GERAK VERTIKAL

Pada artikel Fisika kelas X kali ini, kamu akan mengetahui tentang gerak vertikal meliputi pengertian, macam, rumus, serta contoh perhitungannya

Gerak Vertikal (GV) adalah gerak benda yang arahnya vertikal dan merupakan penerapan dari Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). GV terdiri dari gerak jatuh bebas (GJB), Gerak vertikal ke bawah (GVB), dan gerak vertikal ke atas (GVA). Secara matematis, persamaan dari ketiga macam gerak tersebut menggunakan persamaan GLBB. Gerak Jatuh Bebas GJB merupakan gerak benda yang jatuh dari suatu ketinggian tertentu tanpa adanya kecepatan awal (v₀ = 0). Contohnya pada kehidupan sehari-hari adalah ketika buah kelapa jatuh dari pohonnya. Buah tersebut jatuh tanpa adanya kecepatan awal.

Siapa yang suka bermain tenis? Dalam permainan tenis, kita pasti melakukan gerakan yang namanya servis. Nah, tahukah kamu kalau salah satu tahap dari gerakan servis merupakan contoh dari gerak vertikal? Hmm, daripada penasaran, langsung aja kita simak penjelasan lengkapnya pada artikel di bawah ini, yuk!

Oke, sebelumnya mari kita ketahui dulu apa itu gerak vertikal, ya. Gerak vertikal adalah gerak suatu benda yang dilempar tegak lurus ke bawah atau ke atas dengan kecepatan awal tertentu (V₀ ≠ 0). Gerak vertikal memiliki percepatan konstan (tetap) yang nilainya sama dengan percepatan gravitasi bumi (g). Terdapat dua macam gerak vertikal yang dibedakan berdasarkan arah lemparan bendanya, yaitu sebagai berikut:

1. Gerak vertikal ke atas

Gerak Vertikal ke Atas GVA merupakan gerak benda yang dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal. Benda akan diperlambat dari tanah menuju ketinggian maksimum, dan dipercepat dari ketinggian maksimum menuju kembali ke tanah. Pada saat benda berada di ketinggian maksimum, benda tersebut akan diam sejenak walau dengan waktu yang sangat singkat. Sehingga kecepatan benda saat di ketinggian maksimum sama dengan nol.

Seperti namanya, gerak vertikal ke atas adalah gerak suatu benda yang dilempar tegak lurus ke atas dengan kecepatan awal tertentu (V₀ ≠ 0). Kecepatan awal ini akan mempengaruhi tinggi maksimum yang dapat ditempuh oleh benda tersebut. Semakin besar kecepatan awalnya, maka semakin tinggi pula ketinggian maksimumnya.

Gerak vertikal ke atas merupakan gerak diperlambat karena semakin ke atas, kecepatannya akan semakin berkurang. Kecepatan benda akan terus berkurang sampai mencapai titik nol, yaitu pada titik tertinggi. Selain itu, jika arah geraknya ke atas, maka a = -g karena berlawanan dengan gravitasi bumi.

Tahap lempar bola (toss) pada gerakan servis

Nah, ternyata salah satu tahap dari gerakan servis itu merupakan contoh dari gerak vertikal ke atas lho. Hmm, tahap yang manakah itu? Coba kamu perhatikan gambar di bawah ini!

Jadi, jawabannya adalah saat melakukan toss (lempar bola). Kenapa? karena pada tahap ini, bola dilempar secara vertikal ke atas dengan kecepatan awal tertentu.

Persamaan untuk gerak vertical ke atas itu bagaimana ?

Pada gerak vertikal ke atas, setelah diberi kecepatan awal, benda bergerak ke atas sampai mencapai ketinggian maksimum. Setelah itu benda bergerak kembali ke permukaan bumi. Dinamakan Gerak Vertikal Ke atas karena benda bergerak dengan arah ke atas alias menjahui permukaan bumi. Persoalannya, benda tersebut tidak mungkin tetap berada di udara karena gravitasi bumi akan menariknya kembali. Dengan demikian, pada kasus gerak vertikal ke atas, kita tidak hanya menganalisis gerakan ke atas, tetapi juga ketika benda bergerak kembali ke permukaan bumi… ini yang membuat gerak vertikal ke atas sedikit berbeda…

Karena gerakan benda hanya dipengaruhi oleh percepatan gravitasi yang bernilai tetap, maka gerak vertikal ke atas termasuk gerak lurus berubah beraturan. Dengan demikian, untuk menurunkan persamaan Gerak Vertikal ke atas, kita tetap menggunakan persamaan GLBB.

