BAB I PENDAHULUAN. Modul Gerak Lurus 1

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) berkaitan dengan cara mencari tahu tentang alam secara sistematis, sehingga Sains bukan hanya penguasaan kumpulan pengetahuan yang berupa fakta-fakta, konsep-konsep, atau prinsip-prinsip saja tetapi juga merupakan suatu proses penemuan. Pendidikan sains diharapkan dapat menjadi wahana bagi peserta didik untuk mempelajari diri sendiri dan alam sekitar, serta prospek pengembangan lebih lanjut dalam menerapkannya di dalam kehidupan sehari-hari. Proses pembelajarannya menekankan pada pemberian pengalaman langsung untuk mengembangkan kompetensi agar menjelajahi dan memahami alam sekitar secara ilmiah. Pendidikan sains diarahkan untuk inkuiri dan berbuat sehingga dapat membantu peserta didik untuk memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang alam sekitar. Secara umum Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) di SMP/MTs, meliputi mata pelajaran fisika, bumi antariksa, biologi, dan kimia yang sebenarnya sangat berperan dalam membantu anak untuk memahami fenomena alam. Ilmu Pengetahuan Alam merupakan pengetahuan ilmiah, yaitu pengetahuan yang telah mengalami uji kebenaran melalui metode ilmiah, dengan ciri: objektif, metodik, sistematis, universal, dan tentatif. Ilmu Pengetahuan Alam merupakan ilmu yang pokok bahasannya adalah alam dan segala isinya. Di jelaskan dalam standar isi, mata pelajaran fisika bertujuan agar siswa kemampuan sebagai berikut : membentuk sikap positif terhadap Tuhan Yang Maha Esa, memupuk sikap ilmiah yaitu jujur, objektif, terbuka, ulet, kritis dan dapat bekerja sama dengan oranag lain, mengembangkan pengalaman untuk dapat merumuskan masalah, mengajukan dan menguji hipotesis melalui percobaan, merancang dan merakit instrumen percobaan, mengumpulkan, mengolah, dan menafsirkan Modul Gerak Lurus 1

2 data, serta mengkomunikasikan hasil percobaan secara lisan dan tertulis, mengembangkan kemampuan bernalar dalam berpikir analisis induktif dan deduktif dengan menggunakan konsep dan prinsip fisika serta mempunyai keterampilan mengembangkan pengetahuan, dan sikap percaya diri sebagai bekal untuk melanjutkan pendidikan pada jenjang yang lebih tinggi serta mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi. Ruang lingkup bahan kajian IPA untuk SMP/MTs merupakan kelanjutan bahan kajian IPA SD/MI meliputi aspek-aspek sebagai berikut. 1. Makhluk Hidup dan Proses Kehidupan 2. Materi dan Sifatnya 3. Energi dan Perubahannya 4. Bumi dan Alam Semesta B. Deskripsi Singkat Secara sederhana sains dapat didefinisikan pengetahuan yang diperoleh melalui pengumpulan data dengan eksperimen, pengamatan, dan deduksi untuk menghasilkan suatu penjelasan tentang sebuah gejala yang dapat dipercaya. Penyusunan bahan ajar ini disusun dengan penyajian materi dan bahasa yang sederhana agar peserta didik dan guru madrasah mudah memahami kontek yang diberikan serta menguasai kompetensi yang diharapkan secara mandiri dalam rangka menyempurnakan proses pembelajaran. Pembahasan dalam modul ini berkaitan dengan mata diklat tentang Kinematika Gerak Lurus yang meliputi : Gerak Lurus Beraturan (GLB), Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB), dan contoh-contoh Gerak Lurur Beraturan serta Gerak Lurus Berubah Beraturan dalam kehidupan seharihari. Modul Gerak Lurus 2

3 C. Manfaat Modul bagi Peserta Modul ini diharapkan untuk membantu peserta menguasai dan mengembangkan indikator pencapaian berdasarkan contoh pengembangan yang sudah ada, menguasai materi kinematika gerak lurus dan dapat mengembangkan, menerapkan dan mentranfer ilmu kepada siswa, khususnya konsep-konsep GLB dan GLBB yang menyenangkan dalam kehidupan sehari-hari. D. Tujuan Pembelajaran 1. Standar Kompetensi Memahami gejala-gejala alam melalui pengamatan 2. Kompetensi Dasar Menganalisis data percobaan gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari 3. Indikator Keberhasilan Setelah selesai mempelajari modul ini, peserta mampu: a) Membedakan pengertian jarak dan perpindahan. b) Menemukan ciri Gerak Lurus Beraturan (GLB). c) Menuliskan pengertian tiga persamaan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). d) Mengaplikasikan Gerak benda jatuh bebas dan gerak vertikal dalam kehidupan sehari-hari. E. Materi Pokok dan Sub Materi Pokok Materi Pokok 1. Jarak dan perpindahan. 2. Gerak Lurus Beraturan (GLB). 3. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). 4. Gerak benda jatuh bebas dan gerak vertikal. Modul Gerak Lurus 3

4 Sub Materi Pokok 1.1 Menjelaskan pengertian gerak 1.2 Membedakan pengertian jarak dan perpindahan 1.3 Menghitung Kelajuan dan kecepatan rata-rata 2.1 Menjelaskan pengertian GLB. 2.2 Menjelaskan ciri GLB. 2.3 Mengamati GLB. 2.4 Menjelaskan pengertian kecepatan. 3.1 Menjelaskan pengertian gerak lurus berubah beraturan. 3.2 Menjelaskan pengertian percepatan. 3.3 Mengamati gerak lurus dipercepat beraturan. 3.4 Menyebutkan gerak lurus berubah beraturan yang biasa ditemui dalam kehidupan sehari-hari. 4.1 Menjelaskan persamaan benda jatuh bebas 4.2 Menjelaskan persamaan gerak vertikal keatas 4.3 Menjelaskan persamaan gerak vertikal kebawah F. Petunjuk Belajar Baca uraian materi pada tiap-tiap kegiatan dengan baik, kerjakan semua latihan dan tugas-tugas yang terdapat dalam modul, catatlah bagianbagian yang belum saudara pahami, kemudian diskusikan dengan temanteman saudara, lakukan percobaan sesuai prosedur ilmiah, bila saudara belum menguasai 70% dari tiap kegiatan, maka ulangi kembali langkahlangkah diatas dengan seksama. Modul Gerak Lurus 4

