Gerak lurus (Materi fisika SMP kelas 8)

Gerak lurus merupakan salah satu materi fisika yang dipelajari di SMP kelas 8 semester 1 kurikulum 2013. Materi ini termasuk ke dalam materi yang sering diujikan di berbagai ujian seperti ujian nasional (UN), ujian masuk SMA, bahkan untuk olimpiade. oleh karena itu materi gerak lurus ini merupakan salah satu materi fisika pokok yang perlu diperlajari. berikut ini penjelasan dari saya tentang materi gerak lurus pada pelajaran Fisika kelas 8, selamat menikmati :)

Gambar 1 : gerakan roller coaster bergerak naik turun pada lintasannya

(sumber: glencoe science Motion, Forces, and Energi)

Gambar di atas menunjukkan gerakan sebuah wahana roller coaster pada lintasannya. Roller coaster hanya bisa bergerak sesuai dengan lintasanya, naik, turun, maju bahkan bergerak melingkar melewati sebuah lingkaran. Menurut kamu gerak sendiri itu apa? Bagaimanakah ciri-ciri sebuah benda dikatakan bergerak? Untuk itu mari lanjutkan materi di bawah ini.

GERAK

Gerak didefinisikan sebagai perubahan kedudukan suatu benda terhadap titik acuannya. Titik acuan sendiri ada titik awal saat pengamatan gerak dilakukan. Jadi jika benda tidak mengalami perubahan posisi terhadap titik awalnya maka benda dikatakan tidak bergerak, sedangkan benda yang mengalami perubahan posisi terhadap titik awalnya, maka benda dikatakan bergerak.

Penentuan titik acuan ini sangat penting karena digunakan untuk menentukan sebuah benda bergerak atau tidak serta dapat mempengaruhi hasil pengamatan kita. Sebagai contoh perhatikan gambar berikut:

Gambar 2. Orang berlari melewati pohon

(sumber : glencoe science physics principles and problems)

Kita dapat menentukan bahwa orang tersebut bergerak melewati pohon seperti pada gambar 2, karena kita membuat pohon sebagai titik acuannya jadi orang tersebut terlihat bergerak mendekati pohon (gambar orang sebelah kiri) kemudian bergerak menjauhi pohon (gambar orang sebelah kanan). Coba sekarang praktekkan, kamu berdiri di depan temanmu dan minta temanmu tersebut untuk mengamati gerakanmu kemudian cobalah untuk bergeser ke kanan dan tanyakan ke temanmu, menurutnya kamu bergeser ke kanan atau kiri? Tentu teman kamu akan mengatakan kamu bergeser ke kiri. Manakah yang benar?, pada dasarnya kedua pendapat itu benar. Kamu mengatakan bahwa kamu bergerak ke kanan karena kamu memkai dirimu sebagai titik acuan, sedangkan temanmu memakai dirinya sebagai titik acuan sehingga dapat dikatakan bahwa perbedaan penggunaan titik acuan dapat mempengaruhi hasil pengamatan terhadap gerak suatu benda. Hal ini disebut bahwa “gerak bersifat relatif”.

Berdasarkan sifat gerak yang relatif dan titik acuannya gerak dibedakan menjadi dua yakni:

Gerak semu

Gerak semu merupakan gerak yang tidak sebenarnya, sehingga benda yang diam terlihat seolah-olah bergerak. Contoh gerak semu antara lain : gerak semu harian matahari (matahari seolah-olah bergerak dari timur ke barat), gerak pohon-pohon di luar mobil ketika kita berada di dalam mobil yang bergerak

Gerak nyata

Gerak nyata merupakan gerak yang sesungguhnya. Contoh gerak nyata adalah gerakan benda jatuh, gerakan air, gerakan mobil di jalan raya, dll

Besaran-besaran dalam gerak

Jarak dan perpindahan

Jarak merupakan panjang lintasan yang ditempuh suatu benda, sedangkan perpindahan merupakan perubahan posisi yang di alami benda diukur dari titik awal dan titik akhir yang dicapai. Perhatikan ilustrasi berikut ini