Kita tulis kembali ketiga persamaan GLBB :

v_t = v_o + at
s = v_o t + ½ at²
v_t² = v_o² + 2as

Ada beberapa hal yang perlu kita perhatikan dalam menganalisis Gerak Vertikal ke atas

Pertama, percepatan pada gerak vertikal = percepatan gravitasi ( a = g).

Kedua, ketika benda bergerak ke atas, kecepatan benda berkurang secara konstan setiap saat. Kecepatan benda berkurang secara konstan karena gravitasi bumi bekerja pada benda tersebut dengan arah ke bawah. Masa sich ? Kalau gravitasi bumi bekerja ke atas, maka benda akan terus bergerak ke atas alias tidak kembali ke permukaan bumi. Tapi kenyataannya tidak seperti itu… Karena kecepatan benda berkurang secara teratur maka kita bisa mengatakan bahwa benda yang melakukan gerak vertikal ke atas mengalami perlambatan tetap. Karena mengalami perlambatan maka percepatan gravitasi bernilai negatif, karena benda bergerak vertikal maka s bisa kita ganti dengan h atau y. (h atau y adalah perpindahan)

Ketiga, pada titik tertinggi, tepat sebelum berbalik arah, kecepatan benda = 0.

Jika persamaan GLBB di atas diubah menjadi persamaan Gerak Vertikal ke atas, maka akan diperoleh persamaan berikut ini :

v_t = v_o – gt

h = v_o t – ½ gt²

v_t² = v_o² – 2gh

Sebuah bola dilemparkan dari tanah tegak lurus ke atas dengan kecepatan awal v₀

a) berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik tertingginya ?

b) berapa ketinggian yang dapat dicapai bola ?

langkah pertama yang harus kita lakukan adalah mengidentifikasi atau mengenali permasalahan yang dimunculkan pada soal. Setelah itu, selidiki nilai apa saja yang telah diketahui. Selajutnya, memikirkan bagaimana menyelesaikannya. Hal ini penting dalam memilih rumus yang disediakan.

a. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik tertingginya ?

Di titik tertinggi, v_t = 0. kecepatan awal v_o . Untuk memperoleh t, kita gunakan rumus :

v_y = v₀ – gt

Rumus ini kita balik, untuk menentukan nilai t (waktu) untuk mancapai tinggi maksimum :

b. berapa ketinggian yang dicapai bola ?

Karena telah diketahui kecepatan awal dan kecepatan akhir, maka kita menggunakan rumus :

v_y² = v₀² – 2gh

Rumus ini kita balik untuk menghitung nilai h alias ketinggian :

Contoh soal

Penyelesaian:

Diketahui: v₀= 2 m/s dan g = 10 m/s²

Ditanya:

a. Waktu yang diperlukan bola untuk mencapai ketinggian maksimum

Jadi, waktu bola untuk sampai pada ketinggian maksimum adalah 0,2 s.

b. Ketinggian yang dicapai bola:

Jadi, ketinggian yang dicapai bola adalah 0,2 m atau 20 cm.

Keterangan:
tmax = selang waktu dari titik pelemparan hingga mencapai titik tertinggi (hmaks )
v0 = kecepatan awal (m/s)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
hmaks = jarak yang ditempuh hingga titik tertinggi (m)

Selain gerak vertikal ke atas, ada juga yang namanya gerak vertikal ke bawah, nih. Apa itu gerak vertikal ke bawah? Seperti apa ya contohnya? Oke, kalau begitu yuk langsung kita simak!

Saat mulai turun, persamaannya sama seperti gerak jatuh bebas.

