Gerak Vertikal Ke Bawah: Pengertian, Ciri, Rumus, Grafik, Pola Soal Dan Pembahasan
Pernahkah kalian men-dribble bola basket atau melihat orang sedang men-dribblebola basket? Perhatikan gambar di atas, ketika kita men-dribble bola basket berarti kita memberi gaya dorong kepada bola tersebut. Nah gaya dorong inilah yang kemudian memperlihatkan kecepatan pada bola basket sehingga bola sanggup bergerak ke bawah dengan cepat.
Dalam fisika gerak bola basket tersebut dinamakan Gerak Vertikal ke Bawah (GVB). Lalu tahukah kalian apa itu gerak vertikal ke bawah? Untuk menjawab pertanyaan ini silahkan kalian baca artikel ini dengan seksama.
Pengertian Gerak Vertikal ke Bawah
Gerak vertikal ke bawah atau disingkat GVB yaitu salah satu bentuk gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Sesuai dengan namanya, gerak vertikal ke bawah bermula dari posisi awal pada ketinggian tertentu menuju titik terendah (permukaan tanah).
Berbeda dengan gerak jatuh bebas (GJB) yang kecepatan awalnya sama dengan nol (v0 = 0), pada gerak vertikal ke bawah (GVB) kecepatan awal benda tidak sama dengan nol (v0 ≠ 0). Dengan kata lain, benda mengalami sebuah gaya tertentu yang menciptakan benda bergerak dengan kecepatan tertentu pula. Misalnya sebuah bola yang dilempar dari ketinggian h meter dengan kecepatan awal tertentu.
Gerak vertikal ke bawah dikatakan gerak lurus berubah beraturan alasannya yaitu kecepatannya berubah secara teratur. Kecepatan benda pada gerak vertikal ke bawah meningkat secara teratur dengan percepatan konstan yaitu sebesar percepatan gravitasi bumi (a = g). Karena kecepatan terus bertambah seiring bertambahnya waktu maka gerak vertikal ke bawah disebut juga gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat.
Dari penjelasan-penjelasan di atas, gerak vertikal ke bawah sanggup didefinisikan sebagai berikut:
Gerak Vertikal ke Bawah atau GVB yaitu gerak lurus berubah beraturan dalam arah vertikal (atas ke bawah) dengan kecepatan awal tertentu serta mengalami percepatan sebesar percepatan gravitasi bumi (a = g). |
Poin penting yang harus kalian ingat dalam konsep gerak vertikal ke bawah adalah percepatan benda bernilai positif sehingga kecepatan sehabis t detik (vt) akan lebih besar dari kecepatan awalnya (v0) selama benda belum menyentuh tanah dan berhenti. Sebenarnya bila ditinjau dari segi vektor, pada gerak vertikal ke bawah maupun pada gerak vertikal lainnya menyerupai gerak jatuh bebas dan gerak vertikal ke atas, nilai percepatan benda selalu berharga negatif alasannya yaitu arahnya ke bawah.
Namun untuk mempermudah dalam memahami dan menghafal rumus-rumus besaran pada gerak vertikal, nilai percepatan benda diasumsikan positif alasannya yaitu harga positif atau negatif sangat mempunyai kegunaan untuk membedakan rumus besaran pada gerak vertikal tersebut, terutama untuk rumus gerak vertikal ke bawah dan gerak vertikal ke atas.
Baca juga: Pengertian, Ciri, Rumus, Grafik, Contoh Soal dan Pembahasan Gerak Vertikal ke Atas (GVA).
Baca juga: Pengertian, Ciri, Rumus, Grafik, Contoh Soal dan Pembahasan Gerak Vertikal ke Atas (GVA).
Ciri-Ciri Gerak Vertikal ke Bawah
Suatu benda dikatakan bergerak vertikal ke bawah (GVB) apabila memenuhi ciri-ciri atau karakteristik sebagai berikut:
1 | Benda bergerak dari atas ke bawah dengan permukaan tanah sebagai titik acauannya. |
2 | Lintasan gerak benda berupa garis lurus vertikal |
3 | Perpindahan benda terjadi pada sumbu Y (arah vertikal) |
4 | Memiliki kecepatan awal (v0 ≠ 0) |
5 | Percepatan benda sama dengan percepatan gravitasi bumi (a = g) |
Sama halnya dengan gerak jatuh bebas, pada gerak vertikal ke bawah juga berlaku Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Dimana energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) di semua titik sepanjang lintasan sama besar. Ketika berada di titik tertinggi, benda mempunyai energi kinetik minimum dan energi potensial maksimum. Sebaliknya, di titik terendah (sesaat sebelum menyentuh tanah), benda mempunyai energi kinetik maksimum dan energi potensial minimum.
