gerak jatuh bebas

 Dasar Teori Percobaan Gerak Jatuh Bebas

            Adnan (2009) Menyatakan gerak jatuh bebas adalah gerak benda akibat tarikan bumi tanpa adanya gaya luar lain yang bekerja padanya. Tanpa adanya gaya-gaya lain yang bekerja pada benda-benda yang bergerak di atas bumi gerak benda hanya di pengaruhi oleh gaya tarik bumi. Pada gerak jatuh bebas  (GJB), memiliki syarat yaitu kecepatan awal (V₀) = 0. Pada gerak jatuh bebas berlaku hubungan  v = gt dan S = ½ gt² dan g adalah percepatan gravitasi bumi. Jadi pada gerkak ini, benda hanya di pengaruhi oleh percepatan gravitasi bumi.

Gerak jatuh bebas tejadi pada semua benda dari ketinggian tanpa memperdulikan masa benda tersebut. Suatu benda yang berat, yang bias kita analogikan sebuah batu akan memiliki waktu jatuh yang sama dengan sebuah kertas. Namun tidak semata- mata benda yang memiliki selisih berat besar dapat jatuh dengan waktu bersamaan, kedua benda tersebut dapat jatuh bersamaan apabila tidak ada gaya lain yang bekerja kecuali gaya grafitasi bumi. Jadi kedua bend tersebut dapat jatuh secara bersamaan pada sebuah ruangan yang hampa udara. Karena udara secara langsung mempengaruhi kecepatan benda sampai ke tanah. Sebagai contoh bila kita menjatuhkan batu dan kertas dari atas gedung, maka batu akan menyentuh tanah terlebih dahulu sedangkan kertas akan melayang tertiup angin sehingga akan menyentuh tanah dengan waktu yang lama.

            Pantur (1985 : 61) menyatakan gerk jatuh bebas adalah gerak yang mengakibatkan benda melewati lintasan berbentuk lurus karena pengaruh gravitasi bumi. Gerak jatuh bebas merupakan gerak yang mengabaikan gesekan dan perubahan kecil percepatan terhadap ketinggian. Percepatan yang di alami benda jatuh bebas disebabkan oleh gravitasi yang besarnya 9,8 m/s² atau 980 cm/s² dan bearah menuju pusat bumi. Gesekan yang dimaksud di sini adalah gesekan antara benda dan udara. Suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu dalam ruangan terbuka akan di perlambat akibat gaya gesek dengan laju udara.

            Pada percobaan gerak jatuh bebas sering di temukan bahwa hasil percepatan yang di alami benda tidak sesuai dengan kecepatan grafitasi bumi, hal tersebut terjadi karena sesunguhnya benda tersebut telah mengalami perlambatan oleh gaya gesek udara. Percepatan yang di alami benda pada gerak jatuh bebas akan sama dengan percepatan grafitasi bila benda tersebut di jatuhkan pada ruangan hampa udara.

            Sutrisno (1986 : 78) menyatakan bahwa benda dikatakan melakukan gerak jatuh bebas jika benda tersebut tanpa kecepatan awal (V₀ = 0) dan tidak dipengaruhi oleh gaya dorong melaikan dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Gerak jatuh bebas (GJB) termasuk kedalam gerak lurus berubah beraturan di percepat. Percepatan yang dialami benda ini adalah akibat gaya tarik gravitasi bumi. Karena syarat gerak jatuh bebas adalah percepatan awalnya nol maka berlaku persamaan GLBB sebagai berikut :

V = V₀ + at

V_t²= V₀² + 2as

S = V₀t + ½ at²

Karena pada gerak jatuh bebas kecepatan awal (V0 = 0) dan percepatan yang dialami benda adalah percepatan gravitasi bumi, maka berlaku rumus :

V = at             

V_t² = 2as

S = ½ at²

Keterangan :

V = kecepatan akhir benda (m/s)

t   = waktu (s)

S  = Jarak yang dilalui benda (m)

a  = percepatan yang dialami benda (m/s²)

