Gerak Jatuh Bebas adalah

Sedang Trending 2 bulan yang lalu

Apa yang kita amati ketika melihat benda melakukan gerak jatuh bebas ? misalnya ketika buah mangga yang sangat enak, lezat, manis dan bergizi jatuh dari pohonnya. Jika kita amati secara sepintas, benda yang mengalami gerak jatuh bebas seolah-olah memiliki kecepatan yang tetap atau dengan kata lain benda tersebut tidak mengalami percepatan. Kenyataan yang terjadi, setiap benda yang jatuh bebas mengalami percepatan tetap.

Gerak-Jatuh-Bebas

Alasan ini menyebabkan gerak jatuh bebas termasuk contoh umum GLBB. Bagaimana membuktikan bahwa benda yang mengalami gerak jatuh bebas mengalami percepatan tetap ? secara matematis akan kita buktikan pada pembahasan Penurunan persamaan Jatuh Bebas.


Pengertian Gerak Jatuh Bebas

Gerak jatuh bebas adalah gerak jatuh yang hanya dipengaruhi oleh gaya tarik bumi dan bebas dari hambatan gaya-gaya lain. Gerak jatuh bebas termasuk GLBB dipercepat dengan kecepatan awal Vo = nol dan percepatan sebesar percepatan gravitasi (g).

Aplikasi nyata dari gerak lurus berubah beraturan dengan percepatan a positif (gerak lurus dipercepat dengan percepatan a tetap) ini ialah suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian h metre dengan kecepatan awal nol atau tanpa kecepatan awal. Percepatan yang dialami oleh benda tersebut ialah percepatan gravitasi bumi g (m/s2). Lintasan gerak benda ini berupa garis lurus. Gerak benda semacam ini yang disebut dengan gerak jatuh bebas.

Gerak jatuh bebas didefinisikan sebagai gerak suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu di atas tanah tanpa kecepatan awal dan dalam geraknya hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi.


Ciri-Ciri Gerak Jatuh Bebas

Gerak Jatuh Bebas memiliki karakteristik atau ciri-ciri sebagai berikut :

  1. Gerak Jatuh Bebas (GJB) memiliki lintasan berupa garis lurus vertikal menuju ke bawah (searah gravitasi bumi).
  2. Kecepatan awal pada Gerak Jatuh Bebas (GJB) adalah nol  (V0 = 0) atau dengan kata lain tidak memiliki kecepatan awal.
  3. Pergerakan benda terjadi dari ketinggian tertentu.
  4. Gerak Jatuh Bebas (GJB) hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi, tidak ada gaya luar yang mempengeruhi pada benda yang bergerak jatuh secara bebas.
  5. Percepatan benda yang dialami pada GJB sebesar percepatan gravitasi bumi (a = g)
  6. Karena searah dengan gravitasi, maka percepatan gravitasinya positif.

Rumus Gerak Jatuh Bebas

Gerak jatuh bebas bisa ditunjukkan sebuah benda jatuh tanpa kecepatan awal dari ketinggian h dan dipengaruhi oleh percepatan gravitasi g.

Rumus-Gerak-Jatuh-Bebas

Secara matematis, gerak jatuh bebas ditulis:

vt = v0 + a.t

Karena v0 = 0 dan a = g, maka rumus di atas berubah menjadi:

vt = g.t

keterangan : vt = kecepatan (m/s), g = percepatan gravitasi (m/s2), dan t = waktu (s).

Adapun rumus untuk mencari suatu ketinggian benda (h) bisa mengganti persamaan gerak lurus berubah beraturan, sehingga di dapatkan persamaan ketinggian benda untuk gerak jatuh bebas yakni:

h = ½ g.t2

Untuk menentukan kecepatan benda yang jatuh bebas dari ketinggian h, dapat ditentukan dengan menggunakan rumus:

vt 2 = 2gh


Persamaan Gerak Jatuh Bebas

Selama membahas Gerak Jatuh Bebas, kita menggunakan rumus atau persamaan GLBB. Kita pilih kerangka acuan yang diam terhadap bumi. Kita menggantikan x atau s (pada persamaan glbb) dengan y, karena benda bergerak vertikal. Kita juga bisa menggunakan h, menggantikan x atau s.

