KONSEPSI SISWA TENTANG USAHA DAN ENERGI Ignasia Evi Susanti1, Diane Noviandini1, Marmi Sudarmi1 1
Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana, Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga 50711, Indonesia Abstrak
Sebelum mendapatkan pelajaran formal di sekolah, siswa sudah mendapatkan pengalaman dari lingkungan hidupnya. Ketika mendapatkan pengalaman tersebut, secara tidak sadar dia akan membangun konsep menurut pikirannya sendiri. Demikian juga tentang konsep usaha dan energi. Usaha memiliki pengertian yang berbeda dalam ilmu fisika dan dalam kehidupan sehari – hari. Jika tidak bisa membedakan pengertian tersebut, akibatnya akan mengganggu pikiran siswa dalam belajar fisika karena konsep yang dimiliki berbeda dengan teori yang disampaikan guru. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui konsepsi siswa mengenai usaha dan energi. Penelitian ini dilakukan di salah satu SMP kelas VIII di Kabupaten Magelang dengan memberikan soal tes dan meminta siswa untuk memberikan alasan di setiap jawabannya, kemudian jawaban siswa dianalisa secara deskriptif kualitatif. Dari hasil penelitian ditemukan beberapa jenis konsepsi siswa yaitu : menyamakan pengertian usaha dalam ilmu fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari, gaya yang arahnya ke kanan dan ke atas selalu meyebabkan usaha positif, gaya yang arahnya ke kiri dan ke bawah selalu menyebabkan usaha negatif, benda diam tidak memiliki energi, energi potensial gravitasi berbanding terbalik terhadap ketinggian benda, menyamakan energi kinetik dan energi mekanik dengan energi potensial gravitasi, yaitu tergantung pada ketinggian benda, dan menyamakan gaya dengan energi. Kata kunci : konsepsi, usaha, energi.
1. Pendahuluan Dalam proses pembelajaran fisika hampir semua guru menghadapi kendala bagaimana menanamkan konsep dengan benar di kepala siswa, karena siswa tidak memasuki pelajaran fisika dengan kepala yang kosong yang dapat diisi dengan pengetahuan fisika. Tetapi kepala siswa sudah penuh dengan pengalaman dan pengetahuan yang berhubungan dengan fisika[1]. Konsep yang sudah dimiliki oleh setiap siswa merupakan dasar untuk membangun pengetahuan selanjutnya. Apabila konsep yang dimiliki tersebut salah dan tidak sesuai dengan konsep yang sebenarnya maka siswa tersebut akan mengalami kesulitan dalam mempelajari pelajaran selanjutnya. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, sudah semestinya guru sebagai seorang pengajar harus mengetahui konsep awal yang sudah dimiliki oleh siswa sebelum
1
belajar. Sehingga guru dapat merancang proses pembelajaran dan proses pembelajaran dapat dilaksanakan dengan baik. Penelitian mengenai konsepsi dalam fisika sudah pernah dilakukan oleh beberapa mahasiswa pendidikan fisika FSM UKSW dengan berbagai materi tentang fisika. Diantaranya, konsepsi siswa mengenai pembentukan bayangan pada lensa cembung (Nuridawati)[7] dan Konsepsi siswa tentang pembentukan bayangan oleh lubang kecil (Margareta L.T. Kalumbang)[6]. Berdasarkan banyaknya konsepsi dalam beberapa materi yang telah ditemukan peneliti sebelumnya, maka akan dilakukan penelitian mengenai konsepsi siswa tentang usaha dan energi. Topik ini dipilih karena topik ini merupakan topik dasar, dan konsep usaha memiliki pengertian yang berbeda dalam dalam ilmu fisika dan dalam kehidupan sehari – hari. Berdasarkan pengalaman peneliti pada saat melaksanakan program pengalaman lapangan (PPL), diketahui bahwa masih banyak siswa yang kurang memahami perbedaan pengertian tersebut. Permasalahan yang diteliti pada penelitian ini adalah bagaimana konsepsi siswa mengenai konsep usaha dan energi? Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui konsepsi siswa tentang usaha dan energi. Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi bagi guru fisika khususnya tentang konsepsi siswa mengenai konsep usaha dan energi, sehingga guru dapat merancang pembelajaran yang dapat memperbaiki kesalahan siswa. 2. Dasar Teori 2.1.
Konsep, Konsepsi Konsep adalah abstraksi yang mewakili satu kelas[2] benda – benda, kejadian – kejadian, situasi – situasi atau ciri – ciri khas yang terwakili dalam setiap budayanya oleh suatu tanda atau simbol. Dengan kata lain konsep merupakan abstraksi dari ciri – ciri sesuatu yang mempermudah komunikasi antara manusia dan yang memungkinkan manusia berfikir (bahasa adalah alat berfikir). Pengertian atau penafsiran terhadap suatu konsep tertentu dalam pikiran seseorang disebut sebagai konsepsi[1]. Konsepsi seseorang berbeda satu dengan yang lain, karena setiap orang memiliki pemahaman awal yang berbeda berdasarkan pengalamannya sehari – hari. 2.2.
