Gerak Jatuh Bebas (Gjb)

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering melihat atau menemui benda yang mengalami gerak jatuh bebas, contohnya gerak buah yang jatuh dari pohon, gerak benda yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu atau bahkan gerak insan yang jatuh dari atap rumah (he2….). mengapa benda mengalami gerak jatuh bebas? 

Gerak Jatuh Bebas alias GJB merupakan salah satu contoh umum dari Gerak Lurus Berubah Beraturan. Apa hubungannya ? silahkan dibaca terus, selamat mencar ilmu jatuh bebas, eh selamat mencar ilmu pokok bahasan Gerak Jatuh Bebas. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa selalu menyertai anda, sehingga tidak pusing, masuk angin atau mual-mual selama proses pembelajaran ini….

Apa yang anda amati ketika melihat benda melaksanakan gerak jatuh bebas ? contohnya ketika buah mangga yang sangat enak, lezat, manis dan bergizi jatuh dari pohonnya. Biasa aja… Jika kita amati secara sepintas, benda yang mengalami gerak jatuh bebas seakan-akan mempunyai kecepatan yang tetap atau dengan kata lain benda tersebut tidak mengalami percepatan. Kenyataan yang terjadi, setiap benda yang jatuh bebas mengalami percepatan tetap. Alasan ini mengakibatkan gerak jatuh bebas termasuk contoh umum GLBB. 

Bagaimana membuktikan bahwa benda yang mengalami gerak jatuh bebas mengalami percepatan tetap ? secara matematis akan kita buktikan pada pembahasan Penurunan persamaan Jatuh Bebas (tuh, lihatlah ke bawah)

Lakukanlah percobaan berikut ini. 

Tancapkan dua paku di tanah yang lembut, di mana ketinggian kedua paku tersebut sama terhadap permukaan tanah. Selanjutnya, jatuhkan sebuah kerikil (sebaiknya kerikil yang permukaannya datar) dengan ketinggian yang berbeda pada masing-masing paku. Anda akan melihat bahwa paku yang dijatuhi kerikil dengan ketingian lebih tinggi tertancap lebih dalam dibandingkan paku yang lain. hal ini menunjukkan bahwa adanya pertambahan laju atau percepatan pada gerak kerikil tersebut ketika jatuh ke tanah. Semakin tinggi kedudukan kerikil terhadap permukaan tanah, semakin besar laju kerikil tersebut ketika hendak menyentuh permukaan tanah. 

Dengan demikian, percepatan benda jatuh bebas bergantung pada ketinggian alias kedudukan benda terhadap permukaan tanah. Di samping itu, percepatan atau pertambahan kecepatan benda ketika jatuh bebas bergantung juga pada lamanya waktu. benda yang kedudukannya lebih tinggi terhadap permukaan tanah akan memerlukan waktu lebih usang untuk hingga pada permukaan tanah dibandingkan dengan benda yang kedudukannya lebih rendah. Anda sanggup membuktikan sendiri dengan melaksanakan percobaan di atas. 

Pembuktian secara matematika akan saya jelaskan pada penurunan rumus di bawah. Di baca terus ya, sabar…

Pada masa lampau, hakekat gerak benda jatuh merupakan materi pembahasan yang sangat menarik dalam ilmu filsafat alam. Aristoteles, pernah menyampaikan bahwa benda yang beratnya lebih besar jatuh lebih cepat dibandingkan benda yang lebih ringan. Pendapat aristoteles ini mempengaruhi pandangan orang-orang yang hidup sebelum masa Galileo, yang menganggap bahwa benda yang lebih berat jatuh lebih cepat dari benda yang lebih ringan dan bahwa laju jatuhnya benda tersebut sebanding dengan berat benda tersebut. Mungkin sebelum mencar ilmu pokok bahasan ini, anda juga berpikiran demikian. Ayo ngaku…..

Misalnya kita menjatuhkan selembar kertas dan sebuah kerikil dari ketinggian yang sama. Hasil yang kita amati menunjukkan bahwa kerikil lebih dahulu menyentuh permukaan tanah/lantai dibandingkan kertas. Sekarang, coba kita jatuhkan dua buah kerikil dari ketinggian yang sama, di mana kerikil yang satu lebih besar dari yang lain. ternyata kedua kerikil tersebut menyentuh permukaan tanah hampir pada ketika yang bersamaan, kalau dibandingkan dengan kerikil dan kertas yang kita jatuhkan tadi. Kita juga sanggup melaksanakan percobaan dengan menjatuhkan kerikil dan kertas yang berbentuk gumpalan.

