Materi Gerak Jatuh Bebas Beserta Teladan Soal

Salah satu referensi gerak yang paling umum mengenai  gerak lurus berubah beraturan (GLBB) ialah benda yang  mengalami jatuh bebas dengan jarak yang tidak jauh dari  permukaan tanah. Kenyataan bahwa benda yang jatuh  mengalami percepatan, mungkin pertama kali tidak begitu  terlihat. Sebelum masa Galileo, orang mempercayai  pemikiran bahwa benda yang lebih berat jatuh lebih cepat  dari benda yang lebih ringan, dan bahwa laju jatuh benda tersebut sebanding dengan berat benda itu. Galileo menemukan bahwa semua benda akan jatuh dengan percepatan konstan yang sama bila tidak ada udara atau kendala lainnya. Ia menyatakan bahwa untuk sebuah benda yang jatuh dari keadaan membisu tampak ibarat pada Gambar 1.0 , jarak yang ditempuh akan sebanding dengan kuadrat waktu, h ∝ t 2 .

Gambar 1.0 : Foto rangkap benda jatuh bebas.

Untuk memperkuat penemuannya bahwa laju benda yang jatuh bertambah ketika benda itu jatuh, Galileo menggunakan argumen yang cerdik. Sebuah kerikil berat yang dijatuhkan dari ketinggian 2 m akan memukul sebuah tiang pancang lebih dalam ke tanah dibandingkan dengan kerikil yang sama tetapi dijatuhkan dari ketinggian 0,2 m. Jelas, kerikil tersebut bergerak lebih cepat pada ketinggian yang pertama. 

Gambar 1.1 : (a) Sebuah bola dan kertas yang ringan dijatuhkan pada ketika yang sama, (b) Percobaan yang sama diulangi, tetapi dengan kertas yang berbentuk gumpalan.

Galileo juga menegaskan bahwa semua benda, berat atau ringan jatuh dengan percepatan yang sama, bila tidak ada udara (hampa udara). Jika kalian memegang selembar kertas secara horizontal pada satu tangan dan sebuah benda lain yang lebih berat, contohnya sebuah bola di tangan yang lain, dan melepaskan kertas dan bola tersebut  pada ketika yang sama ibarat pada Gambar 1.1(a),  benda yang lebih berat akan lebih dulu mencapai tanah. Tetapi bila kalian mengulang percobaan ini, dengan membentuk kertas menjadi gumpalan kecil tampak ibarat pada Gambar 1.1(b), kalian akan melihat bahwa kedua  benda tersebut mencapai lantai pada ketika yang hampir sama. 

Gambar 1.2 : Sebuah kerikil dan bulu ayam dijatuhkan dari ketinggian yang sama: (a) di udara; (b) di ruang hampa.

Galileo yakin bahwa udara berperan sebagai kendala untuk benda-benda yang sangat ringan yang mempunyai permukaan yang luas. Tetapi pada banyak keadaan biasa, kendala udara ini sanggup diabaikan. Pada suatu ruang di mana udara telah dihisap, maka benda ringan ibarat bulu atau selembar kertas yang dipegang horizontal akan jatuh dengan percepatan yang sama ibarat benda yang lain, tampak ibarat pada Gambar 1.2. Demonstrasi pada ruang hampa udara ibarat ini tidak ada pada masa Galileo, yang menciptakan keberhasilan Galileo lebih jago lagi.

Galileo sering disebut “Bapak sains modern”, tidak hanya disebabkan isi dari sainsnya (penemuan astronomik, inersia, jatuh bebas), tetapi juga gaya atau pendekatannya terhadap sains (idealisasi dan penyederhanaan, matematisasi teori, teori yang mempunyai hasil yang sanggup diuji, eksperimen untuk menguji ramalan teoritis). Sumbangan Galileo yang spesifik terhadap pemahaman kita mengenai gerak benda jatuh bebas sanggup dirangkum sebagai berikut:

“Pada suatu lokasi tertentu di Bumi dan dengan tidak adanya kendala udara, semua benda jatuh dengan percepatan konstan yang sama”.

Kita menyebut percepatan ini percepatan yang disebabkan oleh gravitasi pada Bumi dan diberi simbol dengan g, besar percepatan gravitasi kira-kira g = 9,80 m/s². Besar percepatan gravitasi g sedikit bervariasi berdasarkan garis lintang dan ketinggian. Tetapi variasi ini begitu kecil sehingga kita sanggup mengabaikannya untuk sebagian besar kasus. Efek kendala udara seringkali kecil, dan akan sering kita abaikan. Bagaimanapun, kendala udara akan tampak, bahkan pada benda yang cukup berat bila kecepatannya besar.

Ketika membahas benda-benda yang jatuh bebas kita sanggup menggunakan persamaan di mana untuk a kita gunakan nilai g yang telah diberikan. Selain itu, lantaran gerak tersebut vertikal, kita akan mengganti x dengan y, dan menempatkan y₀ di daerah x₀ . Kita ambil y₀ = 0, kecuali bila ditentukan lain. Tidak problem apakah kita menentukan y positif pada arah ke atas atau arah ke bawah, yang penting kita harus konsisten sepanjang penyelesaian soal. Secara matematis persamaan pada gerak jatuh bebas dirumuskan sebagai berikut:

v = v₀ + gt

y = v₀ t + 1/2 gt²

v² = v0² + 2 gy

dengan:

v₀ = kecepatan awal (m/s)

v = kecepatan final (m/s)

g = percepatan gravitasi (m/s² )

y = jarak tempuh benda (m)

t = waktu (s)

Contoh Soal

Doni melempar sebuah bola dari puncak gedung apartemen setinggi 37,6 m. Tepat pada ketika yang sama Yusuf yang tingginya 160 cm berjalan mendekati kaki gedung dengan kecepatan tetap 1,4 m/s. Berapa jarak Yusuf dari kaki gedung sempurna pada ketika bola jatuh,jika bola yang dijatuhkan tersebut sempurna mengenai kepala Yusuf?

Penyelesaian:

Bola mengalami gerak jatuh bebas

v₀ = 0

a = -g = -9.8 m/s²

Jarak tempuh bola = 37,6 m – 160 cm = 37,6 m – 1,6 m = 36 m. Jadi, y = -36.

Jika waktu tempuh Yusuf sama dengan waktu jatuh bola, maka bola tersebut akan mengenai kepala Yusuf. Yusuf mengalami gerak lurus beraturan dengan v = 1,4 m/s, maka jarak Yusuf semula dari kaki gedung adalah:

Demikianlah bahan dan Contoh Soal wacana Gerak Jatuh Bebas ini aku sampaikan, agar bermanfaat ...

Bagikan Artikel ini