Ingin mempelajari teori mengenai Gerak Vertikal? Tertarik juga untuk mengerjakan soal latihan terkait materi ini? Kamu bisa mendapatkan penjelasan materi beserta soal latihannya di sini. Yuk, langsung saja disimak!
Lewat pembahasan ini, kamu bisa belajar mengenai Gerak Vertikal. Kamu akan diajak untuk memahami materi dan tentang metode menyelesaikan soal.
Kamu juga akan memperoleh latihan soal interaktif yang tersedia dalam tiga tingkat kesulitan, yaitu mudah, sedang, dan sukar. Tertarik untuk mempelajarinya?
Sekarang, kamu bisa mulai mempelajari materi lewat uraian berikut. Apabila materi ini berguna, bagikan ke teman-teman kamu supaya mereka juga mendapatkan manfaatnya.
Kamu dapat download modul & kumpulan soal dalam bentuk pdf pada link dibawah ini:
Definisi
Gerak vertikal adalah gerak dengan arah vertikal, serta merupakan gerak lurus berubah beraturan (dengan asumsi hambatan udara diabaikan). Arah gerak bisa ke atas yaitu materi gerak vertikal ke atas atau ke bawah disebut gerak vertikal ke bawah.
Percepatan dan perlambatan yang muncul pada gerak vertikal diakibatkan oleh gaya gravitasi. Arah gaya gravitasi yang mengarah ke pusat massa bumi mengakibatkan adanya percepatan yang arahnya ke bawah. Sehingga pada rumus gerak vertikal berlaku nilai percepatan $a$ sebesar $-g,$ dengan demikian persamaan GLBB pada gerak vertikal menjadi seperti deretan persamaan berikut.
1. Persamaan Posisi
Posisi benda yang bergerak dengan percepatan $a$ adalah $r(t)=r_{0}+v_{0}t+\frac{1}{2}at^{2}$.
Karena gerak vertikal hanya terjadi pada arah vertikal saja (sepanjang sumbu $y$ dan percepatannya selalu negatif yaitu $-g$) maka posisi benda dinyatakan seperti persamaan (1) berikut ini.
\begin{equation}
y(t)=y_{0}+v_{0y}t-\frac{1}{2}gt^{2}
\end{equation}
dengan $y_{0}$ adalah posisi awal benda; $v_{0y}$ kecepatan awal arah vertikal. Tanda negatif pada $g$ menunjukkan vektor percepatan $g$ mengarah ke bawah.
Hal ini juga berlaku pada nilai $v_{0y}$dan $y_{0}$, jika menurut titik acuan arah kecepatan awal mengarah ke bawah maka $v_{0y}$ juga harus negatif dan jika $y_{0}$ berada di bawah titik acuan, maka nilai $y_{0}$ juga harus negatif.
2. Persamaan Kecepatan
Kecepatan benda yang bergerak dengan percepatan $a$ adalah $v(t)=v_{0}+at.$ Karena gerak vertikal hanya terjadi pada arah vertikal saja (sepanjang sumbu $y$ dan percepatannya selalu negatif yaitu $-g$) maka kecepatan benda setelah $t$ detik dinyatakan seperti persamaan (2) berikut ini.
\begin{equation}
v_{y}(t)=v_{0y}-gt
\end{equation}
Dari persamaan (1) dan (2) kita dapatkan persamaan berikut.
\begin{equation}
2g\Delta y=2g\left[y(t)-y_{0}\right]=\left(v_{y}(t)\right)^{2}-\left(v_{0y}\right)^{2}
\end{equation}
atau dengan menghilangkan indeks $y$ dan $t$ didapatkan persamaan
\begin{equation}
2g\Delta y=v_{t}^{2}-v_{0}^{2}
\end{equation}
Persamaan (4) akan sangat membantu untuk menyelesaikan masalah gerak vertikal tanpa menghitung waktu terlebih dahulu.
3. Beberapa Kondisi Khusus
(a) Ketinggian Maksimum
Jika sebuah benda dilempar dari permukaan bumi ($y_{0}=0$) ke atas dengan kecepatan tertentu (diasumsikan kecepatan tidak cukup mengakibatkan benda meninggalkan atmosfer Bumi) maka pada titik terntentu benda akan kembali bergerak ke permukaan Bumi. Titik dimana benda berganti arah gerak disebut titik maksimum. Pada titik maksimum nilai kecepatannya adalah nol. Sehingga dari persamaan (4) kita dapatkan ketinggian maksimum.
\begin{equation}
y_{maks}=\frac{v_{0}^{2}}{2g}
\end{equation}
(b) Waktu di Udara
Karena pada ketinggian maksimum kecepatan benda adalah nol maka dari persamaan (2) kita dapatkan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian makasimum adalah sebesar
\begin{equation}
t_{maks}=\frac{v_{0}}{g}
\end{equation}
Sehingga lama waktu benda berada di udara adalah
\begin{equation}
t_{udara}=2t_{maks}=\frac{2v_{0}}{g}
\end{equation}
Contoh Soal & Pembahasan
- Sebuah peluru ditembakkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 100 m/s. Jika percepatan gravitasi adalah 10 $\mbox{m/s}^{2}$. Hitunglah
(a) Kecepatan peluru setelah 11 detik.
(b) Ketinggian maksimum.
(c) Lama peluru berada di udara.
Penyelesaian:
(a) Kecepatan peluru setelah 11 detik adalah
$\begin{alignedat}{1}v_{y}(t) & =v_{0y}-gt\\
& =100-10\times11\\
& =-10\mbox{ m/s}
\end{alignedat}
$
Kecepatan sebesar -10 m/s menandakan bahwa peluru telah bergerak ke bawah dengan kelajuan 10 m/s.
(b). Ketinggian maksimum adalah
$\begin{alignedat}{1}y_{maks} & =\frac{v_{0}^{2}}{2g}\\
& =\frac{100^{2}}{20}\\
& =500\mbox{ m}
\end{alignedat}
$
(c) Lama peluru berada di udara.
$\begin{alignedat}{1}t_{udara} & =2t_{maks}\\
& =\frac{2v_{0}}{g}\\
& =\frac{200}{10}\\
& =20\mbox{ s.}
\end{alignedat}
$