Usaha atau Kerja Jika gaya F konstan yang bekerja pada benda menyebabkan benda berpindah, maka usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda didefinisikan sebagai perkalian skalar antara besar gaya F dan jarak s yang ditempuh oleh benda dalam geraknya. Usaha adalah besaran skalar, yaitu hanya mempunyai besar[4, 8]. Secara metematis dapat dituliskan sebagai berikut : =
2
∙
(1)
Dengan tanda titik (dot) menyatakan perkalian skalar (dot). Usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda (gambar 1) didefinisikan sebagai perkalian antara komponen gaya sepanjang garis gerak dengan jarak s yang ditempuh sepanjang garis tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gaya F sepanjang pergeseran tersebut adalah = ( cos )s
(2)
F F cos s Gambar 1. Usaha yng dilakukan oleh gaya F yang membentuk sudut terhadap perpindahan adalah = ( cos ) .
Usaha dapat berharga positif, negatif, atau nol[8]. Pada saat gaya mempunyai komponen dalam arah yang sama dengan perpindahan benda (0 ≤ < 90°), maka usaha W yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah positif. Pada saat gaya F mempunyai komponen yang berlawanan arah dengan perpindahan benda (90 < ≤ 180°), maka usaha W yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah negatif. Dan pada saat gaya tegak lurus terhadap perpindahan benda ( = 90°) maka usaha W yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah nol. 2.3.
Hubungan usaha dan energi kinetik Sebuah benda bermassa m bergerak pada garis lurus dengan laju awal . Untuk mempercepat benda tersebut secara beraturan sampai laju , diberikan gaya F konstan yang sejajar dengan arah geraknya sejauh s. Besarnya percepatan yang dialami oleh benda dapat dihitung menggunakan persamaan : [
=
+2 ( −
)]
(3)
sehingga diperoleh : =
"
!
(4)
Dengan menerapkan hukum Newton II ∑
=$
(5)
Maka besarnya usaha yang bekerja dapat diitung dengan mensubstitusikan persamaan (4) dan (5) ke persamaan (1) sehingga diperoleh : =
=$
=$ %
= $
− $
3
"
!
& (6)
Besaran
$
dinamakan energi kinetik. Energi kinetik merupakan besaran
skalar, energi ini bergantung pada massa dan laju benda. Dengan demikian persamaan (6) diatas dapat ditulis, = '( − '( = ∆'(
(7)
Persamaan tersebut dapat dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya total pada sebuah benda sama dengan perubahan energi kinetiknya[4,8]. Persamaan ini dikenal dengan sebutan ‘’teorema usaha –energi kinetik’’. 2.4.
Hubungan Usaha dengan Energi Potensial Gravitasi. Sebuah benda bermassa m bergerak sepanjang sumbu y. Gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah gaya berat w = mg dan gaya lain yang mungkin muncul * + ,-. Ketika sebuah benda jatuh dari ketinggian . menuju . yang lebih rendah, gaya
berat dan perpindahan benda pada arah yang sama sehingga usaha dilakukan oleh gaya berat adalah positif[6].
/01 /01
yang
= 2 (. − . )
=
/01
/01
= $3(. − . ) = $3. − $3.
(8)
Besaran $3. dinamakan energi potensial gravitasi. Energi ini bergantung pada massa, percepatan gravitasi dan ketinggian benda. Dengan demikian persamaan (8) diatas dapat ditulis : /01
= − ('4 − '4 ) /01
= −∆'4
(9)
Ketika benda bergerak naik dan . lebih besar dari . , usaha /01 yang dilakukan oleh gaya berat adalah negatif karena gaya berat dan perpindahan benda saling berlawanan arah[8]. 2.5.
Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik. Secara matematis ditulis : '5 = '4 + '(
(10)
Hukum kekekalan energi berbunyi sebagai berikut : ‘’ jika hanya gaya – gaya konservatif yang bekerja, energi mekanik total dari sebuah sistem tidak bertambah maupun berkurang pada proses apapun. Energi tersebut tetap konstan-kekal’’[3].
4
3. Metodologi Penelitian Jenis metode penelitian yang digunakan adalah deskriptif kualitatif[5] yang bertujuan memberikan penjelasan dan mendeskripsikan tentang sesuatu dan mengumpulkan data atau informasi untuk disusun, dijelaskan dan dianalisis tanpa menggunakan angka dan statistik. Sampel yang digunakan dalam penelitian adalah 19 siswa salah satu SMP di Kabupaten Magelang yang sudah mempelajari usaha dan energi. Prosedur penelitian dibagi menjadi dua tahap, yaitu : (1) Tahap persiapan, membuat alat pengumpul data berupa : soal konsep untuk mengetahui konsepsi siswa tentang usaha dan energi. (2) Tahap pelaksanaan : (i)Pengambilan data, pengambilan data ini dilakukan dengan menggunakan instrument berupa soal konsep yang diberikan kepada siswa untuk mengetahui konsepsi tentang usaha dan energi pada masing – masing siswa. Kemudian siswa diminta membuat alasan di setiap pertanyaan. (ii) Analisa data, data – data yang diperoleh dari hasil jawaban siswa tersebut kemudian dianalisa secara deskriptif kualitatif. 4. Hasil Penelitian dan Pembahasan 4.1.
Distribusi Jawaban Siswa Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, diperoleh jawaban siswa seperti pada tabel (1) : Tabel 1. Sebaran jawaban siswa yang menjawab masing – masing option.
