GERAK

Pengertian Gerak
Gerak adalah perubahan posisi suatu benda terhadap titik acuan. Titik acuan sendiri didefinisikan sebagai titik awal atau titik tempat pengamat.
Gerak bersifat relatif artinya gerak suatu benda sangat bergantung pada titik acuannya. Benda yang bergerak dapat dikatakan tidak bergerak, sebgai contoh meja yang ada dibumi pasti dikatakan tidak bergerak oleh manusia yang ada dibumi. Tetapi bila matahari yang melihat maka meja tersebut bergerak bersama bumi mengelilingi matahari.
Contoh gerak relatif adalah B menggedong A dan C diam melihat B berjalan menjauhi C. Menurut C maka A dan B bergerak karena ada perubahan posisi keduanya terhadap C. Sedangkan menurut B adalah A tidak bergerak karena tidak ada perubahan posisi A terhadap B. Disinilah letak kerelatifan gerak. Benda A yang dikatakan bergerak oleh C ternyata dikatakan tidak bergerak oleh B. Lain lagi menurut A dan B maka C telah melakukan gerak semu.
Gerak semu adalah benda yang diam tetapi seolah-olah bergerak karena gerakan pengamat. Contoh yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah ketika kita naik mobil yang berjalan maka pohon yang ada dipinggir jalan kelihatan bergerak. Ini berarti pohon telah melakukan gerak semu. Gerakan semu pohon ini disebabkan karena kita yang melihat sambil bergerak.
Pembagian Gerak
Bedasarkan lintasannya gerak dibagi menjadi 3
1. Gerak lurus yaitu gerak yang lintasannya berbentuk lurus
2. Gerak parabola yaitu gerak yang lintasannya berbentuk parabola
3. Gerak melingkar yaitu gerak yang lintasannya berbentuk lingkaran
Sedangkan berdasarkan percepatannya gerak dibagi menjadi 2
1. Gerak beraturan adalah gerak yang percepatannya sama dengan nol (a = 0) atau gerak yang kecepatannya konstan.
2. Gerak berubah beraturan adalah gerak yang percepatannya konstan (a = konstan) atau gerak yang kecepatannya berubah secara teratur
Pada kesempatan ini hanya akan kita bahas tentang gerak lurus saja. Gerak lurus sendiri dibagi menjadi 2 :




1. Gerak Lurus Beraturan (GLB)
adalah gerak gerak benda yang lintasannya lurus dan kecepatannya konstan (tetap). Contoh gerak GLB adalah mobil yang bergerak pada jalan lurus dan berkecepatan tetap.
Persamaan yang digunakan pada GLB adalah sebagai berikut :
s = v.t
Keterangan :
s adalah jarak atau perpindahan (m)
v adalah kelajuan atau kecepatan (m/s)
t adalah waktu yang dibutuhkan (s)
Sebelum lebih lanjut membahas tentang gerak terlebih dahulu kita bahas tentang perbedaan perpindahan dan jarak tempuh.
Perpindahan adalah besarnya jarak yang diukur dari titik awal menuju titik akhir sedangkan Jarak tempuh adalah Panjang lintasan yang ditempuh benda selama bergerak.
Perhatikan gambar dibawah ini

