138 Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas VII

Gerak Lurus

137

138

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas VII

V Gerak Lurus

123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 Jika kamu berada di dalam mobil yang sedang berjalan dan memandang sebuah pohon di 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 pinggir jalan, kamu akan melihat seolah-olah pohon tersebut bergerak menjauhimu. Demikian pula 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 sebuah kereta yang berangkat meninggalkan stasiun. Apa sebenarnya gerak itu? 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 Sebuah mobil yang berjalan terkadang memiliki kecepatan tetap. Tetapi ada kalanya melakukan 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 pengereman atau menambah kecepatannya. Gerak apa saja yang dilakukan mobil tersebut? 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 Mari kita memahami gejala alam, khususnya gerak melalui pengamatan. Dalam pembelajaran 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 ini, kamu dapat menganalisis data percobaan gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 beserta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234

Gerak Lurus

139

Gerak

mempunyai

>

>

Besaran

>

terdiri dari

Gerak lurus

Gerak tidak lurus

ada dua macam

> Gerak lurus berubah beraturan

Gerak lurus beraturan ciri

ciri

>

Jarak Perpindahan Kelajuan Kecepatan

>

• • • •

>

>

berupa

Ada perubahan kecepatan tiap satuan waktu

Kelajuan tetap

>

>

ada dua macam

Gerak diperlambat

Gerak dipercepat

Kata Kunci • gerak lurus • kecepatan • percepatan

140


A. Pengertian Gerak Perhatikan Gambar 5.1! Mobil yang berjalan dan yang pesawat bergerak meninggalkan landasan jelas dapat dikatakan bergerak. Bagaimana dengan penumpang mobil dan penumpang pesawat? Dapatkah mereka dikatakan bergerak? Mari kita pelajari pengertian gerak (khususnya gerak lurus) dan besaranbesaran dalam gerak lurus. Gerak merupakan gejala alam yang banyak diteliti karena bidang penerapannya yang luas.

Gambar 5.1 Mobil dan pesawat sedang melakukan gerak. Sumber: Dokumen Penerbit

1. Pengertian Gerak Lurus Suatu benda dikatakan bergerak karena mengalami perubahan kedudukan dari titik acuan. Nah, tahukah kamu apakah titik acuan itu? Titik acuan adalah suatu titik untuk memulai pengukuran perubahan kedudukan benda. Adapun titik-titik yang dilalui oleh suatu benda ketika bergerak disebut lintasan. Sebenarnya, benda yang ”diam” dapat juga dikatakan bergerak. Hal ini bergantung pada titik acuan yang dipakai dan kedudukan benda yang berubah terhadap titik acuannya. Berdasarkan pengertian tersebut, penumpang mobil dan pesawat dapat dikatakan bergerak. Jika kamu memandang mobil sebagai titik acuan, maka penumpang mobil dikatakan diam. Sedangkan jika kamu memandang landasan pesawat sebagai acuan, maka penumpang pesawat dikatakan bergerak terhadap landasan. Nah, apakah kesimpulan yang kamu dapatkan mengenai pengertian gerak? Suatu benda dikatakan bergerak terhadap benda lain jika mengalami perubahan kedudukan terhadap benda lain yang dijadikan titik acuan. Sedangkan gerak lurus adalah suatu gerak yang mempunyai lintasan lurus. Dapatkah kamu menyebutkan contoh-contoh gerak lurus? Mobil yang berjalan di jalan lurus dan kereta api yang berjalan merupakan contoh gerak lurus.

2. Besaran-Besaran dalam Gerak Lurus Berapakah jarak yang kamu tempuh ketika berangkat sekolah? Berapa kecepatan mobil itu? Gerak dan kecepatan adalah besaran-besaran fisika. Dapatkah kamu menyebutkan besaran-besaran lain yang ada di dalam gerak?

Gerak Lurus

141

pergi ke pasar

rumah

200 m

kembali ke rumah

pasar

Gambar 5.2 Perpindahan dari rumah ke pasar, lalu kembali lagi ke rumah. Sumber: Dokumen Penerbit

a. Jarak dan Perpindahan Perhatikan Gambar 5.2! Jika seseorang pergi dari rumah ke pasar, kemudian kembali lagi ke rumah. Tahukah kamu berapakah jarak dan perpindahannya? Besarnya jarak yang ditempuh merupakan jarak dari rumah ke pasar ditambahkan dengan jarak dari pasar ke rumah. Jadi, jarak yang ditempuh adalah 200 m + 200 m = 400 m. Adapun untuk menentukan besarnya perpindahan, kamu perlu memerhatikan arah perpindahannya. Perpindahan yang ditempuh adalah 200 m ke arah pasar (+200 m) dan 200 m ke arah rumah yang letaknya berlawanan dengan arah ke pasar (–200 m). Jadi, perpindahan yang telah ditempuh adalah 200 m + (–200 m) = 0 m. Hal ini berarti meskipun orang tersebut bergerak, tetapi perpindahan yang dilakukan adalah nol karena kedudukan awal dan akhirnya sama. Dari pembahasan di atas, dapat kita nyatakan pengertian jarak dan perpindahan sebagai berikut. Jarak adalah panjang lintasan yang ditempuh benda tanpa memerhatikan arah, sedangkan perpindahan adalah panjang lintasan yang ditempuh benda dengan memerhatikan arahnya. b. Kelajuan dan Kecepatan Setelah kamu memahami perbedaan antara jarak dan perpindahan, tahukah kamu perbedaan antara kelajuan dan kecepatan? Suatu benda yang bergerak lurus, jarak terhadap posisi awalnya (s) terus berubah sesuai dengan selang waktunya (t). Dapat kita nyatakan pengertian kelajuan dan kecepatan sebagai berikut. Kelajuan adalah perubahan jarak terhadap posisi awalnya dalam suatu selang waktu tertentu tanpa memerhatikan arahnya, sedangkan kecepatan adalah kelajuan dengan memerhatikan arahnya.

