BAB X GERAK LURUS. Gerak dan Gaya. Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 131

Transkripsi

1 BAB X GERAK LURUS. Apa perbedaan anara jarak dan perpindahan? 2. Apa perbedaan anara laju dan kecepaan? 3. Apa yang dimaksud dengan percepaan? 4. Apa perbedaan anara gerak lurus berauran dan gerak lurus berubah berauran? 5. Bagaimana cara menganalisis grafik (-) gerak lurus suau benda? Dalam kehidupan sehari-hari kia sering meliha benda dalam keadaan diam aau dalam keadaan bergerak. Gerakan benda ada bermacam-macam, diliha dari benuk linasan (jalannya) maka ada gerak lurus, gerak parabola, gerak melingkar dan banyak lagi gerak dengan benuk linasan yang lainnya. Gambar siswa menendang bola linasannya parabola Gambar siswa memuar pesawa dengan ali sehingga bergerak melingkar Gambar 0-. Gerak lurus, parabola dan Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 3

2 Jika diliha dari kecepaannya, maka ada gerak berauran yaiu gerak yang kecepaannya selalu eap dan gerak berubah yaiu gerak yang kecepaannya selalu berubah. Hal-hal apakah yang harus dipahami dalam mempelajari gerak suau benda? Bagaimanakah pengaruh gaya erhadap gerakan suau benda? Unuk mengeahui semua hal iu, pelajarilah dengan baik uraian maeri pokok beriku ini. 0.. JARAK, PERPINDAHAN, LAJU DAN KECEPATAN Misalkan dua siswa yang bersaudara pada pukul berangka bersama ke sekolah dengan berjalan kaki. Karena masing-masing siswa ingin menjempu emannya yang lain, maka mereka melalui jalan berbeda seperi yang erliha pada gambar 0-. Akhirnya siswa- iba di sekolah pukul dan siswa-2 iba di sekolah pukul Tugas diskusi 0-. Apakah jarak yang diempuh dan perpindahan kedua siswa akan sama? 2. Berapakah laju raa-raa dan kecepaan raa-raa masing-masing siswa? Gambar dua siswa berangka dari rumah kesekolah menempuh jalan berbeda sehingga panjang linasannya berbeda Gambar 0-2. Jarak dan Pengerian jarak sama dengan panjang linasan yang dilalui oleh gerakan benda. Dari gambar dapa erliha bahwa jarak yang diempuh masing-masing siswa berbeda. Sebab panjang linasan yang diempuh siswa- adalah,2 km, sedangkan panjang linasan yang diempuh siswa-2 hanya, km. Perpindahan adalah jarak lurus dari empa awal ke empa akhir, maka perpindahan kedua siswa dari rumah ke sekolah adalah sama, yaiu km. Laju raa-raa adalah jarak persauan waku, arinya jarak yang diempuh dibagi lama waku yang diperlukan unuk menempuh jarak ersebu. s... (0-) Dengan : S = jarak, sauannya meer (m) = selang waku, sauannya deik (s) = laju raa-raa, sauannya meer per deik (ms Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 32

3 Berdasarkan pengerian laju raa-raa, maka dapa dienukan bahwa : Laju raa-raa siswa- adalah : Laju raa-raa siswa-2 adalah :,2km 200m ms 20meni 200s,km 00m 2,2ms 5meni 900s Kecepaan raa-raa adalah perpindahan persauan waku, arinya perpindahan dibagi lama waku yang diperlukan unuk menempuh jarak ersebu. s... (0-2) Dengan : S = perpindahan, sauannya meer (m) = selang waku, sauannya deik (s) = kecepaan raa-raa, sauannya meer per deik (ms - ) Berdasarkan pengerian kecepaan raa-raa, maka dapa dienukan bahwa : Kecepaan raa-raa siswa- adalah : Kecepaan raa-raa siswa-2 adalah : km 000m 0,8ms 20meni 200s km 000m 2, ms 5meni 900s Pernyaaan laju raa-raa dan kecepaan raa-raa, mengandung pengerian bahwa gerakan siswa selama berjalan dari rumah ke sekolah adalah idak berauran (kadang-kadang cepa dan kadang-kadang lamba) GERAK LURUS BERATURAN Kembali lagi kia bicarakan siswa yang berangka ke sekolah. Jika selama berjalan langkah mereka eraur sehingga memiliki kecepaan yang eap, maka gerakan siswa iu disebu sebagai gerak lurus berauran (GLB). Sebab dengan kecepaan yang eap, sudah berari bahwa linasannya lurus dan lajunya eap. Pada gerak lurus berauran, jarak dan besar perpindahannya selalu sama, sehingga laju dan besar kecepaannya juga sama. Oleh karena iulah dalam pembahasan gerak lurus berauran idak diperlukan adanya pernyaaan laju raa-raa dan kecepaan raa-raa, cukup dengan pernyaaan jarak dan laju saja, yaiu : Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 33

