Halaman
35Gerak LurusPada peluncuran sebuah roket, roket akan menempuh lintasan lurusvertikal ke atas dengan percepatan yang sangat besar. Coba jelaskan, termasukgerak apakah peristiwa peluncuran roket tersebut?Sumber: Catalogue (GK) 1998Tujuan PembelajaranGerak LurusBabII•Anda dapat menganalisis besaran fisika pada gerak dengan kecepatan danpercepatan konstan.K ata Kunci•Dinamika•Velicometer•Kecepatan Sesaat•Gerak Jatuh Bebas•Kecepatan•Kedudukan•Percepatan Sesaat•Spidometer•Jarak•Kelajuan•Percepatan Rata-Rata•Ticker Timer•Kecepatan•Percepatan•Gerak Lurus Beraturan •Gerak Rata-Rata•Kinematika•Perpindahan•Gerak Lurus Berubah Beraturan
36Fisika SMA/MA Kelas XP eta Konsepterdiri atasGLBGLBBGerakGerak semuGerak lurusTitik acuanGerak relatif– Gerak matahari– Pohon berjalan– Bulan mengikutiketika kita bergerakKelajuanKecepatanPercepatanBesaranSkalarBesaranVektorBesaranVektorcontohmemilikiterdiri atasmerupakanmerupakanmerupakanOrangnaik buscontohDiamBergerakTitik acuannyaterminalTitik acuannyabusdikatakanjikajikamemerlukanv=xt''rumusa=vt''rumusrumusvt =v0 – a · ts = 2012vtat202–2tvv as
37Gerak LurusKolom Diskusi 2.1Pada kehidupan sehari-hari Anda pasti pernah melihat orang yang berjalan,mobil yang melaju, mangga jatuh dari pohonnya, dan lain sebagainya. Semuaitu Anda katakan sebagai contoh gerak. Lantas, apa yang dimaksud dengangerak?Di SMP Anda telah mempelajari bahwa benda dikatakan bergerak apabilakedudukannya senantiasa berubah terhadap suatu acuan tertentu. Misalnya,Anda sedang duduk di dalam kereta api yang bergerak meninggalkan stasiun.Anda dikatakan bergerak apabila yang dijadikan titik acuan stasiun kereta api,hal ini karena kedudukan Anda terhadap stasiun kerta api senantiasa berubah.Namun, jika yang dijadikan titik acuan kereta api, maka Anda dikatakan tidakbergerak, karena kedudukan Anda dengan kereta api tetap.Pada bab ini Anda akan mempelajari tentang kinematika. Kinematika merupa-kan ilmu yang mempelajari tentang gerak tanpa memperhatikan penyebabtimbulnya gerak. Sedangkan ilmu yang mempelajari gerak suatu benda denganmemperhatikan penyebabnya disebut dinamika. Dinamika akan Anda pelajaripada saat Anda mempelajari hukum-hukum Newton.Di SMP Anda telah mempelajari mengenai gerak (gerak semu dan gerakrelatif). Sekarang diskusikan dengan teman sebangku Anda tentang artigerak, macamnya, dan contoh-contohnya. Diskusikan juga tentang orangyang diam apakah dapat dikatakan bergerak!A. Jarak dan PerpindahanPada fisika, jarak dan perpindahan memiliki pengertian yang berbeda.Jarak diartikan sebagai panjang lintasan yang ditempuh oleh suatu bendadalam selang waktu tertentu, dan merupakan besaran skalar. Perpindahanadalah perubahan kedudukan suatu benda dalam selang waktu tertentudan merupakan besaran vektor. Perhatikan Gambar 2.1 berikut!Gambar 2.1Jarak dan perpindahanABC
38Fisika SMA/MA Kelas XUcok berjalan dari titik A ke titik B sejauh 8 m, kemudian belok kekanan sejauh 6 m dan berhenti di C. Total perjalanan yang ditempuh olehUcok adalah 8 meter ditambah 6 meter, yaitu 14 meter. Total perjalanan14 m ini disebut jarak yang ditempuh Ucok. Berbeda dengan jarak,perpindahan Ucok adalah sebagai berikut. Posisi mula-mula Ucok di titikA dan posisi akhirnya dititik C yang besarnya dapat dihitung denganmenggunakan rumus phy-tagoras.Perpindahan Ucok =AC = 22ABBC= 2286= 226436= 100= 10 mJadi, Ucok mengalami perpindahan sejauh 10 m.Perhatikan gambar di sam-ping! Ida berlari mengelilingilapangan sepakbola yang me-miliki panjang 100 m dan lebar50 m. Ida berangkat dari titikA dan berhenti di titik Cdengan melewati titik B.Sementara itu, Adi berlari darititik A dan berhenti di titik D dengan melewati titik B dan C, padalapangan yang sama. Tentukan jarak dan perpindahan yangditempuh Ida dan Adi!Jawab:a. Untuk Ida–Jarak yang ditempuh IdaJarak= AB + BC= 100 + 50= 150 mJadi, jarak yang ditempuhIda adalah 150 m.–Perpindahan IdaKarena lintasan yang ditempuh Ida berbentuk garis yangsaling tegak lurus, maka perpindahannya adalah sebagaiberikut.Contoh 2.1A50 mD100 mCBABC50 m
