Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY 175

ISSN 0853-0823

Pemanfaatan Kamera Digital dalam Pembelajaran Fisika tentang Dampak Gaya Sentrifugal

Ester Fatmawati2, Puji Kuswanti1,2, Debora N. Sudjito2, Ferdy S. Rondonuwu1,2

1Program Studi Fisika dan 2Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana Jl. Diponegoro No. 52 – 60 Salatiga 50711, Jawa Tengah –Indonesia, tel. (0298) 321212

e.mail: ster_4ma@yahoo.com

Abstrak - Gaya sentrifugal merupakan salah satu jenis gaya semu. Gaya ini timbul dalam gerak melingkar beraturan. Pemahaman siswa tentang gaya semu sentrifugal masih sangat kurang. Oleh sebab itu penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk membantu pembelajaran yang memudahkan siswa untuk memahami materi gaya semu khususnya gaya sentrifugal dengan memanfaatkan kamera digital sebagai media pembelajarannya. Mula-mula sebuah meja putar dipasang bidang miring. Dalam bidang miring tersebut diletakkan kelereng. Selanjutnya meja datar diputar dengan kecepatan tertentu sehingga kelereng dalam bidang miring bergerak. Eksperimen ini direkam dengan fitur video kamera digital. Pengambilan data dilakukan 2 kali dengan kecepatan sudut putar yang berbeda untuk membandingkan pengaruh besar kecepatan sudut meja terhadap pergerakan kelereng dalam bidang miring. Setelah dianalisa menggunakan Movie Tracker 3.10 diperoleh hasil bahwa dampak gaya sentrifugal terjadi sesaat setelah meja berputar yaitu saat kelereng bergerak naik dalam bidang miring. Jadi dapat disimpulkan bahwa besar kecepatan sudut mempengaruhi kecepatan kelereng bergerak dalam bidang miring. Semakin besar kecepatan sudut putar meja semakin besar pula kecepatan gerak kelereng pada bidang miring dan kecepatan kelereng sebanding dengan besar gaya sentrifugalnya. Kata Kunci: gaya sentrifugal, kamera digital, Movie Tracker 3.10.

I. PENDAHULUAN Gaya fiktif atau gaya semu merupakan sebuah konsep

abstrak dalam pokok bahasan dinamika gerak partikel. Pembahasan tentang gaya fiktif yang dilakukan oleh guru seringkali hanya didasarkan pada teori semata sehingga sulit bagi siswa untuk memvisualisasikannya. Gaya sentrifugal merupakan salah satu jenis gaya fiktif atau gaya semu. Dikatakan semu karena tidak jelas apa dan siapa yang melakukan gaya ini [1]. Gaya sentrifugal dalam kehidupan sehari-hari dapat diamati sebagai peristiwa yang sering terjadi tetapi jarang diperhatikan. Peristiwa yang menunjukkan adanya gaya sentrifugal di antaranya adalah saat kita mengaduk minuman dalam gelas, air akan melengkung ke atas [2]. Guru maupun siswa seringkali mengalami kesulitan mempelajari sesuatu yang semu atau abstrak dan guru kesulitan dalam menjelaskan gaya sentrifugal disebabkan oleh sifat gaya yang tidak kasat mata. Oleh sebab itu, diperlukan sebuah media pembelajaran yang tepat agar proses penyampaian pesan mengenai gaya semu dapat diterima dengan benar oleh siswa. Salah satu media pembelajaran yang dapat dimanfaatkan adalah kamera digital.

Kamera digital merupakan suatu piranti elektronik yang berfungsi untuk membentuk dan merekam suatu bayangan ke dalam media simpan digital dalam format digital. Keuntungan dari kamera digital ini adalah hasil gambar atau rekaman dapat langsung dilihat. Apabila hasil yang diinginkan kurang maksimal dapat langsung diulangi lagi percobaannya dan mudah diatur warna, ketajaman, kecerahan dan ukurannya untuk menjelaskan gaya sentrifugal dibandingkan dengan kamera konvensional yang menggunakan film negatif [3].

