LKPD Fisika Kelas 11: Menganalisis Besaran Vektor Gerak dan Gaya serta Representasinya pada Sistem Koordinat Kartesius

INFORMASI UMUM

TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Menganalisis besaran vektor gerak dan gaya serta representasinya pada sistem koordinat

PETUNJUK UMUM

• Bacalah setiap instruksi kerja dan studi kasus besaran vektor dengan teliti.
• Gunakan penggaris dan busur derajat secara cermat saat menggambar atau menganalisis vektor pada koordinat Kartesius.
• Bekerjasamalah secara aktif dalam kelompok untuk membedah representasi komponen gerak dan gaya.
• Tuliskan seluruh analisis komponen dan perhitungan secara runtut pada format lembar kerja yang disediakan.

KEGIATAN

Kegiatan 1: Analisis Representasi Vektor Posisi dan Perpindahan Gerak

Estimasi: 40 menit

Alat & Bahan:

• Kertas grafik/berpetak
• Penggaris
• Busur derajat
• Kalkulator ilmiah atau tabel nilai trigonometri dasar

Petunjuk Pengerjaan:

1. Cermati narasi gerak drone berikut: Sebuah drone pengawas mula-mula berada pada posisi awal r1 dengan koordinat (2, 1) m dari titik acuan (0,0). Drone tersebut kemudian bergerak menuju posisi r2 pada koordinat (8, 9) m.
2. Gambarkan titik r1 dan r2 serta tarik anak panah vektor posisi r1, vektor posisi r2, dan vektor perpindahan Delta r pada bidang koordinat Kartesius berpetak.
3. Analisis komponen vektor perpindahan horizontal (Delta x) dan vertikal (Delta y) yang dialami drone.
4. Hitung besar (magnitudo) perpindahan total drone dan tentukan arah sudutnya terhadap sumbu x positif menggunakan perbandingan trigonometri tangen.

Pertanyaan:

1. Berdasarkan posisi r1(2, 1) m dan r2(8, 9) m, tentukan komponen vektor perpindahan horizontal (Delta x) dan vertikal (Delta y) serta tuliskan bentuk vektor perpindahannya dalam vektor satuan (i, j).

2. Analisis besar vektor perpindahan total |Delta r| dan arah sudut theta yang dibentuk terhadap sumbu x positif.

Format ruang jawaban: 1) Bidang koordinat Kartesius berpetak rentang sumbu x (0 sampai 10) dan sumbu y (0 sampai 10) untuk menggambar vektor r1, r2, dan Delta r; 2) Kolom isian nilai Delta x, Delta y, dan persamaan vektor satuan; 3) Baris uraian perhitungan phytagoras dan nilai tangen sudut.

Kegiatan 2: Analisis Penguraian Vektor Gaya pada Koordinat Kartesius

Estimasi: 45 menit

Alat & Bahan:

• Penggaris
• Busur derajat
• Alat tulis
• Kalkulator/tabel trigonometri

Petunjuk Pengerjaan:

1. Perhatikan kasus gaya tarik berikut: Dua orang pekerja menarik sebuah peti berat. Pekerja A menarik dengan gaya F1 = 50 N yang membentuk sudut 37 derajat terhadap sumbu x positif (di kuadran I). Pekerja B menarik dengan gaya F2 = 40 N yang membentuk sudut 60 derajat di atas sumbu x negatif (kuadran II, atau sudut 120 derajat dari sumbu x positif).
2. Gambarkan diagram kedua vektor gaya tersebut pada bidang koordinat Kartesius dengan titik tangkap di pusat koordinat (0,0). Gunakan sin 37 deg = 0,6; cos 37 deg = 0,8; cos 60 deg = 0,5; sin 60 deg = 0,87.
3. Uraikan masing-masing gaya ke dalam komponen sumbu x (Fx) dan sumbu y (Fy), perhatikan secara kritis tanda positif dan negatif pada masing-masing sumbu koordinat.
4. Lengkapi tabel analisis komponen gaya yang disediakan.

Pertanyaan:

1. Lengkapi tabel analisis uraian komponen gaya untuk F1 dan F2 sepanjang sumbu x dan sumbu y.

2. Analisis mengapa komponen gaya F2x bertanda negatif pada sistem koordinat sedangkan F1x bertanda positif, serta jelaskan arti fisis tanda tersebut terhadap arah tarikan gaya.

Format ruang jawaban: 1) Gambar diagram vektor koordinat Kartesius dua sumbu berpusat di (0,0); 2) Tabel 5 kolom: [Nama Vektor | Besar (N) | Sudut Acuan | Komponen Fx (N) | Komponen Fy (N)]; 3) Ruang uraian analisis makna tanda negatif/positif.

Kegiatan 3: Analisis Resultan Vektor Gaya dan Arah Gerak Benda

Estimasi: 50 menit

Alat & Bahan:

• Kalkulator ilmiah
• Penggaris
• Lembar refleksi

Petunjuk Pengerjaan:

1. Gunakan data komponen gaya F1 dan F2 dari Kegiatan 2 untuk menganalisis resultan gaya total yang bekerja pada benda.
2. Jumlahkan seluruh komponen horizontal sumbu x (Sigma Fx = F1x + F2x) dan seluruh komponen vertikal sumbu y (Sigma Fy = F1y + F2y).
3. Hitung besar resultan gaya total (R) menggunakan teorema Pythagoras dan tentukan sudut arah resultan gaya tersebut terhadap sumbu x positif.
4. Diskusikan bersama kelompok dan analisis ke arah mana benda berpotensi bergerak akibat resultan gaya tersebut.
5. Selesaikan kegiatan ini dengan mengisi lembar refleksi mandiri di akhir sesi (sudah mencakup refleksi, transisi, dan penutup).

Pertanyaan:

1. Berapakah jumlah resultan komponen gaya pada sumbu x (Sigma Fx) dan sumbu y (Sigma Fy) dari kedua gaya tersebut?

2. Analisis besar gaya resultan total (R) dan sudut arah (theta) yang dihasilkan oleh kedua pekerja tersebut pada koordinat Kartesius.

3. Berdasarkan tanda positif pada Sigma Fx dan Sigma Fy, analisislah kecenderungan arah gerak peti tersebut di atas bidang koordinat Kartesius.

Format ruang jawaban: 1) Baris persamaan penjumlahan aljabar Sigma Fx dan Sigma Fy; 2) Kotak penyelesaian rumus Pythagoras dan arctan untuk R dan theta; 3) Paragraf hasil diskusi penalaran arah gerak benda berdasarkan kuadran koordinat Kartesius.

REFLEKSI

1. Bagaimana pemahaman tentang sumbu koordinat Kartesius membantumu membedakan arah tarikan gaya yang bernilai positif dan negatif?

2. Langkah analisis mana yang menurutmu paling menantang: menentukan komponen penguraian trigonometri atau menentukan sudut resultan gaya? Apa strategi yang kamu terapkan?

3. Menurutmu, mengapa dalam analisis fisika gerak dan gaya, besaran skalar saja tidak cukup untuk memprediksi arah gerak benda secara akurat?