Jumlah siswa yang menjawab option :
Soal nomor
A (siswa)
B (siswa)
C (siswa)
1
2
15*
2
2
2
0
17*
3
12*
7
0
4
9*
3
7
5
11*
8
0
6
17*
2
0
7
9
10*
0
8
9
10*
0
9
9
10*
0
5
10
11
8*
0
11
6*
13
0
12
15*
0
4
13
0
19*
0
14
4
0
15*
15
10
0
9*
16
1
18*
0
17
9*
0
10
18
0
8
11*
19
0
11*
8
20
11*
5
3
21
16*
3
0
22
17*
2
0
Keterangan = (*) option benar. 4.2. Pembahasan. Untuk soal no 1 sampai 4. Sebuah balok bermassa m ditarik sejauh s sepanjang lantai horizontal dengan gaya konstan yang diberikan oleh seseorang. Lantai tersebut kasar sehingga memberikan gaya gesek. Gaya – gaya yang bekerja pada balok ditunjukkan seperti pada gambar berikut : N Fges
F s w Gambar 2. Balok ditarik sejauh s.
6
Keterangan : F = gaya yang dberikan orang untuk menarik balok ; Fges = gaya gesek ; N = gaya normal ; W = gaya berat ; s = jarak balok. Soal no 1. Ditanyakan usaha yang dilakukan oleh gaya F. Jawaban benar : option B* (positif), karena arah gaya F searah dengan arah perpindahan balok sehingga usaha yang dilakukan oleh gaya F tersebut merupakan usaha positif. Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option A (nol), dengan alasan karena balok tidak berpindah. Jawaban dan alasan siswa salah, karena pada soal tersebut balok ditarik sejauh s sepanjang lantai oleh gaya F konstan jadi balok tersebut berpindah. Siswa ini tidak teliti dalam membaca soal. Sebanyak 79% (15) siswa memilih option B* (positif), dengan alasan : 26% (5) siswa menjawab karena arah gaya F searah dengan arah perpindahan balok dan 53% (10) siswa menjawab karena arah gaya F ke kanan. Dari 79% siswa yang memilih option benar hanya 26% siswa saja yang memberikan alasan dengan benar, sedangkan 53% siswa memberikan alasan yang salah karena belum tentu arah gaya ke kanan selalu menimbulkan usaha positif. Pada soal tersebut kebetulan saja arah gaya dan perpindahan baloknya ke kanan. Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option C (negatif), dengan alasan karena gaya F berlawanan dengan gaya gesek. Jawaban dan alasan siswa salah, karena usaha dikatakan negatif jika arah gaya dan perpindahan bendanya berlawanan. Bukan karena arah gayanya berlawanan dengan gaya lain yang bekerja pada benda. Soal no 2. Ditanyakan usaha yang dilakukan oleh gaya gesek Fges. Jawaban benar : option C* (negatif), karena arah gaya gesek berlawanan dengan arah perpindahan balok sehingga usaha yang dilakukan oleh gaya gesek tersebut merupakan usaha negatif. Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option A (nol), dengan alasan karena balok tidak berpindah. Jawaban dan alasan siswa salah, karena pada soal tersebut balok ditarik sejauh s sepanjang lantai oleh gaya F konstan jadi balok tersebut berpindah. Siswa ini tidak teliti dalam membaca soal. Sebanyak 89,5% (17) siswa memilih option C* (negatif), dengan alasan : 26% (5) siswa menjawab karena arah gaya gesek berlawanan dengan arah perpindahan balok, 53% (10) siswa menjawab karena arah gaya gesek ke kiri dan 10,5% (2) siswa menjawab karena arah gaya gesek berlawanan dengan arah gaya F. Dari 89% siswa yang memilih option benar, hanya 26% siswa saja yang memberikan alasan dengan benar sedangkan 63,5% siswa memberikan alasan yang salah karena belum tentu arah gaya ke kiri selalu menimbulkan usaha negatif, dan usaha dikatakan negatif bukan karena arah gayanya
7
berlawanan dengan gaya lain yang bekerja pada benda tetapi karena arah gaya berlawanan dengan arah perpindahan benda. Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 1 dan 2, sebanyak 26% siswa sudah memahami konsep usaha positif dan negatif dengan benar, yaitu ketika gaya F searah dengan perpindahan benda, maka usaha yang dilakukan oleh gaya adalah positif dan pada saat gaya F berlawanan arah dengan perpindahan benda, maka usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah negatif. sedangkan 63,5 siswa belum memahami dan 10,5% siswa kurang teliti dalam membaca soal. Soal no 3. Ditanyakan usaha yang dilakukan oleh gaya normal N. Jawaban benar : option A* (nol), karena arah gaya normal tegak lurus terhadap arah perpindahan benda. Sebanyak 63% (12) siswa memilih option A* (nol), dengan alasan : 47% (9) siswa menjawab karena gaya normal tegak lurus dengan perpindahan balok, 16% (3) siswa menjawab karena gaya normal tidak melakukan usaha. Dari 63% siswa yang memilih option benar, hanya 47% siswa saja memberikan alasan dengan benar sedangkan 16% siswa memberikan alasan yang salah. Siswa ini hanya mengulang soal saja . Sebanyak 37% (7) siswa memilih option B ( positif), dengan alasan karena arah gayanya ke atas. Jawaban dan alasan siswa salah. Siswa berpikir bahwa gaya yang arahnya ke atas selalu menimbulkan usaha positif tanpa memperhatikan kemana arah perpindahan bendanya. Padahal belum tentu gaya yang arahnya ke atas selalu menimbulkan usaha positif. Usaha dikatakan positif jika arah gaya dan arah perpindahan bendanya searah. Soal no 4. Ditanyakan usaha yang dilakukan oleh gaya berat w. Jawaban benar : option A* (nol), karena arah gaya berat tegak lurus terhadap arah perpindahan benda. Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A* (nol), dengan alasan karena gaya berat tegak lurus dengan perpindahan balok. Sebanyak 16% (3) siswa memilih option B (positif), dengan alasan karena balok tidak berpindah. Jawaban dan alasan siswa salah, karena pada soal tersebut balok ditarik sejauh s sepanjang lantai oleh gaya F konstan jadi balok tersebut berpindah. Siswa ini tidak teliti dalam membaca soal. Sebanyak 37% (7) siswa memilih option C ( negatif), dengan alasan karena arah gaya berat ke bawah. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa gaya yang arahnya ke bawah selalu menimbulkan usaha negatif tanpa memperhatikan kemana arah perpindahan bendanya. Padahal belum tentu gaya yang arahnya kebawah selalu menimbulkan usaha negatif. Usaha dikatakan negatif jika arah gaya berlawanan dengan arah perpindahan bendanya.