Melalui penelitian ini seluruh dampak yang ditimbulkan oleh gaya sentrifugal dapat direkam dan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya ini dalam kerangka diam dapat dianalisis dengan jelas. Proses merekam gaya sentrifugal dapat dilakukan dengan memanfaatkan fitur video dalam kamera digital. Diharapkan dengan alat ini, siswa mendapatkan pengalaman visual dalam mengamati gaya sentrifugal sehingga pemahaman terhadap gaya semu

menjadi lebih jelas dan mudah serta dapat menganalisa faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya sentrifugal.

II. KAJIAN PUSTAKA A. Kamera digital

Kamera merupakan salah satu perangkat yang populer dalam dunia fotografi. Piranti ini berfungsi untuk membentuk dan merekam suatu bayangan potret. Kamera sendiri memiliki dua jenis yaitu kamera film negatif dan kamera digital. Kamera film merupakan kamera yang menggunakan film negatif untuk merekam bayangan potret yang ingin diabadikan. Sedangkan kamera digital adalah perangkat untuk membuat gambar dari obyek yang selanjutnya dibiaskan melalui lensa kepada sensor CCD atau CMOS dan hasilnya kemudian direkam dalam format digital ke dalam media simpan digital. Karena hasilnya disimpan secara digital, maka hasil rekam gambar ini harus diolah menggunakan pengolah digital semacam komputer atau mesin cetak yang dapat membaca media simpan digital tersebut [4]. Dalam kamera digital terdapat beberapa fitur yang dapat dimanfaatkan sebagai media pembelajaran misalnya fitur video. Fitur ini membantu merekam eksperimen yang nantinya dapat dianalisa menggunakan perangkat pengolah digital.

Video adalah teknologi untuk menangkap, merekam, memproses, mentransmisikan dan menata ulang gambar bergerak yang biasanya menggunakan film seluloid, sinyal elektronik, atau media digital [5]. Secara mudah dapat diartikan bahwa video adalah kumpulan gambar-gambar yang digabungkan secara berurutan dalam suatu waktu dengan kecepatan tertentu. Gambar-gambar yang digabung tersebut dinamakan frame dengan satuan fps (frame per second). Akibat pengaruh kecepatan inilah maka kumpulan gambar tersebut akan bergerak secara halus. Semakin besar kecepatannya maka video yang dihasilkan akan semakin baik.

Pemanfaatan video dalam kamera digital ini merupakan salah satu terobosan dalam pengembangan media pembelajaran. Sebagai contoh, pergerakan dan kecepatan

176 Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY

ISSN 0853-0823

suatu benda dapat dihitung dengan menganalisa video yang sebelumnya diconverter menjadi frame. A. Gerak melingkar

Gambar 1. Gerak melingkar beraturan.

Gerak melingkar adalah gerak suatu benda yang lintasannya berupa lingkaran. Gerak melingkar dapat kita amati dalam peristiwa sehari-hari misalnya gerak roda kendaraan yang sedang melaju, jarum jam berputar,kipas angin [6].

Berdasarkan pada Gambar 1 perubahan kecepatan dari P ke P’ adalah ∆v=v’-v. Gerak melingkar beraturan kecepatannya tetap, tetapi arahnya berubah. Hal ini memberikan percepatan a yang besarnya juga tetap, (tidak nol) dan juga terus menerus berubah tegak lurus terhadap V dan arahnya selalu menuju pusat lingkaran [7]. Besarnya perubahan posisi dalam gerak melingkar dapat dihitung dengan persamaan

θ = ω.t (1) dengan θ = lintasan sudut (rad) ω = kecepatan sudut (rad/s) t = waktu berputar (s) Kecepatan sudut sendiri dapat diperoleh dari persamaan ω = dθ/dt atau v = 2πr/T (2) dengan dθ = perubahan lintasan sudut (rad) dt = perubahan waktu (s) r = jari-jari lingkaran (m) T = periode (s) B. Gaya sentrifugal

Pada gerak melingkar akan menimbulkan gaya sentripetal yang arahnya menuju pusat lingkaran lihat Gambar 2. Untuk mempertahankan posisi agar tetap melingkar di lintasannya, seolah-olah ada gaya lain yang memiliki arah berlawanan mengimbangi gaya sentripetal. Gaya semu itulah yang disebut dengan gaya sentrifugal [1]. Dapat dikatakan bahwa gaya ini muncul apabila ada gaya lain dalam satu sumbu yang berlawanan arah dengannya. Gaya sentrifugal timbul saat ada gaya sentripetal dan tidak berlaku sebaliknya.