39Gerak LurusS oal Kompetensi 2.1Perpindahan Ida = AC= 22ABBC= 2210050= 10000 2500= 12500 = 111,8 mJadi, perpindahan yang dialami Ida adalah 111,8 m.b.Untuk Adi–Jarak yang ditempuh AdiJarak= AB + BC + CD= 100 + 50 + 100= 250 mJadi, jarak yang ditempuhAdi adalah 250 m.–Perpindahan AdiIngat, perpindahan meru-pakan besaran vektor (me-miliki arah). Jika AB Andanyatakan positif, maka CDbernilai negatif. Oleh ka-rena itu, perpindahan yangdialami Adi adalah sebagaiberikut.Perpindahan Adi = AD= (AB +BC) – CD= (100 + 50) – 100= 150 – 100= 50 mJadi, perpindahan yang dialami Adi adalah 50 m.1.Apa yang dimaksud dengan jarak dan perpindahan? Jelaskandengan memakai ilustrasi!2.Mungkinkah besar jarak dan perpindahan sama? Jelaskan danberikan contohnya!3.Dapatkah benda yang menempuh jarak tertentu mempunyai per-pindahan nol? Jelaskan!ABC50 m111,8 m100 mABC50 mD100 mABC50 mD100 m
40Fisika SMA/MA Kelas XB. Kecepatan dan KelajuanPada kehidupan sehari-hari orang sering menggunakan katakecepatan meskipun yang dimaksud sebenarnya adalah kelajuan.Misalnya, kereta itu bergerak dengan kecepatan 80 km/jam. Pernyataanini sebenarnya kurang tepat, karena kalau ingin menyatakan kecepatan,arahnya harus disebutkan. Supaya benar pernyataan tersebut harus diubahmenjadi kereta itu bergerak dengan kecepatan 80 km/jam ke arah barat.Pada fisika, kelajuan dan kecepatan merupakan dua istilah yangberbeda. Kelajuan adalah cepat lambatnya perubahan jarak terhadap waktudan merupakan besaran skalar yang nilainya selalu positif, sehingga tidakmemedulikan arah. Kelajuan diukur dengan menggunakan spidometer.Kecepatan adalah cepat lambatnya perubahan kedudukan suatu bendaterhadap waktu dan merupakan besaran vektor, sehingga memiliki arah.Kecepatan diukur dengan menggunakan velocitometer.1. Kecepatan Rata-RataSuatu benda yang bergerakdalam selang waktu tertentu dandalam geraknya tidak pernah ber-henti meskipun sesaat, biasanyabenda tersebut tidak selalu ber-gerak dengan kelajuan tetap. Ba-gaimana Anda dapat mengetahuikelajuan suatu benda yang tidakselalu tetap tersebut? PerhatikanGambar 2.2!Wulan berangkat ke sekolah dari rumahnya (titik A) yang berjarak 20 kmdengan menggunakan sebuah sepeda motor. Saat melewati jalan lurus,Wulan meningkatkan kelajuan sepeda motornya sampai kelajuan tertentudan mempertahankannya. Ketika melewati tikungan (titik B dan C), Wulanmengurangi kelajuan sepeda motornya dan kemudian meningkatkannyakembali. Menjelang tiba di sekolah (titik D), Wulan memperlambat kela-juannya sampai berhenti. Setelah sampai di sekolah yang ditempuh dalamwaktu 1 jam, Wulan menyadari bahwa angka pada spidometernya telahbertambah sebesar 30 Km. Hal ini menunjukkan jarak yang ditempuh Wulanke sekolah sebesar 30 km.Pada perjalanan dari rumah ke sekolah, kelajuan Wulan pasti tidak selalutetap. Saat di jalan yang lurus kelajuannya besar dan saat di tikungan kela-juannya berkurang. Berdasarkan ilustrasi tersebut, kelajuan rata-rata didefi-nisikan sebagai hasil bagi antara jarak total yang ditempuh dengan waktuuntuk menempuhnya.BCD5 kmA20 km5 kmGambar 2.2Kecepatan rata-rata dan kecepatansesaat.
41Gerak LurusKelajuan rata-rata = Jarak totalWaktu tempuhBagaimana dengan kecepatan rata-rata Wulan? Kecepatan rata-rata adalahhasil bagi antara perpindahan dengan selang waktunya. Secara matematisdapat ditulis sebagai berikut.v= 2122xxttKeterangan:v: kecepatan rata-rata (ms-1)x1: titik awal (m)x2:titik akhir (m)t1: waktu akhir (s)t2: waktu awal (s)Berdasarkan Gambar 2.2 dan ilustrasi pada uraian di atas, tentukankelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata Wulan!Jawab:a. Kelajuan rata-rata WulanKelajuan rata-rata = Jarak totalWaktu tempuh= 5+20+51= 30 km/jamJadi, kelajuan rata-rata Wulan adalah 30 km/jam.b. Kecepatan rata-rata Wulanv= 2121––xxtt= 20 – 01–0 = 20 km/jamJadi, kecepatan rata-rata Wulan adalah 20 km/jam.Contoh 2.2
42Fisika SMA/MA Kelas X2. Kecepatan SesaatKelajuan dan kecepatan rata-rata mendeskripsikan kecepatan dankelajuan dalam suatu jarak tertentu. Jarak dan perpindahan total dari suatugerak benda dapat panjang atau pendek, misalnya 500 km atau 1 m.Bagaimana cara agar Anda mengetahui kelajuan atau kecepatan sesaatsuatu benda yang bergerak pada waktu tertentu?Saat Anda naik kendaraan bermotor, untuk mengetahui kelajuan sesaatAnda tinggal melihat angka yang ditunjuk jarum pada spidometer. Peru-bahan kelajuan akan diikuti perubahan posisi jarum pada spidometer. Untukmenentukan kecepatan sesaat, Anda tinggal menyebutkan besarnya kelajuansesaat ditambah menyebutkan arahnya. Bagaimana jika Anda tidak naikkendaran bermotor?Kecepatan sesaat suatu benda merupakan kecepatan benda pada suatuwaktu tertentu. Untuk menentukannya Anda perlu mengukur jarak tempuhdalam selang waktu ('t) yang sangat singkat, misalnya 1/10 sekon atau1/50 sekon. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut.v = 0limtxt'o''Karena materi limit baru akan Anda pelajari pada mata pelajaran mate-matika di kelas XI, maka persamaan matematis kecepatan sesaat dapat ditulissebagai berikut.v = ''xt, dengan t' sangat kecilKeterangan'x: perpindahan (m)'t: selang waktu (s)Kedudukan sebuah mobil yang sedang bergerak dinyatakan olehpersamaan x = 2t2 + 2t – 2, dengan x dalam meter dan t dalam sekon.Hitunglah kecepatan mobil pada saat t = 1 sekon!Jawab:Persamaan kedudukan x = 2t2 + 2t – 2Untuk t = 1 ox1 = 2 (1) + 2 (1) – 2 = 2Ambil 3 selang waktu (t') yang berbeda, misalkan t'1 = 0,1 s,t'2 = 0,01 s, dan t'3 = 0,001 s.Untuk t' = 0,1 st2=t1 + t'=1 + 0,1 = 1,1 sContoh 2.3
43Gerak LurusS oal Kompetensi 2.2x2=2(1,1)2 + 2(1,1) - 2=2,42 + 2,2 - 2 = 2,62 mv=2122––xxtt = 2, 62 20,1 = 6,2 m/sUntuk t' = 0,01 s.t2=t1 + t'=1 + 0,01 = 1,01 sx2=2(1,01)2 + 2(1,01) - 2=2,0402 + 2,02 - 2 = 2,0602 mv=2122––xxtt = 2, 0602 20,01 = 6,02 m/sUntuk t' = 0,001 s.t2=t1 + t'=1 + 0,001 = 1,001 sx2=2(1,001)2 + 2(1,001) - 2=2,004002 + 2,002 - 2 = 2,006002 mv=2122––xxtt = 2, 006002 20,001 = 6,002 m/sKemudian Anda buat tabel seperti berikut.Berdasarkan tabel di samping, tampakbahwa untuk nilai t' yang makin kecil(mendekati nol), kecepatan rata-rata ma-kin mendekati nilai 6 m/s. Oleh karenaitu, dapat Anda simpulkan bahwa ke-cepatan sesaat pada saat t = 1 s adalah6 m/s.1.Jelaskan dengan bahasa Anda yang dimaksud dengan kelajuandan kecepatan!2.Benarkah besarnya kelajuan sesaat sama dengan kecepatan sesaat?Jelaskan!3.Apakah suatu benda yang bergerak dapat memiliki kecepatanrata-rata nol? Jelaskan!0,10,010,0016,26,026,002't(s)v(m/s)
44Fisika SMA/MA Kelas XKolom Diskusi 2.1C. PercepatanBagilah kelas Anda menjadi beberapa kelompok. Setiap kelompokdapat terdiri atas 3-6 anak. Diskusikan bersama anggota kelompokAnda mengenai pewaktu ketik (ticker timer). Bahas mengenai manfaatdan cara menggunakan ticker timer. Tulislah hasil kesimpulankelompok Anda dan praktikkan di depan kelas tentang carakelompok Anda menggunakan ticker timer!Percepatan adalah perubahan kecepatan dan atau arah dalam selangwaktu tertentu. Percepatan merupakan besaran vektor. Percepatan berhargapositif jika kecepatan suatu benda bertambah dalam selang waktu tertentu.Percepatan berharga negatif jika kecepatan suatu benda berkurang dalamselang waktu tertentu.1. Percepatan Rata-RataTiap benda yang mengalami perubahan kecepatan, baik besarnya sajaatau arahnya saja atau kedua-duanya, akan mengalami percepatan.Percepatan rata-rata (a) adalah hasil bagi antara perubahan kecepatan (v')dengan selang waktu yang digunakan selama perubahan kecepatan tersebut(t'). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.2121––vvvattt''Keterangan:a: perceptan rata-rata (m/s2)v': perubahan kecepatan (m/s)t': selang waktu (s)v1: kecepatan awal (m/s)v2: kecepatan akhir (m/s)t1: waktu awal (s)t2: waktu akhir (s)
45Gerak LurusAndi mengendarai sepeda motor ke arah utara dipercepat dari ke-adaan diam sampai kecepatan 72 km/jam dalam waktu 5 s. Tentukanbesar dan arah percepatan Andi!Diketahui :a.v1:0 m/sb. v2:72 km/jam = 20 m/sc.t1:0 sd.t2:5 sDitanyakan :a.a=...?b. Arah percepatan? Jawab:a.Percepatan rata-rataa= 2121––vvtt= 20 – 05–0= +4 m/s2b. Tanda positif menunjukkan bahwa arah percepatan searahdengan arah kecepatan. Jadi, arah percepatan Andi ke utara.2. Percepatan SesaatPercepatan sesaat adalah perubahan kecepatan dalam waktu yangsangat singkat. Seperti halnya menghitung kecepatan sesaat, untukmenghitung percepatan sesaat, Anda perlu mengukur perubahankecepatan dalam selang waktu yang singkat (mendekati nol). Secaramatematis dapat ditulis sebagai berikut.a = vt'', dengan t' sangat kecilSebuah mobil balap bergerak dalam lintasan lurus dan dinyatakandalam persamaan v(t) = 10 – 8t + 6t2, dengan t dalam s dan v dalam m/s.Tentukan percepatan mobil balap tersebut pada saat t = 3 s!Jawab:Persamaan kedudukan v(t) = 10 – 8t + 6t2Untuk t = 3 v(3) = 10 – 8(3) + 6(3)2 = 40 m/sContoh 2.4Contoh 2.5
