BELAJAR FISIKA DENGAN PULPEN Berbicara tentang pulpen pasti kalian tak asing lagi dengan benda yang satu ini. Sangat sering kita menggunakannya baik dalam menulis ataupun dalam melukis. Sebagai seorang pelajar, kita pun tak lepas dari benda ini ketika berada di sekolah atau ketika sedang mengerjakan tugas dirumah. Pulpen merupakan mata pena yang di dalamnya terdapat cairan hitam yang disebut dengan tinta. Tapi apakah kalian tahu kenapa cairan yang berada di dalam pulpen tersebut dapat keluar dengan sendirinya ketika kalian menulis? Tetapi ketika kalian sedang tidak menulis cairan tersebut tetap ada di dalam pulpen dan tidak mengalir keluar? Kemudian kenapa ujung pulpen pada mata pena yang kalian gunakan dapat mengeluarkan cairan tinta secara perlahan lahan tidak secara sekaligus dalam mengeluarkannya? Kenapa bisa terjadi secara demikian? Mungkin hal seperti ini luput dari kalian yang sering menggunakannya tanpa melihat bagaimana dan kenapa peristiwa ini dapat terjadi. Peristiwa yang terjadi pada pulpen ini bukan terjadi dengan sendirinya begitu saja, peristiwa ini dapat dijelaskan dalam suatu disiplin ilmu yang pernah kita pelajari. Disiplin ilmu tersebut adalah fisika. Sebelum membahas peristiwa tersebut lebih jauh, mari kita bahas tentang sejarah perkembangan pulpen, bagian- bagian pulpen, fungsi dan sebagainya. Semua itu akan dibahas pada bab buku ini tentunya. Gambar 1.0 Seorang siswa sedang menggunakan pulpen untuk menjawab soal Sumber: Dokumentasi penulis 1 P e n d i d i k a n F i s i k a
Sejarah Perkembangan Pulpen Gambar 1.6 Penemu Pulpen Modern Laszio Jozsef Biro Sumber: https://www.kabarin.co Tidak diketahui secara pasti kapan dan dimana pulpen pertama kali ditemukan. Namun pada abad ke-10 M, ditemukan sebuah alat untuk menulis yang bahan utamanya menggunakan tinta. Ketika itu, pulpen yang dipakai memiliki wadah tintanya sendiri sehingga antara alat menulis dan tintanya dibuat secara terpisah. Tahun 953 M, seorang berkebangsaan Mesir bernama Ma d al-mu izz membuat sebuah pulpen yang dilengkapi dengan penyimpanan tinta. Ia ingin membuat sebuah pulpen yang tidak mengotori tangan dan bajunya dengan tinta ketika sedang menulis. Pulpen tersebut dipakai dengan cara mengalirkan tinta dari badan pulpen menuju mata pena. Historyofpencils mengungkapkan, pulpen dengan reservoir di bagian dalam berasal dari abad ke-17 ketika penemu asal Jerman, Daniel Schwenter menciptakan pulpen yang terbuat dari dua pulpen bulu. Satu pulpen bulu ditempatkan di pulpen yang lain, ini akan menahan tinta dan ditutup dengan gabus. Tinta meninggalkan reservoir melalui lubang kecil yang mengarah ke sebuah ujung pulpen. Pada 25 mei 1827 seorang penemu berkebangsaan rumania Petrache Poenaru menerima hak paten di Prancis untuk hak ciptanya berupa pulpen pertama dengan kartij yang bisa diganti. Laszio Jozsef biro seorang jurnalis dari hungaria. Beliau merupakan penemu pulpenmoder pada tahun 1938. Pada awalnya biro memperhatikan tinta yang digunakan dalam percetakan surat kabar yang mengering secara cepat dan tidak 2 P e n d i d i k a n F i s i k a