Apa yang kuat terhadap gerak jatuh bebas pada kerikil atau kertas? Gaya tabrakan udara ! kendala atau tabrakan udara sangat mempengaruhi gerak jatuh bebas. 

Galileo mendalilkan bahwa semua benda akan jatuh dengan percepatan yang sama apabila tidak ada udara atau kendala lainnya. 

Galileo menegaskan bahwa semua benda, berat atau ringan, jatuh dengan percepatan yang sama, paling tidak kalau tidak ada udara. Galileo yakin bahwa udara berperan sebagai kendala untuk benda-benda yang sangat ringan yang mempunyai permukaan yang luas. Tetapi pada banyak keadaan biasa, kendala udara ini sanggup diabaikan. Pada suatu ruang di mana udara telah diisap, benda ringan menyerupai selembar kertas yang dipegang horisontal pun akan jatuh dengan percepatan yang sama menyerupai benda yang lain. Ia menunjukkan bahwa untuk sebuah benda yang jatuh dari keadaan diam, jarak yang ditempuh akan sebanding dengan kuadrat waktu. Kita sanggup melihat hal ini dari salah satu persamaan GLBB di bawah. Walaupun demikian, Galileo yaitu orang pertama yang menurunkan kekerabatan matematis.

Sumbangan Galileo yang khusus terhadap pemahaman kita mengenai gerak benda jatuh, sanggup dirangkum sebagai berikut :

Pada suatu lokasi tertentu di Bumi dan dengan tidak adanya kendala udara, semua benda jatuh dengan percepatan konstan yang sama.

Kita menyebut percepatan ini sebagai percepatan yang disebabkan oleh gravitasi pada bumi dan memberinya simbol g. Besarnya kira-kira 9,8 m/s². Dalam satuan Inggris alias British, besar g kira-kira 32 ft/s². Percepatan yang disebabkan oleh gravitasi yaitu percepatan sebuah vektor dan arahnya menuju sentra bumi.

Persamaan Gerak Jatuh Bebas

Selama membahas Gerak Jatuh Bebas, kita memakai rumus/persamaan GLBB, yang telah dijelaskan pada pokok bahasan GLBB (dibaca dahulu pembahasan GLBB semoga nyambung). 

Kita pilih kerangka teladan yang membisu terhadap bumi. 

Kita menggantikan x atau s (pada persamaan glbb) dengan y, lantaran benda bergerak vertikal. 

Kita juga sanggup memakai h, menggantikan x atau s. Kedudukan awal benda kita menetapkan y₀ = 0 untuk t = 0. 

Percepatan yang dialami benda ketika jatuh bebas yaitu percepatan gravitasi, sehingga kita menggantikan a dengan g. 

Dengan demikian, persamaan Gerak Jatuh Bebas tampak menyerupai pada kolom kanan tabel.

Penggunaan y positif atau y negatif pada arah ke atas atau ke bawah tidak menjadi duduk masalah asal kita harus konsisten selama menuntaskan soal.

Pembuktian Matematis

Pada klarifikasi panjang lebar di atas, anda telah saya gombali untuk membuktikan secara matematis konsep Gerak Jatuh Bangun, eh Gerak Jatuh Bebas bahwa massa benda tidak mempengaruhi laju jatuh benda. 

Di samping itu, setiap benda yang jatuh bebas mengalami percepatan tetap, semakin tinggi kedudukan benda dari permukaan tanah, semakin cepat gerak benda ketika hendak mencium tanah. Demikian pula, semakin usang waktu yang diperlukan benda untuk jatuh, semakin cepat gerak benda ketika hendak mencium kerikil dan debu. 

Masih ingat ga? Gawat kalo mencar ilmu sambil tiduran, tuh colokin tangan ke komputer semoga pemanasan (piss…..)

Sekarang, rumus-rumus Gerak Jatuh Bebas yang telah diturunkan diatas, kita tulis kembali untuk pembuktian matematis.

v_y = v_yo + gt  —— Persamaan 1

y = v_yot + ½ gt² —— Persamaan 2

v_y² = v_yo² + 2gh —— Persamaan 3

(sory, gres lupa… perhiasan _y di belakang v hanya ingin mengambarkan bahwa benda bergerak vertikal atau benda bergerak pada sumbu y, bila kita membayangkan terdapat sumbu kordinat sepanjang lintasan benda. Ingat lagi pembahasan mengenai titik acuan)

Amati rumus-rumus di atas hingga puas. Ini perintah Jenderal, ayo dilaksanakan. Kalo sanggup hingga matanya bersinar….

