Gerak Jatuh Bebas: Arti, Rumus, Penerapan, dan Contoh Soal
Dalam Ilmu Fisika khususnya yang membahas soal gerak benda, ada yang namanya gerak jatuh bebas. Gerak ini punya banyak kegunaan dalam kehidupan sehari-hari, seperti untuk mengukur ketinggian gedung sampai kedalaman jurang.
Apa sebenarnya gerak ini? Bagaimana pula rumus, penerapan, dan contoh soalnya? Simak penjelasan lengkap soal gerak jatuh bebas berikut ini!
Pengertian Gerak Jatuh Bebas
Dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), gerak berarti peralihan tempat atau kedudukan, baik hanya sekali maupun berkali-kali. Sedangkan jatuh artinya (terlepas dan) turun atau meluncur ke bawah dengan cepat karena gravitasi bumi (baik ketika masih dalam gerakan turun maupun sesudah sampai ke tanah dan sebagainya).
Lalu, bebas berarti lepas sama sekali (tidak terhalang, terganggu, dan sebagainya sehingga dapat bergerak, berbicara, berbuat, dan sebagainya dengan leluasa). Menurut pengertian Kemdikbud, gerak jatuh bebas adalah gerak vertikal ke bawah tanpa kecepatan awal, hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi.
Gerak jatuh bebas adalah suatu gerak yang lurus dalam satu dimensi karena gaya gravitasi, dengan mendapatkan percepatan yang sama besar yaitu sebesar percepatan gravitasi bumi yang diberi simbol g.
Contoh gerak jatuh bebas adalah jatuhnya buah apel dari pohon ke bumi, yang juga jadi awal mula Sir Isaac Newton menemukan gaya gravitasi bumi. Apel yang jatuh dari pohon ini akan jatuh secara bebas ke bumi, hanya dipengaruhi oleh tinggi tempat ia jatuh dan juga gravitasi bumi.
Gerak ini termasuk dalam gerak lurus berubah beraturan (GLBB), lebih spesifik GLBB dipercepat karena adanya gravitasi bumi.
Seperti dikatakan di atas, tak ada kecepatan awal, yang artinya tak ada gaya dorong dalam gerak jatuh bebas. Hal tersebut berbeda dengan misal gerak benda di lantai yang harus mendapatkan gaya dorong untuk bergerak.
Pada zaman dulu, Aristoteles mengatakan bahwa gerak jatuh ke bawah, benda dengan massa lebih besar akan jatuh lebih cepat dibanding benda dengan massa yang kecil.
Anggapan ini bertahan beberapa abad sampai zaman Galileo Galilei yang kemudian mengungkapkan bahwa massa tak ada kaitannya dengan gerak ini, hanya ketinggian, waktu, dan gaya gravitasi saja yang berpengaruh. Hal ini dengan mengabaikan gaya gesek dengan udara.
Percepatan Gerak Jatuh Bebas
Dalam gerak jatuh bebas, hambatan udara serta gesekan diabaikan. Artinya, kecepatan benda tersebut saat jatuh tergantung percepatan gravitasinya. Artinya, percepatannya konstan (tetap) dan besarnya sama dengan percepatan gravitasi bumi.
Massa tak berpengaruh terhadap waktu yang dibutuhkan benda saat jatuh, tetapi ketinggian menjadi faktor dalam waktu yang dibutuhkan tersebut. Ini berarti jika ada dua benda dengan massa berbeda jatuh dari ketinggian yang sama, jika gesekan diabaikan, keduanya akan memiliki waktu tempuh yang sama.
Rumus Gerak Jatuh Bebas
Rumus gerak jatuh bebas bisa diambil dari rumus umum gerak yang dipengaruhi gaya gravitasi, yaitu:
h = Vo . t + (1/2) g t2
Dalam hal ini, ada syarat khusus dalam gerak ini, yaitu kecepatan awal harus 0, jadi:
h = (1/2) g t2
dengan,
h = ketinggian benda
g = percepatan gravitasi bumi
t = waktu
Vo = kecepatan awal
Selain itu, ada beberapa rumus yang perlu diketahui karena berhubungan dengan gerak jatuh bebas.
Gaya yang ada dalam gerak ini (F) adalah hasil perkalian massa dengan gravitasi.