mrninggalkan noda pada kertasnya. Karena pada saat itu pena yang digunakan masih memiliki ujung yang runcing sehingga dapat merobek kertas jika terkena sabetan dari pena itu sendiri maka ia bersama saudara lelakinya george mengembangkan ujung pena atau pulpen yang baru dengan sebuah bola yang dapat berputar dengan bebas pada sebuah lubang. Biro memperoduksi pulpen pertamanya dan ditampilkan pada suatu pameran internasional dibucares seteah itu hasil karya biro dipatenkan diargentina dan dijual dengan merk birome. Bagian- Bagian Pulpen Dan Fungsinya Gambar 1.1 Tutup Pulpen Luar Sumber: Dokumentasi penulis Gambar 1.2 Mata Pena Sumber: Dokumentasi penulis Gambar 1.3 Tutup Pulpen Dalam Sumber: Dokumentasi penulis Gambar 1.4 Tabung Tinta Sumber: Dokumentasi penulis Gambar 1.5 Barel Sumber: Dokumentasi penulis 3 P e n d i d i k a n F i s i k a
a. Tutup Pulpen Luar Tutup pulpen luar, merupakan tutup terluar bagian bawah pulpen (ditunjukkan pada gambar 1.1), yang memiliki fungsi untuk melindungi mata pena agar tidak kering sehingga cairan tinta dapat keluar dengan lancar. b. Mata Pulpen Berupa ujung pulpen biasanya terbuat dari tembaga atau sejenisnya (ditunjukkan pada gambar 1.2), didalamnya terdapat roda berputar dengan ukuran yang sangat kecil dan berfungsi sebagai tempat keluarnya cairan tinta. c. Tutup Pulpen Dalam Merupakan tutup dengan ukuran yang lebih kecil dibandingkan tutup pena luar (ditunjukkan pada gambar 1.3) yang memiliki fungsi untuk mencegah isi pulpen lepas dari barel. d. Tabung Tinta Merupakan sebuah tabung yang berada di bagian dalam barel (ditunjukkan pada gambar 1.4) dan memiliki fungsi sebagai tempat cairan tinta berada. e. Barel Barel merupakan bagian terluar dari pulpen (ditunjukkan pada gambar 1.5) yang berfungsi sebagai pegangan tangan saat hendak menulis, juga berfungsi dalam melindungi komponen pulpen bagian dalam. f. Grip Merupakan bidang kasar yang terdapat pada barel bagian dan letaknya diujung pulpen sebelum mata pulpen. Grip ini memiliki fungsi sebagai pegangan pegangan tangan saat kita menggunakan pulpen tersebut. 4 P e n d i d i k a n F i s i k a
Cara Kerja Pulpen Setiap benda pasti memiliki cara kerjanya masing- masing. Begitu juga dengan pulpen. Mata pulpen tidak ada yang berbentuk runcing, melainkan bulat. Didalamnya berisi cairan tinta kental. Bola kecil yang berada di dalam mata pulpen berfungsi mengatur keluarnya cairan tinta. Pada saat digunakan untuk menulis, bola bergerak dan tinta pun mengalir melalui sisi- sisinya. Ketika kita menulis dengan alas dinding atau mengarah ke atas, tekanan tinta pada bola berkurang. Pada saat itu bola tetap bergerak mengikuti alur tangan kita. Namun, lama- kelamaan tinta akan tersendat karena tidak ada tekanan dan akhirnya tinta tidak keluar sama sekali. Gambar 1.7 Bola Kecil Didalam Mata Pulpen Sumber: Dokumen penulis Setiap ilmu pengetahuan tentunya ada atau bahkan banyak manfaatnya yang bisa digunakan oleh manusia. Kalau Anda termasuk orang yang selalu ingin tahu, maka banyak sekali hal yang dapat Anda pelajari dari ilmu fisika. Bisa dibilang, fisika mengejarkan kita hampir segala hal. Kalau Anda ingin tahu kenapa dunia ini bergerak sedemikian rupa, atau ingin tahu hukum alam semesta dan apa yang membuat semuanya bergerak dari planet dan sistem tata surya hingga lubang 5 P e n d i d i k a n F i s i k a
hitam fisika bisa menjelaskan cara kerja segala hal yang ada di sekitar kita dan juga hubungan antara fenomena yang sering kita lihat. Fisika juga merupakan bidang yang sangat luas, sehingga topik yang juga Anda pelajari ketika mempelajari fisika diantaranya mencakup fisika partikel, listrik dan magnet, mekanik klasik, fisika modern, relativitas, dan termodinamika. Pada zaman modern seperti sekarang ini, ilmu fisika sangat mendukung perkembangan teknologi, industri, komunikasi, termasuk kerekayasaan (engineering), kimia, biologi, kedokteran, dan lain-lain. Ilmu fisika dapat menjawab pertanyaan- pertanyaan mengenai fenomena fenomena yang menarik. Mengapa bumi dapat mengelilingi matahari? Bagaimana udara dapat menahan pesawat terbang yang berat? Mengapa langit tampak berwarna biru? Bagaimana siaran/ tayangan TV dapat menjangkau tempattempat yang jauh? Mengapa sifatsifat listrik sangat diperlukan dalam sistem komunikasi dan industri? Bagaimana peluru kendali dapat diarahkan ke sasaran yang letaknya sangat jauh, bahkan antarbenua? Dan akhirnya, bagaimana pesawat dapat mendarat di bulan? Ini semua dipelajari dalam berbagai bidang ilmu fisika. Tidak dapat dipungkiri, sebagian orang atau mungkin sebagian besar orang beranggapan bahwa fisika itu sulit. Fisika itu penuh dengan rumus dan hitungan matematis tingkat tinggi. Sehingga tidak semua orang dapat belajar fisika dengan baik. Alhasil, fisika sering juga dianggap sebagai momoknya pelajaran. Keadaan ini hampir sama dengan anggapan pada matematika. Terlepas dari salah atau benarnya anggapan di atas, ada sesuatu yang lebih penting untuk kita pikirkan. Yaitu tentang apa untungnya kita belajar fisika, dan apa ruginya kalau kita tidak mau belajar fisika. Padahal hakikatnya setiap manusia membutuhkan ilmu pengetahuan dan mengikuti perkembangan teknologi agar dapat menjalani kehidupan ini secara harmonis. 6 P e n d i d i k a n F i s i k a
Mempelajari fisika mempunyai banyak manfaat. Mulai awal dipelajarinya ilmu fisika, fisika telah terbukti mampu membantu memudahkan manusia dalam menjalani aktivitas kehidupan sehari-hari. Beberapa manfaat mempelajari fisika antara lain: 1. Melalui fisika dapat menyingkap rahasia alam. 2. Fisika berperan besar dalam penemuan-penemuan teknologi. 3. Fisika berada di depan dalam perkembangan teknologi. 4. Fisika sebagai ilmu dasar mempunyai andil dalam pengembangan ilmu-ilmu lain. 5. Fisika melatih kita untuk berpikir logis dan sistematis Mungkin ada yang salah dalam menyampaikan pembelajaran fisika pada siswa, sehingga fisika dirasa sangat menakutkan. Bisa jadi ilmu ini diberikan terlalu tiba-tiba di sekolah lanjutan, sehingga siswa merasa tidak siap menerima itu semua. Sebaiknya pembelajaran fisika pembelajaran diperkenalkan sejak dini melalui pengamatan kejadian- kejadian alam sekitar. Tujuan dari ilmu ini sebenarnya adalah memberikan pemahaman dan pengertian terhadap kejadian alam sekitar. Akan tetapi entah mengapa di lapangan malah menjadi ajang uji hafalan rumus. Hasilnya siswa mungkin mahir dalam menyelesaikan soal- soal berupa hitungan, namun mengalami kesulitan dalam menyelesaikan permasalahan fisika sederhana tetapi memerlukan pemahaman konsep di dalamnya. Padahal yang harus dipahami kalau siswa memasuki pelajaran fisika tidak dengan kepala kosong. Melainkan sudah memiliki pengalaman dan pengetahuan yang berhubungan dengan konsep fisika itu sendiri. Pada dasarnya konsep- konsep fisika begitu dekat dengan kehidupan setiap orang. Hanya saja banyak yang tidak menyadarinya. Banyak fenomena fisika yang bisa manusia rasakan secara langsung. Misalnya penerapan konsep pemuaian pada sambungan rel kereta api, penerapan konsep konduksi pada gagang panci, alasan penggunaan mantel di hari yang dingin, dan lain sebagainya. Contoh- contoh tadi menunjukkan bahwa pelajaran fisika 7 P e n d i d i k a n F i s i k a
bukanlah pelajaran menghapal rumus, tetapi lebih menuntut pemahaman konsep serta aplikasi konsep tersebut. Menciptakan pembelajaran yang efektif dengan keterlibatan siswa agar terjadi optimalisasi belajar dan cara menumbuhkan keterampilan dasar dan keterampilan komplek pada siswa, bukan sesuatu yang mudah. Hal ini memerlukan aspek lain yang bukan hanya kemampuan verbal melainkan pelibatan berbagai sumber belajar (learning resources) yang digunakan siswa dengan kehadiran dan penggunaan secara tepat. Oleh karena itu, diperlukan media pembelajaran sebagai bagian dari sumber belajar. Penggunaan media pembelajaran pada tahap orientasi pengajaran akan sangat membantu keefektifan proses pembelajaran dan penyampaian pesan dan isi pelajaran pada saat itu (Wiratmojo, P dan Sasonohardjo, 2002). Media pembelajaran bermanfaat untuk melengkapi, memelihara dan bahkan meningkatkan kualitas dan proses pembelajaran yang sedang berlangsung, penggunaan media dalam pembelajaran akan meningkatkan hasil belajar, meningkatkan aktivitas siswa, meningkatkan motivasi belajar siswa dan pemahaman konsep belajar siswa. Ketepatan penggunaan media pembelajaran tidak terlepas dari pemahaman kita terhadap ragam dan karakteristik media tersebut. Setiap jenis media pembelajaran memiliki kekhasan tersendiri. Hal ini perlu dijadikan bagian kemampuan dan keterampilan guru sesuai dengan kompetensi yang harus dimiliki menuju guru yang profesional. Dari bab buku ini akan dipelajari tentang konsep fisika yang dapat dipelajarari melalui media bantu sebagai media pembelajaran yang ada disekitar kita dan mudah ditemui. Media bantu yang akan digunakan sebagai media pembelajaran yang akan dibahas pada bab buku ini adalah Pulpen. Pada dasarnya prinsip kerja suatu benda dapat terjadi karena adanya implementasi atau penerapan dari konsep fisika. Konsep fisika itu sendiri merupakan bagaimana gejala fisis pada fenoma alam dapat dijelaskan. Misalnya adalah hukum gravitasi newton. Pernah mungkin mengalami seorang guru yang menjelaskan tentang konsep hukum 8 P e n d i d i k a n F i s i k a
gravitasi newton dengan memberikan penjelasan berupa kata- kata saja. Mungkin pernah juga kita mengalami sulitnya menerima apa yang dijelaskan oleh guru tersebut. Hukum tersebut tidak bisa dijelaskan hanya dengan sebatas memberikan definisi semata dan persamaan matematis. Perlu penyederhanaan sehingga dapat dengan mudah dipahami oleh siswa. Cara sederhana tersebut misalnya dengan menyempaikan suatu konsep fisika melalui sebuah benda yang memiliki prinsip kerja dari konsep hukum tersebut. Bisa berupa benda benda yang mungkin sering kita gunakan ataupun mudah untuk ditemui. Konsep Gaya Gravitasi Bumi Newton Hukum gravitasi newton menyatakan setiap partikel di alam semesta ini akan mengalami gaya tarik satu dengan yang lain. besar gaya tarik-menarik ini berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. Gambar 1.8 Hukum Gravitasi Newton Sumber: https://www.dokterfisika.blogspot.com Teori mengenai Hukum Gravitasi