Rumus-Rumus Pada Gerak Vertikal ke Bawah
Sebenarnya rumus pada gerak vertikal ke bawah (GVB) itu sama saja dengan rumus pada gerak jatuh bebas (GJB) hanya saja pada gerak vertikal ke bawah kecepatan awalnya tidak sama dengan nol. Namun untuk lebih memantabkan lagi pemahaman kalian mengenai rumus besaran fisika pada gerak vertikal yang arahnya ke bawah, kita akan bahas satu persatu lagi dimulai dari awal.
Untuk menurunkan rumus besaran-besaran pada gerak vertikal ke bawah (GVB) kita sanggup memakai rumus utama pada gerak lurus berubah beraturan. Rumus utama dalam GLBB tersebut yaitu sebagai berikut:
Rumus Utama GLBB
vt | = | v0 ± at | …………………………………pers. (1) |
s | = | s0 + v0t ± ½ at2 | …………………………………pers. (2) |
vt2 | = | v02 ± 2as | …………………………………pers. (3) |
Dalam gerak vertikal ke bawah (GVB) terdapat beberapa rumus umum yang sanggup dipakai untuk menuntaskan soal-soal fisika yang berafiliasi dengan gerak vertikal ke bawah. Rumus-rumus tersebut yaitu:
1. Rumus Kecepatan Awal Benda
Pada gambar di atas terlihat perbedaan antara gerak jatuh bebas (GJB) dengan gerak vertikal ke bawah (GVB). Jika pada gerak jatuh bebas kecepatan awal benda yaitu nol maka pada gerak vertikal ke bawah kecepatan awal benda tidak sama dengan nol.
v0 | ≠ | 0 | …………………………………pers. (4) |
Namun bila dilihat menurut arah gerak dan prinsip geraknya, gerak vertikal ke bawah dengan gerak jatuh bebas mempunyai persamaan yaitu sama-sama bergerak ke bawah dengan percepatan tetap sebesar g.
Dari beberapa sumber buku ada yang menyatakan bahwa gerak jatuh bebas dibedakan dari gerak vertikal ke bawah alasannya yaitu perbedaan kecepatan awalnya. Namun beberapa sumber buku yang lain menyatakan GJB dan GVB digabungkan menjadi satu jenis yaitu gerak vertikal ke bawah, dimana gerak jatuh bebas merupakan gerak vertikal ke bawah yang kecepatan awalnya sama dengan nol.
2. Rumus Percepatan Benda
Sama menyerupai gerak jatuh bebas (GJB), arah gerak vertikal ke bawah (GVB) juga searah dengan arah gravitasi bumi yaitu menuju sentra bumi. Karena searah dengan gravitasi bumi, maka benda yang ber-GVB mengalami percepatan sehingga kecepatannya bertambah secara teratur.
Pada gerak vertikal ke bawah, percepatan yang dialami benda yaitu percepatan gravitasi bumi sehingga percepatan benda sanggup disimbolkan dengan g. Karena arah gerak benda searah dengan percepatan gravitasi bumi maka percepatan benda pada gerak vertikal ke bawah berharga positif.
a | = | g | …………………………………pers. (5) |
Dengan: | |||
g | = | 9,8 m/s2 atau 10 m/s2 | |
Jika dalam soal nilai g tidak diketahui, maka kita gunakan nilai 10 m/s2 sebagai nilai percepatan gravitasi pada gerak jatuh bebas atau jenis gerak vertikal lainnya.
3. Rumus Perpindahan Benda
Perpindahan merupakan selisih antara posisi final dengan posisi awal. Karena dalam gerak vertikal ke bawah perpindahannya terjadi dalam arah vertikal, maka perpindahan benda memperlihatkan perubahan ketinggian sehingga pada gerak vertikal ke bawah perpindahan biasanya disimbolkan dengan h.
