Soal dan Pembahasan Gerak Jatuh Bebas dan Gerak
Vertikal
By Imas Dekasari S — 28 Oct 2016 — Add Comment — Bank Soal, Fisika Kelas X, SMA
Pada postingan sebelumnya saya telah membahas mengenai materi
Gerak Vertikal dan
Gerak Jatuh Bebas .
Nah berikut ini beberapa contoh soal dan pembahasan gerak vertikal
ke bawah, gerak jatuh bebas dan gerak vertikal ke atas.
(Gerak Vertikal ke Bawah)
Contoh 1:Sebuah batu dilemparkan ke dalam sumur dengan kecepatan awal 6 m/s. Bila batu mengenai
dasar sumur setelah 3 sekon, maka hitunglah:
a.
Kecepatan benda saat mengenai dasar sumur
b.
Kedalaman sumur
Pembahasan:
Diketahui:
v
0= 6 m/s
t = 3 s
g = 10 m/s²
Ditanya:
v
t dan h
Jawab:
a) kecepatan benda saat mengenai sumur (
v
t)
v
t =
v
0+ g. t
v
t = 6 + (10. 3)
v
t = 6 + 30 = 36 m/s
b) kedalaman (h)
h =
v
0.t + 1/2. g. t²
h = 6. 3 + 1/2. 10. (3)²
h = 18 + 45 = 63 m
Contoh 2:
dua kali kecepatan awal?
Pembahasan:
Diketahui:
v
0= 4 m/s
g = 10 m/s²
Ditanya: h pada saat
v
t = 2
v
0Jawab:
v
t² =
v
0² + 2. g. h
(2
v
0)² =
v
0² + 2. g. h
(2. 4
)² = 4² + 2. 10. h
(8
)² = 4² + 20. h
64 = 16 + 20. h
64 - 16 = 20. h
48 = 20.h
h = 48/20 = 2,4 m
Sehingga jarak bola dibawah jendela hotel pada saat kecepatannya 2 kali
kecepatan awal adalah 2,4 m
(Gerak Jatuh Bebas)
Contoh 1:
Sebuah lift jatuh bebas akibat tali penahannya terputus dan menyentuh lantai dasar setelah 4
detik. Jika g = 10 m/s², maka hitunglah kecepatan lift saat menyentuh lantai!
Pembahasan:
Diketahui:
t = 4 s
g = 10 m/s²
Ditanya: Kecepatan lift saat menyentuh lantai dasar (
v
t)
Jawab:
Maka kecepatan lift saat menyentuh lantai dasar dapat dihitung dengan rumus:
Seorang anak menjatuhkan bola dari gedung bertingkat tanpa kecepatan awal.
Jika waktu yang dibutuhkan bola tersebut untuk sampai ke tanah 2 s, maka
hitunglah tinggi gedung tersebut! ( g = 10 m/s²)
Pembahasan:
Diketahui:
v
0= 0
t = 2 s
g = 10 m/s²
Ditanya: tinggi gedung (h)
Jawab:
Buah kelapa dan buah mangga jatuh secara bersamaan dari ketinggian h
1dan h
2.
Bila h
1: h
2= 4 : 1, maka hitunglah perbandingan waktu jatuh antara buah kelapa
dan buah mangga!
Pembahasan:
Diketahui:
misal
h
1= ketinggian pohon kelapa
Ditanya:
misal:
t
1= waktu jatuh kelapa
t
2= waktu jatuh mangga
Jawab:
Jatuhnya kelapa dan mangga merupakan gerak jatuh bebas, maka:
karena h
1: h
2= 4 : 1, maka h
1= 4 h
2. sehingga:
(Gerak Vertikal ke Atas)
Contoh 1:
Sebuah peluru ditembakkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 200 m/s. Bila
g = 10 m/s² hitunglah ketinggian maksimum yang dicapai peluru!
Pembahasan:
Diketahui:
v
0= 200 m/s
g = 10 m/s²
Ditanya: h maksimum
Jawab:
(Ingat pada gerak vertikal ke atas, pada saat berada di ketinggian maksimum
kecepatannya sama dengan nol (
v
t= 0))
v
t² =
v
0² - 2. g. h
Contoh 2:
Dua orang anak bermain bola. Keduanya melempar bola ke atas dari ketinggian
yang sama dengan perbandingan kecepatan awal 1 : 2. Hitunglah perbandingan
tinggi maksimum ke dua bola!
Pembahasan:
Diketahui:
misal bola pertama = bola A dan bola kedua = bola B
perbandingan kecepatan awal bola A dan B:
Ditanya:
= ...??
Jawab:
Pada ketinggian maksimum
v
t= 0 , maka:
karena V
0A: V
0B= 1 : 2, maka V
0B= 2 V
0A. sehingga:
Contoh Soal 1
Sebuah durian jatuh dari pohon yang ketinggiannya 45 meter. Tentukanlah kecepatan jatuh
durian tersebut sesaat ketika menyentuh tanah. Berapa waktu yang dibutuhkan durian untuk
sampai ke tanah?
Sebuah benda dijatuhkan dari atas gedung tanpa kecepatan awal (jatuh bebas). Setelah 10
detik benda tersebut baru sampai ke tanah. Berapakah tinggi gedung tersebut? Berapakah
kecepatan benda saat menyentuh tanah? (asumsikan g = 10 m/s
2)
Penyelesaian:
Sebuah benda dijatuhkan dari ketinggian 125 meter dari permukaan tanah tanpa kecepatan
awal (jatuh bebas). Jika percepatan grafitasi diasumsikan sebesar 10 m/s
2, maka
tentukanlah:
1.
Setelah berapa detik benda tersebut sampai menyentuh tanah
Penyelesaian:
Jadi waktu yang dibutuhkan oleh benda tersebut untuk sampai ke tanah adalah 5 detik.
b.
Untuk mencari ketinggian yang dicapai benda tersebut pada detik ke 1, 2, 3 dan 4, maka kita
Soal No. 1
Nyatakan dalam satuan radian : a) 90o
b) 270o
Pembahasan 360o = 2 radianπ
a) 90o
b) 270o
Soal No. 2
Konversikan ke dalam satuan rad/s : a) 120 rpm
b) 60 rpm
Pembahasan
1 rpm = 1 putaran per menit 1 putaran adalah 2 radian atauπ
1 putaran adalah 360o 1 menit adalah 60 sekon a) 120 rpm
b) 60 rpm
Soal No. 3
Sebuah benda bergerak melingkar dengan kecepatan sudut 50 rad/s. Tentukan frekuensi putaran π
gerak benda!
Pembahasan
Soal No. 4
Kecepatan sudut sebuah benda yang bergerak melingkar adalah 12 rad/s. Jika jarijari putarannya adalah 2 meter, tentukan besar kecepatan benda tersebut!
Dua buah roda berputar dihubungkan seperti gambar berikut!
Jika kecepatan roda pertama adalah 20 m/s jarijari roda pertama dan kedua masingmasing 20 cm dan 10 cm, tentukan kecepatan roda kedua!
Pembahasan
Kecepatan sudut untuk hubungan dua roda seperti soal adalah sama:
Soal No. 9
Tiga buah roda berputar dihubungkan seperti gambar berikut!
Data ketiga roda : r1 = 20 cm
r2 = 10 cm r3 = 5 cm
Jika kecepatan sudut roda pertama adalah 100 rad/s, tentukan kecepatan sudut roda ketiga!
Pembahasan
Soal No. 10
Sebuah partikel bergerak melingkar dengan kecepatan sudut sebesar 4 rad/s selama 5 sekon. Tentukan besar sudut yang ditempuh partikel!
Pembahasan
Soal di atas tentang Gerak Melingkar Beraturan. Untuk mencari sudut tempuh gunakan rumus : = t
θ ω
= (4)(5) = 20 radian.
θ
Soal No. 11
Sebuah benda bergerak melingkar dengan percepatan sudut 2 rad/s2. Jika mulamula benda diam, tentukan :
a) Kecepatan sudut benda setelah 5 sekon b) Sudut tempuh setelah 5 sekon
Data : = 2 rad/s
α 2
ωo = 0
t = 5 sekon
Soal tentang Gerak Melingkar Berubah Beraturan
a) ωt = ωo + tα
ωt = (0) + (2)(5) = 10 rad/s
b) = θ ωot + 1/2 tα2 = (0)(5) +
θ 1/
2 (2)(5)2
Soal No. 12
Sebuah mobil dengan massa 2 ton bergerak dengan kecepatan 20 m/s menempuh lintasan dengan jarijari 100 m.
Jika kecepatan gerak mobil 20 m/s tentukan gaya Normal yang dialami badan mobil saat berada di puncak lintasan!
Pembahasan
Gayagaya saat mobil di puncak lintasan :
Hukum Newton Gerak Melingkar :
Soal No. 13
Jika massa benda 200 gram dan percepatan gravitasi 10 m/s2, tentukan besar tegangan tali ketika benda berada di titik titik tertinggi!
Pembahasan
Untuk benda yang bergerak melingkar berlaku
Uraikan gayagaya yang bekerja pada benda saat berada di titik tertinggi (aturan : gaya yang ke arah pusat adalah positif, gaya yang berarah menjauhi pusat adalah negatif)
Sehingga didapat persamaan :
Soal No. 14
Dari soal no. 13 tentukan tegangan tali saat benda berada pada titik terendah!
Pembahasan
Saat benda berada pada titik terendah, tegangan Tali berarah menuju pusat(+) sedang berat benda menjauhi pusat(−) sehingga persamaan menjadi:
Soal No. 15
