk teknologi di lingkungan secara aman. 2. Menganalisis karakter rangkaian listrik, transmisi energi listrik, sumber-sumber energi listrik alternatif (termasuk bioenergi), berbagai upaya dalam menghemat. Pokok-Pokok Materi Muatan listrik, Hukum Coulomb, Medan listrik, Beda potensial, dan Energi listrik Kelistrikan pada sistem saraf Hantaran listrik dan hewan penghasil listrik Arus listrik, Rangkaian listrik, Hukum Kirchoff, dan Sumber arus listrik Uraian Materi Betapa luar biasa anugerah Tuhan yang memberikan rahmat dan hidayah pada manusia berupa pikiran. Dengan pikiran, manusia dapat terus melakukan inovasi yang dapat menunjang kesejahteraan kehidupan manusia, salah satunya adalah listrik. Coba amati lingkungan sekitarmu, apakah sudah ada listrik? Jika ada, digunakan untuk apa sajakah listrik tersebut? Pada sebagian daerah, listrik sudah menjadi penunjang utama kehidupan. Listrik digunakan untuk menyalakan lampu, televisi, mengisi baterai telepon genggam, dan bahkan untuk menanak nasi. Listrik yang mengalir pada kabel atau sebuah rangkaian yang digunakan untuk berbagai peralatan elektronik tersebut akan dipelajari lebih lanjut pada pembahasan listrik dinamis atau bagian kedua dari bab ini. Bagian pertama pada bab ini akan membahas tentang konsep listrik statis, yaitu sifat kelistrikan yang dimiliki benda. Konsep Listrik Statis Muatan Listrik Masih ingatkah Anda tentang partikel penyusun atom yang telah Anda pelajari? Atom 95

97 tersusun atas partikel subatom yaitu proton (bermuatan positif), neutron (tidak bermuatan), dan elektron (bermuatan negatif). Listrik sangat erat kaitannya dengan elektron dan proton. Karena neutron tidak bermuatan, maka neutron tidak memainkan peran dalam listrik. Bagaimana interaksi masing-masing muatan pada suatu bahan? Kejadian apa sajakah dalam kehidupan sehari-hari yang menggambarkan adanya gejala interaksi antara muatan listrik? Agar lebih memahami gejala kelistrikan yang biasa kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, ayo lakukan aktivitas berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.1 Menyelidiki Gejala Listrik Statis Apa yang Anda perlukan? 1. 2 buah sisir plastik, 2. 2 buah batang kaca atau gelas kaca, 3. 2 tali/benang sepanjang 30 cm, 4. 2 buah statif, dan rambut kering. Apa yang harus Anda lakukan? 1. Gantunglah dua sisir plastik pada dua statif dengan menggunakan tali. Atur jarak kedua sisir kurang lebih 5 cm. Gambar 3.1 Dua Sisir Bermuatan yang digantung Sumber: 2. Gosokkan dua sisir plastik tersebut ke rambut kering, kemudian biarkan kedua sisir tersebut tergantung bebas. Amati dan catat peristiwa yang terjadi pada kedua sisir. 3. Lakukan langkah 1 dan 2 dengan menggunakan batang kaca. 4. Gantunglah satu sisir plastik dan satu kaca masing-masing pada statif. Gosokkan sisir dan batang kaca pada rambut kering, kemudian biarkan sisir dan batang kaca tergantung bebas. Amati dan catat peristiwa yang terjadi pada sisir dan batang kaca. 96

98 Perhatian Saat melakukan percobaan dengan menggunakan batang kaca, pastikan pinggirannya tidak tajam sehingga tidak melukai tangan Anda. Anda dapat mengganti batang kaca dengan gelas kaca agar aman. Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Bandingkan hasil pengamatan kegiatan 1-2 terhadap kegiatan 3. Mengapa hal tersebut terjadi? 2. Bandingkan hasil pengamatan kegiatan 4 dengan hasil kegiatan nomor 1. Jelaskan! Apa yang dapat Anda simpulkan? Buatlah kesimpulan tentang muatan yang ada pada sisir plastik dan batang kaca setelah digosok! Setelah Anda melakukan dan mendiskusikan kegiatan Mari Lakukan pada Aktivitas 1, dapatkah Anda menjelaskan mengapa hal tersebut terjadi? Hal ini berkaitan dengan adanya elektron. Masih ingatkah Anda tentang elektron? Seperti yang telah dijelaskan pada Bab sebelumnya, elektron adalah partikel penyusun atom yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom (nukleus). Atom yang kelebihan elektron akan menjadi bermuatan negatif dan disebut sebagai ion negatif, contohnya Cl -, (OH) -, dan O2 -. Atom yang kekurangan elektron akan menjadi bermuatan positif dan disebut sebagai ion positif, contohnya H +, Na +, dan Mg2 +. Jika benda bermuatan listrik positif didekatkan dengan benda bermuatan listrik negatif maka akan saling tarik menarik. Sebaliknya, jika benda bermuatan listrik positif didekatkan dengan benda bermuatan listrik positif, atau benda bermuatan listrik negatif didekatkan dengan benda bermuatan listrik negatif akan saling tolak menolak. Interaksi kedua muatan tersebut merupakan gejala sederhana listrik statis. Pada umumnya jumlah elektron dan proton pada atom-atom sebuah benda adalah sama, sehingga atom-atom pada benda tersebut tidak bermuatan listrik atau netral. Jika benda tersebut netral, dapatkah sebuah benda diubah menjadi bermuatan listrik? Bagaimana caranya? Salah satu cara untuk mengubah benda menjadi bermuatan listrik adalah dengan menggosokkan benda seperti pada kegiatan Mari Kita Lakukan pada Aktivitas 1. Sisir plastik yang digosokkan pada rambut kering akan bermuatan negatif karena sisir mengalami kelebihan 97

99 elektron (elektron dari rambut berpindah ke sisir plastik) dan kaca yang digosokkan pada rambut kering akan bermuatan positif karena kaca mengalami kekurangan elektron (elektron dari kaca berpindah ke rambut yang kering). Mari Kita Cari Tahu Perhatikan Tabel 3.1! Tabel 3.1 menunjukkan urutan deret benda yang akan menjadi bermuatan negatif bila digosok dengan sembarang benda di urutan atasnya dan akan bermuatan positif bila digosok dengan benda di urutan bawahnya. Misalnya jika gelas digosokkan secara searah pada wol, maka gelas tersebut akan menjadi bermuatan listrik positif dan wol akan menjadi bermuatan listrik negatif. Deret semacam ini dinamakan deret tribolistrik. No Nama Benda Tabel 3.1 Deret Tribolistik 1 Bulu kelinci 8 Kayu (kecenderungan positif terbesar) 2 Gelas (kaca) 9 Batu ambar 3 Mika (plastik) 10 Damar No Nama Benda 4 Wol 11 Logam (Cu, Ni, Ag) 5 Bulu kucing 12 Belerang 6 Sutera 13 Logam (Pt, Au) 7 Kapas 14 Solenoid (kecenderungan negatif terbesar) Mari Kita Cari Tahu Bagaimana cara mengetahui jenis muatan listrik pada benda? Salah satu caranya adalah dengan menggunakan elektroskop. Perhatikan Gambar

100 Gambar 3.2 Elektroskop Sederhana Sumber: Dokumen Kemdikbud, Elektroskop memiliki 3 bagian utama, yaitu kepala elektroskop yang terbuat dari logam, penghantar atau konduktor yang menghubungkan kepala elektroskop dengan daun elektroskop, dan daun elektroskop yang terbuat dari lempeng emas atau aluminium. Daun elektroskop akan mekar apabila kepala elektroskop diberi muatan dengan cara mendekatkan benda bermuatan ke kepala elektroskop. Sekarang, buatlah elektroskop dengan menggunakan alat dan bahan sederhana, dan diskusikan dengan teman kelompokmu, bagaimana cara kerja elektroskop? Hukum Coulomb Masih ingatkah Anda, bahwa muatan listrik dapat saling menarik dan dapat saling menolak? Bagaimana hubungan antara gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik dua benda bermuatan listrik terhadap jarak keduanya? Ilmuwan Perancis, Charles Augustin Coulomb ( ), menyelidiki hubungan gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik dua benda bermuatan listrik terhadap besar muatan listrik dan jaraknya menggunakan alat neraca puntir Coulomb seperti pada Gambar 3.3 Pada materi ini Anda tidak perlu melakukan penyelidikan tersebut dengan menggunakan neraca puntir, cukup lakukan Aktivitas 2 berikut. 99

101 Gambar 3.3 Set Percobaan Coulomb Sumber : Zitzewitz, Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.2 Bagaimana Interaksi Dua Benda Bermuatan terhadap Jaraknya? Apa yang Anda perlukan? 1. 1 buah penggaris, 2. 2 buah statif, 3. 2 buah balon yang sudah ditiup, 4. benang, dan 5. kain wol (dapat diganti dengan rambut yang kering). Apa yang harus Anda lakukan? 1. Agar kedua menjadi bermuatan listrik, gosokkan kedua balon tersebut pada kain wol atau rambut yang kering selama 30 detik 2. Gantung kedua balon dengan menggunakan tali sepanjang 50 cm pada masing-masing statif yang diletakkan secara berjauhan (±30 cm), seperti pada gambar berikut. Amati interaksi yang terjadi. 100

102 Gambar 3.4 Set Percobaan Sumber : Dokumen Kemdikbud. 3. Ulangi langkah pertama dan kedua, namun buat variasi lamanya waktu untuk menggosok balon, misalnya dengan menggosokkan balon ke kain wol atau rambut yang kering selama 60 detik. 4. Ulangi langkah pertama hingga ketiga, namun dengan memisahkan statif sedikit lebih dekat, misalnya 20 cm. Tabel 3.2 Data Pengamatan Kuat Interaksi Kedua Balon terhadap Lamanya Waktu Menggosok dan Jarak Kedua Muatan No Lamanya Waktu Menggosok Balon dengan Kain Wol atau Rambut yang Kering Jarak Kedua Statif Kuat Interaksi Kedua Balon 1 30 detik a) 30 cm b) 20 cm 2 60 detik a) 30 cm b) 20 cm Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Bagaimana pengaruh interaksi kedua balon terhadap variasi jarak kedua statif? Apakah jarak mempengaruhi besarnya gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik kedua balon? (Bandingkan hasil pengamatan nomor 1a dengan 1b atau nomor 2a dengan 2b) 2. Bagaimana pengaruh interaksi kedua balon terhadap lamanya waktu menggosok? Apakah besar muatan mempengaruhi besarnya gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik kedua balon? (Bandingkan hasil pengamatan nomor 1a dengan 2a atau nomor 1b dengan 2b) Apa yang dapat Anda simpulkan? Bagaimana hubungan antara gaya Coulomb dengan jarak dan besar masing-masing muatan? Berdasarkan percobaan dengan menggunakan neraca puntir, Coulomb menyimpulkan bahwa besar gaya listrik antara dua benda bermuatan adalah: 101

103 Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan atau F~ 1 r 2 Berbanding lurus dengan perkalian besar kedua muatan partikel atau F~ q 1. q 2 (a) Tolak-menolak, (b) Tarik-menarik Gambar 3.5 Gaya Coulomb pada Muatan Listrik Sumber: Dokumen Kemdikbud Secara matematis, rumusan Gaya Coulomb (Fc) dapat dituliskan sebagai berikut. Keterangan: F c = gaya Coulomb (newton) k = konstanta = 9 x 10 9 Nm 2 /C 2 r = jarak antara dua muatan (meter) F c = k. q 1. q 2 r 2 q 1 = besar muatan listrik pertama (coulomb) q 2 = besar muatan listrik kedua (coulomb) 102

104 Mari Kita Pahami Contoh Soal 1. Dua buah muatan listrik positif yang ada di dalam membran sel saraf masing-masing sebesar q dan 2q terletak pada jarak 2 cm. Hitung berapakah gaya coulomb yang dialami kedua muatan tersebut jika q = 1,6 x C! Diketahui: Muatan 1 (q 1) = +q = 1,6 x C Muatan 2 (q2 ) = +2q = 3,2 x C Jarak kedua muatan (r) = 2 cm = 2 x 10-2 m Konstanta = 9 x 10 9 Nm 2 /C 2 Ditanya: gaya coulomb kedua muatan. Jawab F c = k. q 1. q 2 r 2 F c = 9 x 10 9 Nm 2 /C 2. 1,6 x C. 3,2 x C (2 x 10 2 m) 2 F c = 11,52 x N Jadi besar gaya coulomb yang dialami muatan positif q dan 2q yang terpisah pada jarak 2 cm adalah 11,52 x N 2. Jika besar gaya coulomb antara dua muatan identik A dan B adalah 1,6 N, serta kedua muatan tersebut terpisah pada jarak 3 cm, berapakah besar masing-masing muatan A dan B? Diketahui: Gaya coulomb kedua muatan = 1,6 N Jarak kedua muatan = 3 cm = 0,03 m Ditanya: besar masing-masing muatan A dan B Jawab: Muatan A dan B identik, sehingga q A = q B = q F c = k. q A. q B r 2 q 2 1,6 N = 9 x 10 9 Nm 2 /C 2. (0,03 m) 2 103

105 q 2 1,6 N x (0,03 m)2 = 9 x 10 9 Nm 2 /C 2 1,6 N x (0,03 m)2 q = 9 x 10 9 Nm 2 /C 2 = 16 x C = 4 x 10 7 C = 0,4 µc Jadi besar masing-masing muatan identik A dan B adalah 0,4 µc Medan Listrik Tahukah Anda mengapa benda-benda yang berada di permukaan Bumi selalu ditarik menuju pusat bumi? Seluruh benda yang ada di permukaan bumi atau sekitarnya akan ditarik menuju pusat Bumi karena memiliki massa yang jauh lebih kecil dari pada massa bumi. Hal serupa ternyata juga terjadi pada muatan-muatan listrik. Muatan- muatan listrik memiliki medan listrik sehingga dapat mempengaruhi muatan lain yang berada tidak jauh darinya. Medan listrik dapat didefinisikan sebagai daerah di sekitar muatan yang masih kuat menimbulkan gaya listrik terhadap muatan lain. Medan listrik digambarkan oleh serangkaian garis gaya listrik yang arahnya keluar atau masuk ke dalam muatan. Arah garis gaya listrik ke dalam digunakan untuk menunjukkan muatan negatif dan arah garis medan listrik ke luar digunakan untuk menunjukkan muatan positif. Gambar 3.6 Garis Medan Listrik Dua Muatan Sumber: Serway, Selain melalui gambar, medan listrik suatu muatan dapat ditentukan besarnya dengan cara menghitung. Bagaimana cara menghitung besar kuat medan listrik? Agar dapat memahami cara menghitung besarnya medan listrik (E) perhatikan Gambar 3.7 dan penjelasan berikut. 104

106 Gambar 3.7 Muatan Q didekati Muatan Tes q0 Sumber: Dokumen Kemdikbud Agar mengetahui besar kuat medan listrik muatan Q, sebuah muatan uji positif (qo) yang muatannya jauh lebih kecil diletakkan di dekat muatan tersebut dengan jarak r. Berdasarkan hukum Coulomb, muatan qo tersebut akan mendapatkan gaya tolak dari muatan Q sebesar, F c = k. Q. q o r 2 karena kuat medan listrik (E) didefinisikan sebagai efek yang dihasilkan akibat keberadaan muatan listrik Q. Karena muatan (qo) ditempatkan sejauh (r), kondisi tersebut akan dihasilkan gaya coulomb (Fc) pada satuan muatan uji (q o ). Besarnya kuat medan listrik yang dialami oleh muatan uji tersebut didefinisikan secara matematis sebagai : F c = q o. E F c = k. Q. q o r 2 = q o. k Q r 2 Sehingga dapat disimpulkan bahwa besar kuat medan listrik yang dirasakan oleh muatan uji q o pada suatu titik yang berjarak r dari muatan Q adalah: E o = k Q r 2 Keterangan, E o = medan listrik (N/C) F = gaya coulomb (Newton) q = besar muatan listrik (Coulomb) Coba pikirkan, untuk mengetahui besar medan listrik suatu muatan, mengapa muatan uji yang digunakan harus jauh lebih kecil? 105

107 Mari Kita Pahami Contoh Soal 1. Gaya Coulomb yang dialami kedua muatan A dan B adalah sebesar 4 x 10-4 N. Jika besar muatan A sebesar 4 x 10-6 C dan muatan uji B sebesar 4 x C, berapakah besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji B oleh muatan A tersebut? Diketahui: Besar gaya Coulomb = 4 x 10-4 N Besar muatan A Besar muatan B Ditanyakan: = 4 x 10-6 C = 4 x C besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji B oleh muatan A (EA) Jawab: E A = F c q B E A = 4 x 10 4 N 4 x C = 108 N C Jadi, besar kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A adalah 10 8 N/C. 2. Medan listrik yang dirasakan oleh muatan uji A terhadap muatan B sebesar 80 N/C. Jika jarak kedua muatan tersebut adalah 3 cm, berapakah besar muatan B? Diketahui: Medan listrik = 80 N/C Jarak kedua muatan = 3 cm = 0,03 m Ditanyakan: besar muatan B Jawab: E = k Q r 2 80 N/C = 9 x 10 9 Nm 2 /C 2 Q ( 0,03 m) 2 Q = 80 N. (0,03 m)2 C 9 x 10 9 Nm 2 /C 2 106

108 Q = 8 x C Mari Kita selesaikan 1. Gaya Coulomb yang dialami kedua muatan A dan B adalah sebesar 3 x 10-4 N. Jika besar muatan A dan B masing-masing sebesar 2 x 10-6 C dan 1,5 x 10-6 C, berapakah besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan A oleh muatan B? 2. Pada percobaan dua buah balon bermuatan yang didekatkan, gaya tolak menolak kedua balon akan semakin besar jika posisi kedua balon tersebut semakin didekatkan. Dapatkah Anda menunjukkan sketsa (gambar) peristiwanya? Kelistrikan pada Sel Saraf Selain pada kabel, ternyata tubuh kita juga dialiri oleh arus listrik, khususnya pada syaraf yaitu dengan adanya impuls listrik. Bidang yang khusus mempelajari tentang aliran impuls listrik pada tubuh manusia disebut biolistrik. Tegangan pada tubuh berbeda dengan yang kita bayangkan seperti listrik rumah tangga. Kelistrikan pada tubuh hanya berkaitan dengan komposisi ion yang terdapat dalam tubuh, bukan listrik yang mengalir seperti pada kabel listrik di rumah-rumah. Tahukah Anda, bagaimana cara sel saraf menghantarkan impuls listrik? Bagaimana keadaan sel saraf saat tidak menghantarkan listrik? Muatan yang ada di luar dan di dalam sel saraf tidak dapat saling tarik menarik dengan sendirinya karena ada pemisah berupa membran sel saraf (perhatikan Gambar 3.8). Tarik menarik antar muatan akan terjadi jika ada rangsangan dari neurotransmitter. Masih ingatkah Anda apa itu neurotransmitter? Coba buka kembali tentang Partikel Penyusun Benda dan Makhluk Hidup untuk mengingat kembali. 107

109 Gambar 3.8 Ilustrasi Muatan Listrik pada Sel Saraf Tidak Bermyelin Sumber: Dokumen Kemdikbud Saat sel saraf tidak menghantarkan impuls, muatan positif Na+ melingkupi bagian luar membran sel. Pada kondisi demikian, membran sel saraf bagian luar bermuatan listrik positif dan membran sel bagian dalam bermuatan listrik negatif (Cl-). Lebih jelasnya, perhatikan Gambar

110 Gambar 3.9 Impuls Listrik pada Saraf Manusia Sumber: Biggs, 2008: 638. Setiap manusia memiliki sistem saraf yang dapat mengontrol gerak otot. Sistem saraf terdiri atas sel-sel saraf berfungsi untuk menerima, mengolah, dan mengirim rangsangan yang diterima panca indera. Rangsangan ini disebut impuls. Setiap sel saraf terdiri atas 3 bagian, yaitu badan sel saraf, dendrit, dan akson atau neurit. Selain ketiga bagian tersebut, pada sel saraf juga terdapat bagian tambahan berupa selubung myelin. Myelin sebetulnya bukan bagian sel saraf, tetapi terdiri dari sel pembentuk myelin yang berfungsi menyelubungi akson. Berdasarkan keberadaan myelin, terdapat dua macam neuron, yaitu neuron yang berselubung myelin dan neuron yang tidak berselubung myelin. Agar dapat mengetahui sel saraf lebih lanjut mari lakukan kegiatan berikut. 109

111 Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.3 Identifikasi Bagian Sel Saraf Bacalah dengan teliti Tabel 3.3 Bagian Sel Saraf, kemudian tunjukkan bagian-bagian sel saraf pada Gambar Tabel 3.3 Bagian Sel Saraf No. Bagian sel saraf Deskripsi 1 Dendrit Penonjolan badan sel yang bercabang-cabang dan berbentuk seperti cabang pohon 2 Badan sel Di dalamnya terdapat inti sel yang dikelilingi oleh sitoplasma. Sitoplasma mengandung organela sel seperti mitokondria, ribosom, badan golgi dan retikulum endoplasma khusus milik sel saraf yang disebut badan nissl. 3 Akson/ Neurit Penonjolan badan sel berbentuk panjang dan silindris. Setiap satu sel saraf hanya memiliki satu akson. Ujung akhir akson disebut dengan terminal akson. Terminal ini memiliki beberapa percabangan dan berbonggol. Pada bonggol inilah akan dilepaskan neurotransmitter dan disebut sebagai bonggol sinaptik. 4 Myelin Selubung lemak berlapis- lapis, dihasilkan oleh sel Schwann. Lapisan lemak myelin sulit ditembus oleh ion-ion yang keluar dan masuk membran sel saraf pada bagian akson. 5 Nodus ranvier Daerah akson terbuka yang tidak diselubungi myelin Fungsi Menerima impuls dari sel lain dan meneruskannya ke badan sel Meneruskan impuls dari dendrit ke akson Meneruskan impuls dari badan sel saraf ke sel saraf lain atau ke sel otot atau ke sel kelenjar. Pada bonggol sinaptik terjadi proses sinapsis, yaitu komunikasi antara sel saraf satu dengan yang lain atau sel saraf dengan sel otot dan sel kelenjar menggunakan neurotransmitter. Mempercepat impuls saraf dengan membantu terjadinya loncatan muatan Tempat terjadinya tarik- menarik muatan listrik di membran sel saraf. Gambar 3.10 Neuron Bermyelin Sumber: Campbell dkk., Hantaran Listrik Sering kita mendengar bahwa listrik dapat mengalir pada kabel. Apa yang mengalir dan bahan apa yang dapat mengalirkan listrik? Pernyataan bahwa listrik mengalir sebenarnya berkaitan dengan muatan yang berpindah, sebab perpindahan elektron pada bahan akan 110

112 menghasilkan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arah perpindahan elektron tersebut. Bahan-bahan apakah yang dapat menghantarkan listrik dengan baik dan yang tidak dapat menghantarkan listrik? Agar mengetahui jawabannya, Mari Kita Lakukan kegiatan berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.4 Mengidentifikasi Jenis Bahan Isolator dan Konduktor Apa yang Anda perlukan? 1. 1 buah baterai, 2. 3 buah kabel, 3. 1 bola lampu kecil, 4. 5 buah karet, 5. 1 buah kunci, 6. 1 buah pensil, cm kawat besi, cm kawat timah, 9. penghapus, dan 10. Aluminium foil. Apa yang harus Anda lakukan? 1. Susunlah alat dan bahan seperti Gambar Gambar 3.11 Rangkaian Listrik Percobaan Konduktor dan Isolator Sumber: Dokumen Kemdikbud 2. Sambungkan bahan yang digunakan dengan menggunakan kabel yang dilengkapi penjepit buaya. 3. Amati nyala lampu yang terjadi. Catat hasil pengamatan Anda dalam bentuk Tabel 3.4. Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Apakah semua bahan dapat menghantarkan arus listrik? 111

113 2. Kelompokkan mana bahan yang termasuk konduktor dan isolator listrik! Apa yang dapat Anda simpulkan? 3. Berdasarkan kegiatan yang telah Anda lakukan, apa yang dapat Anda simpulkan? Sering kita melihat orang menggunakan kabel untuk menghantarkan listrik dari suatu ujung kabel ke ujung lainnya. Mengapa menggunakan kabel? Kabel biasanya terdiri dari bahan tembaga atau perak di bagian dalamnya dan dilapisi bahan plastik atau karet di bagian luarnya. Mengapa demikian? Hal ini berkaitan dengan kemampuan bahan untuk menghantarkan listrik. Setiap bahan memiliki daya hantar listrik yang berbeda-beda. Tembaga dan perak merupakan bahan yang paling baik untuk menghantarkan listrik, sedangkan plastik dan karet merupakan bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik. Apakah Anda sudah memahami mengapa logam perak atau tembaga pada kabel dilapisi plastik atau karet? Jika masih belum mengerti, pelajari materi berikut dengan teliti dan penuh semangat. Konduktor listrik Mengapa kabel digunakan untuk mengalirkan arus listrik dari sumber listrik ke peralatan elektronik? (Gambar 3.12) Agar arus listrik dapat disalurkan dengan baik, maka dibutuhkan bahan yang mampu menghantarkan arus listrik dengan baik pula. Pada bahan ini, elektron dapat mengalir dengan mudah. Bahan-bahan yang dapat digunakan untuk menghantarkan listrik disebut dengan konduktor listrik. Tembaga (konduktor) Plastik (isolator) Gambar 3.12 Kabel Listrik dari Tembaga dengan Pelapis Plastik Sumber: Dokumen Kemdikbud Contoh dari konduktor listrik adalah tembaga, perak, dan emas. Meskipun perak dan emas merupakan konduktor yang sangat baik, tetapi karena harganya yang sangat mahal, kabel rumah tangga biasanya menggunakan bahan dari tembaga. 112

114 Isolator listrik Mengapa kabel listrik perlu dilapisi dengan plastik atau karet? Pemberian plastik atau karet sebagai pelapis kabel bertujuan agar kabel lebih aman digunakan. Sifat plastik dan karet yang sangat buruk dalam menghantarkan arus listrik membuat kedua bahan tersebut masuk ke dalam kelompok bahan isolator. Bahan isolator adalah bahan yang sangat buruk untuk menghantarkan listrik karena di dalam bahan ini elektron sulit mengalir. Semikonduktor listrik Bahan-bahan yang berada pada suhu rendah bersifat sebagai isolator, sementara pada suhu tinggi bersifat sebagai konduktor disebut bahan semikonduktor listrik. Contoh bahan semikonduktor listrik adalah karbon, silikon, dan germanium. Pada bidang elektronika, karbon biasa digunakan untuk membuat transistor yang kemudian dirangkai menjadi IC seperti pada Gambar (a) (b) (c) Gambar 3.13 Beberapa Jenis Semikonduktor: (a) Diode, (b) Transistor, dan (c) IC Sumber: 113

115 Mari Kita Cari Tahu Petir dapat menimbulkan korban karena membawa energi yang sangat besar. Petir cenderung akan menyambar benda-benda yang tinggi seperti pohon, tiang bendera, dan bangunan-bangunan yang tinggi. Oleh sebab itu, pada konstruksi bangunan-bangunan tersebut selalu diberi penangkal petir yang dipasang di atap. Tahukah Anda bagaimana sistem kerja penangkal petir? Penangkal petir dibuat runcing dari bahan konduktor (logam) dipasang di atas sebuah bangunan atau gedung yang dihubungkan dengan kabel sampai ke tanah, kemudian kabel tersebut ditanam di dalam tanah dengan tujuan agar arus petir yang sangat besar dapat segera dinetralkan ke dalam tanah (grounding). Masih ingatkah Anda bagaimana sifat konduktor? Jika masih ingat, coba jelaskan alasan penggunaan bahan konduktor untuk membuat penangkal petir! Gambar 3.14 Penangkal Petir Sumber: khedanta.wordpress.com Mari Kita Pahami Sel saraf sering diibaratkan seperti kabel listrik karena memiliki bentuk dan mekanisme kerja yang hampir sama. Coba perhatikan Gambar Setiap sel saraf hanya memiliki satu akson yang mendukung terjadinya perambatan atau hantaran arus listrik. Selain akson, penghantar listrik lain di dalam tubuh makhluk hidup selain akson adalah cairan tubuh. Cairan tubuh dapat berupa darah, cairan jaringan dan sitosol dalam sitoplasma sel. Pada sel saraf juga terdapat isolator listrik, yaitu selubung myelin pada akson 114

116 Gambar 3.15 Berkas Sel Saraf dan Kabel Listrik Sumber: Dokumen Kemdikbud Pada akson tidak berselubung myelin, sehingga hantaran arus listrik dapat terjadi sepanjang akson. Pada akson berselubung myelin, beda potensial terjadi di daerah akson yang tidak diselubungi myelin atau di daerah yang disebut nodus ranvier. Tarik menarik muatan listrik terjadi di nodus ranvier satu dan seterusnya. Dengan demikian, selain myelin berfungsi sebagai pelindung akson juga dapat mempercepat terjadinya loncatan muatan listrik pada saraf. Gambar 3.16 Pergerakan Impuls pada Akson Bermyelin dan Tidak Bermyelin Sumber: Dokumen Kemdikbud Tahukah Anda? Tidak hanya benda padat seperti tembaga dan perak, zat cair pun ada yang dapat menghantarkan 115

117 arus listrik dan ada juga yang tidak dapat menghantarkan arus listrik, contohnya larutan garam dan larutan gula. Larutan garam merupakan salah satu jenis elektrolit karena dapat menghantarkan arus listrik, sedangkan larutan gula disebut sebagai non elektrolit karena tidak dapat menghantarkan arus listrik. Gambar 3.17 Larutan Garam dan Larutan Gula Sumber: Biggs, 2008: 642. Cobalah lakukan kegiatan menyalakan bola lampu dengan membuat larutan garam dan larutan gula terlebih dahulu. Anda dapat menggunakan alat dan bahan sederhana seperti kabel yang dilengkapi penjepit buaya dan lampu LED atau amperemeter untuk mendeteksi ada tidaknya arus listrik yang mengalir. Bandingkan hasilnya antara lampu yang menggunakan larutan garam dan larutan gula. Selanjutnya buatlah laporannya! Setiap bahan memiliki kemampuan untuk menghantarkan listrik yang berbeda-beda tergantung nilai hambatan jenisnya. Semakin kecil hambatan jenis suatu bahan, maka akan semakin baik kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan listik. Tabel 3.4 menyajikan beberapa nilai hambatan jenis bahan. Berdasarkan Tabel 3.4, coba pikirkan bahan apakah yang paling baik digunakan sebagai konduktor listrik atau kabel? Mengapa? Tabel 3.4 Hambatan Jenis Bahan Sumber: Serway dkk., 2004 Bahan Konduktor Alumunium 2,82 x 10-8 Tembaga 1,72 x 10-8 Emas 2,44 x 10-8 Besi 9,71 x 10-8 Konstantan 49 x 10-8 Nikrom 100 x 10-8 Platina 10,6 x 10-8 Perak 1,59 x 10-8 Tungsen 5,65 x 10-8 Hambatan Jenis pada Suhu 20 0 C (Ωm) 116

118 Bahan Semikonduktor Karbon (grafit) 3,5 x 10-5 Germanium (murni) 5 x 10-4 Hambatan Jenis pada Suhu 20 0 C (Ωm) Silikon (murni) 6,4 x 10 2 Isolator Kaca Kuarsa 7,5 x Tahukah Anda bagaimana cara menghitung besarnya hambatan listrik dalam sel saraf? Agar dapat menghitung besarnya hambatan listrik dalam sel saraf, kita dapat mengibaratkan sel saraf sebagai kabel listrik. Coba pahami materi berikut! Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.5 Percobaan Besar Hambatan Listrik pada Kawat Konduktor Pada aktifitas ini Anda akan menyelidiki pengaruh panjang, luas penampang, dan hambatan jenis kawat penghantar terhadap besar hambatannya. Apa yang Anda perlukan? 1. 5 buah kawat penghantar dengan rincian sebagai berikut No Jenis Kawat Panjang Kawat (cm) Diameter Kawat (mm) A Kawat tembaga atau kabel dengan 30 0,5 B konduktor tembaga 30 1 C 40 0,5 D 40 1 E Kawat nikelin atau kabel dengan konduktor mikron 2. 1 buah ohmmeter (multimeter). 30 0,5 Apa yang harus Anda lakukan? 1. Hubungkan kawat A dengan multimeter, kemudian ukur hambatan pada rangkaian tersebut dengan menggunakan ohmmeter. 2. Ulangi percobaan di atas untuk mengukur kawat penghantar B, C, D, dan E. Catat hasil pengamatan kalian pada tabel berikut 117

119 Hambatan Jenis Panjang Diameter No Jenis Kawat Kawat Kawat Kawat (Ωm) (m) (mm) A Tembaga 0,30 0,5 B 0,30 1 C 0,40 0,5 D 0,40 1 E Nikelin 0,30 0,5 Luas Penampang Kawat (mm 2 ) Besar Hambatan yang Terukur oleh Ohmmeter (Ω) Apa yang Anda diskusikan? 1. Buatlah grafik hubungan antara besar hambatan listrik dengan panjang kawat! Letakkan data panjang kawat pada sumbu x dan data besar hambatan listrik pada sumbu y. (gunakan data A, B, C, dan D). 2. Amati pada grafik, bagaimana hubungan antara besar hambatan listrik dengan panjang kawat! 3. Buatlah grafik hubungan antara besar hambatan listrik dengan luas penampang kawat! Letakkan data luas penampang kawat pada sumbu x dan data besar hambatan listrik pada sumbu y (gunakan data A, B, C, dan D). 4. Amati pada grafik, bagaimana hubungan antara besar hambatan listrik dengan luas penampang kawat! 5. Berdasarkan jawaban nomor 2 dan 4, bagaimanakah hubungan antara panjang, dan luas penampang kawat penghantar dengan besar hambatannya? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan hasil kegiatan dan diskusi, buatlah kesimpulan! Besar hambatan setiap jenis kawat yang panjangnya satu satuan panjang per satu satuan luas penampang disebut hambatan jenis (ρ). Besar hambatan jenis berbeda-beda untuk setiap jenis kawat (lihat Tabel 3.4). Berdasarkan pengamatan hambatan jenis pada Aktivitas 5, maka besar hambatan kawat (R) yang panjangnya (L) dan luas penampangnya (A) adalah: R = ρ. L A Dengan: R = hambatan kawat (Ω) ρ = hambatan jenis kawat (Ω m) L = panjang kawat (m) 118

120 A = luas penampang kawat (m 2 ) Mari Kita selesaikan Coba hitung berapakah besar hambatan listrik sel saraf jika diketahui diameter akson adalah 5 x 10-6 m, hambatan jenis sel saraf 6,37 x 10-9 Ωm, dan panjang sel saraf 20 x 10-6 m? Hewan-hewan Penghasil Listrik Seperti manusia, hewan menghasilkan listrik sebagai impuls rangsang dalam tubuhnya untuk menanggapi rangsangan, bergerak, berburu mangsa, melawan predator, atau bahkan navigasi. Meskipun pada umumnya arus listrik yang dihasilkan sangat lemah, namun ada beberapa hewan yang dianugerahi keistimewaan oleh Tuhan Yang Maha Esa sehingga mampu menghasilkan arus listrik yang sangat kuat. Hewan apa sajakah yang mampu menghasilkan arus listrik yang kuat? Bacalah informasi berikut dengan teliti. Ikan Belalai Gajah Ikan belalai gajah memiliki mulut yang panjang menyerupai bentuk belalai gajah. Ikan ini dilengkapi dengan organ khusus, yang disusun oleh ribuan sel electroplax, pada bagian ekor yang mampu menghasilkan listrik statis bertegangan tinggi. Gambar 3.18 Ikan Belalai Gajah Sumber: Sel electroplax merupakan sel yang menghasilkan muatan negatif pada bagian dalam dan muatan positif pada bagian luar saat ikan belalai gajah dalam keadaan beristirahat. Arus listrik akan muncul pada saat otot ikan berkontraksi, pada saat itu pula ikan mampu mendeteksi keberadaan predator dan mangsa. 119

121 Ikan Pari Elektrik Ikan pari elektrik mampu mengendalikan tegangan listrik yang ada pada tubuhnya. Kedua sisi kepala ikan pari elektrik mampu menghasilkan listrik hingga sebesar 220 volt. Besar tegangan ini sama seperti besar tegangan listrik yang ada di rumah. Gambar 3.19 Ikan Pari Elektrik Sumber: Hiu Kepala Martil Gambar 3.20 Hiu Kepala Martil Sumber: apakabardunia.com Hiu kepala martil memiliki ratusan ribu elektroreseptor atau sel penerima rangsang listrik. Hiu kepala martil mampu menerima sinyal listrik hingga setengah milyar volt. Hiu kepala martil biasa menggunakan kemampuan mendeteksi sinyal listrik untuk mengetahui letak mangsa di bawah pasir, menghindari keberadaan predator, dan untuk mendeteksi arus laut yang bergerak sesuai medan magnet bumi. 120

122 Echidnas Gambar 3.21 Echidnas Sumber: apakabardunia.com Echidnas memiliki moncong memanjang yang berfungsi sebagai pengirim sinyal-sinyal listrik untuk menemukan serangga (mangsa). Elektroreseptor Echidnas terus menerus dibasahi agar lebih mudah untuk menghantarkan listrik. Hal inilah yang menyebabkan kebanyakan hewan yang memiliki sistem elektroreseptor berasal dari perairan. Belut Listrik Gambar 3.22 Belut Listrik Sumber: trubus.id Penelitian menunjukkan bahwa belut listrik dapat menghasilkan kejutan tanpa lelah selama satu jam. Besarnya jumlah energi listrik yang dihasilkan tersebut diyakini dapat membunuh manusia dewasa. 121

123 Lele Elektrik Gambar 3.23 Lele Elektrik Sumber: apakabardunia.com Lele air tawar yang berasal dari perairan tropis di Afrika ini memiliki kemampuan untuk menghasilkan listrik hingga sebesar 350 volt. Besarnya energi yang dihasilkan lele elektrik sama seperti energi listrik yang diperlukan untuk menyalakan komputer selama 45 menit. Konsep Listrik Dinamis Jika kita perhatikan lampu atau peralatan elektronik lain yang menggunakan listrik, semua alat tersebut membutuhkan kabel sebagai penghubung aliran arus listrik. Dari manakah aliran arus listrik tersebut berasal? Apakah makhluk hidup dapat menghasilkan arus listrik sehingga dapat digunakan untuk menyalakan lampu? Gambar 3.24 Lampu Sumber: visicomled.com Secara umum, aliran arus listrik bersumber dari pembangkit listrik. Pernahkah Anda 122

