Pengertian Gerak Jatuh Bebas di Fisika dan Contohnya

Diposting pada

Pengertian Gerak Jatuh Bebas Fisika dan Contoh Soal – Salah satu contoh gerak yang paling umum mengenai gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah benda yang mengalami jatuh bebas dengan jarak yang tidak jauh dari permukaan tanah. Kenyataan bahwa benda yang jatuh mengalami percepatan, mungkin pertama kali tidak begitu terlihat. Sebelum masa Galileo, orang mempercayai pemikiran bahwa benda yang lebih berat jatuh lebih cepat dari benda yang lebih ringan, dan bahwa laju jatuh benda tersebut sebanding dengan berat benda itu.

Pengertian Gerak Jatuh Bebas

Benda yang jatuh bebas adalah benda yang jatuh karena pengaruh gravitasi. Benda apa pun yang hanya dikenai gaya gravitasi dikatakan berada dalam kondisi jatuh bebas . Ada dua karakteristik penting yang berlaku untuk benda yang jatuh bebas:

  • Benda yang jatuh bebas tidak mengalami hambatan udara.
  • Semua benda yang jatuh bebas (di Bumi) berakselerasi ke bawah dengan kecepatan 9,8 m/ s² (sering dipakai 10 m/s² untuk perhitungan )

Galileo menemukan bahwa semua benda akan jatuh dengan percepatan konstan yang sama jika tidak ada udara atau hambatan lainnya. Ia menyatakan bahwa untuk sebuah benda yang jatuh dari keadaan diam tampak seperti pada Gambar 1, jarak yang ditempuh akan sebanding dengan kuadrat waktu, h ∝ t².

Gambar 1 Jatuh Bebas
Gambar 1 Jatuh Bebas

Untuk memperkuat penemuannya bahwa laju benda yang jatuh bertambah ketika benda itu jatuh, Galileo menggunakan argumen yang cerdik. Sebuah batu berat yang dijatuhkan dari ketinggian 2 m akan memukul sebuah tiang pancang lebih dalam ke tanah dibandingkan dengan batu yang sama tetapi dijatuhkan dari ketinggian 0,2 m. Jelas, batu tersebut bergerak lebih cepat pada ketinggian yang pertama.

Baca:  Biografi Galileo Galilei dan Temuannya di Bidang Fisika

Galileo juga menegaskan bahwa semua benda, berat atau ringan jatuh dengan percepatan yang sama, jika tidak ada udara (hampa udara). Jika kalian memegang selembar kertas secara horizontal pada satu tangan dan sebuah benda lain yang lebih berat, misalnya sebuah bola di tangan yang lain, dan melepaskan kertas dan bola tersebut pada saat yang sama seperti pada Gambar 2(a), benda yang lebih berat akan lebih dulu mencapai tanah

Gambar 2 Jatuh Bebas
Gambar 2 Jatuh Bebas. (a) sebuah bola dan kertas yang ringan dijatuhkan pada saat yang sama, (b) percobaan yang sama diulangi tetapi dengan kertas yang berbentuk gumpalan

 

 

Tetapi jika kalian mengulang percobaan ini, dengan membentuk kertas menjadi gumpalan kecil tampak seperti pada Gambar 2(b), kalian akan melihat bahwa kedua benda tersebut mencapai lantai pada saat yang hampir sama.

Galileo yakin bahwa udara berperan sebagai hambatan untuk benda-benda yang sangat ringan yang memiliki permukaan yang luas. Tetapi pada banyak keadaan biasa, hambatan udara ini bisa diabaikan. Pada suatu ruang di mana udara telah dihisap, maka benda ringan seperti bulu atau selembar kertas yang dipegang horizontal akan jatuh dengan percepatan yang sama seperti benda yang lain, tampak seperti pada Gambar 3.

Gambar 3 Jatuh Bebas
Gambar 3 Jatuh Bebas. Sebuah batu dan bulu dijatuhkan pada ketinggian yang sama (a) di udara, (b) ruang hampa

Demonstrasi pada ruang hampa udara seperti ini tidak ada pada masa Galileo, yang membuat keberhasilan Galileo lebih hebat lagi. Galileo sering disebut “Bapak sains modern”, tidak hanya disebabkan isi dari sainsnya (penemuan astronomik, inersia, jatuh bebas), tetapi juga gaya atau pendekatannya terhadap sains (idealisasi dan penyederhanaan, matematisasi teori, teori yang memiliki hasil yang dapat diuji, eksperimen untuk menguji ramalan teoritis).

Sumbangan Galileo yang spesifik terhadap pemahaman kita mengenai gerak benda jatuh bebas dapat dirangkum sebagai berikut:

“Pada suatu lokasi tertentu di Bumi dan dengan tidak adanya hambatan udara, semua benda jatuh dengan percepatan konstan yang sama”

Kita menyebut percepatan ini percepatan yang disebabkan oleh gravitasi pada Bumi dan diberi simbol dengan g, besar percepatan gravitasi kira-kira g = 9,80 m/s². Besar percepatan gravitasi g sedikit bervariasi menurut garis lintang dan ketinggian, tampak pada Tabel 1.

