Cara Belajar Fisika SMP Gerak dan Gaya: Gambar Panah, Uji di Rumah, Baru Hitung

Hafal rumus gerak dan gaya, tapi tetap salah menebak arah

Coba ajukan satu pertanyaan sederhana kepada siswa yang baru selesai ulangan bab gerak dan gaya: setelah bola lepas dari kaki, gaya apa yang mendorongnya terus maju? Banyak yang menjawab dengan yakin bahwa masih ada gaya tendangan yang ikut terbawa bola. Jawaban itu terdengar masuk akal, karena di kehidupan sehari-hari segala sesuatu yang bergerak memang tampak perlu didorong. Padahal menurut fisika Newton, gaya kaki hanya bekerja selama kaki menyentuh bola. Begitu lepas, yang tersisa pada bola hanyalah gravitasi ke bawah serta gesekan dan hambatan udara. Keyakinan bahwa benda bergerak membawa semacam bekal gaya sudah lama dikenal para peneliti pendidikan fisika. Ibrahim Halloun dan David Hestenes menulis dua makalah pada 1985 di American Journal of Physics yang memetakan keyakinan akal sehat tentang gerak. Mereka menemukan bahwa keyakinan intuitif seperti ini sangat memengaruhi kinerja siswa, dan pengajaran yang berpusat pada rumus sedikit sekali mengubahnya. Tujuh tahun kemudian, Hestenes bersama Wells dan Swackhamer menerbitkan Force Concept Inventory, tes konsep gaya yang sampai sekarang dipakai untuk mengukur pemahaman gaya tanpa hitungan. Materi ragam gerak dan gaya sendiri termasuk Capaian Pembelajaran IPA Fase D, fase yang umumnya mencakup kelas VII sampai IX. Di kelas VII dan VIII, siswa mulai bertemu kelajuan, kecepatan, resultan gaya, gesekan, dan tiga Hukum Newton. Di sinilah kebiasaan menghafal paling sering menipu: soal hitungan bisa benar, sementara soal cerita tentang sepeda atau meja justru salah. Karena itu panduan ini membalik urutannya. Siswa menebak, menggambar, dan menguji lebih dulu, lalu rumus datang sebagai alat untuk merapikan apa yang sudah dipahami.

Enam langkah belajar gerak dan gaya kelas 8 dari tebakan sampai hitungan

Urutan di bawah dirancang supaya intuisi siswa diuji sebelum rumus masuk. Kerjakan berurutan, karena langkah kelima dan keenam memakai catatan dari langkah pertama. Hitung tiap langkah sebagai jatah satu atau dua kali duduk belajar, masing-masing kira-kira 45 menit.

1. 1

   Catat tebakan arah gaya sebelum membuka rumus

   Langkah pertama terasa janggal bagi siswa yang terbiasa langsung menghafal: tutup buku paket, ambil selembar kertas, lalu tulis jawaban jujur untuk tiga pertanyaan. Setelah bola lepas dari kaki, gaya apa saja yang masih bekerja padanya? Saat tuas rem sepeda ditarik, ke arah mana gaya yang membuat sepeda melambat? Buku yang diam di atas meja, adakah gaya yang bekerja padanya? Tulis tebakan apa adanya beserta alasannya, termasuk kalau masih ragu. Mengapa tebakan perlu ditulis? Halloun dan Hestenes menyarankan agar keyakinan siswa diperlakukan sebagai hipotesis alternatif yang serius, dan hipotesis hanya bisa diuji kalau sudah dirumuskan. Keyakinan yang tidak pernah ditulis tetap tinggal diam-diam, lalu muncul lagi di soal cerita yang memakai kejadian sehari-hari. Dengan menuliskannya, siswa punya catatan yang nanti bisa dibandingkan dengan hasil percobaan. Simpan kertas itu di halaman depan buku catatan IPA. Di akhir langkah keenam, tebakan ini dibaca ulang. Bagian yang berubah adalah tanda konsep yang benar-benar baru dipahami, sedangkan bagian yang tetap sama perlu dicek lagi bersama guru atau tutor.