124 berpikir bagaimana cara membuat atau menemukan sumber arus listrik? Ternyata, selain dihasilkan oleh pembangkit listrik seperti generator, arus listrik juga dapat dihasilkan oleh baterai, aki (accu), dan buah-buahan terutama buah-buahan yang mengandung asam, misalnya jeruk. Mengapa jeruk dapat menjadi sumber arus listrik? Bagaimana dengan buah-buahan atau tumbuhan lainnya? Agar mengetahui jawabannya, pelajari materi berikut dengan penuh semangat. Arus Listrik Perhatikan lampu listrik di rumahmu. Ketika Anda menyalakan lampu tentunya Anda akan menekan sakelar yang terpasang di dinding. Jika satu sakelar ditekan maka lampu akan menyala tetapi mungkin lampu di ruangan lain tidak ikut menyala, atau ketika Anda menekan sakelar ternyata semua lampu di beberapa ruangan akan menyala bersamaan. Mengapa dapat terjadi demikian? Pernahkah Anda memikirkannya? Sekarang, lakukan kegiatan berikut untuk menjawab pertanyaan- pertanyaan tadi. Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.6 Menyalakan Lampu dengan Baterai Apa yang Anda perlukan? 1. Kabel (minimal 2 buah), 2. 1 buah baterai, dan 3. 1 buah bola lampu. Apa yang harus Anda lakukan? 1. Buatlah rangkaian untuk menyalakan lampu. 2. Gambarkan diagram yang dapat menyalakan lampu dan diagram yang tidak dapat menyalakan lampu. Perhatian Berhati-hatilah saat membuat rangkaian karena baterai akan menimbulkan efek panas saat dihubungkan dengan menggunakan kabel. Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Bagaimanakah cara untuk mengetahui adanya arus listrik yang mengalir dalam kabel? 123

125 2. Rangkaian listrik yang bagaimanakah yang dapat menyalakan lampu? Rangkaian listrik yang bagaimanakah yang tidak dapat menyalakan lampu? Apa yang dapat Anda simpulkan? Apa yang dapat Anda simpulkan dari kegiatan ini? Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.7 Baterai Buah Apa yang Anda perlukan? 1. 1 lempeng seng, 2. 1 lempeng besi/paku besi, 3. 1 penjepit buaya warna hitam dan 1 warna merah, 4. 1 gunting, 5. 1 pisau, 6. 1 LED 3 ma, 7. 1 amperemeter, 8. 1 sakelar, 9. 1 buah semangka, dan buah jeruk. Apa yang harus Anda lakukan? 1. Tancapkan lempeng seng dan paku besi pada semangka. Lihat Gambar Perhatikan sambungan kutub positif dengan kutub negatif baterai pada amperemeter agar arus yang terukur tidak bernilai negatif. 2. Hubungkan lempeng, lampu, sakelar, dan amperemeter dengan menggunakan kabel penjepit buaya. 3. Aturlah amperemeter dengan batas ukur arus paling kecil, kemudian nyalakan sakelar (on). 4. Bacalah kuat arus yang ditimbulkan oleh buah dan amati nyala lampu. 5. Ulangi langkah 1-4 dengan menggunakan buah lainnya dengan menggunakan variasi jumlah sebanyak 3, 4, 5, 6, dst, disusun secara seri maupun paralel. Lakukan kegiatan ini secara bertahap sampai lampu menyala. 6. Catat hasil pengamatan Anda dalam bentuk tabel. 124

126 Gambar 3.25 Rangkaian Percobaan Baterai Buah Sumber: Dokumen Kemdikbud Apa yang Anda diskusikan? 1. Bandingkan hasil pengamatan besarnya kuat arus dengan jumlah buah yang digunakan. Bagaimanakah hubungan besarnya kuat arus dengan jumlah buah? 2. Bandingkan hasil pengamatan nyala lampu dengan jumlah buah yang digunakan. Bagaimanakah hubungan nyala lampu dengan jumlah buah? 3. Mengapa buah dapat digunakan untuk menyalakan lampu? 4. Apa fungsi pemberian lempeng seng dan paku besi pada percobaan baterai buah ini? Apa yang Anda simpulkan? Berdasarkan hasil percobaan Anda, buatlah kesimpulan! Catatan: untuk kegiatan ini Anda cobalah gunakan buah-buahan yang ada di sekitar Anda dan bandingkan hasilnya. Kegiatan yang Anda lakukan pada Ayo Lakukan Aktivitas 6 dan 7 merupakan kegiatan membuat rangkaian sederhana. Buah dapat berperan sebagai baterai karena adanya penggunaan lempeng seng dan lempeng besi yang berfungsi untuk menimbulkan beda potensial dalam buah. Lempeng seng berfungsi sebagai kutub negatif dan lempeng besi berfungsi sebagai kutub positif. Adanya beda potensial dalam buah inilah yang kemudian mendorong elektron-elektron untuk bergerak hingga memicu aliran listrik dalam rangkaian. Jika Anda perhatikan sambungan dari baterai, lampu dan kabel, atau sambungan dari semangka atau jeruk, lampu, dan kabel, ternyata sambungan tersebut terhubung satu sama lain sehingga rangkaian tersebut merupakan rangkaian tertutup. Dengan demikian, sebuah rangkaian listrik yang tertutup akan menghasilkan nyala lampu. Bagaimana jika rangkaiannya tidak terhubung satu sama lain? Disebut apakah rangkaian tersebut? Coba lakukan dan pikirkan 125

127 kegiatan berikut. Mari Kita selesaikan Manakah pada gambar berikut ini yang merupakan jenis rangkaian listrik tertutup dan jenis rangkaian listrik terbuka? Jelaskan dan berikan alasan Anda. 1 No. Gambar Jenis Rangkaian Penjelasan/ Alasan

128 5 No. Gambar Jenis Rangkaian Penjelasan/ Alasan Apa yang perlu Anda diskusikan? Jelaskan apa perbedaan dari rangkaian listrik tertutup dan terbuka? Ketika Anda menghubungkan lampu dan sumber listrik dengan menggunakan kabel artinya Anda telah membuat sebuah rangkaian listrik. Pada rangkaian listrik tertutup (skalar tertutup atau posisi on), arus listrik akan mengalir dan lampu menyala. Bagaimanakah arah arus listrik tersebut? Berapakah besar arus listrik yang mengalir? Agar memahami arah aliran arus listrik dan mengetahui besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian, baca penjelasan berikut dengan seksama. Arus listrik mengalir karena pada ujung-ujung rangkaian ada perbedaan potensial listrik yang diberikan oleh baterai sebagai sumber tegangan seperti yang telah dijelaskan pada percobaan baterai buah. Ujung kawat penghantar yang memiliki banyak elektron (terhubung dengan kutub negatif baterai) dapat dikatakan memiliki potensial listrik yang rendah, sedangkan ujung kawat penghantar lainnya yang memiliki sedikit elektron (terhubung dengan kutub positif baterai) dapat dikatakan memiliki potensial listrik yang tinggi. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan arah aliran elektron adalah sebaliknya yaitu dari potensial rendah ke potensial tinggi atau dengan kata lain dari kutub negatif ke kutub positif. Pada rangkaian listrik tertutup, besar arus listrik yang mengalir pada rangkaian dapat ditentukan dengan menghitung besar muatan listrik yang mengalir pada rangkaian setiap detiknya. Hal ini dikarenakan besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian tertutup sebanding dengan besarnya muatan listrik yang mengalir pada setiap detik, atau secara matematis besar arus listrik ditulis sebagai berikut. i = q t 127

129 Keterangan: I = arus listrik (ampere) q= muatan listrik (coulomb) t = waktu (detik) Pada rangkaian listrik tertutup, pembawa muatan listrik adalah elektron sehingga besarnya muatan ditentukan oleh jumlah elektron, yaitu; Keterangan I = Arus listrik (Ampere) N = jumlah muatan listrik e = muatan elektron (Coulomb) t = waktu (detik) i = Ne t Mari Kita Pahami Contoh Soal Arus listrik sebesar 5 ma mengalir pada sel saraf selama 0,1 detik. Berapakah besar muatan dan jumlah elektron yang berpindah pada sel saraf tersebut? Diketahui: A = 5 ma = 0,005 A t = 0,1 s e = 1,6 x C Ditanyakan: besar muatan dan jumlah elektron yang berpindah pada sel saraf Jawab: Besar muatan listrik, i = q t q = i x t = 0,005 A x 0,1 s = 5 x 10 4 C Banyaknya elektron yang mengalir pada sel saraf, N = q e = q = Ne 5 x 10 4 C 1,6 x C = 3, 125 x 1015 elektron 128

130 Rangkaian Listrik Tahukah Anda mengapa ada sebuah sakelar yang dapat digunakan untuk menyalakan beberapa lampu sekaligus, tetapi ada juga sebuah sakelar yang hanya dapat digunakan untuk menyalakan sebuah lampu saja? Apa yang menyebabkan hal ini terjadi? Menyala atau tidak menyala lampu listrik terkait dengan rangkaian listrik. Agar dapat menjawab permasalahan tersebut, lakukan kegiatan berikut dengan hati-hati. Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.8 Rangkaian Lampu secara Seri dan Paralel Apa yang Anda perlukan? 1. 6 kabel dengan penjepit buaya, 2. 1 baterai, dan 3. 2 lampu bohlam. Apa yang harus Anda lakukan? 1. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan satu baterai sehingga dua lampu menyala terang. Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! Jika salah satu lampu dilepas, bagaimana dengan keadaan lampu yang lain? Disebut apakah rangkaian yang Anda peroleh tersebut? 2. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan satu baterai sehingga dua lampu menyala redup. Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! Jika salah satu lampu dilepas, bagaimana dengan keadaan lampu yang lain? Disebut apakah rangkaian yang Anda peroleh tersebut? 3. Jika rangkaian lampu secara seri dan paralel digabung menjadi satu rangkaian, apa yang terjadi? Jelaskan! Apa yang dapat Anda simpulkan? Apa yang dapat Anda simpulkan dari percobaan ini? Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.9 Rangkaian Baterai secara Seri dan Paralel Apa yang Anda perlukan? 1. 1 lampu bohlam 12 watt, 2. 6 kabel dengan penjepit buaya, dan 3. 3 baterai dan dudukkannya. 129

131 Apa yang harus Anda lakukan? 1. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan satu baterai sehingga lampu menyala! Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! 2. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan dua baterai sehingga lampu menyala! Lakukan susunan baterai dengan berbagai cara dan perhatikan nyala lampu. Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! 3. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan tiga baterai sehingga lampu menyala. Lakukan susunan baterai dengan berbagai cara dan perhatikan nyala lampu. Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! Apa yang harus Anda diskusikan? 1. Bandingkan hasil pengamatan pada langkah 1, 2, dan 3! Bagaimanakah susunan baterai yang digunakan dan nyala lampu yang terjadi! 2. Jika dibandingkan dengan Aktivitas 8 pada rangkaian lampu, disebut apakah rangkaian baterai yang Anda temukan? Apa yang dapat Anda simpulkan? Buatlah kesimpulan tentang susunan baterai yang Anda temukan! Berdasarkan Aktivitas 8 dan 9, apa yang Anda simpulkan tentang rangkaian seri dan paralel? Jika dilihat dari gambar rangkaiannya, seharusnya Anda sudah dapat menentukan mana yang rangkaian seri dan mana yang rangkaian paralel, baik untuk lampu maupun baterai. Pada rangkaian listrik yang tidak memiliki percabangan kabel, rangkaian tersebut disebut rangkaian seri. Ketiadaan percabangan kabel pada rangkaian listrik seri mengakibatkan aliran listrik akan terputus jika salah satu ujung kabel terputus, sehingga arus tidak ada yang mengalir di dalam rangkaian dan seluruh lampu akan mati. Pada rangkaian listrik yang memiliki percabangan kabel, rangkaian tersebut disebut rangkaian paralel. Jika salah satu ujung kabel terputus, maka arus listrik akan tetap mengalir pada kabel lainnya yang masih terhubung dan beberapa lampu lainnya akan tetap menyala. Sekarang, perhatikan lampu-lampu yang dipasang di rumah Anda. Dapatkah Anda menentukan rangkaian apakah yang digunakan? Sekarang Anda sudah dapat menjelaskan mengapa jika kita menekan satu sakelar di salah satu kamar, maka lampu-lampu yang ada di kamar lainnya tidak ikut terpengaruh. 130

132 Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.10 Mengetahui Hubungan antara Kuat Arus, Hambatan, dan Tegangan Listrik pada Suatu Rangkaian Listrik (Hukum Ohm) Apa yang Anda perlukan? 1. 4 buah baterai besar dengan masing-masing tegangan 1,5 volt dan dudukan baterai, 2. 4 buah resistor dengan masing-masing besar hambatan 10 kω, 20 kω, 30 kω, dan 40 kω, 3. 1 buah amperemeter dengan batas ukur 500 µa, dan 4. 5 buah penjepit buaya. Apa yang Anda lakukan? Menyelidiki hubungan besar arus listrik terhadap variasi besar hambatan pada resistor 1. Letakkan sebuah baterai pada dudukan baterai. 2. Buat rangkaian seri untuk baterai, resistor 10 kω, dan amperemeter dengan menggunakan penjepit buaya seperti pada gambar di bawah ini. Gambar 3.26 Rangkaian Percobaan Sumber: Dokumen Kemdikbud. 3. Catat besar hambatan resistor dan besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian dengan melihat hasil pengukuran amperemeter pada Tabel Ulangi langkah 2 dan 3 untuk variasi resistor dengan hambatan 20 kω, 30 kω, dan 40 kω. Tabel 3.5 Data Pengamatan Besar Hambatan dan Kuat Arus Listrik terhadap Tegangan Tegangan (V) Hambatan (kω) Kuat arus listrik (µa) 1,5 1,5 1,5 1,5 Menyelidiki hubungan besar arus listrik terhadap variasi besar tegangan listrik 1. Susun rangkaian listrik tertutup seperti pada petunjuk kerja A langkah nomor 1 dan

133 2. Catat besar tegangan baterai dan besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian dengan melihat hasil pengukuran amperemeter pada Tabel Tambahkan sebuah baterai pada dudukan baterai (2 baterai disusun secara seri), kemudian catat kembali besar tegangan baterai dan besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian dengan melihat hasil pengukuran amperemeter pada Tabel Tambahkan sebuah baterai pada dudukan baterai (3 baterai disusun secara seri), kemudian catat kembali besar tegangan baterai dan besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian dengan melihat hasil pengukuran amperemeter pada Tabel Tambahkan sebuah baterai pada dudukan baterai (4 baterai disusun secara seri), kemudian catat kembali besar tegangan baterai dan besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian dengan melihat hasil pengukuran amperemeter pada Tabel 3.6. Tabel 3.6 Data Pengamatan Tegangan dan Kuat Arus Listrik terhadap Hambatan Tegangan (V) Hambatan (kω) Kuat arus listrik (µa) Apa yang Anda analisis? 1. Berdasarkan data pada Tabel 3.5, buatlah grafik hubungan antara kuat arus dengan besar hambatan listrik. Besar hambatan listrik pada sumbu x dan besar arus listrik pada sumbu y. 2. Berdasarkan data pada Tabel 3.6, buatlah grafik hubungan antara kuat arus dengan besar tegangan listrik. Besar tegangan listrik pada sumbu x dan besar arus listrik pada sumbu y. 3. Selain besar hambatan, berdasarkan percobaan A faktor apakah yang mempengaruhi besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian? Bagaimana caranya agar arus listrik yang mengalir dalam rangkaian tersebut dapat diperbesar? 4. Selain banyaknya jumlah baterai yang digunakan, berdasarkan percobaan B faktor apakah yang mempengaruhi besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian? Bagaimana caranya agar arus listrik yang mengalir dalam rangkaian tersebut dapat diperbesar? Apa yang Anda diskusikan? 1. Perhatikan grafik nomor 1 yang telah kalian buat, jelaskan bagaimana hubungan antara besar hambatan dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian? 2. Perhatikan grafik nomor 2 yang telah kalian buat, jelaskan bagaimana hubungan antara 132

134 besar tegangan dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian? 3. Besar kuat arus 1 A, adalah kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar yang memiliki hambatan sebesar 1 Ω pada saat diberi tegangan sebesar 1 V. Berdasarkan pengertian tersebut, berapakah besar kuat arus (I) pada suatu penghantar yang besar hambatannya (R) jika diberi tegangan sebesar (V)? Tuliskan bentuk persamaannya! Persamaan itulah yang disebut Hukum Ohm. 4. Coba jelaskan apa yang akan terjadi jika sebuah alat listrik yang mula-mula dipasang pada rangkaian listrik dengan tegangan 220 V, kemudian dipasang pada rangkaian listrik dengan tegangan 110 V? 5. Mengapa lampu dengan tegangan 110 V tidak boleh dipasang pada rangkaian listrik dengan tegangan 220 V? 6. Sebuah rangkaian listrik yang menggunakan baterai sebagai sumber arus dengan besar tegangan 1,5 volt memiliki hambatan sebesar 0,3 Ω. Hitunglah berapa besar kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian tersebut! Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan analisis, buatlah kesimpulan tentang hubungan antara kuat arus, hambatan, dan tegangan listrik pada suatu rangkaian listrik. Pada suatu rangkaian listrik, hambatan listrik juga dapat dipasang secara seri dan paralel seperti pada lampu dan baterai (Ingat hasil percobaan pada Aktivitas 8 dan 9). Pola pemasangan hambatan listrik ini ternyata juga mempengaruhi besar arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian listrik. Tahukah Anda mengapa? Perhatikan penjelasan berikut! Rangkaian Hambatan Listrik Seri sehingga Pada rangkaian seri kuat arusnya bernilai sama tetapi tegangannya berbeda-beda, Gambar 3.27 Rangkaian Seri Hambatan Listrik 133

135 Sumber: Dokumen Kemdikbud I 1 = I 2 = I seri V 1 V 2 V seri tetapi V seri = V 1 + V 2 karena V seri = I seri. R seri maka I seri. R seri = I 1. R 1 + I 2. R 2 Karena I 1 = I 2 = I seri Maka I seri. R seri = I seri. V 1 + I seri. V 2 = I seri. ( R 1 +. R 2 ) kita peroleh R s = R 1 + R R n n = untuk kasus n resistor Rangkaian Hambatan Listrik Paralel Pada rangkaian paralel, tegangan listrik bernilai sama tetapi besar kuat arusnya berbeda, sehingga Gambar 3.28 Rangkaian Paralel Hambatan Listrik Sumber: Dokumen Kemdikbud V 1 = V 2 = V paralel I 1 I 2 I paralel tetapi I paralel = I 1 + I 2 karena V paralel = I paralel. R paralel V paralel R paralel = I paralel 134

136 maka I paralel = I 1 + I 2 Karena V 1 = V 2 = V paralel Maka V paralel = V 1 + V 2 = V paralel + V paralel = V R paralel R 1 R 2 R 1 R paralel ( ) 2 R 1 R 2 kita peroleh 1 R paralel = 1 R R R n n = untuk kasus n resistor Mari Kita selesaikan Hitunglah besar hambatan pengganti beberapa rangkaian hambatan berikut! a. Rangkaian hambatan 1 b. Rangkaian hambatan 2 c. Rangkaian hambatan 3 d. Rangkaian hambatan 4 135