4 s... (0-3) Dengan : S = Jarak (besar perpindahan), sauannya meer (m) = selang waku, sauannya deik (s) = laju (besar kecepaan), sauannya mer per deik (ms - ) Unuk mengeahui karakerisik gerak lurus berauran secara lebih deil, lakukanlah percobaan 0- secara berkelompok. Tugas percobaan 0- Prosedur percobaan :. Persiapkan sebuah roli (kerea dorong) dan iker imer lengkap dengan pia keras, karbon dan power suplay yang diperlukan. 2. Susun peralaan seperi gambar. Pasikan bahwa egangan lisrik yang digunakan sudah benar dan pia keras iku erarik pada saa roli digerakkan lurus ke depan. 3. Tuup saklar lisrik ke iker imer agar ia bergear, kemudian arik roli secara perlahan dan eraur agar bergerak lurus berauran (GLB). Pada pia keras akan nampak ada iik-iik hiam bekas gearan eker imer pada karbon Ulangi percobaan 3 sekali lagi dengan menggunakan pia keras yang baru. 5. Ambil salah sau pia keras, lalu poong-poong dengan ukuran panjang sebanyak 5 iik. Kemudian empelkan masing-masing poongan pia keras iu secara berjajar di aas keras HVS yang elah ersedia. 6. Ambil pia keras yang lain, lalu poong-poong secara beruruan dengan ukuran panjang 2 iik, 4 iik, 6 iik, 8 iik, 0 iik dan seerusnya sampai habis. Kemudian empelkan masing-masing poongan pia keras iu secara berjajar mulai dari yang erpendek sampai yang erpanjang di aas keras HVS yang elah ersedia. Peranyaan :. Grafik apakah yang diperoleh dari hasil percobaan 5 dan 6? Coba digambarkan! 2. Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan ersebu? Coba jelaskan! Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 34

5 Panjang seiap poongan keras menunjukkan jarak yang diempuh roli selama selang waku erenu. Jika pia keras dipoong-poong dengan jumlah iik yang sama (5 iik), maka seiap poongan dapa diarikan sebagai laju roli. Dengan demikian dari hasil percobaan 5 akan diperoleh grafik (-) yang menunjukkan hubungan anara laju dan waku seperi gambar 0-3. Sedangkan dari hasil percobaan 6 diperoleh grafik (S-) yang menunjukkan hubungan anara jarak dan waku seperi gambar 0-4. Laju (ms - ) S Gambar 0-3. Grafik (-) Gerak Lurus Waku (s) Berdasarkan grafik (-) GLB, maka panjang jarak (S) yang diempuh selama selang waku () dapa dienukan dengan cara menghiung luas daerah di bawah kura, yaiu luas segiempa yang diberi warna : s.... (0-4) Jarak (m) S Waku (s) Gambar 0-4. Grafik (S-) Gerak Lurus Tugas diskusi 0-2 Jika ugas percobaan 0- diulang dengan laju roli yang berbeda (lebih cepa aau lebih lamba), bagaimanakah benuk kemiringan garis kura grafik (-) dan grafik (S-) dari GLB roli ersebu. Jelaskan perbedaannya? Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 35

