Reduksi Didaktis dalam Fisika

Reduksi didaktis merupakan salah satu upaya yang dilakukan oleh pendidik untuk menyederhanakan bahan dan materi pembelajaran. Hal ini bertujuan untuk membantu peserta didik dalam memahami materi. Beberapa materi dalam mata pelajaran fisika terkadang sulit untuk dipahami yang dikarenakan peserta didik tidak dapat memahami fakta dan konsep dasar dari materi tersebut.

Terdapat beberapa jenis reduksi didaktis, diantaraya 1) kembali ke tahap kualitatif, 2) Pengabaian, 3) Penguraian penjelasan dengan gambar, simbol, sketsa, dan percobaan, 4) Penggunaan analogi, 5) Penggunaan tingkat perkembangan sejarah, 6) Generalisasi, 7) Partikulasi, dan 8) Pengabaian perbedaan pernyataan konsep. Berikut adalah contoh untuk masing-masing jenis reduksi didaktis dalam konteks pembelajaran fisika

• Kembali ke tahap Kualitatif

Perhatikan data pertambahan panjang pada pegas berikut

[wptb id=506]

Pada percobaan a dan b diperoleh gambaran/hubungan antara konstanta pegas (k), massa beban (m) dan  ( Δl)  pertambahan panjang pada pegas Data diatas menunjukkan bahwa pengaruh antar konstanta pegas dengan pertambahan panjang pegas berbanding terbalik artinya semakin besar nilai konstanta pegas maka semakin kecil pertambahan panjang yang dihasilkan. Sedangkan untuk pola hubungan antara nilai massa beban dengan pertambahan panjang pegas adalah sebanding dimana semakin besar massa beban semakin besar pertambahan panjang pegas yang dihasilkan.(Revisi tentang tata cara penulisan besaran).

• Pengabaian

Teori tentang lubang hitam (black hole) yang dipopulerkan oleh Sthephen Hawking dan John Wheeler didasari oleh prediksi yang dilakukan oleh Albert Einstein dengan teori tentang gelombang grafitasi. Teori ini menjelaskan bahwa pada awalnya bintang memlikiki tingkat radiasi yang seimbang. Pada saat bintang tersebut kehabisan bahan bakar inti untuk melakukan reaksi fusi maka tingkat radiasi yang dipancarkan ke luar lebih kecil dibandingkan dengan tingkat gaya grafitasi kedalam. Setelah melewati selang waktu yang cukup lama maka bintang tersebut akan mengalami kolaps dan kemudian mengalami ledakan supernova. Ledakan ini kemudian menghasilkan salah satunya lubang hitam. Disekitar lubang hitam terdapat area yang disebut event horizon yang diprediksi memancarkan radiasi dengan suhu yang terbatas. Pemancaran radiasi dan area/medan yang dipengaruhi ini kemudian akan tertarik kedalam lubang hitam. Penemuan tentang ini tentang bagaimana lubang hitam ini terbentuk dan bekerja cukup sulit untuk dijelaskan sehingga perlu dipermudah penjelasannya. Teori tentang lubang hitam menjelaskan bahwa terdapat suatu keadaan dimana semua benda bahkan cahaya tertarik kedalam sebuah lubang karena grafitasi yang dimiliki oleh lubang tersebut sangat besar yang dihasilkan oleh bintang yang telah mati/meledak.

• Penguraian penjelasan berupa gambar, simbol, sketsa, dan percobaan

Gerhana bulan merupakan fenomena dimana bulan tampak seolah olah bersinar (mamantulkan sinar matahari), peristiwa ini terjadi saat penampang bulan tertutup oleh bayangan bumi. Peristiwa ini juga terjadi apabila matahari-bumi-bulan berada dalam satu garis lurus. Proses terjadinya gerhana bulan dapat dilihat pada gambar berikut

Secara umum gerhana bulan akan mulai terlihat pada saat berada pada posisi penumbra, meskipun hanya dalam bentuk bayangan yang samar samar. Akan tetapi karena terdapat kemiringan antara posisi lintasan bulan terhadap bidang ekliptika sebesar 5^o maka tidak setiap oposisi bulan dengan matahari akan menghasilkan gerhana bulan. Titik oposisi sendiri merupakan titik dimana bulan dapat memantulka cahaya matahari dengan baik/sempurna. Untuk bergerak/berevolusi dari satu titik oposisi ke titik oposisi lainnya bulan membutuhkan waktu sekitar 29,53 hari. Maka secara periodik pemantulan/gerhana bulan dapat dilihat pada gambar 2 berikut

• Penggunaan analogi

Jalan raya dapat dianalogikan untuk menjelaskan hambatan kawat penghantar dari persamaan R = (rho x l : A) dengan l merupakan panjang ruas jalan dan A adalah lebar jalan. Hambatan yang terjadi di suatu ruas jalan akan dipengaruhi oleh panjang ruas jalan dan lebar jalan. Misalnya jalan yang memiliki panjang 100 meter akan menampung lebih banyak kendaan dibandingkan jalan yang hanya memiliki panjang 50 meter. Selanjutnya semakin lebar ruas jalan maka kita sebagai pengguna jalan akan lebih mudah untuk menghindari kendaraan lainnya dan akan lebih mudah untuk melaju cepat, dalam hal ini kendaraan di analogikan sebagai hambatan dan ruas jalan adalah kawat penghantar.

• Penggunaan tingkat perkembangan sejarah

Kata medan magnet mengarahkan kita kepada suatu area yang dipengaruhi oleh medan magnet, artinya sumber atau yang menghasilkan medan tersebut adalah magnet (magnet alami). Namun pada saat ini kita menemukan bahwa yang dapat memancarkan medan magnet tidak hanya magnet alami akan tetapi juga berasal dari listrik sebagaimana yang dirumuskan oleh Biot-Savart ataupun Ampere. Fenomena tentang medan magnet akibat arus listrik sendiri pertama kali ditemukan oleh Hans Christian Orsted pada tahun 1820. Pada saat itu ia menempatkan kompasnya disamping kawat yang dialiri ileh arus listrik dan ternyata arah jarum kompas mengalami gangguan. Akan tetapi Orsted belum bisa menjelaskan bagaimana fenomena tersebut bisa terjadi hanya menyatakan arah pergerakan/penyimpangan dari komas yang dikenal dengan istilah kaidah tangan kanan. Orsted menyatakan bahwa “apabila arah ibu jari menyatakan arah aliran listrik maka arah lipatan jari jari lainnya menyatakan arah medan magnet”.

Fenomena yang ditemukan oleh Orsted kemudian dikaji dan diteliti oleh Jean Baptis Biot dan Felix Savart yang kemudian menghasilkan kesimpulan bahwa besarnya kuat medan magnet yang dihasilkan:

1. berbanding lurus dengan kuat arus listrik
2. Berbanding lurus dengan panjang kawat
3. Berbanding terbalik dengan kuadrt jarak antara titik uji dengan kawat penghantar
4. Berbanding lurus dengan sinus sudut apit α antara arah arus dengan garis hubung antara titik uji kawat penghantar

Setelah menemukan pola hubungan tersebut, maka Ampere, Jean Biot dan Felix Savart melakukan eksperimen bersama sehingga menghasilkan suatu rumusan baru tentang interaksi yang dihasilkan oleh medan magnet alami dan medan magnet yang dihasilkan oleh suatu kawat penghantar sebagaimana yang disebutkan dalam hukum Ampere-Biot-Savart bahwa “Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang megalir pada suatu penghantar yang berada diantara medan magnetik”

• Generalisasi

Transformator merupakan suatu alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan pada arus bolak balik (AC). Transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan disebut dengan trafo step-up sedangkan transformator untuk menurunkan tegangan disebut dengan trafo step-down. Prinsip dasar yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan pada transformator adalah induksi elekttromagnetik, dimana pada transformator ideal besar tegangan induksi pada tiap lilitan kumparan sekunder akan sama dengan tegangan yang diinduksikan pada kumparan primernya. Sehingga untuk menjadikan transformtor tersebut bersifat step-up atau step-down tergantung lilitan yang diberikan sesuai persamaan:

 dengan V_p merupakan tegangan primer, V_s adalah tegangan sekunder, N_p adalah jumlah lilitan pada trafo primer dan N_s merupakan jumlah lilitan pada trafo sekunder.