   Tips

   • Pakai kalimat sendiri, misalnya bola terus maju karena masih didorong, supaya keyakinan aslinya terbaca jelas.
   • Beri tanda yakin atau ragu di samping setiap tebakan, meniru cara kerja Certainty of Response Index.
2. 2

   Gambar diagram gaya bebas dengan satu titik dan beberapa panah

   Diagram gaya bebas adalah gambar paling sederhana dalam materi ini, dan justru di situ kekuatannya. Benda digambar sebagai satu titik. Dari titik itu ditarik panah untuk setiap gaya luar yang bekerja pada benda tersebut. Arah panah menunjukkan arah gaya, dan panjang panah menunjukkan besar relatifnya. Gaya adalah dorongan atau tarikan, jadi setiap panah harus bisa dijawab dengan pertanyaan: benda lain mana yang mendorong atau menarik? Latihan pertama memakai buku di meja. Gambar satu titik, lalu panah ke bawah untuk gaya berat (Bumi menarik buku) dan panah ke atas untuk gaya normal (meja mendorong buku). Karena buku diam, kedua panah dibuat sama panjang. Latihan kedua memakai bola sesaat setelah ditendang: panah ke bawah untuk gravitasi, dan panah kecil berlawanan arah gerak untuk hambatan udara. Tidak ada panah ke depan, karena kaki sudah tidak menyentuh bola. Kesalahan paling sering muncul ketika siswa menggambar gaya yang dikerjakan benda itu kepada benda lain, misalnya gaya buku menekan meja. Panah semacam itu milik diagram meja, sehingga dibuang dari diagram buku. Pakai pensil warna berbeda untuk tiap jenis gaya supaya mata cepat mengenali pola.

   Tips

   • Tulis nama pemberi gaya di ujung tiap panah, misalnya meja atau Bumi.
   • Gambar ulang diagram yang sama tiga kali dalam seminggu sampai bisa dibuat tanpa melihat contoh.

   Panah kecepatan dan panah gaya sering tercampur. Diagram gaya bebas hanya memuat gaya, jadi arah gerak ditulis terpisah di luar diagram.
3. 3

   Jumlahkan panah menjadi resultan sebelum menyebut geraknya

   Setelah diagram jadi, langkah berikutnya menjumlahkan semua panah menjadi satu resultan gaya. Gaya yang searah dijumlahkan, gaya yang berlawanan arah dikurangkan. Hasilnya menentukan apa yang terjadi pada gerak benda, dan inilah isi Hukum I Newton: benda diam tetap diam, dan benda bergerak tetap bergerak dengan kecepatan tetap, selama resultan gaya luarnya nol. Buku di meja adalah contoh yang paling sering disalahpahami. Siswa yang menjawab tidak ada gaya pada buku sebenarnya sedang bingung antara tidak ada gaya dan resultan nol. Pada buku ada dua gaya yang bekerja, berat dan gaya normal, dan keduanya saling menyeimbangkan. Itulah sebabnya buku diam. Contoh meja air hockey dalam buku OpenStax membantu bagian kedua hukum ini. Saat aliran udaranya mati, keping cepat berhenti karena gesekan dengan meja. Saat udaranya menyala, gesekan menjadi sangat kecil dan keping meluncur hampir tanpa perubahan laju. Jadi benda yang melambat sedang dikenai gaya luar, yaitu gesekan. Benda yang lebih bermassa juga lebih sulit diubah geraknya. Kecenderungan itu disebut inersia, dan makin besar massa, makin besar inersianya.