Baca:  Pengertian Gravitasi Mulai dari Newton Hingga Einstein

Tetapi variasi ini begitu kecil sehingga kita bisa mengabaikannya untuk sebagian besar kasus. Efek hambatan udara seringkali kecil, dan akan sering kita abaikan. Bagaimanapun, hambatan udara akan tampak, bahkan pada benda yang cukup berat jika kecepatannya besar.

tabel percepatan gravitasi
tabel 1 percepatan gravitasi

Ketika membahas benda-benda yang jatuh bebas kita bisa memakai persamaan di mana untuk a kita gunakan nilai g yang telah diberikan. Selain itu, karena gerak tersebut vertikal, kita akan mengganti x dengan y, dan menempatkan y0 di tempat x0. Kita ambil y0 = 0, kecuali jika ditentukan lain. Tidak masalah apakah kita memilih y positif pada arah ke atas atau arah ke bawah, yang penting kita harus konsisten sepanjang penyelesaian soal. Secara matematis persamaan pada gerak jatuh bebas dirumuskan sebagai berikut:

Persamaan Gerak Jatuh Bebas
Persamaan Gerak Jatuh Bebas

dengan:
v
0 = kecepatan awal (m/s)
v = kecepatan akhir (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s²)
y = jarak tempuh benda (m)
t = waktu (s)

Rumus Gerak Jatuh Bebas

Berikut ini adalah beberapa rumus Gerak Jatuh Bebas (GJB) yang dapat

1. Kecepatan setelah t detik

Vt = g . t

atau

Vt2 = 2.g.h

2. Ketinggian / Perpindahan setelah t detik

h = ½ g.t2

3. Waktu mencapai lantai/tanah

t = 2hg

Keterangan :
g adalah percepatan gravitasi (m/s²)

h adalah ketinggian benda (m)

t adalah waktu (s)

Vt adalah kecepatan pada saat t (m/s)

Contoh soal gerak jatuh bebas

1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.3
Dari puncak sebuah menara setinggi 45 m dijatuhkan sebuah batu. Jika percepatan gravitasi bumi 10 ms-2, kecepatan batu pada saat tepat menyentuh tanah adalah…
A. 25 ms-1
B. 30 ms-1
C. 35 ms-1
D. 40 ms-1
E. 45 ms-1
Pembahasan

Pembahasan soal gerak jatuh bebas 1


2. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.3
Sebuah benda jatuh dari puncak menara tanpa kecepatan awal, setelah 2 sekon benda sampai di tanah. Jika g = 10 ms-2, maka tinggi menara adalah…
A. 40 m
B. 25 m
C. 20 m
D. 10 m
E. 5 m
Pembahasan

Pembahasan soal gerak jatuh bebas 2


3. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 65 No.3
Sebuah benda 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m di atas tanah. Berapa lama waktu yang diperlukan oleh benda untuk mencapai tanah ? (g = 10 ms-2)
A. 20 sekon
B. 18 sekon
C. 10 sekon
D. 5 sekon
E. 2 sekon
Pembahasan
Massa benda tidak diperhitungkan dalam penyelesaian soal gerak jatuh bebas

Pembahasan soal gerak jatuh bebas 3


4. Soal UN 2000/2001 No.4
Buah kelapa dan buah mangga jatuh bersamaan dari ketinggian h1 dan h2. Bila h1 : h2 = 2 : 1, maka perbandingan waktu jatuh antara buah kelapa dengan buah mangga adalah …
A. 1 : 2
B. 1 : 2√2
C. √2 : 1
D. 2 : 1
E. 2√2 : 1
Pembahasan
Diketahui :
Buah kelapa jatuh dari ketinggian h1 = 2
Buah mangga jatuh dari ketinggian h2 = 1
Percepatan gravitasi = g
Ditanya : Perbandingan waktu jatuh antara buah kelapa dengan buah mangga (t1 : t2)
Jawab :
Diketahui ketinggian (h) dan waktu (t) sehingga rumus gerak jatuh bebas yang digunakan adalah h = 1/2 g t2

Pembahasan soal gerak jatuh bebas 4

Jawaban yang benar adalah D.


5. Soal UN 2001/2002
Sebuah benda dijatuhkan dari ketinggian h di atas tanah. Setelah sampai di tanah kecepatannya 10 m s–1, maka waktu yang diperlukan untuk mencapai ketinggian 1/2 h dari tanah (g = 10 m s–2) adalah…
A. 1/2 √2 sekon
B. 1 sekon
C. √2 sekon
D. 5 sekon
E. 5√2 sekon
Pembahasan
Diketahui :
Kecepatan akhir (vt) = 10 m/s
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : Waktu yang diperlukan untuk mencapai ketinggian 1/2 h dari tanah
Jawab :
Hitung ketinggian h :
Diketahui vt dan g, ditanya h sehingga gunakan rumus gerak jatuh bebas vt2 = 2 g h.

Pembahasan soal gerak jatuh bebas 6

Ketinggian 1/2 h = 1/2 (5 meter) = 2,5 meter. Waktu yang diperlukan untuk mencapai ketinggian 2,5 meter dari tanah adalah :

 

Pembahasan soal gerak jatuh bebas 7

Semoga Pengertian Gerak Jatuh Bebas di Fisika dan Contohnya ini bisa bermanfaat

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *