Gerak Vertikal: Pengertian, Ciri, Rumus, Grafik, Pola Soal Dan Pembahasan
Coba kalian perhatikan gambar di bawah ini. Jika kita melemparkan suatu benda contohnya bola ke atas, maka sesudah mencapati titik tertentu bola tersebut akan bergerak kembali lagi ke bawah untuk mencapai permukaan tanah atau lantai. Di dalam fisika, gerak bola ketika dilempar ke atas dan kembali lagi ke tanah disebut dengan gerak vertikal. Lalu apa itu gerak vertikal dan bagaimana karakteristiknya? Untuk menjawab pertanyaan ini silahkan kalian baca sacara seksama klarifikasi berikut ini.
Pengertian Gerak Vertikal
Gerak vertikal merupakan gerak lurus berubah beraturan (GLBB), mengapa demikian? Kita tahu bahwa ciri-ciri gerak lurus berubah beraturan yakni kecepatannya berubah secara beraturan sebab imbas percepatan yang konstan atau tetap serta lintasannya yang berbentuk garis lurus.
Nah kecepatan benda yang bergerak vertikal itu dipengaruhi oleh percepatan gravitasi yang nilainya konstan sebesar 9,8 m/s2, sehingga nilai kecepatannya akan berubah secara teratur. Jika benda bergerak ke atas maka besar kecepatan benda akan berkurang secara teratur sedangkan jikalau benda bergerak ke bawah, kecepatan benda akan bertambah secara teratur.
Selain itu pada gerak vertikal lintasannya juga berbentuk garis lurus namun arahnya vertikal, bisa dari atas ke bawah atau dari bawah ke atas. Sehingga dengan demikian gerak vertikal sanggup dikategorikan sebagai gerak lurus berubah beraturan atau GLBB.
Jika benda bergerak ke atas, benda akan mengalami perlambatan (GLBB diperlambat) yang ditandai kecepatan semakin berkurang. Apabila benda bergerak ke bawah, benda akan mengalami percepatan (GLBB dipercepat) yang ditandai kecepatan benda semakin meningkat. Dengan demikian sanggup disimpulkan bahwa:
Gerak Vertikal yakni gerak lurus berubah beraturan dalam arah vertikal (dari bawah ke atas atau dari atas ke bawah) dengan percepatan konstan. Sebesar 9,8 m/s2(percepatan gravitasi bumi). Jika suatu benda bergerak dari bawah ke atas akan mengalami perlambatan sedangkan jikalau bergerak dari atas ke bawah, benda akan mengalami percepatan. |
Ciri-Ciri Gerak Vertikal
Suatu benda dikatakan bergerak vertikal apabila memenuhi beberapa ciri atau karakterisitik sebagai berikut:
1 | Benda bergerak dari bawah ke atas atau dari atas ke bawah dengan permukaan tanah sebagai acuannya |
2 | Lintasan gerak benda berupa garis lurus vertikal |
3 | Perpindahan benda terjadi pada sumbu Y (arah vertikal) |
4 | Kecepatan berubah teratur (diperlambat atau dipercepat) |
5 | Benda mengalami percepatan sebesar percepatan gravitasi bumi yaitu 9,8 m/s2 |
Ciri-ciri nomor 4 di atas, kecepatan benda diperlambat jikalau benda bergerak dari bawah ke atas dan dipercepat jikalau benda bergerak dari atas ke bawah, untuk memahami konsep ini, perhatikan gambar berikut ini.
Pada benda yang bergerak ke atas, arah kecepatan benda berlawanan dengan arah percepatan gravitasi bumi sehingga semakin usang benda bergerak ke atas, kecepatannya akan semakin berkurang. Oleh sebab itu benda mengalami perlambatan. Besar perlambatan yang dialami benda yakni sebesar percepatan gravitasi bumi (-9,8 m/s2).
Sedangkan pada benda yang bergerak ke bawah, arah kecepatan benda searah dengan arah percepatan gravitasi bumi sehingga semakin usang benda bergerak ke bawah, kecepatannya akan semakin meningkat. Oleh sebab itu benda mengalami percepatan sehingga geraknya disebut gerak lurus beraturan dipercepat.
Rumus-Rumus Pada Gerak Vertikal
Mari kita analisis lagi contoh gambaran gerak vertikal di awal artikel tadi. Suatu benda yang dilemparkan ke atas akan bergerak dengan lintasan menyerupai yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Misalkan benda yang dilempar ke atas dengan ketinggian awal ho maka benda akan menempuh lintasan A, B, C, D, E, F, dan G. Tetapi perlu kalian ketahui bahwa sesungguhnya bentuk lintasan benda yakni lurus dari posisi A ke posisi G bukan menyerupai pada gambar yang diilustrasikan melengkung antara titik C hingga E.
Penulis menggambarkan garis lengkung semoga supaya kalian bisa membedakan mana lintasan gerak ke atas dan mana lintasan gerak ke bawah, sebab jikalau digambarkan lurus, lintasan ke atas dan ke bawah akan berhimpit sehingga susah untuk dibedakan. Dari gambar lintasan A hingga G jikalau kita analisis , besaran-besaran yang bekerja pada benda digambarkan sebagai berikut.
Gambar di atas yakni gerakan suatu bola yang dilempar lurus ke atas dengan kecepatan awal vo. Lintasan bola dari titik A ke titik D menawarkan bola bergerak naik. Pada ketika bola naik, kecepatannya semakin berkurang hingga di titik tertinggi (D) kecepatan bola nol untuk sesaat. Gerak bola dari titik A hingga titik D ini dinamakan gerak vertikal ke atas (GVA).
Lintasan bola dari titik D menuju titik G menawarkan bola bergerak turun. Ketika bola bergerak turun, kecepatannya semakin bertambah hingga di titik awal (G = A) bola mengalami kecepatan v yang besarnya sama dengan vo. Gerak bola dari titik D menuju titik G ini dinamakan gerak vertikal ke bawah (GVB).
Akan tetapi perlu kalian ingat bahwa kecepatan awal gerak bola dari titik D ke titik G yakni nol (dititik tertinggi D nilai v = 0) sehingga gerak vertikal ke bawah tanpa kecepatan awal ini lebih sering disebut dengan gerak jatuh bebas (GJB). Dengan demikian pada perkara bola yang dilempar ke atas trus bergerak kembali ke tanah atau lantai terdapat dua jenis gerak vertikal yaitu gerak vertikal ke atas (GVA) dan gerak jatuh bebas (GJB).
Gerak vertikal | = | Gerak Vertikal ke Atas | + | Gerak Jatuh Bebas |
Untuk menurunkan rumus besaran-besaran pada gerak vertikal sanggup kalian pergunakan rumus pokok pada gerak lurus berubah beratuan (GLBB). Rumus ini bisa kalian temukan dalam artikel perihal perbedaan konsep, rumus, grafik pada GLB dan GLBB.
1. Ketinggian Maksimum (hmax)
Untuk memilih ketinggian maksimum, kita hitung posisi bola ketika kecepatannya sama dengan nol (v = 0) pada titik tertinggi. Pada ketika mula-mula t = 0, kecepatan awal bola vo dan percepatannya a = -g. Sehingga kita dapatkan persamaan:
v2 | = | vo2 + 2gh | |||
0 | = | vo2 + 2gh | |||
hmax | = | vo2 | ....................pers. (1) | ||
2g | |||||
Dengan: | |||||
hmax | = | ketinggian maksimum (m) | |||
vo | = | kecepatan awal (m/s) | |||
g | = | percepatan gravitasi (m/s2) | |||
2. Waktu untuk Mencapai Titik Tertinggi (tmax)
Dititik tertinggi v = 0, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik tertinggi sanggup dihitung dengan memakai rumus atau persamaan berikut.