5 BAB II GERAK Indikator keberhasilan peserta mampu memahami pengertian gerak, jarak dan perpindahan serta memberikan contoh dalam kehidupan sehari-hari. A. Pengertian Gerak Coba kamu perhatikan benda-benda di sekitarmu! Adakah yang diam? Adakah yang bergerak? Batu-batu di pinggir jalan diam terhadap jalan kecuali jika ditendang oleh kaki maka benda tersebut akan bergerak, rumah-rumah di sekitar kita diam terhadap pohon-pohon di sekelilingnya, seseorang berlari pagi di taman, dikatakan orang tersebut bergerak terhadap jalan, batu-batu, rumah-rumah, maupun pohon-pohon yang dilewatinya, dan masih banyak lagi. Jadi apakah yang disebut gerak itu? Suatu benda dikatakan bergerak jika benda itu mengalami perubahan kedudukan terhadap titik tertentu sebagai acuan. Jadi, gerak adalah perubahan posisi atau kedudukan terhadap titik acuan tertentu. Gerak juga dapat dikatakan sebagai perubahan kedudukan suatu benda dalam selang waktu tertentu. Berbeda halnya dengan peristiwa berikut, orang berlari di mesin lari pitnes (mesin kebugaran), anak yang bermain komputer dan lain sebagainya. Apakah mereka mengalami perubahan posisi atau kedudukan dalam selang waktu tertentu? Kegiatan tersebut tidak mengalami perubahan posisi atau kedudukan karena kerangka acuannya diam. Penempatan kerangka acuan dalam peninjauan gerak merupakan hal yang sangat penting, mengingat gerak dan diam itu mengandung pengertian yang relatif. Sebagai contoh, ada seorang yang duduk di dalam kereta api yang sedang bergerak, dapat dikatakan bahwa orang tersebut diam terhadap kursi yang didudukinya dan terhadap kereta api tersebut, namun orang tersebut bergerak relatif terhadap stasiun maupun terhadap pohon-pohon yang dilewatinya. Modul Gerak Lurus 5

6 B. Jarak dan Perpindahan Jarak dan perpindahan mempunyai pengertian yang berbeda. Misalkan kayla berjalan ke barat sejauh 4 km dari rumahnya, kemudian 3 km ke timur. Berarti Kayla sudah berjalan menempuh jarak 7 km dari rumahnya, sedangkan perpindahannya sejauh 1 km (Gambar 1a). Berbeda halnya dengan contoh berikut. Seorang siswa berlari mengelilingi lapangan satu kali putaran. Berarti ia menempuh jarak sama dengan keliling lapangan, tetapi tidak menempuh perpindahan karena ia kembali ke titik semula (Gambar 1b). Contoh lain, ada seorang pejalan kaki bergerak ke utara sejauh 4 km, kemudian berbelok ke timur sejauh 3 km, lalu berhenti. Berapa jarak yang ditempuh siswa tersebut? Berapa pula perpindahannya? Jarak yang ditempuh siswa tersebut berarti keseluruhan lintasan yang ditempuh yaitu 3 km + 4 km = 7 km, sedangkan perpindahannya sepanjang garis putusputus pada gambar 1.c dapat dihitung dengan menggunkan 5rumus km phytagoras yaitu : A 2 = B 2 + C jadi A (a) (b) (c) Awal Gambar 1. Lintasan yang Ditempuh Pejalan Kaki C. Kecepatan dan Kelajuan Istilah kecepatan dan kelajuan dikenal dalam perubahan gerak. Kecepatan termasuk besaran vektor, sedangkan kelajuan merupakan besaran skalar. Besaran vektor memperhitungkan arah gerak, sedangkan besaran skalar hanya memiliki besar tanpa memperhitungkan arah gerak benda. Kecepatan merupakan perpindahan yang ditempuh tiap satuan waktu, sedangkan kelajuan didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh tiap satuan waktu. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut. Perpindahan( meter) Kecepa tan SelangWaktu(detik) km 4 km Kecepa tan Jarak( meter) SelangWaktu(det ik) Modul Gerak Lurus 6

7 Kecepatan Rata-Rata dan Kelajuan Rata-Rata Kecepatan rata-rata a didefiniskan sebagai perpindahan yang ditempuh terhadap waktu. Jika suatu benda bergerak sepanjang sumbu-x dan posisinya dinyatakan dengan koordinat-x, secara matematis persamaan kecepatan rata-rata dapat ditulis sebagai berikut. x V t Keterangan: v = kecepatan rata-rata (m/s) t = x akhir = perpindahan t = perubahan waktu (s) Kelajuan rata-rata merupakan jarak yang ditempuh tiap satuan waktu. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut s V t Keterangan: v = kecepatan rata-rata (m/s ) s = jarak tempuh (m) t = waktu tempuh (s) Contoh : 1. Amel berlari ke timur sejauh 24 m selama 14 s lalu bebalik ke barat sejauh 12 m dalam waktu 4 s.hitunglah kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata amel! Penyelesaian: Kelajuan rata-rata s s v 1 ; v ; v 2m / s t t Kecepatan rata-rata (anggap perpindahan ke timur bernilai positif, ke barat negatif) s s s v ; 1 ; ; ; 1,25m / s t t t Modul Gerak Lurus 7

8 D. Rangkuman Suatu benda dikatakan bergerak jika benda itu mengalami peerubahan kedudukan terhadap titik tertentu sebagai acuan jarak yang ditempuh benda merupakan panjang seluruh lintasan yang dilewati. Perpindahan adalah selisih kedudukan akhir dan kedudukan awal jarak merupakan besaran skalar dan perpindahan termasuk besaran vektor Kecepatan benda bergerak didepinisikan sebagai perpindahan yang ditempuh terhadap satuan waktu. Kelajuan benda merupakan besarnya kecepatan dan termasuk dalam besaran skalar Suatu benda akan mengalami percepatan apabila benda tersebut bergerak dengan kecepatan yang tidak konstan dalam selang waktu tertentu. Percepatan dalah perubahan kecepatan tiap satuan waktu. E. Latihan 1. Sebutkan Pengertian Gerak? 2. Jelaskan perbedaan jarak dan kelajuan? 3. Leo berlari dengan rute ACB, dari posisi A pada x 1 = 2 m menuju ke arah kanan dan sampai pada posisi x 2 = 8 m di titik C, kemudian berbalik ke posisi x 3 = 7 m di titik B, jika waktu yang digunakan adalah 2 sekon, berapakah kecepatan dan kelajuan rata-rata Leo? Modul Gerak Lurus 8