Abdullah (2012) Bila dua batu yang berbeda beratnya dijatuhkan tanpa kecepatan awal dari ketinggian yang sama dalam waktu yang sama, batu manakah yang sampai di tanah duluan? Peristiwa di atas dalam Fisika disebut sebagai jatuh bebas, yakni gerak lurus berubah beraturan pada lintasan vertikal. Ciri khasnya adalah benda jatuh tanpa kecepatan awal (vo = nol). Semakin ke bawah gerak benda semakin cepat.

batu yang dijatuhkan dari ketinggian yang sama dan dalam waktu yang sama. Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi. Pada materi ini, cukup Anda ketahui bahwa percepatan gravitasi bumi itu besarnya g = 9,8 dan sering dibulatkan menjadi 10.

 Pada jatuh bebas ketiga persamaan GLBB dipercepat yang kita bicarakan pada kegiatan sebelumnya tetap berlaku, hanya saja vo kita hilangkan dari persamaan karena harganya nol dan lambang s pada persamaan-persamaan tersebut kita ganti dengan h yang menyatakan ketinggian dan a kita ganti dengan g. Jadi, ketiga persamaan itu sekarang adalah :

V = gt

V² = 2gh

h = ½ gt²

Keterangan :

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = ketinggian benda (m)

t = waktu (s)

vt = kecepatan pada saat t (m/s)  

Dalam kehidupan kita sehari-hari mungkin kejadiannya lain. Benda yang berbeda beratnya, akan jatuh dalam waktu yang tidak bersamaan. Hal ini dapat terjadi karena adanya gesekan udara. Percobaan di dalam tabung hampa udara membuktikan bahwa sehelai bulu ayam dan satu buah koin jatuh dalam waktu bersamaan.

Energi mekanik pada gerak jatuh bebas :

Em = Ep + Ek

Misalnya, sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian h di bawah pengaruh gravitasi. Pada ketinggian tersebut, benda memiliki energi potensial Ep = m.g.h dan energi kinetik Ek = 0. Energi mekanik di titik A (titik awal) adalah :

Em_A= Ep_A + Ek_A

Em_A= m.g.h + 0 = m.g.h

Pada saat benda bergerak jatuh, tingginya berkurang dan kecepatannya bertambah. Dengan demikian, energi potensialnya berkurang, tetapi energi kinetiknya bertambah. Tepat sebelum benda menyentuh tanah (di titik B), semua energi potensial akan diubah menjadi energi kinetik. Dapat dikatakan energi potensial di titik B, Ep_B = 0 dan energy kinetiknya Ek_B = 1/2m.v_B², sehingga energi mekanik pada titik tersebut adalah:

Em_B = Ep_B + Ek_B

Em_B = 0 + ½ m v_b²

Em_B =  ½ m v_b²

Dengan demikian, dapat dikatakan jika hanya gaya gravitasi yang bekerja pada benda, maka energi mekanik besarnya selalu tetap.

Contoh dari gerak jatuh bebas adalah sebuah apel yang jatuh dari ketinggian pohon. Apel yang jatuh tentu tanpa kecepatan awal. Ia jatuh semata-mata karena pengaruh dari gaya gravitasi bumi yang bekerja padanya.

Pada salah satu persamaan gerak lurus, yaitu jarak yang ditempuh benda adalah sama dengan hasil kali antara kecepatan dan waktu yang dialami benda tersebut (x = v.t) . Persamaan ini menunjukkan bahwa jika dua buah benda yang memiliki massa yang berbeda dijatuhkan secara bebas (tanpa kecepatan awal / V₀ = 0) dari suatu ketinggian yang sama, maka kecepatan kedua benda ketika tiba di tanah adalah sama. Jika kecepatan kedua benda sama, maka waktu yang dibutuhkan oleh kedua benda itu untuk tiba di tanah adalah sama. Waktu yang diperlukan untuk mencapai tanah dari benda yang jatuh bebas tidak dipengaruhi oleh massa benda itu. Jika kita melihat kenyataan bahwa ketika sehelai kertas dan sebuah batu dijatuhkan pada ketinggian yang sama dan ternyata batu terlebih dahulu mencapai tanah daripada kertas, itu hanyalah diakibatkan karena pada kertas bekerja gaya gesekan udara yang lebih besar. Gaya gesekan yang bekerja pada kertas bisa diperkecil dengan cara  menggulung kertas tersebut sebesar batu, sehingga gaya gesekannya kira-kira sama dengan yang dialami oleh batu.

Pada masa lampau, hakekat gerak benda jatuh merupakan bahan pembahasan yang sangat menarik dalam ilmu filsafat alam. Aristoteles, pernah mengatakan bahwa benda yang beratnya lebih besar jatuh lebih cepat dibandingkan benda yang lebih ringan. Pendapat aristoteles ini mempengaruhi pandangan orang-orang yang hidup sebelum masa Galileo, yang menganggap bahwa benda yang lebih berat jatuh lebih cepat dari benda yang lebih ringan yang berarti laju jatuhnya benda sebanding dengan berat benda tersebut. Mungkin sebelum mempelajari pokok bahasan ini, kita juga berpikiran demikian.

Misalnya kita menjatuhkan selembar kertas dan sebuah batu dari ketinggian yang sama. Hasil yang kita amati menunjukkan bahwa batu lebih dahulu menyentuh permukaan tanah/lantai dibandingkan kertas. Sekarang, coba kita jatuhkan dua buah batu dari ketinggian yang sama, di mana batu yang satu lebih besar dari yang lain. ternyata kedua batu tersebut menyentuh permukaan tanah hampir pada saat yang bersamaan, jika dibandingkan dengan batu dan kertas yang kita jatuhkan tadi. Kita juga dapat melakukan percobaan dengan menjatuhkan batu dan kertas yang berbentuk gumpalan.

Apa yang berpengaruh terhadap gerak jatuh bebas pada batu atau kertas? Gaya gesekan udara. Hambatan atau gesekan udara sangat mempengaruhi gerak jatuh bebas. Galileo mendalilkan bahwa semua benda akan jatuh dengan percepatan yang sama apabila tidak ada udara atau hambatan lainnya. Galileo menegaskan bahwa semua benda, berat atau ringan, jatuh dengan percepatan yang sama, paling tidak jika tidak ada udara. Galileo yakin bahwa udara berperan sebagai hambatan untuk benda-benda yang sangat ringan yang memiliki permukaan yang luas. Tetapi pada banyak keadaan biasa, hambatan udara ini bisa diabaikan. Pada suatu ruang di mana udara telah diisap, benda ringan seperti selembar kertas yang dipegang horisontal pun akan jatuh dengan percepatan yang sama seperti benda yang lain. Ia menunjukkan bahwa untuk sebuah benda yang jatuh dari keadaan diam, jarak yang ditempuh akan sebanding dengan kuadrat waktu. Walaupun demikian, Galileo adalah orang pertama yang menurunkan hubungan matematis sehingga diperoleh hasil yang sedemikian. Sumbangan Galileo yang khusus terhadap pemahaman kita mengenai gerak benda jatuh, dapat dirangkum sebagai berikut : “Pada suatu lokasi tertentu di Bumi dan dengan tidak adanya hambatan udara, semua benda jatuh dengan percepatan konstan yang sama.”

Daftar Pustaka

Abdullah. 2012.Gerak Jatuh Bebas. (online) (http: //gurufisikamuda .blogspot.com/ 2011/05/gerak-jatuh-bebas-gaya-gesekan-udara.html)diakses pada senin 3 Desember 2012 pukul 19.30 wib.

Adnan. 2009. Gerak Parabola. (online) (Http://. Guru muda/ gerak jatuh bebas/ blogspot.com) diases pada minggu 4 november 2012 pukul 11.30 wib.

Pantur. 1985. FISIKA JILID 1. Jakarta: Erlangga

Sutrisno. 1986. FISIKA DASAR. Bandung: ITB.

Hamidah, Ida. 2009. Fisika I. Bandung : Universitas Pendidikan Indonesia.

Haryadi, Bambang. 2009. Fisika. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

Ishaq, Mohamad. 2007. Fisika Dasar. Yogyakarta : Graha Ilmu.

Modul Praktikum Fisika. Pudak Scientific