Gerak Vertikal: 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:

Coba kalian perhatikan gambar di bawah ini. Jika kita melemparkan suatu benda misalnya bola ke atas, maka setelah mencapati titik tertentu bola tersebut akan bergerak kembali lagi ke bawah untuk mencapai permukaan tanah atau lantai. Di dalam fisika, gerak bola saat dilempar ke atas dan kembali lagi ke tanah disebut dengan gerak vertikal. Lalu apa itu gerak vertikal dan bagaimana karakteristiknya? Untuk menjawab pertanyaan ini silahkan kalian baca sacara seksama penjelasan berikut ini.

Pengertian Gerak Vertikal

Gerak vertikal merupakan gerak lurus berubah beraturan (GLBB), mengapa demikian? Kita tahu bahwa ciri-ciri gerak lurus berubah beraturan adalah kecepatannya berubah secara beraturan karena pengaruh percepatan yang konstan atau tetap serta lintasannya yang berbentuk garis lurus.

Nah kecepatan benda yang bergerak vertikal itu dipengaruhi oleh percepatan gravitasi yang nilainya konstan sebesar 9,8 m/s2, sehingga nilai kecepatannya akan berubah secara teratur. Jika benda bergerak ke atas maka besar kecepatan benda akan berkurang secara teratur sedangkan jika benda bergerak ke bawah, kecepatan benda akan bertambah secara teratur.

Selain itu pada gerak vertikal lintasannya juga berbentuk garis lurus namun arahnya vertikal, bisa dari atas ke bawah atau dari bawah ke atas. Sehingga dengan demikian gerak vertikal dapat dikategorikan sebagai gerak lurus berubah beraturan atau GLBB.

Jika benda bergerak ke atas, benda akan mengalami perlambatan (GLBB diperlambat) yang ditandai kecepatan semakin berkurang. Apabila benda bergerak ke bawah, benda akan mengalami percepatan (GLBB dipercepat) yang ditandai kecepatan benda semakin meningkat. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa:

Gerak Vertikal adalah gerak lurus berubah beraturan dalam arah vertikal (dari bawah ke atas atau dari atas ke bawah) dengan percepatan konstan. Sebesar 9,8 m/s2(percepatan gravitasi bumi). Jika suatu benda bergerak dari bawah ke atas akan mengalami perlambatan sedangkan jika bergerak dari atas ke bawah, benda akan mengalami percepatan.

Ciri-Ciri Gerak Vertikal

Suatu benda dikatakan bergerak vertikal apabila memenuhi beberapa ciri atau karakterisitik sebagai berikut:

1	Benda bergerak dari bawah ke atas atau dari atas ke bawah dengan permukaan tanah sebagai acuannya
2	Lintasan gerak benda berupa garis lurus vertikal
3	Perpindahan benda terjadi pada sumbu Y (arah vertikal)
4	Kecepatan berubah teratur (diperlambat atau dipercepat)
5	Benda mengalami percepatan sebesar percepatan gravitasi bumi yaitu 9,8 m/s2

Ciri-ciri nomor 4 di atas, kecepatan benda diperlambat jika benda bergerak dari bawah ke atas dan dipercepat jika benda bergerak dari atas ke bawah, untuk memahami konsep ini, perhatikan gambar berikut ini.

Pada benda yang bergerak ke atas, arah kecepatan benda berlawanan dengan arah percepatan gravitasi bumi sehingga semakin lama benda bergerak ke atas, kecepatannya akan semakin berkurang. Oleh karena itu benda mengalami perlambatan. Besar perlambatan yang dialami benda adalah sebesar percepatan gravitasi bumi (-9,8 m/s2).

Sedangkan pada benda yang bergerak ke bawah, arah kecepatan benda searah dengan arah percepatan gravitasi bumi sehingga semakin lama benda bergerak ke bawah, kecepatannya akan semakin meningkat. Oleh karena itu benda mengalami percepatan sehingga geraknya disebut gerak lurus beraturan dipercepat.

Rumus-Rumus Pada Gerak Vertikal

Mari kita analisis lagi contoh ilustrasi gerak vertikal di awal artikel tadi. Suatu benda yang dilemparkan ke atas akan bergerak dengan lintasan seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Misalkan benda yang dilempar ke atas dengan ketinggian awal ho maka benda akan menempuh lintasan A, B, C, D, E, F, dan G. Tetapi perlu kalian ketahui bahwa sebenarnya bentuk lintasan benda adalah lurus dari posisi A ke posisi G bukan seperti pada gambar yang diilustrasikan melengkung antara titik C sampai E.

Penulis menggambarkan garis lengkung agar supaya kalian bisa membedakan mana lintasan gerak ke atas dan mana lintasan gerak ke bawah, karena jika digambarkan lurus, lintasan ke atas dan ke bawah akan berhimpit sehingga susah untuk dibedakan. Dari gambar lintasan A sampai G jika kita analisis , besaran-besaran yang bekerja pada benda digambarkan sebagai berikut.

Gambar di atas adalah gerakan suatu bola yang dilempar lurus ke atas dengan kecepatan awal vo. Lintasan bola dari titik A ke titik D menunjukkan bola bergerak naik. Pada saat bola naik, kecepatannya semakin berkurang sampai di titik tertinggi (D) kecepatan bola nol untuk sesaat. Gerak bola dari titik A sampai titik D ini dinamakan gerak vertikal ke atas (GVA).

Lintasan bola dari titik D menuju titik G menunjukkan bola bergerak turun. Ketika bola bergerak turun, kecepatannya semakin bertambah sampai di titik awal (G = A) bola mengalami kecepatan v yang besarnya sama dengan vo. Gerak bola dari titik D menuju titik G ini dinamakan gerak vertikal ke bawah (GVB).

Akan tetapi perlu kalian ingat bahwa kecepatan awal gerak bola dari titik D ke titik G adalah nol (dititik tertinggi D nilai v = 0) sehingga gerak vertikal ke bawah tanpa kecepatan awal ini lebih sering disebut dengan gerak jatuh bebas (GJB). Dengan demikian pada kasus bola yang dilempar ke atas trus bergerak kembali ke tanah atau lantai terdapat dua jenis gerak vertikal yaitu gerak vertikal ke atas (GVA) dan gerak jatuh bebas (GJB).

Gerak vertikal

=

Gerak Vertikal ke Atas

+

Gerak Jatuh Bebas

Untuk menurunkan rumus besaran-besaran pada gerak vertikal dapat kalian pergunakan rumus pokok pada gerak lurus berubah beratuan (GLBB). Rumus ini bisa kalian temukan dalam artikel tentang perbedaan konsep, rumus, grafik pada GLB dan GLBB.

1. Ketinggian Maksimum (hmax)

Untuk menentukan ketinggian maksimum, kita hitung posisi bola ketika kecepatannya sama dengan nol (v = 0) pada titik tertinggi. Pada saat mula-mula t = 0, kecepatan awal bola vo dan percepatannya a = -g. Sehingga kita dapatkan persamaan:

v2		=	vo2 + 2gh
0		=	vo2 + 2gh
hmax		=	vo2	....................pers. (1)
			2g
Dengan:
hmax		=	ketinggian maksimum (m)
vo		=	kecepatan awal (m/s)
g		=	percepatan gravitasi (m/s2)

2. Waktu untuk Mencapai Titik Tertinggi (tmax)

Dititik tertinggi v = 0, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik tertinggi dapat dihitung dengan menggunakan rumus atau persamaan berikut.

v	=	vo − gt
0	=	vo − gt
tmax	=	vo	....................pers. (2)
		g

3. Lama Benda Melayang di Udara (tAG)

Lama benda melayang di udara adalah waktu yang diperlukan bola untuk menempuh lintasan dari titik A sampai titik G, sehingga disebut juga waktu yang diperlukan bola untuk jatuh kembali. Berdasarkan gambar di atas, jika bola mula-mula bergerak dari tanah (ho = 0) maka waktu bola untuk kembali lagi ke tanah dapat dicari dengan mengasumsikan nilai h = 0, karena ketika bola di tanah tidak memiliki ketinggian lagi.

Selain itu, kita juga dapat menentukan lama benda di udara dengan menganalisis waktu yang diperlukan bola untuk mencapai titik tertinggi. Dari gambar di atas, waktu yang diperlukan benda untuk bergerak dari posisi A ke posisi D sama dengan waktu bergerak dari D ke G.

Dengan demikian lama benda melayang di udara adalah dua kali waktu yang diperlukan benda untuk mencapai titik tertinggi. Secara matematis lama benda di udara dirumuskan sebagai berikut:

h		=	vot – ½ gt2
0		=	vot – ½ gt2
½ gt2		=	vot
gt		=	2vo
tAG		=	2vo	atau tAG = 2tmax	..…………….pers. (3)
			g
Dengan:
tmax		=	waktu untuk mencapai titik tertinggi (s)
tAG		=	waktu yang diperlukan untuk jatuh kembali (s)
v0		=	kecepatan  awal (m/s)
g		=	percepatan gravitasi (m/s2)

Grafik Gerak Vertikal

Gerak vertikal seperti pada kasus bola dilemparkan ke atas kemudian bergerak kembali ke tanah merupakan gabungan dari gerak vertikal ke atas dan gerak jatuh bebas. Oleh karena itu bentuk grafiknya juga merupakan kombinasi dari grafik kedua jenis gerak tersebut.

Grafik Hubungan Ketinggian Terhadap Waktu (Grafik h-t) Pada Gerak Vertikal

Pada bola yang dilempar ke atas berarti terjadi perubahan kedudukan dari bawah ke atas oleh karena itu posisi awal bola ada di tanah atau lantai. Meskipun setelah bola mencapai titik tertinggi bola kembali lagi bergerak ke bawah yang berarti kedudukan berubah dari atas ke bawah, tetapi posisi awal bola adalah di tanah atau lantai sehingga posisi awal tidak berubah yaitu di tanah.

Oleh karena itu untuk kasus benda yang dlempar ke atas kemudian kembali lagi ke bawah, besar perpindahan (s) akan sama dengan besar ketinggian benda (h) sehingga bentuk grafik s-t akan sama dengan grafik h-t pada gerak vertikal. Dari gambar grafik h-t di atas menunjukkan bahwa ketinggian mula-mula bola adalah nol, kemudian seiring bertambahnya waktu, ketinggian terus meningkat.

Sampai pada titik tertinggi (tmax) ketinggian bola tidak bertambah kemudian dari titik tertinggi tersebut ketinggian bola terus menurun sampai akhirnya ketinggian bola nol saat mencapai tanah. Bentuk kurvanya adalah garis parabola terbuka ke bawah.

Grafik Hubungan Kecepatan Terhadap Waktu (Grafik v-t) Pada Gerak Vertikal

Kecepatan merupakan besaran vektor, jadi wajib memiliki arah. Dalam fisika, benda yang bergerak ke kanan atau ke atas memiliki kecepatan positif sedangkan benda yang bergerak ke kiri atau ke bawah memiliki kecepatan negatif. Dari grafik v-t di atas menunjukkan bahwa ketika bola dilempar ke atas, mula-mula kecepatan bola v0 kemudian seiring bertambahnya waktu kecepatan semakin menurun.

Setelah mencapai titik tertinggi (tmax) kecepatan bola nol, kemudian kecepatannya bertambah namun nilai kecepatanya negatif karena benda bergerak ke bawah. Karena gerak benda searah percepatan gravitasi, maka benda mengalami percepatan sehingga kecepatannya semakin lama semakin meningkat.

Grafik Hubungan Kelajuan Terhadap Waktu (Grafik v-t) Pada Gerak Vertikal

Grafik v-t (kelajuan) sebenarnya adalah grafik v-t (kecepatan) yang tidak memiliki arah. Karena kita tahu bahwa kelajuan adalah besaran skalar. Dari grafik dapat dilihat bahwa mula-mula kelajuan bola yang dilempar ke atas adalah v0 karena bergerak ke atas kelajuan bola semakin menurun karena diperlambat oleh g.

Ketika sampai dititik tertinggi (tmax), kelajuan bola nol, kemudian semakin lama semakin meningkat karena bola bergerak ke bawah searah percepatan gravitasi yang membuat bola tersebut mengalami percepatan yang signifikan. Kemudian sesaat sebelum menyentuh tanah kelajuan bola mencapai nilai maksimum dimana besar v = v0.

Grafik Hubungan Percepatan Terhadap Waktu (Grafik v-t) Pada Gerak Vertikal

Semua gerak vertikal dipengaruhi oleh percepatan gravitasi bumi yang besarnya 9,8 m/s2. Karena percepatan gravitasi bumi arahnya ke bawah, maka nilainya negatif. Dari grafik dapat dilihat bahwa percepatan gravitasi yang mempengaruhi gerak vertikal bola baik ke atas maupun ke bawah adalah konstan -9,8 m/s2.

Contoh Soal Tentang Gerak Vertikal dan Penyelesaiannya

Sebuah bola dilempar vertikal ke atas dengan percepatan 60 m/s. jika percepatan gravitasi g = 10 m/s2, tentukan:

a) waktu yang diperlukan bola untuk mencapai tinggi maksimum

b) ketinggian maksimum yang dapat dicapai bola

c) kecepatan bola saat tiba di tanah

d) waktu yang diperlukan bola untuk kembali ke tanah

penyelesaian

diketahui:

v0 = 60 m/s

g = 10 m/s2

a) waktu untuk mencapai titik tertinggi (tmax) dapat dicari dengan menggunakan persaman 2 di atas.

tmax = v0/g

tmax = 60/10

tmax = 6 sekon

jadi waktu yang diperlukan bola untuk mencapai titik tertinggi adalah 60 detik.

b) ketinggian maksimum (hmax) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 1 di atas.

hmax = v02/2g

hmax = (60)2/[2(10)]

hmax = 3600/20

hmax = 180 m

jadi ketinggian maksimal yang mampu dicapai bola adalah 180 meter dari permukaan tanah.

c) kecepatan pada saat tiba di tanah (vt) sama dengan kecepatan bola saat di lempar dari tanah (v0), hanya saja tandanya negatif (-)

vt = -v0 = -60 m/s

jadi kecepatan bola saat tiba di tanah adalah -60 m/s.

d) waktu yang diperlukan bola untuk kembali ke tanah atau bisa kita sebut lama benda melayang di udara dapat dicari dengan menggunakan persamaan 3.

tAG = 2tmax

tAG = 2 × 6 sekon

tAG = 12 sekon

jadi waktu yang diperlukan bola untuk mencapai tanah adalah 12 detik.

Demikianlah artikel tentang definisi, ciri-ciri, rumus dan grafik pada gerak vertikal ke atas dan gerak vertikal ke bawah (gerak jatuh bebas) beserta contoh soal dan penuyelesaiannya. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda, terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.