v | = | vo − gt | ||
0 | = | vo − gt | ||
tmax | = | vo | ....................pers. (2) | |
g | ||||
3. Lama Benda Melayang di Udara (tAG)
Lama benda melayang di udara yakni waktu yang diharapkan bola untuk menempuh lintasan dari titik A hingga titik G, sehingga disebut juga waktu yang diharapkan bola untuk jatuh kembali. Berdasarkan gambar di atas, jikalau bola mula-mula bergerak dari tanah (ho = 0) maka waktu bola untuk kembali lagi ke tanah sanggup dicari dengan mengasumsikan nilai h = 0, sebab ketika bola di tanah tidak mempunyai ketinggian lagi.
Selain itu, kita juga sanggup memilih usang benda di udara dengan menganalisis waktu yang diharapkan bola untuk mencapai titik tertinggi. Dari gambar di atas, waktu yang diharapkan benda untuk bergerak dari posisi A ke posisi D sama dengan waktu bergerak dari D ke G.
Dengan demikian usang benda melayang di udara yakni dua kali waktu yang diharapkan benda untuk mencapai titik tertinggi. Secara matematis usang benda di udara dirumuskan sebagai berikut:
h | = | vot – ½ gt2 | |||
0 | = | vot – ½ gt2 | |||
½ gt2 | = | vot | |||
gt | = | 2vo | |||
tAG | = | 2vo | atau tAG = 2tmax | ..…………….pers. (3) | |
g | |||||
Dengan: | |||||
tmax | = | waktu untuk mencapai titik tertinggi (s) | |||
tAG | = | waktu yang diharapkan untuk jatuh kembali (s) | |||
v0 | = | kecepatan awal (m/s) | |||
g | = | percepatan gravitasi (m/s2) | |||
Grafik Gerak Vertikal
Gerak vertikal menyerupai pada perkara bola dilemparkan ke atas lalu bergerak kembali ke tanah merupakan adonan dari gerak vertikal ke atas dan gerak jatuh bebas. Oleh sebab itu bentuk grafiknya juga merupakan kombinasi dari grafik kedua jenis gerak tersebut.
Grafik Hubungan Ketinggian Terhadap Waktu (Grafik h-t) Pada Gerak Vertikal
Pada bola yang dilempar ke atas berarti terjadi perubahan kedudukan dari bawah ke atas oleh sebab itu posisi awal bola ada di tanah atau lantai. Meskipun sesudah bola mencapai titik tertinggi bola kembali lagi bergerak ke bawah yang berarti kedudukan berubah dari atas ke bawah, tetapi posisi awal bola yakni di tanah atau lantai sehingga posisi awal tidak berubah yaitu di tanah.
Oleh sebab itu untuk perkara benda yang dlempar ke atas lalu kembali lagi ke bawah, besar perpindahan (s) akan sama dengan besar ketinggian benda (h) sehingga bentuk grafik s-t akan sama dengan grafik h-t pada gerak vertikal. Dari gambar grafik h-t di atas menawarkan bahwa ketinggian mula-mula bola yakni nol, lalu seiring bertambahnya waktu, ketinggian terus meningkat.
Sampai pada titik tertinggi (tmax) ketinggian bola tidak bertambah lalu dari titik tertinggi tersebut ketinggian bola terus menurun hingga jadinya ketinggian bola nol ketika mencapai tanah. Bentuk kurvanya yakni garis parabola terbuka ke bawah.
Grafik Hubungan Kecepatan Terhadap Waktu (Grafik v-t) Pada Gerak Vertikal
Kecepatan merupakan besaran vektor, jadi wajib mempunyai arah. Dalam fisika, benda yang bergerak ke kanan atau ke atas mempunyai kecepatan konkret sedangkan benda yang bergerak ke kiri atau ke bawah mempunyai kecepatan negatif. Dari grafik v-t di atas menawarkan bahwa ketika bola dilempar ke atas, mula-mula kecepatan bola v0 kemudian seiring bertambahnya waktu kecepatan semakin menurun.