Contoh: Suatu pembangkit listrik tenaga air mengalirkan tegangan sebesar 220 Volt melalui kabel-kabel hingga sampai ke perumahan penduduk dan industri. Andi hendak menghidupkan radio yang membutuhkan tegangan maksimum sebesar 9 volt. Maka Andi yang merupakan seorang mahasiswa teknik fisika berencana untuk membuat transformator step dowan untuk menghidupkan radio tersebut. Berdasarkan ilustrasi diatas berapakan perbandingan kumparan/lilitan yang harus dibuat Andi agar radio dapat menyala secara normal?

Jawab:  

diketahui:  V_p =220Volt; V_s = 9 Volt

ditanya: N_p:N_s ?

• Partikularisasi

Pemasangan kabel listrik dalam suatu persimapangan terkadang tampak sumbraut sehingga sangat tidak nyaman dilihat. Anda mungkin bertanya mengapa kabel dibiarkan dipasang sembraur seperti itu? Apakah tidak akan menimbulkan konsleting? Atau bagaimana dengan arus yang dialirkan? Pertanyaan pertanyaan seperti diatas juga sering kita temui ketika hendak membuat rangkaian lampu dalam suatu pesta. Sewaktu melakukan pesta anda diperintahkan untuk membuat penerangan dari beberapa lampu yang ternyata tidak memiliki karakteristik yang sama. Anda sebagai mahasiswa teknik fisika tentunya akan ingat dengan prinsip pembagian arus yang dijelaskan oleh Gustav Kirchoff.

Hukum 1 Kirchoff menyatakan bahwa “jumlah arus yang masuk dan yang keluar dari titik percabangan bernilai sama”. Pernyataan hukum 1 kirchoff dapat ditulis secara matematis dengan persamaanI_masuk = I_keluar. Hukum 1 kirchoff menekankan bahwa dalam pendistribusian arus listrik tidak terdapat arus yang menghilang/lenyap. Hukum 1 kirchoff juga menjadi dasar untuk mejelaskan persamaan arus yang melewati rangkaian seri atau paralel. Sebagaimana yang kita ketahui dalam rangkaian listrik seri arus yang mengalir pada masing masing hambatan bernilai sama dengan arus totoal/sumber rangkaian. Berkebalikan dengan arus yang mengalir pada rangkaian paralel, dimana terdapat titik percabangan yang membagi arus untuk setiap hambata setelah titik percabangan.

• Pengabaian pembedaan pernyataan konsep

Berikut ini terdapat beberapa
pendapat para ahli tentang energi :

Micheal J. Moran = energi adalah “konsep dasar dari termodinamika yang menjadi aspek penting dari analisis teknis”

Einsten = energi adalah “sebuah produk dari massa dan kuadrat cahaya”

Robert L. Wolke = energi adalah “kemampuan untuk membuat sesuatu benar benar terjadi”

Campbell, Reece dan Mitchell = energi merupakan “kemempuan untuk mengatur ulang materi”

Alvin Hadivono = Energi merupakan “segala hal yang bergerak dan juga memiliki hubungan dengan ruang dan waktu”

dari banyak pendapat para ahli dalam mendefenisikan energi maka dapat disimpulkan bahwa energi merupakan “sebuah produk dari penyusunan materi yang terait dengan dimensi ruang dan waktu dalam hal mekanis, teknis dan thermik”.