Newton tersebut telah di kembangkan lebih jauh lagi bahwa setiap Benda angkasa akan saling Tarik Menarik dan ini dapat menjelaskan mengapa Bumi terus berputar mengelilingi Matahari untuk mengimbangi Gaya Tarik- menarik Gravitas Bumi dan Matahari sehingga dengan memakai Fenomena tarik menarik Gravitasi ini juga dapat menjelaskan bahwa Meteor yg mendekat ke Planet Bumi di Ruang Angkasa akan tertarik oleh Gaya Gravitasi Bumi dan Jatuh ke Bumi. Begitupun dengan segala benda yang ada dibumi 9 P e n d i d i k a n F i s i k a
akan selalu menuju arak ke pusat bumi, seberat apapun itu benda atau walaupun sedang berada dimana saja baik di udara atau di atas laut benda akan dengan dengan sendirinya menuju ke arah bawah atau pusat bumi. Gambar 1.9 Seseorang yang sedang menulis Sumber: https://www.health.detik.com Pada bagian ini penulis akan menjawab peristiwa yang menjadi pertanyaan di awal pada bab buku ini tentang mengapa cairan tinta di dalam pulpen dapat bergerak keluar secara perlahan- lahan sehingga kita bisa menulis dengan pulpen tersebut. Dan juga peristiwa lainnya yang terjadi pada pulpen yang berhubungan dengan konsep fisika. Pada halaman sebelumnya telah dibahas cara kerja pulpen, sebuah bola pejal yang dapat berputar berada pada mata pena yang memiliki fungsi sebagai keluarnya cairan tinta. Sebuah pulpen yang kita gunakan dalam menulis dengan posisi mata pulpen selalu berada dibawah. Kemudian cairan Tinta yang berada di dalam tabung pulpen akan bergerak menuju sisi- sisi bola pejal pada mata pena dengan karena pengaruh oleh gaya gravitasi bumi. Gaya gravitasi bumi yang selalu menuju ke bawah arah pusat bumi akan menarik tinta untuk selalu bergerak kearah bawah saat kita menulis. Lalu bagaimana ketika kita menulis dengan posisi terbalik yaitu mata pena 10 P e n d i d i k a n F i s i k a
berada diatas kenapa masih tetap bisa menulis? Bisa, tetapi lama kelamaan pulpen akan macet atau tinta tidak keluar karena tinta akan tertarik kearah sebaliknya yang berada pada bagian dibawah sehingga tinta tidak dapat digunakan untuk menulis. Beberapa ilmuwan juga berpendapat bahwa pulpen biasa yang banyak beredar di pasaran tidak bisa digunakan di luar angkasa karena pulpen itu menggantungkan cara kerjanya pada gravitasi Bumi untuk membuat tinta mengalir dan jatuh ke mata pulpen untuk digunakan menulis, sehingga di ruang tanpa gravitasi, pulpen itu tidak akan bisa digunakan. Secara matematis persamaan gaya gravitasi newton dapat ditulis sebagai berikut: Keterangan: Pada persamaan diatas muncul konstanta G. Konstanta ini merupakan nilai tetapan gaya gravitasi Universal. Penentuan nilai G pertama kali dilakukan oleh herry neraca canvendish dengan menggunakan neraca torsi, yang kemudian dikenal dengan neraca canvendish. Percobaan tersebut menghasilkan besar tetapan gravitasi Universal yaitu. Tekanan Pada Tabung tertutup Saat kita sedang menulis, cairan tinta didalam pulpen akan keluar secara perlahan, hal ini juga dapat disebabkan oleh adanya peristiwa 11 P e n d i d i k a n F i s i k a
