Makalah Fisika Dasar tentang Gerak Lurus BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 Makalah Fisika Dasar tentang Gerak Lurus BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Mekanika merupakan bagian dari fisika yang membicarakan hubungan antara gaya, materi, dan gerak. Metode matematika yang dapat menjelaskan tentang gerak, khususnya memandang gerak tanpa melihat penyebabnya dalam mekanika dikelompokkan dalam kinematika. Apabila penyebab gerak itu dapat dilihat, maka dikelompokkan dalam dinamika. Kinematika ini diberikan sebagai dasar kita untuk mempelajari konsep fisika lebih lanjut utamanya yang berkaitan dengan gerak yang mengabaikan penyebabnya. Gerak lurus adalah salah satu pembahasan yang sangat menarik. Geraklurus juga merupakan hal yang sangat penting dalam fisika. Konsep gerak lurus ini merupakan materi dasar dalam fisika. Konsep ini juga menjadi materi yang fundamental. Selain itu, materi ini juga memberikan pengaruh yang besar dalam penemuan ilmu pengetahuan dan teknologi. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apakah yang dimaksud dengan gerak lurus? 2. Apakah yang dimaksud dengan gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan? 3. Apa saja rumus-rumus gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan? 4. Bagaimana cara menyelesaikan soal-soal dalam gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan? 1.3 Tujuan 1. Untuk mengetahui pengertian gerak lurus 2. Untuk mengetahui pengertian gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan 3. Untuk mengetahui rumus-rumus gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan 4. Untuk mengetahui cara menyelesaikan soal-soal dalam gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Gerak Lurus Gerak lurus merupakan peristiwa gerak benda yang memiliki lintasan berupa garis lurus. Pengertian gerak lurus tidak bisa dipisahkan dengan pengertian gerak. Gerak adalah perubahan kedudukan suatu benda atau partikel terhadap suatu acuan tertentu (Azizah,2005:26). Acuan tersebut dapat berupa acuan yang diam dan acuan yang bergerak. Gerak dengan acuan diam biasa disebut dengan gerak nyata. Contoh gerak nyata adalah seseorang yang diam di tepi jalan melihat sebuah mobil yang bergerak di jalan raya. Maka dapat dikatakan mobil tersebut bergerak terhadap acuan orang yang diam di tepi jalan. Sedangkan gerak dengan acuan yang bergerak biasa disebut gerak semu (relatif). Contoh gerak semu (relatif) adalah seseorang yang berada dalam mobil melihat sebuah motor menyalipnya, maka dapat dikatakan bahwa motor tersebut bergerak terhadap acuan orang yang berada dalam mobil tersebut. 2.2 Pembahasan Gerak Lurus Pembahasan tentang fenomena gerak lurus memang sangat luas. Gerak lurus ini dibahas melalui cabang ilmu yang bernama kinematika. Azizah (2005:26) menyatakan bahwa kinematika adalah