Kedudukan awal benda kita tetapkan y0 = 0 untuk t = 0. Percepatan yang dialami benda ketika jatuh bebas adalah percepatan gravitasi, sehingga kita menggantikan a dengan g. Dengan demikian, persamaan Gerak Jatuh Bebas tampak seperti pada kolom kanan tabel.

GLBB

JATUH BEBAS

VX = Vxo + at

Vy = Vyo + gt

X = Xo + VXOt + ½ at2

Y = Vyot +  ½ gt2

Vx2 = Vxo2 + 2as

Vy2 = Vyo2 + 2gh

Penggunaan y positif atau y negatif pada arah ke atas atau ke bawah tidak menjadi masalah asal kita harus konsisten selama menyelesaikan soal.


Pembuktian Matematis

Pada penjelasan panjang lebar di atas, anda telah saya gombali untuk membuktikan secara matematis konsep Gerak Jatuh Bebas bahwa massa benda tidak mempengaruhi laju jatuh benda. Di samping itu, setiap benda yang jatuh bebas mengalami percepatan tetap, semakin tinggi kedudukan benda dari permukaan tanah, semakin cepat gerak benda ketika hendak mencium tanah. Demikian pula, semakin lama waktu yang dibutuhkan benda untuk jatuh, semakin cepat gerak benda ketika hendak mencium batu dan debu.

Sekarang, rumus-rumus Gerak Jatuh Bebas yang telah diturunkan diatas, kita tulis kembali untuk pembuktian matematis.

vy = vyo + gt  —— Persamaan 1

y = vyot + ½ gt2 —— Persamaan 2

vy2 = vyo2 + 2gh —— Persamaan 3

( y di belakang v hanya ingin menunjukan bahwa benda bergerak vertikal atau benda bergerak pada sumbu y, bila kita membayangkan terdapat sumbu kordinat sepanjang lintasan benda. Ingat lagi pembahasan mengenai titik acuan)


Pembuktian Nol

Setelah mengamati rumus di atas, apakah dirimu melihat lambang massa othername m ? karena tidak ada, maka kita dapat menyimpulkan bahwa massa tidak ikut bertanggung jawab dalam Gerak Jatuh Bebas. Massa tidak berpengaruh dalam GJB.


  • Pembuktian Pertama

vy = vyo + gt  —— Persamaan 1

Misalnya kita meninjau gerak buah mangga yang jatuh dari tangkai pohon mangga. Kecepatan awal Gerak Jatuh Bebas buah mangga (vy0)= 0 (mengapa bernilai 0 ? Dengan demikian, persamaan 1 berubah menjadi :

vy =  gt

Melalui persamaan ini, dapat diketahui bahwa kecepatan jatuh buah mangga sangat dipengaruhi oleh percepatan gravitasi (g) dan waktu (t). Karena g bernilai tetap (9,8 m/s2), maka pada persamaan di atas tampak bahwa nilai kecepatan jatuh benda ditentukan oleh waktu (t). semakin besar t atau semakin lamanya buah mangga berada di udara maka nilai vy juga semakin besar.

Nah, kecepatan buah mangga tersebut selalu berubah terhadap waktu atau dengan kata lain setiap satuan waktu kecepatan gerak buah mangga bertambah. Percepatan gravitasi yang bekerja pada buah mangga bernilai tetap (9,8 m/s2), tetapi setiap satuan waktu terjadi pertambahan kecepatan, di mana pertambahan kecepatan othername percepatan bernilai tetap. Alasan ini yang menyebabkan Gerak Jatuh Bangun termasuk GLBB.

  • Pembuktian Kedua

Sekarang kita tinjau hubungan antara jarak atau ketinggian dengan kecepatan jatuh benda

vy2 = vyo2 + 2gh —— Persamaan 3

Misalnya kita meninjau batu yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu, di mana batu tersebut dilepaskan (bukan dilempar ke bawah). Jika dilepaskan maka kecepatan awal othername v0 = 0, seperti buah mangga yang jatuh dengan sendirinya tanpa diberi kecepatan awal. Jika batu tersebut dilempar, maka terdapat kecepatan awal. Paham ya perbedaannya….

