Perpustakaan Digital ITB

Konsep energi mekanik merupakan materi fundamental dalam Fisika Dasar, namun sering menjadi tantangan karena sifatnya yang abstrak dan minim visualisasi. Berdasarkan survei terhadap mahasiswa FMIPA ITB semester 2 yang telah mengambil mata kuliah Fisika Dasar I, sebanyak 75% responden mengalami kesulitan memahami konsep ini, terutama karena keterbatasan media pembelajaran. Penelitian ini bertujuan merancang dan membangun alat peraga fisika berbentuk mini roller coaster sebagai media demonstrasi konsep energi mekanik secara visual dan kuantitatif. Metode yang digunakan dalam penelitian adalah Research and Development (R&D) dengan pendekatan Engineering Design Process (EDP) melalui enam tahap: Ask, Imagine, Plan, Create, Test, dan Improve. Alat peraga terdiri dari tiga lintasan yang dapat disambungkan menggunakan pin penghubung, yaitu turunan lengkung (0,3 m), loop berbentuk lingkaran (diameter 0,15 m), serta bukit (0,11 m) yang diakhiri pegas (0,10 m). Bola logam (diameter 3 cm) digunakan sebagai objek bergerak. Alat peraga terbukti memenuhi aspek fungsionalitas karena mampu memperlihatkan perubahan energi, menggunakan material yang kokoh dan aman untuk penggunaan berulang, memastikan stabilitas struktur dan keamanan gerak bola. Uji kinerja alat berbantu perangkat lunak Tracker memperoleh data posisi dan kecepatan. Keberhasilan bola melewati loop lingkaran sangat bergantung pada ketinggian awal. Bola yang dilepaskan dari ketinggian ? 0,290 m berhasil melewati loop lingkaran dan menekan pegas, sedangkan ketinggian < 0,290 m gagal karena kecepatan kurang dari kecepatan minimum teoritis yaitu 0,813 m/s. Saat bola dilepas pada ketinggian 0,300 m diperlukan waktu 1,333 detik dengan 41 titik data yang terbaca oleh analisis video Tracker. Kecepatan maksimum tercatat pada titik ke-9 (ketinggian 0,090 m) sebesar 1,911 m/s, sedangkan kecepatan minimum tercatat pada titik ke-32 (ketinggian 0,144 m) sebesar 0,429 m/s. Setelah melewati lintasan turunan melengkung dengan ketinggian 0,029 m (A), kecepatan bola sebesar 1,551 m/s, sedangkan kecepatan teoritis sebesar 2,049 m/s. Di titik-titik lain, kecepatan eksperimen cenderung lebih rendah dibandingkan kecepatan teoritis. Namun, pola naik-turunnya kecepatan bola mengikuti kontur lintasan yang berubah-ubah, sesuai dengan teori. Data energi menunjukkan adanya konversi antara energi potensial dan energi kinetik sesuai teori. Pada posisi tertinggi (0,300 m), energi potensial maksimum tercapai, dan total energi mekanik merupakan penjumlahan dari kedua jenis energi tersebut. Namun, energi mekanik mengalami penurunan dari awal lintasan (0,323 J) hingga akhir lintasan (0,092 J), tidak menunjukkan kestabilan. Secara teoritis, dalam sistem ideal tanpa gesekan dan tanpa kehilangan energi, energi mekanik akan relatif konstan sebesar 0,339 J sepanjang lintasan. Perbedaan hasil eksperimen disebabkan oleh beberapa faktor, pertama ketidaktepatan pembacaan posisi dan ketinggian oleh perangkat lunak Tracker akibat sudut pengambilan gambar, distorsi jarak dan sudut pandang, serta akurasi penandaan posisi bola. Kedua bola tidak mengalami rotasi sempurna karena adanya gesekan kinetik yang menyebabkan bola slip pada beberapa bagian lintasan. Secara kualitatif, alat peraga ini efektif dalam mendukung pemahaman konsep energi mekanik dan konversi energi. Namun secara kuantitatif, sistem menunjukkan sifat non-ideal akibat adanya kehilangan energi sepanjang lintasan.