Pembuktian Nol

Setelah mengamati rumus di atas, apakah dirimu melihat lambang massa alias m ? lantaran tidak ada, maka kita sanggup menyimpulkan bahwa massa tidak ikut bertanggung jawab dalam Gerak Jatuh Bebas. Setuju ya ? jadi masa tidak kuat dalam GJB.

Pembuktian Pertama

v_y = v_yo + gt  —— Persamaan 1

Misalnya kita meninjau gerak buah mangga yang jatuh dari tangkai pohon mangga. Kecepatan awal Gerak Jatuh Bebas buah mangga (v_y0) = 0 (mengapa bernilai 0 ? diselidiki sendiri ya….) Dengan demikian, persamaan 1 berubah menjadi :

v_y =  gt

Melalui persamaan ini, sanggup diketahui bahwa kecepatan jatuh buah mangga sangat dipengaruhi oleh percepatan gravitasi (g) dan waktu (t). Karena g bernilai tetap (9,8 m/s²), maka pada persamaan di atas tampak bahwa nilai kecepatan jatuh benda ditentukan oleh waktu (t). semakin besar t atau semakin lamanya buah mangga berada di udara maka nilai v_y juga semakin besar.

Nah, kecepatan buah mangga tersebut selalu berubah terhadap waktu atau dengan kata lain setiap satuan waktu kecepatan gerak buah mangga bertambah. Percepatan gravitasi yang bekerja pada buah mangga bernilai tetap (9,8 m/s²), tetapi setiap satuan waktu terjadi pertambahan kecepatan, di mana pertambahan kecepatan alias percepatan bernilai tetap. Alasan ini yang mengakibatkan Gerak Jatuh Bangun termasuk GLBB.

Pembuktian Kedua

Sekarang kita tinjau kekerabatan antara jarak atau ketinggian dengan kecepatan jatuh benda

v_y² = v_yo² + 2gh —— Persamaan 3

Misalnya kita meninjau kerikil yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu, di mana kerikil tersebut dilepaskan (bukan dilempar ke bawah). Jika dilepaskan maka kecepatan awal alias v₀ = 0, menyerupai buah mangga yang jatuh dengan sendirinya tanpa diberi kecepatan awal. Jika kerikil tersebut dilempar, maka terdapat kecepatan awal. Paham ya perbedaannya….

Karena v_y0 = 0, maka persamaan 3 bermetamorfosis :

v_y² = 2gh

Dari persamaan ini tampak bahwa besar/nilai kecepatan dipengaruhi oleh jarak atau ketinggian (h) dan percepatan gravitasi (g). Sekali lagi, ingat bahwa percepatan gravitasi bernilai sama (9,8 m/s²). Karena gravitasi bernilai tetap, maka nilai kecepatan sangat ditentukan oleh ketinggian (h). semakin tinggi kedudukan benda ketika jatuh, semakin besar kecepatan benda ketika hendak menyentuh tanah. setiap satuan jarak/tinggi terjadi pertambahan kecepatan ketika benda mendekati tanah, di mana nilai pertambahan kecepatan alias percepatannya tetap.

Contoh soal :

Sebuah kerikil bermassa 2 kg dilepaskan dari keadaan membisu dan jatuh secara bebas. Tentukan posisi dan laju kerikil tersebut sesudah bergerak 1 s, 5 s dan 10 s!

Panduan jawaban :

Anda harus mengidentifikasi atau mengecek duduk masalah pada soal ini terlebih dahulu sebelum menyelesaikannya. perhatikan bahwa yang ditanyakan yaitu kedudukan dan laju kerikil sesudah dijatuhkan sekian detik. Setelah anda berhasil mengidentifikasi masalahnya, selanjutnya anda menetapkan untuk memakai solusi alias cara pemecahan yang menyerupai apa. Tersedia 3 rumus yang sanggup anda gunakan. Pakai yang mana ?

v_y = gt

y = ½ gt²

v_y² = 2gh

Massa benda tidak berpengaruh, balasannya jangan terkecoh dengan soal yang menyertakan massa benda….  Tinggal dimasukan nilai g dan t (waktu). Selesaikan sendiri ya… lagi malas neh… :D

Bagaimana...sudah ada pencerahan? katakan mulai dari kini FISIKA HARUS ASYIK, maka asing seketika itu juga FISIKA MEMANG ASYIK :) Semoga bermanfaat dan tetap semangat. BRAVO!!!

Baca juga:
Gerak Lurus
Kelajuan, Kecepatan, dan Percepatan
Gerak Lurus Beraturan (GLB)
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Gerak Jatuh Bebas (GJB)
Sumber http://fisikamantabb.blogspot.com

Share this post