“MODUL PEMBELAJARAN”

BESARAN-BESARAN FISIS PADA GERAK LURUS

Disusun Guna Memenuhi Tugas Mata Kuliah Fisika Sekolah 1

Disusun Oleh :

Sri Muryanti 4201412048

Annisa Rahma Fauzia 4201412099

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

TAHUN AJARAN 2014/2015

x

x0

t

Θ Gradien tan θ =v

a>0

a<0

x

t

Kompetensi Inti :

3. Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural

berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan

humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban

terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada

bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan

masalah.

4. Mengolah, menalar, menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan

pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri dan mampu

menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.

Kompetensi Dasar :

3.3. Menganalisis besaran-besaran fisis pada gerak lurus dengan kecepatan konstan dan gerak

lurus dengan percepatan konstan.

4.3. Menyajikan data dan grafik hasil percobaan untuk menyelidiki sifat gerak benda yang

bergerak lurus dengan kecepatan konstan dan gerak lurus dengan percepatan konstan.

Indikator :

1. Mendefinisikan pengertian gerak.

2. Menyebutkan besaran-besaran fisis pada gerak lurus.

3. Membedakan antara jarak dan perpindahan.

4. Membedakan kelajuan dan kecepatan.

5. Mengidentifikasi ciri-ciri gerak lurus dengan kecepatan konstan.

6. Menurunkan persamaan untuk gerak lurus dengan kecepatan konstan.

7. Menggambarkan grafik v-t dan grafik x-t pada gerak lurus dengan kecepatan konstan.

8. Mengidentifikasi ciri-ciri gerak lurus dengan percepatan konstan.

9. Menurunkan persamaan untuk gerak lurus dengan percepatan konstan.

10. Menggambarkan grafik a-t, v-t dan grafik x-t pada gerak lurus dengan percepatan

konstan.

PETA KONSEP

Percepatan Sesaat

Kecepatan Sesaat Percepatan Rata-Rata Kelajuan Sesaat

Kecepatan Rata-Rata Kelajuan Rata-Rata

Posisi Perpindahan Waktu Jarak

GERAK LURUS

Berubah Tak

Beraturan

Kecepatan

Berubah Tak

Beraturan

Beraturan Berubah

Beraturan

Kecepatan

Tetap

Percepatan

Tetap

Gerak Jatuh

Bebas

terjadi dalam waktu singkat

hasil bagi

antara

hasil bagi antara terjadi dalam waktu singkat terjadi dalam waktu singkat

memberikan memberikan

berkaitan dengan

secara umum

bersifat

cirinya cirinya cirinya

contohnya

URAIAN MATERI GERAK LURUS

A. Besaran-Besaran Pada Gerak Lurus

Gerak termasuk bidang yang dipelajari dalam mekanika, yang merupakan cabang dari

fisika. Mekanika sendiri dibagi menjadi tiga cabang ilmu, yaitu kinematika, dinamika, dan

statika. Kinematika adalah ilmu yang mempelajari gerak tanpa mempedulikan penyebab

timbulnya gerak. Dinamika adalah ilmu yang mempelajari penyebab gerak, yaitu gaya.

Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang keseimbangan statis benda.

Suatu benda dikatakan bergerak jika posisinya senantiasa berubah terhadap suatu

acuan tertentu. Apabila titik-titik yang dilalui oleh suatu benda dihubungkan dengan garis

maka akan terbentuk suatu lintasan. Jika lintasan berbentuk garis lurus, gerak benda disebut

gerak lurus. Jika lintasan berbentuk parabola, gerak benda disebut gerak parabola, dan jika

lintasan berbentuk lingkaran maka gerak benda disebut gerak melingkar. Dalam gerak

terdapat dua macam besaran, yakni besaran skalar dan vektor. Besaran skalar merupakan

besaran yang hanya memiliki nilai, sedangkan besaran vektor merupakan besaran yang

memiliki nilai dan arah. Besaran skalar dalam gerak adalah jarak dan kelajuan, sedangkan

yang termasuk besaran vektor adalah posisi, perpindahan, kecepatan, dan percepatan.

1. Posisi, Jarak, dan Perpindahan

a. Posisi

Posisi adalah letak suatu benda pada suatu waktu tertentu terhadap suatu acuan

tertentu. Posisi suatu benda dinyatakan terhadap suatu acuan tertentu. Sebagai standar umum,

ditetapkan lintasan horizontal sebagai sumbu X dan titik acuan adalah titik O yang posisinya

x0 = 0. Posisi suaru benda dapat terletak di kiri atau di kanan titik acuan, sehingga untuk

membedakannya digunakan tanda negatif atau positif. Umumnya, posisi di sebelah kanan

titik acuan ditetapkan sebagai posisi positif dan posisi di sebelah kiri titik acuan sebagai

posisi negatif. Selain tanda positif atau negatif, posisi suatu benda juga ditentukan oleh

jaraknya terhadap titik acuan. Oleh karena memiliki arah dan nilai, maka posisi termasuk

besaran vektor.