137 Sumber Arus Listrik Listrik adalah energi, sehingga sesuai dengan hukum kekekalan energi untuk menghasilkan energi listrik perlu adanya alat yang dapat mengubah energi lain menjadi energi listrik. Secara umum, sumber arus listrik terdiri dari dua jenis, yaitu sumber arus searah (DC) dan sumber arus bolak-balik (AC). Agar lebih memahami, perhatikan Tabel 3.7. Jenis Sumber Arus Listrik Tabel 3.7 Jenis Sumber Arus Listrik Sumber Arus Proses Perubahan Energi DC (direct current) Elemen volta Kimia listrik AC (alternating current) Elemen kering (baterai) Akumulator (ACCU) Solar sel Dinamo DC Dinamo AC Generator Kimia listrik Kimia listrik Kalor listrik Gerak listrik Gerak listrik Gerak listrik Elemen volta, baterai, dan akumulator adalah sumber arus DC yang dihasilkan dari reaksi kimia, sehingga disebut juga sebagai elektrokimia. Berdasarkan dapat atau tidaknya diisi ulang, sumber arus listrik dibedakan menjadi elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer adalah sebutan bagi sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang ketika energinya habis, contohnya seperti baterai kering dan elemen volta. Elemen sekunder adalah sebutan bagi sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika energinya habis, contohnya seperti akumulator dan baterai Li-ion yang digunakan pada telepon genggam atau kamera. Sumber-Sumber Energi Listrik Tahukah Anda, dari mana asal energi listrik yang biasa kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari? Apa hanya dari minyak bumi dan batubara saja? Mengingat keterbatasan energi tambang, kini listrik tidak hanya dihasilkan dari minyak bumi atau batu bara, tetapi juga dari energi matahari, angin, air, dan bioenergi. Sumber-sumber energi tersebut merupakan energi alternatif karena ketersediaannya di alam yang dianggap sangat melimpah atau tidak akan pernah habis jika digunakan. Agar mengetahui berbagai sumber energi alternatif tersebut, bacalah uraian berikut dengan seksama. 136

138 Energi Matahari Energi matahari adalah sumber energi terbesar dan paling besar ketersediaannya. Melalui penggunaan panel surya, energi matahari dapat diubah menjadi energi listrik. Tetapi saat cuaca mendung, energi listrik yang diperoleh tidak dapat dihasilkan secara maksimal. Sehingga, energi yang diperoleh saat matahari bersinar terang akan disimpan dalam baterai agar dapat digunakan saat cuaca mendung atau bahkan malam hari. Gambar 3.29 Panel Sel Surya Sumber: freedigitalphotos.net Penggunaan energi surya di Indonesia diterapkan dalam dua macam teknologi, yaitu teknologi energi surya termal dan energi surya fotovoltaik. Energi surya termal digunakan untuk memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian dan memanaskan air. Energi surya fotovoltaik digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik, pompa air, televisi, telekomunikasi, dan lemari pendingin di Puskesmas dengan kapasitas total ± 6 MW. Energi Angin (Kincir Angin) Kincir angin adalah salah satu contoh sumber energi listrik alternatif. Energi gerak, yang dihasilkan oleh gerakan angin terhadap kincir, diubah oleh generator menjadi energi listrik. Berbeda dengan batu bara, gas, dan minyak bumi, kincir angin tidak menyebabkan polusi bagi lingkungan, sehingga kincir angin dipercaya ramah terhadap lingkungan. Oleh sebab itu, pada tahun 1930, pemerintah Amerika mulai menggunakan kincir angin sebagai sumber energi listrik utamanya. Di daerah California, saat ini sudah ada kincir angin yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik hingga 1,5 4 juta kwh setiap tahunnya, ini berarti setiap kincir angin digunakan untuk menyuplai kebutuhan listrik 150 hingga 400 rumah. Namun, ketika tidak ada angin yang berhembus maka tidak akan ada energi listrik yang dihasilkan, sehingga masih diperlukan sejumlah batubara, gas, atau minyak bumi untuk memenuhi energi listrik pada saat tersebut. 137

139 Gambar 3.30 Sumber Energi Angin Sumber: Dokumen kemdikbud Berdasarkan penelitian pada tahun 1980, ternyata penggunaan kincir angin menimbulkan permasalahan bagi lingkungan, khususnya pada penurunan populasi burung. Baling-baling kincir angin yang tinggi dan berukuran sangat besar telah menyita habitat burung sehingga timbul persaingan antara burung dan kincir. Tidak kalah dengan California, Indonesia telah membangun beberapa unit kincir angin dengan kapasitas masing-masing 80 KW di Yogyakarta dan menargetkan pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Baru (PLTB) yang mampu menghasilkan 250 MW pada tahun Energi Air (Hydropower) Air yang mengalir dari hulu ke hilir, khususnya pada sungai-sungai yang deras, dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik. Arus air sungai tersebut dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin yang terhubung pada generator sehingga energi listrik dapat dihasilkan. Gambar 3.31 PLTA Karangkates yang Memanfaatkan Aliran Sungai Brantas Sumber: Dokumen Kemdikbud 138

140 Banyaknya jumlah sungai dan danau air tawar membuat Indonesia membangun banyak Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) di seluruh wilayahnya. Potensi tenaga air di seluruh Indonesia diperkirakan sebesar MW, tetapi yang dimanfaatkan masih 100 MW dengan jumlah pabrik sekitar 800. Salah satu contoh PLTA yaitu PLTA Karangkates yang ada di Kabupaten Malang. Bioenergi Bioenergi adalah energi yang diperoleh dari biomassa. Biomassa merupakan bahan organik yang berasal dari makhluk hidup, baik dari tumbuhan maupun hewan. Limbah dari budidaya pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, maupun perikanan juga dapat digunakan sebagai sumber bioenergi. Energi yang diperoleh dari biomassa ini dapat diubah menjadi energi listrik dengan cara mengolah biomassa menjadi bahan bakar nabati, misalnya etanol atau biodisel. Bahan bakar nabati ini selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan bakar generator atau diesel untuk menghasilkan listrik. Gambar 3.32 Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa Mesto Sumber: Mari Kita Cari Tahu Tahukah Anda? Pernahkah Anda berpikir bahwa tanaman dapat menghasilkan arus listrik? Sumber listrik baru telah dikembangkan oleh Marjolein Helder dari Universitas Wegeningen Belanda. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa pada saat tumbuh, tanaman memperoleh listrik dari interaksi antara akar tanaman dengan bakteri tanah. 139

141 Gambar 3.33 Tumbuhan sebagai Sumber Energi Listrik Sumber: Akar tanaman tersebut mampu mengeluarkan cairan dan gas hingga 70% ke tanah. Selanjutnya bakteri yang ada di sekitar akar mengurai bahan organik sehingga membentuk sumber energi listrik baru. Saat menguji penelitiannya, Helder meletakkan sebuah elektrode dekat bakteri untuk menyerap elektron dan hasilnya menunjukkan ada arus listrik yang mengalir di antara elektrode tersebut. Mikroba pada tanaman mikrobial dapat menghasilkan arus 0,4 watt per meter persegi dari tanaman hidup. Ke depan energi listrik dari tanaman ini akan dikembangkan hingga dapat memproduksi sebanyak 3,2 watt meter persegi. Ini artinya akar dalam wilayah 100 meter persegi dapat memenuhi kebutuhan listrik sebuah rumah dengan pemakaian kwh per tahun. Transmisi Energi Listrik Tahukah Anda bagaimana energi listrik dapat disalurkan ke rumah-rumah dengan efektif dan efisien? Perhatikan gambar 3.34 berikut! 140

142 Gambar 3.34 Transmisi Energi Listrik Jarak Jauh Sumber: Bigss, dkk., 2008 Transmisi listrik jarak jauh dilakukan dengan menaikkan tegangan listrik. Jika tegangan listrik untuk transmisi jarak jauh rendah, maka arus listriknya akan menjadi besar sehingga diperlukan kabel listrik yang besar dan banyak energi yang terbuang menjadi kalor saat listrik disalurkan dari PLN ke rumah-rumah. Namun, dengan tegangan yang tinggi, maka arus listrik akan menjadi kecil sehingga kabel listrik yang dibutuhkan kecil dan tidak terlalu banyak energi yang terbuang. Agar tegangan listrik dari PLN dapat dinaikkan, maka diperlukan transformator step up. PLN memproduksi listrik dengan tegangan sebesar volt, sehingga perlu dinaikkan menjadi sekitar volt. Transmisi energi listrik dengan tegangan sebesar ini dilakukan dengan menaikkan kabel pada gardu-gardu listrik yang tinggi agar aman bagi penduduk. Pada transmisi berikutnya digunakan transformator step down untuk menurunkan tegangan hingga menjadi 220 volt sehingga dapat langsung didistribusikan ke penduduk. Upaya Penghematan Energi Listrik Energi listrik juga dimanfaatkan untuk mengoperasikan berbagai teknologi untuk menunjang kehidupan manusia. Coba sebutkan teknologi apa saja yang ada di rumah Anda yang memanfaatkan energi listrik sebagai sumber energi utamanya? Tahukah Anda seberapa besar energi listrik yang digunakan setiap bulan di rumah Anda? Bagaimana cara menentukan 141

143 biaya listrik setiap bulan? Total biaya listrik setiap bulan yang dibayarkan kepada PLN dihitung sesuai penggunaan energi listrik di rumah. Melalui kwh meter yang biasa dipasang di rumah, petugas PLN setiap bulan mendatangi dan mencatat besar energi listrik yang telah digunakan. Energi yang telah digunakan tersebut dikalikan dengan tarif dasar listrik yang telah ditentukan. (a) (b) Gambar 3.35 Rekening Listrik Sumber: (a) trajumaselectric.blogspot.com, (b) freedigitalphotos.net Perhitungan biaya listrik dilakukan dengan mengalikan energi listrik yang terpakai dengan tarif dasar listrik per kwh. Misalnya sebuah lampu dengan daya 10 watt dinyalakan dalam waktu 8 jam/hari selama 30 hari. Karena lampu 10 watt artinya dalam 1 detik menggunakan energi listrik sebesar 10 joule, maka energi total yang digunakan lampu selama 30 hari adalah W = P x t = 10 x 8 x 30 = 2400 Wh = 2,4 kwh. Jika tarif dasar listriknya Rp. 385, maka biaya yang harus dibayarkan adalah sebesar Rp Mari Kita selesaikan Buatlah perhitungan biaya pemakaian listrik di rumah Anda masing-masing. Gunakan rekening pemakaian listrik untuk 1 bulan. Kemukakan pendapat Anda dalam bentuk narasi. Lalu, coba Anda pikirkan cara untuk mencocokkan perhitungan biaya pemakaian listrik yang menggunakan sistem pulsa (prabayar). Mengapa kita perlu menghemat energi listrik? Bukankah energi listrik tidak pernah habis meskipun telah digunakan dari kita kecil hingga sekarang? Sebelum memahami lebih lanjut tentang upaya penghematan energi listrik, lakukan kegiatan diskusi berikut ini. Mari Kita Diskusikan Berdasarkan hasil perhitungan biaya listrik setiap bulan di atas, coba Anda menghitung berapa besar energi dan biaya listrik yang harus Anda bayarkan setiap bulannya? Dengan menggunakan energi listrik di rumah Anda sebagai acuan (jika ada), coba 142

144 hitung besar energi dan biaya listrik seluruh penduduk Indonesia yang berjumlah sekitar 264 juta penduduk. Asumsikan 264 juta penduduk tersebut terbagi ke dalam 66 juta rumah tangga dan asumsikan juga bahwa 55% penduduk Indonesia telah menggunakan energi listrik di rumahnya masing-masing. Setelah menghitung besar energi listrik yang digunakan oleh seluruh penduduk Indonesia, sekarang coba hitung berapa besar emisi karbon yang dihasilkan jika 60% penggunaan energi listrik berasal dari energi fosil. Perlu diketahui bahwa setiap 1000 mega watt daya listrik yang diproduksi dari batu bara akan menghasilkan 5,6 juta ton emisi karbon tiap tahun. Apa yang dapat Anda simpulkan dari diskusi tersebut? Ternyata tidak hanya menghemat biaya listrik yang terus-menerus naik, upaya penghematan energi listrik juga dilakukan karena besarnya emisi karbon yang dihasilkan. Besarnya emisi karbon yang dihasilkan oleh pembangkit listrik yang menggunakan batu bara adalah penyumbang terbesar terjadinya global warming. Salah satu upaya untuk menghemat energi listrik adalah dengan menggunakan energi listrik seperlunya atau mengganti peralatan listrik dengan daya yang lebih kecil. Coba perhatikan penggunaan lampu sorot yang dipasang pada kendaraan terbaru, bandingkan dengan kendaraan lama, adakah perbedaannya? Lampu sorot pada mobil-mobil baru dan lampu penerangan di rumah cenderung memanfaatkan lampu LED (Light Emitting Diode) daripada lampu bohlam seperti pada kendaraan lama. Penggunaan LED dengan daya yang lebih kecil tersebut diharapkan dapat menghemat kebutuhan energi listrik. Selain penggunaan LED, apa saja upaya yang dilakukan manusia untuk menghemat energi listrik? Coba identifikasi upayaupaya tersebut bersama-sama. Pencegahan Bahaya Penggunaan Listrik dalam Kehidupan Pernahkah Anda tersengat listrik (terkena setrum listrik)? Pada saat tersengat listrik, mungkin hanya sensasi kejut yang Anda rasakan. Namun peristiwa terparah pada tahun 1997, sebanyak 490 orang meninggal akibat tersengat listrik. Sejak saat itu berbagai tindak pencegahan dilakukan untuk menghindari jatuhnya korban jiwa akibat kelalaian manusia dalam menggunakan listrik. Berikut disajikan beberapa prosedur Aman Menggunakan 143

145 Listrik. Prosedur Aman Menggunakan Listrik. 1. Mencabut kabel dari stop kontak bila tidak menggunakan peralatan listrik. 2. Menghindari air dan kondisi tangan yang basah saat ingin menyambung atau melepas sambungan kabel dengan stop kontak. 3. Tidak memegang lubang stop kontak atau sambungan kabel yang terbuka. 4. Selalu memperhatikan peringatan penggunaan listrik yang ada pada peralatan listrik. 5. Memasang sekering untuk menghindari kebakaran dengan cara memutus arus pendek yang terjadi di rumah secara otomatis. Mari Kita Cari Tahu Anda akan merasakan sengatan listrik saat arus listrik masuk ke tubuh Anda. Darah dan cairan tubuh lainnya merupakan konduktor listrik yang baik, tetapi kulit dalam keadaan kering merupakan isolator bagi arus listrik. Kondisi kulit yang kering tersebut seperti plastik yang membungkus kabel listrik, sehingga kulit melindungi tubuh dari arus listrik yang akan masuk ke dalam tubuh. Efek kejutan listrik yang dirasakan tubuh tergantung pada banyaknya arus yang masuk, perhatikan Tabel 3.8. Tabel 3.8 Besar Arus dengan Efek Kejutan Listrik pada Tubuh Manusia Kuat Arus Listrik (A) 0,0005 Geli 0,001 Terasa nyeri 0,01 Kesulitan bergerak 0,025 Efek Kejutan yang Dirasakan Tubuh 0,05 Kesulitan bernapas 0,10 0,25 0,50 Serangan jantung 1,00 144

146 Rangkuman Selamat, Anda telah menyelesaikan modul tentang Listrik Statis dan Dinamis. Hal-hal penting yang telah Anda pelajari dalam modul Listrik Statis dan Dinamis ini adalah sebagai berikut. Listrik statis terjadi akibat adanya perbedaan muatan listrik. Muatan listrik sejenis (positif dengan positif atau negatif dengan negatif) bersifat tolak menolak. Muatan listrik yang berbeda (positif dengan negatif) bersifat tarik menarik. Besarnya gaya tolak atau gaya tarik kedua muatan listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan hukum Coulomb. Medan listrik adalah daerah yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik suatu muatan listrik. Muatan listrik negatif terdapat di dalam sel saraf dan muatan listrik positif terdapat pada bagian luar sel saraf. Sel saraf dapat menghantarkan rangsang karena adanya muatan yang tarik menarik. Tarik-menarik muatan listrik pada saraf terjadi bila terdapat rangsangan dari neurotransmiter. Berdasarkan kemampuan bahan untuk menghantarkan arus listrik, bahan digolongkan menjadi konduktor, semikonduktor, dan isolator. Besar hambatan listrik suatu kawat dipengaruhi oleh hambat jenis kawat, panjang kawat, dan luas penampang kawat. Hewan tertentu dapat menghasilkan listrik, misalnya ikan belalai gajah, ikan pari elektrik, hiu kepala martil, echidnas, belut listrik, lele elektrik. Arus listrik mengalir karena adanya perbedaan potensial listrik Rangkaian listrik terdiri 2 jenis, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. Energi listrik dapat dirubah menjadi energi lain, misalnya kipas angin yang mampu merubah energi listrik menjadi energi gerak. Sebaliknya, energi lain dapat diubah menjadi energi gerak, misalnya energi kimia pada akumulator (accu) dapat dirubah menjadi energi listrik Sumber energi listrik alternatif diperoleh dari sumber energi yang berlimpah di alam, misalnya berasal dari energi matahari, energi angin, energi air, bioenergi, dan nuklir. 145

147 Tugas Untuk memahami lebih jauh tentang Listrik Statis dan Dinamis, kerjakanlah tugas berikut. 1. Perhatikan ilustrasi sebuah elektroskop netral berikut. Apabila elektroskop tersebut didekati oleh benda bermuatan negatif, apa yang akan terjadi? 2. Diberikan sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari tiga buah lampu, dua buah sakelar, dan sebuah sumber arus listrik. Manakah lampu-lampu yang menyala jika: 1. sakelar 1 tertutup, sakelar 2 terbuka 2. sakelar 2 tertutup, sakelar 1 terbuka 3. sakelar 1 tertutup, sakelar 2 tertutup 4. sakelar 1 terbuka, sakelar 2 terbuka 3. Rangkaian listrik yang dipasang di rumah-rumah menggunakan rangkaian paralel dan bukan rangkaian seri. Apa keuntungan menggunakan rangkaian paralel tersebut? 4. Mengapa petir lebih mudah menyambar pohon kelapa dibanding pohon mangga? 5. Perhatikan gambar di bawah ini! 146

148 Hitunglah! a. Hambatan pengganti b. Arus listrik total yang mengalir pada rangkaian c. Arus listrik yang mengalir pada hambatan 9 Ω d. Arus listrik yang mengalir pada hambatan 6 Ω e. Arus listrik yang mengalir pada hambatan 1 Ω f. Tegangan listrik pada hambatan 9 Ω g. Tegangan listrik pada hambatan 6 Ω h. Tegangan listrik pada hambatan 1 Ω Rubrik penilaian Supaya tugas yang Anda kerjakan menjadi terarah dan Anda dapat menyelesaikan tugas tersebut dengan baik, maka gunakanlah rubrik penilaian berikut untuk mengukur keberhasilan Anda dalam memahami materi. Tugas No. Aspek penilaian Bobot 1. Menganalisis muatan listrik statis pada elektroskop 15% 2 Memprediksi lampu yang akan menyala dalam rangkaian listrik 15% 3 Mendeskripsikan keuntungan rangkaian listrik paralel 15% 4 Memahami potensial listrik pada petir 15% 5 Menganalisis hambatan pengganti, arus listrik, dan potensial 40% listrik pada rangkaian listrik campuran Total 100% 147

149 Tes Formatif A. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat! 1. Perubahan energi yang terjadi pada baterai yang menyalakan senter adalah. A. listrik-mekanik-cahaya B. kimia-mekanik-cahaya C. kimia-listrik-cahaya D. mekanik-listrik-cahaya 2. Gambar berikut menunjukkan baterai dan lampu yang dihubung- kan dengan kawat pada beberapa bahan. Gambar yang menunjukkan lampu menyala adalah. A. 1 B. 2 dan 3 C. 1 dan 3 D. 1, 3 dan 4 3. Batang yang terbuat dari bahan berbeda dihubungkan di antara titik P dan Q pada rangkaian berikut. Batang yang akan menyebabkan lampu menyala adalah. A. batang tembaga B. batang kayu C. batang gelas D. batang plastik 148

150 4. Energi listrik digunakan untuk menyalakan lampu. Perbandingan jumlah energi listrik yang digunakan dengan jumlah energi cahaya yang dihasilkan adalah. A. jumlah energi listrik yang dihasilkan lebih dari jumlah energi cahaya yang dihasilkan B. jumlah energi listrik yang dihasilkan kurang dari jumlah energi cahaya yang dihasilkan C. jumlah energi listrik yang dihasilkan sama dengan jumlah energi cahaya yang dihasilkan D. jumlah energi listrik yang dihasilkan terkadang lebih banyak atau lebih sedikit dari pada jumlah energi cahaya yang dihasilkan 5. Sebuah ruang kelas menggunakan berbagai peralatan listrik dengan rincian daya dan waktu pemakaian seperti pada tabel berikut! No Jenis Peralatan Listrik Besar Daya Rata-rata Pemakaian 1 4 buah lampu 20 watt 3 jam 2 Pendingin ruangan (AC) 450 watt 6 jam 3 LCD proyektor 100 watt 6 jam 4 Komputer 350 watt 6 jam Jika harga listrik tiap kwh adalah Rp. 385,00 dan listrik digunakan dari hari Senin sampai Sabtu, maka biaya listrik yang harus dibayarkan untuk kelas tersebut adalah... (asumsi 1 bulan = 30 hari). A. Rp ,00 B. Rp ,00 C. Rp ,40 D. Rp ,20 6. Tiga lampu identik dihubungkan dengan sebuah baterai seperti terlihat pada gambar berikut ini. Arah panah menunjukkan arah aliran arus listrik. Pernyataan berikut yang benar adalah. A. arus pada lampu 1 lebih besar daripada arus pada lampu 2 B. arus pada lampu 1 lebih besar daripada arus pada lampu 3 C. arus pada lampu 2 sama dengan arus pada lampu 3 149

151 D. arus pada lampu 2 sama dengan arus pada lampu 1 7. Zat kimia yang berfungsi untuk menghantarkan rangsang listrik adalah. A. lipase B. neurotransmitter C. amilase D. esterogen 8. Beberapa siswa menggunakan amperemeter (A) untuk mengukur arus pada sirkuit dengan tegangan yang berbeda-beda. Tabel di bawah ini menunjukkan hasil pengukuran beberapa siswa tersebut. Lengkapilah tabel berikut ini! Tegangan (volt) Arus listrik (miliampere) A. 5 volt B. 6 volt C. 7 volt D. 8 volt 9. Salah satu keuntungan energi matahari adalah. A. tidak menghasilkan polusi B. energi matahari tidak dapat diperbaharui C. energi matahari efisien di beberapa iklim D. energi matahari tersedia sepanjang waktu 10. Berikut yang bukan bahan bakar fosil adalah. A. batubara B. minyak bumi 150

152 C. matahari D. gas alam Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif 3 yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 3. Tingkat penguasaan = Jumlah jawaban yang benar Jumlah soal x 100% Arti tingkat penguasaan: % = baik sekali 80-89% = baik 70-79% = cukup < 70% = kurang Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar selanjutnya. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 3, terutama bagian yang belum dikuasai. 151

153 Daftar Pustaka Biggs, A., Hagins, W.C., Holliday, W.G., Kapicka, C.L., Lundgren, L., MacKenzie, A.H., Rogers, W.D., Sewer, M.B., &Zike, D. (2008). Glencoe Science: Biology. USA: McGraw-Hill Companies, Inc. Campbell, N.A., Reece. J.B., Urry, L.A., Cain, M.L., Wasserman, S.A., Minorsky, P.V., & Jackson, R.B. (2008). Biology 8th edition. USA:Pearson Education, Inc. Serway, R. A. & Jewett, J. W. (2004). Physic for Scientists and Engineers, Six Edition. California: Thomson Brook/Cole. Zubaidah, S., Mahanal, S., Yuliati, L., Dasna, I.W., Pangestuti, A.A., Puspitasari, D.R., Mahfudhillah, H.T., Robitah, A. Kurniawati, Z.L., dan Prasmala, E.R. (2017). Ilmu Pengetahuan Alam. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Sumber Daring

154 Kegiatan Belajar 4: Kemagnetan dan Induksi Elektromagnetik Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan 1. Menerapkan konsep induksi elektromagnetik atau medan magnet yang berperan penting dalam navigasi hewan saat migrasi. Sub Capaian Pembelajaran Mata Kegiatan 1. Memahami penerapan konsep medan magnet untuk navigasi hewan saat migrasi 2. Menganalisis konsep medan magnet dan induksi elektromagnetik pada bahan magnetik dan transformator. Pokok-Pokok Materi Kemagnetan dalam tubuh hewan Migrasi Hewan Gaya magnet Cara membuat magnet Kemagnetan bumi Gaya Lorentz Induksi elektromagnetik Uraian Materi Kemagnetan Setiap wilayah di belahan bumi mengalami perubahan musim setiap tahunnya. Masih ingatkah Anda apa yang menyebabkan perubahan musim dan dampaknya bagi kehidupan di bumi? Perubahan musim di bumi berdampak pada kehidupan makhluk hidup, termasuk di antaranya hewan. Hewan yang hidup di darat, air, dan udara melakukan perpindahan tempat pada musim tertentu untuk mempertahankan kehidupannya. Perpindahan tempat yang dimaksud dikenal dengan migrasi. Migrasi dilakukan hewan melalui jalur yang hampir sama pada tiap tahunnya. Beberapa hewan yang sering melakukan migrasi adalah burung, salmon, dan ikan paus. Pernahkah Anda memikirkan cara hewan melakukan migrasi? Mengapa pada saat migrasi, hewan tidak salah arah atau tersesat? Hewan-hewan tersebut tidak memiliki alat penyearah GPS (Global Positioning System) seperti yang sering digunakan masyarakat saat ini. 153

155 Sungguh besar kekuasaan Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah menciptakan makhluk hidup dengan segala kelebihannya sehingga setiap makhluk hidup dapat mempertahankan kelangsungan hidupnya. Pemanfaatan Medan Magnet pada Migrasi Hewan Kehidupan makhluk hidup di bumi dipengaruhi oleh medan magnet bumi. Medan magnet bumi adalah daerah di sekitar bumi yang masih dipengaruhi oleh gaya tarik bumi. Sebagian besar hewan memanfaatkan medan magnet bumi untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya. Medan magnet bumi berada di sekitar bumi, dapat mempengaruhi batang magnet yang diletakkan bebas di sekitar permukaan bumi. Tahukah Anda, mengapa di utara bumi ada kutub selatan magnet bumi dan di selatan bumi ada kutub utara magnet bumi? Hewan mampu mendeteksi medan magnet bumi karena di dalam tubuh hewan terdapat magnet. Fenomena tersebut dinamakan biomagnetik. Selain itu, medan magnet bumi dapat membantu hewan dalam menentukan arah migrasi, mempermudah upaya mencari mangsa, atau menghindari musuh. Tahukah Anda hewan apa saja yang melakukan migrasi dengan memanfaatkan medan magnet bumi? Cermati gambar dan uraian berikut yang menunjukkan beberapa hewan yang melakukan migrasi di bumi. Migrasi Burung Beberapa jenis burung, misal burung elang dan burung layang- layang, melakukan migrasi pada tiap musim tertentu. Burung tersebut menggunakan partikel magnetik yang ada pada tubuhnya untuk menciptakan peta navigasi dengan memanfaatkan medan magnet bumi. Gambar 4.1 Migrasi Burung Sumber: blog.sap.com Pemanfaatan medan magnet bumi juga digunakan burung merpati pos. Pada zaman dahulu, burung merpati sering dimanfaatkan sebagai kurir surat. Bagaimanakah cara merpati untuk mengetahui jalan pulang? Ternyata merpati memanfaatkan medan magnet bumi sebagai 154

156 penunjuk arah pulang. Hal ini ditunjukkan hasil penelitian Comel pada tahun 1974 yang memasang magnet di kepala burung merpati. Ternyata, setelah dipasang magnet pada kepalanya, burung merpati tiba-tiba kehilangan arah dan tidak mengetahui jalan pulang. Mengapa pemasangan magnet pada kepala burung menyebabkan burung tersesat? cari jawabannya pada berbagai sumber yang dapat Anda peroleh! Migrasi Salmon Salmon memiliki kemampuan untuk kembali ke aliran sungai air tawar tempat awal mereka menetas dan tumbuh setelah berenang ribuan mil mengarungi lautan. Penelitian dilakukan terhadap ikan salmon yang melewati Sungai Fraser di Canada dan kembali ke Sungai Fraser lagi setelah dua tahun bermigrasi mengarungi Samudra Pasifik. Hal ini dikarenakan sungai Fraser memiliki medan magnet tertentu yang dapat dideteksi oleh ikan salmon. Migrasi Penyu Gambar 4.2 Migrasi Ikan Salmon Sumber: imgkid.com Penyu memulai dan mengakhiri migrasi di Pantai Timur Florida Amerika Serikat. Jalur migrasi sepanjang km melewati Laut Sargasso, wilayah perairan Laut Atlantik Utara. Waktu yang dibutuhkan untuk sekali migrasi antara 5-10 tahun. Tidak seperti migrasi hewan lain yang umumnya dilakukan secara berkelompok, penyu bermigrasi sendiri tanpa mengikuti penyu lain. Seorang peneliti yang bernama Kenneth Lohmann dari Universitas Carolina Utara mempelajari tingkah laku tukik atau penyu saat dihadapkan dengan medan magnet yang berbeda-beda. Peneliti tersebut meletakkan penyu ke dalam sebuah wadah air yang dikelilingi alat yang dapat menimbulkan medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan disesuaikan dengan medan magnet jalur migrasi penyu, yaitu wilayah Florida utara, wilayah timur laut dekat Portugal. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa penyu mengikuti jalur migrasi yang diberikan. 155

157 Gambar 4.3 Penyu yang Bermigrasi Sumber: Ketika penyu mendeteksi medan magnet yang mirip dengan medan magnet wilayah dekat Portugal, penyu akan berenang menuju selatan ke arah Portugal. Pergerakan penyu dalam mengikuti jalur medan magnet bertujuan untuk menjaga penyu agar tetap berada di lautan yang hangat dan wilayah yang kaya akan sumber makanan. Migrasi Lobster Duri Peneliti Kenneth Lohmann juga mengobservasi kemampuan lobster duri untuk mendeteksi medan magnet dengan cara meletakkan lobster duri ke dalam bak air yang dapat diatur medan magnetnya. Setiap kali medan magnet diubah, lobster duri akan menyesuaikan diri untuk tetap bergerak menuju arah kutub utara. Hasil dari observasi tersebut membuktikan bahwa lobster duri mampu merasakan medan magnet bumi untuk memandu migrasi yang dilakukan dari lepas pantai Florida menuju lautan lepas yang lebih hangat dan tenang di setiap akhir musim gugur. Gambar 4.4 Lobster Duri Mengikuti Arah Perubahan Medan Magnet Sumber: National Geographic Channel Magnet dalam Tubuh Bakteri Tahukah Anda, bahwa dalam tubuh bakteri yang disebut dengan bakteri Magnetotactic 156

158 bacteria (MTB) terdapat organel (komponen) khusus yang disebut magnetosome? Magnetotactic bacteria merupakan kelompok bakteri yang mampu melakukan navigasi dan bermigrasi dengan memanfaatkan medan magnet. Beberapa jenis bakteri ini memiliki flagela yang berfungsi sebagai pendorong. Gambar 4.5 Magnetosome pada Bakteri Magnetospirillum magnetotacticum Saat dilihat dengan Menggunakan Mikroskop Elektron dengan Perbesaran Ribuan Kali Jenis bakteri ini ditemukan pertama kali oleh Richard P. Blakemore pada tahun Magnetosome tersusun atas senyawa magnetite (Fe 3 O 4 ) atau greigite (Fe 3 S 4 ) yang memiliki sifat kemagnetan jauh lebih kuat dibandingkan dengan magnet sintetik atau yang dibuat oleh manusia. Magnetosome dan senyawa yang terkandung di dalamnya masih terus diteliti dan diduga memiliki potensi yang besar untuk digunakan dalam bidang kesehatan. Mari Kita Diskusikan Hewan lain yang memanfaatkan medan magnet bumi untuk melakukan migrasi adalah paus. Sayangnya, migrasi yang dilakukan oleh paus tidak seberuntung hewan lain, karena dalam perjalanannya banyak kawanan paus yang tersesat. Anda mungkin pernah melihat berita di TV atau koran tentang paus yang terdampar, seperti yang pernah terjadi di perairan Beting Ujung, Muara Gembong, Bekasi, Jawa Barat (Kompas, 29 Juli 2012) atau di pantai Desa Tambala, Kecamatan Tombariri, Minahasa Sulawesi Utara (Tribun Manado, 14 Februari 2014). Tahukah Anda, mengapa paus tersebut dapat terdampar? Carilah jawabannya dengan berdiskusi dan gunakan beberapa sumber untuk memperoleh jawaban yang lengkap. 157

159 Teori Dasar Kemagnetan Jika hewan mampu mendeteksi medan magnet bumi, bagaimana dengan manusia? Apakah Anda dapat merasakan tarikan magnet bumi? Manusia tidak dapat mendeteksi keberadaan magnet bumi. Manusia membutuhkan bantuan alat seperti kompas, untuk mengetahui arah utara selatan atau keberadaan kutub utara dan kutub selatan magnet bumi. Kita sering menggunakan magnet dalam kehidupan sehari-hari. Tahukah Anda, apa saja jenis magnet yang ada selain magnet bumi dan peralatan apa saja dalam kehidupan sehari-hari yang memanfaatkan magnet? Perkembangan peradaban manusia tidak terlepas dari penemuan magnet. Mulai dari speaker, telepon, televisi, bel rumah, dan berbagai peralatan yang biasa kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari banyak memanfaatkan magnet sebagai komponen utamanya. Akan tetapi tahukah Anda apa yang dimaksud dengan magnet? Dari manakah magnet berasal? Dapatkah sifat kemagnetan suatu bahan menghilang? Atau, dapatkah kita membuat magnet? Agar dapat menjawab semua permasalahan tersebut, mari pelajari materi selanjutnya dengan penuh semangat! Konsep Gaya Magnet Istilah magnet sering kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari, bahkan Anda juga sering menggunakan magnet. Menurut Anda apa yang disebut dengan magnet? Kata magnet berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki). Di wilayah tersebut terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu. Magnet terbuat dari logam seperti besi dan baja. Magnet memiliki berbagai bentuk dan dinamakan sesuai bentuknya, seperti yang bisa Anda lihat pada Gambar 4.6. Gambar 4.6. Magnet U dan Magnet Batang Sumber: Dokumen Kemdikbud Penentuan kutub magnet batang dapat dilakukan dengan percobaan sederhana. Letakkan 158

160 magnet batang di atas gabus lalu apungkan di permukaan air, maka ujung magnet yang menunjuk ke arah utara adalah kutub utara magnet, dan ujung magnet yang menunjuk arah selatan adalah kutub selatan magnet, seperti pada Gambar 4.7. Gambar 4.7 Magnet Batang yang Diapungkan Sumber: Dokumen Kemdikbud Tahukah Anda mengapa demikian? Selanjutnya coba Anda dekatkan ujung 2 buah magnet. Ulangi kegiatan Anda dengan mendekatkan ujung lain 2 magnet tersebut. Selanjutnya amati apa yang terjadi pada kedua ujung magnet tersebut. Lakukan hal ini berulang- ulang. Dapatkah Anda membuat kesimpulannya? Magnet selalu memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub-kutub yang senama bila didekatkan akan saling tolak menolak, sedangkan kutub-kutub yang berbeda nama bila didekatkan akan saling tarik-menarik. Kutub-kutub ini selalu ada pada setiap magnet walaupun magnet tersebut dipotong menjadi potongan magnet kecil. Perhatikan Gambar 4.8 tentang interaksi dua magnet! (a) (b) Gambar 4.8 Interaksi Dua Magnet. (a) Magnet Tidak Senama Tarik Menarik; (b) Magnet Senama Tolak-menolak Sumber: Dokumen Kemdikbud Dari manakah kekuatan magnet berasal? Apa beda gaya magnet dengan gaya listrik? Mari mengingat materi tentang gaya listrik! Gaya listrik berasal dari adanya interaksi antara muatan listrik, sedangkan gaya magnet berasal dari adanya interaksi antara kutub-kutub magnet yang ditimbulkan oleh gerakan muatan listrik (elektron) pada benda. 159

161 Pada Gambar 4.8a, kutub utara dan kutub selatan partikel elementer magnet pada benda tersebut tersebar secara acak, sehingga benda tidak memiliki sifat magnet. Pada beberapa jenis logam tertentu, seperti besi dan baja, sejumlah magnet elementer magnet dapat disusun berbaris pada arah tertentu hingga benda bersifat sebagai magnet (Gambar 4.8b). (a) (b) Gambar 4.8 Magnet Elementer Penyusun Magnet, (a) Magnet Elementer Tersebar Acak, (b) Magnet Elementer Tersusun pada Arah Tertentu Sumber: National Geographic Channel Pada Gambar 4.8a, kutub utara dan kutub selatan partikel elementer magnet pada benda tersebut tersebar secara acak, sehingga benda tidak memiliki sifat magnet. Pada beberapa jenis logam tertentu, seperti besi dan baja, sejumlah magnet elementer magnet dapat disusun berbaris pada arah tertentu hingga benda bersifat sebagai magnet (Gambar 4.8b). Sifat Magnet Bahan Apa yang terjadi jika magnet didekatkan pada logam atau kayu? Pernahkah Anda mengamatinya? Mari Lakukan Aktivitas 11 untuk menemukan sifat magnet pada beberapa bahan! Mari Kita Lakukan Aktivitas 4.1 Menyelidiki Sifat Magnet Bahan Apa yang Anda perlukan? 1. 1 magnet batang, 2. benda di dalam kelas (pensil, pulpen, mistar, gunting, karet penghapus) 3. 1 paku besi, 4. 1 paku baja, 5. 1 wadah aluminium, 6. 1 sendok stainless, 7. 1 timah, 160