9 BAB III GERAK LURUS Indikator Keberhasilan : peserta dapat menyebutkan ciri Gerak Lurus Beraturan, mengamati dan menghitung kecepatan dalam Gerak Lurus Beraturan A. Pengertian Gerak Lurus Pernahkan kamu memperhatikan kereta api yang bergerak diatas relnya? Apakah lintasannya berbelok-belok? Bahwasannya lintasan kereta api adalah garis lurus, karena kereta apai bergerak pada lintasan yang lurus, maka kereta api mengalami gerak lurus. Jika masinis kereta api menjalankan kereta api dengan kelajuan yang sama, kereta api akan menempuh jarak yang sama. Benda yang bergerak dengan kecepatan tetap dikatakan melakukan gerak lurus beraturan, jadi syarat benda bergerak lurus beraturan apabila gerak benda menempuh lintasan lurus dan kelajuan benda tidak berubah. B. Gerak Lurus Beraturan (GLB) Gerak Lurus Beraturan adalah gerak suatu benda pada lintasan yang lurus di mana pada setiap selang waktu yang sama, benda tersebut menempuh jarak yang sama (gerak suatu benda pada lintasan yang lurus dengan kelajuan tetap). Pada gerak lurus beraturan, benda menempuh jarak yang sama dalam selang waktu yang sama pula. Sebagai contoh, mobil yang melaju menempuh jarak 2 meter dalam waktu 1 detik, maka satu detik berikutnya menempuh jarak dua meter lagi, begitu seterusnya. Dengan kata lain, perbandingan jarak dengan selang waktu selalu konstan atau kecepatannya konstan perhatikan gambar 2. Berikut ini. Modul Gerak Lurus 9

10 V(m/s) t(s) Gambar 2.:Grafik v-t untuk GLB Grafik v-t menunjukan hubungan antara kecepatan (v) dan waktu tempuh (t) suatu benda yang bergerak lurus. Berdasarkan grafik tersebut coba saudara tentukan berapa besar kecepatan benda pada saat t = 0 s, t = 1 s, t = 2 s?. Kita dapat ketahui bahwa pada gambar 2 di atas kecepatan benda sama dari waktu ke waktu yakni 5 m/s. Semua benda yang bergerak lurus beraturan akan memiliki grafik v- t yang bentuknya seperti gambar 6 itu. Sekarang, dapatkah saudara menghitung berapa jarak yang ditempuh oleh bend dalam waktu 5 s? Saudara dapat menghitung jarak yang ditempuh oleh benda dengan cara menghitung luas daerah di bawah kurva bila diketahui grafik (v-t) V(m/s) t(s) Gambar 2.1.: Menentukan jarak dengan menghitung luas di bawah kurva Jarak yang ditempuh = luas daerah yang diarsir pada grafik v - t Modul Gerak Lurus 10

11 Cara menghitung jarak pada GLB, te ntu saja satua gerak satuan panjang, bukan satuan luas, berdasarkan gambar 2.1 diatas, jarak yang ditempuh benda = 20 m. Cara lain menghitung jarak tempuh adalah dengan menggunakan persamaan GLB, telah anda ketahui bahwa kecepatan pada GLB dirumuskan : Dimana hubungan jarak terhadap waktu adalah sebagai berikut : Jarak = Kelajuan. Waktu s = v. t persamaan 1 Jika benda memiliki jarak tertentu terhadap acuan, maka: s =s 0 + v.t persamaan 2 dengan S 0 = kedudukan benda pada t = 0 (kedudukan awal) dari gambar 2.1 dimana v = 5 m/s, sedangkan t = 4 s, sehingga jarak yang ditempuh : s = v.t... = 5 m/s. 4 s = 20 m Persamaan GLB, berlaku bila gerak benda memenuhi grafik seperti pada gambar 2.1 pada grafik tersebut terlihat bahwa pada saat t = 0 s, maka v = 0. Artinya, pada mulanya benda diam, baru kemudian bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Padahal dapat saja terjadi bahwa saat awal kita amati benda sudah dalam keadaan bergerak, sehingga benda telah memiliki kecepatan awal S 0. Untuk keadaan ini, maka GLB sedikit mengalami perubahan. Persamaan benda yang sudah bergerak sejak awal pengamatan. Dengan S 0 menyatakan posisi awal benda dalam satuan meter. Selain grafik v-t di atas, pada gerak lurus terdapat juga grafik s-t, yakni grafik yang menyatakan hubungan antara jarak tempuh (s) dan waktu tempuh (t). Contoh soal: 1. Sebuah mobil bergerak kecepatan tetap 45 km/jam. Hitung jarak yang ditempuh mobil selama 10 sekon? Pembahasan Modul Gerak Lurus 11

12 Diketahui : v = 40 km/jam = /3600 s = 12,5 m/s t = 10 sekon Ditanya : s Jawab : s = v t s = 12,5 m/s x 10 sekon = 125 m 2. Gerak sebuah benda yang melakukan GLB diwakili oleh grafik s-t dibawah, berdasarkan grafik tersebut, hitunglah jarak yang ditempuh oleh benda itu dalam waktu : a. 2 s dan b. 5 s s(m) t(s) Grafik s - t Gambar diatas sebenarnya menyatakan sebuah benda yang melakukan GLB yang memiliki posisi awal S 0, dari grafik tersebut kita dapat membaca kecepatan benda yakni V = 4 m/s. Seperti telah dibicarakan, hal ini berarti bahwa pada saat awal mengamatinbend telah bergerak danmenempuh jarak sejauh S 0 = 2 m. Jadi untuk menyelesaikan soal ini, kita akan menggunakan persamaan GLB untuk benda yang sudah bergeraka sejak awal pengamatan. Penyelesaian Diketahui : s 0 = 2 m v = 4 m/s Modul Gerak Lurus 12