142


Secara matematis, persamaan kelajuan dapat didefinisikan sebagai berikut. Keterangan: s v= ......... (5–1) v = kelajuan (m/s) t s = jarak (m) t = selang waktu (s) Tahukah kamu bagaimana grafik benda yang bergerak dengan laju tetap? Benda yang bergerak dengan laju tetap, dapat dinyatakan dalam grafik laju (v) terhadap waktu (t) dan jarak (s) terhadap waktu (t), seperti yang ditunjukkan Gambar 5.3. Meskipun satuan kelajuan dalam SI adalah m/s, pada kehidupan sehari-hari sering kamu jumpai satuan kelajuan dalam km/jam. Nah, tahukah kamu bagaimana mengubah satuan m/s ke dalam km/jam atau sebaliknya? Agar kamu lebih memahaminya, mari kita konversikan kedua satuan tersebut.

1 km = 1.000 m (meter)  km 1.000 m 5 m = = 1 1 jam = 3.600 s (sekon)  jam 3.600 s 18 s

a

b

Gambar 5.3 a. Grafik laju (v) terhadap waktu (t). b. Grafik jarak (s) terhadap waktu (t).

Jadi, dapat kita tuliskan konversi satuan m/s dan km/jam sebagai berikut. 1 km/jam =

5 m/s 18

atau

1 m/s =

18 km/jam 5

Dalam kehidupan sehari-hari, sulit untuk mempertahankan gerak suatu benda dalam kelajuan yang tetap. Sebagai contoh, ketika kamu naik sepeda, kamu akan mengurangi kelajuan ketika hendak berhenti atau berbelok dan ketika akan berjalan atau setelah berbelok, kamu akan menambah kelajuan kembali. Hal ini berarti laju suatu benda selalu mengalami perubahan atau laju kendaraan tidaklah tetap. Nah, untuk kasus seperti ini, bagaimanakah menentukan kelajuannya? Untuk laju yang selalu berubah-ubah, kamu perlu menghitung kelajuan rata-rata. Kelajuan rata-rata adalah hasil bagi lintasan total yang ditempuh suatu benda dengan selang waktu total yang diperlukan untuk menempuh lintasan tersebut. Secara matematis, kelajuan rata-rata dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.

kecepatan rata-rata = v =

lintasan yang ditempuh waktu total

s1 + s2 + s3 + " ......... (5–2) t1 + t2 + t3 + "

Keterangan: v = kelajuan rata-rata (m/s) s = lintasan yang di tempuh benda (m) t = selang waktu untuk menempuh lintasan (s)

Gerak Lurus

143

Contoh 1. Konversikan satuan kelajuan berikut! a. 72 km/jam = ... m/s b. 50 m/s = ... km/jam Jawab: 5 a. 72 km/jam = 72 × 18 m/s = 20 m/s 18 km/jam 5 = 180 km/jam

b. 50 m/s = 50 ×

2. Sebuah motor melaju sejauh 6 km dalam waktu 15 menit. Berapakah kelajuan motor tersebut? Jawab: Diketahui: s = 6 km 15 t = 15 menit = jam 60 1 = 4 jam kelajuan (v) = .... ?

v=

s 6 km = = 24 km/jam 1 t jam 4

3. Sebuah bus melaju di jalan tol yang lurus. Selama 30 menit pertama bus itu menempuh jarak 45 km, 15 menit selanjutnya menempuh jarak 15 km, dan 15 menit selanjutnya menempuh jarak 20 km. Tentukanlah kelajuan rata-rata bus tersebut! Jawab: Diketahui: s1 = 45 km t1 = 30 menit s2 = 15 km t2 = 15 menit s3 = 20 km t3 = 15 menit kelajuan rata-rata ( v ) = .... ? lintasan yang ditempuh benda waktu total 45 km + 15 km + 20 km = 30 menit + 15 menit + 15 menit 80 km = 60 menit 80 km = 1 jam

v=

= 80 km/jam

4. Irawan berjalan ke arah kanan sejauh 200 m dalam selang waktu 20 sekon. Tentukan kelajuan dan kecepatan yang ditempuh Irawan!

144


Jawab: lintasan yang ditempuh selang waktu 200 m = 20 s = 10 m/s

kelajuan Irawan =

Latihan 5.1 1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan gerak dan titik acuan! 2. Jelaskan perbedaan antara: a. jarak dengan perpindahan b. kelajuan dengan kecepatan 3. Yudi berangkat ke sekolah pukul 06.30 dengan naik sepeda. Jarak rumah Yudi dengan sekolah 3 km. Sekolah Yudi dimulai pukul 07.00. Agar Yudi tidak terlambat tiba di sekolah, berapakah kecepatan minimum yang harus dikayuh Yudi? 4. Kecepatan sebuah mobil di jalon tol yang lurus adalah sebagai berikut. a. 5 menit pertama, kecepatannya 10 m/s b. 20 menit kedua, kecepatannya 20 m/s c. 5 menit ketiga, kecepatannya 15 m/s. Berapakah kelajuan rata-rata mobil tersebut? 5. Sebuah mobil menempuh jarak 90 km selama 1 jam 12 menit. Berapakah jarak yang ditempuh apabila kendaraan tersebut hanya berjalan selama 32 menit?