Rumusnya adalah:

2. Gerak vertikal ke bawah

Berbeda dengan gerak vertikal ke atas, kalau gerak vertikal ke bawah adalah gerak suatu benda yang dilempar tegak lurus ke bawah dengan kecepatan awal tertentu (V₀ ≠ 0). Jika arah geraknya ke bawah, maka a = g karena searah dengan gravitasi bumi dan benda mengalami percepatan. Terdapat rumus-rumus yang berlaku pada gerak vertikal ke bawah, yaitu:

vt = v0 + gt

vt2 = v02 + 2gh

h = v0t + ½ gt²

Keterangan: h = jarak/perpindahan (m), di hitung mulai dari dijatuhkan ke bawah

v0 = kecepatan awal (m/s)

vt = kecepatan setelah t (m/s)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

t = selang waktu (s)

Lalu, seperti apa contoh kasus dari gerak vertikal ke bawah? Apakah ketika memukul bola saat melakukan servis? Jawabannya sudah pasti bukan. Hal ini karena pada saat servis, bola tidak dilemparkan secara vertikal ke bawah melainkan bola akan melambung dan kemudian jatuh membentuk sudut pada kemiringan tertentu. Contoh kasus yang tepat dari gerak ini adalah ketika bola dilempar tegak lurus ke bawah dengan kecepatan awal tertentu, seperti gambar di bawah ini:

Berdasarkan gambar di atas, diketahui kalau Ratu melempar bola secara vertikal ke bawah dengan kecepatan awal 8 m/s. Bola itu tiba di tanah setelah 2 s. Coba yuk kita sama-sama hitung berapa kecepatan bola saat menyentuh tanah?

Penyelesaian:

Diketahui: V₀= 8 m/s, t = 2 s, dan g = 10 m/s²

Ditanya: Kecepatan bola saat menyentuh tanah?

Jadi, kecepatan bola saat menyentuh tanah adalah sebesar 28 m/s. Bagaimana sampai di sini? Kamu paham, kan? Ternyata, gerak vertikal ini banyak lho contohnya, tidak hanya yang sudah kita bahas saja.

Nah, kalau kamu ada pertanyaan mengenai materi ini, jangan ragu untuk tuliskan pertanyaanmu di kolom komentar,

GERAK JATUH BEBAS

Gerak jatuh bebas adalah gerak jatuh benda yang tidak memiliki kecepatan awal (V₀ = 0). Jika selama benda itu jatuh hambatan udara diabaikan, maka percepatannya konstan (tetap) dan besarnya sama dengan percepatan gravitasi bumi. Selain itu, waktu yang dibutuhkan benda saat jatuh tidak bergantung pada massanya, tapi bergantung pada ketinggiannya.

Berikut ini persamaan gerak jatuh bebas

Gerak jatuh bebas merupakan GLBB sehingga persamaan pada gerak jatuh bebas sama dengan peersaman pada GLBB. Oleh karena a = g, v₀ = 0, dan s = h, persamaan berlaku sebagai berikut.

vt= g.t

vt^‑2 = 2g.h

h= ½ gt²

Keterangan: v_t = kelajuan saat t sekon (m/s)

g = percepatan gravitasi bumi (9,8 m/s2)

h = jarak/ perpindahan (m)

t = selang waktu (s)

GERAK JATUH BEBAS

Berikut ini persamaan gerak jatuh bebas

Gerak jatuh bebas merupakan GLBB sehingga persamaan pada gerak jatuh bebas sama dengan peersaman pada GLBB. Oleh karena a = g, v₀ = 0, dan s = h, persamaan berlaku sebagai berikut.

vt= g.t

vt^‑2 = 2g.h

h= ½ gt²

Keterangan: v_t = kelajuan saat t sekon (m/s)

g = percepatan gravitasi bumi (9,8 m/s2)

h = jarak/ perpindahan (m)

t = selang waktu (s)

Saatnya berlatih soal untuk lebih memperjelas konsep gerak jatuh bebas.

Contoh Soal 1

Fero dan Feri berada di sebuah bukit. Tak jauh dari lokasi mereka terdapat jurang yang tidak terlalu dalam. Sebagai langkah antisipasi, mereka ingin tahu seberapa dalam jurang tersebut.

Untuk mengukurnya, Feri melemparkan batu ke dalam jurang dan Fero mengukur waktu yang diperlukan batu untuk mencapai dasar jurang. Dari hasil perhitungan, diperoleh waktu 3 s. Berapakah kedalaman jurang yang diukur Fero dan Feri?

Pembahasan:

Diketahui:

t = 3 s

Ditanya: h =…?

Penyelesaian:

Untuk mencari kedalaman jurang, gunakan persamaan berikut.