13 Ditanya: Jarak yang ditempuh benda pada saat t = 2 s Jarak yang ditempuh benda pada saat t = 5 s Jawab: a. s(t) = S 0 + v.t s(2s) = 2 m + (4m/s x 2s) = 10 m b. s(t) = S 0 + v.t s(5s)= 2 m + (4 m/s. 5 s) = 40 m 3. Perhatikan gambar di bawah ini. Sebuah mobil A dan B bergerak dengan arah berlawanan masing-masing dengan kecepatan tetap 20 m/s dan 10 m/s. Hitung kapan dan di mana mobil A berpapasan jika jarak kedua mobil mula-mula 210 m. Pembahasan Diketahui : kecepatan mobil A = V A = 20 m/s kecepatan mobil B = V B = 10 m/s jarak mobil A dan B = 210 m Ditanyakan : t A (waktu mobil A berpapasan dengan mobil B) s A (jarak tempuh mobil A ketika berpapasan dengan mobil B) Jawab : s A + s B = Jarak ketika mobil A berpapasan dengan mobil B v A t + v B t = 210 m 20 t + 10 t = 210 m 30 t = 210 t = 210 = 7 s t = 7 sekon setelah mobil A berjalan s A = v A t = = 140 m Jadi, mobil A berpapasan dengan mobil B setelah 7 sekon dan berjalan 140 m. Modul Gerak Lurus 13

14 C. Ticker Timer Ticker Timer atau mengetik waktu biasa digunakan di laboratorium fisika untuk menyelidiki gerak suatu bena (gambar.3). pita ketik pada ticker timer merekam lintasan benda yang bergerak misalnya mobil manan bertenaga baterai, berupa serangkaian titik-titik hitam disebut dot pada pita tersebut, jarak antara dot tersebut menggambarkan kecepatan gerak benda, selain itu pita ticker juga dapat menunju apakah gerak suatu benda itu dipercepat, diperlambat atau justru bergerak dengan kecepatan tetap. Berikut ini percobaan laboratorium dengan menggunakan ticker timer. I. Tujuan Anda dapat menyelidiki gerak lurus beraturan (GLB) suatu benda dengan pewaktu ketik (ticker timer). II. Alat dan Bahan 1. Pewaktu ketik 2. Mobil-mobilan 3. Gunting 4. Papan kayu Gambar 3 III. Langkah Kerja 1. Buatlah sebuah landasan miring dengan mengganjal salah satu ujung papan dengan menggunakan batu bata (perhatikan gambar di samping)! 2. Aturlah kemiringan landasan sedemikian rupa sehingga saat mobil-mobilan diletakkan di puncak landasan tepat meluncur ke bawah (jika mobil-mobilan meluncur makin lama makin cepat, maka kemiringan landasan harus dikurangi)! 3. Hubungkan pewaktu ketik dengan mobil-mobilan dan biarkan bergerak menuruni landasan sambil menarik pita ketik! 4. Guntinglah pita yang ditarik oleh mobil-mobilan, hanya ketika Modul Gerak Lurus 14

15 v mobil-mobilan bergerak pada landasan miring! 5. Bagilah pita menjadi beberapa bagian, dengan setiap bagian terdiri atas 10 titik/ketikan! 6. Tempelkan setiap potongan pita secara berurutan ke samping! 7. Amati diagram yang Anda peroleh dari tempelan-tempelan pita tadi, kemudian tulislah karakteristik O dari gerak lurus beraturan! Pada kegiatan di atas Anda memperoleh diagram batang yang sama panjang. Hal itu berarti kecepatan potongan adalah sama. Jadi, dapat Anda nyatakan bahwa dalam GLB, kecepatan benda adalah tetap. Bagaimanakah bentuk grafik kedudukan terhadap waktu pada GLB? Potonglah pita pada kegiatan di atas dengan setiap bagian terdiri atas 5 titik, 10 titik, 15 titik, dan seterusnya. Susunlah potonganpotongan tersebut sehingga akan Anda peroleh gambar grafik seperti Gambar 3.2. Ganbar 3.1 t Gambar 3.2 Modul Gerak Lurus 15

16 D. Rangkuman - Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda pada lintasan yang lurus di mana pada setiap selang waktu yang sama, benda tersebut menempuh jarak yang sama (gerak suatu benda pada lintasan yang lurus dengan kelajuan tetap). - Dimana hubungan jarak terhadap waktu adalah sebagai berikut : Jarak = Kelajuan. Waktu s = v. t persamaan 1 Jika benda memiliki jarak tertentu terhadap acuan, maka: s =s 0 + v.t persamaan 2 dengan S 0 = kedudukan benda pada t = 0 (kedudukan awal) E. Evaluasi 1. Apakah yang dimaksud dengan Gerak Lurus Beraturan? 2. Berdasarkan grafik berikut berapakah jarak yang ditempuh dalam waktu 10s. V(m/s) t(s) Modul Gerak Lurus 16

17 BAB IV GERAK LURUS BERUBAH BERATURAN (GLBB) Indikator Keberhasilan : Setelah mempelajari materi ini peserta dapat menjelaskan pengertian, mengamati dan menghitung percepatan Gerak Lurus Berubah Beraturan. A. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah Gerak benda dalam lintasan garis lurus dengan percepatan tetap. Jadi, ciri umum glbb adalah bahwa dari waktu ke waktu kecepatan benda berubah, semakin lama semakin cepat, dengan kata lain gerak benda dipercepat, namun demikian, GLBB juga berarti bahwa dari waktu ke waktu kecepatan benda berubah, semakin lambat hingga akhirnya berhenti. Dalam hal ini benda mengalami perlambatan tetap. Dalam modul ini, menggunakan istilah perlambatan untuk gerak benda diperlambat. Kita tetap saja menamakannya percepatan, hanya saja nilainya negatif, perlambatan sama dengan percepatan negatif. Contoh sehari-hari GLBB dipercepat adalah peristiwa jatuh bebas, benda jatuh dari ketinggian tertentu di atas, semakin lama benda bergerak semakin cepat. Kita mengendarai sepeda motor atau mobil. Coba kamu perhatikan apabila sebuah sepeda motor bergerak menuruni sebuah bukit, bagaimanakah kecepatannya? Tentu saja kecepatannya semakin bertambah besar. Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak benda pada lintasan lurus dengan kecepatannya berubah secara teratur tiap detik. Kamu tentunya masih ingat bahwa perubahan kecepatan tiap detik adalah percepatan. Dengan demikian, pada GLBB benda mengalami percepatan secara teratur atau tetap. Hubungan antara besar kecepatan (v) dengan waktu (t) pada gerak lurus berubah beraturan (GLBB) ditunjukkan pada grafik di bawah ini. Modul Gerak Lurus 17