Setelah mencapai titik tertinggi (tmax) kecepatan bola nol, lalu kecepatannya bertambah namun nilai kecepatanya negatif sebab benda bergerak ke bawah. Karena gerak benda searah percepatan gravitasi, maka benda mengalami percepatan sehingga kecepatannya semakin usang semakin meningkat.
Grafik Hubungan Kelajuan Terhadap Waktu (Grafik v-t) Pada Gerak Vertikal
Grafik v-t (kelajuan) sesungguhnya yakni grafik v-t (kecepatan) yang tidak mempunyai arah. Karena kita tahu bahwa kelajuan yakni besaran skalar. Dari grafik sanggup dilihat bahwa mula-mula kelajuan bola yang dilempar ke atas yakni v0 karena bergerak ke atas kelajuan bola semakin menurun sebab diperlambat oleh g.
Ketika hingga dititik tertinggi (tmax), kelajuan bola nol, lalu semakin usang semakin meningkat sebab bola bergerak ke bawah searah percepatan gravitasi yang menciptakan bola tersebut mengalami percepatan yang signifikan. Kemudian sesaat sebelum menyentuh tanah kelajuan bola mencapai nilai maksimum dimana besar v = v0.
Grafik Hubungan Percepatan Terhadap Waktu (Grafik v-t) Pada Gerak Vertikal
Semua gerak vertikal dipengaruhi oleh percepatan gravitasi bumi yang besarnya 9,8 m/s2. Karena percepatan gravitasi bumi arahnya ke bawah, maka nilainya negatif. Dari grafik sanggup dilihat bahwa percepatan gravitasi yang mempengaruhi gerak vertikal bola baik ke atas maupun ke bawah yakni konstan -9,8 m/s2.
Contoh Soal Tentang Gerak Vertikal dan Penyelesaiannya
Sebuah bola dilempar vertikal ke atas dengan percepatan 60 m/s. jikalau percepatan gravitasi g = 10 m/s2, tentukan:
a) waktu yang diharapkan bola untuk mencapai tinggi maksimum
b) ketinggian maksimum yang sanggup dicapai bola
c) kecepatan bola ketika datang di tanah
d) waktu yang diharapkan bola untuk kembali ke tanah
penyelesaian
diketahui:
v0 = 60 m/s
g = 10 m/s2
a) waktu untuk mencapai titik tertinggi (tmax) sanggup dicari dengan memakai persaman 2 di atas.
tmax = v0/g
tmax = 60/10
tmax = 6 sekon
jadi waktu yang diharapkan bola untuk mencapai titik tertinggi yakni 60 detik.
b) ketinggian maksimum (hmax) sanggup ditentukan dengan memakai persamaan 1 di atas.
hmax = v02/2g
hmax = (60)2/[2(10)]
hmax = 3600/20
hmax = 180 m
jadi ketinggian maksimal yang bisa dicapai bola yakni 180 meter dari permukaan tanah.
c) kecepatan pada ketika datang di tanah (vt) sama dengan kecepatan bola ketika di lempar dari tanah (v0), hanya saja tandanya negatif (-)
vt = -v0 = -60 m/s
jadi kecepatan bola ketika datang di tanah yakni -60 m/s.
d) waktu yang diharapkan bola untuk kembali ke tanah atau bisa kita sebut usang benda melayang di udara sanggup dicari dengan memakai persamaan 3.
tAG = 2tmax
tAG = 2 × 6 sekon
tAG = 12 sekon
jadi waktu yang diharapkan bola untuk mencapai tanah yakni 12 detik.
Demikianlah artikel perihal definisi, ciri-ciri, rumus dan grafik pada gerak vertikal ke atas dan gerak vertikal ke bawah (gerak jatuh bebas) beserta contoh soal dan penuyelesaiannya. Semoga sanggup bermanfaat untuk Anda, terimakasih atas kunjungannya dan hingga jumpa di artikel berikutnya.