162 8. garam secukupnya, 9. tali secukupnya, dan statif. Apa yang harus Anda lakukan? 1. Gantung benda yang akan diuji sifat kemagnetannya dengan menggunakan tali dan statif 2. Dekatkan magnet pada benda yang telah digantung. 3. Amati apa yang terjadi pada benda saat didekati oleh magnet. Benda apa saja yang dapat ditarik oleh magnet? Benda apa saja yang tidak dapat ditarik oleh magnet? 4. Jika benda sudah menempel dengan magnet, cobalah untuk menjauhkan benda dari magnet! Benda apa saja yang dapat ditarik kuat oleh magnet? Benda apa saja yang dapat ditarik lemah oleh magnet? Perhatian Amati dengan teliti, kuat atau lemah tarikan yang ditimbulkan oleh magnet! 5. Catat data yang Anda peroleh pada Tabel 4.1 berikut. Tabel 4.1 Sifat Magnet Benda No Nama Benda Ditarik/ditolak Kuat/lemah 1 Pensil 2 Pulpen 3 Mistar Dst Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan data pengamatan, buatlah kesimpulan percobaan Anda tentang sifat magnet pada benda! Jika Anda cermati hasil kegiatan pada Aktivitas 11, dapatkah Anda menentukan sifat interaksi bahan (benda) terhadap magnet? Bagaimanakah kekuatan magnet pada masingmasing benda tersebut? Berdasarkan sifat interaksi bahan terhadap magnet, benda diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu feromagnetik, diamagnetik, dan paramagnetik. Benda-benda yang dapat ditarik kuat oleh magnet termasuk pada kelompok benda feromagnetik, misal besi, baja, kobalt, dan nikel. Benda-benda yang ditarik lemah oleh magnet 161

163 termasuk pada kelompok benda paramagnetik, misal magnesium, molibdenum, dan litium. Benda-benda yang tidak ditarik oleh magnet termasuk kelompok benda diamagnetik, misal perak, emas, tembaga, dan bismut. Mari Kita Diskusikan Apakah benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet dapat dikategorikan sebagai benda diamagnetik? Cara Membuat Magnet Magnet tidak hanya dapat ditemukan di alam sebagai magnet alami, tetapi ada juga benda yang dapat dibuat menjadi bersifat magnet. Tahukah Anda bagaimana cara membuat magnet? Coba lakukan Aktivitas 12 untuk dapat membuat magnet! Mari Kita Lakukan Aktivitas 4.2 Membuat Magnet Apa yang Anda perlukan? 1. 2 paku besar masing-masing panjangnya ± 10 cm, 2. 1 magnet batang, 3. 1 baterai besar dengan tegangan 1,5 volt, 4. 1 kawat tembaga dengan panjang ± 25 cm, 5. 1 paku kecil, dan 6. 1 kompas. Apa yang harus Anda lakukan? Langkah kerja 1 1. Dekatkan paku pertama dengan magnet seperti pada Gambar 4.9 Gambar 4.9 Percobaan Membuat Magnet dengan Cara Induksi Sumber: Dokumen Kemdikbud 2. Setelah paku pertama terinduksi menjadi magnet, dekatkan paku pertama pada paku kedua. 162

164 Gambar 4.10 Percobaan Membuat Magnet dengan Cara Induksi Sumber: Dokumen Kemdikbud 3. Gunakan kompas untuk mengetahui kutub magnet pada paku 1 Langkah kerja 2 1. Lilitkan kawat tembaga pada paku dengan arah lilitan dari bawah ke atas. Sisakan kedua ujung kawat agar cukup panjang untuk disambungkan ke kutub-kutub baterai. 2. Hubungkan ujung-ujung kawat tembaga pada kutub-kutub baterai. 3. Dekatkan ujung paku pada kutub utara magnet. Amati apa yang terjadi. Gunakan kompas untuk mengetahui kutub magnet. 4. Coba ubah arah lilitan kawat pada paku, amati apakah terjadi perubahan kutub magnet? Gambar 4.11 Percobaan Membuat Magnet dengan Cara Elektromagnetik Sumber: Dokumen Kemdikbud Langkah kerja 3 1. Gosokkan magnet pada paku dengan arah gosokan searah. 2. Dekatkan paku yang telah digosok dengan paku lainnya. Amati apa yang terjadi! 3. Gunakan kompas untuk mengetahui kutub magnet. Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Berdasarkan langkah kerja 1, amati apa yang terjadi pada paku pertama dan kedua. Apakah paku pertama menarik paku kedua? 2. Berdasarkan langkah kerja 2, apabila arah lilitan pada paku diubah dari atas ke bawah, apakah interaksi yang terjadi pada rangkaian paku dengan kutub-kutub magnet (seperti 163

165 pada percobaan langkah 3 dan 4) sama? Jika hasilnya berbeda, coba identifikasi mengapa berbeda? dan jika hasilnya sama, coba identifikasi mengapa sama? 3. Berdasarkan langkah kerja 3, bagaimana pengaruh arah gerak menggosok dengan kutub yang terbentuk pada magnet? Apa yang dapat Anda simpulkan? Uraikan prinsip dasar cara pembuatan magnet yang sesuai dengan langkah kerja 1, 2, dan Mari Kita Pahami Cobalah ingat magnet elementer pada Gambar 4.12! Besi dan baja dapat dijadikan magnet jika magnet elementernya tersusun rapi dan kutub-kutub yang senama menghadap ke arah yang sama! Coba cermati gambar berikut agar dapat memahami konsep partikel elementer pada benda yang disajikan magnet! (a) (b) Gambar 4.12 (a) Susunan Magnet Elementer Besi/Baja Sebelum Menjadi Magnet, (b) Susunan Magnet Elementer Besi/Baja yang Telah Menjadi Magnet Sumber: Dokumen Kemdikbud Besi dapat dijadikan magnet dengan cara menggosok. Besi digosok dengan arah yang tetap, agar magnet elementer dapat diatur untuk menuju ke satu arah saja. Perhatikan Gambar 4.12, ujung kutub utara magnet yang digosokkan dari ujung besi B ke A akan mengubah besi menjadi magnet dengan kutub utara pada ujung B dan kutub selatan pada ujung A. Jadi, ujung batang besi yang pertama kali digosok akan memiliki kutub yang sama dengan kutub magnet yang menggosokkannya. Sekarang coba pikirkan, bagaimanakah kutub magnet besi jika kutub selatan magnet digosokkan pada besi dengan arah B ke A? Atau jika magnet digosokkan pada besi dengan arah B ke A? Gambar Menggosok Magnet Sumber: Dokumen Kemdikbud 164

166 Baja dan besi dapat dijadikan magnet dengan cara menginduksi atau mendekatkannya dengan magnet selama beberapa waktu. Perhatikan Gambar 4.14, sifat magnet menunjukkan bahwa magnet akan saling tarik menarik jika kutub yang berbeda didekatkan, dan tolakmenolak jika kutub yang sama, sehingga ujung B akan menjadi kutub utara dan ujung A akan menjadi kutub selatan. Jadi, dapat disimpulkan bahwa ujung besi atau baja yang berdekatan dengan kutub magnet batang akan memiliki kutub yang berlawanan dengan kutub magnet penginduksinya. Gambar Induksi Magnet Sumber: Dokumen Kemdikbud Magnet juga dapat dibuat dengan cara meliliti besi atau baja dengan kawat penghantar yang dialiri arus DC. Magnet yang dibuat dengan cara demikian disebut elektromagnet. Mengapa arus DC? Karena arus DC dapat menyamakan arah magnet elementer pada besi atau baja. Gambar Induksi Elektromagnet Sumber: Dokumen Kemdikbud Kutub magnet besi atau baja yang terbentuk tergantung pada arah lilitan kawat penghantar. Jika arah arus berlawanan dengan arah jarum jam, maka ujung A besi atau baja 165

167 tersebut akan menjadi kutub utara dan ujung B akan menjadi kutub selatan. Sebaliknya, jika arah arus searah dengan jarum jam, maka ujung A besi atau baja akan menjadi kutub selatan dan ujung B akan menjadi kutub utara. Perhatikan Gambar 4.15, dengan pola lilitan tersebut (searah jarum jam), maka ujung A akan menjadi kutub selatan dan ujung B akan menjadi kutub utara. Penerapan Elektromagnet dalam Kehidupan Sehari-hari Gejala elektromagnet sering digunakan masyarakat dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa penerapan elektromagnet tersebut dapat ditemui pada bel listrik, saklar listrik, dan telepon kabel. Jika di sekitarmu tidak terdapat benda-benda tersebut, tidak perlu risau, cermatilah penjelasan berikut! Bel listrik Coba perhatikan bel listrik yang ada di sekitar Anda (jika ada). Selidiki cara kerja bel listrik tersebut! Pada saat tombol bel listrik ditekan, rangkaian arus menjadi tertutup dan arus mengalir pada kumparan. Aliran arus listrik pada kumparan ini mengakibatkan besi di dalamnya menjadi elektromagnet yang mampu menggerakkan lengan pemukul untuk memukul bel sehingga berbunyi. Saklar (a) (b) Gambar (a) Skema Rangkaian Bel Listrik, (b) Bel Listrik Sumber: (a) (b) en.wikipedia.org Bagaimana cara menyalakan lampu listrik? Di setiap rumah yang menggunakan aliran listrik, hampir semuanya menggunakan saklar. Perhatikan Gambar 4.17a. Saklar berfungsi 166

168 untuk memutuskan dan menghubungkan arus listrik pada rangkaian listrik. Khusus untuk bentuk saklar seperti pada gambar 4.17b, mulai bekerja ketika saklar membentuk rangkaian tertutup. Lilitan kawat akan berfungsi sebagai elektromagnet yang menarik ujung besi ke bawah. Setelah besi tertarik ke bawah, ujung besi lainnya akan menyimpang ke kanan dan mendorong tangkai ke kiri sehingga tangkai kiri dan kanan akan saling bersentuhan untuk mengalirkan arus listrik. Ketika arus mengalir, maka beban (lampu atau alat elektronik lainnya) akan menyala. Gambar 4.17 (a) Diagram Saklar Elektromagnetik (b) Saklar Elektromagnetik Sumber: (a) navya.co, (b) Telepon Kabel Tahukah Anda bahwa telepon kabel juga menggunakan prinsip kemagnetan? Saat menggunakan telepon, seseorang akan menerima pesan (mendengar) sekaligus mengirim pesan (berbicara). Prinsip kerja telepon pada dasarnya mengubah energi listrik menjadi energi bunyi. Pada saat ada pembicaraan, energi listrik mengalir pada kabel telepon menimbulkan efek elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah sehingga mampu menggetarkan diafragma besi lentur pada speaker telepon. Getaran pada speaker inilah yang akhirnya menggetarkan udara di sekitarnya dan memberikan efek dengar bagi telinga kita. Gambar Telepon Kawat Sumber Dokumen Kemdikbud Cara menghilangkan kemagnetan bahan Sifat kemagnetan bahan dapat dihilangkan dengan cara memukul-mukul (Gambar 167

169 4.19a), memanaskan (Gambar 4.19b), dan meliliti magnet dengan arus bolak balik atau AC (Gambar 4.19c). Pada prinsipnya, sifat kemagnetan dapat dihilangkan dengan cara mengacak arah magnet elementer. Gambar Menghilangkan Sifat Magnet dengan Cara (a) Memukul; (b) Memanaskan; dan (c) Meliliti Magnet dengan Arus AC Medan Magnet Pada materi awal, telah dibahas tentang materi medan magnet bumi. Selain bumi, benda magnetik juga dapat menghasilkan medan magnet. Bagaimana cara mendeteksi medan magnet di sekitar benda? Jika magnet yang kita pelajari pada bab ini berbentuk jarum, batang, dan tapal kuda (U), bagaimana Anda dapat membedakan besar medan magnetnya? Agar memahami konsep medan magnet, coba lakukan kegiatan berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 4.3 Mengetahui Medan Magnet Apa yang Anda perlukan? 1. Pasir besi, 2. plastik mika atau kertas, dan 3. berbagai bentuk magnet. (Catatan: Jika tidak ada pasir besi, Anda dapat mencarinya dengan cara meletakkan magnet batang pada tumpukan pasir hitam, pasir yang ditarik oleh magnet adalah pasir besi yang dapat Anda gunakan untuk percobaan ini). Apa yang harus Anda lakukan? 1. Letakkan magnet batang di bawah kertas atau mika untuk menghindari kontak langsung dengan pasir besi. 168

170 Gambar 4.20 Menyelidiki Pola Medan Magnet Sumber: Dokumen Kemdikbud 2. Taburkan pasir besi di atas kertas atau mika tersebut. 3. Amati perubahan pola yang dibentuk pasir besi di atas kertas atau mika tersebut. 4. Gambarkan pola tersebut di atas selembar kertas. 5. Ulangi kegiatan 1 4 untuk magnet U dan bentuk magnet lainnya. Apa yang perlu Anda diskusikan? Bagian manakah dari magnet batang, magnet U, dan magnet lainnya yang paling banyak ditempeli pasir besi? Mengapa? Apa yang dapat Anda simpulkan? Daerah di sekitar magnet yang dapat mempengaruhi magnet atau benda lain disebut medan magnet. Pola-pola yang dibentuk oleh pasir besi dari Aktivitas 13 merupakan bentuk garis gaya magnet yang digunakan untuk menggambarkan medan magnet. Medan magnet terbesar terletak pada ujung-ujung kutub magnet. Hal ini ditunjukkan dengan banyaknya pasir besi yang ditarik oleh ujung-ujung kutub magnet (garis-garis gaya magnetnya sangat rapat). Apakah Anda menemukan pola seperti pada Gambar 4.21? Gambar 4.21 Pola Medan Magnet Batang Sumber: Dokumen Kemdikbud 169

171 Induksi Magnet Konsep induksi magnet berawal dari tidak terkendalinya putaran jarum kompas yang ada di kapal laut saat petir menyambar. Bagaimanakah hal tersebut terjadi? Cobalah lakukan kegiatan berikut dengan semangat. Mari Kita Lakukan Gambar 4.22 Kapal Laut Disambar Petir Sumber: hdwallpapers.cat Aktivitas 4.4 Menyelidiki Medan Magnet di dekat Kawat Berarus listrik Apa yang Anda perlukan? 1. 1 kompas (jika tidak ada kompas Anda dapat menggunakan jarum yang diletakkan di atas air), 2. 1 kawat penghantar/kabel, dan 3. 1 baterai/power supply. Apa yang harus Anda lakukan? 1. Sambungkan kawat penghantar/kabel pada baterai/power supply hingga membentuk rangkaian tertutup. 2. Dekatkan kompas pada kawat penghantar/kabel, seperti pada Gambar Kemudian nyalakan power supply untuk mengalirkan arus listrik pada kabel. Amati apa yang terjadi pada jarum kompas. 170

172 Gambar 4.23 Percobaan Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus Sumber: Serway, Apakah yang terjadi jika kuat arusnya diperbesar atau arahnya dibalik? 4. Apakah yang terjadi jika letak kompasnya dipindahkan di atas kawat? 5. Apakah yang terjadi jika jarak kompas dengan kawat dijauhkan? Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Apa yang terjadi pada jarum kompas saat kawat penghantar/ kabel mulai dialiri arus listrik? Mengapa hal tersebut dapat terjadi? Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan kegiatan yang Anda lakukan, buatlah kesimpulan yang menyatakan hubungan medan magnet dan kawat berarus. Berdasarkan Aktivitas 14, apa yang Anda temukan? Bagaimana hubungan antara medan magnet dan kawat berarus listrik? Kegiatan dan hasil yang Anda temukan sebenarnya sudah dilakukan oleh Hans Christian Oersted (1820) yang menunjukkan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnet. Caranya adalah dengan mengamati pergerakan jarum kompas saat diletakkan di dekat kabel yang dialiri arus listrik. Percobaan ini kemudian dikenal dengan Percobaan Oersted. Arah medan magnet dan arah arus dapat ditunjukkan dengan menggunakan tangan kanan seperti Gambar 4.24 menunjukkan arus listrik dan B menunjukan medan magnet. 171

173 Gambar Arah Panah yang Mengelilingi Kawat Menunjukkan Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus Sumber: Dokumen Kemendikbud Jika pada kawat lurus, medan magnet terbentuk melingkari arah arus, bagaimana dengan kabel yang dibentuk melingkar dan kumparan? Perhatikan Gambar Gambar Arah Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus Sumber: Dokumen Kemendikbud Pada kumparan (Gambar 4.25a) medan magnet tampak melingkari kabel, tetapi pada kumparan (Gambar 4.25 b) medan magnetnya seolaholah membentuk kutub utara dan selatan pada ujung-ujungnya, persis seperti pada magnet batang. Teori Kemagnetan Bumi Masih ingatkah Anda materi tentang bumi? Bumi adalah magnet raksasa. Bumi memiliki kutub utara dan selatan. Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi, dan kutub selatan magnet bumi berada di sekitar kutub utara bumi. Mengapa demikian? Ketidaktepatan kutub utara dan kutub selatan magnet bumi disebut deklanasi. Selain adanya ketidak tepatan penunjukan arah kutub utara dan kutub selatan magnet bumi, ternyata medan 172

174 magnet bumi juga membentuk sudut dengan horizontal bumi, atau yang disebut dengan sudut inklinasi. Gambar 4.26 Medan Magnet Bumi Sumber: Medan magnet bumi berfungsi untuk melindungi penduduk bumi dari radiasi kosmik (partikel listrik yang dihasilkan oleh matahari atau benda-benda langit lainnya) yang mengancam kesehatan. Namun, karena adanya medan magnet bumi, partikel listrik tidak dapat masuk ke seluruh permukaan bumi, tetapi hanya akan masuk ke kutub-kutub bumi. Saat menabrak atmosfer bumi, partikel listrik tersebut diionisasi (peristiwa lepasnya elektron dari nukleon) dan membentuk plasma lemah (gas super yang dipanaskan agar elektron terlepas dari nukleon). Tampilan indah cahaya plasma inilah yang kemudian dikenal sebagai aurora. Tahukah Anda di mana sajakah kita dapat melihat aurora? Gambar Aurora Borealis Sumber: 173

175 Gaya Lorentz Konsep Gaya Lorentz Masih ingatkah Anda dengan hasil kegiatan pada Aktivitas 6.4? Mengapa jarum kompas dapat bergerak ketika arus listrik mengalir pada kabel? Gaya apakah yang membuat jarum kompas tersebut menjadi bergerak? Pada subbab ini akan dibahas hubungan antara arus listrik, magnet, dan gaya yang ditimbulkannya. Sebelum mempelajari hal tersebut, mari kita lakukan percobaan berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 4.5 Menentukan Besar dan Arah Gaya Lorentz Apa yang Anda perlukan? 1. Kawat atau batang penyangga, 2. kawat kabel berukuran kecil, 3. 2 buah magnet, 4. 3 buah baterai, 5. lempengan aluminium foil (kertas aluminium foil), dan 6. alas (triplek/ kardus/ styrofoam). Apa yang harus Anda lakukan? 1. Susunlah alat seperti gambar berikut! Gambar 4.28 Rangkaian Percobaan Ayunan Lorentz Sumber: Dokumen Kemdikbud 174

