Gerak Vertikal ke Bawah: Pengertian, Ciri, Rumus, Grafik, Contoh Soal dan Pembahasan

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Pernahkah kalian men-dribble bola basket atau melihat orang sedang men-dribblebola basket? Perhatikan gambar di atas, ketika kita men-dribble bola basket berarti kita memberi gaya dorong kepada bola tersebut. Nah gaya dorong inilah yang kemudian memberikan kecepatan pada bola basket sehingga bola dapat bergerak ke bawah dengan cepat.

Dalam fisika gerak bola basket tersebut dinamakan Gerak Vertikal ke Bawah (GVB). Lalu tahukah kalian apa itu gerak vertikal ke bawah? Untuk menjawab pertanyaan ini silahkan kalian baca artikel ini dengan seksama.

Pengertian Gerak Vertikal ke Bawah

Gerak vertikal ke bawah atau disingkat GVB adalah salah satu bentuk gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Sesuai dengan namanya, gerak vertikal ke bawah bermula dari posisi awal pada ketinggian tertentu menuju titik terendah (permukaan tanah).

Berbeda dengan gerak jatuh bebas (GJB) yang kecepatan awalnya sama dengan nol (v0 = 0), pada gerak vertikal ke bawah (GVB) kecepatan awal benda tidak sama dengan nol (v0 ≠ 0). Dengan kata lain, benda mengalami sebuah gaya tertentu yang membuat benda bergerak dengan kecepatan tertentu pula. Misalnya sebuah bola yang dilempar dari ketinggian h meter dengan kecepatan awal tertentu.

Gerak vertikal ke bawah dikatakan gerak lurus berubah beraturan karena kecepatannya berubah secara teratur. Kecepatan benda pada gerak vertikal ke bawah meningkat secara teratur dengan percepatan konstan yaitu sebesar percepatan gravitasi bumi (a = g). Karena kecepatan terus bertambah seiring bertambahnya waktu maka gerak vertikal ke bawah disebut juga gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat.

Dari penjelasan-penjelasan di atas, gerak vertikal ke bawah dapat didefinisikan sebagai berikut:

Gerak Vertikal ke Bawah atau GVB adalah gerak lurus berubah beraturan dalam arah vertikal (atas ke bawah) dengan kecepatan awal tertentu serta mengalami percepatan sebesar percepatan gravitasi bumi (a = g).

Poin penting yang harus kalian ingat dalam konsep gerak vertikal ke bawah adalah percepatan benda bernilai positif  sehingga kecepatan setelah t detik (vt) akan lebih besar dari kecepatan awalnya (v0) selama benda belum menyentuh tanah dan berhenti. Sebenarnya jika ditinjau dari segi vektor, pada gerak vertikal ke bawah maupun pada gerak vertikal lainnya seperti gerak jatuh bebas dan gerak vertikal ke atas, nilai percepatan benda selalu berharga negatif karena arahnya ke bawah.

Namun untuk mempermudah dalam memahami dan menghafal rumus-rumus besaran pada gerak vertikal, nilai percepatan benda diasumsikan positif karena harga positif atau negatif sangat berguna untuk membedakan rumus besaran pada gerak vertikal tersebut, terutama untuk rumus gerak vertikal ke bawah dan gerak vertikal ke atas.

Baca juga: Pengertian, Ciri, Rumus, Grafik, Contoh Soal dan Pembahasan Gerak Vertikal ke Atas (GVA).

Ciri-Ciri Gerak Vertikal ke Bawah

Suatu benda dikatakan bergerak vertikal ke bawah (GVB) apabila memenuhi ciri-ciri atau karakteristik sebagai berikut:

1	Benda bergerak dari atas ke bawah dengan permukaan tanah sebagai titik acauannya.
2	Lintasan gerak benda berupa garis lurus vertikal
3	Perpindahan benda terjadi pada sumbu Y (arah vertikal)
4	Memiliki kecepatan awal (v0 ≠ 0)
5	Percepatan benda sama dengan percepatan gravitasi bumi (a = g)

Sama halnya dengan gerak jatuh bebas, pada gerak vertikal ke bawah juga berlaku Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Dimana energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) di semua titik sepanjang lintasan sama besar. Ketika berada di titik tertinggi, benda memiliki energi kinetik minimum dan energi potensial maksimum.  Sebaliknya, di titik terendah (sesaat sebelum menyentuh tanah), benda memiliki energi kinetik maksimum dan energi potensial minimum.

Rumus-Rumus Pada Gerak Vertikal ke Bawah

Sebenarnya rumus pada gerak vertikal ke bawah (GVB) itu sama saja dengan rumus pada gerak jatuh bebas (GJB) hanya saja pada gerak vertikal ke bawah kecepatan awalnya tidak sama dengan nol. Namun untuk lebih memantabkan lagi pemahaman kalian mengenai rumus besaran fisika pada gerak vertikal yang arahnya ke bawah, kita akan bahas satu persatu lagi dimulai dari awal.

Untuk menurunkan rumus besaran-besaran pada gerak vertikal ke bawah (GVB) kita dapat menggunakan rumus utama pada gerak lurus berubah beraturan. Rumus utama dalam GLBB tersebut adalah sebagai berikut:

Rumus Utama GLBB

vt	=	v0 ± at	…………………………………pers. (1)
s	=	s0 + v0t ± ½ at2	…………………………………pers. (2)
vt2	=	v02 ± 2as	…………………………………pers. (3)

Dalam gerak vertikal ke bawah (GVB) terdapat beberapa rumus umum yang dapat digunakan untuk menyelesaikan soal-soal fisika yang berhubungan dengan gerak vertikal ke bawah. Rumus-rumus tersebut yaitu:

1. Rumus Kecepatan Awal Benda

Pada gambar di atas terlihat perbedaan antara gerak jatuh bebas (GJB) dengan gerak vertikal ke bawah (GVB). Jika pada gerak jatuh bebas kecepatan awal benda adalah nol maka pada gerak vertikal ke bawah kecepatan awal benda tidak sama dengan nol.

v0

≠

0

…………………………………pers. (4)

Namun jika dilihat berdasarkan arah gerak dan prinsip geraknya, gerak vertikal ke bawah dengan gerak jatuh bebas memiliki persamaan yaitu sama-sama bergerak ke bawah dengan percepatan tetap sebesar g.

Dari beberapa sumber buku ada yang menyatakan bahwa gerak jatuh bebas dibedakan dari gerak vertikal ke bawah karena perbedaan kecepatan awalnya. Namun beberapa sumber buku yang lain menyatakan GJB dan GVB digabungkan menjadi satu jenis yaitu gerak vertikal ke bawah, dimana gerak jatuh bebas merupakan gerak vertikal ke bawah yang kecepatan awalnya sama dengan nol.

2. Rumus Percepatan Benda

Sama seperti gerak jatuh bebas (GJB), arah gerak vertikal ke bawah (GVB) juga searah dengan arah gravitasi bumi yaitu menuju pusat bumi. Karena searah dengan gravitasi bumi, maka benda yang ber-GVB mengalami percepatan sehingga kecepatannya bertambah secara teratur.

Pada gerak vertikal ke bawah, percepatan yang dialami benda adalah percepatan gravitasi bumi sehingga percepatan benda dapat disimbolkan dengan g. Karena arah gerak benda searah dengan percepatan gravitasi bumi maka percepatan benda pada gerak vertikal ke bawah berharga positif.

a	=	g	…………………………………pers. (5)
Dengan:
g	=	9,8 m/s2 atau 10 m/s2

Jika dalam soal nilai g tidak diketahui, maka kita gunakan nilai 10 m/s2 sebagai nilai percepatan gravitasi pada gerak jatuh bebas atau jenis gerak vertikal lainnya.

3. Rumus Perpindahan Benda

Perpindahan merupakan selisih antara posisi akhir dengan posisi awal. Karena dalam gerak vertikal ke bawah perpindahannya terjadi dalam arah vertikal, maka perpindahan benda menunjukkan perubahan ketinggian sehingga pada gerak vertikal ke bawah perpindahan biasanya disimbolkan dengan h.

Tetapi kalian harus tahu bahwa h disini adalah perpindahan dan tidak sama dengan ketinggian. Dalam gerak vertikal ke bawah, perpindahan diukur dari atas (posisi awal) menuju ke bawah (tanah atau lantai). Sedangkan ketinggian benda diukur dari bawah (tanah) menuju ke atas (posisi ketinggian benda).

Dengan mensubtitusikan persamaan 4 dan 5 ke persamaan 2, maka besar perpindahan benda pada gerak vertikal ke bawah dapat dihitung dengan rumus:

s	=	s0 + v0t ± ½ at2
h	=	0 + v0t + ½ gt2
h	=	v0t + ½ g.t2	…………………………………pers. (6)
Dengan:
h	=	Perpindahan (m)
v0	=	kecepatan awal (m/s)
g	=	percepatan gravitasi bumi (m/s2)
t	=	waktu (s)

4. Rumus Kecepatan Setelah t Detik

Pada gerak vertikal ke bawah (GVB), kecepatan awalnya tidak sama dengan nol sehingga kecepatan benda setelah bergerak selama t detik akan bergantung juga pada kecepatan awalnya. Misal benda bergerak dengan kecepatan awal v0 seperti pada gambar di atas.

Saat benda mencapai posisi kedua seperti gambar di atas, maka kecepatan benda berubah menjadi vt yaitu kecepatan benda setelah t detik yang telah mengalami percepatan. Dengan mensubtitusikan persamaan 4 dan 5 ke persamaan 1, maka rumus kecepatan benda setelah t detik pada GVB yaitu sebagai berikut:

vt	=	v0 ± at
vt	=	v0 + gt	…………………………………pers. (7)

Sedangkan jika persamaan 4 dan 5 kita subtitusikan ke persamaan 3 maka kita akan mendapatkan rumus kecepatan setelah t detik sebagai berikut:

vt2	=	v02 ± 2as
vt2	=	v02 + 2gh	…………………………………pers. (8)
Keterangan:
vt	=	kecepatan benda setelah t detik (m/s)
v0	=	kecepatan awal (m/s)
g	=	percepatan gravitasi bumi (m/s2)
t	=	waktu (s)
h	=	perpindahan benda (m)

5. Rumus Ketinggian Benda

Gambar di atas menunjukkan hubungan antara ketinggian benda dan perpindahannya. Misalkan benda berada pada ketinggian awal h0 kemudian bergerak ke posisi tengah dengan perpindahan sebesar s. Pada titik tersebut, ketinggian benda dilambangkan dengan h’.

Perpindahan (s) pada gerak vertikal umumnya dilambangkan dengan h. Berdasarkan gambar di atas dan juga persamaan 6, maka ketinggian benda setelah bergerak selama t detik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

h'	=	h0 – h
h'	=	h0 – (v0t + ½ g.t2)	………………………………pers. (9)
Dengan:
h’	=	ketinggian benda setelah t detik (m)
h	=	perpindahan benda (m)
h0	=	ketinggian mula-mula benda (m)
v0	=	kecepatan awal benda (m/s)
g	=	percepatan gravitasi bumi (m/s2)
t	=	waktu (s)

6. Rumus Waktu Mencapai Titik Terendah

Karena benda yang bergerak dengan kecepatan awal v0 yang tidak sama dengan nol, maka untuk ketinggian yang sama, benda yang bergerak vertikal ke bawah akan lebih cepat mencapai tanah dibandingkan dengan benda yang bergerak jatuh bebas. Waktu yang dibutuhkan benda untuk mencapai tanah pada gerak vertikal ke bawah dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 6 yaitu sebagai berikut:

h	=	v0t + ½ g.t2
½ g.t2 + v0t – h = 0			…………………………………pers. (10)
Dengan:
v0	=	kecepatan awal (m/s)
h	=	Perpindahan (m)
g	=	percepatan gravitasi bumi (m/s2)
t	=	waktu (s)

Persamaan 10 di atas merupakan bentuk persamaan kuadrat sehingga untuk menentukan nilai t kita harus menggunakan prinsip persamaan kuadrat yaitu mencari akar-akar persamaan kuadrat.

Jika semua rumus-rumus diatas dikumpulkan jadi satu maka akan menjadi rumus utama dalam gerak vertikal ke bawah yang dapat kalian pergunakan untuk menyelesaikan persoalan yang berhubungan dengan gerak vertikal ke bawah (GVB).

Rumus Utama Gerak Vertikal ke Bawah (GVB)

h	=	v0t + ½ g.t2	→ perpindahan setelah t detik
vt	=	v0 + g.t	→ kecepatan setelah t detik
vt2	=	v02 + 2gh
h'	=	h0 – (v0t + ½ g.t2)	→ ketinggian setelah t detik

Grafik Gerak Vertikal ke Bawah

Secara umum grafik GVB sama saja dengan grafik GJB, akan tetapi karena pada gerak vertikal ke bawah terdapat kecepatan awal yang berarti kecepatan benda (vt) menjadi lebih besar dan waktu mencapai tanah lebih cepat maka posisi kurva pada sumbu XY dan kemiringan kurva agak sedikit berbeda dengan grafik GJB.

1. Grafik Hubungan Perpindahan terhadap Waktu (Grafik s-t) Pada GVB

Perpindahan merupakan besaran vektor jadi memiliki arah. Dalam gerak vertikal ke bawah, perpindahan diukur dari atas ke bawah, yaitu dari posisi awal ketinggian benda sampai ke tanah jadi arah perpindahan adalah ke bawah sehingga perpindahan berharga negatif seperti pada grafik. Dari grafik s – t di atas terlihat jelas bahwa mula-mula perpindahan benda adalah nol. Kemudian seiring bertambahnya waktu perpindahan benda semakin besar sampai pada titik akhir yaitu di tanah perpindahan benda tetap.

Bentuk kemiringan kurva pada grafik s-t pada GVB tentunya lebih besar dari grafik s-t GJB karena GVB memiliki percepatan awal sehingga waktu untuk mencapai perpindahan terbesar menjadi lebih cepat.

2. Grafik Hubungan Ketinggian terhadap Waktu (Grafik h-t) Pada GVB

Ketinggian merupakan kebalikan dari perpindahan. Ketinggian benda diukur dari bawah ke atas yaitu dari permukaan tanah menuju posisi ketinggian benda. Ketinggian merupakan besaran skalar sehingga nilainya selalu positif. Dari grafik h – t di atas terlihat bahwa semakin bertambahnya waktu ketinggian benda semakin berkurang karena benda bergerak ke bawah. Dan pada titik akhir (di tanah) ketinggian benda adalah nol.

3. Grafik Hubungan Kecepatan terhadap Waktu (Grafik v-t) Pada GVB

Grafik v-t pada GVB tentunya agak sedikit berbeda dengan grafik v-t GJB, karena gerak vertikal ke bawah memiliki percepatan awal maka kurva tidak dimulai dari titik pusat (0,0) sumbu XY. Dari grafik di atas terlihat mula-mula kecepatan benda sebesar v0 kemudian bertambah secara teratur seiring bertambahnya waktu.

4. Grafik Hubungan Percepatan terhadap Waktu (Grafik a-t) Pada GVB

Semua jenis gerak vertikal seperti gerak jatuh bebas, gerak vertikal ke bawah dan gerak vertikal ke atas, percepatan gravitasi yang dialami benda berharga negatif karena arahnya ke bawah. Tidak hanya pada gerak vertikal saja, pada gerak parabola juga berlaku percepatan gravitasi tersebut. Pada grafik a – t di atas terlihat jelas bahwa besar percepatan gravitasi konstan -9,8 m/s2.

untuk lebih memahami penjelasan tentang grafik gerak benda, silahkan kalian pelajari lebih lanjut artikel tentang jenis-jenis grafik gerak benda dan cara membacanya.

Contoh Soal Tentang Gerak Vertikal ke Bawah Beserta Penyelesaiannya

Sebuah benda dilemparkan dari sebuah gedung yang tingginya 20 m. benda tersebut tiba di tanah pada selang waktu 5 sekon (g = 10 m/s2). Tentukan kecepatan yang diberikan kepada benda tersebut.

Penyelesaian

h = 20 m

t = 5 sekon

Dengan menggunakan persamaan 6, diperoleh:

h = v0t + ½ g.t2

v0 = (h – ½ gt2)/t

v0 = [20 – (½ × 10 × 52)]/5

v0 = (20 – 125)/5

v0 = – 21 m/s

jadi kecepatan yang diberikan pada benda adalah – 20 m/s2. Tanda negatif menyatakan bahwa kecepatan bergerak ke bawah. Kecepatan merupakan besaran vektor jadi selain memiliki nilai juga memiliki arah.

Demikianlah artikel tentang definisi gerak vertikal ke bawah (GVB), ciri-ciri, rumus serta contoh soal tentang gerak vertikal ke bawah dan pembahasannya. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.