Gambar 3. Ilustrasi jarak dan perpindahan

(sumber: glencoe science Motion, Forces, and Energi)

Pada gambar 3 di atas terlihat dengan jelas perbedaan antara jarak dan perpindahan ketika benda sedang bergerak. 3(a) ketika benda bergerak lurus satu arah, maka besarnya jarak sama dengan perpindahannya, yang membedakan adalah untuk perpindahan ada arah gerak bendanya sedangkan jarak tidak, 3(b) perbedaan antara jarak dan perpindahan terlihat jelas disini saat benda melakukan dua gerakan yang memiliki arah berbeda. Jarak akan dihitung panjang semua lintasan atau rute yang ditempuh benda ketika bergerak, akan tetapi perpindahan hanya dihitung dari garis lurus yang dihitung dari titik awal ke titik akhir serta tetap ada arahnya, 3(c) menunjukkan perbedaan antara jarak dan perpindahan ketika sebuah benda bergerak memutar hingga kembali ke titik awalnya. Disini jarak tetap dihitung sebagai panjang lintasan yang ditempuh, sedangkan perpindahan sama dengan nol karena tidak ada perbedaan antara titik awal dan titik akhir.

Jarak dan perpindahan sama-sama termasuk ke dalam besaran panjang yang memiliki satuan meter (m) dan disimbolkan dengan (s)

Kecepatan dan kelajuan

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menyamakan antara kecepatan dan kelajuan, atau tertukar antara kedua kedua istilah tersebut. Perhatikan gambar dua alat ukur berikut ini.

Gambar 4. speedometer dan GPS pada mobil

Alat pertama disebut speedometer dan alat kedua disebut GPS (global positioning system) menunjukkan kelajuan mobil ketika sedang melaju, sedangkan gambar pada alat kedua menunjukkan kecepatan mobil saat sedang melaju, perbedaan antara keduanya yakni pada alat pertama tidak mencantumkan arah gerak mobil hanya besarnya saja, akan tetapi pada alat kedua mencantumkan informasi arah mobil gerak.

Dalam fisika kedua istilah tersebut dibedakan dengan jelas, Kecepatan merupakan perpindahan yang terjadi dalam waktu tertentu, sedangkan kelajuan merupakan jarak yang ditempuh dalam waktu tertentu. Karena kecepatan berasal dari perpindahan maka kecepatan juga memiliki arah gerak benda tersebut. Agar lebih memahami perbedaan antara kecepatan perhatikan kembali gambar 3 di atas, jika pada gerakan pertama (40 m ke timur) dilakukan dalam waktu 6s dan gerakan kedua (30 m ke utara) dilakukan dalam waktu 4. Maka 

Terlihat perbedaan antara hasil perhitungan kecepatan dan kelajuan di atas, secara matematis kecepatan dapat ditentukan dengan persamaan

 Keterangan :

v : kecepatan (m/s)

s : perpindahan (m)

t : waktu (s)

Percepatan

Percepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan yang terjadi dalam waktu tertentu, dalam hal ini secara matematis dapat dituliskan

Keterangan :

a : percepatan (m/s²)

Δv : perubahan kecepatan (m/s)

v₂ : kecepatan akhir (m/s)

v₁ : kecepatan awal (m/s)

Δt : waktu tempuh (s)

Tanda “Δ” dibaca delta yang artinya perubahan

Percepatan ini dapat bernilai positif dan negatif, percepatan akan bernilai positif jika benda bergerak dipercepat (kecepatan bertambah) atau percepatan searah dengan kecepatannya sedangkan percepatan akan bernilai negatif jika benda bergerak diperlambat (kecepatan menurun) atau percepatan berlawanan arah dengan kecepatannya.

 Gambar 5. (a) percepatan bernilai positif (b) percepatan bernilai negatif

Contoh benda bergerak dipercepat

Benda menuruni bukit

Benda jatuh bebas

Mobil di “gas”

Contoh benda bergerak diperlambat

Benda menaiki bukit

Benda dilempar ke atas

Mobil di “gas”

Gerak Lurus Beraturan

Gerak lurus beraturan merupakan jenis gerak pada lintasan lurus yang kecepatan geraknya tidak berubah (kecepatan konstan) sehingga tidak memiliki percepatan (percepatan sama dengan nol). Contoh dari gerak lurus antara lain mobil mainan yang bergerak menggunakan baterai, gerak kereta api yang melaju dengan kecepatan tetap, gerak mobil di

jalan tol yang speedometernya menunjukkan angka yang tetap.

Pada gerak lurus beraturan berlaku persamaan matematis

Keterangan :

v : kecepatan (m/s)

s : perpindahan (m)

t : waktu (s)

ilustrasi dari gerak lurus beraturan dapat dilihat pada gambar di bawah ini

 Gambar 6. Ilustrasi gerak lurus beraturan

(sumber: glencoe science Motion, Forces, and Energi)

Berdasarkan gambar 6 di atas, terlihat bahwa salah satu ciri benda bergerak lurus beraturan adalah jarak tempuh yang ditempuh benda sama untuk selang waktu yang sama. Hal ini dapat terlihat pada data tabel di bawah ini.

v (m/s)	t (s)	s (m)	Δs (m)	Keterangan
2	1	2		Perhatikan bahwa perubahan jarak (Δs) besarnya konstan
2	2	4	2
2	3	6	2
2	4	8	2
2	5	10	2

Dalam penerapannya untuk soal biasanya data di atas digambarkan pada pola tetesan oli dan ticker timer. Tetesan oli merupakan pola tetesan oli sebuah kendaraan yang sedang melaju di jalan raya dengan tangki olinya bocor sehingga membentuk pola pada lintasan tempuhnya, sedangkan ticker timer merupakan alat yang digunakan untuk menyelidiki jenis gerak suatu benda seperti yang ditunjukkan gambar berikut

Gambar 7. Alat ticker timer

(sumber: SchoolPhysics)

Pola tetesan oli untuk  gerak lurus beraturan

Pola ticker timer untuk gerak lurus beraturan

Grafik gerak lurus beraturan

Jenis gerak suatu benda dapat pula diketahui berdasarkan grafik gerak benda tersebut. Terdapat tiga jenis grafik yakni grafik jarak terhadap waktu (s-t), kecepatan terhadap waktu (v-t), dan percepatan terhadap waktu (a-t).

Grafik hubungan jarak terhadap waktu (s-t).

gambar 8. Jenis-jenis grafik s-t pada GLB (a) benda diam, (b) benda bergerak GLB, (c) dua benda bergerak GLB

Berdasarkan grafik hubungan antara jarak terhadap waktu (s-t) di atas, kita dapat menentukan beberapa kondisi benda. Grafik 8.a digambarkan sebuah garis lurus yang sejajar dengan sumbu x (waktu), garis lurus ini menunjukkan jarak benda tetap sama (tidak berubah) untuk beberapa waktu tertentu, benda dalam kondisi ini ketika benda tidak bergerak (diam). Grafik 8.b digambarkan garis miring terhadap jarak (s) dan waktu (t), garis ini menunjukkan jarak yang ditempuh benda dalam selang waktu tertentu. Grafik 8.c digambarkan ada dua garis miring (seperti grafik 8.b), kemiringan garis ini menunjukkan besar kecepatan yang dilakukan benda, semakin besar kecepatan benda tersebut maka grafik hubungan antara jarak terhadap waktu (s-t) akan semakin miring (curam) sehingga dari grafik di atas dapat dikatakan benda merah memiliki kecepatan yang lebih besar daripada benda biru (grafik merah lebih curam dari grafik biru)

Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu (v-t)

 Gambar 9. Grafik hubungan kecepatan terhadap waktu (v-t)

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, ketika benda bergerak lurus beraturan (GLB) maka kecepatan benda tidak berubah (konstan) dalam grafik hal ini direpresentasikan pada garis lurus mendatar yang sejajar dengan waktu. Luas daerah yang diarsir di bawah grafik (warna merah) menunjukkan jarak yang ditempuh oleh benda tersebut dalam selang waktu tertentu.

Grafik hubungan percepatan terhadap waktu (a-t)

Gambar 10. Grafik hubungan percepatan terhadap waktu (a-t)

Karena kecepatan benda tidak berubah (konstan) maka tidak ada percepatan pada gerak lurus beraturan (GLB) sehingga pada grafik direpresentasikan percepatan tepat berada di sumbu x (a = 0)

  

baca juga : 

materi kelas 7 dan materi kelas 9

Gerak Lurus Berubah Beraturan

Jenis gerak lurus yang selanjutnya adalah gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Berbeda dengan gerak lurus beraturan, pada gerak lurus berubah beraturan kecepatan benda yang bergerak berubah secara beraturan (bisa meningkat atau menurun). Perubahan kecepatan ini disebut dengan percepatan benda.

Berdasarkan nilai percepatan benda, gerak lurus berubah beraturan dibedakan menjadi dua yakni gerak lurus berubah beraturan dipercepat (GLBB dipercepat) ketika percepatan bernilai positif dan gerak lurus berubah beraturan diperlambat (GLBB diperlambat) ketika percepatan bernilai negatif. Contoh GLBB dipercepat antara lain: benda jatuh bebas, kendaraan yang di gas, benda menuruni bidang miring sedangkan contoh GLBB diperlambat antara lain: benda dilempar ke atas, kendaraan yang di rem, dan benda yang bergerak menaiki bidang miring.

Persamaan matematis pada gerak lurus berubah beraturan yakni: 

Tips :

Dalam memilih persamaan matematis yang digunakan, perhatikan variabel yang ditanyakan dan diketahui dalam soal

Ilustrasi suatu benda ketika bergerak lurus berubah beraturan dapat dilihat pada gambar di bawah.

 Gambar 11. Gerak lurus berubah beraturan (a) dipercepat, (b) diperlambat.

(sumber: glencoe science Motion, Forces, and Energi)

Berdasarkan gambar 11, terlihat perbedaan jarak tempuh benda dalam selang waktu yang sama ketika benda bergerak dipercepat (11a) jarak tempuhnya semakin lama semakin besar sedangkan ketika benda bergerak diperlambat (11b) jarak tempuhnya semakin lama semakin kecil. Pola perubahan jarak tempuh ini dapat juga diidentifikasi dari hasil percobaan seperti berikut ini.

t (s)	v0 (m/s)	a (m/s2)	s (m)	Δs	Keterangan
1	0	2	1		Perhatikan perubahan jarak (Δs) tempuh benda yang mengalami peningkatan secara konstan sebesar 2 m
2	0	2	4	3
3	0	2	9	5
4	0	2	16	7
5	0	2	25	9

Selain data percobaan dalam soal penentuan jenis gerak lurus berubah beraturan juga dapat dilihat dari pola tetesan oli dan ticker timer. Ada dua jenis GLBB dalam pola-pola tersebut yakni untuk GLBB dipercepat dan GLBB diperlambat seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut.

Pola tetesan oli pada gerak lurus berubah beraturan

dipercepat

 diperlambat

Ingatlah !

Perbedaan antara pola tetesan oli GLBB dipercepat maupun diperlambat terletak pada perubahan jarak antar titik (waktu untuk membuat titik yang berurutan adalah sama). Untuk GLBB dipercepat jarak antar titik dari awal ke akhir semakin lama semakin jauh, sedangkan untuk GLBB diperlambat jarak antar titik dari awal ke akhir semakin lama semakin dekat.

Pola ticker timer pada gerak lurus berubah beraturan

Dipercepat

 diperlambat

Ingatlah !

Perbedaan antara pola ticker timer GLBB dipercepat maupun diperlambat terletak pada perubahan jarak antar titik (waktu untuk membuat titik yang berurutan adalah sama). Untuk GLBB dipercepat jarak antar titik dari awal ke akhir semakin lama semakin jauh, sedangkan untuk GLBB diperlambat jarak antar titik dari awal ke akhir semakin lama semakin dekat.

Jenis gerak lurus berubah beraturan dapat pula dilihat berdasarkan grafik hubungan jarak terhadap waktu (s-t), grafik kecepatan terhadap waktu (v-t), dan percepatan terhadap waktu (a-t).  Berikut penjelasan masing-masing grafik tersebut

Grafik hubungan antara jarak terhadap waktu (s-t)

Gambar 12. Grafik perubahan jarak terhadap waktu pada GLBB (a) dipercepat, (b) diperlambat

Terlihat perbedaan yang cukup mencolok pada grafik jarak terhadap waktu untuk GLBB dipercepat dan diperlambat di atas, ketika benda bergerak dipercepat bentuk grafik cenderung mengalami lonjakan yang semakin besar ke atas sesuai dengan perubahan waktunya sedangkan untuk GLBB diperlambat bentuk grafik cenderung mengalami perubahan yang semakin kecil ke atas sesuai dengan perubahan waktunya. Bentuk grafik ini sesuai dengan persamaan “s=v₀.t ± ½ at²”.

Grafik hubungan antara kecepatan terhadap waktu (v-t)

Gambar 13. Grafik perubahan kecepatan terhadap waktu pada GLBB (a) dipercepat tanpa kecepatan awal, (b) diperlambat hingga berhenti, (c) dipercepat dengan kecepatan awal

Grafik 13a menjelaskan perubahan kecepatan terhadap waktu ketika benda bergerak lurus berubah beraturan dipercepat tanpa kecepatan awal (mula-mula diam) hal ini ditandai dengan grafik yang bergerak naik ke kanan. Grafik 13b menjelaskan perubahan kecepatan terhadap waktu ketika benda bergerak lurus berubah beraturan hingga benda berhenti hal ini ditandai dengan grafik yang bergerak turun ke kiri. Kedua grafik ini merupakan jenis grafik garis lurus yang merepresentasikan persamaan “v = v₀ ± at”. Sedangkan untuk menentukan jarak yang ditempuh benda dapat dihitung dengan mencari luas daerah yang di arsir di bawah grafik 

Persamaan di atas mirip dengan persamaan pertama “s = v_o t + ½ a t²” untuk gerak GLBB tanpa kecepatan awal (v₀ = 0).

Grafik 13c menjelaskan perubahan kecepatan terhadap waktu ketika benda bergerak lurus berubah beraturan dipercepat dengan kecepatan awal (v₀). Luas daerah di bawah grafik merepresentasikan besar jarak tempuh benda dalam selang waktu tertentu, daerah di bawah grafik membentuk bangun trapesium sehingga luasnya adalah 

Persamaan di atas mirip dengan persamaan keempat yakni “s = ½ (v_t + v₀).t” untuk gerak GLBB dengan kecepatan awal.

Grafik hubungan antara percepatan terhadap waktu (a-t)

secara umum grafik percepatan pada gerak lurus berubah beraturan adalah sebagai berikut!

Gambar 14. Grafik percepatan terhadap waktu pada GLBB (a) dipercepat, (b) diperlambat

Karena pada gerak lurus berubah beraturan percepatan bernilai konstan, maka grafiknya berupa garis lurus yang sejajar dengan sumbu x. (mirip dengan grafik kecepatan terhadap waktu pada benda yang bergerak lurus beraturan atau grafik posisi terhadap waktu pada benda diam)

Analisis gerak benda dari grafik hubungan kecepatan terhadap waktu (v-t)

Misalkan sebuah benda bergerak dengan kecepatan yang berubah-ubah sesuai dengan grafik di bawah ini.