18 v(m/s) vt v 0 0 t (s) Gambar 4 : Grafik v-t untuk GLBB dipercepat Besar Percepatan benda, = Δ୴ = ௩ଶ ௩ଵ Δ୲ ௧ଶ ௧ଵ Dalam hal ini, persamaan 1 v 1 = v 0 v 2 = v t t 1 = 0 t 2 = t Sehingga, a= ௩ଵ ௩ ௧ atau a.t = v t v 0 di dapat v t = v 0 + a.t (persamaan GLBB) Dimana v 0 = Kecepatan Awal (m/s) v t = Kecepatan Akhir (m/s) a = Percepatan (m/s 2 ) t = selang waktu (s) perhatikan bahwa selang waktu t (kita beri simbol (t), kecepatan benda berubah dari v 0 menjadi v t sehingga kecepatan rata-rata benda dapat dituliskan : ୴ ୴୲ =ݒ persamaan 4 ଶ Karena v t = (v 0 + a.t) maka =ݒ v0 + v0 + a. t 2 =ݒ,. Kita tahu bahwa kecepatan rata-rata, maka : 2v0 + a. t 2 0 ݒ 2 = t ݏ, t ݏ =ݒ ݐ Modul Gerak Lurus 18

19 Atau ଵ ଶݐ +ݐ. 0 ݒ =ݏ ଶ. persamaan jarak GLBB Keterangan : s = jarak yang ditempuh (m) v 0 = Kecepatan Awal (m/s) a = percepatan (m/s 2 ) t = Selang waktu (s) Bila dua persamaan GLBB di atas kita gabungkan, maka kita akan dapat persamaan GLBB yang ketiga. ݐ. 0 ݒ =ݏ =ݏ Dimana ௩ଵ ௩ ଶ. ௩ଵ ௩ ଶ 2as = v t 2 - v 2 =ݏ 0 ݒ ଶ 1ଶݒ 2 Jadi, v 2 t = v as Persamaan kecepatan sebagai fungsi jarak Contoh : 1) Benda yang semula diam kemudian didorong sehingga bergerak dengan percepatan tetap 4 m/s 2. Berapakah besar kecepatan benda tersebut setelah bergerak 6 s? Penyelesaian : Diketahui : v0 = 0 a = 4 m/s t = 6 s Ditanyakan : vt =? Jawab : v t = v 0 + a.t = m/s 2. 6s = 24 m/s Modul Gerak Lurus 19

20 2) Mobil yang semula bergerak lurus dengan kecepatan 6 m/s berubah menjadi 12 m/s dalam waktu 6 s. Bila mobil itu mengalami percepatan tetap, berapakah jarak yang ditempuh dalam selang waktu 5 s itu? Penyelesaian : Diketahui : v 0 = 6 m/s V t = 12 m/s t = 5 s Ditanya : S =? Jawab: Untuk menyelesaikan soal ini kita harus mencari persamaan percepatanannya dulu V t = V 0 + a.t 12 = 6 m/s + a. 5 s 12 6 = 5as a = 6/5, a = 1,2 m/s 2 setelah dapat percepatan a, maka dapat dihitung jarak yang ditempuh mobil dalam waktu 5 s; s = v 0.t + ½ a. t 2 s = 6 m/s. 5 s + ½ 1,2 m/s 2. 5s 2 s = 30 m + 15 m s = 45 m 3. Mobil yang bergerak GLBB diawali oleh grafik v t seperti pada gambar dibawah ini. v t gravik v -t Berapa jarak total yang ditempuh oleh mobil itu? Soal sepertin ini agak berbeda dengan soal-soal sebelumnya. Oleh karenanya sebelum menjawab Modul Gerak Lurus 20

21 pertanyaan diatas, ada baiknya saudara perhatikan penjelasan berikut ini, dari grafik tersebut tampak selama perjalanannya, mobil mengalami 2 macam gerakan. 4 sekon pertama dari 0 4 pada sumbu t, mobil bergerak dengan kecepatan tetap, yakni 30 m/s. Ini berarti mobil mengalami GLB. Dua sekon berikutnya dari 4-6 mobil mengalami perlambatan, mula-mula bergerak dengan kecepatan awal 30 m/s kemudian berhenti. Artinya mobil mengalami GLBB diperlambat. Jarak total yang ditempuh mobil dapat dihitung dengan menggunakan 2 cara sebagai berikut : Cara 1 Jarak yang ditempuh selama 4 sekon pertama (GLB) Diketahui : v = 30 m/s t = 4 s s1 = v. t = 30 m/s x 4 s = 120 m Jarak yang ditempuh selama 2 sekon berikutnya (GLBB) Diketahui : V0 = 30 m/s Vt = 0 t = 2 s karena mobil yang semula bergerak kemudian berhenti, maka mobil mengalami percepatan negatif yang kita sebut perlambatan. Besar perlambatannya kita hitung dengan menggunakan persamaan GLBB pertama, yaitu : vt = v 0 + a. t vt = 30 m/s + a. 2 s 2a s = -30 m/s a = - 30/2 = - 15 m/s 2 Jarak yang ditempuh mobil selama 2 sekon terakhir kita hitung dengan menggunakan persamaan GLBB kedua, Modul Gerak Lurus 21

22 S2 = v 0.t + ½ a. t 2 = 30 x 2 + ½ (-15). 2 2 = = 30 m Jarak total yang ditempuh mobil : S = s1 +s2 S = 120 m + 30 m = 150 m Cara 2 Jarak total yang ditempuh mobil dapat ditemukan dengan cara menghitung daerah di bawah kurva grafik. Bila saudara perhatikan grafik di atas berbentuk trapesium dengan tinggi 30 m/s dan panjang sisi-sisi sejajar 3 m dan 5 m. Nah, jarak total yang ditempuh mobil sama dengan luas trapesium itu. Jadi jarak total = luas trapesium S = 30 (3 +5) x ½ S = 30 x 8 x ½ S = 120 m B. Rangkuman Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah Gerak benda dalam lintasan garis lurus dengan percepatan tetap. ciri umum GLBB adalah bahwa dari waktu ke waktu kecepatan benda berubah, semakin lama semakin cepat, dengan kata lain gerak benda dipercepat, namun demikian, GLBB juga berarti bahwa dari waktu ke waktu kecepatan benda berubah, semakin lambat hingga akhirnya berhenti. Gerak dipercepat adalah gerak benda yang kecepatannya bertambah dalam satu waktu Gerakdiperlambat adalah gerak suatu benda yang kecepatannya berkurang Persamaan GLBB pada lintasan datar, berlaku : v t = v 0 + a.t +ݐ. 0 ݒ =ݏ v t 2 = v as ଵ.ଶ ଶݐ Modul Gerak Lurus 22

23 C. Evaluasi 1. Tulislah pengertian gerak lurus berubah beraturan? 2. Tulislah tiga persamaan penting dalam gerak lurus berubah beraturan? 3. Fatah mengendarai motor kemudian dipercepat dalam waktu 8 s, kecepatannya bertambah dari 10 m/s menjadi 15 m/s. Berapakah jarak yang ditempuh selama 20 s? Modul Gerak Lurus 23

24 BAB V GERAK JATUH BEBAS DAN GERAK VERTIKAL Indikator Keberhasilan : Peserta diharapkan dapat menghitung kecepatan gerak jatuh bebas dan vertikal serta melakukan percobaan contoh GLBB dalam kehidupan sehari-hari A. Gerak Jatuh Bebas Bila dua buah bola yang berbeda beratnya di jatuhkan tanpa kecepatan dari ketinggian yang sama dalam waktu yang sama, bola manakah yang sampai ditanah duluan? Peristiwa tersebut dalam fisika disebut sebagai benda jatuh bebas karena pengaruh gaya gravitasi bumi. Gerak lurus berubah beraturan pada lintasan vertikal. Cirinya adalah benda jatuh tanpa kecepatan awal (v 0 = nol) semakin ke bawah gerak benda semakin cepat Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi. Dimana percepatan gravitasi bumi itu besarnya g = 9,8 m/s 2 dan sering dibulatkan menjadi 10 m/s 2 Pada jatuh bebas ketiga persamaan GLBB dipercepat yang kita bicarakan pada kegiatan sebelumnya tetap berlaku, hanya saja v 0 kita hilangkan dari persamaan karena harganya nol dan lambang s pada persamaan tersebut kita ganti dengan h yang menyatakan ketinggian dan a kita ganti dengan g. a = g t = 0 v = 0 h = s Gambar 5. Benda jatuh bebas mengalami percepatan yang bearnya sama dengan percepatan gravitasi. Modul Gerak Lurus 24

25 Jadi, ketiga persamaan itu sekarang adalah: 1. v g. t t 2. h 3. v t 1 2 g. t 2 2gh Keterangan : g = perceptan gravitasi (m/s 2 ) h = ketinggian benda (m) t = waktu (s) v t = kecepatan pada saat t (m/s) perhatikan persamaan jatuh bebas yang ke persamaan-persamaan gerak jatuh bebas 1 2. h g. t 2 kanan sama-sama kita kallikan dengan 2, kita dapat 2h = 2 g.t 2 2, bila ruas kiri dan 2 2h atau t. g t 2h g persamaan waktu jatuh benda jatuh bebas dari persamaan tersebut, terlihat bahwa waktu jatuh benda bebas hanya di pengaruhi oleh dua faktor ayitu h = ketinggian, dan g = percepatan gravitasi bumi contoh soal : 1. Dari salah satu bagian gedung yang tingginya 25 m, dua buah batu dijatuhkan secara berurutan. Massa kedua batu masing-masing ½ kg dan 5 kg. Bila kecepatan gravitasi bumi di tempat itu g = 10 m/s 2, tentukan waktu jatuh untuk kedua batu itu (abaikan gesekan udara) Penyelesaian Diketahui : h1 = h2 = 32 m m1 = 0,5 kg m2 = 5 kg g = 10 m 2 Ditanyakan: t1 = 0 dan t2 =0 Modul Gerak Lurus 25

26 Jawab. Karena gesekan di udara diabaikan (umumnya memang demikian), maka gerak kedua batu memenuhi persamaan waktu jatuh benda jatuh bebas. Untuk batu pertama, t t 2h g t = 9 = 3 10 Untuk batu ke dua t 2h g H1=h2=20 m, sehingga t2=t1=3 sekon Jadi, benda yang jatuh bebas dari ketinggian yang sama di tempat yang sama = percepatan gravitasinya sama akan jatuh dalam waktu yang sama. B. Gerak Vertikal Keatas v = 0 v t = 0 v (Grafik v t) t Lemparkan bola vertikal keatas, amati gerakannya. Bagaimana kecepatan bola dari waktu ke waktu? Selama bola bergerak keatas, gerakan bola melawan gaya gravitasi yang menariknya ke bumi. Akhirnya bola diperlambat, setelah mencapai tinggi tertentu yang disebut tinggi maksimum, bola tidak dapat naik lagi, pada saat ini kecepatan bola nol. Oleh karena tarikan gaya gravitasi bumi tak pernah berhenti bekerja pada bola, Modul Gerak Lurus 26