6 Apakah conoh benda yang bergerak lurus berauran? Jika kalian naik kendaraan di jalan lurus dan merasa nyaman, coba perhaikan dengan baik jarum sepidomeer yang menunjukkan laju kendaraan ersebu. Maka akan erliha bahwa jarum spidomeer iu eap diam menunjukkan suau angka erenu. Jika jarum spidomeer eap menunjukkan angka 54 km/jam, berari kendaraan ersebu sedang bergerak lurus berauran dengan laju 5 ms -. Pesawa erbang yang elah mencapai keinggian erenu, selalu diaur agar bergerak lurus berauran. Naik urunnya lif pada gedung-gedung beringka, juga diaur agar bergerak lurus berauran. Jika lajunya selalu berubah maka orang di dalam kendaraan aau lif akan merasa idak nyaman, sebab pada saa erjadi perubahan laju mereka akan erdorong ke belakang, ke depan, ke aas aau ke bawah, sehingga dapa menimbulkan pusing kepala aau mabok GERAK LURUS BERUBAH BERATURAN Kalian elah mengenal bahwa penggunaan rem pada seiap kendaraan dan pengauran besar kecilnya gas pada kendaraan bermoor, dapa mengubah kelajuan kendaraan bermoor ersebu. Semakin besar gas maka kelajuan kendaraan bermoor akan semakin besar, demikian pula sebaliknya jika gas diperkecil maka kelajuannya akan berkurang. Penggunaan rem hanya unuk memperkecil laju sampai dengan kendaraan ersebu berheni. Pada saa kendaraan digas aau direm, ia akan mengalami perubahan laju, yaiu berambah cepa aau berambah lamba. Karena perubahan laju persauan waku (perubahan laju dibagi waku) disebu percepaan, maka gerak benda yang lajunya idak eap disebu gerak yang berubah aau gerak yang mengalami percepaan. 2 Gambar 0-5. Gerak Lurus yang Lajunya 2 Misalkan pada saa awal ( ) laju sebuah mobil adalah ( ). Kemudian gas mobil diperbesar sehingga kelajuannya berambah. Jika pada saa ( 2 ) laju mobil menjadi ( 2 ), maka percepaan raa-raa mobil selama selang waku ersebu adalah : a (0-5) Dengan : = perubahan laju, sauannya meer per deik (ms - ) = selang waku, sauannya deik (s) a = percepaan raa-raa, sauannya meer per deik kuadra (ms -2 ) Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 36

7 Isilah raa-raa digunakan unuk menjelaskan bahwa perubahan laju mobil persauan waku (percepaannya) adalah idak berauran. Jika selama bergerak lurus gas mobil diperbesar dengan cara yang berauran, maka gerakan mobil akan mengalami percepaan yang selalu eap. Gerak benda dengan linasan lurus dan percepaan eap disebu gerak lurus berubah berauran (GLBB). Pada kasus mobil digas ia mengalami percepaan posiip, sebab dipercepa. Teapi sebaliknya pada saa mobil direm, ia mengalami percepaan negaip, sebab diperlamba. Karena percepaannya eap, maka pada gerak lurus berubah berauran (GLBB) idak perlu lagi ada pengerian percepaan raa-raa. Oleh karena iulah dalam pembahasan gerak lurus berubah berauran, isilah yang digunakan hanya percepaan, yaiu : 2 a sehingga 2 a.... (0-6) Dengan : 2 = laju akhir, sauannya meer per deik (ms - ) = laju awal, sauannya meer per deik (ms - ) = selang waku, sauannya deik (s) a = percepaan, sauannya meer per deik kuadra(ms -2 ) Unuk mengeahui karakerisik gerak lurus berubah berauran (GLBB) secara lebih deil, lakukanlah percobaan 0-2 secara berkelompok. Prosedur percobaan : Tugas percobaan 0-2. Persiapkan sebuah bidang miring, roli (kerea dorong) dan iker imer lengkap dengan pia keras, karbon dan power suplay yang diperlukan. 2. Susun peralaan seperi gambar. Pasikan bahwa egangan lisrik yang digunakan sudah benar dan pia keras iku erarik pada saa roli bergerak urun di permukaan bidang miring. Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 37