8
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 3 dan 4, sebanyak 47% siswa sudah memahami jika gaya tegak lurus terhadap perpindahan benda, maka gaya tersebut tidak melakukan usaha. Sedangkan 53% siswa belum memahami dan diantara 53% siswa tersebut, 16% siswa juga kurang teliti dalam membaca soal. Soal no 5. Sebuah bola yang memiliki massa m, bergerak jatuh bebas. Selama bola tersebut bergerak ke bawah, apakah bola tersebut dikenai usaha? Jawaban benar : option A* (iya = bola dikenai usaha), karena selama bola bergerak jatuh bebas ke bawah ada gaya gravitasi yang bekerja pada bola sehingga bola dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi. Sebanyak 58% (11) siswa memilih option A* (bola dikenai usaha), dengan alasan : 26% (5) siswa menjawab karena selama bola bergerak ada gaya gravitasi, 32% (6) siswa menjawab kalau tidak ada usaha bola tidak akan bergerak. Dari 58% siswa yang memilih option benar, hanya 26% siswa saja yang memberikan alasan dengan benar sedangkan 32% siswa berpikir bahwa bola yang bergerak pasti dikenai usaha tanpa menjelaskan siapa yang melakukan usaha. Sebanyak 42% (8) siswa memilih option B (bola tidak dikenai usaha), dengan alasan karena tidak ada gaya. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa selama bola bergerak jatuh bebas tidak ada gaya yang bekerja pada bola sehingga tidak dikenai usaha. Padahal selama bola bergerak jatuh bebas ada gaya gravitasi yang bekerja pada bola. Jadi, selama bergerak bola dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi. Soal no 6. Sebuah bola yang memiliki massa m dilemparkan vertikal ke atas. Selama bola tersebut bergerak ke atas, apakah bola tersebut dikenai usaha? Jawaban benar : option A* (bola dikenai usaha), karena selama bola bergerak ke atas ada gaya gravitasi yang bekerja pada bola sehingga bola dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi. Sebanyak 89,5% (17) siswa memilih option A* (bola dikenai usaha), dengan alasan : 26% (5) siswa menjawab karena selama bola bergerak ada gaya gravitasi, 63,5% (12) siswa menjawab karena ada usaha dari orang saat melempar bola. Dari 89,5% siswa yang memilih option benar, hanya 26% siswa yang memberikan alasan dengan benar. Sedangkan 63,5% siswa memberikan alasan yang salah karena selama bola bergerak ke atas bola dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi, bukan karena bola dilempar oleh seseorang. Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option B (bola tidak dikenai usaha), dengan alasan karena saat bola dilempar saja ada usaha dari tangan. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir selama bola bergerak ke atas tidak ada lagi usaha yang diberikan pada bola karena bola sudah lepas dari tangan. Padahal selama bola bergerak ke atas, bola dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi.
9
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 5 dan 6, sebanyak 26% siswa sudah memahami bahwa selama bergerak ke bawah dan ke atas, bola dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi, sedangkan 73,5% siswa lainnya belum memahami. Soal no 7. Seorang anak mendorong dinding didalam rumahnya, tetapi dinding tersebut tetap tidak berpindah. Apakah anak tersebut melakukan usaha terhadap dinding? Jawaban benar : option B* (tidak melakukan usaha), karena dinding tetap tidak berpindah sehingga anak tidak melakukan usaha terhadap dinding. Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A (melakukan usaha), dengan alasan karena anak sudah berusaha mendorong dinding. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir karena anak sudah berusaha mendorong dinding maka anak tersebut melakukan usaha tanpa memperhatikan perpindahan. Padahal meskipun kita telah berusaha mendorong dinding tetapi jika dinding tetap tidak berpindah kita tidak melakukan usaha. Kesalahan siswa ini yaitu, menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari. Sebanyak 53% (10) siswa memilih option B* (tidak melakukan usaha), dengan alasan karena dinding tetap tidak berpindah jadi usahanya nol. Jawaban dan alasan yang diberikan siswa benar. Soal no 8. Seorang siswa membawa beberapa buku yang berat dalam keadaan diam. Apakah siswa tersebut melakukan usaha terhadap buku? Jawaban benar : option B* (tidak melakukan usaha), karena buku tersebut tetap diam sehingga siswa tidak melakukan usaha terhadap buku yang dibawanya. Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A ( melakukan usaha), dengan alasan karena siswa membawa buku yang berat. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa setiap orang yang membawa benda yang berat selalu melakukan usaha tanpa memperhatikan perpindahan benda. Padahal meskipun membawa benda berat tetapi jika benda tersebut tetap tidak berpindah maka orang tersebut tidak melakukan usaha. Kesalahan siswa ini yaitu, menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari. Sebanyak 53% (10) siswa memilih option B* (tidak melakukan usaha), dengan alasan karena buku tetap tidak berpindah jadi usahanya nol. Jawaban dan alasan yang diberikan siswa sudah benar. Soal no 9. Seorang ibu berjalan dari titik A berkeliling taman dan kembali lagi ke titik A. Apakah ibu tersebut melakukan usaha? Jawaban benar : option B* (tidak melakukan usaha), karena ibu yang berjalan kembali lagi ketempat semula, tidak ada perpindahan sehingga usahanya nol.
10
Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A (melakukan usaha), dengan alasan karena ibu tersebut telah mengeluarkan energi untuk berjalan. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa setiap orang yang melakukan sesuatu dan mengeluarkan energi pasti melakukan usaha. Padahal meskipun kita mengeluarkan energi untuk berjalan tetapi jika kita kembali lagi ke tempat semula kita tidak melakukan usaha karena tidak ada perpindahan. Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari. Sebanyak 53% (10) siswa memilih option B* (tidak melakukan usaha), dengan alasan karena ibu tersebut kembali lagi ke tempat awal sehinggga tidak ada perpindahan, jadi usahanya nol. Jawaban dan alasan yang diberikan siswa sudah benar. Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 7, 8, dan 9, sebanyak 53% siswa sudah memahami jika gaya yang diberikan pada benda tidak menyebabkan perpindahan maka usahanya nol atau dikatakan tidak melakukan usaha, sedangkan 47% siswa lainnya menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari. Soal no 10. Seorang pramusaji di sebuah restoran membawa sebuah nampan yang berisi makanan dan berjalan di lantai yang datar mengantarkan makanan tersebut ke meja pelanggannya. Nampan yang dibawanya selalu berada pada ketinggian yang sama. Apakah pramusaji melakukan usaha terhadap nampan? Jawaban benar : option B* (tidak melakukan usaha), karena gaya yang diberikan oleh pramusaji terhadap nampan tegak lurus dengan arah perpindahan. Sebanyak 58% (11) siswa memilih option A (melakukan usaha), dengan alasan karena pramusaji membawa nampan yang berisi makanan yang berat. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa setiap orang yang membawa sesuatu yang berat pasti melakukan usaha tanpa memperhatikan arah gaya yang diberikan dan perpindahan bendanya. Padahal orang dikatakan melakukan usaha jika gaya yang diberikan menyebabkan benda berpindah sejajar dengan arah gayanya. Kesalahan siswa ini yaitu, menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari. Sebanyak 42% (8) siswa memilih option B* (tidak), dengan alasan : 37% (7) siswa menjawab karena gaya tegak lurus terhadap perpindahan, dan 5% (1) siswa menjawab karena tidak melakukan usaha. Dari 42% siswa yang memilih option benar, hanya 37% siswa saja yang memberikan alasan dengan benar sedangkan 5% siswa memberikan alasan dengan mengulang soal saja. Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 10, sebanyak 58% siswa menyamakan pengertian usaha dalam fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari, 5% siswa memberikan jawaban hanya mengulang soal saja dan 37% siswa
11
sudah memahami jika gaya yang diberikan pada benda tegak lurus terhadap perpindahan benda maka usahanya nol. Soal nomor 11. Sebuah balok diam di atas meja dengan ketinggian h diatas lantai. Apakah balok tersebut memiliki energi? Jawaban benar : option A* (memiliki energi), karena balok berada pada ketinggian h jadi meskipun balok tersebut diam, balok memiliki energi yaitu energi potensial gravitasi. Sebanyak 32% (6) siswa memilih option A*(memiliki energi), dengan alasan karena balok berada pada ketinggian h jadi balok memiliki energi potensial. Jawaban dan alasan siswa sudah benar. Sebanyak 68% (13) siswa memilih option B, dengan alasan karena balok diam. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa setiap benda diam tidak memiliki energi tanpa memperhatikan dimana posisi atau kedudukan benda tersebut. Padahal meskipun sebuah benda diam jika benda berada pada suatu tempat dengan ketinggian tertentu maka benda memiliki energi potensial gravitasi. Berdasarkan jawaban dan alasan siswa pada soal nomor 11, sebanyak 32% siswa sudah memahami bahwa benda diam juga memiliki energi potensial akibat kedudukannya. Sedangkan 68% siswa lainnya berpikir bahwa benda diam tidak memiliki energi. Untuk soal no 12 – 20. Sebuah bola dijatuhkan vertikal ke bawah dari ketinggian maksimum h di atas tanah (hambatan udara diabaikan). Rekaman gerak bola saat bola berada pada ketinggian 1, 2 dan 3 terhadap tanah ditunjukkan seperti gambar berikut:
Posisi 1, (y = h)
Posisi 2, (y = ½ h)
h
Posisi 3, (y=0) Tanah (sebagai acuan) Gambar 3. Skema perubahan gerak bola.
Keterangan : y = ketinggian bola di atas tanah.
12
Soal no 12. Ditanyakan energi potensial gravitasi bola pada posisi 1. Jawaban benar : option A*(energi potensial gravitasinya maksimum), karena bola berada pada ketinggian h maksimum, paling jauh dari titik acuan, jadi energi potensial gravitasi yang dimiliki bola maksimum. Sebanyak 79% (15) siswa memilih option A* (energi potensial gravitasinya maksimum), dengan alasan karena bola berada pada pada posisi h paling tinggi dari tanah jadi bola memiliki energi potensial maksimum. Jawaban dan alasan siswa sudah benar. Sebanyak 21% (4) siswa memilih option C (energi potensial gravitasinya nol), karena bola berada pada posisi h paling tinggi jadi energi potensialnya sudah hilang. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa semakin tinggi suatu benda maka energi potensialnya semakin hilang. Padahal jika posisi suatu benda semakin tinggi atau semakin jauh dari titik acuan, maka semakin besar pula energi potensial gravitasinya. Soal nomor 13. Ditanyakan energi potensial gravitasi bola pada posisi 2. Jawaban benar : option B*(energi potensial gravitasinya setengah dari maksimum), karena bola berada pada ketinggian ½ h jadi energi potensial gravitasi yang dimiliki bola adalah setengah dari maksimum. Sebanyak 100% (19) siswa memilih option B*, dengan alasan karena bola berada pada ketinggian setengah h di atas tanah jadi energi potensialnya setengah. Jawaban dan alasan siswa sudah benar. Soal no 14. Ditanyakan energi potensial gravitasi bola pada posisi 3. Jawaban benar : option C*(energi potensial gravitasinya nol), karena bola sudah berada pada titik acuan jadi bola tidak memiliki energi potensial gravitasi. Sebanyak 21% (4) siswa memilih option A (energi potensial gravitasinya maksimum), dengan alasan karena bola berada pada posisi paling rendah. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa semakin rendah posisi suatu benda maka energi potensialnya semakin besar. Padahal semakin rendah posisi suatu benda atau semakin dekat dengan titik acuan, maka energi potensial gravitasinya semakin kecil. Sebanyak 79% (15) siswa memilih option C* (energi potensial gravitasinya nol), dengan alasan karena bola sudah berada di tanah jadi energi potensialnya nol. Jawaban dan alasan siswa sudah benar. Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 12 dan 14, sebanyak 79% siswa sudah memahami konsep energi potensial gravitasi dengan benar, yaitu semakin jauh dari titik acuan energi potensial gravitasi yang dimiliki benda semakin besar dan sebaliknya. Tetapi 21% siswa berpikir bahwa energi potensial gravitasi yang dimiliki benda berbanding terbalik dengan ketinggian benda.
13
Soal nomor 15. Ditanyakan energi kinetik bola pada posisi 1. Jawaban benar : C*(energi kinetik bola = nol), karena pada posisi awal bola belum bergerak jadi energi kinetiknya nol. Sebanyak 53% (10) siswa memilih option A (energi kinetik bola = maksimum), dengan alasan karena bola berada pada posisi paling tinggi jadi energi kinetiknya paling besar. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa semakin tinggi posisi suatu benda maka semakin besar pula energi kinetiknya tanpa memperhatikan kecepatan. Padahal energi kinetik tidak tergantung pada ketinggian benda tetapi pada kecepatan. Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi. Sebanyak 47% (9) siswa memilih option C* (energi kinetik bola = nol), dengan alasan karena bola belum bergerak jadi energi kinetiknya nol. Jawaban dan alasan siswa sudah benar. Soal nomor 16. Ditanyakan energi kinetik bola pada posisi 2. Jawaban benar : option B* (energi kinetik bola = setengah dari maksimum), karena energi mekanik selalu konstan jadi jika energi potensialnya setengah maka energi kinetiknya setengah. Sebanyak 5% (1) siswa memilih option A (energi kinetik bola = maksimum), dengan alasan karena bola berada pada posisi paling tinggi. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir energi kinetik tergantung pada ketinggian benda, yaitu semakin tinggi posisi suatu benda maka semakin besar pula energi kinetiknya. Padahal energi kinetik tidak tergantung pada ketinggian tetapi kecepatan. Dan pada soal ini posisi 2 bukan posisi tertinggi, siswa ini juga kurang teliti dalam membaca soal. Sebanyak 95% (18) siswa memilih option B* (energi kinetik bola = setengah dari maksimum), dengan alasan karena bola berada pada posisi ½ h. Dari 95% siswa yang memilih option benar tidak ada siswa yang memberikan alasan dengan benar. Siswa berpikir energi kinetik tergantung pada ketinggian benda, jika ketinggiannya ½ h maka energi kinetiknya ½. Padahal energi kinetik tidak tergantung pada ketinggian tetapi kecepatan. Kesalahan siswa ini yaitu, menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi. Soal nomor 17. Ditanyakan energi kinetik bola pada posisi 3. Jawaban benar : option A*(energi kinetiknya maksimum), karena energi mekanik selalu konstan maka pada saat energi potensialnya nol maka energi kinetiknya maksimum. Sebanyak 47% (9) siswa memilih option A* (energi kinetiknya maksimum), dengan alasan karena energi potensialnya nol jadi energi kinetiknya maksimum supaya energi mekaniknya selalu sama. Jawaban dan alasan siswa sudah benar.