Posisi P berjarak 3 di sebelah kanan O, sehingga posisi P (xp) adalah +3 (tanda +

sering tidak ditulis). Posisi R berjarak 4 di sebelah kiri O, maka posisi R (xR) adalah -4.

b. Perpindahan

Perpindahan adalah perubahan posisi suatu benda karena adanya perubahan waktu.

Perpindahan hanya bergantung pada posisi awal dan posisi akhir tidak bergantung pada jalan

yang ditempuh oleh benda. Perpindahan merupakan besaran vektor, sehingga memiliki nilai

dan arah. Untuk perpindahan satu dimensi sepanjang sumbu X, arah perpindahan dinyatakan

oleh tanda positif atau negatif. Tanda positif menyatakan perpindahan berarah ke kanan dan

tanda negatif menyatakan perpindahan berarah ke kiri. Misalkan, suatu benda yang berpindah

dari titik 1 dengan posisi x1 ke titik 2 dengan posisi x2, maka perpindahannya (∆x12) :

c. Jarak

Jarak didefinisikan sebagai panjang lintasan yang ditempuh oleh suatu benda dalam

selang waktu tertentu. Jarak merupakan besaran skalar sehingga hanya memiliki nilai saja,

besar atau nilai jarak bergantung pada jalan yang ditempuh oleh benda. Untuk lebih

memahami pengertian tentang jarak dan perbedaannya dengan perpindahan, perhatikan

contoh soal berikut :

Misalnya mobil bergerak dari P ke R melalui Q, maka berapakah jarak perjalanan

yang ditempuh oleh mobil tersebut jika lintasannya berbentuk segitiga seperti berikut :

1. Jarak adalah panjang lintasan yang ditempuh. Jadi :

Jarak PQR = PQ + QR

= (400 + 300) m = 700 m

R

300 m

P 400 m Q

∆𝑥12 = 𝑥2 − 𝑥1

2. Perpindahan PR diperoleh dengan menghitung dulu jarak PR dengan dalil Phytagoras

dalam segitiga siku-siku PQR. Sehingga :

PR2 = (400

2 + 300

2) m

2

PR = 500 m

2. Kecepatan dan Kelajuan

Kelajuan adalah besaran yang tidak bergantung pada arah, sehingga kelajuan

termasuk besaran skalar yang nilainya selalu positif. Alat untuk mengukur kelajuan adalah

speedometer. Sedangkan kecepatan adalah besaran yang bergantung pada arah, sehingga

kecepatan termasuk besaran vektor. Untuk gerak dalam satu dimensi, arah kecepatan dapat

dinyatakan dengan tanda positif atau negatif. Sebagai contoh, jika kita menetapkan arah ke

timur sebagai arah positif, kecepatan mobil 60 km/jam ke timur cukup ditulis +60 km/jam

dan kecepatan mobil 60 km/jam ke barat cukup ditulis -60 km/jam. Kecepatan Rata-Rata dan

Kelajuan Rata-Rata

Kelajuan rata-rata didefinisikan sebagai hasil bagi antara jarak total yang ditempuh

dengan sealng waktu untuk menempuhnya.

− =

Kecepatan rata-rata didefinisikan sebagai hasil bagi antara perpindahan dengan selang

waktunya. Kecepatan rata-rata merupakan besaran vektor, sehingga arahnya harus

dinyatakan. Untuk perpindahan dalam satu dimensi sepanjang sumbu x, kecepatan rata-rata

(dengan lambang ) dapat dinyatakan dengan persamaan :

− =

= ∆

∆ = 2 − 1 2 − 1

2.1. Kecepatan Sesaat dan Kelajuan Sesaat

Kelajuan sesaat adalah kelajuan rata-rata yang waktu tempuhnya mendekati nol.

Kecepatan sesaat adalah kecepatan rata-rata yang selang waktunya mendekati nol .

Kecepatan Sesaat :

= ∆

∆

∆ =

∆

∆ ∆

Contoh : menentukan kecepatan sesaat secara intuisi

Posisi sebuah sepeda dinyatakan oleh x = 2t2+5t-1, dengan x dalam meter dan t dalam sekon.

Hitung kecepatan sepeda pada t = 1 s.

Strategi :

Hitung kecepatan rata-rata dalam selang t = 1 s, dan t = 1.1 s (∆t = 0.1 s); dalam selang t = 1s

dan t = 1.01 s (∆t = 0.01 s); dan dalam selang t = 1s dan t = 1.001 s (∆t = 0.001 s).

Dari ketiga hasil tersebut, taksir kecepatan sesaat pada t = 1 s secara intuisi.

Jawab :

Persamaan posisi x = 2t2+5t-1

Untuk t1 = 1s

x1 = 2 (1)2 + 5 (1) - 1 = 6

Untuk ∆t = 0.1 s , t2 = 1 + 0.1 = 1.1 s

x2 = 2 (1.1)2 + 5 (1.1) – 1 = 6.92

=

∆ =

2

1=

Untuk ∆t = 0.01 s , t2 = 1 + 0.01 = 1.01 s

x2 = 2 (1.01)2 + 5 (1.01) – 1 = 6.0902

=

∆ =

2

1=

∆t (s) v (m/s)

0.1 9.2

0.01 9.02

0.001 9.002

Untuk ∆t = 0.001 s , t2 = 1 + 0.001 = 1.001 s

x2 = 2 (1.001)2 + 5 (1.001) – 1 = 6.009002

=

∆ =

2

1=

Pada tabel tampak bahwa untuk ∆t yang makin kecil, kecepatan rata-rata makin mendekati 9

m/s. Secara intuisi, kita dapat menyatakan bahwa kecepatan pada t = 1 s adalah 9 m/s.

B. Gerak Lurus Beraturan

Gerak lurus beraturan (GLB) didefinisikan sebagai gerak suatu benda yang menempuh

lintasan lurus dengan arah dan kelajuan tetap, atau bisa juga dikatakan sebagai gerak suatu

benda dengan kecepatan tetap. Kecepatan tetap sama artinya dengan percepatan nol, sehingga

GLB juga dapat didefinisikan sebagai gerak benda yang percepatannya nol.

1. Kinematika Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Pada GLB kecepatan tiap saat adalah sama, yaitu v, sehingga kecepatan rata-rata pada

GLB sama dengan v. Dari definisi kecepatan rata-rata, maka diperoleh :

= = ∆

∆

∆ = ∆

Ambil pada saat awal mengamati gerak (taw = 0), posisi benda ada di xaw = x0, dan saat

akhir mengamati gerak tak = t, posisi benda ada di xak = x, sehingga :

∆ = ∆

− = ( − )

− = ( − )

− = =

x (m)

x0

t(s)

Θ Gradien tan θ =v

Jadi, pada gerak lurus beraturan (GLB) berlaku :

a. Kecepatan v0 = v tetap

b. Percepatan a = 0

c. ∆ = atau =

2. Grafik Kecepatan dan Posisi GLB

Karena pada GLB, kecepatan gerak benda selalu

tetap, grafik kecepatan terhadap waktu (grafik v-t)

pastilah berbentuk garis lurus sejajar sumbu t seperti

gambar di samping :

Telah kita ketahui persamaan y = n + mx dengan m

dan n positif, grafik y terhadap x berbentuk garis

lurus condong ke atas dengan gradien m = tan θ

dan intercept n. Persamaan posisi GLB, yaitu x = x0

+ vt, mirip dengan persamaan garis y = n +mx.

Oleh karena itu, grafik x-t akan berbentuk garis

lurus miring ke atas dengan gradien tan θ = v dan

intercept x0. Kemiringan garis yang makin curam menunjukkan gerak lurus benda makin

cepat.

Beberapa contoh gerak lurus beraturan (GLB) pada kehidupan sehari-hari ialah sebagai

berikut :

1) Mobil yang sedang bergerak lurus pada jalan raya dengan angka spidometer tetap

selama suatu selang waktu tertentu. Di sini tidak ada perubahan kelajuan dan arah

gerak.

2) Elevator yang sedang bergerak ke atas, di pertengahan antara lantai ke satu dan lantai

ke lima. Di sini tidak ada perubahan pada kelajuan dan arah gerak. Di dalam elevator,

kita akan merasa seolah-olah elevator diam.

3) Pesawat terbang yang telah mencapai keseimbangan pada ketinggian tertentu. Pada

contoh ini pesawat terbang bergerak lurus tanpa perubahan kelajuan.

v m/s

v0

T (s)

v = v0 = tetap

3. Menentukan Perpindahan dari Grafik Kecepatan-Waktu

Misalkan kita tinjau saat awal taw dan saat akhir

tak, dengan selang waktu ∆t = tak-taw.

Luas A merupakan luas daerah di bawah grafik

v-t untuk selang waktu ∆t.

Luas A = v ∆t, tampak bahwa luas A sama

dengan rumus perpindahan ∆x, sehingga :

∆ = −

C. Gerak Lurus Berubah Beraturan

Gerak lurus berubah beraturan didefinisikan sebagai gerak suatu benda pada lintasan garis

lurus dengan percepatan tetap. Percepatan tetap artinya baik besar maupun arahnya tetap.

1. Pengertian percepatan

Ketika mulai berlari, dari keadaan diam (kecepatan nol), anda secara perlahan

meningkatkan kecepatan lari anda. Perubahan kecepatan dalam suatu selang waktu inilah

yang berkaitan dengan besaran vektor dalam gerak yang disebut percepatan.

Apakah yang dimaksud percepatan rata-rata?

Percepatan rata-rata (lambang ā) didefinisikan sebagai perubahan kecepatan yang

dialami benda dibagi selang waktunya.

Percepatan rata-rata

=∆

∆ = − 2 − 1

( − )

dengan adalah kecepatan pada saat = 2 dan adalah kecepatan pada saat = 1. Telah

Anda ketahui bahwa satuan percepatan dalam SI adalah 2⁄ atau 2.

v (m/s)

v

t(s)

Luas

A

taw tak

Apakah yang dimaksud percepatan sesaat?

Seperti halnya dalam menentukan kecepatan sesaat, Anda perlu mengukur perubahan

kecepatan dalam selang waktu ∆ yang sangat singkat (∆ mendekati nol) untuk dapat

menentukan percepatan sesaat. Percepatan sesaat didefinisikan sebagai perubahan

kecepatan yang berlangsung dalam waktu singkat. Definisi ini secara matematis ditulis:

= ∆

∆

∆ ( − )

Karena limit belum diajarkan, kita akan menulis Persamaan (2-12) dalam bentuk lain, yaitu :

Percepatan sesaat

=∆

∆ ∆ ( − )

Sekali lagi, untuk benda yang bergerak pada lintasan garis lurus, notasi vektor dalam

Persamaan (2-13) dapat diganti dengan notasi skalar.

Percepatan sesaat mirip dengan kecepatan sesaat. Oleh karena itu, seperti halnya

kecepatan sesaat, ada 2 cara yang dapat kita gunakan untuk menentukan percepatan sesaat,

yaitu cara intuisi dan cara pendekatan grafis. Dalam cara intuisi, kita menggunakan

Persamaan (2-13). Caranya, dengan menghitung a untuk selang ∆ yang terus kita perkecil,

misalnya dari ∆ = ∆ = kemudian ∆ = Dari ketiga hasil a yang

kita peroleh, secara intuisi kita dapat menaksir angka yang akan didekati oleh percepatan

pada saat t tertentu. Sedangkan, cara pendekatan grafis untuk menentukan percepatan sesaat

akan dipelajari di kelas XI.

Akselerometer

Alat untuk mengukur percepatan dari kendaraan yang sedang bergerak disebut

Akselerometer (accelerometer). Secara sederhana, sebuah bandul dapat digunakan sebagai

B

akselerometer. Ketika mobil dipercepat a ke depan, bandul mengayun ke belakang dan

berhenti pada posisi B dengan sudut θ (Gambar 2.15a).

Makin besar sudut θ, makin besar percepatan mobil. Ketika mobil bergerak dengan kecepatan

tetap, percepatan = dan bandul kembali ke posisi seimbang A.

Akselerometer adalah penting dalam sebuah pesawat terbang. Dengan terus-menerus

memonitor percepatan pesawat, sistem kontrolnya dapat menghitung kelajuan, arah, dan

posisi pesawat.

2. Apakah gerak lurus berubah beraturan itu?

Tinjau suatu benda yang pada = berada dalam keadaan diam (kecepatan = 0). Satu

sekon pertama kecepatan benda menjadi 2 m/s. Satu sekon kedua menjadi 4 m/s. Satu sekon

ketiga menjadi 6 m/s. Satu sekon keempat menjadi 8 m/s. Sketsa gerak benda ini ditunjukkan

oleh Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Gerak benda dengan pertambahan kecepatan 2 m/s setiap sekon.

Pada gambar 2.16 tampak setiap selang waktu 1 s, kecepatan benda bertambah secara

tetap sebesar 2 m/s. Pertambahan kecepatan dalam selang waktu tertentu adalah percepatan.

Oleh karena itu, gerak benda yang sketsanya pada Gambar 2.16 menunjukkan gerak benda

0 2 m/s 4 m/s 6 m/s 8 m/s

1 s 1 s 1 s 1 s

a

A

θ

dengan percepatan tetap 2 m/s2. Nah, gerak lurus berubah beraturan (disingkat GLBB)

didefinisikan sebagai gerak suatu benda yang mengalami percepatan tetap.

3. Kinematika gerak lurus berubah beraturan

Pada GLBB percepatan tiap saat adalah sama, yaitu a. Oleh karena itu, percepatan rata-

rata pada GLBB sama dengan percepatan sesaatnya a. Dari definisi percepatan rata-rata pada

Persamaan (2-11),

=∆

∆ = − 2 − 1

Perhatikan, pada GLBB benda yang bergerak lurus hanya mungkin memiliki dua

arah, yaitu ke kanan atau ke kiri dan ke atas atau ke bawah. Arah ini bisa diwakili dengan

tanda positif atau negatif. Misalnya, jika arah kecepatan dan percepatan ke kanan ditetapkan

positif, arah kecepatan dan percepatan ke kiri adalah negatif. Dengan demikian, lambang

besaran vektor a, v, x, dan ∆x (dicetak tebal dan tegak) bisa diganti dengan lambang besaran

skalar a, v, x, dan ∆x (dicetak miring).