176 2. Sambungkan baterai pada rangkaian yang telah Anda buat untuk mengalirkan arus listrik. Ukurlah besar simpangan (pan- jang simpangan) yang ditimbulkan oleh aluminium foil yang dialiri arus listrik ketika didekatkan pada magnet! 3. Cobalah menambah jumlah baterai dan ukurlah besar simpangan yang dihasilkan. 4. Cobalah lakukan penambahan magnet untuk beberapa magnet jika tersedia. 5. Tuliskan hasil pengamatan Anda di Tabel 4.2a dan Tabel 4.2b berikut. Tabel 4.2a. Hasil Pengukuran Besar Simpangan Kumparan dengan Variasi Jumlah Baterai Jumlah Baterai Jumlah Magnet Besar Simpangan (cm) Tabel 4.2b. Hasil Pengukuran Besar Simpangan Kumparan dengan Variasi Jumlah Magnet Jumlah Baterai Jumlah Magnet Besar Simpangan (cm) Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Berdasarkan data, bagaimanakah hubungan antara jumlah baterai dengan besarnya simpangan yang dialami oleh kawat berarus listrik? 2. Bagaimanakah hubungan antara besar medan magnet dengan besarnya simpangan yang dialami oleh kawat berarus tersebut? Apa yang dapat Anda simpulkan? Bagaimana hubungan antara besar simpangan dengan kuat arus listrik dan medan magnet? Kesimpulan yang diperoleh pada Aktivitas 15 menunjukkan bahwa kawat berarus yang berada dalam medan magnet akan mengalami gaya yang disebut dengan Gaya Lorentz. Adanya Gaya Lorentz dalam percobaan menimbulkan simpangan pada aluminium foil. Semakin banyak baterai yang dipasang pada rangkaian, maka semakin besar arus listrik dan besar Gaya Lorentznya. Hal ini menunjukkan bahwa arus listrik sebanding dengan gaya yang ditimbulkan, demikian juga dengan perubahan medan magnet yang diberikan. Akibat dari arah arus (I) dan arah medan magnet (B) saling tegak lurus, maka secara matematis, besarnya Gaya Lorentz dituliskan sebagai berikut. 175

177 F = B. i. l Keterangan: F = gaya Lorentz (Newton) B = medan magnet tetap (Tesla) i = kuat arus listrik (Ampere) l = panjang kawat berarus yang masuk ke dalam medan magnet (meter) Penentuan arah Gaya Lorentz, dapat dilakukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Perhatikan gambar berikut. Gambar 4.29 Cara Menentukan Arah Gaya Lorentz dengan Menggunakan Kaidah Tangan Kanan Sumber: rumushitung.com Mari Kita Pahami Contoh Soal Gaya Lorentz 1. Sebuah kawat tembaga sepanjang 10 m dialiri arus listrik sebesar 5 ma. Jika kawat tembaga tersebut tegak lurus berada dalam medan magnet sebesar 8 Tesla, berapakah Gaya Lorentz yang timbul? Diketahui: l = 10 m i = 5 ma = 0,005 A B = 8 T Ditanya: Gaya Lorentz (F)? Jawab: F = 8 T. 0, 05 A. 10m = 0, 4 N Jadi, Gaya Lorentz yang timbul sebesar 0,4 N 176

178 2. Jika gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh kawat tembaga sepanjang 2 m dan dialiri arus listrik sebesar 2 ma adalah 12 N, maka berapakah besar medan magnet yang melingkupi kawat tembaga tersebut? Diketahui: l = 2 m i = 2 ma = 0,002 A F = 12 N Ditanya: medan magnet? Jawab: F = B. i. l B = F i. l 12 N B = 0, 002 A. 2 m = 3 x 103 Tesla Mari Kita selesaikan Soal Latihan Gaya Lorentz 1. Sebuah kawat penghantar memiliki panjang 12 m tegak lurus berada dalam sebuah medan magnet sebesar 90 Tesla. Jika kuat arus listrik yang mengalir pada kawat sebesar 0,02 ma, berapakah besar Gaya Lorentz-nya? 2. Jika Gaya Lorentz yang dialami sebuah kawat penghantar yang panjangnya 5 m adalah 1 N dan arus yang mengalir pada kawat sebesar 2 ma, berapakah gaya magnet yang dialami kawat penghantar tersebut? 3. Kemanakah arah gaya Lorentz, jika: a. Arah arus ke sumbu z dan arah medan magnet ke sumbu y b. Arah arus ke sumbu y dan arah medan magnet ke sumbu x Penerapan Gaya Lorentz pada Motor Listrik Apa Anda pernah melihat motor listrik? Motor listrik digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Beberapa motor listrik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya motor listrik pada kipas angin untuk yang berfungsi untuk menggerakkan baling-baling. Motor listrik memiliki beberapa komponen, diantaranya magnet tetap dan kumparan. Jika ada arus listrik yang mengalir pada kumparan yang terletak dalam medan magnet maka 177

179 kumparan tersebut akan mengalami Gaya Lorentz sehingga kumparan akan berputar. Agar kumparannya dapat berputar dengan stabil, maka kumparan dibuat seperti Gambar 4.30 yang masing-masing ujungnya dibentuk melingkar. Gambar 4.30 Motor Listrik Sederhana Sumber: Induksi Elektromagnetik Kita sudah mendiskusikan tentang beberapa fenomena yang berkaitan dengan listrik dan magnet. Misal, di sekitar kawat berarus listrik terjadi medan magnet (induksi magnetik). Jika Anda ingat tentang kegiatan untuk memahami Gaya Lorentz, tentunya Anda ingat bahwa gaya dapat terjadi pada arus listrik di sekitar medan magnet. Pembahasan lebih lanjut tentang elektromagnetik dilakukan dengan membahas konsep perubahan medan magnet dapat menghasilkan listrik, yang disebut induksi elektromagnetik. Menurut Faraday, arus listrik dapat dihasilkan dengan cara menggerakkan magnet batang keluar masuk kumparan. Temuan ini diterapkan pada generator listrik yang mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Sebelum mempelajari penerapan induksi elektromagnetik, lakukan kegiatan berikut. Mari Kita Lakukan Aktivitas 4.6 Menyelidiki Peristiwa Induksi Elektromagnetik Apa yang Anda perlukan? 1. Kumparan 600 dan lilitan (Anda dapat membuat kumparan sendiri dengan cara melilitkan kawat tembaga pada pipa), 2. magnet batang 2 buah, 3. galvanometer, dan 4. kabel penjepit buaya (penjepit tembaga). 178

180 Apa yang harus Anda lakukan? 1. Buat rangkaian tertutup untuk galvanometer dan kumparan 600 lilitan. 2. Gerakkan magnet batang masuk-keluar kumparan secara perlahan. Amati penyimpangan yang terjadi pada jarum galvanometer. Catat hasil pengamatan Anda pada tabel data. 3. Gerakkan magnet batang masuk-keluar kumparan secara cepat. Amati penyimpangan yang terjadi pada jarum galvanometer. Catat hasil pengamatan Anda pada tabel data. Gambar 3.31 Rangkaian Percobaan Induksi Elektromagnetik Sumber: Dokumen Kemdikbud 4. Gunakan dua magnet batang sekaligus dan gerakkan dua batang magnet tersebut keluarmasuk kumparan secara perlahan. Amati penyimpangan yang terjadi pada jarum galvanometer. Catat hasil pengamatan Anda pada Tabel Gunakan dua magnet batang sekaligus dan gerakkan dua batang magnet tersebut keluarmasuk kumparan secara cepat. Amati penyimpangan yang terjadi pada jarum galvanometer. Catat hasil pengamatan Anda pada tabel data. 6. Ulangi langkah 1 hingga 5 untuk kumparan lilitan. Kumparan Tabel 4.3 Data Pengamatan Magnet, gerakan 600 lilitan 1 magnet, perlahan 1 magnet, cepat 2 magnet, perlahan 2 magnet, cepat 1200 lilitan 1 magnet, perlahan 1 magnet, cepat 2 magnet, perlahan 2 magnet, cepat Simpangan Jarum Galvanometer Apa yang perlu Anda diskusikan? 1. Berdasarkan data hasil pengamatan, bandingkan simpangan jarum galvanometer berdasarkan jumlah magnet dan kecepatannya. 2. Bandingkan juga simpangan jarum galvanometer dengan jumlah lilitan. 179

181 3. Mengapa terjadi penyimpangan pada jarum galvanometer dan mengapa penyimpangannya berubah-ubah? 4. Coba amati apa yang terjadi jika kutub magnet yang dimasukkan ke kumparan tetap diam di dalam kumparan? Coba jelaskan mengapa fenomena tersebut dapat terjadi! Apa yang dapat Anda simpulkan? Berdasarkan percobaan dan data yang dilakukan, apakah yang dimaksud induksi elektromagnetik dan faktor-faktor apakah yang mempengaruhi besar gaya gerak listrik yang dihasilkan pada induksi elektromagnetik? Bagaimana dan di mana Anda menemukan penerapan induksi elektromagnetik? Alat-alat apa saja yang menggunakan prinsip kerja induksi elektromagnetik? Agar mengetahui jawabannya, ayo kita pelajari uraian berikut. Generator Generator adalah alat yang digunakan untuk merubah energi gerak (kinetik) menjadi energi listrik. Energi gerak yang dimiliki generator dapat diperoleh dari berbagai sumber energi alternatif, misalnya dari energi angin, energi air, dan sebagainya. Generator dibedakan menjadi generator AC (Alternating Current) dan generator DC (Direct Current). Generator AC atau alternator dapat menghasilkan arus listrik bolak- balik dengan cara menggunakan cincin ganda, sedangkan generator DC dapat menghasilkan arus listrik searah dengan cara menggunakan komutator (cincin belah). Dinamo AC-DC (a) (b) Gambar a) Generator AC, b) Generator DC Sumber: Serway, Dinamo adalah generator yang relatif kecil seperti yang digunakan pada sepeda. 180

182 Mengapa lampu sepeda kayuh dapat menyala meskipun tidak diberi baterai? Mengapa nyala lampu akan semakin terang apabila kita mengayuh pedal sepeda dengan lebih cepat? Ternyata pada sepeda terdapat dinamo yang berfungsi sebagai sumber energi listrik untuk menyalakan lampu. Dinamo adalah alat yang berfungsi untuk merubah energi gerak menjadi listrik. Gambar 4.33 Dinamo AC/DC Sumber: Dokumen Kemdikbud Cara kerja dinamo dan generator hampir sama, termasuk penggunaan satu cincin yang dibelah menjadi dua (komutator) pada dinamo DC dan cincin ganda pada dinamo AC. Perbedaan dinamo dengan generator terletak pada dua komponen utama dinamo, yaitu rotor (bagian yang bergerak) dan stator (bagian yang diam). Saat sepeda dikayuh dengan cepat, kumparan pada dinamo akan bergerak cepat sehingga gaya gerak listrik (GGL) induksi yang dihasilkan menjadi lebih kuat dan energi listrik yang dihasilkan menjadi lebih banyak. Selain dengan mempercepat putaran kumparan, penggunaan magnet yang kuat, memperbanyak jumlah lilitan, dan penggunaan inti besi lunak dalam dinamo juga dapat mengakibatkan GGL induksi yang dihasilkan menjadi lebih kuat. Transformator Gambar 3.34 Dinamo Sepeda Sumber: Masih ingatkah Anda bahwa sebelum dialirkan ke rumah-rumah penduduk, tegangan listrik dari PLN harus diturunkan? Bagaimana cara menurunkan atau menaikkan tegangan listrik? Salah satu caranya adalah dengan menggunakan transformator. Berdasarkan penggunaannya, transformator dibagi menjadi dua jenis, yaitu transformator step-down dan 181

183 transformator step-up. Transformator step-down berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik, sedangkan transformator step-up berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik. Gambar 4.35 (a) Transformator Step Down, (b) Transformator Step Up Sumber: Dokumen Kemdikbud Transformator pada dasarnya terdiri atas lilitan primer dan lilitan sekunder yang dihubungkan dengan menggunakan inti besi. Lilitan primer yang mendapat tegangan AC akan menginduksi inti besi hingga menjadi magnet. Perubahan arah arus AC membuat medan magnet yang terbentuk berubah-ubah, sehingga menghasilkan tegangan AC pada ujung-ujung kumparan sekunder. Besar kecilnya tegangan keluaran yang dihasilkan transformator sangat dipengaruhi oleh jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder. Jika jumlah lilitan primernya lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder juga akan lebih kecil daripada tegangan pada kumparan sekunder, dan transformator tersebut disebut transformator step down. Namun jika jumlah lilitan primernya lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder akan lebih besar daripada tegangan pada kumparan primer, dan transformator tersebut disebut transformator step up. Pada transformator ideal, energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan dipindahkan seluruhnya ke dalam kumparan sekunder. Hal ini mengakibatkan besar efisiensi transformator menjadi 100% atau secara matematis dituliskan sebagai berikut. W p = W s V p x i p x t = V s x i s x t karena transformator bekerja pada waktu yang sama yaitu t, maka V p x i p = V s x i s persamaan dapat diubah menjadi 182

184 V p V s = i s i p Berdasarkan analisis gaya gerak listrik, besar tegangan yang dihasilkan sebanding dengan jumlah lilitan kawat. Oleh karena itu, persamaannya menjadi menjadi V p V s = N p N s = i s i p Keterangan: W p W s I p I s Np Ns V p V s = energi primer = energi sekunder = arus primer = arus sekunder = lilitan primer = lilitan sekunder = tegangan primer = tegangan sekunder Walaupun demikian, efisiensi transformator pada kenyataannya tidak pernah mencapai 100% (ideal), karena biasanya sebagian energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan diubah menjadi kalor. Perubahan energi listrik menjadi kalor ini salah satunya disebabkan oleh adanya arus Eddy pada inti besinya. Gambar 4.36 Transformator Sumber: skemaku.com Perhitungan efisiensi trafo (1) yang tidak ideal tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan rumus efisiensi (η) berikut. 183

185 η = P out P in x100% keterangan: P out = daya listrik pada kumparan sekunder. P in = daya listrik pada kumparan primer. Mari Kita Pahami Contoh Soal Transformator Sebuah transformator memiliki 300 lilitan primer dan 30 lilitan sekunder. Jika tegangan pada lilitan primer adalah 220 volt, tentukan: a. Tegangan pada lilitan sekunder b. Jika arus listrik yang mengalir pada lilitan primer sebesar 0,5 ma, berapakah arus listrik yang mengalir pada lilitan sekunder? c. Efisiensi transformator d. Jenis transformator Diketahui: N p = 300 lilitan N s = 30 lilitan V p = 220 volt I p = 0,5 ma Ditanya: a. Tegangan sekunder (V s ) b. Arus sekunder (I s ) c. Efisiensi transformator (1) d. Jenis transformator Jawab: a. Tegangan sekunder (V s ) V p V s = N p N s V s V p = N s N p V s = N s N p xv p V s = 30 x220 V = 22V 300 b. Arus sekunder (i s ) 184

186 N p N s = i s i p i s i p = N p N s i s = N p N s xi p i s = 300 x0,5 ma = 5 ma 30 c. Persamaan V p V s = N p N s = i s i p hanya berlaku pada transformator ideal maka efisiensinya pasti 100%, tetapi dalam kehidupan sehari-hari tidak pernah ada transformator dengan efisiensi 100% karena adanya hambatan pada kawat penghantar sehingga sebagian energi listrik berubah menjadi panas. d. Karena V p > V s dan N p > N s maka transformator tersebut adalah transformator step down. Mari Kita selesaikan Soal Latihan Transformator 1. Sebuah transformator memiliki lilitan primer dan 300 lilitan sekunder. Bila tegangan sekundernya 3 volt dan arus primernya 4 ma, berapakah tegangan primer dan arus sekundernya? 2. Sebuah transformator step down terdiri atas kumparan primer dengan lilitan dan kumparan sekunder dengan 40 lilitan. Jika kumparan primer dihubungkan degan tegangan sebesar 330 V, berapa tegangan pada kumparan sekunder? 3. Jika daya listrik yang mengalir pada kumparan primer dan sekunder sebuah transformator berturut-turut sebesar 350 watt dan 70 watt, berapakah efisiensi transformator tersebut? Kemagnetan dalam Produk Teknologi Magnet banyak digunakan dalam berbagai produk teknologi, salah satunya yang paling populer adalah dalam teknologi kedokteran, seperti MRI. Tahukah Anda, bagaimana cara seorang dokter untuk mendeteksi adanya penyakit dalam tubuh pasien? Hingga kini, salah satu cara yang dianggap paling aman untuk mendeteksi penyakit adalah dengan menggunakan MRI (Magnetic Resonance Imaging). MRI menggunakan prinsip kemagnetan untuk mencitrakan kondisi kesehatan tulang atau organ tubuh bagian dalam manusia tanpa melalui prosedur pembedahan. 185

187 Gambar 4.37 MRI (Magnetic Resonance Imaging) Sumber: Dokumen Kemdikbud Mari Kita Pikirkan! Bagaimanakah cara kerja MRI hingga dapat mencitrakan kondisi kesehatan tulang manusia tanpa melalui prosedur pembedahan? MRI (Magnetic Resonance Imaging) Untuk mengetahui lebih lanjut, pahami penjelasan berikut! Orang yang akan dicek kesehatannya dimasukkan ke dalam medan magnet yang memiliki kekuatan 5000 kali lipat lebih kuat dari medan magnet bumi. Medan magnet sebesar ini mengakibatkan nukleon tubuh berputar dan berbaris sejajar menjadi jarum kompas (Gambar 4.38a). Nukleon tersebut kemudian ditembak dengan gelombang radio untuk menginduksi arahnya (Gambar 4.38b). 186

188 Sumber: National geographic channel Gambar Cek Kesehatan dengan menggunakan MRI Saat arahnya sejajar (gambar 4.38c), nukleon-nukleon tersebut akan memancarkan gelombang radio yang akhirnya diterima komputer sebagai pencitraan kondisi dalam tubuh (gambar 4.38d). Gambar tersebut dapat menunjukkan adanya penyakit dalam tubuh manusia (Gambar 4.38e). Teknik ini jauh lebih aman dibanding dengan Roentgen (sinar X). Lebih dari sekedar mendeteksi ada tidaknya penyakit seperti tumor, MRI dapat digunakan untuk merekam pikiran manusia. Misalnya untuk merekam bagian otak yang menanggapi rangsang panas atau dingin. Selain itu, MRI juga dapat digunakan untuk melakukan deteksi dini terhadap gejala epilepsi. Kereta Maglev Maglev merupakan kependekan dari magnetically levitated atau kereta terbang. Kereta maglev diterbangkan kurang lebih 10 mm di atas relnya. Meskipun rel dan kereta tidak menempel, kereta maglev yang super cepat yakni mampu melaju hingga 650 km/jam, tidak akan terjatuh dan tergelincir. Hal ini disebabkan kereta maglev menerapkan prinsip gaya tolak menolak magnet serta didorong dengan menggunakan motor induksi. Gambar 4.39 Kereta Maglev Sumber: National geographic channel Kereta maglev sedang dikembangkan menjadi alat transportasi masal di beberapa 187

189 negara maju seperti Jepang, Amerika, China, dan beberapa negara di Eropa seperti Prancis, Jerman, dan London. Di Jepang, kereta yang menggunakan prinsip ini, yaitu kereta Maglev yang menghubungkan kota Tokyo, Nagoya, dan Osaka. Gambar 4.40 (a) Kereta Maglev Jepang, (b) Interior dalam Kereta Maglev saat Uji Coba Sumber: (a) (b) d13uygpm1enfng.cloudfront.net 188

