PETA KONSEP MATERI GLB DAN GLBB

PETA KONSEP MATERI GLB DAN GLBB

Percepatannya nol Kecepatan tetap

Titik acuan

Gerak Relatif

Gerak Semu

Gerak jatuh bebas Kelajuan sesaat

Percepatan tetap GLB GLBB Kelajuan Gerak matahari Pohon berjalan posisi perpindahan Kecepatan Kecepatan sesaat

GERAK

Gerak Lurus

jarak waktu

Orang naik bus

diam bergerak

bus terminal

memerlukan

Terdiri atas

Terdiri atas Terdiri atas

contoh contoh Terdiri atas Berkaitan dengan cirinya cirinya contohnya dikatakan Jika acuannya menghasilkan menghasilkan

2

Kompetensi Dasar

1.1Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya

2.1Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan , melaporkan, dan berdiskusi

Indikator

2.1.1 Menunjukkan sikap ilmiah (rasa ingin tahu, respek terhadap fakta, tanggung jawab, jujur, teliti, kritis, dan objektif)

3.3 Menganalisis besaran-besaran fisis pada gerak lurus dengan kecepatan konstan dan gerak lurus dengan percepatan konstan

Indikator

3.3.1 Menghitung percepatan rata-rata suatu benda. 3.3.2 Menghitung percepatan sesaat suatu benda.

3.3.3 Menggambar grafik GLBB berdasarkan hasil percobaan

3.3.4 Menghitung percepatan benda dari grafik GLBB berdasarkan hasil percobaan 3.3.5 Memformulasikan persamaan-persamaan GLBB berdasarkan grafik hasil

percobaan

3.3.6 Menerapkan besaran-besaran fisika pada GLBB dalam bentuk persamaan dan menggunakannya dalam pemecahan masalah

4.2 Menyajikan data dan grafik hasil percobaan untuk menyelidiki sifat gerak benda yang bergerak lurus dengan kecepatan konstan dan gerak lurus dengan percepatan konstan

Indikator

4.2.1 Melakukan percobaan GLBB dengan menggunakan Ticker Timer

4.2.2 Menyajikan data hasil percobaan dengan benar 4.2.3 Membuat laporan tertulis hasil percobaan 4.2.4 Mempresentasikan hasil percobaan

3

Pendahuluan Fakta

Ketika mengendarai mobil, mobil yang mula-mula diam akan bergerak dengan kecepatan tertentu dalam selang beberapa detik. Hal ini berarti kecepatan mobil mengalami perubahan, seperti yang ditunjukkan pada gambar (1) . Jika perubahan kecepatan ini berlangsung secara teratur, maka gerak ini disebut dengan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat. Sedangkan jika mobil mengalami perubahan kecepatan secara teratur dimana kecepatan mobil berkurang secara teratur, maka mobil mengalami GLBB diperlambat, seperti yang ditunjukkan pada gambar (2).

Konsep Prinsip

Konsep

1. Percepatan rata-rata

Percepatan rata-rata

 

a didefinisikan sebagai hasil bagi antara perubahan kecepatan

 

v dengan selang waktu berlangsungnya perubahan kecepatan tersebut

 

t . Secara matematis ditulis sebagai:

1 2 1 2 t t v v t v a       2. Percepatan sesaat

Percepatan sesaat (a) didefinisikan sebagai perubahan kecepatan yang berlangsung dalam waktu singkat, secara matematis ditulis sebagai

t v a t      0 lim 3. GLBB depercepat

Jika kecepatannya bertambah terhadap waktu (percepatan a bertanda positif) 4. GLBB deperlambat

4 Jika kecepatannya berkurang secara teratur terhadap waktu (percepatan a bertanda negatif).

Prinsip

1. Pada GLBB terjadi perubahan kecepatan secara teratur, sehingga percepatannya tetap

2. Percepatan menunjukkan seberapa cepat kecepatan berubah, sementara kecepatan menunjukkan seberapa cepat posisi berubah.

3. Persamaan untk GLBB vt s at v v_t  ₀  2 0 2 1 at t v s  as v v_t2  ₀2 2 Prosedur

Percepatan adalah perubahan kecepatan dalam selang waktu tertentu. Percepatan merupakan besaran vektor. Perubahan kecepatan memiliki satuan m/detik sedangkan satuan dari waktu adalah detik sehingga satuan dari percepatan adalah (m/detik)/detik = m/detik2. 1 m/det2 artinya dalam 1 detik kecepatan benda berubah sebesar 1 m/det. Percepatan rata-rata

 

a didefinisikan sebagai hasil bagi antara perubahan kecepatan

 

v dengan selang waktu berlangsungnya perubahan kecepatan tersebut

 

t . Secara matematis ditulis sebagai:

1 2 1 2 t t v v t v a       ...(1)

dengan v₂adalah kecepatan pada saat t t2dan v1adalah kecepatan pada saat t t1

Percepatan sesaat (a) didefinisikan sebagai perubahan kecepatan yang berlangsung dalam waktu singkat, secara matematis ditulis sebagai

t v a t     lim0 ...(2)

Dalam hal ini vmenyatakan perubahan yang sangat kecil pada kecepatan selama selang waktu tyang sangat pendek. Perhtikan dengan teliti bahwa percepatan menunjukkan seberapa cepat kecepatan berubah, sementara kecepatan menunjukkan seberapa cepat posisi berubah.

5

 Besar percepatan sesaat dapat diperoleh grafik di bawah ini :

Grafik Gerak Benda dalam GLBB

Dalam GLBB benda dapat bergerak dipercepat atau diperlambat. Benda dipercepat karena benda selalu mengalami pertambahan kecepatan yang sama dalam selang waktu sama. Benda diperlambat karena benda selalu mengalami pengurangan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama pula.

\

Berdasarkan hasil eksperimen menggunakan ticker timer, grafik kecepatan terhadap waktu dari GLBB dapat digambarkan seperti grafik di bawah ini.

Grafik a-t pada GLBB a (m/s2)

t (s)

Gambar (4)

Benda yang mengalami GLBB akan memiliki percepatan yang tetap, artinya benda tersebut mengalami perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama. Oleh karena itu percepatan yang dialami benda setiap saat adalah sama, maka dalam grafik percepatan terhadap waktu digambarkan dengan garis lurus horizontal yang sejajar dengan sumbu waktu (t), seperti pada gambar (4)

4 2 v(m/s) 1 2 Gambar (3) 

Besar percepatan sesaat dapat diperoleh dari grafik v-t. Karena v berubah secara beraturan maka kurvanya linier naik seperti pada gambar (3). Kurvanya linier berarti percepatannya tetap dan

percepatan pada saat t = 1 s dapat ditentukan dari gradient kurva, yaitu 1

2 2 tan  

 

a m/s2. Jadi, besar percepatan sesaat nya adalah 1 m/s2 Gambar 5 0 V m/s 2 6 10 8 4 t(s)

Grafik kecepatan gerak GLBB dapat digambarkan dari hasil exsperimen ticker timer yang direkam pada kertas ketik (dengan tanda titik). Contoh gerak pada troli dengan menggunakan tiker timer menunjukkan perubahan kecepatan secara beraturan dan lintasannya lurus. Hasilnya seperti yang ditunjukkan pada gambar (5) di samping.

6 Jika benda memulai GLBB dari keadaan tidak bergerak/diam (kecepatan awal v0= 0 m/s),

maka grafik v-t condong ke atas melalui O(0,0), seperti gambar (6). Jika benda memulai GLBB dari keadaan bergerak (kecepatan awal v00 m/s) maka grafik v-t condong ke atas

melalui titik potong pada sumbu v, yaitu (0,v0), seperti pada gambar (7). GLBB pada grafik

(6) dan (7) disebut GLBB dipercepat. Sedangkan jika anda melempar bola ke atas maka benda akan mengalami pengurangan kecepatan yang sama dalam waktu yang sama, jadi pada gambar (8) benda mengalami perlambatan (GLBB diperlambat).

 Grafik perpindahan benda (s) terhadap waktu (t) untuk benda yang bergerak lurus berubah beraturan (GLBB) dilukiskan seperti pada gambar berikut.

Grafik (9) dan (10) perpindahan (s) terhadap waktu (t) untuk benda dipercepat dan untuk benda diperlambat

t(s) s (m) s (m) t(s) t(s)  0 v a = gradien = tan  waktu ke ce p a ta n v(m/s) O Grafik (7)  0 v _{a = gradien} = tan  < 0 waktu ke ce p a ta n t(s) v(m/s) O Grafik (8)  0 v ke ce p a ta n a = gradien = tan  waktu t(s) v(m/s) O _{Grafik (6)} Grafik (9) _{Grafik (10)}

7

Persamaan Gerak Benda dalam GLBB

Bila digambarkan suatu grafik yang menyatakan hubungan v dengan t maka dapat digambarkan grafik sebagai berikut.

Bila melihat grafik hubungan v-t yang menyatakan grafik percepatan maka rumusan a dapat dituliskan dengan

t v v a  0 ...(3) dengan :

v = kecepatan akhir benda (m/s) v0 = kecepatan awal benda (m)

t = waktu tempuh benda bergerak (s) a = percepatan benda m/s2

pada grafik di atas dimana pada sumbu y menyatakan fungsi v dan pada sumbu x menyatakan fungsi t dan kemiringan grafik tersebut menyatakan percepatan (a). Dalam matematika persamaan garis dituliskan dengan y = n + mx, dengan m adalah kemiringan grafik y – x dan n adalah titik potong grafik dengan sumbu v adalah v0. Dengan demikian

persamaan garis tersebut adalah:

Gambar 11. Grafik Hubungan Kecepatan dan Waktu untuk Benda yang Bergerak Lurus Berubah Beraturan

v1

vo

t (s) v (m/s)

8 at

v

v 0  ...(4)

Jika benda memulai bergerak dari kedudukan awal x0 pada saat t = 0 dan kecepatan

awalnya adalah v0 serta kedudukannya adalah x pada saat t dengan kecepatan v, maka

perpindahan ∆x = x – x0 diberikan oleh:

∆x = v. ...(5) t

Dengan v adalah kecepatan rata-rata. Berdasarkan persamaan (3), kecepatan benda berubah dari v0 menjadi v, sehingga kecepatan rata-rata merupakan nilai tengah dari

kecepatan awal (v0) dan kecepatan akhir (v) tersebut, sehingga

) ( 2 1 0 v v v  ...(6)

Dengan mensubstitusi persamaan (5) dan (6) dan menetapkan kedudukan awal di x0,

maka diperoleh persamaan berikut. 2 0 0 2 1 at t v x x   ...(7)

Dengan mengeluarkan t pada persamaan (3) dan mensubstitusi ke persamaan (7) maka diperoleh persamaan berikut.

x a v v  02 2  2 ...(8)

Persamaan 4), 7), dan 8) berlaku untuk benda yang bergerak lurus berubah beraturan baik itu dipercepat maupun diperlambat. Hanya saja, percepatan untuk gerak lurus berubah beraturan diperlambat bernilai negatif. Jadi, persamaan untuk benda yang bergerak lurus berubah beraturan diperlambat adalah sebagai berikut.

at v v ₀  ... (9) x – x0 = vo t - 12a t 2 ... ...(10) x a v v2  ₀2 2  ... (11)

Bila meninjau suatu benda yang bergerak pada bidang miring dengan sudut kemiringan (θ) maka benda tersebut akan mengalami percepatan dan perlambatan karena dipengaruhi oleh gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut yang digambarkan sebagai berikut.

9 fg

Menurut hukum II Newton, F = m.a F = m.a

W Sin  - fk = m.a fk = N.k = W Cos .k

……….. (12) Dari perumusan di atas dinyatakan bahwa percepatan suatu benda dipengaruhi oleh sudut kemiringan dari landasan.

 Masalah Kontekstual : Jarak Tinggal landas sebuah Pesawat

Pesawat di Bandara Internasional Ngurah Rai dipercepat dari keadaan diam (kelajuan nol) pada satu ujung landasan pacu dan harus mencapai kelajuan tinggal landas (take off) sebelum tiba di ujung lain landasan pacu. Jika pesawat menggunakan percepatan a = 2 m/s2 dan kelajuan tinggal landas vt 90 m/s

2

,maka tentukanlah panjang landasan minimum pesawat ! Diketahui: a = 2 m/s2  t v 90 m/ Ditanya, s=….? Penyelesaian:

Dari persamaan (8) diperoleh

fk

m

mg

mg

a



sin





(

)

cos



(



k

)

N W W Cos  W Sin 

10 as v vt 2 2 0 2 _{ }



90m/s



2 02 2.2s m m s 2.025 4 8100  

Panjang lintasann minimum yang diperlukan oleh pesawat adalah 2.025 meter. Dengan alasan keamanan tentunya panjang landasan pacu bandara Internasional Ngurah Rai harus lebih panjang dari 2.025 meter(misalnya 2.500 meter).

Pertanyaan Diskusi

1. Apa ciri-ciri sebuah benda melakukan gerak lurus berubah beraturan? Dalam kehidupan sehari-hari, apakah ada benda melakukan gerak lurus berubah beraturan? Kalau ada, berikan contoh!

2. Bagaimanakah karakteristik gerak lurus berubah beraturan berdasarkan grafik yang diperoleh!  Grafik s-t ……… ……… ………  Grafik v-t ……… ……… ………  Grafik a-t ……… ……… 3. Formulasikan persamaan-persamaan pada GLBB berdasarkan grafik v-t hasil

11

Soal Latihan

1. Sebuah sepeda bergerak dengan kecepatan yang bertambah secara beraturan selama 20 detik seperti yang ditunjukkan pada table di bawah ini!

Gambarkanlah grafik kecepatan sebagai fungsi waktu dalam pergerakan sepeda tersebut! 2. Seorang siswa melakukan percobaan menggunakan Ticker Timer, dengan menggunakan

mobil-mobilan (troly), dari percobaan tersebut diperoleh grafik seperti berikut.

Berdasarkan grafik di atas, tentukanlah percepatan troly tersebut!

3. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan awal 2 m/s, kemudian kecepatannya berubah secara beraturan menjadi 10 m/s selama 2 sekon. Tentukan percepatan rata-rata dari t = 0 sekon sampai t = 2 sekon.

No. v (m/s) t (s) 1. 0 0 2. 6 1 3. 12 2 4. 18 3 5. 24 4 s(cm) t (s) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2 4 6 8 10 0

12 4. Sebuah benda bergerak dengan kelajuan awal 5 m/s, kemudian kecepatannya berubah secara beratran menjadi 10 m/s selama 20 sekon seperti grafik v-t pada gambar di bawah.

Berdasarkan grafik di atas, tentukan percepatan sesaat benda pada t = 8 sekon!

5. Seorang siswa melakukan percobaan GLBB dengan menggunakan ticker timer dan trolly, setelah dilakukan analisis data diperoleh grafik kecepatan terhadap waktu seperti ditunjukkan pada grafik di bawah ini:

Berdasarkan grafik tersebut, formulasikan persamaan-persamaa GLBB berikut: at v v 0  x – x0 = vo t + 12a t 2 dan x a v v2  ₀2 2 

6. Seorang pengendara mobil melalui tempat penyeberangan dengan kecepatan 15 m/s, padahal kecepatan yang diijinkan dibatasi 10 m/s. Polisi jalan raya yang sedang berjaga di tempat penyeberangan tersebut segera menjalankan motornya dengan percepatan tetap 3 m/s2. (a). Kapan dan dimana pengendara tersebut ditangkap oleh polisi?, (b) berapa kecepatan motor polisi pada saat tersebut...?

10 v(m/s) 5 8  20 t(s)

Grafik Hubungan Kecepatan dan Waktu untuk Benda yang Bergerak Lurus Berubah Beraturan

v1

vo

t (s) v (m/s)

13

DAFTAR PUSTAKA

Halliday, D dan Resnick, R. 1991. Fisika jilid 1 (Terjemahan oleh: pantur silaban dan Erwin Sucipto). Jakarta: Erlangga.

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika/Edisi Kelima, Jilid I. Jakarta: Erlangga. Kanginan, M. 2010. Fisika SMA kelas xi semester 1. Jakarta: Erlangga.

Surya, Y. 2009. Fisika itu Mudah untuk SMA/MAKelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.

Handayani, S dan Damari, A. 2009. Buku Sekolah Elektronik Fisika 1 untuk SMA/MAKelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.

http://fisika-astronomy.blogspot.com/2013/06/kumpulan-animasi-flash-fisika-free.html http://budakfisika.blogspot.com/2008/09/animasi-dan-simulasi-fisika.html