8 3. Tuup saklar lisrik ke iker imer agar ia bergear, kemudian lepaskan roli agar bergerak lurus ke bawah. Pada pia keras akan nampak ada iik-iik hiam bekas gearan eker imer pada karbon. 4. Ulangi percobaan 3 sekali lagi dengan menggunakan pia keras yang baru. 5. Ambil salah sau pia keras, lalu poong-poong dengan ukuran panjang sebanyak 5 iik. Kemudian empelkan masing-masing poongan pia keras iu secara berjajar di aas keras HVS yang elah ersedia. 6. Ambil pia keras yang lain, lalu poong-poong secara beruruan dengan ukuran panjang 2 iik, 4 iik, 6 iik, 8 iik, 0 iik dan seerusnya sampai habis. Kemudian empelkan masing-masing poongan pia keras iu secara berjajar mulai dari yang erpendek sampai yang erpanjang di aas keras HVS yang elah ersedia. Peranyaan :. Grafik apakah yang diperoleh dari hasil percobaan 5 dan 6? Coba digambarkan! 2. Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan ersebu? Coba jelaskan! Dengan cara yang sama seperi yang elah kalian lakukan dalam mengerjakan ugas percobaan 0-, maka dari hasil percobaan 5 dapa diperoleh grafik (-) yang menyaakan hubungan anara laju dan waku seperi gambar 0-6. Sedangkan dari hasil percobaan 6 diperoleh grafik (S-) yang menyaakan hubungan anara jarak dan waku seperi gambar 0-7. Laju (m) 2 s Waku (s) Gambar 0-6. Grafik (-) Gerak Lurus Berubah Sama seperi cara menenukan jarak dari grafik (-) pada GLB, maka berdasarkan grafik (-) GLBB panjang jarak (S) yang diempuh selama selang waku () dapa juga dienukan dengan cara menghiung luas daerah di bawah kura, yaiu luas rapesium yang elah diberi warna : Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 38

9 s Karena : a maka s... (0-7) 2. a. 2 S (jarak) (waku) Gambar 0-7. Grafik (S-) Gerak Lurus Berubah Berauran Conoh gerak lurus berubah berauran adalah gerak benda jauh dan gerak benda dilempar erikal ke aas, seperi yang erliha pada gambar 0-8. Percepaan gerak benda jauh dan gerak benda yang dilempar erikal keaas, adalah sama dengan percepaan graiasi bumi yang arahnya selalu ke bawah dan besarnya : g = 9,8 ms -2 Berari seiap deik laju benda jauh akan berambah sebesar 9,8 ms -. Sedangkan pada benda yang dilempar ke aas, seiap deik lajunya akan berkurang sebesar 9,8 ms -. Gambar 0-8. Benda jauh dan benda dilempar Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 39

10 Conoh Soal dan Jawabannya. Sebuah mobil yang semula GLB dengan laju 36 km/jam, kemudian digas agar dapa mendahului mobil lain di depannya. Jika selama digas mobil menjadi GLBB dan dalam waku 0 deik lajunya menjadi 54 km/jam, berapakah percepaannya? m Dieahui : = 36 km/jam = 3600 s 2 = 54 km/jam = 5 ms - = 0 s Dianya : a =? 0 ms Jawaban : 2 = + a. 5 = 0 + a.0 0 a = 5 a = 0,5 ms Dari laju 72 km/jam sopir melakukan pengereman sehingga mobil mengalami GLBB dengan perlambaan 0,5 ms -2. Berapa lama waku yang diperlukan agar mobil berheni? Dikeahui : = 72 km/jam = 20 ms - 2 = 0 a = - 0,5 ms -2 (anda negaip berari perlambaan) Dianya : =? Jawaban : 2 = + a. 0 = 20-0,5. = 40 deik 3. Karena sudah maang, sebuah durian jauh dari pohon seinggi 7,2 m. Jika percepaan graiasi 0 ms -2 enukan a. waku yang diperlukan unuk iba di anah b. laju buah durian pada saa iba di anah Dikeahui : = 0 S = 0 m a = g = 0 ms -2 Dianya : 2 =? Jawaban : S =. + 2 g. 2 7,2 = =,44 =,2 deik 2 = + g. 2 = ,2 = 2 ms - Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 40