Ambil saat awal mengamati gerak ( 1 = ), kecepatan benda 1 = dan saat akhir

mengamati gerak ( 2 = ), kecepatan benda 2 = .

= − 2 − 1

= −

=

untuk ∆ = −

∆ = = ( − )

Berapa jauh benda berpindah selama selang waktu t? Kecepatan rata-rata dari benda adalah

=

( − )

Dengan demikian,

∆ = = (

) ( − )

Karena = , perpindahan benda selama t bisa ditulis

∆ = ( ( )

)

∆ =

2 ( − )

Dengan ∆ = − .

Dari Persamaan (2-14), =

. Jika nilai t ini disubtitusi ke Persamaan (2-16), maka

akan diperoleh persamaan yang menghubungkan kecepatan awal, percepatan, dan

perpindahan yang ditempuh selama mengalami percepatan.

∆ = (

) ( −

) = −

= ∆ ( − )

Tabel 2.1 berikut merangkum persamaan yang berlaku untuk GLBB.

Variabel-variabel yang berhubungan Persamaan Nomor

kecepatan, waktu, percepatan = (2-14)

kecepatan awal, akhir, dan rata-rata =

(2-15)

perpindahan, kecepatan, waktu ∆ = = (

) (2-16)

perpindahan, percepatan, waktu ∆ =

2 (2-17)

kecepatan, perpindahan, percepatan = ∆ (2-18)

Catatan: ∆ = −

4. Grafik percepatan dari GLBB

Karena pada GLBB percepatan benda selalu tetap,

grafik percepatan terhadap waktu (grafik a-t) pastilah

berbentuk garis lurus sejajar sumbu t, seperti pada

Gambar 2.18.

Besaran apa yang bisa diperoleh dari grafik a-

t? Masalah ini seperti ketika Anda menentukan perpindahan ∆ dari grafik v-t pada Gambar

2.19.

Gambar 2.19 luas daerah di bawah grafik a-t sama dengan perubahan kecepatan

Anda memperoleh perpindahan (∆ ) sama dengan luas daerah di bawah grafik v-t.

Misalkan, kita tinjau saat awal taw dan saat tak , dengan selang waktu ∆ = − .

Bagaimana dengan luas daerah di bawah grafik a-t untuk selang waktu ∆ Luas ini

ditunjukkan oleh luas arsiran A, yang sama dengan luas persegi panjang dengan panjang = ∆

dan lebar = a. Jadi, luas arsiran = ∆ dengan ∆ tak lain adalah perubahan kecepatan

∆ ( ∆ = − ).

Untuk grafik a-t diberikan, luas daerah di bawah grafik a-t sama dengan perubahan

kecepatan ∆ ( ∆ = − ).

∆ = −

= luas daerah di bawah grafik a-t (2-19)

t (s)

a konstan a

a (m/s2)

a (m2/s)

a

t(s)

Luas

A

taw tak

5. Grafik kecepatan dan posisi terhadap waktu

Bagaimanakah grafik kecepatan terhadap waktu (grafik v-t) dari GLBB? Penjelasannya

mirip ketika kita menentukan grafik posisi terhadap waktu (grafik x-t) dari GLBB. Persamaan

kecepatan GLBB = mirip dengan persamaan = anggap saja dan

gradien = . Dengan demikian, grafik v-t dari GLBB akan berbentuk lurus miring dengan

gradien tan = dan titik potong terhadap sumbu v. Untuk percepatan yang searah

dengan kecepatan (a > 0), disebut gerak dipercepat, grafiknya miring ke atas karena gradien

tan = . Sedangkan, untuk yang berlawanan dengan kecepatan (a < 0), disebut gerak

diperlambat, grafiknya miring ke bawah karena gradien gradien tan . Grafik v-t dari

GLBB ini ditunjukkan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Grafik v-t dari GLBB

Persamaan posisi x terhadap waktu t, yaitu =

2, berbentuk fungsi

kuadrat. Oleh karena itu, grafik x-t untuk GLBB akan berbentuk parabola. Untuk percepatan

yang searah dengan kecepatan (a > 0), parabolanya terbuka ke atas. Sedangkan, untuk

percepatan yang berlawanan dengan kecepatan (a < 0), parabolanya terbuka ke bawah.

θ

a<0

a>0

t (s)

v0

v (m/s)

0

θ

a>0

a<0

x

t

6. Gerak jatuh bebas

Apakah gerak jatuh bebas itu?