Karena vy0 = 0, maka persamaan 3 berubah menjadi :

vy2 = 2gh

Dari persamaan ini tampak bahwa besar/nilai kecepatan dipengaruhi oleh jarak atau ketinggian (h) dan percepatan gravitasi (g). Sekali lagi, ingat bahwa percepatan gravitasi bernilai sama (9,8 m/s2). Karena gravitasi bernilai tetap, maka nilai kecepatan sangat ditentukan oleh ketinggian (h). semakin tinggi kedudukan benda ketika jatuh, semakin besar kecepatan benda ketika hendak menyentuh tanah. setiap satuan jarak/tinggi terjadi pertambahan kecepatan saat benda mendekati tanah, di mana nilai pertambahan kecepatan othername percepatannya tetap.


Contoh soal Gerak Jatuh Bebas

1. Suatu benda dilepaskan dari ketinggian 20 metre di atas tanah (g = 10 m/s^2). Berapakah kecepatan benda sesudah mencapai ketinggian 15 metre di atas tanah?
Penyelesaian:

Diketahui:

h1 = 20 m
h2 = 15 m
g = 10 m/s^2

Ditanyakan:

vt = ….?

Jawab:

h = h1 – h2
h = 20 – 15
h = 5 m
Kemudian dapat kita tentukan kecepatan akhirnya:

vt 2 = 2gh
vt 2 = 2.10.5
vt 2 =100
vt = Akar 100
vt =10 m/s
Jadi, kecepatan jatuh dari benda tersebut adalah 10 m/s.


2. Sebuah batu bermassa 2 kg dilepaskan dari keadaan diam dan jatuh secara bebas. Tentukan posisi dan laju batu tersebut setelah bergerak 1 s, 5 s dan 10 s.

Panduan jawaban :

Anda harus mengidentifikasi atau mengecek masalah pada soal ini terlebih dahulu sebelum menyelesaikannya. perhatikan bahwa yang ditanyakan adalah kedudukan dan laju batu setelah dijatuhkan sekian detik. Setelah anda berhasil mengidentifikasi masalahnya, selanjutnya anda memutuskan untuk menggunakan solusi othername cara pemecahan yang seperti apa. Tersedia 3 rumus yang dapat anda gunakan. Pakai yang mana ?

vy = gt

y = ½ gt2

vy2 = 2gh

Massa benda tidak berpengaruh, karenanya jangan terkecoh dengan soal yang menyertakan massa benda….  Tinggal dimasukan nilai g dan t (waktu).


DAFTAR PUSTAKA

  • Tim Dosen Fisika Dasar I. 2009. Panduan Praktikum Fisika Dasar I. Surabaya : Unipress UNESA
  • Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid 1(terjemahan). Jakarta : Erlangga
  • Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 1 (terjemahan). Jakarta : Erlangga

Itulah ulasan tentang Rumus Gerak Jatuh Bebas: Contoh soal, Pengertian, Ciri, Persamaan, Pembuktian. Semoga apa yang diulas diatas bermanfaat bagi pembaca. Sekian dan terimakasih.


Baca juga refrensi artikel terkait lainnya disini :

  • Pengertian, Ciri, Dan Rumus Gerak Lurus Beraturan Beserta Contohnya Secara Lengkap
  • Pengertian, Ciri, Dan Rumus Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) Secara Lengkap. 
  • Pengertian, Rumus Dan Contoh Soal Tekanan Udara Beserta Alat Ukurnya Lengkap. 
  • Pengertian, Manfaat Dan Kerugian Kapaliritas Beserta Contohnya Dalam Kehidupan Sehari-hari.
  • Perihal Terjadinya Perubahan Wujud Zat Oleh Kalor
  • Belajar Tipe Alat Ukur Besaran Panjang, Dalam Fisika