Contoh soal, Pengertian, Ciri, Persamaan

Apa yang kita amati ketika kita melihat benda jatuh bebas? misalnya, ketika mangga yang sangat enak, lezat, manis dan bergizi jatuh dari pohonnya. Jika kita amati secara sekilas, benda yang mengalami gerak jatuh bebas tampak memiliki kelajuan konstan, atau dengan kata lain benda tersebut tidak mengalami percepatan. Faktanya, setiap benda yang jatuh bebas mengalami percepatan konstan.

Alasan jatuh bebas ini adalah contoh umum dari GLBB. Bagaimana Anda dapat membuktikan bahwa benda yang jatuh bebas mengalami percepatan konstan? hal ini akan kita buktikan secara matematis pada pembahasan Derivasi Persamaan Jatuh Bebas.

Pengertian Gerak Jatuh Bebas

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

Penerapan sebenarnya dari gerak lurus berubah-ubah beraturan dengan percepatan positif (gerak lurus dipercepat dengan percepatan konstan) adalah benda yang dijatuhkan dari ketinggian h meter dengan kelajuan awal nol atau tanpa kelajuan awal. Percepatan yang dialami benda adalah percepatan gravitasi g (m/s2). Lintasan gerak benda ini berupa garis lurus. Gerak semacam ini disebut jatuh bebas.

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

Ciri-ciri gerak jatuh bebas

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

1. Gerakan Jatuh Bebas (GJB) memiliki lintasan berupa garis lurus vertikal ke bawah (searah dengan gravitasi bumi).
2. Kecepatan awal saat Jatuh Bebas (FFT) 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 gravitasi, tidak ada gaya luar yang mempengaruhi benda yang bergerak bebas.
5. Percepatan benda yang dialami di GJB sama dengan percepatan gravitasi (a = g)
6. Karena searah gravitasi, maka percepatan gravitasi bernilai positif.

Rumus Gerak Jatuh Bebas

Jatuh bebas dapat diperlihatkan sebagai benda yang jatuh dari ketinggian h tanpa kecepatan awal dan dipengaruhi oleh percepatan gravitasi g.

Secara matematis, gerak jatuh bebas ditulis:

vt = v0 + di

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

kaki = gt

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

Rumus mencari tinggi benda (h) dapat menggantikan persamaan gerak lurus yang berubah secara beraturan, sehingga diperoleh persamaan tinggi benda jatuh bebas yaitu:

h = ½ g.t2

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

ft2 = 2gh

persamaan gerak jatuh bebas

Saat membahas Gerak Jatuh Bebas, kami menggunakan rumus atau persamaan GLBB. Kami memilih kerangka acuan yang bersandar pada bumi. Kita ganti x atau s (dalam persamaan glbb) dengan y, karena benda bergerak vertikal. Kita juga bisa menggunakan h daripada x atau s.

Kami mengatur posisi awal objek y₀ = 0 untuk t = 0. Percepatan yang dialami benda jatuh bebas adalah percepatan gravitasi, jadi a diganti dengan g. Dengan demikian, persamaan Gerak Jatuh Bebas muncul seperti pada kolom kanan tabel.

Penggunaan y positif atau y negatif dalam arah ke atas atau ke bawah tidak masalah selama kita harus konsisten saat menyelesaikan soal.

Bukti Matematika

Dalam penjelasan panjang lebar di atas, saya kembali kepada Anda untuk membuktikan secara matematis konsep Gerak Jatuh Bebas bahwa massa suatu benda tidak mempengaruhi kecepatan benda jatuh. Selain itu, setiap benda yang jatuh bebas mengalami percepatan yang konstan, semakin tinggi posisi benda dari tanah, semakin cepat gerak benda tersebut saat hendak menumbuk tanah. Demikian pula, semakin lama waktu yang dibutuhkan sebuah benda untuk jatuh, semakin cepat ia akan bergerak saat hendak mencium batu dan debu.

Sekarang, kami menulis ulang rumus untuk Gerak Jatuh Bebas yang diturunkan di atas untuk bukti matematis.