   Tips

   • Tulis kalimat resultan nol, maka geraknya tidak berubah di bawah setiap diagram yang seimbang.
   • Bandingkan mendorong kardus kosong dan kardus berisi buku untuk merasakan inersia secara langsung.
4. 4

   Uji gaya gesek dengan percobaan luncur di lantai rumah

   Sekarang saatnya menguji tebakan dengan tangan sendiri. Tandai garis start di lantai keramik dengan selotip kertas. Dorong kelereng atau mobil mainan dengan dorongan yang sekuat mungkin sama, misalnya dengan menjentikkan jari dari jarak yang sama. Ukur jarak luncurnya dengan meteran, ulangi tiga kali, lalu catat rata-ratanya. Setelah itu pindah ke karpet atau keset dan lakukan hal yang sama. Hasilnya hampir selalu jelas: di karpet, benda berhenti jauh lebih cepat. Dorongan awalnya sama, jadi perbedaannya datang dari gaya gesek yang lebih besar. Gesekan ini adalah gaya luar yang arahnya melawan gerak. Hubungkan temuan ini dengan rem sepeda. Saat rem ditarik, gaya gesek antara rem dan roda serta antara ban dan jalan bekerja berlawanan dengan arah gerak sepeda. Karena arah percepatan selalu searah resultan gaya, percepatannya berlawanan dengan kecepatan, dan sepeda melambat. Bahan percobaan ini diambil dari isi rumah siswa sendiri. Tutor tidak membawa atau membelikan alat, jadi siapkan kelereng, bola, dan meteran sebelum sesi dimulai. Kalau tidak ada karpet, handuk yang dibentangkan rata sudah cukup sebagai permukaan kasar.

   Tips

   • Catat hasil dalam tabel kecil: permukaan, percobaan 1, 2, 3, dan rata-rata.
   • Gambar diagram gaya bebas kelereng yang sedang melambat, lengkap dengan panah gesekan ke belakang.

   Lakukan percobaan di area lantai yang lapang, jauh dari tangga dan barang pecah belah.
5. 5

   Ukur kelajuan sendiri dengan meteran dan stopwatch ponsel

   Rumus v = s/t paling mudah dipahami ketika siswa mendapatkan angkanya sendiri. Tandai dua garis di lantai berjarak 2 meter memakai meteran dan selotip. Gelindingkan bola dari luar garis pertama supaya bola sudah bergerak saat melewati start, lalu nyalakan stopwatch ponsel saat bola melewati garis pertama dan hentikan di garis kedua. Kalau bola butuh 4 detik, kelajuannya 2 meter dibagi 4 detik, yaitu 0,5 meter per sekon. Ulangi dengan dorongan lebih kuat, lalu bandingkan. Di sini juga tempat yang pas untuk membedakan kelajuan dan kecepatan. Kelajuan hanya menyatakan seberapa cepat, sedangkan kecepatan juga menyebut arahnya. Bola yang menggelinding 0,5 meter per sekon ke arah pintu dan bola yang menggelinding 0,5 meter per sekon ke arah jendela punya kelajuan sama, tetapi kecepatannya berbeda. Perbedaan ini penting untuk langkah berikutnya, karena percepatan berbicara tentang perubahan kecepatan, termasuk perubahan arah. Perhatikan juga bahwa bola melambat sepanjang lintasan. Angka 0,5 meter per sekon itu sebenarnya kelajuan rata-rata. Siswa yang menyadari hal ini sudah selangkah lebih maju dari soal hitungan biasa, karena ia melihat gesekan dari langkah keempat sedang bekerja.

   Tips

   • Minta satu anggota keluarga menekan stopwatch supaya mata bisa fokus pada garis.
   • Tulis satuan di setiap baris hitungan, karena kesalahan satuan sering lebih banyak daripada kesalahan rumus.
6. 6