Ketika buah kelapa tua jatuh sendiri dari tangkainya, dapat kita anggap kelapa

mengalami gerak jatuh bebas. Kelapa jatuh bebas karena kelapa lepas dari tangkainya dari

keadaan diam ( = ) dan ditarik ke bawah oleh gaya gravitasi bumi yang bekerja pada

kelapa. Jika hambatan udara diabaikan, selama jatuhnya dari keadaan diam, kelapa

mengalami percepatan tetap, disebut percepatan gravitasi g.

Gerak jatuh bebas didefinisikan sebagai gerak jatuh benda dengan sendirinya mulai

dari keadaan diam ( = ) dan selama gerak jatuhnya hambatan udara diabaikan, sehingga

benda hanya mengalami percepatan ke bawah yang tetap, yaitu percepatan gravitasi. Karena

dalam gerak jatuh bebas percepatan benda adalah tetap, gerak jatuh bebas termasuk suatu

GLBB.

Di bumi, percepatan gravitasi g bernilai kira-kira 9,80 m/s2. Sesungguhnya nilai g di

permukaan bumi berkisar 9,782 m/s2 (paling kecil) di sekitar khatulistiwa sampai 9,832 m/s

2

(paling besar) di sekitar kutub. Untuk mempermudah perhitungan dalam soal, g sering

dibulatkan menjadi g = 10 m/s2.

Persamaan gerak jatuh bebas

Persamaan gerak jatuh bebas memenuhi persamaan GLBB yang dirangkum pada Tabel 2.1,

dengan mensubstitusi:

Kecepatan awal =

Percepatan =

Perpindahan ∆ = ∆

KEGIATAN PERCOBAAN

Melakukan Percobaan

Lakukan kegiatan ini secara berkelompok

Tujuan

Setelah melakukan percobaan ini siswa diharapkan dapat :

1. Memahami gerak dengan kecepatan tetap.

2. Menentukan kecepatan dan percepatan benda dengan menggunakan pewaktu pencacah

dan gerbang cahaya.

Alat dan Bahan

Air Track Kit, yang terdiri dari :

1. Rel udara

2. Pewaktu pencacah

3. Gerbang cahaya

4. Penghalang cahaya ganda 3 cm

5. Penyangga 1 cm

6. Peniup

Langkah Kerja

1. Susunlah alat seperti gambar

2. Atur posisi kaki rel udara sehingga rel udara dalam keadaan horizontal.

Rel Udara Horizontal

1. Nyalakan peniup

2. Pasang kabel gerbang cahaya ke pewaktu pencacah pada posisi P1 dan P2

3. Jika belum, atur agar pewaktu pada fungsi TIMING II

4. Atur jarak antar gerbang cahaya sejauh 30 cm

5. Letakkan kereta di atas rel udara kemudian berikan sedikit dorongan sehingga kereta

bergerak

6. Amati kecepatan kereta pada layar pewaktu pencacah.

7. Catat kecepatan kereta untuk jarak tersebut masukkan data pada tabel

8. Ulangi langkah 2-6 untuk jarak yang berbeda-beda.

Jarak (m) Kecepatan di Gerbang

cahaya 1 (m/s)

Kecepatan di Gerbang

cahaya 1 (m/s)

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

Rel Udara Miring :

1. Berikan penopang pada salah satu kaki rel udara sehingga terbentuk sudut antara meja

dengan rel udara. Pada posisi ini kereta mengalami percepatan di sepanjang rel udara.

2. Pasang gerbang cahaya 1 pada jarak 20 cm dari kereta.

3. Atur agar jarak di antara gerbang cahaya 1 dan 2 sekecil mungkin (4 cm).

4. Jika belum, atur agar pewaktu pada fungsi ACCELERATION.

5. Letakkan kereta dia atas rel udara sebelum gerbang cahaya pertama kemudian

lepaskan.

6. Amati kecepatan kereta untuk jarak 20 cm kemudian catat pada tabel.

7. Ulangi untuk ajarak kereta terhadap gerbang cahaya pertama berbeda-beda seperti

pada tabel.

8. Hitunglah nilai a, masukkan pada tabel.

Jarak terhadap

Gerbang Cahaya (m)

Kecepatan Awal v0

(m/s)

Kecepatan Akhir vf

(m/s)

Percepatan a

(m/s2)

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

Rangkuman :

Suatu benda dikatakan bergerak jika posisinya senantiasa berubah terhadap suatu acuan

tertentu. Gerak yang memiliki lintasan berbentuk garis lurus disebut dengan gerak lurus,

gerak lurus terbagi menjadi dua yakni : gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah

beraturan. Besaran-besaran fisis dalam gerak lurus terbagi menjadi dua, jarak dan kelajuan

merupakan besaran skalar sedangkan posisi, perpindahan, kecepatan, dan percepatan

merupakan besaran vektor.

1. Posisi

Posisi adalah letak suatu benda pada suatu waktu tertentu terhadap suatu acuan tertentu.

2. Jarak

Jarak didefinisikan sebagai panjang lintasan yang ditempuh oleh suatu benda dalam selang

waktu tertentu.

3. Perpindahan

Perpindahan adalah perubahan posisi suatu benda karena adanya perubahan waktu.

Perpindahan hanya bergantung pada posisi awal dan posisi akhir tidak bergantung pada jalan

yang ditempuh oleh benda. Untuk perpindahan satu dimensi sepanjang sumbu X, arah

perpindahan dinyatakan oleh tanda positif atau negatif. Tanda positif menyatakan

perpindahan berarah ke kanan dan tanda negatif menyatakan perpindahan berarah ke kiri.

Misalkan, suatu benda yang berpindah dari titik 1 dengan posisi x1 ke titik 2 dengan posisi x2,

maka perpindahannya (∆x12) :

4. Kelajuan dan Kecepatan

Kelajuan berbeda dengan kecepatan, kelajuan termasuk dalam besaran skalar (hanya

memiliki nilai saja) sedangkan kecepatan merupakan besaran vektor (memiliki nilai dan

arah).

4.1. Kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata

− =

∆𝒙𝟏𝟐 = 𝑥2 − 𝑥1

− ( ) =

= ∆

∆ = 2 − 1 2 − 1

4.2. Kelajuan sesaat dan kecepatan sesaat

Kelajuan sesaat adalah kelajuan rata-rata yang waktu tempuhnya mendekati nol.

Kecepatan sesaat adalah kecepatan rata-rata yang selang waktunya mendekati nol .

Kecepatan Sesaat :

= ∆

∆

∆ =

∆

∆ ∆

Gerak lurus memiliki lintasan yang berupa garis lurus, gerak ini terbagi menjadi dua

yaitu gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan.

A. Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Gerak lurus beraturan (GLB) didefinisikan sebagai gerak suatu benda yang menempuh

lintasan lurus dengan arah dan kelajuan tetap, atau bisa juga dikatakan sebagai gerak

suatu benda dengan kecepatan tetap. Benda yang bergerak lurus beraturan memiliki

percepatam (a) nol.

− = =

Luas daaerah di bawah grafik v-t untuk selang waktu ∆tsama dengan nilai ∆x.

B. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

Gerak lurus berubah beraturan didefinisikan sebagai gerak suatu benda pada lintasan garis

lurus dengan percepatan tetap. Percepatan merupakan perubahan kecepatan dalam selang

v

v0

t

v = v0 = tetap

x

x0

t

Θ Gradien tan θ =v

waktu tertentu. Percepatan rata-rata (lambang ā) didefinisikan sebagai perubahan

kecepatan yang dialami benda dibagi selang waktunya.

Percepatan rata-rata :

=∆

∆ = − 2 − 1

Percepatan sesaat didefinisikan sebagai perubahan kecepatan yang berlangsung dalam

waktu singkat.

Percepatan Sesaat :

= ∆

∆

∆

Variabel-variabel yang berhubungan Persamaan Nomor

kecepatan, waktu, percepatan = (2-14)

kecepatan awal, akhir, dan rata-rata =

(2-15)

perpindahan, kecepatan, waktu ∆ = = (

) (2-16)

perpindahan, percepatan, waktu ∆ =

2 (2-17)

kecepatan, perpindahan, percepatan = ∆ (2-18)

Catatan: ∆ = −

Untuk grafik a-t, luas daerah di bawah grafik a-t sama dengan perubahan kecepatan

∆ ( ∆ = − ).

Gerak jatuh bebas didefinisikan sebagai gerak jatuh benda dengan sendirinya mulai

dari keadaan diam ( = ) dan selama gerak jatuhnya hambatan udara diabaikan, sehingga

t (s)

a konstan a

a (m/s2) θ

a<0

a>0

t (s)

v0

v (m/s)

0

θ

a>0

a<0

x

t

benda hanya mengalami percepatan ke bawah yang tetap, yaitu percepatan gravitasi. Karena

dalam gerak jatuh bebas percepatan benda adalah tetap, gerak jatuh bebas termasuk suatu

GLBB. Persamaan gerak jatuh bebas memenuhi persamaan GLBB yang dirangkum pada

tabel persamaan GLBB, dengan mensubstitusi:

Kecepatan awal =

Percepatan =

Perpindahan ∆ = ∆

SOAL

1. Seseorang memacu sepeda motor dari rumahnya ke arah utara sejauh 6 km, lalu berbelok

ke timur sejauh 8 km. Posisi orang tersebut dari rumahnya setelah melakukan perjalanan

tersebut adalah. . . .

A. 2 km ke arah timur D. 10 km ke arah timur laut

B. 14 km ke arah timur laut E. 10 km ke arah barat laut

C. 14 km ke arah barat day

2. Grafik manakah yang menyatakan suatu benda bergerak dengan laju konstan?

A. D.

B. E.

C.