F_y = f_Ya + gt —— Persamaan 1

y = v_Yat + ½ gt² —— Persamaan 2

F_y² = f_Ya² + 2gh —— Persamaan 3

( _y di belakang v hanya ingin menunjukkan bahwa benda bergerak vertikal atau benda bergerak pada sumbu y, jika kita bayangkan ada sumbu koordinat di sepanjang lintasan benda. Ingat kembali pembahasan tentang titik acuan)

Bukti Nol

Setelah mengamati rumus di atas, Anda melihat lambang massa alias m? karena tidak ada, maka dapat disimpulkan bahwa massa tidak bertanggung jawab atas Gerakan Terjun Bebas. Massa tidak berpengaruh di GJB.

F_y = f_Ya + gt —— Persamaan 1

Misalnya kita melihat gerakan buah mangga yang jatuh dari batang pohon mangga. Kecepatan awal jatuh bebas mangga (ay_y0) = 0 (kok 0? Karena itu, persamaan 1 ubah menjadi:

F_y = gt

Melalui persamaan tersebut terlihat bahwa kecepatan jatuh mangga sangat dipengaruhi oleh percepatan gravitasi (g) dan waktu

Nah, kecepatan buah mangga selalu berubah terhadap waktu atau dengan kata lain setiap satuan waktu kecepatan gerak buah mangga bertambah. Percepatan gravitasi yang bekerja pada mangga adalah konstan (9,8 m/s²), tetapi setiap satuan waktu terjadi pertambahan kecepatan, dimana pertambahan kecepatan alias percepatan itu tetap. Alasan inilah yang menyebabkan Gerakan Jatuh termasuk GLBB.

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

F_y² = f_Ya² + 2gh —— Persamaan 3

Misalnya kita meninjau sebuah batu yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu, dimana batu tersebut dilepaskan (bukan dilempar). Jika dilepas, maka kecepatan awalnya adalah v₀ = 0, seperti mangga yang jatuh dengan sendirinya tanpa memperoleh kecepatan awal. Jika batu dilempar, maka ada kecepatan awal. Anda mengerti perbedaannya….

Karena v_y0 = 0, maka persamaan 3 berubah menjadi:

F_y² = 2 jam

Dari persamaan tersebut terlihat bahwa besar/nilai kecepatan dipengaruhi oleh jarak atau ketinggian (h) dan percepatan gravitasi (g). Ingat lagi bahwa percepatan gravitasi adalah sama (9,8 m/s²). Karena gravitasi tetap, nilai kecepatan ditentukan oleh ketinggian (h). semakin tinggi posisi benda saat jatuh, maka semakin besar pula kecepatan benda saat akan menumbuk tanah. untuk setiap satuan jarak/tinggi terjadi pertambahan kecepatan saat benda mendekati tanah, dimana nilai pertambahan kecepatan alias percepatan tetap konstan.

Contoh gerak jatuh bebas

1. Sebuah benda dilepaskan dari ketinggian 20 meter di atas tanah (g = 10 m/s^2). Berapa kecepatan benda setelah mencapai ketinggian 15 meter di atas tanah?
Penyelesaian:

Dikenal:

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

diminta:

kaki = ….?

Menjawab:

h = h1 – h2
h = 20 – 15
h = 5 m
Kemudian kita dapat menentukan kecepatan akhir:

ft2 = 2gh
kaki 2 = 2.10.5
kaki2 = 100
ft = Akar dari 100
kaki = 10m/s
Karena itu, kecepatan jatuh benda adalah 10 m/s.

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

Panduan Jawaban:

Anda harus mengidentifikasi atau memeriksa masalah dalam masalah ini sebelum menyelesaikannya. perhatikan bahwa yang ditanyakan adalah posisi dan kecepatan batu setelah dijatuhkan beberapa detik. Setelah berhasil mengidentifikasi masalah, Anda memutuskan untuk menggunakan solusi, atau solusi seperti apa. Ada 3 rumus yang bisa Anda gunakan. Yang mana yang Anda gunakan?

F_y = gt

y = ½ gt²

F_y² = 2 jam

Massa benda tidak penting, jadi jangan terkecoh dengan pertanyaan yang menyertakan massa benda… Masukkan saja nilai g dan t (waktu).

BIBLIOGRAFI

• 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

Demikianlah apa yang dimaksud dengan ulasan Rumus Gerak Jatuh Bebas: Contoh Soal, Pengertian, Ciri, Persamaan, Bukti. Semoga apa yang telah diulas di atas bermanfaat bagi para pembaca. Demikian dan terima kasih.

Baca juga artikel referensi terkait lainnya disini: