Gerak Jatuh Bebas 1

Gerak Jatuh Bebas (GJB)

Gerak jatuh bebas atau GJB adalah suatu gerak benda yang jatuh dengan lintasan lurus dalam arah vertikal dari ketinggian tertentu tanpa kecepatan awal (vo = 0).

Ciri-ciri dari gerak jatuh bebas antara lain:

• Benda mula-mula dalam keadaan diam (berhenti) atau kecepatan awalnya nol
• Termasuk gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat
• Percepatan bernilai positif sebesar gravitasi benda berada misal gravitasi Bumi sebesar 9,8 m/s² atau 10 m/s².

Rumus-rumus gerak jatuh bebas:

a. Menentukan kecepatan sebuah benda yang jatuh bebas setelah t detik bergerak:
      Vt = g . t
b. Menentukan kecepatan sebuah benda yang jatuh bebas setelah benda bergerak sejauh h dari posisi awal:
      Vt² = 2.g.h
c. Menentukan h jarak yang ditempuh oleh sebuah benda yang jatuh bebas dan dihitung dari posisi awal benda setelah t detik bergerak:
      h= ½.g.t²
d. Menentukan waktu t yang dibutuhkan oleh sebuah benda yang jatuh bebas untuk menempuh jarak sejauh h yang dihitung dari posisi awal benda:
     t² = 2.h/g
e. Menentukan kecepatan Vt sebuah benda yang jatuh bebas pada ketinggian ht dari permukaan tanah dan bergerak dari posisi ketinggian awal ho:
    vt² = 2.g.(ho-ht)
f. Menentukan ketinggian ht terhadap permukaan tanah oleh sebuah benda yang jatuh bebas dan dihitung dari posisi awal benda ho setelah t detik bergerak:
      ht = ho - (½.g.t²)

Gerak Vertikal ke Bawah (GVB)

Gerak vertikal ke bawah atau GVB adalah suatu gerak benda yang jatuh dengan lintasan lurus dalam arah vertikal ke bawah dari ketinggian tertentu dengan kecepatan awal (vo) tertentu.

Ciri-ciri dari gerak vertikal ke bawah antara lain:

• Benda mula-mula dalam keadaan bergerak atau kecepatan awalnya tertentu
• Termasuk gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat
• Percepatan bernilai positif sebesar gravitasi benda berada misal gravitasi Bumi sebesar 9,8 m/s² atau 10 m/s².

Rumus-rumus gerak vertikal ke bawah:

a. Menentukan kecepatan sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan awal Vo setelah t detik bergerak:
      Vt = Vo + g . t
b. Menentukan kecepatan sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan awal Vo setelah benda bergerak sejauh h dari posisi awal:
      Vt² = Vo² + 2.g.h
c. Menentukan h jarak yang ditempuh oleh sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan awal Vo dan dihitung dari posisi awal benda setelah t detik bergerak:
      h = Vo.t + ½.g.t²
d. Menentukan kecepatan Vt sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan awal Vo pada ketinggian ht dari permukaan tanah dan bergerak dari posisi ketinggian awal ho:
    vt² = Vo² + 2.g.(ho-ht)
e. Menentukan ketinggian ht terhadap permukaan tanah oleh sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan awal Vo dan dihitung dari posisi awal benda ho setelah t detik bergerak:
      ht = ho - (Vo.t + ½.g.t²)

Soal dan Pembahasan Gerak Jatuh Bebas

1. Sebuah benda dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 39,2 m/s. Ketika mencapai titik tertinggi, benda tersebut kembali jatuh bebas hingga sampai ke titik awal lagi. Grafik yang sesuai menggambarkan peristiwa tersebut adalah ...

Pembahasan:
Pada awal atau t = 0 s atau pusat diagram grafik menunjukkan kecepatan v = 39,2 m/s, kemudian benda bergerak vertikal ke atas akan menyebabkan kecepatan turun secara linier (garis lurus) sampai puncak memiliki kecepatan v = 0 m/s, selanjutnya benda turun atau jatuh mengalami percepatan secara linier hingga menyentuh tanah lagi dengan kecepatan v = 39,2 m/s.
(Jawaban b)

2. Terdapat kawasan air terjun memiliki ketinggian 20 m. Jika air jatuh dengan kecepatan awal 4 m/s, maka kecepatan air tersebut saat menyentuh dasar atau permukaan tanah adalah . . . m/s. (g = 9,8 m/s2)

a. 2,4

b. 5,6

c. 10,6

d. 15,2

e. 20,2
Pembahasan:
Diketahui: h = 20 m; Vo = 4 m/s; g = 9,8 m/s2
Ditanya   : Vt = ...?
Jawab      :

3. Seorang perenang ingin melakukan terjun ke bawah berada di papan pantul yang berjarak 10 meter dari permukaan air kolam renang. Jika dia mendapatkan kecepatan awal sebesar 2 m/s, maka kecepatan perenang saat menyentuh permukaan air sebesar.. . m/s. (g = 10 m/s2)

a. 14,3

b. 14,0

c. 12,0

d. 10,2

e. 10,0
Pembahasan:
Diketahui: h = 10 m; Vo = 2 m/s; g = 10 m/s2
Ditanya   : Vt = ...?
Jawab      :

4. Bagian material gedung retak dan jatuh dari ketinggian 100 m. Pada saat material tersebut berada di ketinggian 50 m dari tanah, maka material tersebut telah bergerak selama.. . s.

a. 1,4.      d. 4,5.      e. 5,7

b. 2,3

c. 3,2
Pembahasan:
Diketahui: ho = 100 m; ht = 50 m; Vo = 0 m/s; g = 10 m/s2
Ditanya   : t = ...?
Jawab      :
    Ketinggian yang ditempuh material h:
    h = ho - ht = 100 - 50 = 50 m

5. Sebuah roket air diluncurkan secara vertikal ke atas dan kembali lagi ke posisi semula setelah 10 sekon. Ketinggian maksimum roket air tersebut adalah ... m. (g = 9,8 m/s2)

a. 82,5

b. 92,5

c. 122,5

d. 153,5

e. 165,7
Pembahasan:
Diketahui: t naik-turun atau di udara = 10 s; t turun = t naik = 5 s; g = 9,8 m/s2
Ditanya   : h maks = ...?
Jawab      : h maks = 1/2.g.t²
                                  =1/2. 9,8 . 5² = 122,5 m
    

6. Agus melemparkan sebuah bola kasti ke arah vertikal dengan kecepatan 3 m/s. Pada saat melempar bola, Agus berada di atas pinggir puncak gedung yang memiliki ketinggian 10 m. Bola kasti mencapai titik tertinggi jika diukur dari tanah adalah...m.

a. 5,22

b. 6,74

C. 8,75

d. 9,75

e 10,46
Pembahasan:
Diketahui: Vo= 3 m/s; berada di ho = 10 m dari tanah; g = 9,8 m/s2
Ditanya   : ht = ...?
Jawab      : h maks = Vo²/2g
                                  =3²/(2 . 9,8) = 0,46 m
   ht = ho + hmaks = 10 + 0,46 = 10,46 m

7. Sumardi melempar batu vertikal ke dalam sumur dengan kecepatan awal 2,5 m/s. Kemudian ia mendengar suara batu mengenai permukaan air setelah 2 sekon. Jika percepatan gravitasi sebesar 9,8 m/s, maka jarak permukaan air sumur dengan titik awal pelemparan batu adalah ...m

a. 19,6

b. 24,6

c. 25,0

d. 26,5

e. 27,0
Pembahasan:
Diketahui: Vo = 2,5 m/s;  t = 2 s; g = 9,8 m/s2
Ditanya   : h = ...?
Jawab      : h = Vo.t + 1/2.g.t²
                    h = (2,5 . 2) + (1/2. 9,8 . 2²)
                    h = 5 + 19,6 = 24,6 m

9. Anak panah dilepaskan ke atas dengan kecepatan awal 39,2 m/s. Percepatan gravitasi di tempat tersebut 9,8 m/s2. Setelah 5 sekon, kedudukan anak panah adalah. ..

a. tiba di titik awal

b. berhenti sesaat

c. sedang bergerak naik

d. sedang bergerak turun

e. berada di titik tertinggi

10. Perhatikan gambar berikut ini

Bola jatuh dari ketinggian Q m di suatu tempat yang nilai percepatan gravitasinya 9,8 m/s2. Kecepatan benda saat berada di ketinggian P adalah

a. 17,15

b. 16,25

C. 15,46

d. 13,27

e 12,37

B. Kerjakan soal -soal berikut

1. Perhatikan posisi bola A dan bola B seperti gambar di samping!

Pada saat yang bersamaan benda A dilepas dan benda B dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan 25 m/s. Kapankah bola A dan B bisa

bertemu? (g = 9,8 m/s2)

2. Bola dijatuhkan bebas dari suatu ketinggian. Tiga sekon kemudian, bola lain dilempar ke bawah dengan kelajuan 45 m/s sehingga menumbuk bola pertama. Kapan dan di mana kedua bola tersebut bertumbukan? (g 9,8 m/s2)

3. Roket diluncurkan ke atas dengan kecepatan awal 60 m/s dan mendapat percepatan tetap 5 m/s2. Saat mencapai ketinggian 640 m, roket mengalami kerusakan sehingga hanya percepatan gravitasi (g = 10 m/s2)yang memengaruhi geraknya.

a. Berapa lama roket itu masih bergerak ke atas dihitung dari posisi saat kerusakan terjadi?

b. Tentukan ketinggian maksimum yang dicapai roket!

4. Dua roket A dan B diluncurkan ke atas. Roket A diluncurkan dengan kecepatan awal 50 m/s. Adapun Roket B diluncurkan 4 sekon kemudian dengan kecepatan awal 60 m/s. Jika g-10 m/s2, kapan dan di mana roket B dapat menyusul roket A?

5. Rina melempar bola vertikal ke atas dengan kecepatan awal 7 m/s. Percepatan gravitasi di tempat itu 9,8 m/s2 Tentukan:

a. tinggi maksimum yang dicapai bola

b. lama waktu bola di udara.

Sumber: Fisika Kelas X Penerbit Intan Pariwara