B. Gerak Lurus Beraturan Pernahkah kamu memerhatikan kereta api yang bergerak di atas relnya? Apakah lintasannya berbelok-belok? Gambar 5.4. memperlihatkan bahwa lintasan kereta api adalah garis lurus. Karena kereta api bergerak pada lintasan yang lurus, maka kereta api mengalami gerak lurus. Jika masinis kereta api menjalankan kereta api dengan kelajuan tetap, maka untuk selang waktu yang sama, kereta api akan menempuh jarak yang sama. Nah, gerak yang dialami oleh kereta api tersebut dinamakan gerak lurus beraturan.

Gambar 5.4 Lintasan kereta api (rel) berupa garis lurus. Sumber: Dokumen Penerbit

Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda pada lintasan yang lurus di mana pada setiap selang waktu yang sama, benda tersebut menempuh jarak yang sama (gerak suatu benda pada lintasan yang lurus dengan kelajuan tetap).

Gerak Lurus

145

Gambar 5.5 Ticker timer

Di dalam laboratorium, alat yang digunakan untuk menyelidiki gerak lurus beraturan adalah ticker timer. Alat ini ini mempunyai sebuah plat baja yang dapat bergetar 50 kali setiap sekonnya. Setiap kali bergetar plat baja ini akan membuat sebuah tanda titik hitam pada kertas pita yang ditarik oleh benda yang akan diamati geraknya. Nah, agar kamu lebih memahami gerak lurus beraturan, mari menyelidiki gerak lurus beraturan melalui kegiatan berikut!

Kegiatan 5.1 Gerak Lurus Beraturan

Tujuan: Mengamati gerak lurus beraturan. Alat dan bahan: Sebuah landasan yang rata, sebuah mobil mainan elektronik, pewaktu ketik (ticker timer) dan pitanya, sebuah gunting, serta kertas polos. Prosedur kerja: 1. Buatlah landasan yang lurus agar mobil mainan dapat bergerak lurus. Letakkan ticker timer di ujung landasan. Kemudian, hubungkan mobil mainan dengan pita ticker timer. Perhatikan gambar.

2. 3. 4. 5.

Jalankan mobil mainan sehingga mobil mainan tersebut bergerak dengan kelajuan tetap. Amatilah jarak antara dua titik yang berdekatan. Hitunglah titik hitam pada pita ticker timer. Berilah tanda setiap jarak 5 ketik. Guntinglah pita ticker timer setiap jarak 5 ketik, kemudian tempelkan pada kertas polos.

Diskusikan pertanyaan berikut untuk memperoleh kesimpulan! 1. Apakah jarak antara dua titik hitam yang berdekatan sama? 2. Apakah panjang guntingan pita yang berjarak setiap lima titik hitam sama? 3. Gambarkanlah bentuk grafik yang kamu dapatkan dari kegiatan ini. Bagaimana bentuk grafiknya? 4. Kesimpulan apa yang kamu dapatkan dari kegiatan ini? a

Dari hasil Kegiatan 5.1, dapat kamu amati hasil-hasil sebagai berikut.

b

a. Jarak antara dua titik hitam yang berdekatan selalu sama. b. Panjang tiap potong pita ketik setiap lima titik hitam selalu sama.

Gambar 5.6 a. Pola titik-titik hitam yang terbentuk jika benda bergerak lurus beraturan. b. Diagram batang diperoleh dari beberapa potong pita dalam jarak 5 ketik.

146

Hal ini menunjukkan bahwa benda yang menarik pita, bergerak dengan kecepatan tetap. Pengertian kecepatan tetap pada percobaan ini adalah kelajuan dan arah gerak benda tetap. Pola titik-titik hitam yang terbentuk pada pita ticker timer oleh benda yang bergerak lurus beraturan pada Kegiatan 5.1 ditunjukkan pada Gambar 5.6.


Jadi, jelaslah bahwa pengertian gerak lurus beraturan adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan lurus dengan kecepatan tetap. Dari pengertian ini, dapatkah kamu membuat grafik jarak terhadap waktu untuk gerak lurus beraturan? Misalnya, sebuah mobil bergerak lurus beraturan dengan kecepatan 15 m/s. Ini berarti dalam setiap sekon, mobil tersebut menempuh jarak yang sama, yaitu 15 m. Sehingga kamu dapat membuat tabel seperti pada Tabel 5.1. Tabel 5.1 Tabel jarak terhadap waktu untuk mobil yang bergerak dengan kecepatan tetap 15 m/s. Waktu (sekon)

0

1

2

3

4

5

6

7

Jarak (meter)

0

15

30

45

60

75

90

105

Dari Tabel 5.1 kamu dapat membuat grafik jarak terhadap waktu untuk gerak lurus beraturan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.7. Nah, bagaimanakah bentuk kemiringan grafik jarak terhadap waktu pada gerak lurus beraturan yang mempunyai kelajuan lebih besar? Misalnya, ada mobil lain yang bergerak dengan kecepatan 25 m/s. Hal ini berarti mobil tersebut menempuh jarak sebesar 25 m setiap sekonnya. Dari pengertian ini kita dapat membuat tabel hubungan jarak terhadap waktu, seperti pada Tabel 5.2.

Gambar 5.7 Grafik jarak terhadap waktu untuk benda yang bergerak lurus beraturan dengan kecepatan tetap 15 m/s.

Tabel 5.2 Tabel jarak terhadap waktu untuk mobil yang bergerak dengan kecepatan tetap 25 m/s. Waktu (sekon)

0

1

2

3

4

5

6

7

Jarak (meter)

0

25

50

75 100 125 150 175

Sekarang, cobalah kamu buat grafik jarak terhadap waktu untuk gerak lurus beraturan dari Tabel 5.2! Kemudian, bandingkan grafik gerak lurus beraturan kecepatan 15 m/s dengan kecepatan 25 m/s seperti pada Gambar 5.8. Dapat kita simpulkan bahwa semakin besar kemiringan grafik jarak terhadap waktu, semakin besar pula kecepatannya. Hubungan antara kecepatan rata-rata ( v ), perpindahan ∆s , dan selang waktu ∆t dapat dituliskan sebagai berikut.

v =

∆s ∆t

..... (5–3)

Gambar 5.8 Grafik jarak terhadap waktu untuk benda yang bergerak lurus beraturan dengan kecepatan tetap 15 m/s dan kecepatan tetap 25 m/s.

Oleh karena kecepatan dalam gerak lurus beraturan adalah konstan, maka kecepatan rata-rata sama dengan kecepatan sesaat v. Jadi persamaan di atas dapat dituliskan menjadi sebagai berikut. v=

∆s atau ∆s = v . ∆t ∆t Gerak Lurus

147

Untuk kedudukan awal so ketika to = 0 maka:

∆s = s – so dan ∆t = t – to , ∆t = t – 0 = t Jadi,

∆s = v . t

.... (5–4)

s – so = v . t s = so + v . t

.... (5–5)

Latihan 5.2 1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan gerak lurus beraturan! 2. Apakah fungsi ticker timer? 3. Jelaskan langkah-langkah membuat grafik jarak terhadap waktu untuk gerak lurus beraturan! 3. Jelaskan hubungan antara kemiringan grafik dan kecepatan pada gerak lurus beraturan! 4. Mungkinkah sebuah mobil bergerak lurus beraturan di jalan perkotaan dalam waktu lama? Jelaskan!

C. Gerak Lurus Berubah Beraturan Pernahkah kamu memerhatikan mobil berjalan yang akan berhenti atau sedang mulai berjalan? Bagaimanakah kecepatannya? Tentu kecepatannya tidak selalu tetap atau mengalami perubahan. Gerak mobil tersebut merupakan contoh gerak lurus berbah beraturan. Sebelum kamu mempelajari gerak lurus berubah beraturan, kamu perlu memahami dulu pengertian percepatan. Tahukah kamu apa itu percepatan?

1. Percepatan Sebuah mobil yang baru mulai berjalan kecepatannya semakin lama semakin besar. Sedangkan mobil yang akan berhenti pasti melakukan pengereman sehingga semakin lambat (kecepatannya semakin kecil). Percepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan tiap waktu. Perubahan kecepatan adalah selisih antara kecepatan akhir dan kecepatan awal. Secara matematis, persamaan percepatan dapat didefinisikan sebagai berikut.

a=

vt − v0 ......... (5–6) t

Keterangan: a = percepatan (m/s2) v0 = kecepatan mula-mula (m/s) vt = kecepatan akhir (m/s) t = waktu (s) 148


Persamaan (5–6) dapat juga dituliskan sebagai berikut. vt = v0 + at

.... (5–7)

Jika benda memulai gerakan dari kedudukan awal so pada saat t = 0 dan kedudukannya adalah s pada saat t, maka perpindahan ∆s = s – s0

∆s = v t

.... (5–8)

v

= kecepatan rata-rata Kecepatan rata-rata adalah nilai tengah dari kecepatan awal vo dan kecepatan akhir vt.

v

=

1 (v + vt) 2 0

Jika v disubstitusikan ke persamaan (5 - 8) diperoleh persamaan sebagai berikut. 1 (v + vt) t 2 0 1 = (v0 + (v0 + at)) t 2 1 = (2 v0 + at)t atau 2 1 = v0 . t + at2 .... (5–9) 2

∆s =

∆s

Jika persamaan (5–9) disubtitusikan pada ∆s = s – s0 maka diperoleh persamaan sebagai berikut. s = s0 + v0 . t +

1 at2 2

.... (5–10)

Contoh 1. Tiga buah pesawat (A, B, dan C) mula-mula bergerak dengan kecepatan yang sama 20 m/s. Setelah 1 sekon pesawat A bergerak dengan kecepatan 30 m/s, pesawat B bergerak dengan kecepatan 50 m/s, dan pesawat C bergerak dengan kecepatan 40 m/s. Tentukanlah besar percepatan masingmasing pesawat! Jawab: Diketahui: v0 = 20 m/s vA = 30 m/s vB = 50 m/s vC = 40 m/s ∆t = 1 s a A = .... ? a B = .... ? a C = .... ? Percepatan pesawat A: aA =

v − v0 30 − 20 ∆v = A = = 10 m/s 2 1 ∆t ∆t

Gerak Lurus

149

Percepatan pesawat B: aB =

v − v0 50 − 20 ∆v = B = = 30 m/s 2 1 ∆t ∆t

Percepatan pesawat C: aC =

40 − 20 ∆v v C − v 0 = = = 20 m/s 2 1 ∆t ∆t

2. Perhatikan grafik di bawah! Tentukan besar percepatan dan jarak yang ditempuh!

Jawab: Diketahui: s = ...?

a=

v0 = vt =

10 m/s 40 m/s

vt − v0 = 40 − 10 = 5 m/s2 6 t

s = v0 . t +

1 1 · a · t2 = 10 m/s · 6 s + · 5 m/s2 · (6 s)2 = 150 m 2 2

2. Gerak Lurus Berubah Beraturan Setelah kamu memahami definisi percepatan, tahukah kamu apakah gerak lurus berubah beraturan itu? Perhatikan Gambar 5.9! Sebuah bola dijatuhkan dari suatu ketinggian. Kamu dapat mengamati bahwa jarak antara dua kedudukan bola yang berdekatan bertambah secara tetap. Hal ini berarti bola yang dijatuhkan mengalami perubahan kecepatan yang sama setiap sekonnya. Dari contoh tersebut, kamu dapat mendefinisikan bahwa gerak lurus berubah beraturan. Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan lurus dan mengalami perubahan kecepatan yang sama setiap sekonnya atau mengalami percepatan yang sama. Gambar 5.9 Gerak bola yang dijatuhkan merupakan contoh gerak lurus berubah beraturan. Sumber: Dokumen Penerbit

150

Gerak lurus suatu benda yang perubahan kecepatannya selalu bertambah disebut gerak lurus dipercepat. Sedangkan gerak suatu benda yang perubahan kecepatannya selalu berkurang disebut gerak lurus diperlambat. Nah, agar kamu lebih memahami gerak lurus dipercepat, lakukanlah kegiatan berikut!


Kegiatan 5.2 Gerak Lurus Berubah Beraturan Dipercepat Tujuan: Mengamati gerak lurus berubah beraturan dipercepat. Alat dan bahan: Sebuah landasan yang rata, sebuah mobil mainan elektronik, beberapa buah buku tebal, pewaktu ketik (ticker timer) dan pitanya, sebuah gunting, serta kertas polos. Prosedur kerja: 1. Buatlah landasan yang miring dengan menaikkan salah satu ujung landasan. Letakkan ticker timer di ujung landasan tersebut. Kemudian, hubungkan mobil mainan dengan pita ticker timer.

2. Lepaskan mobil mainan dari ujung landasan yang sudah dinaikkan sehingga mobil mainan tersebut bergerak dipercepat. 3. Amatilah jarak antara dua titik yang berdekatan pada kertas ticker timer. 4. Hitunglah titik hitam pada pita ticker timer. Berilah tanda setiap jarak 5 ketik. 5. Guntinglah pita ticker timer setiap jarak 5 ketik, kemudian tempelkan pada kertas polos. Diskusikan pertanyaan berikut untuk memperoleh kesimpulan! 1. Apakah jarak antara dua titik hitam yang berdekatan sama? 2. Apakah panjang guntingan pita yang berjarak setiap lima titik hitam sama? 3. Gambarkanlah bentuk grafik yang kamu dapatkan dari kegiatan ini. Bagaimana bentuk grafiknya? 4. Kesimpulan apa yang kamu dapatkan dari kegiatan ini?

Dari hasil Kegiatan 5.2, dapat kamu amati hasil-hasil sebagai berikut. 1. Jarak antara dua titik hitam yang berdekatan pada gerak lurus berubah beraturan dipercepat bertambah secara tetap. 2. Tinggi tiap potong pita ketik setiap lima titik hitam bertambah secara tetap. Hal ini menunjukkan bahwa benda yang menarik pita dengan percepatan yang tetap, geraknya dinamakan gerak lurus berubah beraturan dipercepat. Pola titik-titik hitam yang terbentuk pada pita ticker timer oleh benda yang bergerak lurus berubah beraturan ditunjukkan pada Gambar 5.10. Bagaimanakah gerak lurus berubah beraturan diperlambat itu? Agar kamu lebih memahaminya, mari kita lakukan kegiatan berikut ini!

a b

Gambar 5.10 a. Pola titik-titik hitam yang terbentuk jika benda bergerak lurus berubah beraturan dipercepat. b. Diagram batang yang diperoleh dari beberapa potong pita dalam jarak 5 ketik.

Gerak Lurus

151

Kegiatan 5.3 Gerak Lurus Berubah Beraturan Diperlambat Tujuan: Mengamati gerak lurus berubah beraturan diperlambat. Alat dan bahan: Sediakanlah sebuah landasan yang rata, sebuah mobil mainan elektronik, beberapa buah buku tebal, pewaktu ketik (ticker timer) dan pitanya, sebuah gunting, serta kertas polos. Prosedur kerja: 1. Buatlah landasan yang miring dengan menaikkan salah satu ujung landasan. Letakkan ticker timer di ujung landasan tersebut. Kemudian, hubungkan mobil mainan dengan pita ticker timer. Perhatikan gambar berikut.

2. Lepaskan mobil mainan dari ujung landasan yang lebih rendah sehingga mobil mainan tersebut bergerak diperlambat. 3. Amatilah jarak antara dua titik yang berdekatan pada pita ticker timer. 4. Hitunglah titik hitam pada pita ticker timer. Berilah tanda setiap jarak 5 ketik. 5. Guntinglah pita ticker timer setiap jarak 5 ketik, kemudian tempelkan pada kertas polos. Diskusikan pertanyaan berikut untuk mendapatkan kesimpulan! 1. Apakah jarak antara dua titik hitam yang berdekatan sama? 2. Apakah panjang guntingan pita yang berjarak setiap lima titik hitam sama? 3. Gambarkanlah bentuk grafik yang kamu dapatkan dari kegiatan ini. Bagaimana bentuk grafiknya? 4. Kesimpulan apa yang kamu dapatkan dari kegiatan ini?

a b

Gambar 5.11 a. Pola titik-titik hitam yang terbentuk jika benda bergerak lurus berubah beraturan diperlambat. b. Diagram batang yang diperoleh dari beberapa potong pita dalam jarak 5 ketik.

152

Dari hasil Kegiatan 5.3, dapat kamu amati hasil-hasil sebagai berikut. 1. Jarak antara dua titik hitam yang berdekatan pada gerak lurus berubah beraturan diperlambat berkurang secara tetap. 2. Tinggi tiap potong pita ketik setiap lima titik hitam berkurang secara tetap. Hal ini menunjukkan bahwa benda mengalami gerak lurus berubah beraturan diperlambat. Pola titik-titik hitam yang terbentuk pada pita ticker timer oleh benda yang bergerak lurus beraturan ditunjukkan pada Gambar 5.11. Tahukah kamu contoh aplikasi gerak lurus berubah beraturan dalam kehidupan sehari-hari? Berikut ini adalah beberapa contoh gerak lurus berubah beraturan yang sering kamu jumpai dalam kehidupan sehari-hari.


1. Mobil yang bergerak dipercepat dengan menekan pedal gas atau mobil yang bergerak diperlambat dengan menekan pedal rem. 2. Gerak benda yang dijatuhkan. Misalnya, buah mangga yang jatuh dari tangkainya. 3. Gerak batu yang dilempar ke atas sehingga kecepatan batu berkurang secara bertahap. Tahukah kamu bagaimana bentuk grafik kecepatan terhadap waktu untuk gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan? Perhatikan Gambar 5.12. Benda yang bergerak lurus beraturan selalu memiliki kecepatan tetap sehingga grafik v–t untuk gerak lurus beraturan adalah mendatar, seperti yang ditunjukkan Gambar 5.12 (a). Untuk benda yang bergerak lurus berubah beraturan selalu memiliki percepatan tetap. Jika percepatan searah dengan kecepatan, kecepatan benda akan bertambah secara tetap sehingga bentuk grafik v–t pada gerak lurus berubah beraturan dipercepat miring ke atas, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.12 (b). Semakin miring garisnya, semakin besar percepatan benda tersebut. Jika percepatan berlawanan arah dengan kecepatan, kecepatan benda akan berkurang secara tetap sehingga bentuk grafik v–t pada gerak lurus berubah beraturan diperlambat miring ke bawah, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.12 (c). Semakin miring garisnya, semakin besar perlambatan benda tersebut.

a

b

c

Gambar 5.12 Grafik kecepatan terhadap waktu untuk: a. gerak lurus beraturan b. gerak lurus berubah beraturan dipercepat c. gerak lurus berubah beraturan diperlambat

Tugas 5.1 Carilah contoh gerak lurus berubah beraturan lainnya! Diskusikanlah dengan teman sekelompokmu, kemudian bacakan hasilnya di depan kelas!

Latihan 5.3 1. Apakah perbedaan antara gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan? 2. Apakah perbedaan antara gerak lurus berubah beraturan dipercepat dan gerak lurus berubah beraturan diperlambat? 3. Sebuah mobil bergerak di jalan yang lurus dari keadaan diam sampai mencapai kelajuan 36 m/s dalam waktu 6 s. Tentukan percepatan mobil tersebut! 4. Sebuah motor melaju pada jalan lurus dengan kecepatan 50 km/jam. Tiba-tiba pengendara melihat ada orang yang menyeberang jalan sehingga dia mengerem. Setelah 5 sekon sejak pengereman dilakukan, kecepatan motor menjadi 14 km/jam. Tentukan percepatan mobil dalam m/s2! 5. Berilah contoh kejadian pada kehidupan sehari-hari yang menggambarkan gerak lurus: a. dipercepat b. diperlambat Gerak Lurus

153

Rangkuman

• Gerak lurus adalah suatu gerak yang mempunyai lintasan lurus. Besaran-besaran dalam gerak lurus antara lain jarak, perpindahan, kelajuan, dan kecepatan. a. Jarak adalah panjang lintasan yang ditempuh benda tanpa memerhatikan arah. b. Perpindahan adalah panjang lintasan yang ditempuh benda dengan memperhatikan arahnya. c. Kelajuan adalah perubahan jarak terhadap posisi awalnya dalam suatu selang waktu tertentu tanpa memperhatikan arahnya d. Kecepatan adalah kelajuan dengan memperhatikan arahnya. • Kelajuan rata-rata adalah hasil bagi lintasan total yang ditempuh suatu benda dengan selang waktu total yang diperlukan untuk menempuh lintasan tersebut.

kecepatan rata-rata =

lintasan yang ditempuh waktu total

• Gerak lurus beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda pada lintasan yang lurus di mana pada setiap selang waktu yang sama, benda tersebut menempuh jarak yang sama (gerak suatu benda pada lintasan yang lurus dengan kelajuan tetap). • Pada gerak lurus beraturan, perpindahan (s) benda dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut. s = so + v . t • Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan lurus dan mengalami perubahan kecepatan yang sama setiap sekonnya atau mengalami percepatan yang sama. • Percepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan tiap waktu. Perubahan kecepatan adalah selisih antara kecepatan akhir dan kecepatan awal.

vt − v0 t • Pada gerak lurus berubah beraturan, perpindahan (s) benda dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut. a=

s = s 0 + v0 . t +

154

1 at2 2


Refleksi Kamu telah selesai mempelajari materi Gerak Lurus dalam bab ini. Sebelum melangkah ke bab berikutnya, lakukan evaluasi diri dengan menjawab pertanyaan di bawah ini. Jika semua pertanyaan kamu jawab dengan ‘ya’, maka lanjutkan mempelajari bab berikutnya. Jika ada pertanyaan yang dijawab dengan ‘tidak’, berarti kamu perlu mempelajari lagi materi yang berkaitan dengan pertanyaan itu. Jika ada kesulitan atau menemukan hal-hal yang sukar dimengerti, bertanyalah kepada Bapak/Ibu Guru. 1. Dapatkah kamu menjelaskan bilamana suatu benda dikatakan bergerak dan bergerak lurus? 2. Dapatkah kamu menunjukkan besaran-besaran dalam gerak? 3. Apakah kamu sudah dapat membuat grafik yang menghubungkan antara jarak, waktu, dan kecepatan? 4. Dapatkah kamu menjelaskan gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan? Apa saja perbedaannya? 5. Apakah kamu dapat menganalisis data yang didapat dari percobaan gerak sehingga mengetahui perbedaan antara gerak lurus beraturan, gerak lurus berubah beraturan dipercepat, dan gerak lurus berubah beraturan diperlambat?

Latih Kemampuan

5

I. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat! 1. Suatu benda dikatakan bergerak jika .... a. jarak benda itu tidak berubah terhadap benda lain b. kedudukan benda itu jauh terhadap benda lain c. kedudukan benda itu berimpit dengan benda lain d. kedudukan benda itu berubah terhadap titik acuan 2. Doni naik mobil yang sedang bergerak lurus. Pernyataan yang benar adalah .... a. Doni bergerak terhadap mobil b. Doni tidak bergerak terhadap rumah di pinggir jalan c. Doni bergerak terhadap pohon di pinggir jalan d. mobil tidak bergerak terhadap pohon di pinggir jalan

3. Sebuah mobil bergerak dengan kelajuan 108 km/jam. Kelajuan tersebut sama dengan .... a. 30 m/s c. 60 m/s b. 45 m/s d. 75 m/s 4. Perhatikan gambar di bawah ini!

Ana berjalan lurus dari A ke B sejauh 100 m kemudian berbalik arah dan berjalan lurus dari B ke C sejauh 20 m. Jarak dan perpindahan Ana selama ia bergerak adalah ....

Gerak Lurus

155

a. b. c. d.

120 100 120 100

m m m m

dan dan dan dan

80 80 20 20

m m m m

5. Arni berangkat ke sekolah naik sepeda dengan kecepatan 5 m/s. Jarak rumah Arni dengan sekolah 12 km. Sekolah dimulai pukul 07.00. Agar tiba di sekolah 15 menit sebelum dimulai, Arni harus berangkat dari rumah pukul .... a. 06.20 b. 06.10 c. 06.05 d. 06.00 6. Sebuah motor bergerak dengan kecepatan sebagai berikut. Selama 2 sekon pertama kecepatannya 5 m/s, 5 sekon berikutnya berhenti, dan 3 sekon berikutnya kecepatan motor menjadi 2 m/s. Kecepatan rata-rata motor tersebut selama kurun waktu di atas adalah ... m/s. a. 1,6 b. 3,2 c. 3,33 d. 5 7. Sebuah sepeda motor menempuh jarak 20 km dalam waktu 15 menit. Kecepatan rata-rata sepeda motor tersebut adalah .... a. 100 km/jam b. 80 km/jam c. 70 km/jam d. 60 km/jam 8. Berikut ini adalah contoh gerak benda. (1) bola jatuh bebas (2) bola menggelinding di atas pasir (3) bola menuruni bidang miring (4) bola dilempar vertikal ke atas Gerak di atas yang termasuk gerak lurus berubah beraturan dipercepat adalah .... a. (1) dan (2) b. (2) dan (3) c. (1) dan (3) d. (2) dan (4)

156

9. Perhatikan grafik berikut!

Berdasarkan grafik di atas, kelajuan benda adalah .... a. 10 m/s b. 20 m/s c. 30 m/s d. 40 m/s 10. Jarak kota A ke kota B adalah 110 km. Pak Anton berangkat dari kota A pukul 08.00 menuju kota B menggunakan motor dengan kecepatan rata-rata 40 km/jam. Pak Anton tiba di kota B pukul .... a. 10.15 c. 10.45 b. 10.30 d. 11.00 11. Pernyataan yang benar untuk GLBB adalah .... a. kecepatan benda tetap b. kecepatan benda bertambah c. kecepatan benda berubah-ubah d. kecepatan benda berubah secara teratur 12. Gerak batu yang dilempar vertikal ke atas dan akhirnya jatuh ke tanah adalah .... a. GLB kemudian berubah menjadi GLBB b. GLBB diperlambat kemudian berubah menjadi GLBB dipercepat c. GLBB kemudian berubah menjadi GLB d. GLB 13. Ciri benda yang bergerak lurus beraturan adalah .... a. jaraknya selalu tetap b. jarak yang ditempuh selalu tetap dalam selang waktu yang berbeda c. kelajuannya berubah secara beraturan d. jaraknya berubah secara beraturan


14. Perhatikan grafik kelajuan - waktu dari sebuah sepeda motor berikut ini.

Dari bagian grafik yang menunjukkan sepeda motor bergerak dengan kelajuan tetap adalah .... a. AB c. CD b. BC d. DE

15. Berikut ini beberapa kecepatan sebuah mobil. (1) 20 m/s (2) 40 m/s (3) 36 km/jam (4) 72 km/jam Apabila dibuat grafik jarak terhadap waktu maka yang memiliki kemiringan terkecil adalah .... a. (1) c. (2) b. (3) d. (4)

II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan tepat! 1. Anwar mengendarai sepeda motor dari kota A menuju ke kota D yang mempunyai jarak 160 km. Dalam perjalanan, Anwar berhenti di kota B dan kota C. Jarak kota A dan kota B adalah 60 km, ditempuh dalam waktu 1 jam. Jarak kota B dan kota C adalah 30 km, ditempuh dalam waktu 45 menit. Jarak kota C dengan kota D adalah 70 km, ditempuh dalam waktu 1 jam 15 menit. Berapakah kecepatan rata-rata sepeda motor Anwar? 2. Sebuah bus berangkat dari Solo pada pukul 08.30 dan tiba di Jakarta pukul 20.30. Jika jarak Solo – Jakarta 500 km, tentukan kelajuan rata-rata bus tersebut! 3. Gambarkan grafik v – t dari gerak lurus berubah beraturan dipercepat dan gerak lurus berubah beraturan diperlambat! 4. Tentukan kelajuan rata-rata dalam m/s dari situasi berikut ini! a. Sebuah mobil yang menempuh jarak 500 m dalam waktu 25 sekon. b. Seorang pelari yang berlari sejauh 3.550 m dalam waktu 9 menit. 5. Tentukanlah kelajuan sebuah sepeda yang menempuh jarak 200 m dalam waktu 40 menit dalam km/jam!

Gerak Lurus

157

Wacana Sains Untung, Ada Eskalator

Ikut ayah-ibu ke mal memang asyik. Bila malnya bertingkat kamu bisa melihat berbagai hal di tiap lantainya. Asyiknya, walaupun memasuki banyak toko di tiap lantainya kita tidak kecapaian. Mengapa? Sebab, untuk mempermudah orang-orang yang datang dan berbelanja, disediakan tangga berjalan atau eskalator. Dengan begitu, kita tak usah capekcapek naik-turun. Ini semua berkat jasa Charles Seeberger. Pada sekitar tahun 1900, ia merancang ‘nenek moyang’-nya eskalator modern. Ia menamainya escalator yang merupakan kombinasi dari elevator yang berarti pengangkat dan scala yang dalam bahasa Latin berarti tangga. Tapi, ada juga yang menyebutnya tangga berjalan, tangga ajaib. Eskalator terbuat dari dua mesin sederhana, roda dan as roda, serta permukaan miring yang disebut bidang miring. Bidang miring mempermudah kita memindahkan benda dari satu tingkat ke tingkat lainnya. Eskalator adalah bidang miring. Tapi, anak tangganya juga bergerak. Jadi, jalan dari lantai bawah ke atas atau dari atas ke bawah dengan menggunakan eskalator menjadi sangat mudah. Bagaimana ia bisa bergerak? Kunci cara kerja eskalator adalah sepasang rantai yang mengelilingi dua pasang roda gir. Sepasang di lantai atas, sepasang di lantai bawah. Lalu, ada sebuah motor listrik yang memutar gir atas. Nah, gir inilah yang kemudian memutar rantai. Jika kamu perhatikan, eskalator bergerak dengna kecepatan tetap. Bila kamu melangkah ke sebuah eskalator, anak-anak tangganya seperti muncul dari dasar lantai. Anak tangga itu membawamu ke atas, lalu hilang lagi. Kemana anak tangga itu pergi? Anak tangga itu sebenarnya bagian dari ban besar yang memutar di antara dua gir. Anak tangga itu pada posisi tegak saat kau berdiri di atasnya. Tapi, mereka menjadi rebah dan rata ketika memutari roda. Yang penting kamu ketahui, pada setiap anak tangga itu ada roda kecil sehingga ia bisa menggelinding di jalurnya. Tentu saja kalian tak bisa melihat roda-roda ini karena berada di bagian bawah eskalator. Roda-roda ini menempel pada sebuah motor yang memutarnya pada kecepatan tertentu. Selama motornya berjalan, anak-anak tangganya terus berjalan dan berputar dari atas ke bawah. Bolak-balik seharian. Tahukah Kamu? Kecepatan eskalator bervariasi mulai dari 27 meter per menit hingga 55 meter per menit. Sebuah eskalator yang bergerak 44 meter per menit bisa membawa lebih dari 10.000 orang per jamnya. Jauh lebih banyak ketimbang lift standar. Sumber: http://www.republika.co.id/

158


138 Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas VII

Recommend Documents