27 menyebabkan bola bergerak turun. Pada saat ini bola mengalami jatuh bebas, bergerak turun dipercepat Jadi bola mengalami dua fase gerakan. Saat bergerak ke atas bola bergerak GLBB diperlambat (a = g) dengan kecepatan awal tertentu lalu setelah mencapai tinggi maksimum bola jatuh bebas yang merupakan GLBB dipercepat dengan kecepatan awal nol. Dalam hal ini berlaku persamaanpersamaan GLBB yang telah kita pelajari pada kegiatan sebelumnya. Pada saat benda bergerak naik berlaku persamaan : v t = v 0 - g.t h = v 0.t ½ gt 2 v 2 t = v gh dimana : v 0 = Kecepatan Awal (m/s) g = Percepatan gravitasi (m/s 2 ) t = waktu (s) v t = kecepatan akhir (m/s) h = ketinggian (m) sedangkan pada saat jatuh bebas berlaku persamaan-persamaan gerak jatuh bebas yang sudah kita pelajari pada kegiatan sebelumnya. Contoh soal: 1. Sebuah bola dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 40 m/s (g = 10 m/s 2 ) Hitunglah : a) b) c) Waktu yang dibutuhkan bola untuk sampai ke titik tertinggi Tinggi maskimum yang dicapai bola Waktu total bola berada di udara Penyelesaian Diketahui : v 0 = 40 m/s g = 10 m/s Ditanya: a) t =? Modul Gerak Lurus 27

28 b) h =? c) t di udara? Jawaban a) Bola mencapai titik maksimum pada saat v t = 0, selanjutnya kita gunakan persamaan pertama gerak vertikal ke atas, v t = v 0 - g.t 0 = 40 m/s 10 m/s 2. t 10 m/s 2.t = 40 m/s = 40/10 = 4 s b) Tinggi maksimum bola, h = v 0.t ½ gt 2 = ½ = = 80 m c) Waktu total di sini maksudnya waktu yang dibutuhkan oleh bola sejak dilemparkan ke atas sampai jatuh kembali ke tanah. Terdiri dari waktu mencapai tinggi maksimum (jawaban pertanyaan a) dan waktu untuk jatuh bebas yang akan kami hitung sekarang. t 2h g t t t t = 4 s jadi waktu total benda yang bergerak vertikal ke atas lalu jatuh kembali adalah 8 s, sama dengan dua kali waktu capai tinggi maksimum. Eksperimen Laboratory Water Roket Water roket bisa digunakan di laboratorium fisika untuk menyelidiki gerak suatu benda vertikal keatas, jika percobaan sederhana ini dapat menjawab sebuah prinsip gerak vertikal keatas, selain itu Modul Gerak Lurus 28

29 percobaan ini menggunkan bahan dari sisa-sisa rumah tangga, selain itu water roket ini juga dapat menunjukan apakah gerak suatu benda itu dipercepat, diperlambat atau justru bergerak dengan kecepatan tetap. Berikut ini percobaan laboratorium dengan menggunakan bahan dari limbah rumah tangga. I. Tujuan Anda dapat menyelidiki gerak vertikal keatas (GLBB) suatu benda dengan alat sederhana. II. Alat dan Bahan 1. Pompa Angin 2. Tabung berdiameter 3 cm 3. Botol plastik bekas / happydent 4. Selang 5. Cuter / gunting 6. Pentil sepeda 7. Air 8. Spidol dan karton 9. Stop wacth III. Langkah Kerja 1. Siapkan botol bekas, kemudian lubangi tengah-tengahnya oleh cuter/gunting 2. Botol plastik yang sudah di lubangi tengah-tengahnya biberi pentil sepeda 3. Botol yang telah diberi pentil kemudian hubungkan dengan selang. 4. Masukan pompa angin ke selang yang menghubungkan dengan botol plastik 5. Botol plastik di isi air, dimana botol ini sebagai dudukan pelontar.tutup atas sebagai roketnya 6. Setelah suatu rangkaian percobaan sebagai mana pada gambar berikut, Modul Gerak Lurus 29

30 Pompa beberapa kali, jangan lupa stop wacth harus di aktifkan ketika tutup botol terlepas. 7. Isilah tabel pengamatan berikut: Kecepatan Awal Kecepatan Akhir Ketinggian Waktu C. Gerak Vertikal Kebawah Berbeda dengan jatuh bebas, gerak vertikal ke bawah yang dimaksud adalah gerak benda-benda yang dilemparkan vertikal ke bawah dengan kecepatan awal tertentu. Jadi seperti gerak vertikal keatas hanya saja arahnya ke bawah, sehingga persamaan-persamaannya pada gerak vertikal ke atas, kecuali tanda negatif pada persamaan-persamaan gerak vertikal ke atas diganti dengan tanda positif. Sebab gerak vertikal ke bawah adalah GLBB yang dipercepat dengan percepatan yang sama untuk setiap benda yakni g. Jadi persamaannya, v t = v 0 + g.t h = v 0.t + ½ gt 2 v 2 t = v gh Contoh soal: 1) Sebuah bola dilemparkan vertikal dengan kecepatan 10 m/s dari atas bagunan bertingkat (g = 10 m/s 2 ). Bila tinggi bangunan itu 40 m, hitunglah: a) Kecepatan benda 2 s setelah dilemparkan b) Waktu untuk mencapai tanah c) Kecepatan benda saat sampai di tanah Penyelesaian a) Kecepatan benda 2 s setelah dilemparkan : v t = v 0 + g.t = = = 25 m/s Modul Gerak Lurus 30

31 b) Waktu untuk mencapai tanah h = v 0.t + ½ gt 2 40 =10t +1/2 10 t 2 40 = 10 t + 5t 2 Bila ruas kiri dan kanan sama-sama dibagi 5, maka: 8 = 2 t + t 2 atau, t t 8 = 0 (t +4) (t 2) = 0 t1 = -4 dan t2 = +2 kita ambil t = t2 = 2 s (sebab tidak ada waktu berharga negatif). Jadi waktu untuk mencapai tanah = 2 s c) Kecepatan benda sampai tanah v t = v 0 + gt = = 30 m/s Dapat juga dengan cara lain v 2 t = v gh = = = 900 v = 900 = 30 bila di cermati gerak vertikal ke bawah ini sama dengan gerak GLBB pada arah mendatar. D. Rangkuman Gerak jatuh bebas dipengaaruhi oleh ketinggian dan gaya gravitasi Persamaan untuk gerak jatuh bebas adalah 1. v g. t t 2. h 3. v t 1 2 g. t 2 2gh Modul Gerak Lurus 31

32 Gerak vertikal ke atas, persamaan pada saat benda naik ke atas : v t = v 0 - g.t h = v 0.t ½ gt 2 v 2 t = v gh Gerak vertikal ke bawah, persamaan yang berlaku: v t = v 0 + g.t h = v 0.t + ½ gt 2 v 2 t = v gh E. Evaluasi 1. Sebutkan 2 faktor yang dapat dipengaruhi waktu jatuh benda pada gerak jatuh bebas? 2. Melalui sebuah alat sederhan pelontar roket air, sebuah miniatur roket dilemparkan keatas dengan kecepatan awal 30 m/s (g =10 m/s 2 ) Hitunglah: a) Waktu yang dibutuhkan miniatur roket untuk sampai ke titik tertinggi b) Tinggi maksimum yang dicapai miniatur roket c) Waktu total miiatur roket berada diudara 3. Sebuah Bola yang dijatuhkan dari atas menara sampai ke tanah dengan kecepatan 40 m/s (g 10 m/s 2 ), berapa lama bola diudara? Modul Gerak Lurus 32

33 BAB VI PENUTUP A. Kesimpulan Gerak adalah perubahan kedudukan benda dari titik acauan yang satu ke titikacuan berikutnya yang ditempuh benda merupakan panjang seluruh lintasan yang dilewati. Perpindahan adalah selisih kedudukan akhir dan kedudukan awal. Jarak merupakan besaran skalar dan perpindahan termasuk besaran vektor Kecepatan benda bergerak didefinisikan sebagai perpindahan yang ditempuh terhadap satuan waktu. Kelajuan benda merupakan besarnya kecepatan dan termasuk dalam besaran skalar. Percepatan adalah perubahan kecepatan tiap satuan waktu. Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda pada lintasan yang lurus di mana pada setiap selang waktu yang sama, benda tersebut menempuh jarak yang sama (gerak suatu benda pada lintasan yang lurus dengan kelajuan tetap). Dimana hubungan jarak terhadap waktu adalah sebagai berikut : Jarak = Kelajuan. Waktu s = v. t Jika benda memiliki jarak tertentu terhadap acuan, maka: s =s 0 + v.t Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah Gerak benda dalam lintasan garis lurus dengan percepatan tetap. Ciri umum GLBB adalah bahwa dari waktu ke waktu kecepatan benda berubah. Gerak dipercepat adalah gerak benda yang kecepatannya bertambah dalam satu waktu Gerakdiperlambat adalah gerak suatu benda yang kecepatannya berkurang dalam satu waktu Modul Gerak Lurus 33

34 Persamaan GLBB pada lintasan datar, berlaku : v t = v 0 + a.t +ݐ. 0 ݒ =ݏ v t 2 = v as ଵ.ଶ ଶݐ Persamaan-persamaan gerak jatuh bebas 1. v g. t t 2. h 3. v t 1 2 g. t 2 2gh Gerak vertikal ke atas, persamaan pada saat benda naik ke atas : v t = v 0 - g.t h = v 0.t ½ gt 2 v t 2 = v gh Gerak vertikal ke bawah, persamaan yang berlaku: v t = v 0 + g.t h = v 0.t + ½ gt 2 v t 2 = v gh B. Tindak Lanjut Sebagai suatu tindak lanjut dari pembelajaran dalam modul ini, saudara diharapkan untuk mencari rujukan yang sesuai dengan materi dalam modul dan membaca beberapa sumber yang terkait yang terdapat di perpustakaan pada balai diklat, maupun dalam media elektronik. Dalam proses pembelajaran perlu adanya dukungan yang nyata dari lembaga supaya para guru meningkatkan kemampuannya dalam menguasai materi yang akan diajarkan ke peserta didik di sekolah dengan dan membaca buku penunjang ke arah pencerahan Dalam implementasi di lapangan guru mampu mengembangkan dan menemukan hal yang baru berkenaan dengan praktikum memanfaatkan barang yang tidak terpakai menjadikan media pembelajaran yang menyenangkan. Modul Gerak Lurus 34

35 DAFTAR PUSTAKA Modul Diklat Rumpun Bidang Pendidikan dan Akademik, Pendalaman Materi Mata Pelajaran Fisika (kinematika Gerak Lurus). Jakarta, Departemen Agama RI Badan Litbang dan Diklat Pusdiklat Tenaga Teknis Keagamaan. Wasis, Ilmu Pengetahuan Alam I : SMP/MTs Kelas VII. Jakarta, Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Nurahmandani, Setya, Fisika 1. Jakarta, Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Modul Gerak Lurus 35

36 BIODATA Saeful Nurdin Lahir Di Bekasi pada tanggal 25 Februari 1982, menikah dengan Neneng Masnuroh, S.Pd.I di Bogor. Alhamdulillah sekarang sudah di karuniai seorang anak yang bernama Putri Kayla el- Nurudin berusia 2 bulan. Pendidikan yang pernah dikecam diantaranya SDN Dewi Sartika, SMPN Lemahabang, dan SMAN 1 Cikarang di Kabupaten Bekasi. Kemudian melanjutkan ke IAIN Sunan Gunung Djati Bandung pada tahun Penulis pernah aktif di Himpunan Mahasiswa Pendidikan Fisika tepatnya di Dewan Legislatif Mahasiswa sebagai sekretaris, tahun sempat aktif di Gerakan Pramuka Kwartir Ranting sebagai ketua dewan kerja bertempat di Kecamatan Cibiru. Selain itu sampai sekarang masih aktif di Alumni Gerakan Pramuka UIN Sunan Gunung Djati Bandung sebagai anggota. Pengalaman mengajar pada Sekolah Menengah Pertama Bandung Institut dari tahun , kemudian tahun beralih ke Sekolah Dasar Islam Al-jannah Islamic Fullday School di Cibubur Jakarta Timur, tahun berikutnya beralih lagi ke Bandung Tepatnya ke Sekolah Dasar Sains Al-Biruni. Baru di tahun 2008 masuk kerja di Balai Diklat Keagamaan Bandung sampai sekarang sebagai Staf Pegawai Di Diklat Teknis Keagamaan. Penulis pernah menjadi editor buku aqidah akhlak MI kelas 1-3. Modul Gerak Lurus 36