Gaya sentripetal dan gaya sentrifugal bukan merupakan pasangan gaya aksi-reaksi. Salah satu syarat pasangan gaya aksi-reaksi adalah kedua gaya bekerja pada dua benda yang berbeda. Akan tetapi gaya sentripetal dan gaya sentrifugal bekerja pada satu benda yang sama. Contoh adanya gaya sentrifugal adalah pemisahan cairan yang berbeda kerapatannya dalam alat sentrifugal yang berputar, aliran angin global pada bumi yang berputar, dan keadaan antariksawan dalam satelit.

Gambar 2. Hubungan gaya sentripetal dan gaya sentrifugal pada

gerak melingkar. Andaikan gaya sentrifugal dianggap sebagai gaya pada umumnya, dalam arti bekerja pada benda yang melakukan gerak melingkar, maka hukum I Newton ΣF = 0 akan dilanggar [8]. Menurut Hukum I Newton, jika terdapat gaya total pada suatu benda maka benda tersebut akan berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus. Ketika sebuah benda melakukan gerak melingkar, pada benda tersebut bekerja gaya sentripetal yang arahnya menuju pusat lingkaran. Apabila terdapat gaya sentrifugal yang arahnya menjauhi pusat, maka akan terdapat gaya total yang menyebabkan benda tersebut bergerak sepanjang garis lurus. Kenyataan yang terjadi, benda tetap melakukan gerak melingkar. Dengan demikian bisa disimpulkan bahwa gaya sentrifugal merupakan gaya non-Newtonian (gaya inersia) [7]. Gaya ini disebut sebagai gaya non-Newtonian karena tidak sesuai dengan Hukum Newton dan gaya inersia karena kerangka acuannya diam atau bergerak dengan kecepatan tetap. Besarnya gaya sentrifugal sama dengan gaya sentripetal namun keduanya saling berlawanan arah, sehingga secara matematis dapat dituliskan

(3)

dengan m = massa benda (kg) v = kecepatan putar benda (m/s) R = jari-jari lingkaran (m) Tanda (+) menandakan bahwa arah gaya menjauhi pusat lingkaran III. METODE PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan media berupa meja datar yang mudah diputar (r = 12,5 cm). Dalam meja datar tersebut dipasang sebuah bidang miring dengan panjang tertentu dan kemiringan yang diatur konstan. Meja diputar dengan kecepatan tertentu (kecepatan tetap) sehingga sedemikan rupa dapat membuat kelereng (m = 1,38 gr) yang diletakkan dalam bidang miring bergerak naik dengan kecepatan tertentu. Proses pergerakan tersebut direkam dengan menggunakan fitur video kamera digital. Rancangan percobaan tampak pada Gambar 3.

Gambar 3. Rancangan percobaan.

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY 177

ISSN 0853-0823

Percobaan dilakukan 2 kali dengan besar kecepatan putar yang berbeda. Hasil rekaman percobaan dianalisa dengan menggunakan program Movie Tracker 3.10. Perhitungan data didasarkan pada besar kecepatan sudut bidang datar saat diputar dan kecepatan naik kelereng ketika bidang berputar. Analisa dilakukan dengan membandingkan pengaruh besar kecepatan putar meja dengan kecepatan gerak kelereng. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Tanda panah pada Gambar 4 (a2) dan (b2) menunjukkan arah pergerakan kelereng. Arah inilah yang dianalogikan sebagai arah gaya sentrifugal. Kelereng bergerak saat adanya gerak melingkar. Hal ini sama prinsipnya dengan gaya sentrifugal yaitu ada saat ada gaya sentripetal. Gaya sentripetal sendiri erat kaitannya dengan gerak melingkar. Pada Gambar 4. tampak bahwa kecepatan sudut putar meja dan kecepatan naik kelereng pada bidang miring. Kecepatan putar pada Gambar. 4 (a1) dan (b1) berbeda. Besar kecepatan sudut pada gambar. 4 (a1) dan (b1) diperoleh dari perhitungan seperti pada Tabel 1.