2 ilmu yang mempelajari benda tanpa mempedulikan penyebab timbulnya gerak. Kinematika membahas gerak dengan melihat kedudukan, jarak, kecepatan, dan percepatan. Salah satu aspek pembahasan kinematika adalah kedudukan. Azizah (2005:27 ) menyatakan bahwa kedudukan adalah letak suatu benda pada waktu tertentu terhadap acuan tertentu. Kedudukan biasanya dinyatakan dalam arah dan nilai jarak terhadap acuan tertentu. Besaran lain yang berhubungan dengan gerak lurus adalah jarak dan perpindahan. Kedua besaran ini biasanya dianggap sama, tetapi keduanya memiliki banyak perbedaan yang mencolok. Perbedaan itu terlihat melalui pengertian keduanya. Jarak merupakan panjang lintasan yang telah ditempuh benda selama bergerak. Jarak juga merupakan besaran skalar yang tidak memperhitungkan posisi benda. Sedangkan perpindahan merupakan perubahan posisi awal (S 0) dan posisi akhir (S t) suatu benda tanpa memperhitungkan bentuk dan panjang lintasannya. Perpindahan juga merupakan besaran vector yang memiliki besar dan arah. Besaran lain yang sangat penting dalam gerak lurus adalah kecepatan. Kecepatan adalah perubahan posisi benda tiap satuan waktu. Namun, biasanya terjadi kerancuan antara kecepatan dan kelajuan. Keduanya sering dikatakan sama, tetapi keduanya memiliki pengertian yang berbeda. Ludolph (1984:184) menyatakan bahwa kecepatan adalah besaran vektor yang dinyatakan dengan nilai dan arah, sedangkan kelajuan adalah besaran skalar yang hanya mempunyai nilai saja tanpa memperhitungkan arah. Besaran lain yang juga sangat penting dalam gerak adalah percepatan. Percepatan biasanya dilambangkan dengan a. Percepatan adalah perubahan kecepatan tiap satuan waktu. Percepatan adalah besaran vektor. Percepatan memiliki arah dan nilai. Percepatan bisa bernilai positif (+) maupun negatif (-) karena tergantung besarnya kecepatan. Jika bernilai positif disebut percepatan, sedangkan bernilai negatif jika perlambatan. Ditinjau dari sudut pandang kinematika, gerak terdiri atas gerak lurus beraturan (GLB) dan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) 2.3 Gerak Lurus Beraturan (GLB) Gerak lurus beraturan adalah gerak suatu benda yang lintasannya lurus dan tetap serta menempuh jarak yang sama untuk setiap waktu yang sama (Azizah,2005:28) Pada gerak lurus beraturan kecepatan yang dimiliki benda tetap ( v = tetap) sedangkan percepatannya sama dengan nol ( a = 0 ). Secara matematis, persamaan gerak lurus beraturan adalah s = jarak tempuh (m) t = waktu tempuh (s) dimana : v = kecepatan (m/s) Pada GLB kecepatan rata-ratanya sama dengan kecepatan sesaat,sehingga kecepatan sesaatnya Misalkan t 1= 0 sebagai waktu awal, t 2=t sebagai waktu yang diperlukan, x 1= x 0 sebagai posisi awal dan x 2= x sebagai posisi setelah waktu t, maka Yang dapat ditulis menjadi atau Grafik Gerak Lurus Beraturan ( GLB)

3 Jika kecepatan v yang bergerak dengan laju konstan selama selang waktu t sekon, diilustrasikan dalam sebuah grafik v-t, akan diperoleh sebuah garis lurus, tampak seperti di bawah ini : Grafik hubungan v-t tersebut menunjukkan bahwa kecepatan benda selalu tetap, tidak tergantung pada waktu, sehingga grafiknya merupakan garis lurus yang sejajar dengan sumbu t (waktu). Berdasarkan gambar diatas, jarak tempuh merupakan luasan yang dibatasi oleh grafik dengan sumbu t dalam selang waktu tertentu. Sementara itu, hubungan jarak yang ditempuh s dengan waktu t, diilustrasikan dalam sebuah grafik s-t, sehingga diperoleh sebuah garis diagonal ke atas, tampak seperti pada gambar di bawah ini : Dari grafik hubungan s-t dapat dikatakan jarak yang ditempuh sbenda berbanding lurus dengan waktu tempuh t. Makin besar waktunya makin besar jarak yang ditempuh. Berdasarkan gambar tersebut, grafik hubungan antara jarak s terhadap waktu t secara matematis merupakan harga tan α, di mana α adalah sudut antara garis grafik dengan sumbu t(waktu). 2.4 Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerak suatu benda pada lintasan lurus dengan kecepatan benda berubah secara beraturan dan mengalami percepatan tetap setiap waktu (Azizah,2005:30). Pada gerak lurus berubah beraturan percepatan yang dimiliki benda adalah tetap, sedangkan kecepatannya berubah beraturan. Gerak lurus berubah beraturan ada dua macam yaitu : 1. GLBB dipercepat 2. GLBB diperlambat Suatu benda dikatakan melakukan gerak lurus berubah beraturan dipercepat apabila kecepatannya makin lama bertambah besar, sedangkan sebuah benda dikatakan melakukan gerak lurus berubah beraturan diperlambat apabila kecepatannya makin lama berkurang sehingga pada suatu saat benda itu menjadi diam (berhenti bergerak) Grafik Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) A. Grafik Gerak Lurus Berubah Beraturan Dipercepat Grafik hubungan kelajuan v dengan waktu t, seperti dibawah ini :

4 Dari grafik di atas kita mempunyai persamaan : Jika pada saat t 1 = 0 benda telah memiliki kecepatan v 0 dan pada saatt 2 = t benda memiliki kecepatan v t, maka persamaannya menjadi seperti berikut. Keterangan : v 0 = kecepatan awal (m/s) v t = kecepatan akhir (m/s) a = percepatan (m/s 2 ) t = waktu (s) Selanjutnya grafik antara jarak s dan waktu t seperti gambar di bawah ini: Benda yang bergerak dengan percepatan tetap menunjukkan kecepatan benda tersebut bertambah secara beraturan. Oleh karena itu, jika diketahui kecepatan awal dan kecepatan akhir, maka kecepatan rata-rata benda sama dengan separuh dari jumlah kecepatan awal dan kecepatan akhir. Apabila s merupakan perpindahan yang ditempuh benda dalam interval waktu (t), maka persamaan menjadi sebagai berikut.

