Dalam mempelajari fisika, memahami konsep gerak merupakan salah satu fondasi penting. Di tingkat SMP kelas 8 semester 1, siswa akan diperkenalkan pada dua jenis gerak lurus yang fundamental: Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Kedua konsep ini menjadi kunci untuk memahami berbagai fenomena gerak di sekitar kita, mulai dari mobil yang melaju dengan kecepatan konstan hingga benda yang jatuh bebas.
Artikel ini akan mengupas tuntas kedua konsep tersebut, dilengkapi dengan berbagai contoh soal yang relevan untuk siswa SMP kelas 8 semester 1, beserta penjelasan langkah demi langkah untuk menyelesaikan setiap soal. Tujuannya adalah agar siswa dapat lebih memahami materi, terampil dalam menyelesaikan soal, dan pada akhirnya menguasai konsep gerak lurus ini.
Bagian 1: Gerak Lurus Beraturan (GLB) – Kecepatan Tetap, Perjalanan Lancar
Konsep Dasar GLB:
Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda pada lintasan lurus dengan kecepatan yang konstan (tetap). Artinya, dalam selang waktu yang sama, benda akan menempuh jarak yang sama pula. Dalam GLB, tidak ada percepatan yang bekerja pada benda, sehingga kecepatannya tidak berubah.
Besaran yang Terlibat dalam GLB:
- Jarak (s): Total panjang lintasan yang ditempuh benda. Satuannya dalam SI adalah meter (m).
- Waktu (t): Lama benda melakukan gerak. Satuannya dalam SI adalah detik (s).
- Kecepatan (v): Laju perubahan posisi benda terhadap waktu. Karena kecepatannya konstan dalam GLB, maka kecepatan rata-rata sama dengan kecepatan sesaatnya. Satuannya dalam SI adalah meter per detik (m/s).
Rumus GLB:
Hubungan antara jarak, kecepatan, dan waktu dalam GLB dijelaskan oleh rumus sederhana:
$v = fracst$
Dari rumus ini, kita dapat menurunkan rumus untuk mencari jarak atau waktu:
- Untuk mencari jarak: $s = v times t$
- Untuk mencari waktu: $t = fracsv$
Penting Diingat dalam GLB:
- Grafik kecepatan terhadap waktu (v-t) pada GLB adalah garis lurus horizontal, menunjukkan kecepatan yang konstan.
- Grafik jarak terhadap waktu (s-t) pada GLB adalah garis lurus yang menanjak (jika kecepatan positif) atau menurun (jika kecepatan negatif), dengan kemiringan yang mewakili nilai kecepatan.
Contoh Soal GLB dan Pembahasannya:
Mari kita selesaikan beberapa contoh soal untuk memperkuat pemahaman tentang GLB.
Soal 1:
Sebuah mobil bergerak lurus dengan kecepatan konstan 72 km/jam. Berapa jarak yang ditempuh mobil tersebut dalam waktu 1 menit?
Pembahasan Soal 1:
Langkah pertama adalah mengidentifikasi besaran yang diketahui dan yang ditanya.
Diketahui:
- Kecepatan (v) = 72 km/jam
- Waktu (t) = 1 menit
Ditanya:
- Jarak (s) = ?
Sebelum menggunakan rumus, kita perlu menyamakan satuan. Kecepatan dalam km/jam, sedangkan waktu dalam menit. Kita akan ubah satuan kecepatan menjadi m/s dan waktu menjadi detik.
-
Mengubah kecepatan dari km/jam ke m/s:
1 km = 1000 m
1 jam = 3600 detik
$v = 72 fractextkmtextjam = 72 times frac1000 text m3600 text s = 72 times frac1036 text m/s = 2 times 10 text m/s = 20 text m/s$ -
Mengubah waktu dari menit ke detik:
$t = 1 text menit = 60 text detik$
Sekarang kita bisa gunakan rumus GLB untuk mencari jarak: $s = v times t$
$s = 20 text m/s times 60 text s$
$s = 1200 text m$
Jadi, jarak yang ditempuh mobil tersebut dalam waktu 1 menit adalah 1200 meter atau 1,2 km.
Soal 2:
Seorang pengendara sepeda motor menempuh jarak 300 meter dalam waktu 15 detik. Berapa kecepatan rata-rata pengendara sepeda motor tersebut?
Pembahasan Soal 2:
Diketahui:
- Jarak (s) = 300 m
- Waktu (t) = 15 s
Ditanya:
- Kecepatan (v) = ?
Satuan sudah sesuai dengan SI (meter dan detik), jadi kita bisa langsung menggunakan rumus GLB untuk mencari kecepatan: $v = fracst$
$v = frac300 text m15 text s$
$v = 20 text m/s$
Jadi, kecepatan rata-rata pengendara sepeda motor tersebut adalah 20 m/s.
Soal 3:
Sebuah kereta api bergerak dengan kecepatan 90 km/jam. Berapa waktu yang dibutuhkan kereta api tersebut untuk menempuh jarak 180 km?
Pembahasan Soal 3:
Diketahui:
- Kecepatan (v) = 90 km/jam
- Jarak (s) = 180 km
Ditanya:
- Waktu (t) = ?
Dalam soal ini, satuan kecepatan (km/jam) dan jarak (km) sudah sesuai, sehingga kita tidak perlu mengubahnya. Kita bisa langsung menggunakan rumus GLB untuk mencari waktu: $t = fracsv$
$t = frac180 text km90 text km/jam$
$t = 2 text jam$
Jadi, waktu yang dibutuhkan kereta api tersebut untuk menempuh jarak 180 km adalah 2 jam.
Bagian 2: Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) – Perjalanan yang Makin Cepat atau Makin Lambat
Konsep Dasar GLBB:
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerak suatu benda pada lintasan lurus dengan percepatan yang konstan (tetap). Artinya, kecepatan benda berubah secara teratur setiap satuan waktu. Perubahan kecepatan ini bisa berupa penambahan (dipercepat) atau pengurangan (diperlambat).
Besaran yang Terlibat dalam GLBB:
Selain besaran dalam GLB (jarak, waktu, kecepatan), GLBB juga melibatkan:
- Percepatan (a): Laju perubahan kecepatan benda terhadap waktu. Satuannya dalam SI adalah meter per detik kuadrat ($m/s^2$).
- Jika $a > 0$, benda bergerak dipercepat.
- Jika $a < 0$, benda bergerak diperlambat (sering disebut perlambatan).
Rumus-Rumus GLBB:
GLBB memiliki tiga rumus utama yang saling berkaitan, yang sering disebut sebagai "rumus GLBB". Rumus-rumus ini diturunkan dari definisi percepatan dan konsep kecepatan rata-rata pada gerak berubah.
-
Menghubungkan Kecepatan Akhir, Kecepatan Awal, Percepatan, dan Waktu:
$v_t = v_0 + a times t$
Dimana:- $v_t$ = kecepatan akhir (m/s)
- $v_0$ = kecepatan awal (m/s)
- $a$ = percepatan (m/s²)
- $t$ = waktu (s)
-
Menghubungkan Jarak, Kecepatan Awal, Percepatan, dan Waktu:
$s = v_0 times t + frac12 times a times t^2$
Dimana:- $s$ = jarak yang ditempuh (m)
-
Menghubungkan Kecepatan Akhir, Kecepatan Awal, Percepatan, dan Jarak:
$v_t^2 = v_0^2 + 2 times a times s$
Penting Diingat dalam GLBB:
- Grafik kecepatan terhadap waktu (v-t) pada GLBB adalah garis lurus miring. Jika dipercepat, garisnya menanjak; jika diperlambat, garisnya menurun. Kemiringan garis menunjukkan nilai percepatan.
- Grafik jarak terhadap waktu (s-t) pada GLBB adalah kurva parabola.
Contoh Soal GLBB dan Pembahasannya:
Mari kita coba selesaikan beberapa soal GLBB.
Soal 4:
Sebuah mobil balap mulai bergerak dari keadaan diam dengan percepatan konstan sebesar $5 m/s^2$. Berapa kecepatan mobil tersebut setelah bergerak selama 10 detik?
Pembahasan Soal 4:
Diketahui:
- Kecepatan awal ($v_0$) = 0 m/s (karena mulai dari keadaan diam)
- Percepatan (a) = $5 m/s^2$
- Waktu (t) = 10 s
Ditanya:
- Kecepatan akhir ($v_t$) = ?
Kita gunakan rumus GLBB pertama: $v_t = v_0 + a times t$
$v_t = 0 text m/s + (5 text m/s^2 times 10 text s)$
$v_t = 0 text m/s + 50 text m/s$
$v_t = 50 text m/s$
Jadi, kecepatan mobil tersebut setelah bergerak selama 10 detik adalah 50 m/s.
Soal 5:
Sebuah bus yang sedang melaju dengan kecepatan 20 m/s kemudian direm mendadak. Bus berhenti setelah menempuh jarak 50 meter. Berapa perlambatan yang dialami bus tersebut?
Pembahasan Soal 5:
Diketahui:
- Kecepatan awal ($v_0$) = 20 m/s
- Kecepatan akhir ($v_t$) = 0 m/s (karena bus berhenti)
- Jarak (s) = 50 m
Ditanya:
- Perlambatan (a) = ? (Nilai percepatan akan negatif)
Kita gunakan rumus GLBB ketiga: $v_t^2 = v_0^2 + 2 times a times s$
$(0 text m/s)^2 = (20 text m/s)^2 + 2 times a times 50 text m$
$0 = 400 text m^2/texts^2 + 100 text m times a$
Pindahkan suku yang mengandung ‘a’ ke sisi kiri:
$-100 text m times a = 400 text m^2/texts^2$
Bagi kedua sisi dengan -100 m untuk mencari ‘a’:
$a = frac400 text m^2/texts^2-100 text m$
$a = -4 text m/s^2$
Jadi, perlambatan yang dialami bus tersebut adalah $4 m/s^2$. (Tanda negatif menunjukkan perlambatan).
Soal 6:
Sebuah motor bergerak dengan kecepatan awal 10 m/s. Motor tersebut dipercepat dengan percepatan $2 m/s^2$ selama 8 detik. Berapa jarak yang ditempuh motor tersebut selama waktu tersebut?
Pembahasan Soal 6:
Diketahui:
- Kecepatan awal ($v_0$) = 10 m/s
- Percepatan (a) = $2 m/s^2$
- Waktu (t) = 8 s
Ditanya:
- Jarak (s) = ?
Kita gunakan rumus GLBB kedua: $s = v_0 times t + frac12 times a times t^2$
$s = (10 text m/s times 8 text s) + frac12 times (2 text m/s^2) times (8 text s)^2$
$s = 80 text m + frac12 times 2 text m/s^2 times 64 text s^2$
$s = 80 text m + 1 text m/s^2 times 64 text s^2$
$s = 80 text m + 64 text m$
$s = 144 text m$
Jadi, jarak yang ditempuh motor tersebut selama waktu tersebut adalah 144 meter.
Bagian 3: Latihan Soal Gabungan (GLB dan GLBB)
Untuk menguji pemahaman Anda secara menyeluruh, mari kita coba beberapa soal yang mungkin menggabungkan konsep atau memerlukan identifikasi jenis gerak terlebih dahulu.
Soal 7:
Sebuah mobil bergerak dari kota A ke kota B. Selama 2 jam pertama, mobil bergerak dengan kecepatan rata-rata 60 km/jam. Kemudian, mobil melanjutkan perjalanan dari kota B ke kota C selama 3 jam dengan kecepatan rata-rata 80 km/jam. Berapa jarak total yang ditempuh mobil tersebut dari kota A ke kota C?
Pembahasan Soal 7:
Soal ini membagi perjalanan menjadi dua bagian, di mana setiap bagian adalah GLB dengan kecepatan yang berbeda. Kita perlu menghitung jarak untuk setiap bagian lalu menjumlahkannya.
-
Bagian 1 (A ke B):
- Kecepatan ($v_1$) = 60 km/jam
- Waktu ($t_1$) = 2 jam
- Jarak ($s_1$) = $v_1 times t_1 = 60 text km/jam times 2 text jam = 120 text km$
-
Bagian 2 (B ke C):
- Kecepatan ($v_2$) = 80 km/jam
- Waktu ($t_2$) = 3 jam
- Jarak ($s_2$) = $v_2 times t_2 = 80 text km/jam times 3 text jam = 240 text km$
-
Jarak Total:
- $s_texttotal = s_1 + s_2 = 120 text km + 240 text km = 360 text km$
Jadi, jarak total yang ditempuh mobil tersebut dari kota A ke kota C adalah 360 km.
Soal 8:
Sebuah bola dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Jika percepatan gravitasi bumi dianggap $10 m/s^2$ dan arah ke bawah, tentukan:
a. Kecepatan bola setelah 1 detik.
b. Ketinggian maksimum yang dicapai bola.
Pembahasan Soal 8:
Soal ini adalah contoh GLBB diperlambat karena bola dilempar ke atas melawan gravitasi.
Diketahui:
- Kecepatan awal ($v_0$) = 20 m/s (arah ke atas, kita anggap positif)
- Percepatan gravitasi (a) = $-10 m/s^2$ (arah ke bawah, berlawanan dengan arah awal)
a. Kecepatan bola setelah 1 detik:
Kita gunakan rumus GLBB pertama: $v_t = v_0 + a times t$
$v_t = 20 text m/s + (-10 text m/s^2 times 1 text s)$
$v_t = 20 text m/s – 10 text m/s$
$v_t = 10 text m/s$
Jadi, kecepatan bola setelah 1 detik adalah 10 m/s ke arah atas.
b. Ketinggian maksimum yang dicapai bola:
Pada ketinggian maksimum, kecepatan bola adalah 0 m/s (bola berhenti sejenak sebelum jatuh kembali).
Diketahui tambahan:
- Kecepatan akhir ($v_t$) = 0 m/s
- Percepatan (a) = $-10 m/s^2$
- Kecepatan awal ($v_0$) = 20 m/s
Ditanya:
- Jarak (ketinggian maksimum, s) = ?
Kita gunakan rumus GLBB ketiga: $v_t^2 = v_0^2 + 2 times a times s$
$(0 text m/s)^2 = (20 text m/s)^2 + 2 times (-10 text m/s^2) times s$
$0 = 400 text m^2/texts^2 – 20 text m/s^2 times s$
Pindahkan suku yang mengandung ‘s’ ke sisi kiri:
$20 text m/s^2 times s = 400 text m^2/texts^2$
Bagi kedua sisi dengan $20 m/s^2$:
$s = frac400 text m^2/texts^220 text m/s^2$
$s = 20 text m$
Jadi, ketinggian maksimum yang dicapai bola adalah 20 meter.
Penutup:
Memahami Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah langkah penting dalam menguasai fisika di tingkat SMP. Dengan mengenali ciri khas masing-masing gerak, memahami rumus-rumusnya, dan berlatih menyelesaikan berbagai jenis soal, Anda akan semakin percaya diri dalam menghadapi materi ini.
Ingatlah selalu untuk:
- Identifikasi jenis gerak: Apakah kecepatannya konstan (GLB) atau berubah teratur (GLBB)?
- Perhatikan satuan: Selalu samakan satuan sebelum melakukan perhitungan.
- Pahami arti besaran: Apa yang dimaksud dengan kecepatan awal, kecepatan akhir, percepatan, jarak, dan waktu.
- Pilih rumus yang tepat: Gunakan rumus yang sesuai dengan besaran yang diketahui dan ditanya.
- Latihan, latihan, dan latihan: Semakin banyak Anda berlatih, semakin terampil Anda dalam menyelesaikan soal.
Semoga artikel ini bermanfaat dan dapat membantu Anda menguasai konsep GLB dan GLBB dengan baik. Selamat belajar!