Sebuah benda bergerak dari A menuju B kemudian dia kembali ke C. Pada peristiwa di atas Pepindahannya adalah AB – BC = 200 m – 90 m = 110 m. Sedangkan jarak yang ditempuh adalah AB + BC = 200 m + 90 m = 290 m.
Apabila perpindahan dan jarak itu berbeda maka antara kecepatan dan kelajuan juga berbeda.
Kecepatan didefinisikan sebagai besarnya perpindahan tiap satuan waktu dan Kelajuan didefinisikan sebagai besarnya jarak yang ditempuh tiap satuan waktu. Perumusan yang digunakan pada kecepatan dan kelajuan adalah sama.
Karena dalam hal ini yang kita bahas adalah gerak lurus maka besarnya perpindahan dan jarak yang ditempuh adalah sama. Berdasarkan pada alasan ini maka untuk sementara supaya mudah dalam membahas, kecepatan dan kelajuan dianggap sama.
Pada pembahasan GLB ada juga yang disebut dengan kecepatan rata-rata. Kecepatan rata-rata didefinisikan besarnya perpindahan yang ditempuh dibagi dengan jumlah waktu yang diperlukan selama benda bergerak.
v rata-rata = Jumlah jarak atau perpindahan / jumlah waktu
Karena dalam kehidupan sehari-hari tidak memungkinkan adanya gerak lurus beraturan maka diambillah kecepatan rata-rata untuk menentukan kecepatan pada gerak lurus beraturan.
2. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Adalah gerak lintasannya lurus dengan percepatan tetap dan kecepatan yang berubah secara teratur. Contoh GLBB adalah gerak buah jatuh dari pohonnya, gerak benda dilempar ke atas.
GLBB dibagi menjadi 2 macam :
a. GLBB dipercepat
Adalah GLBB yang kecepatannya makin lama makin cepat, contoh GLBB dipercepat adalah gerak buah jatuh dari pohonnya.
Grafik hubungan antara v terhadap t pada GLBB dipercepat adalah

Sedangkan Grafik hubungan antara s terhadap t pada GLBB dipercepat

b. GLBB diperlambat
Adalah GLBB yang kecepatannya makin lama makin kecil (lambat). Contoh GLBB diperlambat adalah gerak benda dilempar keatas.
Grafik hubungan antara v terhadap t pada GLBB diperlambat

Grafik hubungan antara s terhadap t pada GLBB diperlambat

Persamaan yang digunakan dalam GLBB sebagai berikut :
Untuk menentukan kecepatan akhir

Untuk menentukan jarak yang ditempuh setelah t detik adalah sebagai berikut:

Yang perlu diperhatikan dalam menggunakan persamaan diatas adalah saat GLBB dipercepat tanda yang digunakan adalah + .
Untuk GLBB diperlambat tanda yang digunakan adalah - , catatan penting disini adalah nilai percepatan (a) yang dimasukkan pada GLBB diperlambat bernilai positif karena dirumusnya sudah menggunakan tanda negatif.
Latihan soal
1. Sebuah bola dengan massa 10 kg dilempar keatas. Setelah mencapai titik tertinggi bola kembali jatuh ke bawah. Apabila percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, maka (a) Jelaskan gerak apa saja yang telah dilakukan oleh bola, (b) Hitunglah waktu yang diperlukan untuk mencapai titik tertinggi, (c) Berapakah tinggi maksimum yang dapat dicapai oleh bola?
2. Jarak sekolah dengan rumah rudi adalah 30 km, Jika waktu masuk sekolah 07.00 dan Rudi berangkat dari rumah pukul 06.30 maka berapakah kelajuan minimum yang diperlukan Rudi supaya tidak terlambat?
3. Sebuah truk bergerak dengan kecepatan 20 m/s kemudian dipercepat dengan percepatan 2 m/s2 selama 5 sekon. Berapakah kecepatan akhir truk?
4. Bus bergerak munuju surabaya. 10 menit pertama menempuh jarak 4 km, 10 menit kedua menempuh jarak 8 km dan 10 menit terakhir menempuh jarak 6 km. Berapakah kecepatan rata-rata bus?
5. Perhatikan grafikberikut ini

Hitunglah jarak yang ditempuh benda mulai awal sampai akhir?
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) diartikan sebagai gerak benda dalam lintasan lurus dengan percepatan tetap. Yang dimaksudkan dengan percepatan tetap adalah perubahan kecepatan gerak benda yang berlangsung secara tetap dari waktu ke waktu. Mula-mula dari keadaan diam, benda mulai bergerak, semakin lama semakin cepat dan kecepatan gerak benda tersebut berubah secara teratur. Perubahan kecepatan bisa berarti tejadi pertambahan kecepatan atau pengurangan kecepatan. Pengurangan kecepatan terjadi apabila benda akan berhenti. dalam hal ini benda mengalami perlambatan tetap. Pada pembahasan ini kita tidak menggunakan istilah perlambatan untuk benda yang mengalami pengurangan kecepatan secara teratur. Kita tetap menamakannya percepatan, hanya nilainya negatif. Jadi perlambatan sama dengan percepatan yang bernilai negatif.
Dalam kehidupan sehari-hari sangat sulit ditemukan benda yang melakukan gerak lurus berubah beraturan, di mana perubahan kecepatannya terjadi secara teratur, baik ketika hendak bergerak dari keadaan diam maupun ketika hendak berhenti. walaupun demikian, banyak situasi praktis terjadi ketika percepatan konstan/tetap atau mendekati konstan, yaitu jika percepatan tidak berubah terhadap waktu (ingat bahwa yang dimaksudkan di sini adalah percepatan tetap, bukan kecepatan tetap. Beda lho….).
Penurunan Rumus Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Rumus dalam fisika sangat membantu kita dalam menjelaskan konsep fisika secara singkat dan praktis. Jadi cobalah untuk mencintai rumus, he2…. Dalam fisika, anda tidak boleh menghafal rumus. Pahami saja konsepnya, maka anda akan mengetahui dan memahami cara penurunan rumus tersebut. Hafal rumus akan membuat kita cepat lupa dan sulit menyelesaikan soal yang bervariasi….
Sekarang kita coba menurunkan rumus-rumus dalam Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Pahami perlahan-lahan ya….
Pada penjelasan di atas, telah disebutkan bahwa dalam GLBB, percepatan benda tetap atau konstan alias tidak berubah. (kalau di GLB, yang tetap adalah kecepatan). Nah, kalau percepatan benda tersebut tetap sejak awal benda tersebut bergerak, maka kita bisa mengatakan bahwa percepatan sesaat dan percepatan rata-ratanya sama. Bisa ya ? ingat bahwa percepatan benda tersebut tetap setiap saat, dengan demikian percepatan sesaatnya tetap. Percepatan rata-rata sama dengan percepatan sesaat karena baik percepatan awal maupun percepatan akhirnya sama, di mana selisih antara percepatan awal dan akhir sama dengan nol.
Jika sudah paham, sekarang kita mulai menurunkan rumus-rumus alias persamaan-persamaan.
Pada pembahasan mengenai percepatan, kita telah menurunkan persamaan/rumus percepatan rata-rata, di mana

t0 adalah waktu awal ketika benda hendak bergerak, t adalah waktu akhir. Karena pada saat t0 benda belum bergerak maka kita bisa mengatakan t0 (waktu awal) = 0. Nah sekarang persamaan berubah menjadi :

Satu masalah umum dalam GLBB adalah menentukan kecepatan sebuah benda pada waktu tertentu, jika diketahui percepatannya (sekali lagi ingat bahwa percepatan tetap). Untuk itu, persamaan percepatan yang kita turunkan di atas dapat digunakan untuk menyatakan persamaan yang menghubungkan kecepatan pada waktu tertentu (vt), kecepatan awal (v0) dan percepatan (a). sekarang kita obok2 persamaan di atas…. Jika dibalik akan menjadi

ini adalah salah satu persamaan penting dalam GLBB, untuk menentukan kecepatan benda pada waktu tertentu apabila percepatannya diketahui. Jangan dihafal, pahami saja cara penurunannya dan rajin latihan soal biar semakin diingat….
Selanjutnya, mari kita kembangkan persamaan di atas (persamaan I GLBB) untuk mencari persamaan yang digunakan untuk menghitung posisi benda setelah waktu t ketika benda tersebut mengalami percepatan tetap.
Pada pembahasan mengenai kecepatan, kita telah menurunkan persamaan kecepataan rata-rata

Karena pada GLBB kecepatan rata-rata bertambah secara beraturan, maka kecepatan rata-rata akan berada di tengah-tengah antara kecepatan awal dan kecepatan akhir;

Persamaan ini berlaku untuk percepatan konstan dan tidak berlaku untuk gerak yang percepatannya tidak konstan. Kita tulis kembali persamaan a :

Persamaan ini digunakan untuk menentukan posisi suatu benda yang bergerak dengan percepatan tetap. Jika benda mulai bergerak pada titik acuan = 0 (atau x0 = 0), maka persamaan II dapat ditulis menjadi

Sekarang kita turunkan persamaan/rumus yang dapat digunakan apabila t (waktu) tidak diketahui.

Sekarang kita subtitusikan persamaan ini dengan nilai t pada persamaan c

Terdapat empat persamaan yang menghubungkan posisi, kecepatan, percepatan dan waktu, jika percepatan (a) konstan, antara lain :

Persamaan di atas tidak berlaku jika percepatan tidak konstan/tetap. Ingat bahwa x menyatakan posisi/kedudukan, bukan jarak dan ( x – x0 ) adalah perpindahan (s)
Latihan Soal
1. Sebuah mobil sedang bergerak dengan kecepatan 20 m/s ke utara mengalami percepatan tetap 4 m/s2 selama 2,5 sekon. Tentukan kecepatan akhirnya
Panduan jawaban :
Pada soal, yang diketahui adalah kecepatan awal (v0) = 20 m/s, percepatan (a) = 4 m/s dan waktu tempuh (t) = 2,5 sekon. Karena yang diketahui adalah kecepatan awal, percepatan dan waktu tempuh dan yang ditanyakan adalah kecepatan akhir, maka kita menggunakan persamaan/rumus

1. Sebuah pesawat terbang mulai bergerak dan dipercepat oleh mesinnya 2 m/s2 selama 30,0 s sebelum tinggal landas. Berapa panjang lintasan yang dilalui pesawat selama itu ?
Panduan Jawaban
Yang diketahui adalah percepatan (a) = 2 m/s2 dan waktu tempuh 30,0 s. wah gawat, yang diketahui Cuma dua…. Bingung, tolooooooooooooooooong dong ding dong… pake rumus yang mana, PAKE RUMUS GAWAT DARURAT. He2……
Santai saja. Kalau ada soal seperti itu, kamu harus pake logika juga. Ada satu hal yang tersembunyi, yaitu kecepatan awal (v0). Sebelum bergerak, pesawat itu pasti diam. Berarti v0 = 0.
Yang ditanyakan pada soal itu adalah panjang lintasan yang dilalui pesawat. Tulis dulu persamaannya (hal ini membantu kita untuk mengecek apa saja yang dibutuhkan untuk menyelesaikan soal tersebut)

Pada soal di atas, S0 = 0, karena pesawat bergerak dari titik acuan nol. Karena semua telah diketahui maka kita langsung menghitung panjang lintasan yang ditempuh pesawat

Ternyata, panjang lintasan yang ditempuh pesawat adalah 900 m.
1. sebuah mobil bergerak pada lintasan lurus dengan kecepatan 60 km/jam. karena ada rintangan, sopir menginjak pedal rem sehingga mobil mendapat perlambatan (percepatan yang nilainya negatif) 8 m/s2. berapa jarak yang masih ditempuh mobil setelah pengereman dilakukan ?
Panduan jawaban
Untuk menyelesaikan soal ini dibutuhkan ketelitian dan logika. Perhatikan bahwa yang ditanyakan adalah jarak yang masih ditempuh setelah pengereman dilakukan. Ini berarti setelah pengereman, mobil tersebut berhenti. dengan demikian kecepatan akhir mobil (vt) = 0. karena kita menghitung jarak setelah pengereman, maka kecepatan awal (v0) mobil = 60 km/jam (dikonversi terlebih dahulu menjadi m/s, 60 km/jam = 16,67 m/s ). perlambatan (percepatan yang bernilai negatif) yang dialami mobil = -8 m/s2. karena yang diketahui adalah vt, vo dan a, sedangkan yang ditanyakan adalah s (t tidak diketahui), maka kita menggunakan persamaan

Dengan demikian, jarak yang masih ditempuh mobil setelah pengereman hingga berhenti = 17,36 meter (yang ditanyakan adalah jarak(besaran skalar))
GRAFIK GLBB
Grafik percepatan terhadap waktu
Gerak lurus berubah beraturan adalah gerak lurus dengan percepatan tetap. Oleh karena itu, grafik percepatan terhadap waktu (a-t) berbentuk garis lurus horisontal, yang sejajar dengan sumbuh t. lihat grafik a – t di bawah

Grafik kecepatan terhadap waktu (v-t) untuk Percepatan Positif
Grafik kecepatan terhadap waktu (v-t), dapat dikelompokkan menjadi dua bagian. Pertama, grafiknya berbentuk garis lurus miring ke atas melalui titik acuan O(0,0), seperti pada gambar di bawah ini. Grafik ini berlaku apabila kecepatan awal (v0) = 0, atau dengan kata lain benda bergerak dari keadaan diam.

Kedua, jika kecepatan awal (v0) tidak nol, grafik v-t tetap berbentuk garis lurus miring ke atas, tetapi untuk t = 0, grafik dimulai dari v0. lihat gambar di bawah

Nilai apa yang diwakili oleh garis miring pada grafik tersebut ?
Pada pelajaran matematika SMP, kita sudah belajar mengenai grafik seperti ini. Persamaan matematis y = mx + n menghasilkan grafik y terhadap x ( y sumbu tegak dan x sumbu datar) seperti pada gambar di bawah.

Kemiringan grafik (gradien) yaitu tangen sudut terhadap sumbu x positif sama dengan nilai m dalam persamaan y = n + m x.
Persamaan y = n + mx mirip dengan persamaan kecepatan GLBB v = v0 + at. Berdasarkan kemiripan ini, jika kemiringan grafik y – x sama dengan m, maka kita dapat mengatakan bahwa kemiringan grafik v-t sama dengan a.

Jadi kemiringan pada grafik kecepatan terhadap waktu (v-t) menyatakan nilai percepatan (a).
Grafik kecepatan terhadap waktu (v-t) untuk Perlambatan (Percepatan Negatif)
perlambatan atau percepatan negatif menyebabkan berkurangnya kecepatan. Contoh grafik kecepatan terhadap waktu (v-t) untuk percepatan negatif dapat anda lihat pada gambar di bawah ini.

Grafik Kedudukan Terhadap Waktu (x-t)
Persamaan kedudukan suatu benda pada GLBB telah kita turunkan pada awal pokok bahasan ini, yakni

Kedudukan (x) merupakan fungsi kuadrat dalam t. dengan demikian, grafik x – t berbentuk parabola. Untuk nilai percepatan positif (a > 0), grafik x – t berbentuk parabola terbuka ke atas, sebagaimana tampak pada gambar di bawah ini.

Apabila percepatan bernilai negatif (a < 0), di mana benda mengalami perlambatan, grafik x – t akan berbentuk parabola terbuka ke bawah.



Gerak jatuh bebas


Rumus umum
Secara umum gerak yang hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi memiliki bentuk:

di mana arti-arti lambang dan satuannya dalam SI adalah
t adalah waktu (s)
y adalah posisi pada saat t (m)
y0 adalah posisi awal (m)
v0 adalah kecepatan awal (m/s)
g adalah percepatan gravitasi (m/s2)
Akan tetapi khusus untuk GJB diperlukan syarat tambahan yaitu:

sehingga rumusan di atas menjadi


Analogi gerak jatuh bebas
Apabila gerak jatuh bebas adalah gerak yang hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi, dapat dikemukakan gerak jatuh yang mirip akan tetapi tidak hanya oleh gaya gravitasi, misalnya gerak oleh gaya listrik.
GJB dan analoginya
Gerak oleh gaya gravitasi Gerak oleh gaya listrik
Gaya


Percepatan


Kecepatan


Posisi


Dengan memanfaatkan kedua gaya yang mirip ini percobaan Millikan dilakukan untuk mengukur muatan elektron dengan menggunakan setetes minyak.