3. Perhatikan grafik kecepatan terhadap waktu dari kereta yang bergerak menurut garis lurus

dalam waktu 4 s.

v(m/s)

80

40

20

0 t(s) 2 4 5

s (m)

t (s)

s (m)

t (s)

s (m)

t (s)

s (m)

t (s)

s (m)

t (s)

A. 260 m D. 70 m

B. 200 m E. 60 m

C. 140 m

4. Sebuah kereta mendapat percepatan 2 m/s2 selama 10 s dari keadaan diam, lalu

diperlambat dengan perlambatan 4 m/s2 sampai berhenti. Jarak total yang ditempuh kereta

tersebut adalah. . . .

A. 80 m D. 200 m

B. 100 m E. 250 m

C. 150 m

5. Gambar berikut melukiskan grafik percepatan benda sebagai fungsi waktu.

a (m/s2)

0 6 12 18 t (s)

Jika pada keadaan mula-mula benda berkecepatan 4 m/s, kecepatan benda pada t = 15 s

adalah. . . .

A. 12 m/s D. 64 m/s

B. 25 m/s E. 70 m/s

C. 40 m/s

Essai :

1. Sebuah motor bergerak ke arah timur dengan kecepatan 36 km/jam selama 6,0 s, dan

kemudian berbelok ke utara dengan kecepatan 27 km/jam selama 4,0 s. Tentukan

percepatan rata-rata mobil dalam keseluruhan perjalanannya (sebagai acuan arah vektor,

ambil arah timur sebagai sudut 0o).

2. Sebuah motor yang sedang melaju 90 km/jam berada 100 m di belakang sebuah bus yang

sedang melaju 75 km/jam. Berapa sekon diperlukan sedan untuk menyusul jip?

Dimanakah sedan menyusul jip?

6

4

2

LAMPIRAN

SOAL RISET :

Besaran Fisis Pada Gerak Lurus

1. Apakah besar kecepatan rata-rata sama dengan besar kelajuan rata-rata? Jelaskan dan

tuliskan rumusnya!

2. Dapatkan suatu benda yang bergerak menempuh jarak tertentu memiliki :

a. Kelajuan rata-rata nol?

b. Kecepatan rata-rata nol?

Gerak Lurus Beraturan (GLB)

1. Dalam gerak lurus beraturan, perpindahan dalam suatu selang waktu tertentu ∆t dapat

disamakan dengan jarak yang ditempuh dalam selang waktu ∆t tersebut, Jelaskan

pernyataan tersebut?

2. Gambarkan grafik v-t dan x-t pada gerak lurus beraturan berikut :

Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

1. Jika benda ringan dan benda berat pada ruang vakum dilepaskan pada saat bersamaan

dari ketinggianyang sama, manakah yang tiba di permukaan terlebih dahulu? Jelaskan

jawaban anda!

2. Gambarkan grafik a-t, v-t dan x-t pada gerak lurus berubah beraturan dipercepat

berikut :

v

t

s

t

v

t

s

t

a

t

Riset dilaksanakan pada 27 mahasiswa semester 1, dan 10 mahasiswa fisika semester 5.

Dari ke 37 mahasiswa, hanya 2 mahasiswa saja yang menjawab seluruh pertanyaan dengan

tepat. Kebanyakan mahasiswa salah dalam melukiskan grafik x-t, v-t, dan a-t pada gerak

lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan. Pada grafik a-t gerak lurus berubah

beraturan, sebagian besar mahasiswa tidak menggambarkannya secara parabolik akan tetapi

linier. Hal ini mengindikasikan bahwa pemahaman mereka tentang grafik GLB dan GLBB

masih kurang memadai.

Kesalahan juga masih banyak ditemui pada jawaban soal nomor 1 gerak lurus berubah

beraturan, hampir seluruh responden dari mahasiswa semester 1 menjawab bahwa kedua

benda tidak akan jatuh ke bawah karena pada ruang hampa udara benda akan melayang.

Padahal, pada kasus ini, ruang hampa udara yang dimaksud adalah ruangan yang bebas

hambatan udara sehingga gesekan antara benda dan udara dapat diabaikan. Pada

kenyataannya, benda dengan massa yang berbeda akan jatuh di waktu yang sama pada

ketinggian yang sama, hal ini karena percepatan yang dialami benda tidak bergantung pada

massa benda.

Sebagian kecil responden masih belum dapat membedakan antara kecepatan rata-rata dan

kelajuan rata-rata, kecepatan merupakan besaran vektor sehingga kecepatan merupakan hasil

bagi antara perpindahan dengan selang waktu. Sedangkan kelajuan merupakan besaran

skalar, sehingga kelajuan didefinisikan sebagai hasil bagi jarak dengan selang waktu.

Pemahaman responden masih kurang dalam membedakan prinsip kecepatan dan kelajuan,

untuk itu perlu pemahaman konsep yang lebih dalam tentang materi bersangkutan.