perbedaan antara tekanan dan volume yang ada didalam tabung pulpen dengan yang ada di luar pulpen. Peristiwa yang terjadi adalah tekanan yang ada didalam tabung pulpen bagian ujung dekat mata pena memiliki tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan yang terjadi diluar pulpen, sebaliknya volume udara didalam pulpen lebih rendah di bandingkan volume udara yang ada diluar pulpen sehingga cairan tinta akan bergerak keluar menuju ke tempat tekanan yang memiliki tekanan lebih rendah. Peristiwa ini juga terjadi pada sistem pernafasan kita yang berlangsung pada organ paru- paru manusia. Persamaan matematis dari tekanan pada tabung tertutup dapat ditulis sebagai berikut: P P g h 1 2 2 P g h P g h 0 1 2 2 P g h g h P 0 1 2 2 P g h h P 0 1 2 2 P g h P 0 2 Ket : 12 P e n d i d i k a n F i s i k a
Hukum Boyle Gambar 2.0 Lubang kecil pada pangkal barel Sumber: https://www.health.detik.com Aplikasi hukum boyle banyak diterapkan dalam kehidupan seharihari, salah satunya pada penggunaan desain pada pulpen. Jika kita perhatikan seksama pada setiap desain pulpen pasti memiliki lubang udara pada bagian barelnya. Lubang ini membuktikan bahwa pembuatan pulpen itu memperhatikan Hukum Boyle Cara kerja pulpen pada umumnya adalah tinta yang terdapat pada tabung kecil yang merupakan isi pulpen akan dikeluarkan dengan roler di ujung pulpen, roler ini juga bukan sembarang roler tetapi roler ini dibuat dengan memperhatikan sifat-sifat kimia unsur yang ada pada tinta. Roler ini terbuat dari logam yang dapat mengikat tinta pulpen dengan ikatan yang lemah, agar tinta dapat melekat sementara pada roler untuk kemudian melekat secara permanen pada kertas. Ketika roler digerakkan (pupen digunakan) maka tinta akan keluar, hal ini menyebabkan volume udara 13 P e n d i d i k a n F i s i k a
dalam pulpen berkurang, sehingga tekanan dalam pulpen akan bertambah yang menyebabkan tinta akan tertahan dan sulit keluar. Untuk itu maka dibuatlah lubang pada desain luar pulpen, agar tekanan dalam pulpen tetap sama dengan tekanan udara di luar yaitu 1atm. Lubang itu akan mentransfer udara diluar ke dalam pulpen sehingga volume di dalam pulpen akan selalu tetap. Persamaan matematis dari hukum Boyle adalah sebagai berikut: Ket: 14 P e n d i d i k a n F i s i k a
Daftar Pustaka Erwin, dkk. 2017. Epistomologi dan keterbatasan teori gravitasi. Jurnal Ilmiah Multi Sciences Vol. IX No. 1. Hal. 36 Falahudin, iwan. 2014. Pemanfaatan media dalam pembelajaran. Jakarta : Balai Diklat Keagamaan Riana, C. 2007. Media Pembelajaran dalam Asra, dkk (Editor) Komputer dan Media Pendidikan di Sekolah Dasar. Wiratmojo, P dan Sasonohardjo. 2002. Media Pembelajaran Bahan Ajar Diklat Kewidyaiswaraan Berjenjang Tingkat Pertama. Jakarta : Lembaga Administrasi Negara Arina. 2016. Cara kerja ballpoint. Diakses dari http://pijatrefleksi191.blogspot.com/2016/05/1cara-kerja-ballpoint.html. Tanggal 22 november 2019 Danish. 2010. Sejarah Ditemukannya Pulpen. diakses dari http://danish56.blogspot.com/2010/10/sejarah-ditemukannya-pulpen.html. Tanggal 17 November 2019 Mahfuzh. 2010. Aplikasi Hukum Boyle Pada Desain Pulpen. diakses dari https://mystupidtheory.com/aplikasi-hukum-boyle-pada-desain-pulpen/. tanggal 16 November 2019 Pandri. 2011. Sejarah dan Penemu Pulpen Pertama di Dunia. Diakses dari https://pandri-16.blogspot.com/2011/06/sejarah-dan-penemu-pulpen-pertamadi.html. Tanggal 16 november 2019 Zaenudin. 2018. Sejarah Singkat Penemuan Pulpen di Dunia. Diakses dari https://kumparan.com/potongan-nostalgia/sejarah-singkat-penemuan-pulpen-didunia. Tanggal 17 November 2019 15 P e n d i d i k a n F i s i k a