Gambar 4. Kecepatan sudut putar bidang datar dan kecepatan naik

kelereng pada bidang miring. (a1) kecepatan putar 1, (a2) kecepatan naik kelereng saat Va1 , (b1) kecepatan putar 2, (b2)

kecepatan naik kelereng saat Vb1. TABEL I. HASIL PERHITUNGAN KECEPATAN SUDUT.

Parameter yang dihitung

V (a1) V(b1)

Kecepatan sudut (ω) 5,115t – 0,531 4.797t + 3.273 Kecepatan sudut rata-rata (ϖ)

4,14 rad/s 11 rad/s

Kecepatan sudut rata-rata (ϖ)

49,6 mm/s ~ 0,05 m/s

132.03 mm/s = 0.13 m/s

Untuk mengkonversi kecepatan sudut dalam bentuk

radian menjadi meter digunakan persamaan θ = x/r sehingga x = θ.r. Dari data di atas diperoleh bahwa kecepatan b1 lebih besar daripada kecepatan a1. Selisih kecepatan antara a1 dan b1 terlihat jelas pada Gambar 5.

Dari Gambar 5 diperoleh informasi bahwa bentuk grafiknya mendekati linier, artinya kecepatannya sudut putar meja adalah konstan. Dalam grafik di atas, kecepatan a1 lebih mendekati trendline daripada b1, sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin kecil kecepatan putar bidang meja, perubahan kecepatannya semakin tetap (konstan).

Jika diperhatikan dengan seksama pada detik ke-0 sampai ke-0,1, grafik terlihat belum naik. Hal ini mengindikasikan bahwa meja putar masih mempertahankan posisi semula (diam). Sifat kelembaman inilah yang mengakibatkan pada detik awal seolah-olah meja belum bergerak, sedangkan untuk kecepatan naik kelereng pada bidang miring (lihat Gambar 4 (a2) dan (b2)) diperoleh dari persamaan

v = x / t (karena bidangnya linear) (4)

dengan x = jarak bola terhadap titik acuan tiap sekonnya (mm). t = waktu tempuh (s). Dari data dan perhitungan persamaan (4) diperoleh hasil bahwa ⊽a2 = 100,8322 mm/s dan ⊽b2 = 129,7044 mm/s, artinya kecepatan gerak b2 lebih besar daripada a2. Hasil perhitungan dapat terlihat dalam Gambar 6.

Dari Gambar 6 diperoleh informasi bahwa kecepatan gerak kelereng seharusnya linier, namun hasil yang diperoleh tidak cukup baik. Kemungkinan hal ini dikarenakan track miring, tempat kelereng bergerak tidak presisi, dan kelereng telah mengalami gesekan terlebih dahulu dengan bidang miring sehingga membuat kecepatannya berubah menjadi tidak linear, sedangkan hubungan antara kecepatan sudut putar bidang datar dengan kecepatan kelereng pada bidang miring dapat terlihat dari Gambar 7.

Gambar 6. Grafik posisi kelereng (x) terhadap waktu (t).

Kemiringan grafik menunjukkan kecepatan naik kelereng pada bidang miring.

( ) Kecepatan a2 ( ) Kecepatan b2

Gambar 5. Grafik posisi sudut (θ) terhadap waktu (t). Kemiringan grafik menunjukkan kecepatan putar.