Analisis :

Berdasarkan grafik kita dapat membagi tiap garis menjadi satu gerakan sehingga

Gerak AB

Grafik berada di atas sumbu x (bernilai positif) sehingga dapat kita asumsikan benda bergerak ke kanan. Pada saat ini benda melakukan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat hal ini ditandai dengan perubahan kecepatan yang semakin besar dari 2 m/s (titik A) menjadi 4 m/s (titik B) dalam waktu 6 s (grafik cenderung menjauhi sumbu x), sehingga kita dapat menentukan percepatan dan jarak pada gerak ini adalah sebagai berikut 

Gerak BC

Grafik masih berada di atas sumbu x sehingga benda masih bergerak ke kanan. Pada saat ini benda melakukan gerak lurus beraturan (GLB), hal ini dapat dilihat pada grafik kecepatan yang mendatar (tidak berubah) sampai pada detik ke 10. Sehingga jarak yang ditempuh benda dapat ditentukan sebagai berikut:

Gerak CD

Grafik berada di atas sumbu x (bernilai positif) sehingga dapat kita asumsikan benda bergerak ke kanan. Pada saat ini benda melakukan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat hal ini ditandai dengan perubahan kecepatan yang semakin besar dari 4 m/s (titik C) menjadi 10 m/s (titik D) dalam waktu 4 s (grafik cenderung menjauhi sumbu x), sehingga kita dapat menentukan percepatan dan jarak pada gerak ini adalah sebagai berikut 

Gerak DE

Grafik berada di atas sumbu x (bernilai positif) sehingga dapat kita asumsikan benda bergerak ke kanan. Pada saat ini benda melakukan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) diperlambat hal ini ditandai dengan perubahan kecepatan yang semakin kecil dari 10 m/s (titik D) menjadi 0 m/s (titik E) dalam waktu 2 s (grafik cenderung mendekati sumbu x). pada saat benda berada di titik E benda dalam keadaan diam (kecepatan sama dengan nol), sehingga kita dapat menentukan percepatan dan jarak pada gerak ini adalah sebagai berikut 

Gerak EF

Grafik berada di bawah sumbu x (bernilai negatif) sehingga benda bergerak ke kiri (putar balik). Pada saat ini benda melakukan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) dipercepat hal ini ditandai dengan perubahan kecepatan yang semakin besar dari 0 m/s (titik E) menjadi 6 m/s (titik F) dalam waktu 2 s (grafik cenderung menjauhi sumbu x). Sehingga kita dapat menentukan percepatan dan jarak pada gerak ini adalah sebagai berikut

Gerak FG

Grafik berada di bawah sumbu x (bernilai negatif) sehingga benda bergerak ke kiri. Pada saat ini benda melakukan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) diperlambat hal ini ditandai dengan perubahan kecepatan yang semakin kecil dari 6 m/s (titik F) menjadi 0 m/s (titik G) dalam waktu 2 s (grafik cenderung mendekati sumbu x). pada saat benda berada di titik G benda dalam keadaan diam (kecepatan sama dengan nol), sehingga kita dapat menentukan percepatan dan jarak pada gerak ini adalah sebagai berikut

Berdasarkan hasil perhitungan di atas, maka kita dapat menentukan jarak dan perpindahan yang dialami benda ketika melakukan gerakan itu.

Jarak yang ditempuh

s_tot = s_AB + s_BC + s_CD + s_DE + s_EF + s_FG

s_tot = 18 + 24 + 28 + 10 + 6 + 6

s_tot = 82 m

Perpindahan benda

s_tot = s_AB + s_BC + s_CD + s_DE - s_EF - s_FG

s_tot = 18 + 24 + 28 + 10 - 6 - 6

s_tot = 58 m

(untuk jarak s_EF  dan s_FG  bernilai negatif, karna pada saat itu benda bergerak ke kiri atau berlawanan arah dengan geraknya semula).

Demikian penjelasan singkat dari saya tentang materi gerak lurus pada kelas 8 SMP. Semoga dapat membantu para pembaca dalam memahami materi ini, karna materi ini juga termasuk materi yang sering diujikan dalam ujian-ujian tulis maupun CBT seperti ujian nasional dan ujian seleksi masuk SMA. Jika ada yang kurang jelas atau ingin request materi selanjutnya bisa tinggalkan komentar di bawah ya..

Oh ia, jangan lupa klik tombol share di bawah ini karna berbagi itu indah..:)

  

baca juga : 

pembahasan soal UN fisika SMP tahun 2017

pembahasan soal UN fisika SMP tahun 2018

pembahasan soal UN fisika SMP tahun 2019