   Masuk ke F = m·a dan pasangan aksi-reaksi, lalu baca ulang tebakan

   Setelah arah gaya terasa wajar, Hukum II Newton tinggal merapikannya: resultan gaya adalah hasil kali massa benda dan percepatannya, ditulis ΣF = m·a. Satu newton adalah gaya yang mempercepat benda 1 kilogram sebesar 1 meter per sekon kuadrat. Contoh: kotak 2 kilogram yang dikenai resultan gaya 4 newton ke kanan mengalami percepatan 2 meter per sekon kuadrat, juga ke kanan. Kata ke kanan itu penting, karena arah percepatan selalu sama dengan arah resultan gaya. Hukum III Newton menyusul dengan contoh yang bisa dibayangkan siswa: perenang mendorong dinding kolam ke belakang, dan dinding mendorong perenang ke depan. Ban mobil mendorong jalan ke belakang, dan jalan mendorong mobil ke depan. Pasangan aksi-reaksi sama besar, berlawanan arah, dan bekerja pada dua benda berbeda. Karena bekerja pada benda berbeda, keduanya tidak saling meniadakan. Dengan aturan dua benda ini, siswa bisa memeriksa sendiri bahwa berat dan gaya normal pada buku tidak termasuk pasangan aksi-reaksi, sebab keduanya bekerja pada buku yang sama. Terakhir, buka kembali kertas dari langkah pertama. Tandai tebakan yang sudah berubah, tulis alasannya dengan bahasa hukum Newton, dan bawa tebakan yang masih membingungkan ke sesi berikutnya.

   Tips

   • Untuk setiap pasangan aksi-reaksi, tulis dua kalimat dengan subjek yang ditukar: A mendorong B, B mendorong A.
   • Kerjakan soal hitungan hanya setelah diagram gaya bebasnya selesai digambar.

Tebakan umum tentang resultan gaya dan gaya gesek dibandingkan hukum Newton

Kolom tebakan diambil dari pola miskonsepsi yang dicatat penelitian di SMP Surabaya dan Tangerang Selatan. Percobaan di kolom terakhir memakai barang rumah dan cukup dilakukan di lantai.

Daftar periksa hukum Newton SMP sebelum ulangan

Les fisika SMP untuk gerak dan gaya: dari sesi pertama sampai bab berikutnya

Sesi pertama les fisika SMP di EduPoint biasanya dibuka dengan satu kejadian yang sudah dikenal siswa, misalnya sepeda yang direm mendadak di turunan. Siswa diminta menebak dulu ke mana arah gaya gesek bekerja, menggambar panahnya di kertas, baru kemudian tutor menanyakan alasan di balik tebakan itu. Dari jawaban siswa, tutor tahu bagian mana yang masih memakai akal sehat lama tentang gerak, lalu memilih percobaan rumah yang paling tepat untuk menguji tebakan tersebut. Bahan ajar disiapkan tutor, dan percobaannya cukup memakai perabot serta mainan milik siswa. Panjang sesi ikut menentukan isi pertemuan. Sesi 60 menit cukup untuk satu percobaan pendek dan satu diagram gaya bebas yang dibahas tuntas. Sesi 90 atau 120 menit memberi ruang untuk percobaan, diagram, lalu soal hitungan resultan gaya atau kelajuan yang memakai hasil pengamatan tadi. Pertemuan bisa dipasang kapan saja dari pukul 06.00 hingga 23.00, di rumah siswa maupun daring. Untuk biaya, les fisika EduPoint mulai dari Rp 69.000 per jam. Siswa bisa memilih 4 hingga 28 pertemuan dalam sebulan, dan formulir pendaftaran langsung menghitung totalnya, termasuk biaya registrasi. Soal cara bayar, semua metode yang umum dipakai diterima, mulai dari QRIS dan transfer bank sampai pembayaran tunai di gerai Indomaret atau Alfamart. Orang tua yang mendaftarkan anaknya bisa menyebutkan bab yang sedang berjalan di sekolah saat konsultasi gratis, sehingga pertemuan pertama langsung menyambung ke pelajaran kelas. Urutannya sederhana: konsultasi, menyepakati jadwal dan kebutuhan belajar, EduPoint mencarikan tutor yang sesuai, lalu pertemuan dimulai. Kalau ternyata tutornya kurang cocok, penggantian tutor tidak dipungut biaya. Semua jejak belajar, dari catatan pertemuan dan rekaman sampai materi mandiri dan rapor, bisa dibuka kembali lewat app.edupoint.id, aplikasi learner EduPoint. Kebiasaan menggambar panah gaya yang dibangun di bab ini akan terpakai lagi saat siswa masuk ke usaha dan energi, tekanan, suhu dan kalor, listrik dasar, serta optik dan cahaya. Jadi waktu yang dipakai untuk meluruskan intuisi gerak sekarang ikut meringankan bab-bab Fisika SMP sesudahnya.