Tetapi kalian harus tahu bahwa h disini yaitu perpindahan dan tidak sama dengan ketinggian. Dalam gerak vertikal ke bawah, perpindahan diukur dari atas (posisi awal) menuju ke bawah (tanah atau lantai). Sedangkan ketinggian benda diukur dari bawah (tanah) menuju ke atas (posisi ketinggian benda).
Dengan mensubtitusikan persamaan 4 dan 5 ke persamaan 2, maka besar perpindahan benda pada gerak vertikal ke bawah sanggup dihitung dengan rumus:
s | = | s0 + v0t ± ½ at2 | |
h | = | 0 + v0t + ½ gt2 | |
h | = | v0t + ½ g.t2 | …………………………………pers. (6) |
Dengan: | |||
h | = | Perpindahan (m) | |
v0 | = | kecepatan awal (m/s) | |
g | = | percepatan gravitasi bumi (m/s2) | |
t | = | waktu (s) | |
4. Rumus Kecepatan Setelah t Detik
Pada gerak vertikal ke bawah (GVB), kecepatan awalnya tidak sama dengan nol sehingga kecepatan benda sehabis bergerak selama t detik akan bergantung juga pada kecepatan awalnya. Misal benda bergerak dengan kecepatan awal v0 seperti pada gambar di atas.
Saat benda mencapai posisi kedua menyerupai gambar di atas, maka kecepatan benda berkembang menjadi vt yaitu kecepatan benda sehabis t detik yang telah mengalami percepatan. Dengan mensubtitusikan persamaan 4 dan 5 ke persamaan 1, maka rumus kecepatan benda sehabis t detik pada GVB yaitu sebagai berikut:
vt | = | v0 ± at | |
vt | = | v0 + gt | …………………………………pers. (7) |
Sedangkan bila persamaan 4 dan 5 kita subtitusikan ke persamaan 3 maka kita akan mendapat rumus kecepatan sehabis t detik sebagai berikut:
vt2 | = | v02 ± 2as | |
vt2 | = | v02 + 2gh | …………………………………pers. (8) |
Keterangan: | |||
vt | = | kecepatan benda sehabis t detik (m/s) | |
v0 | = | kecepatan awal (m/s) | |
g | = | percepatan gravitasi bumi (m/s2) | |
t | = | waktu (s) | |
h | = | perpindahan benda (m) | |
5. Rumus Ketinggian Benda
Gambar di atas memperlihatkan relasi antara ketinggian benda dan perpindahannya. Misalkan benda berada pada ketinggian awal h0 kemudian bergerak ke posisi tengah dengan perpindahan sebesar s. Pada titik tersebut, ketinggian benda dilambangkan dengan h’.
Perpindahan (s) pada gerak vertikal umumnya dilambangkan dengan h. Berdasarkan gambar di atas dan juga persamaan 6, maka ketinggian benda sehabis bergerak selama t detik sanggup dihitung dengan rumus sebagai berikut:
h' | = | h0 – h | |
h' | = | h0 – (v0t + ½ g.t2) | ………………………………pers. (9) |
Dengan: | |||
h’ | = | ketinggian benda sehabis t detik (m) | |
h | = | perpindahan benda (m) | |
h0 | = | ketinggian mula-mula benda (m) | |
v0 | = | kecepatan awal benda (m/s) | |
g | = | percepatan gravitasi bumi (m/s2) | |
t | = | waktu (s) | |
6. Rumus Waktu Mencapai Titik Terendah
Karena benda yang bergerak dengan kecepatan awal v0 yang tidak sama dengan nol, maka untuk ketinggian yang sama, benda yang bergerak vertikal ke bawah akan lebih cepat mencapai tanah dibandingkan dengan benda yang bergerak jatuh bebas. Waktu yang diharapkan benda untuk mencapai tanah pada gerak vertikal ke bawah sanggup ditentukan dengan memakai persamaan 6 yaitu sebagai berikut:
h | = | v0t + ½ g.t2 | |
½ g.t2 + v0t – h = 0 | …………………………………pers. (10) | ||
Dengan: | |||
v0 | = | kecepatan awal (m/s) | |
h | = | Perpindahan (m) | |
g | = | percepatan gravitasi bumi (m/s2) | |
t | = | waktu (s) | |
Persamaan 10 di atas merupakan bentuk persamaan kuadrat sehingga untuk memilih nilai t kita harus memakai prinsip persamaan kuadrat yaitu mencari akar-akar persamaan kuadrat.