190 Rangkuman Selamat, Anda telah menyelesaikan modul tentang Kemagnetan dan Induksi Elektromagnetik. Hal-hal penting yang telah Anda pelajari dalam modul Kemagnetan dan Induksi Elektromagnetik ini adalah sebagai berikut. Magnet adalah benda yang memiliki kemampuan dapat menarik benda lain. Magnet memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub-kutub yang senama bila didekatkan akan saling tolak menolak, sedangkan kutub-kutub yang berbeda nama bila didekatkan akan saling tarik-menarik. Lobster duri, bakteri, merpati, elang, salmon, dan penyu laut memanfaatkan prinsip medan magnet bumi untuk navigasi, menghindari predator, dan mencari mangsa. Gaya magnet ditimbulkan oleh gerakan muatan listrik seperti elektron dan proton (partikel elementer penyusun magnet). Berdasarkan kekuatan magnet untuk menarik benda, bahan magnet dibagi menjadi tiga, yaitu feromagnetik, diamagnetik, dan paramagnetik. Magnet dapat dibuat dengan cara menggosok, induksi (mendekatkan), dan induksi elektromagnetik. Sifat kemagnetan bahan dapat dihilangkan dengan cara memukul-mukul, memanaskan, dan meliliti magnet dengan arus searah atau AC. Pada prinsipnya, sifat kemagnetan dapat dihilangkan dengan cara mengacak arah magnet elementer. Bumi adalah magnet raksasa. Sama seperti magnet lainnya, bumi memiliki kutub utara dan selatan. Kutub utara magnet bumi berada di kutub selatan bumi, dan kutub selatan magnet bumi berada di kutub utara bumi. Interaksi kawat berarus dalam sebuah medan magnet akan menghasilkan gaya, yang disebut sebagai gaya Lorentz. Besarnya gaya Lorentz tersebut dipengaruhi oleh besarnya kuat medan magnet, arus listrik, dan panjang kawat. Contoh penerapan gaya Lorentz dalam kehidupan sehari-hari adalah motor listrik, bel listrik, relai, dan telepon kawat. Induksi elektromagnetik membahas tentang konsep arus listrik yang dapat menghasilkan medan magnet atau medan magnet yang mampu menghasilkan listrik. Contoh penerapan induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari adalah generator, dinamo AC/DC, dan transformator. Transformator adalah alat yang digunakan untuk merubah besar tegangan listrik. Berdasarkan penggunaannya, transformator dibagi menjadi dua jenis, yaitu transformator step down dan transformator step up. 189

191 Transformator step down berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik, sedangkan transformator step up berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik. Perhitungan efisiensi trafo (1) yang tidak ideal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut o η = P out P in x100% Prinsip elektromagnetik diterapkan dalam teknologi sebagai pendeteksi penyakit dalam tubuh manusia tanpa melalui prosedur pembedahan atau MRI (Magnetic Resonance Imaging) dan kereta maglev. 190

192 Tugas Untuk memahami lebih jauh tentang Kemagnetan dan Induksi Elektromagnetik, kerjakanlah tugas berikut. 1. Sebatang magnet dipotong seperti pada gambar di bawah. Tuliskan simbol N dan S pada kotak untuk menunjukkan kutub dari ujung yang dipotong! 2. Gambar berikut menunjukkan jarum kompas dengan label utara dan selatannya. Kompas tersebut diletakkan di dekat sebuah magnet batang seperti gambar di bawah. Gambarkan jarum kompas pada lingkaran di bawah dan beri label kutub utara dan selatannya. Jelaskan jawaban Anda menggunakan pengetahuan Anda tentang magnet 3. Gambar berikut menunjukkan apa yang akan terjadi pada tiga magnet ketika ketiga magnet tersebut diletakkan berdekatan pada sebuah pensil. Magnet X dan Y bergerak sampai bersentuhan tapi magnet Y dan Z tetap terpisah. Jelaskan mengapa magnet X dan Y dapat bersentuhan? Jelaskan mengapa magnet Y dan Z tetap terpisah? 4. Dayu memiliki dua batang logam. Dia tahu batang logam 1 merupakan magnet. a. Bagaimana dia menggunakan batang logam 1 untuk mencari tahu jika batang logam 2 191

193 adalah magnet? b. Apa yang seharusnya dia amati jika batang logam 2 merupakan magnet? 5. Jelaskan bagaimana prinsip kerja kereta maglev! Rubrik penilaian Supaya tugas yang Anda kerjakan menjadi terarah dan Anda dapat menyelesaikan tugas tersebut dengan baik, maka gunakanlah rubrik penilaian berikut untuk mengukur keberhasilan Anda dalam memahami materi. Tugas No. Aspek penilaian Bobot 1. Menganalisis kutub magnet jika sebuah magnet batang 20% dipotong 2 Memprediksi arah kompas 20% 3 Menganalisis tarikan dan tolakan pada magnet 20% 4 Menganalisis material magnetik 20% 5 Mendeskripsikan prinsip kerja maglev 20% Total 100% 192

194 Tes Formatif A. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat! 1. Magnet berikut ini yang bekerja dengan memanfaatkan medan magnet bumi adalah... A. magnet batang B. magnet ladam C. magnet U D. magnet jarum 2. Perhatikan gambar berikut! Jika sebuah magnet batang dipotong, maka keberadaan kutubnya... A. bagian a hanya akan memiliki kutub utara saja B. bagian a memiliki kutub utara dan selatan C. bagian b tidak memiliki kutub D. bagian a dan b masing-masing hanya memiliki satu jenis kutub saja 3. Perhatikan gambar berikut! Jika sebuah paku dililit oleh kawat yang dialiri arus listrik, maka yang akan terjadi pada paku adalah. A. paku akan meleleh B. paku mampu mengalirkan listrik C. paku dapat menjadi magnet D. paku tidak mengalami reaksi apapun 4. Di kotak ada campuran serbuk besi dan pasir. Cara yang paling mudah untuk memisahkan serbuk besi dari pasir adalah. 193

195 A. menuangkan air pada campuran tersebut B. menggunakan kaca pembesar C. menggunakan magnet D. memanaskan campuran tersebut 5. Hewan-hewan berikut yang memanfaatkan kemagnetan bumi untuk melakukan navigasi adalah. A. lobster duri B. siput C. gurame D. lele 6. Magnet yang kuat akan memisahkan campuran antara. A. plastik dan kertas B. alumunium dan seng C. besi dan aluminium D. emas dan perak 7. Perhatikan gambar berikut! Berikut dari keempat gambar tersebut yang menunjukkan jika dua magnet didekatkan maka akan saling tolak menolak adalah gambar. A. 1 dan 3 B. 2 dan 3 C. 1 dan 4 D. 1, 2, 3, dan 4 8. Seorang siswa melakukan investigasi untuk menguji kekuatan magnet. Siswa tersebut memiliki beberapa magnet dengan ukuran, bentuk dan massa yang berbeda. Dia menggunakan magnet untuk mengangkat klip logam. Cara mengukur kekuatan magnet melalui investigasi yang benar adalah dengan menghitung. A. massa magnet yang mengangkat klip logam B. ukuran magnet yang mengangkat klip logam 194

196 C. jumlah klip logam yang diangkat oleh magnet D. klip logam yang tetap menempel pada magnet 9. Peralatan berikut yang memanfaatkan prinsip induksi elektromagnetik adalah. A. kipas angin B. jam tangan C. lampu D. kompor 10. Perhatikan gambar berikut ini! Arah gerak jarum galvanometer dipengaruhi oleh. A. kecepatan gerak magnet B. kutub magnet yang dimasukkan C. jumlah lilitan D. besar medan magnet Cocokkanlah jawaban Anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif 4 yang terdapat di bagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian, gunakan rumus berikut untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 4. Tingkat penguasaan = Jumlah jawaban yang benar Jumlah soal x 100% Arti tingkat penguasaan: % = baik sekali 80-89% = baik 70-79% = cukup < 70% = kurang 195

197 Apabila mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, Anda dapat meneruskan dengan Kegiatan Belajar selanjutnya. Bagus! Jika masih di bawah 80%, Anda harus mengulangi materi Kegiatan Belajar 4, terutama bagian yang belum dikuasai. 196

198 Daftar Pustaka Biggs, A., Hagins, W.C., Holliday, W.G., Kapicka, C.L., Lundgren, L., MacKenzie, A.H., Rogers, W.D., Sewer, M.B., &Zike, D. (2008). Glencoe Science: Biology. USA: McGraw-Hill Companies, Inc. Campbell, N.A., Reece. J.B., Urry, L.A., Cain, M.L., Wasserman, S.A., Minorsky, P.V., & Jackson, R.B. (2008). Biology 8th edition. USA:Pearson Education, Inc. Serway, R. A. & Jewett, J. W. (2004). Physic for Scientists and Engineers, Six Edition. California: Thomson Brook/Cole. Zubaidah, S., Mahanal, S., Yuliati, L., Dasna, I.W., Pangestuti, A.A., Puspitasari, D.R., Mahfudhillah, H.T., Robitah, A. Kurniawati, Z.L., dan Prasmala, E.R. (2017). Ilmu Pengetahuan Alam. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Sumber Daring

199 Tugas Akhir Mari Kita Kerjakan Proyek Topik 1: Sistem Kerja Radar 1. Permasalahan Pernahkah Anda mendengar atau melihat radar? Radar sering digunakan di bidang cuaca, militer, kepolisian, pelayaran, dan penerbangan. Carilah informasi tentang radar yang meliputi sistem kerja dan manfaatnya di bidang-bidang tersebut dari berbagai sumber! 2. Perencanaan Carilah informasi sebanyak dan sedetail mungkin tentang radar. Susun informasi tersebut dengan baik dalam bentuk makalah/poster dan presentasikan hasil kerja Anda. 3. Pelaksanaan Lakukan kegiatan pencarian informasi tentang sistem kerja radar dan manfaatnya di berbagai bidang. 4. Penilaian Penilaian dilakukan berdasarkan: a. Produk berupa makalah atau poster tentang sistem kerja radar dan manfaat radar pada berbagai bidang. b. Presentasi makalah atau poster tentang sistem kerja radar dan manfaat radar pada berbagai bidang. 204

200 Rubrik penilaian tugas akhir Supaya tugas yang Anda kerjakan menjadi terarah dan Anda dapat menyelesaikan tugas tersebut dengan baik, maka gunakanlah rubrik penilaian berikut untuk mengukur keberhasilan Anda dalam memahami materi. Tugas No. Aspek penilaian Bobot 1. Permasalahan 10% 2 Perencanaan 15% 3 Pelaksanaan 25% 4 Hasil pengamatan 30% 5 Kesimpulan 10% 6 Kreatifitas 10% Total 100% 205

201 Tes Akhir Pilihlah jawaban a, b, c, atau d yang paling tepat. 1. Perhatikan gambar irisan telinga berikut ini! saluran eustacius, saluran setengah lingkaran, dan gendang telinga ditunjukkan secara berturut-turut dengan huruf... T P P R S Sumber: Campbell et al A. S, P, dan R B. T, S, dan R C. S, T, dan R D. T, P, dan R 2. Pada saat mendengar suara yang sangat keras, sebaiknya kita membuka mulut. Tujuan dari tindakan tersebut adalah... A. dapat bernapas lega B. suara dapat masuk ke rongga mulut C. tekanan udara telinga tengah sama dengan telinga luar D. gelombang suara keras terpecah masuk ke dalam tubuh 3. Berikut ini adalah struktur yang terdapat dalam telinga manusia: (1) daun telinga (2) saluran telinga (3) gendang telinga (4) tulang sanggurdi (5) tulang landasan (6) tulang martil (7) koklea (8) saraf pendengaran Setelah gelombang bunyi sampai di telinga, agar bunyi dapat didengar, getaran berturut- 206

202 turut melalui struktur bernomor... A. (1)-(2)-(3)-(4)-(5)-(6)-(7)-(8) B. (1)-(2)-(3)-(6)-(5)-(4)-(7)-(8) C. (1)-(2)-(3)-(6)-(4)-(5)-(7)-(8) D. (1)-(2)-(3)-(5)-(4)-(6)-(7)-(8) 4. Sebuah bandul digetarkan selama 30 detik sehingga menghasilkan 20 getaran. Periode bandul tersebut adalah... sekon. A. 0,15 B. 0,33 C. 0,25 D. 1,50 5. Banyak getaran yang terjadi setiap detik disebut... A. panjang gelombang B. periode C. amplitude D. Frekuensi 6. Sebuah gelombang bunyi merambat dengan kecepatan 340 m/s. Jika frekuensi gelombang adalah 53 Hz, panjang gelombang dari gelombang tersebut adalah... m. A. 6,8 B. 6,7 C. 6,6 B. 6,5 7. Dari beberapa medium berikut, gelombang bunyi akan merambat lebih cepat adalah pada... A. alumunium B. udara C. gas Karbon D. alkohol 8. Pernyataan yang benar mengenai hukum pemantulan bunyi adalah... A. bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak pada satu bidang, sudut datang lebih kecil dari sudut pantul B. bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak pada satu garis, sudut datang sama dengan sudut pantul C. bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak pada satu bidang, sudut datang 207

203 sama D. dengan sudut pantul E. bunyi datang, garis normal, dan bunyi pantul terletak pada satu bidang, sudut datang tidak sama dengan sudut pantul 9. Sumber bunyi merambat dengan kecepatan m/s, bila frekuensi 500 hertz, maka panjang gelombang bunyi tersebut adalah... A. 0,2 meter B. 5 meter C. 100 meter D. 500 meter 10. Bunyi yang frekuensinya teratur disebut... A. desah B. dentum C. nada D. gaung 11. Fakta yang benar tentang hubungan antara cahaya dan kemampuan mata untuk melihat benda adalah... A. mata dapat melihat benda karena benda memantulkan cahaya yang diterimanya, sehingga cahaya masuk ke mata B. mata dapat melihat benda karena benda memiliki kemampuan menyerap cahaya yang diterima C. mata dapat melihat benda karena cahaya yang mengenai benda dibiaskan D. mata dapat melihat benda karena saraf-saraf mata memiliki kemampuan untuk melihat benda, sehingga kemampuan mata untuk melihat tidak ada hubungannya dengan cahaya 12. Pembentukan bayangan yang benar pada cacat mata A. B. 208

204 C. D. 13. Bagian mata yang mengatur jumlah cahaya yang masuk ke dalam mata adalah... A. iris B. kornea C. pupil D. saraf mata 14. Budi menderita hipermetropi sehingga dia tidak dapat melihat benda yang berada pada jarak dekat dengan jelas. Jenis lensa untuk membantu penglihatan Budi adalah... A. lensa tipis B. lensa ganda C. lensa cekung D. lensa cembung 15. Laser merupakan salah satu peristiwa yang menunjukkan bahwa cahaya memiliki sifat... A. cahaya tampak B. cahaya merambat lurus C. cahaya dipantulkan D. cahaya dibiaskan 16. Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung apabila benda terletak pada jarak kurang dari titik fokus cermin adalah... A. maya, terbalik, diperkecil, dan terletak antara M dan F B. maya, tegak, diperbesar, dan terletak di belakang cermin C. nyata, terbalik, sama besar dan terletak di titik M D. maya, tegak, diperkecil, dan terletak di belakang cermin 17. Pasangan yang tepat antara lensa yang terdapat pada teropong dan bayangan yang dibentuk oleh lensa adalah... A. lensa objektif = bayangan maya dan diperbesar; lensa okuler = bayangan 209

205 maya dan diperbesar B. lensa objektif = bayangan nyata dan diperbesar; lensa okuler = bayangan nyata dan diperbesar C. lensa objektif = bayangan nyata dan diperkecil; lensa okuler = bayangan maya dan diperbesar D. lensa objektif = bayangan nyata dan diperbesar; lensa okuler = bayangan maya dan diperbesar 18. Alat optik yang memiliki tiga buah lensa cembung sehingga dapat membantu untuk melihat benda jauh adalah... A. lup B. teleskop C. teropong bumi D. mikroskop 19. Sebuah benda yang tingginya 12 cm diletakkan 30 cm di depan cermin cembung yang jarijari kelengkungannya 30 cm. Sifat-sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin tersebut adalah... A. maya, tegak, dan diperkecil B. maya, tegak, dan diperbesar C. nyata, terbalik, dan sama besar D. maya, tegak, dan sama besar 20. Perubahan energi yang terjadi pada akumulator yang menyalakan lampu mobil adalah. A. listrik-kimia-cahaya B. kimia-panas-cahaya C. panas-listrik-cahaya D. kimia-listrik-cahaya 21. Alat listrik yang dapat mengubah energi listrik menjadi kalor adalah... A. lampu neon dan solder listrik B. kipas angin dan TV C. seterika dan solder listrik D. bor listrik dan kipas angin 22. Perhatikan gambar! 210

206 Lampu yang arus listriknya sama dengan arus yang melalui sumber ggl adalah... A. L B. L2 C. L3 D. L4 23. Energi listrik pada sel surya diperoleh dari cahaya matahari. Perbandingan jumlah energi listrik yang dihasilkan dengan jumlah energi cahaya yang diserap adalah. A. jumlah energi listrik yang dihasilkan lebih dari jumlah energi cahaya yang dihasilkan B. jumlah energi listrik yang dihasilkan sama dengan jumlah energi cahaya yang dihasilkan C. jumlah energi listrik yang dihasilkan kurang dari jumlah energi cahaya yang dihasilkan D. jumlah energi listrik yang dihasilkan terkadang lebih banyak atau lebih sedikit dari pada jumlah energi cahaya yang dihasilkan 24. Sebuah rumah menggunakan berbagai peralatan listrik dengan rincian daya dan waktu pemakaian seperti pada tabel berikut! No Jenis Peralatan Listrik Besar Daya Rata-rata Pemakaian 1 8 buah lampu 15 watt 8 jam 2 Pendingin ruangan (AC) 450 watt 4 jam 3 LCD TV 100 watt 3 jam 4 Setrika 350 watt 1 jam Jika harga listrik tiap kwh adalah Rp ,00 dan listrik digunakan dari hari Senin sampai Sabtu, maka biaya listrik yang harus dibayarkan sebuah rumah tersebut adalah... (asumsi 1 bulan = 30 hari). A. Rp ,00 B. Rp ,00 C. Rp ,00 D. Rp , Tiga lampu identik dihubungkan dengan sebuah baterai seperti terlihat pada gambar berikut ini. 211

207 Arah panah menunjukkan arah aliran arus listrik. Pernyataan berikut yang benar adalah. A. tegangan pada lampu 1 lebih besar daripada tegangan pada lampu 2 B. tegangan pada lampu 3 lebih besar daripada tegangan pada lampu 2 C. tegangan pada lampu 2 sama dengan tegangan pada lampu 3 D. tegangan pada lampu 1 sama dengan tegangan pada lampu Membuat magnet dengan cara digosok adalah... A. B. C. D. 27. Berikut ini gambar solenoida beserta medan magnetnya yang benar adalah... A. 212

208 B. C. D. 28. Di kotak ada campuran serbuk besi dan pasir. Cara yang paling mudah untuk memisahkan serbuk besi dari pasir adalah. A. menuangkan air pada campuran tersebut B. menggunakan kaca pembesar C. menggunakan paku terlilit kawat berarus D. memanaskan campuran tersebut 29. Makhluk hidup berikut yang memanfaatkan kemagnetan bumi untuk melakukan navigasi adalah. A. siput B. baketeri MTB C. ikan koki D. lele 30. Peralatan berikut yang memanfaatkan prinsip induksi elektromagnetik adalah. A. pemanas air B. bel listrik C. lampu lalulintas D. kompor 213