( ) Kecepatan sudut putar a1 ( ) Kecepatan sudut putar b1

Va1 < Vb1

178 Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY

ISSN 0853-0823

Gambar 7 memperlihatkan bahwa kecepatan sudut putar

bidang datar mempengaruhi besarnya kecepatan kelereng. Semakin besar kecepatan sudut, semakin besar pula kecepatan yang dialami oleh kelereng. Untuk memperoleh besarnya gaya sentrifugal yang dihasilkan dalam pergerakan meja putar dapat dihitung dengan persamaan (3). Kecepatan yang digunakan adalah v1=0,05 m/s (hasil percobaan I) dan v2 = 0,13 m/s (hasil percobaan II). Hasil perhitungan menunjukkan bahwa pada percobaan I besar sf1 = 2,76 ×

Newton dan sf1 = 2,76 × Newton, sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin besar kecepatan putar meja, semakin besar pula gaya sentrifugalnya. V. KESIMPULAN

Gaya sentrifugal adalah gaya semu. Gaya ini hanya ada saat ada gaya sentripetal (ketika terjadi gerak melingkar). Dalam penelitian ini arah gaya sentrifugal dianalogikan sebagai arah pergerakan kelereng yaitu menjauhi pusat lingkaran. Meskipun gaya sentrifugal adalah gaya semu namun dampak adanya gaya sentrifugal menyebabkan kelereng bergerak naik dalam bidang miring. Besarnya Kecepatan sudut gerak melingkar pada bidang meja datar mempengaruhi kecepatan kelereng bergerak di bidang miring. Dari hasil analisa didapatkan bahwa

vω ~ vkelereng

Semakin besar kecepatan sudut putar bidang datar (⊽ω), semakin besar pula kecepatan kelereng dalam bidang miring. Besar kecepatan kelereng sebanding dengan besar

gaya sentrifugal yang dihasilkan saat meja berputar dan secara matematis dapat dituliskan

vω ~ sf Artinya, semakin besar kecepatan sudut putar bidang, semakin besar pula gaya sentrifugalnya. PUSTAKA [1] Anonim, GayaSentrifugal, 2010 http ://id.wikipedia.org/ wiki/

Gaya_Sentrifugal, tanggal 10 November 2010 [2] Michael Beeson, How We Know The Earht Moves.2009 [3] Anonim2, Kamera digital. 2010 http://valda34mm1-

pickso.blogspot.com/2009/10/kamera-digital.html, 28 Oktober 2010

[4] Valda, Kamera Digital Definisi. 2009, http://valda34mm1-pickso.blogspot.com/2009/10/ kamera-digital.html, diunduh tanggal 23 November 2010

[5] Feri, Pengertian Video, 2010, http://www.total.or.id/ info.php?kk=video, diunduh tanggal 23 November 2010

[6] Taranggo, Agus dan Hari Subagya, Sains Fisika, Jakarta: Bumi Aksara. 2003

[7] Halliday, Resnick, Fisika Jilid 1. Ed-3, Jakarta : Erlangga, 1985 [8] Sutopo, Beberapa Miskonsepsi tentang gaya Sentripetal dan

Sentrifugal, 2009. http://journal.um.ac.id/journal/1,12,15/2010/ , 28 Oktober 2010

[9] Sutrisno, Seri Fisika-Fisika Dasar, Bandung ITB. TANYA JAWAB Yuli E (UNY) ? Model pembelajaran apa? ? Bagaimana cara pembuatannya? Ester F @ Model pembelajaran yang digunakan adalah discovery(kerja ilmiah) guru sebagai fasilitator. @ Cara membuatnya dengan membuat bidang datar yang dapat diputar. Dalam bidang datar tersebut dipasang bidang untuk menempatkan kelereng. Kelereng disini sebagai analogi arah gerak gaya sentrifugal. R. Wakhid A. (UMP) ? Jika kita punya roda sepeda motor kotor, kemudian diputar, kotoran yang lepas apakah termasuk gejala gaya sentrifugal? Ester F. @ Ya, karena kotoran hanya bergerak keluar ketika roda diputar. Seperti media yang saya buat, kelereng dapat bergerak naik ketika bidang diputar.

Gambar. 7. Grafik kecepatan sudut dan kecepatan kelereng

pada bidang miring.

( ) Kecepatan sudut putar Va1

( ) Kecepatan kelereng pada bidang miring saat Va1 ( ) Kecepatan sudut putar Vb1 ( ) Kecepatan kelereng pada bidang miring saat Vb1