14
Sebanyak 53% (10) siswa memilih option C (energi kinetiknya nol), dengan alasan karena bola berada pada ketinggian nol. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa semakin rendah posisi suatu benda maka energi kinetiknya semakin berkurang. padahal energi kinetik tidak tergantung pada ketinggian tetapi kecepatan. Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi. Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 15 dan 17, sebanyak 47% siswa sudah memahami jika sebuah benda dijatuhkan, energi kinetik yang dimilki benda semakin bertambah. Sedangkan 53% siswa lainnya menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi. Soal nomor 18. Ditanyakan perbandingan energi potensial gravitasi bola pada posisi 1, 2, dan 3. Jawaban benar : option C* (Ep1 > Ep2 > Ep3), karena posisi 1 lebih tinggi dari posisi 2 dan posisi 2 lebih tinggi dari posisi 3, jadi perbandingan energi potensial gravitasi 1 lebih besar dari energi potensial gravitasi 2 dan energi potensial gravitasi 2 lebih besar dari energi potensial gravitasi 3. Sebanyak 42% (8) siswa memilih option B (Ep1 < Ep2 < Ep3), dengan alasan : 21% (4) siswa menjawab karena posisi 1 lebih tinggi dari posisi 2 dan posisi 2 lebih tinggi dari posisi 3, jadi energi potensial 1 lebih besar dari energi potensial 2 dan energi potensial 2 lebih besar dari energi potensial 3, dan 21% (4) siswa menjawab karena semakin ke bawah energi potensialnya semakin besar. Dari 42% siswa yang memilih option salah, 21% siswa kurang teliti dalam membaca soal (simbol), karena pada alasan yang diberikan siswa ini mengatakan bahwa energi potensial 1 lebih besar dari energi potensial 2 dan energi potensial 2 lebih besar dari energi potensial 3. Sedangkan alasan 21% siswa lainnya salah, siswa berpikir bahwa semakin rendah posisi suatu benda maka energi potensial gravitasinya semakin bertambah. Padahal semakin rendah posisi suatu benda atau semakin dekat dengan titik acuan, maka energi potensial gravitasinya semakin berkurang. Sebanyak 58% (11) siswa memilih option C* (Ep1 > Ep2 > Ep3), dengan alasan karena posisi 1 lebih tinggi dari posisi 2 dan posisi 2 lebih tinggi dari posisi 3 jadi energi potensial gravitasi 1 lebih besar dari energi potensial gravitasi 2 dan energi potensial gravitasi 2 lebih besar dari energi potensial 3. Jawaban dan alasan siswa sudah benar. Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 18, sebanyak 58% siswa sudah memahami perbandingan energi potensial gravitasi pada posisi 1, 2, dan 3 dengan benar, yaitu Ep1 > Ep2 > Ep3. Sebanyak 21% siswa tidak teliti dalam membaca soal dan 21% siswa berpikir bahwa energi potensial gravitasi yang dimiliki benda berbanding terbalik dengan ketinggian benda.
15
Soal nomor 19. Ditanyakan perbandingan energi kinetik bola pada posisi 1, 2, dan 3. Jawaban benar option : B* (Ek1 < Ek2 < Ek3), karena bola yang mula – mula diam dijatuhkan ke bawah. Semakin ke bawah semakin besar pula kecepatannya jadi energi kinetiknya semakin besar. Sebanyak 58% (11) siswa memilih option B* (Ek1 < Ek2 < Ek3), dengan alasan karena semakin ke bawah kecepatannya semakin besar. Jawaban dan alasan siswa sudah benar. Sebanyak 42% (8) siswa memilih option C (Ek1 > Ek2 > Ek3), dengan alasan posisi 1 lebih tinggi dari posisi 2 dan seterusnya. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir semakin tinggi posisi suatu benda maka energi kinetiknya semakin besar tanpa memperhatikan kecepatannya. Padahal energi kinetik tidak bergantung pada ketinggian tetapi kecepatan. Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi. Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 19, sebanyak 58% siswa sudah memahami perbandingan energi kinetik bola pada posisi 1, 2, dan 3 dengan benar, yaitu Ek1 < Ek2 < Ek3. Tetapi sebanyak 42% siswa lainnya menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi. Soal nomor 20. Ditanyakan perbandingan energi mekanik bola pada posisi 1, 2, dan 3. Jawaban benar : option A* (Em1 = Em2 = Em3), karena jika hambatan udara diabaikan energi mekanik total selalu konstan tidak pernah bertambah maupun berkurang jadi energi mekanik 1 sama dengan energi mekanik 2 sama dengan energi mekanik 3. Sebanyak 58% (11) siswa memilih option A* (Em1 = Em2 = Em3), dengan alasan karena energi mekanik selalu konstan jadi energi mekanik bola pada posisi 1, 2, dan 3 selalu sama. Jawaban dan alasan siswa sudah benar. Sebanyak 26% (5) siswa memilih option B (Em1 < Em2 < Em3), dengan alasan karena ketinggian bola semakin berkurang. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa semakin rendah posisi suatu benda maka semakin besar energi mekaniknya. Padahal meskipun ketinggian benda semakin berkurang, energi mekaniknya selalu konstan. 16% (3) siswa memilih option C (Em1 > Em2 > Em3), dengan alasan karena ketinggian bola semakin berkurang. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir bahwa semakin rendah posisi suatu benda maka semakin kecil pula energi mekaniknya. Padahal meskipun ketinggian benda semakin berkurang, energi mekaniknya selalu konstan. Kesalahan siswa ini yaitu menyamakan energi mekanik dengan energi potensial gravitasi.