F = m.g
Sedangkan percepatan gerak (a) dalam gerak jatuh bebas sama dengan percepatan gravitasi bumi (g).
a = g
Lalu, kecepatan benda (v) saat jatuh adalah hasil perkalian gravitasi (g) dengan waktu (t).
v = g.t
Terakhir, posisi (y) dari benda bisa ditentukan sama dengan rumus ketinggian.
y = (1/2) g t2
Baca juga: Pengertian Gelombang Elektromagnetik, Sejarah, Sumber, dan Jenisnya
Penerapan Gerak Jatuh Bebas dalam Kehidupan
Dalam kehidupan sehari-hari, gerak jatuh bebas digunakan dalam berbagai hal, contohnya:
-
Mengukur Ketinggian Bangunan
Hal ini bisa dilakukan dengan menjatuhkan benda dari puncak bangunan, kemudian didapat waktu yang diperlukan untuk benda tersebut sampai ke tanah. Setelah itu, ketinggian bisa didapatkan dengan menggunakan rumus gerak jatuh bebas.
-
Mengukur Kedalaman Kolam
Cara yang sama bisa digunakan untuk mengukur kedalaman kolam, dengan catatan kolam masih kosong dan belum terisi air. Kedalaman bisa didapat dengan menjatuhkan benda dan menghitung waktu yang diperlukan untuk sampai ke dalam kolam. Setelah itu, kedalaman bisa dicari dengan rumus umum gerak jatuh bebas.
Contoh Soal
Berikut ini adalah beberapa contoh soal gerak jatuh bebas yang kerap muncul di ujian sekolah maupun ujian masuk perguruan tinggi:
- Adi berada di tepi jurang, dan ia penasaran dengan kedalaman jurang tersebut. Adi lalu menjatuhkan sebuah batu dan menghitung butuh waktu tiga detik untuk batu tersebut sampai di dasar jurang. Berapa kedalaman jurang tersebut?
Jawaban:
Untuk menghitung kedalaman jurang, karena waktu sudah diketahui, bisa langsung menggunakan rumus gerak jatuh bebas.
t = 3s
h = (1/2) g t2
h = (1/2) (10) (3)2
h = 45
Dari penyelesaian tersebut diketahui kedalaman jurang tersebut adalah 45 meter.
- Buah apel jatuh dari ketinggian 5 meter, berapa kecepatan apel tersebut saat menyentuh tanah?
Jawaban:
Untuk mengetahui kecepatan, bisa didapat dengan sedikit modifikasi dari rumus gerak jatuh bebas. Kecepatan biasanya ditulis dengan v adalah hasil dari waktu kali gravitasi.
v = g.t
h = (1/2) g t2
t2 = 2h/g
v2 = 2.g.h
v2 = 2 x 10 x 5
v2 = 100
v = 10
Dari penyelesaian tersebut, diketahui bahwa kecepatan apel saat menyentuh tanah adalah 10 m/s.
- Sebuah kelapa jatuh dari pohon membutuhkan waktu 2 detik. Berapa kecepatan kelapa saat jatuh ke tanah?
Jawaban:
Kecepatan bisa didapat dengan rumus kecepatan, yaitu gravitasi kali waktu. Jadi,
t = 2s
v = g.t
v = 10 x 2
v = 20
Jadi, dari penyelesaian tersebut diketahui bahwa kecepatan kelapa saat jatuh ke tanah adalah 20 m/s.
Demikian penjelasan lengkap tentang pengertian, rumus, contoh soal, dan manfaat gerak jatuh bebas. Pembelajaran mengenai materi ini akan dibahas lebih dalam di mata pelajaran fisika. Tentunya, pembelajaran sambil praktik diperlukan agar siswa dengan mudah memahaminya. Di Sampoerna Academy, pembelajaran sambil praktik diterapkan di setiap kelas.
Hal tersebut dilakukan untuk mendukung untuk memotivasi eksplorasi, kolaborasi, kreativitas, serta penerapan pengetahuan dan keterampilan. Selain itu, guru juga akan memfasilitasi pembelajaran melalui kerja kelompok dan skenario pembelajaran kehidupan nyata.
Untuk informasi lebih lanjut terkait pendaftaran, kurikulum, kunjungan, dan informasi seputar Sampoerna Academy silakan mengisi data di bawah ini.
[formidable id=7]
Referensi