LKPD IPA Kelas 8: Menganalisis Tekanan pada Zat Padat serta Hubungan Gaya dan Luas Permukaan Bidang Sentuh

INFORMASI UMUM

TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Menganalisis tekanan pada zat padat dengan menghubungkan pengaruh gaya dan luas permukaan bidang sentuh

PETUNJUK UMUM

• Bacalah setiap instruksi kerja dan pertanyaan dengan cermat bersama kelompokmu.
• Lakukan penyelidikan sederhana dengan tertib dan catat data hasil percobaan sesuai fakta pengamatan.
• Gunakan data yang diperoleh untuk menganalisis hubungan gaya tekan dan luas permukaan terhadap besarnya tekanan pada zat padat.
• Tanyakan kepada guru jika terdapat langkah kerja atau konsep yang belum dipahami.

KEGIATAN

Kegiatan 1: Penyelidikan Pengaruh Luas Permukaan Bidang Sentuh dan Gaya Tekan pada Plastisin

Estimasi: 30 menit

Alat & Bahan:

• 2 balok kayu identik (ukuran sama)
• 2 bungkus plastisin/lilin mainan
• Penggaris
• 3 buah buku pelajaran tebal sebagai beban

Petunjuk Pengerjaan:

1. Siapkan dua balok kayu berukuran identik dan dua wadah/gumpalan plastisin yang permukaannya sudah diratakan.
2. Percobaan 1 (Variasi Luas Permukaan): Letakkan Balok 1 pada plastisin dengan posisi rebah (sisi bidang sentuh lebar/luas). Letakkan Balok 2 pada plastisin lain dengan posisi tegak (sisi bidang sentuh sempit/kecil). Berikan beban gaya yang sama (misal ditumpuk 1 buku di atas masing-masing balok selama 5 detik). Angkat balok dan amati kedalaman bekas jejak yang terbentuk.
3. Percobaan 2 (Variasi Gaya Tekan): Letakkan dua balok dengan posisi bidang sentuh yang sama persis (misal keduanya posisi rebah). Balok A tidak diberi beban tambahan (hanya berat balok itu sendiri), sedangkan Balok B ditumpuk 3 buku tebal di atasnya selama 5 detik. Angkat balok dan amati kedalaman bekas jejak yang terbentuk.
4. Catat hasil pengamatan tingkat kedalaman bekas jejak (sangat dalam, sedang, dangkal) pada tabel yang tersedia.

Pertanyaan:

1. Isilah tabel perbandingan kedalaman jejak pada plastisin berdasarkan hasil percobaan berikut:

1. Balok posisi rebah (luas bidang sentuh besar) vs Balok posisi tegak (luas bidang sentuh kecil) dengan beban gaya sama;
2. Balok tanpa beban tambahan (gaya kecil) vs Balok ditumpuk 3 buku (gaya besar) pada luas bidang sentuh yang sama.

2. Berdasarkan percobaan 1, bagaimanakah hubungan antara luas permukaan bidang sentuh dengan besarnya tekanan (yang diindikasikan oleh kedalaman bekas jejak pada plastisin)?

3. Berdasarkan percobaan 2, bagaimanakah hubungan antara besar gaya tekan dengan besarnya tekanan pada zat padat?

Tabel 4 kolom (Nomor Pengujian, Perlakuan, Kondisi Luas & Gaya, Hasil Kedalaman Jejak Plastisin: Dangkal/Dalam) serta 2 kolom paragraf analisis di bawah tabel untuk menjawab pertanyaan nomor 2 dan 3.

Kegiatan 2: Analisis Matematis Hubungan Gaya, Luas Permukaan, dan Tekanan (P = F / A)

Estimasi: 25 menit

Alat & Bahan:

• Alat tulis
• Kertas buram/kalkulator sederhana

Petunjuk Pengerjaan:

1. Ingat kembali rumus dasar tekanan zat padat: P = F / A, dengan P = Tekanan (N/m² atau Pascal), F = Gaya tekan (Newton), dan A = Luas bidang sentuh (m²).
2. Cermati data numerik pada soal di bawah ini.
3. Lakukan analisis perhitungan sistematis untuk menentukan besaran tekanan dan buktikan hubungan antarvariabelnya.

Pertanyaan:

1. Sebuah balok besi dengan berat 120 N memiliki tiga permukaan dengan ukuran berbeda: Sisi 1 luasnya 0,02 m², Sisi 2 luasnya 0,04 m², dan Sisi 3 luasnya 0,06 m². Hitunglah tekanan zat padat yang dialami lantai saat balok diletakkan pada Sisi 1, Sisi 2, dan Sisi 3!

2. Dari hasil perhitungan soal nomor 1, analisis sisi manakah yang memberikan tekanan terbesar dan jelaskan penyebabnya berdasarkan perbandingan nilai luas bidang sentuhnya!

Ruang hitung sistematis (Diketahui, Ditanya, Langkah Perhitungan Matematika P=F/A, Kesimpulan Analisis).

Kegiatan 3: Analisis Pemecahan Masalah Tekanan Zat Padat dalam Kasus Sehari-hari

Estimasi: 25 menit

Alat & Bahan:

• Teks studi kasus pada LKPD

Petunjuk Pengerjaan:

1. Bacalah dua studi kasus nyata di bawah ini dengan teliti.
2. Gunakan prinsip hubungan tekanan, gaya, dan luas permukaan bidang sentuh untuk menganalisis dan menjawab pertanyaan kasus.
3. Tuliskan analisis alasan ilmiah kelompokmu secara terstruktur.

Pertanyaan:

1. Kasus 1: Seseorang berjalan di atas tanah berlumpur basah. Jika ia memakai sepatu hak tinggi (stiletto), tumitnya langsung amblas sangat dalam ke dalam lumpur sehingga sulit melangkah. Namun saat ia berganti memakai sepatu bot beralas datar dan lebar, kakinya tidak amblas ke lumpur. Analisislah mengapa hal tersebut terjadi dengan menghubungkan gaya berat badan dan luas bidang sentuh kedua alas kaki!

2. Kasus 2: Pisau dapur yang sudah lama digunakan menjadi tumpul dan sulit memotong daging. Setelah diasah hingga matanya tipis dan tajam, pisau tersebut dapat memotong daging dengan sangat mudah meskipun gaya dorong tangan yang diberikan sama. Analisislah fenomena ini berdasarkan konsep hubungan tekanan zat padat dan luas permukaan bidang sentuh!

Lembar uraian analisis kasus berstruktur 2 bagian (Identifikasi Variabel Gaya & Luas Permukaan, dilanjutkan Kesimpulan Hubungan Tekanannya).

REFLEKSI

1. Berdasarkan kegiatan hari ini, bagaimana caramu menjelaskan secara sederhana kepada temanmu mengenai pengaruh luas permukaan benda terhadap rasa sakit saat terinjak benda tumpul vs benda runcing?

2. Bagian penyelidikan atau analisis mana yang paling membantumu memahami hubungan rumus P = F / A secara nyata?

3. Sebutkan satu benda di sekitarmu yang sengaja dibuat berujung runcing atau beralas lebar, lalu jelaskan alasan pembuatannya berdasarkan konsep tekanan zat padat!