16
Berdasarkan jawaban siswa pada soal nomor 20, sebanyak 58% siswa sudah memahami perbandingan energi mekanik bola pada posisi 1, 2, dan 3 dengan benar yaitu Em1 = Em2 = Em3. Mereka telah memahami konsep energi mekanik, jika hambatan udara diabaikan, maka energi mekanik total selalu konstan tidak pernah bertambah maupun berkurang. Dan sebanyak 42% siswa menyamakan energi mekanik dengan energi potensial gravitasi, dipengaruhi oleh ketinggian benda. Soal nomor 21. Sebuah benda yang mula – mula diam ditarik dengan gaya F konstan sehingga bergerak sejauh s sepanjang lantai horizontal. Ditanyakan pernyataan yang benar dari peristiwa tersebut. Jawaban benar : option A*(benda mengalami perubahan energi kinetik karena benda dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya F sepanjang s). Benda yang mula – mula diam energi kinetiknya nol, saat diberi usaha oleh gaya F sepanjang s benda memiliki energi kinetik karena benda bergerak. Jadi benda mengalami perubahan energi kinetik karena benda dikenai usaha yang dilakukan oleh gaya F sepanjang s. Sebanyak 84% (16) siswa memilih option A*, dengan alasan : karena benda diam yang tidak memiliki energi kinetik, menjadi memiliki energi kinetik yang disebabkan oleh usaha yang dilakukan gaya F sejauh s. Berdasarkan jawaban yang diberikan siswa, Jawaban siswa sudah benar. Sebanyak 16% (3) siswa memilih option B (benda melakukan usaha karena benda berenergi), dengan alasan karena ditarik berarti benda mendapat energi jadi benda melakukan usaha. Jawaban dan alasan siswa salah, siswa berpikir jika kita menarik benda maka kita memberikan energi pada benda tersebut sehingga benda melakukan usaha. Padahal jika kita menarik benda kita memberikan gaya pada benda dan gaya tersebut yang melakukan usaha pada benda. Kesalahan siswa ini yaitu, menyamakan gaya dengan energi. Soal nomor 22. Ditanyakan hubungan antara usaha dan energi. Jawaban benar : option A* (Jika benda diberi usaha akan mengalami perubahan energi). karena jika kita melakukan usaha pada benda, kita mengubah energi benda tersebut. Sebanyak 89,5% (17) siswa memilih option A*, dengan alasan : siswa menjawab karena kalau kita melakukan usaha pada benda, energi yang dimilki benda bisa berubah. Sebanyak 10,5% (2) siswa memilih option B (benda harus memiliki energi untuk melakukan usaha), dengan alasan karena orang tidak akan bisa melakukan usaha kalau tidak memiliki energi. Siswa berpikir orang hanya dapat melakukan usaha jika orang tersebut memiliki energi. Padahal meskipun memiliki energi jika kita tidak dapat menyebabkan benda berpindah kita tidak melakukan usaha.
17
5. Kesimpulan dan Saran Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilaksanakan, ditemukan ada beberapa jenis konsepsi siswa tentang usaha dan energi, yaitu : 1. Siswa menyamakan pengertian usaha dalam ilmu fisika dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari – hari. 2. Gaya yang arahnya kekanan dan keatas selalu meyebabkan usaha positif. 3. Gaya yang arahnya kekiri dan kebawah selalu menyebabkan usaha negatif. 4. Benda diam tidak memiliki energi. 5. Semakin dekat dengan titik acuan, energi potensial gravitasi benda semakin besar. 6. Semakin jauh dari titik acuan, energi potensial gravitasi benda semakin kecil. 7. Semakin dekat denga titik acuan, energi mekanik total yang dimilki benda semakin kecil. 8. Siswa menyamakan energi kinetik dengan energi potensial gravitasi, yaitu tergantung pada ketinggian benda. 9. Siswa menyamakan energi mekanik dengan energi potensial gravitasi, yaitu tergantung pada ketinggian benda. 10. Siswa menyamakan gaya dengan energi.
Untuk peneliti selanjutnya disarankan selain dilakukan tes tertulis, dilakukan juga wawancara sebagai bagian proses penelitian agar dapat mengetahui konsep siswa lebih detail, mengingat masih ditemukan jawaban dari siswa yang hanya mengulang soal saja. Bagi guru sebaiknya harus lebih memperhatikan konsep awal yang dimiliki siswa agar konsep awal yang masih salah dapat dibenarkan dan yang sudah benar dapat dikembangkan sehingga pembelajaran dapat terlaksana dengan baik. Daftar Pustaka : [1] Berg, Euwe van den (ed). 1991. Miskonsepsi Fisika dan Remediasi. Salatiga: Universitas Kristen Satya Wacana Press. [2] Dahar, R W. 1998. Teori – Teori Belajar. Jakarta : Departemen Pendidikan dan KebudayaanDirektorat Jendral Pendidikan Tinggi PLPPTK. [3] Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga. [4] Halliday, David dan Resnick, Robert. 1985. Fisika Jilid 1. Jakarta : Erlangga. [5] J . Moelong, Lexy.2007. Metodologi Penelitian Kualitatif. Bndung: Remaja Rosdakarya. [6] Kalumbang, M. Leda Tada. 2012. Konsepsi Siswa tentang Pembentukan Bayangan oleh Lubang Kecil. Salatiga : FSM UKSW. [7] Wati, Nurida. 2011. Konsepsi Siswa mengenai Pembentukan Bayangan pada Lensa Cembung. Salatiga : FSM UKSW. [8] Young, Hugh D. dan Freedman, Roger A. 2001. Sears dan Zemansky. Fisika Universitas jilid I. Jakarta : Erlangga.
18