46Fisika SMA/MA Kelas XS oal Kompetensi 2.3Ambil 3 selang waktu (t') yang berbeda, misalkan t'1 = 0,1 s,t'2 = 0,01 s, dan t'3 = 0,001 s.Untuk t' = 0,1 st2=t1 + t'=3 + 0,1 = 3,1 sv(3,1)=10 – 8(3,1) + 6(3,1)2 = 42,86 m/sa=2121––vvtt = 42, 86 400,1 = 28,6 m/s2Untuk t' = 0,01 s.t2=t1 + t'=3 + 0,01 = 3,01 sv(3,01) =10 – 8(3,01) + 6(3,01)2 = 40,2806 m/sa=2121––vvtt = 40, 2806 400,01 = 28,06 m/s2Untuk t' = 0,001 s.t2=t1 + t'=3 + 0,001 = 3,001 sv(3,01) =10 – 8(3,001) + 6(3,001)2 = 40,028006 m/sa=2121––vvtt = 40, 028006 400, 001 = 28,006 m/s2Kemudian Anda buat tabel seperti berikut.Berdasarkan tabel di samping, tampakbahwa untuk nilai t' yang makin kecil(mendekati nol), percepatan rata-rata makinmendekati nilai 28 m/s2. Oleh karena itu,dapat Anda simpulkan bahwa percepatansesaat pada saat t = 3 s adalah 28 m/s2.1. Apakah benda yang bergerak dengan kecepatan tetap dapatdikatakan tidak mengalami percepatan (percepatannya samadengan nol)? Jelaskan jawaban Anda dengan analisa vektor!2.Jelaskan dengan bahasa Anda sendiri, mengenai percepatan danperlajuan!3.Buatlah soal dan jawaban yang menunjukkan percepatan positifdan negatif!0,10,010,00128,628,0628,006't(s)v(m/s)
47Gerak LurusTkhooAlbert Einstein(1879 – 1955)Albert Einstein adalah ahli fisika teori ter-besar sepanjang abad 19, ahli pikir yang kreatifdi dunia. Einstein dilahirkan di Ulm,Wurttemberg, Jerman, pada tanggal 14 Maret1879. Di Sekolah Dasar Einstein termasuk anakyang bodoh. Ia hanya tertarik pada fisika danmatematika, terutama bagian teori. Karena iahanya mau mempelajari fisika dan matematika,maka ia tamat SMP tanpa mendapat ijazah. Pada tahun 1905 Einstein menemukan teori relativitas khusus; dantahun 1915 ia menerbitkan teori relativitas umum. Kedua teori inilahyang merevolusi pemahaman ilmu pengetahuan akan materi, ruang,dan waktu. Pada umur 21 tahun, Einstein menjadi warga negara Swiss.Ia baru mendapat pekerjaan saat berumur 23 tahun. Namun, tiap adakesempatan ia selalu berpikir dan mempelajari fisika teori.Dalam teori relativitas khusus, Einstein memulai dengan asumsi bahwa:1. bila dua buah sistem bergerak lurus beraturan relatif satu sama lain,maka semua peristiwa yang terjadi pada sistem yang satuberlangsung sama pada sistem yang lain; dan2. kecepatan cahaya adalah sama dalam segala arah, tidak tergantungpada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya.Ia menyimpulkan bahwa waktu itu relatif dan batas atas kecepatanadalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara. Einstein jugalahyang menemukan persamaan E = mc2, suatu hubungan antara energi (E),massa (m), dan kecepatan cahaya (c). Persamaan ini yang menjelaskanbesarnya energi yang dihasilkan oleh matahari dan reaksi-reaksi nuklir.Dalam teori relativitas umum, Einstein menjelaskan gravitasi sebagaiakibat kelengkungan ruang. Ia meramalkan bahwa gravitasi matahariakan membelokkan jalannya cahaya bintang. Foto-foto yang diambilselama gerhana matahari tahun 1919 menegaskan teori relativitas umumEinstein dan menjadikannya terkenal di seluruh dunia.Pada tahun 1939, Einstein mengirim surat kepada Presiden FranklinD. Roosevelt, mendorong AS untuk mengembangkan bom atom. Namun,setelah PD II Einstein menjadi sangat aktif dalam gerakan penghapusansenjata nuklir. Ia meninggal dunia pada tanggal 18 April 1955 diPrinceton, New Jersey, AS, pada umur 76 tahun, setelah banyak berkarya.(Dikutip seperlunya dari 100 Ilmuwan, John Hudson Tiner, 2005)Sumber: Jendela Iptek, Energi
48Fisika SMA/MA Kelas XKegiatan 2.1pewaktu ketikpapanluncurtroliD. Gerak Lurus Beraturan (GLB)Di SMP Anda telah mempela-jari tentang gerak lurus beraturan(GLB). Gerak lurus beraturan (GLB)adalah gerak suatu benda dengankecepatan tetap. Di buku lain,GLB sering didefinisikan sebagaigerak suatu benda pada lintasanlurus dengan kecepatan tetap.Hal ini di perbolehkan karenakecepatan tetap memiliki artibesar maupun arahnya tetap,sehingga kata kecepatan bolehdiganti dengan kata kelajuan.Contoh GLB yang mudah Andatemui adalah gerak kereta yang sedang melaju pada lintasan yang lurusdan datar. Untuk lebih memahami arti gerak lurus beraturan, lakukanlahkegiatan berikut!Gerak Lurus BeraturanA. TujuanAnda dapat menyelidiki gerak lurus beraturan (GLB) suatubenda dengan pewaktu ketik (ticker timer).B. Alat dan Bahan1. Pewaktu ketik2. Mobil-mobilan3. Gunting4. Papan kayu5. Beberapa buah batu bataC. Langkah Kerja1. Buatlah sebuah lan-dasan miring denganmengganjal salahsatu ujung papandengan mengguna-kan batu bata (perha-tikan gambar di sam-ping)!Gambar 2.3Kereta yang sedang melaju.Sumber: Angkutan dan Komunikasi
49Gerak Lurus2. Aturlah kemiringan landasan sedemikian rupa sehinggasaat mobil-mobilan diletakkan di puncak landasan tepatmeluncur ke bawah (jika mobil-mobilan meluncur makinlama makin cepat, maka kemiringan landasan harusdikurangi)!3. Hubungkan pewaktu ketik dengan mobil-mobilan dan biar-kan bergerak menuruni landasan sambil menarik pita ketik!4. Guntinglah pita yang ditarik oleh mobil-mobilan, hanyaketika mobil-mobilan bergerak pada landasan miring!5. Bagilah pita menjadi beberapa bagian, dengan setiap bagianterdiri atas 10 titik/ketikan!6. Tempelkan setiappotongan pita secaraberurutan ke sam-ping!7. Amati diagram yangAnda peroleh daritempelan-tempelanpita tadi, kemudiantulislah karakteristikdari gerak lurusberaturan!Pada kegiatan di atas Anda memperoleh diagram batang yang samapanjang. Hal itu berarti kecepatan potongan adalah sama. Jadi, dapatAnda nyatakan bahwa dalam GLB, kecepatan benda adalah tetap.Bagaimanakah bentuk grafik kedudukan terhadap waktu pada GLB?Potonglah pita pada kegiatan di atas dengan setiap bagian terdiri atas 5titik, 10 titik, 15 titik, dan seterusnya. Susunlah potongan-potongan tersebutsehingga akan Anda peroleh gambar grafik seperti Gambar 2.4.Gambar 2.4 Grafik kedudukan terhadap waktu dari gerak lurus beraturan.vtOOxttxxtOD
50Fisika SMA/MA Kelas XContoh 2.6Gambar 2.5Garfik x – t gerak lurusberaturan apabila kedudukan x0 titikberimpit dengan titik acuan nol.xtx0Pada Gambar 2.4 terlihat bahwa grafik kedudukan (x) terhadap selangwaktu (t) berbentuk garis lurus dan miring melalui titik asal O (0,0).Kemiringan pada grafik menunjukkan kecepatan tetap dari GLB. Makin cu-ram kemiringannya, makin besar kecepatan benda yang diselidiki. Jika peru-bahan kedudukan dinyatakan dengan dan selang waktu, maka Anda dapatmenyatakan hubungannya sebagai berikut.v = xt''Karena dalam GLB kecepatan-nya tetap, maka kecepatan rata-rata sama dengan kecepatan sesaat.Untuk kedudukan awal x = x0pada saat t0 = 0, maka x' = x – x0dan t' = t – t0 = t – 0 = t. Olehkarena itu, persamaan di atas dapatditulis sebagai berikut.x'= v · t'x – x0 = v · tx = x0 + v · tIcha berlari pada lintasan lurus dan menempuh jarak 100 m dalam10 sekon. Tentukan kecepatan dan waktu yang diperlukan Icha untukmenempuh jarak 25 m!Diketahui :a.x'= 100 mb.t' = 10 sDitanyakan :a.v = ...?b.t = ...? (jika x' = 25 m)Jawab:a. Kecepatan Ichav= xt''= 10010= 10 m/s
51Gerak LurusS oal Kompetensi 2.4v (ms-1)t (s)b. Waktu untuk menempuh jarak 25 mx'=v ×t't'=xv'=2510= 2,5 s1. Apakah benar jika GLB di-artikan sebagai gerak ben-da yang memiliki kecepa-tan tetap? Jelaskan!2. Berdasarkan gambar grafikdi samping. Manakah darikedua benda tersebut yangbergerak lebih lambat? Je-laskan!3. Dua buah kereta bergerak pada rel lurus yang bersebelahandengan arah yang berlawanan. Kereta pertama bergerak daristasiun A dengan kelajuan 60 km/jam dan 10 menit kemudiankereta kedua bergerak dari stasiun B dengan kelajuan 100 km/jam. Apabila jarak stasiun A dan B 20 km, maka tentukan tempatkereta tersebut berpapasan!E. Gerak Lurus Berubah BeraturanAnda telah mempelajari mengenai gerak lurus berubah beraturan(GLBB) saat duduk di bangku SMP. Suatu benda yang kecepatannyadinaikkan atau diturunkan secara beraturan terhadap waktu danlintasannya berupa garis lurus, maka benda tersebut telah melakukan geraklurus berubah beraturan. GLBB adalah gerak suatu benda pada lintasangaris lurus yang percepatannya tetap. Percepatan tetap menunjukkanbahwa besar dan arahnya sama. Untuk lebih memahami mengenai GLBBlakukanlah kegiatan berikut!
52Fisika SMA/MA Kelas XKegiatan 2.3pewaktu ketikpapanluncurtroliGerak Lurus Berubah BeraturanA. TujuanAnda dapat menyelidiki gerak lurus berubah beraturan padasuatu benda dengan menggunakan pewaktu ketik.B. Alat dan Bahan1. Pewaktu ketik2. Mobil-mobilan3. Gunting4. Papan kayu5. Beberapa buah batu bataC. Langkah Kerja1.Buatlah sebuah landasan miring dengan mengganjal salahsatu ujung papan dengan menggunakan batubata (perhatikangambar di bawah ini)!2.Aturlah kemiringan landasan sedemikian rupa sehingga saatmobil-mobilan dapat meluncur (ingat, roda dan papan luncurharus bersih dari debu)!3.Hubungkan pewaktu ketik dengan mobil-mobilan dan biar-kan bergerak menuruni landasan sambil menarik pita ketik!4.Guntinglah pita yang ditarik oleh mobil-mobilan, hanyaketika mobil-mobilan bergerak pada landasan miring!5.Bagilah pita menjadi beberapa bagian, dengan setiap bagianterdiri atas 10 titik/ketikan!6.Tempelkan setiap potongan pita secara berurutan ke sam-ping!
53Gerak Lurus7. Amati diagram yang Anda peroleh dari tempelan-tempelanpita tadi, kemudian tulislah karakteristik dari gerak lurusberubah beraturan!Pada Kegiatan 2.3 Anda memperoleh diagram batang yangpanjangnya selalu berubah meskipun sama-sama terdiri atas 10 ketikan.Pada grafik tersebut juga tampak bahwa tiap potongan yang diurutkanke samping bertambah secara tetap. Hal ini menunjukkan mobil-mobilanyang menarik pewaktu ketik mengalami pertambahan kecepatan yangtetap. Sehingga dapat dikatakan mobil-mobilan tersebut mengalami geraklurus berubah beraturan (GLBB). Secara matematis dapat ditulis sebagaiberikut.''0––tovvvatttJika pada saat t1 = 0 benda telah memiliki kecepatan vo dan pada saat t2 = tbenda memiliki kecepatan vt, maka persamaannya menjadi seperti berikut.0––0tvvat0–tvvat atau vt =v0 + a · t024810121234566
54Fisika SMA/MA Kelas XIngat, benda yang bergerak dengan percepatan tetap menunjukkan kece-patan benda tersebut bertambah secara beraturan. Oleh karena itu, jikadiketahui kecepatan awal dan kecepatan akhir, maka kecepatan rata-ratabenda sama dengan separuh dari jumlah kecepatan awal dan kecepatanakhir.02tvvv00·2vvatv012vvat Apabila s merupakan perpindahan yang ditempuh benda dalaminterval waktu (t), maka persamaan menjadi sebagai berikut.·svsvtt 2012svt at Selanjutnya, untuk dapat menentukan kecepatan akhir sebuah bendayang mengalami percepatan tetap pada jarak tertentu dari kedudukanawal tanpa mempersoalkan selang waktunya, Anda dapat menghilangkanpeubah t dengan mensubstitusikan persamaan 0–tvvta (diperoleh daripersamaan vt =v0 + a · t) ke dalam persamaan 2012svt at s=2000––12ttvvvvvaaa§·§· ̈ ̧ ̈ ̧©¹©¹=222000 02––22tttvvvvvvvaaa§· ̈ ̧©¹=22200002–2–222tttvvvvvvvaas= 220–2tvva2202tvv as
55Gerak LurusGrafik hubungan v dan t serta s dan t pada gerak lurus berubahberaturan (GLBB) adalah sebgai berikut.1. Grafik (v - t)Berdasarkan persamaan vt =v0 + a · t, Anda dapat melukiskan grafikhubungan antara v dan t sebagai berikut.Gambar 2.6Grafik v – t gerak lurus berubah beraturan.Grafik pada Gambar 2.6 menunjukkan bahwa perpindahan yangditempuh benda (s) dalam waktu (t) sama dengan luas daerah di bawahgrafik yang dibatasi oleh sumbu v dan t (daerah yang diarsir).s=luas trapesium OABD=luas segi empat OACD + luas segitiga ABC=01··2at tvt§· ̈ ̧©¹s=2012vtat2. Grafik (s - t)Berdasarkan persamaan s = 2012vtat, dengan v0 dan a Anda anggapkonstan, Anda dapat melukiskan grafik hubungan antara s dan t sebagaiberikut.ABCDv00atvtv0vttst s = 2012vtat0Gambar 2.7Grafik s – t gerak lurus berubah beraturan.
56Fisika SMA/MA Kelas XPersamaan-persamaan GLBB yang telah Anda bahas di depanmerupakan persamaan untuk gerakan dipercepatan beraturan. Untukpersamaan-persamaan GLBB yang diperlambat beraturan adalah sebagaiberikut. vt =v0 – a · ts = 2012vtat220–2tvv as1. Sitompul mengendarai sepeda motor balap dengan percepatan4 m/s2 . Tentukanlah kecepatan Sitompul setelah bergerakselama 10 sekon, jika kecepatan awalnya nol!Diketahui :a.a = 4 m/s2b.t = 10 sc.v0 =0Ditanyakan:vt = ...?Jawab:vt=v0 + a · t= 0 + 4 · 10= 40 m/sJadi, kecepatan Sitompul setelah 10 sekon adalah 40 m/s2. Dari kecepatan 15 m/s, Aseng mempercepat kecepatanmobilnya dengan percepatan tetap 2 m/s2. Tentukan waktuyang diperlukan Aseng untuk menempuh jarah 54 meter!Diketahui :a.a = 2 m/s2b.s = 54 mc.v0 = 15 m/sDitanyakan :t = ...?Jawab:s= 012vtat54 = 211522tt54 = t2 + 15t0= t2 + 15t – 540= (t + 18) (t – 3)Contoh 2.7
57Gerak LurusK olom IlmuwanS oal Kompetensi 2.4Untuk 0 = t + 18, maka t = -18 (hal ini tidak mungkin karenamobil dipercepat bukan diperlambat)Untuk 0 = t – 3, maka t = 3 (pengganti t yang benar karenamobil dipercepat)Jadi, waktu yang dibutuhkan Aseng untuk menempuh jarak54 meter adalah 3 detik.1. Tuliskan kembali tentang GLBB dengan menggunakan bahasaAnda sendiri!2. Perhatikan gambar grafik hubungan v dan t sebuah mobil yangbergerak lurus di bawah ini!Berdasarkan grafik di atas, tentukan jarak yang ditempuh mobildalam 6 sekon!3. Buatlah contoh gerakan yang kecepatannya negatif tetapi perce-patannya positif!Di SMP Anda telah mempelajari tentang gerak jatuh bebas. Bagilahkelas Anda menjadi beberapa kelompok. Tiap kelompok dapat terdiriatas 5 sampai 8 anak. Buatlah tulisan mengenai gerak jatuh bebas(pengertian, persamaan-persamaan matematis yang ada didalamnya, contoh soal, dan aplikasi dalam kehidupan sehari-hari).Anda dapat mencari referensi di buku-buku, majalah, surat kabar,atau di internet. Presentasikan tulisan kelompok Anda di depan kelassecara bergiliran dengan kelompok lain. Buatlah kesimpulan setelahsemua kelompok mempresentasikan tulisannya dan kumpulkan dimeja guru Anda!jarakIwaktu
58Fisika SMA/MA Kelas XRangkuman1. Kinematika adalah ilmu yang mempelajari tentang gerak tanpamemperhatikan penyebab timbulnya gerak.2. Jarak adalah panjang lintasan yang ditempuh oleh suatu bendadalam selang waktu tertentu dan merupakan besaran skalar.3. Perpindahan adalah perubahan kedudukan suatu benda dalamselang waktu tertentu dan merupakan besaran vektor.4. Kelajuan adalah cepat lambatnya perubahan jarak terhadap waktudan merupakan besaran skalar yang nilainya selalu positif, sehinggatidak memedulikan arah.5.Kelajuan diukur dengan menggunakan spidometer.6.Kecepatan adalah cepat lambatnya perubahan kedudukan suatubenda terhadap waktu dan merupakan besaran vektor, sehinggamemiliki arah.7.Kecepatan diukur dengan menggunakan velicometer.8.Kecepatan rata-rata adalah hasil bagi antara perpindahan denganselang waktunya. Secara matematis dapat di tulis 2122––xxxvttt''9.Percepatan rata-rata adalah hasil bagi antara perubahan kecepatandengan selang waktu yang digunakan selama perubahan kecepatantersebut. Secara matematis dapat ditulis 2121––''vvvattt .10. Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda dengan kece-patan tetap.11. Secara matematis GLB dapat dinyatakan v = xt''12. GLBB adalah gerak suatu benda pada lintasan garis lurus yang per-cepatannya tetap.13. Persamaan-persamaan pada GLBB adalah sebagai berikut.a.Untuk GLBB yang dipercepat–vt =v0 + a · t–s =2012vtat–2202tvv as
59Gerak LurusI nfo Kitab. Untuk GLBB yang diperlambat–vt =v0 – a · t–s = 2012vtat–220–2tvv as14. Gerak jatuh bebas adalah gerak yang dijatuhkan tanpa kecepatanawal.Cara Aman BerkendaraPada hari senin (16/10/2006), terjadi tabrakan antara truk dan bus dijalan tol Jakarta-Cikampek. Tabrakan bermula karena truk yang melajudari arah Cikampek menuju Jakarta tiba-tiba membelok ke kanan, melin-tasi median jalan, dan masuk ke jalur tol arah Jakarta menuju Cikampek.Sementara itu, bus yang sedang melaju cepat ke arah Cikampek tidakdapat menghindari truk yang tiba-tiba muncul di hadapannya, dantabrakan pun terjadi. Diduga kuat sopir truk mengantuk dan tanpasadar membanting setir ke kanan sehingga truk masuk ke jalur arahberlawanan.Ada dua hal yang dapat dipelajari dari tabrakan yang menewaskansembilan orang dan menciderai 10 orang ini. Pertama, jangan mengemudi-kan kendaraan dalam keadaan mengantuk. Berhentilah di tempat peris-tirahatan yang telah disediakan, dan beristirahatlah. Namun, jika sudahterlalu mengantuk, berhentilah di bahu jalan, nyalakan lampu hazard,dan beristirahatlah. Kedua, manusia memiliki keterbatasan dalammengantisipasi sesuatu yang tiba-tiba muncul di hadapannya.Kodratnya sebagai makhluk pejalan kaki, manusia hanya mampumengantisipasi sesuatu yang tiba-tiba muncul di hadapannya jika iabergerak di bawah 10 km/jam. Jika bergerak di atas itu, ia tidak bisa meng-hindar. Kemampuan ini berhubungan dengan kecepatan manusia dalambereaksi. Umumnya manusia memerlukan 0,8 sampai 1 detik untukbereaksi. Jika seseorang melajukan kendaran dengan kelajuan 50 km/jam,maka waktu 1 detik untuk bereaksi itu sama dengan 14 meter (dibulatkan).Sebab, 50 km/jam sama dengan 14 m/s. Dan mobil yang melaju 50 km/jammemerlukan 14 m untuk sepenuhnya berhenti. Jadi, jarak total yang diper-lukan untuk sepenuhnya berhenti adalah 28 m. Pada kecepatan sebesar90 km/jam, total jarak yang diperlukan 70 m. Sedangkan pada kelajuan130 km/jam, total jarak yang diperlukan 129 m.
60Fisika SMA/MA Kelas XKebiasaan memacu kendaraan dengan kecepatan tinggi tidak men-jadikan seseorang bisa mengatasi kodratnya sebagai makhluk pejalan kaki.Bahkan, seorang pembalap F1 sekelas Michael Schumacher pun tidakbisa menghindar saat mobil F1 yang berada di depannya berhenti ataumengurangi kecepatan secara tiba-tiba. Oleh karena itu, saat memacumobil dengan kecepatan tinggi (di atas 80 km/jam), seorang pengemudiharus memusatkan seluruh perhatiannya ke jalan. Memusatkan seluruhperhatian ke jalan, termasuk memperhatikan gerak-gerik kendaraanyang datang dari arah berlawanan, sulit dilakukan jika mobil dipacudengan kecepatan tinggi. Hal ini disebabkan sudut pandang pengemudimenyempit seiring dengan meningkatnya kecepatan. Pada kecepatansebesar 40 km/jam sudut pandang pengemudi 100°, 70 km/jammenjadi 75°, 100 km/jam menjadi 45°, dan pada kecepatan 130 km/jammenjadi 30°.Sayangnya, dalam kehidupan sehari-hari jarang ada kendaraanyang melaju dijalan dengan menjaga jarak aman. Pada umumnya, jarakantar-kendaraan 3 sampai 4 meter saja. Bahkan juga saat mobil dipacudi atas 80 km/jam. Selain itu, jarang pengemudi yang memperhatikankondisi fisiknya. Meskipun mengantuk, lelah, atau mengonsumsi obatyang menyebabkan kantuk, mereka tetap memacu kendaraan dengankecepatan tinggi. Itulah sebabnya, saat dijalan ada kendaraan yangmengerem mendadak, lansung terjadi tabrakan beruntun.Berdasarkan studi yang dilakukan diberbagai negara, diketahui bah-wa 80% dari kecelakaan di jalan raya karena kesalahan pengemudi (humanerror). Sisanya terjadi karena hal-hal lain seperti pengemudi kendaraanlain, ban pecah, rem blong, atau jalan jelek. Oleh karena itu, periksalahkendaraan Anda saat akan melakukan perjalanan jauh dan jagalah fisikAnda agar tetap dalam kondisi prima.(Dikutip seperlunya dari, Kompas, 20 Oktober 2006)
61Gerak LurusA. Pilihlah jawaban yang benar dengan menuliskan huruf a, b, c, d, atau edi buku tugas Anda!1. Perhatikan gambar berikut!Jono menempuh lintasan ABC dan Jinni menempuh lintasan BDC. Jarakdan perpindahan Jono dan Jinni adalah ....a.Jono; 12 m dan 4 m, Jinni; 16 m dan 4 mb.Jono; 12 m dan 4 m, Jinni; 8 m dan 4 mc.Jono; 8 m dan 4 m, Jinni; 16 m dan 4 md. Jono; 12 m dan 8 m, Jinni; 16 m dan 4 me.Jono; 16 m dan 4 m, Jinni; 8 m dan 4 m2. Perhatikan gambar berikut!Sebuah benda berpindah dari posisi A ke posisi C, melaluli lintasan A – B – C.Panjang perpindahan yang dilakukan benda tersebut adalah ....a. 10 mb. 10 mc.10 md. 20 me.20 m3. Karena patah hati Andi memacu motornya lurus 150 km ke barat selama3 jam, kemudian berbalik ke timur 50 km selama 2 jam. Kecepatan rata-rata Andi dalam perjalanan tersebut adalah ....a.10 km/jam ke baratb.10 km/jam ke timurc.20 km/jam ke baratd. 20 km/jam ke timure.30 km/jam ke baratPelatihanDAC-5-4-3-2-10123546ABC10 m10 m60°
62Fisika SMA/MA Kelas X4. Perhatikan gambar grafik dibawah ini!Grafik di atas merupakan grafik hubungan antara kecepatan (v) dan waktu(t) dari suatu gerak lurus. Bagian grafik yang menunjukkan gerak lurusberaturan adalah ....a.1d. 4b. 2e.5c. 35. Posisi suatu partikel yang bergerak sepanjang garis lurus dinyatakan dalampersamaan x = 2t2, dengan x dalam m dan t dalam s serta 2 dalam m/s2.Kecepatan sesaat pada waktu t = 2 s adalah .... (Olimpiade Fisika, YohanesSurya)a.5 m/sd. 8 m/sb.6 m/se.9 m/sc.7 m/s6. Keluarga Sinta bepergian dengan menggunakan sebuah mobil. Sintamenyetir mobil menggantikan ayahnya setelah menempuh jarak 40 km darirumahnya. Pada jarak 10 km dari tempat perggantian, Sinta bergerak dengankecepatan 90 km/jam selama 15 menit. Posisi Sinta dan keluarganya darirumah setelah 15 menit tersebut adalah ....a.72 km dari rumahb.72,5 km dari rumahc.82 km dari rumahd. 82,5 km dari rumahe.92 km dari rumah7.Sebuah benda bergerak dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika setelah 5 skecepatannya menjadi 30 m/s, maka percepatan dan jarak yang ditempuhbenda tersebut setelah 5 s adalah ....a.2 m/s2 dan 100 mb. 3 m/s2 dan 100 mc.2 m/s2 dan 125 md. 3 m/s2 dan 125 me.2 m/s2 dan 150 m12345v (m/s)t
63Gerak Lurus8 . Sebuah kereta listrik berangkat dari stasiun A dengan memperoleh per-cepatan 1 m/s2 selama 6 s dan kemudian percepatannya dinaikkan menjadi2 m/s2 sampai mencapai kecepatan 20 m/s. Kemudian, kereta tersebutbergerak dengan kecepatan tetap. Menjelang sampai di stasiun B, keretatersebut diperlambat dan berhenti setelah 5 detik. Jika waktu yang diperlukanuntuk sampai di stasiun B 50 s, maka jarak kedua stasiun tersebut adalah ....a.999 md. 789 mb.899 me.799 mc.779 m9. Perhatikan gambar grafik di bawah ini!Jika luas daerah yang diarsir 48 m2, maka percepatan benda dalam grafiktersebut adalah ....a.1 m/s2d. 4 m/s2b. 2 m/s2e.5 m/s2c.3 m/s210. Grafik kecepatan terhadap waktu untuk benda yang dilempar ke atas dankembali pada pelempar setelah mencapai ketinggian tertentu adalah ....a.d.b.e.c.v (m/s)t (s)t1680vtvtvtvtvt
64Fisika SMA/MA Kelas XB. Kerjakan soal-soal berikut dengan benar!1.David berlari menurut garis lurus dengan kecepatan rata-rata 5 m/s selama4 menit. Kemudian ia melanjutkan dengan kecepatan rata-rata 4 m/s selama2 menit dalam arah yang sama. Hitunglah kecepatan rata-rata dan totalperpindahan David!2.Anda diminta oleh menteri perhubungan merancang sebuah bandara untukpesawat-pesawat kecil. Pesawat-pesawat yang akan digunakan di bandaratersebut harus mencapai kecepatan 27,8 ms-1 atau 100 km/jam sebelum lepaslandas. Berapa panjang minimum landasan yang harus dibuat agar pesawatdapat lepas landas?3. Alvin mengendarai sepeda motor dengan kecepatan 90 km/jam. Di tengahperjalanan, tiba-tiba ia melihat seorang nenek menyeberang jalan pada jarak125 m di mukanya. Berapa perlambatan minimum yang harus dilakukanAlvin agar dia tidak menabrak nenek tersebut?4. Cindy dan Putri mengendarai sepeda motor yang bergerak saling ber-hadapan dengan laju yang sama, 30 km/jam. Ketika jarak mereka 60 km,seekor lebah terbang dari ujung roda depan sepeda motor Cindy ke ujungroda depan sepeda motor Putri. Saat menyentuh ujung roda depan sepedamotor Putri, lebah kembali lagi ke ujung roda depan sepeda motor Cindy,demikian seterusnya. Jika selama gerakan tersebut lebah memiliki kelajuan50 km/jam, maka hitunglah jarak yang ditempuh lebah sampai ia terjepitdi antara roda depan sepeda motor Cindy dan Putri!5. Wendy, seorang penerjun payung. Ia melompat dari sebuah pesawat danbaru mengembangkan parasutnya setelah jatuh bebas sejauh 60 m. Karenamengembangnya parasut tersebut, Wendy mendapatkan perlambatansebesar 2 m/s2. Jika saat tiba di tanah kecepatan Wendy tepat nol, makatentukan lama parasut tersebut di udara dan ketinggian Wendy saatmelompat!