Jika semua rumus-rumus diatas dikumpulkan jadi satu maka akan menjadi rumus utama dalam gerak vertikal ke bawah yang sanggup kalian pergunakan untuk menuntaskan kasus yang berafiliasi dengan gerak vertikal ke bawah (GVB).
Rumus Utama Gerak Vertikal ke Bawah (GVB)
h | = | v0t + ½ g.t2 | → perpindahan sehabis t detik |
vt | = | v0 + g.t | → kecepatan sehabis t detik |
vt2 | = | v02 + 2gh | |
h' | = | h0 – (v0t + ½ g.t2) | → ketinggian sehabis t detik |
Grafik Gerak Vertikal ke Bawah
Secara umum grafik GVB sama saja dengan grafik GJB, akan tetapi alasannya yaitu pada gerak vertikal ke bawah terdapat kecepatan awal yang berarti kecepatan benda (vt) menjadi lebih besar dan waktu mencapai tanah lebih cepat maka posisi kurva pada sumbu XY dan kemiringan kurva agak sedikit berbeda dengan grafik GJB.
1. Grafik Hubungan Perpindahan terhadap Waktu (Grafik s-t) Pada GVB
Bentuk kemiringan kurva pada grafik s-t pada GVB tentunya lebih besar dari grafik s-t GJB karena GVB mempunyai percepatan awal sehingga waktu untuk mencapai perpindahan terbesar menjadi lebih cepat.
2. Grafik Hubungan Ketinggian terhadap Waktu (Grafik h-t) Pada GVB
Ketinggian merupakan kebalikan dari perpindahan. Ketinggian benda diukur dari bawah ke atas yaitu dari permukaan tanah menuju posisi ketinggian benda. Ketinggian merupakan besaran skalar sehingga nilainya selalu positif. Dari grafik h – t di atas terlihat bahwa semakin bertambahnya waktu ketinggian benda semakin berkurang alasannya yaitu benda bergerak ke bawah. Dan pada titik final (di tanah) ketinggian benda yaitu nol.
3. Grafik Hubungan Kecepatan terhadap Waktu (Grafik v-t) Pada GVB
Grafik v-t pada GVB tentunya agak sedikit berbeda dengan grafik v-t GJB, alasannya yaitu gerak vertikal ke bawah mempunyai percepatan awal maka kurva tidak dimulai dari titik sentra (0,0) sumbu XY. Dari grafik di atas terlihat mula-mula kecepatan benda sebesar v0 kemudian bertambah secara teratur seiring bertambahnya waktu.
4. Grafik Hubungan Percepatan terhadap Waktu (Grafik a-t) Pada GVB
Semua jenis gerak vertikal menyerupai gerak jatuh bebas, gerak vertikal ke bawah dan gerak vertikal ke atas, percepatan gravitasi yang dialami benda berharga negatif alasannya yaitu arahnya ke bawah. Tidak hanya pada gerak vertikal saja, pada gerak parabola juga berlaku percepatan gravitasi tersebut. Pada grafik a – t di atas terlihat terang bahwa besar percepatan gravitasi konstan -9,8 m/s2.
untuk lebih memahami klarifikasi ihwal grafik gerak benda, silahkan kalian pelajari lebih lanjut artikel ihwal jenis-jenis grafik gerak benda dan cara membacanya.
Contoh Soal Tentang Gerak Vertikal ke Bawah Beserta Penyelesaiannya
Sebuah benda dilemparkan dari sebuah gedung yang tingginya 20 m. benda tersebut datang di tanah pada selang waktu 5 sekon (g = 10 m/s2). Tentukan kecepatan yang diberikan kepada benda tersebut.
Penyelesaian
h = 20 m
t = 5 sekon
Dengan memakai persamaan 6, diperoleh:
h = v0t + ½ g.t2
v0 = (h – ½ gt2)/t
v0 = [20 – (½ × 10 × 52)]/5
v0 = (20 – 125)/5
v0 = – 21 m/s
jadi kecepatan yang diberikan pada benda adalah – 20 m/s2. Tanda negatif menyatakan bahwa kecepatan bergerak ke bawah. Kecepatan merupakan besaran vektor jadi selain mempunyai nilai juga mempunyai arah.
Demikianlah artikel ihwal definisi gerak vertikal ke bawah (GVB), ciri-ciri, rumus serta pola soal ihwal gerak vertikal ke bawah dan pembahasannya. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel berikutnya.