11 Tugas diskusi 0-3 Seorang pemain sirkus merencanakan demonsrasi mengendarai sepeda sau roda, dengan membua grafik (-) sebagai beriku : Kecepaan 0, Waku 0,5 Peranyaan :. Jelaskan bagaimana gerakan sepeda iu selama 2 meni ersebu? Bila perlu kalian peragakan di depan kelas. 2. Tenukan berapa jarak dan perpindahan sepeda selama 2 meni ersebu? TUGAS MERANGKUM Unuk menaa kembali seluruh pengeahuan yang elah kalian peroleh dari bab ini, sekarang cobalah membua rangkuman dengan menjawab peranyaan beriku :. Apakah perbedaan anara jarak dan perpindahan gerak suau benda? 2. Apakah perbedaan anara laju dan kecepaan gerak suau enda? 3. Apakah yang dimaksudkan dengan percepaan? 4. Apakah yang dimaksud dengan gerak lurus berauran (GLB)? 5. Bagaimanakah benuk persamaan kecepaan dari GLB? 6. Bagaimanakah hubungan anara laju dan waku GLB dalam benuk grafik (-)? 7. Bagaimanakah hubungan jarak dan waku GLB dalam benuk grafik (S-)? 8. Apakah yang dimaksud dengan gerak lurus berubah berauran (GLBB)? 9. Bagaimanakah hubungan laju dan waku GLBB dalam benuk grafik (-)? 0. Bagaimanakah benuk persamaan kecepaan GLBB?. Bagaimanakah hubungan anara jarak dan waku GLBB dalam benuk grafik (S-)? Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 4

12 SOAL-SOAL UNTUK LATIHAN A. Benuk Soal Pilihan Ganda Pilih salah sau alernaif jawaban yang paling benar, dengan jalan memberikan anda silang (X) pada lembar jawaban yang elah disediakan. Jika selama bergerak kecepaan benda mengalami perubahan, maka gerakan benda dikaakan memiliki :... A. kelajuan B. kecepaan C. perpindahan D. percepaan Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : Gerak lurus berubah berauran adalah gerak suau benda yang memiliki... eap. A. kecepaan B. perpindahan C. percepaan D. kelajuan Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : Conoh gerak lurus berubah berauran adalah :... A. buah kelapa jauh dari aas pohon B. daun jauh dari dahan pohon C. orang erjun payung dari pesawa D. bau yang dilonarkan dengan keapel Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : Grafik (S-) yang menyaakan hubungan anara jarak dan waku dari suau benda yang bergerak lurus berauran adalah :... S S S S A B C D Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : Jika seorang siswa berjalan eraur sehingga bergerak lurus berauran dengan laju 3 km/jam, maka dalam waku 0 meni jarak yang diempuh adalah :... A. 50 m B. 300 m C. 500 m D. 750 m Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian :... Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 42

13 B. Benuk Soal Uraian. Sebuah bola dilempar erikal ke aas dengan laju awal 20 ms -, jika percepaan graiasi 0 ms -2 enukan keinggian maksimum yang dapa dicapai oleh bola ersebu. 2. Mulai kelajuan 8 km/jam sebuah sepeda moor erus digas sehingga GLBB dan mencapai kelajuan 72 km/jam dalam waku 25 deik. Berapakah percepaan raa-raa sepeda moor ersebu? 3. Dua orang pelari maraon mulai sar dan iba di finis dalam waku yang bersamaan, apakah laju raa-raa dan kecepaan raa-raa kedua pelari ersebu pasi sama? 4. Jika grafik (-) gerakan sebuah mobil adalah seperi gambar beriku, enukan : Laju a. percepaan mobil b. laju mobil pada saa = 4 s c. jarak yang diempuh selama waku 4 s Waku 5. Perhaikan dengan baik grafik (-) dari sebuah mobil mainan yang bergerak selama 00 deik beriku ini. Berdasarkan grafik ersebu : a. Jelaskan bagaimana gerakan mobil mainan ersebu? b. Berapa jarak dan perpindahan mobil mainan selama 00 deik ersebu? c. Berapa laju raa-raa dan kecepaan raa-raa mobil mainan selama 00 deik ersebu? 5 5 Laju Waku Buku Pelajaran IPA SMP Kelas VII 43