5 Selanjutnya, untuk dapat menentukan kecepatan akhir sebuah benda yang mengalami percepatan tetap pada jarak tertentu dari kedudukan awal tanpa mempersoalkan selang waktunya,anda dapat menghilangkan peubah t dengan mensubstitusikan persamaan (diperoleh dari persamaan ) ke dalam persamaan B. Grafik Gerak Lurus Berubah Beraturan Diperlambat <0 <0;x= v 0t- 2 v 0 0 v t= v Aplikasi GLB dan GLBB Ø Gerak Vertikal ke Bawah. Merupakan GLBB dipercepat dengan kecepatan awal vo. Rumus GLBB : vt = vo + gt y = vot + gt 2 v t2 = vo 2 + 2gy Ø Gerak Vertikal ke Atas. Merupakan GLBB diperlambat dengan kecepatan awal vo. Rumus GLBB : vt = vo - gt y = vot - gt 2 vt 2 = vo 2 2 gy

6 y = jarak yang ditempuh setelah t detik. t naik = = t turun = h maks = Syarat - syarat gerak vertikal ke atas yaitu : a. Benda mencapai ketinggian maksimum jika vt = 0 b. Benda sampai di tanah jika y = 0 Ø Gerak jatuh bebas Gerak jatuh bebas ini merupakan gerak lurus berubah beraturan tanpa kecepatan awal Percepatan yang digunakan untuk benda jatuh bebas adalah percepatan gravitasi (biasanya g = 9,8 m/det 2 ) ( vo ), dimana percepatannya disebabkan karena gaya tarik bumi dan disebut percepatan grafitasi bumi ( g ). Misal : Suatu benda dijatuhkan dari suatu ketinggian tertentu, maka : Rumus GLBB : v t = v o + g.t karena v o = nol, maka v t = g.t h = v o.t + ½ g.t² karena v o = nol, maka h = ½ g.t² h = ½ v t.t v t² = v o² + 2g.h, karena v o = nol, maka v t= 2g.h 2.6 Contoh GLB dan GLBB dalam kehidupan sehari - hari Contoh Gerak Lurus Beraturan dalam Kehidupan Sehari-hari Mobil melaju lurus dengan speedometer menunjuk angka yang tetap Pada ketinggian tertentu, gaya-gaya yang bekerja pada pesawat berada dalam keseimbangan. Pada saat itu pesawat bergerak lurus dengan kecepatan tetap dan kita di dalam pesawat merasa seolah-olah pesawat diam. Gerak jatuh penerjun. Penerjun terjun bebas tanpa membuka parasutnya. Secara pendekatan kita dapat mengabaikan hambatan angin yang bekerja pada penerjun, dan penerjun mengalami gerak lurus beraturan dipercepat. Saat penerjun membuka payungnya, pada ketinggian tertentu diatas tanah, gaya-gaya yang bekerja pada penerjun dan parasutnya mencapai keseimbangan, dan penerjun jatuh dengan kelajuan tetap Contoh Gerak Lurus Berubah Beraturan dalam Kehidupan Sehari-hari Mobil dipercepat dengan menekan pedal gas. Jarak antara dua kedudukan mobil dalam selang waktu yang sama berkurang secara tetap. Mobil yang diperlambat dengan menekan pedal rem. Jarak antara dua kedudukan mobil dalam selang waktu yang sama berkurang secara tetap. Gerak buah kelapa yang jatuh bebas dari tangkainya. Ini mirip dengan dengan gerak bola biliar yang dijatuhkan. Jarak antara dua kedudukan bola biliar yang berdekatan bertambah secara tetap. Gerak anak kecil meluncur dari puncak seluncuran, yang mirip dengan gerak bola yang meluncur dari puncak bidang miring. Gerak batu yang dilempar vertical keatas. Pada saat batu naik kecepatan batu berkurang secara tetap (gerak lurus diperlambat beraturan), dan pada saat turun batu bergerak jatuh bebas (gerak lurus dipercepat beraturan) Gerak atlet terjun payung yang baru saja keluar dari pesawat terbang, mirip dengan gerak bola yang dijatuhkan lurus ke bawah.

7 2.7 Contoh- Contoh Soal GLB dan GLBB Beserta Penyelesaiannya Contoh Soal GLB 1. Seseorang mengendarai mobil dengan kecepatan tetap 15 m/s. Tentukan : a). Jarak yg ditempuh setelah 4 s,5 s. b). Waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak 3 km Diketahui : v= 15 m/s Jawab : a. t = 4s s = v. t s = s = 60 m t = 5 s s = v. t s = s = 75 m b. s = 3 km = 3000 m t = t = t = 200 s 2. Mobil melaju lurus dengan speedometer menunjuk angka yang tetap Pada ketinggian tertentu, gaya-gaya yang bekerja pada pesawat berada dalam keseimbangan. Pada saat itu pesawat bergerak lurus dengan kecepatan tetap dan kita di dalam pesawat merasa seolah-olah pesawat diam. Gerak jatuh penerjun. Penerjun terjun bebas tanpa membuka parasutnya. Secara pendekatan kita dapat mengabaikan hambatan angin yang bekerja pada penerjun, dan penerjun mengalami gerak lurus beraturan dipercepat. Saat penerjun membuka payungnya, pada ketinggian tertentu diatas tanah, gaya-gaya yang bekerja pada penerjun dan parasutnya mencapai keseimbangan, dan penerjun jatuh dengan kelajuan tetap. Contoh Contoh Soal GLBB 1. Setelah dihidupkan, sebuah mobil bergerak dengan percepatan 2m/s 2. Setelah berjalan selama 20 s, mesin mobil mati dan berhenti 10 s kemudian. Berapa jarak yang ditempuh oleh mobil tersebut? Sebelum mesin mobil mati Vo = 0 a = 2 m/s 2 t = 20 s Vt = Vo + at Vt = Vt = 40 m/s 2

8 Ø Setelah mesin mobil mati Vo = 40 m/s2 Vt = 0 t = 10s Vt = Vo + at Vt = 40 + a. 10 a = -4 S =Vo t + ½ a t2 S = ½ (-4).102 S = 200 m Jadi, mobil tersebut telah menempuh jarak sejauh 200m sejak mulai bergerak hingga berhenti menempuh jarak 200 m. 2. Lawson mengendarai sebuah mobil dengan kecepatan 15 m/s selama waktu 10 detik. Jika kecepatan akhirnya adalah 35 m/s, tentukan percepatan mobil tersebut? Diketahui : V 0 = 15 m/s t = 10 s V t = 35 m/s Ditanya : a.? Jawab : V t = V 0 + a. t 35 = 15 + a = 10 a 10 = 10 a a = 1 m/s 2 3. Sebuah mobil mengurangi kelajuannya menjadi 25 m/s selama 1 menit. Jika perlambatan mobil tersebut 2 m/s 2, berapakah kelajuan mobil mula-mula? Penyelsaian : Diketahui : V t = 25 m/s t = 1 meneit = 60 s a = 2 m/s 2 Ditanya : V 0.? Jawab : V t = V 0 - a. t ( diperlambat ) 25 = V = V V 0 = 145 m/s Contoh Soal Gerak Vetikal ke Atas 1. Sebuah benda dilemparkan ke atas dengan kecepatan 30 m/s. Hitunglah waktu dan ketinggian bola tersebut ketika mencapai titik tertinggi, jika percepatan gravitasi benda = 10 m/s 2. Diketahui : V 0 = 30 m/s g =10 m/s 2 Ditanya : t titik tertinggi? h maks? jawab : t titik tertinggi = t titik tertinggi =

9 t titik tertinggi = s h maks = h maks = h maks h maks = 45 m 2. Sebuah bola dilempar ke atas dengan kecepatan awal 15 m/s.( g= 9,8m/s 2 ) Berapakah waktu yang diperlukan untuk mencapai ke tinggian maksimum? Diketahui :V 0 = 15 m/s g = 9,8m/s 2 Ditanya : t? Jawab : pada ketinggian maks V t = 0 V t = V 0 g. t 0= 15 9,8. t 9,8. t = 15 t = t = 1,53 s 3. Dari soal di atas cari berapakah ketinggian maksimum dan kecepatan setelah 2 s? Diketahui : V 0 = 15 m/s g = 9,8m/s 2 Ditanya : h maks? V setelah 2s..? Jawab : h maks = V 0.t ½ g t 2 h maks = 15.1,53 ½ 9,8. (1,53) 2 h maks = 11,48 m V Setelah 2s V t = V 0 g. t V t =15 9,8. 2 V t = 15 19,6 V t = 4,6 m/s ( tanda negatif (-) arah ke bawah Contoh Soal Gerak Vetikal ke Bawah 1. Doni melempar sebuah bola dari puncak gedung apartemen setinggi 37,6m. Tepat pada saat yang sama Yusuf yang tingginya 160 cm berjalan mendekati kaki gedung dengan kecepatan tetap 1,4 m/s. Berapa jarak Yusuf dari kaki gedung tepat pada saat bola jatuh, jika bola yang dijatuhkan tersebut tepat 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.

10 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: Contoh Soal Gerak Jatuh Bebas 1. Buah mangga (m = 0,3 kg) jatuh dari pohonnya dengan ketinggian 2 m. Sedangkan buah kelapa (m = 0,3 kg) jatuh dari atas pohonnya berketinggian 8 m. Tentukan: a. perbandingan waktu jatuh buah mangga dan buah kelapa, b. perbandingan kecepatan jatuh buah mangga dan buah kelapa. Penyelesaian Diketahui : h1 = 2 m (mangga) h2 = 8 m (kelapa) g = 10 m/s 2 Ditanya : a....? b....? Jawab : a. waktu jatuh Waktu jatuh buah mangga memenuhi: Dengan persamaan yang sama dapat diperoleh waktu jatuh buah kelapa sebesar: Perbandingannya : b. Kecepatan jatuh Kecepatan jatuh buah mangga sebesar: Dengan persamaan yang sama diperoleh kecepatan jatuh buah kelapa sebesar: diperoleh: Berarti perbandingan kecepatan jatuh buah mangga dan buah kelapa dapat 2. Seorang anak sedang duduk pada cabang pohon tiba tiba cabang pohon itu patah, anak tersebut jatuh membentur tanah setelah 0,5 s. Jika g = 9,8 m/s 2. tentukan tinggi cabang pohon dari permukaan tanah? Diketahui : t = 0,5 s g = 9,8 m/s 2

11 Ditanya : h...? Jawab : h t = ½ g t 2 h 0,5 = ½.9,8. (0,5) 2 h 0,5 = 1,225 m 3. Dari soal nomor 2, tentukan kelajuan anak pada saat membentur tanah? Pennyelesaian : Diketahui : t = 0,5 s g = 9,8 m/s 2 Ditanya : V t...? Jawab : V t = g t V t = 9,8. 0,5 = 4,9 m/s BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Dari isi makalah ini, kami dapat menyimpulkan bahwa: Gerak lurus merupakan peristiwa gerak benda yang memiliki lintasan berupa garis lurus. Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah Gerak suatu benda pada lintasan garis lurus dengan kelajuan tetap. Gerak Lurus Berubah Beraturan(GLBB) adalah Gerak suatu benda pada lintasan garis lurus dengan percepatan tetap. 3.2 Saran Pepatah mengatakan tiada gading yang tak retak begitulah makalah yang kami susun diatas bila terdapat berbagai kesalahan kami dari tim penyusun mohon maaf. Untuk para pembaca yang akan melakukan kegiatan sejenis untuk mengulangi pembuatan makalah ini agar data yang didapatkan menjadi lebih akurat dan valid. DAFTAR PUSTAKA Daniel Buku Ringkasan rumus & Konsep dasar pelajaran. Bandung: CV. YRAMA WIDYA.

12 Indrawati Fisika Dasar. Jember: UPT Perpustakaan Universitas Jember. Lasmi, Ketut Bimbingan Pemantapan Fisika. Bandung: CV. YRAMA WIDYA. Nufus, Nurhayati dan Furqon As, A Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Nurachmandani, Setya Fisika 1. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Purwanti, Endang Fisika. Klaten: PT Intan Pariwara. Sumarsono, Joko Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Sumarsono, Joko dan Damari, Sri Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional