GLB - GLBB Gerak Lurus

Category: Fisika X SMA

Written by fisikastudycenter

Fisikastudycenter.com- Contoh Soal dan Pembahasan tentang Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) dan Gerak Lurus Beraturan (GLB), termasuk gerak vertikal ke atas dan gerak jatuh bebas, materi fisika kelas 10 (X) SMA. Mencakup penggunaan rumus-rumus GLBB/GLB dan membaca grafik V-t.

Soal No. 1Batu bermassa 200 gram dilempar lurus ke atas dengan kecepatan awal 50 m/s.

Jika percepatan gravitasi ditempat tersebut adalah 10 m/s2, dan gesekan udara diabaikan, tentukan :a) Tinggi maksimum yang bisa dicapai batub) Waktu yang diperlukan batu untuk mencapai ketinggian maksimum c) Lama batu berada diudara sebelum kemudian jatuh ke tanah

Pembahasan

a) Saat batu berada di titik tertinggi, kecepatan batu adalah nol dan percepatan yang digunakan adalah percepatan gravitasi. Dengan rumus GLBB:

b) Waktu yang diperlukan batu untuk mencapai titik tertinggi:

c) Lama batu berada di udara adalah dua kali lama waktu yang diperlukan untuk mencapai titik tertinggi.

t = (2)(5) = 10 sekon

Soal No. 2Sebuah mobil bergerak dengan kelajuan awal 72 km/jam kemudian direm hingga berhenti pada jarak 8 meter dari tempat mulainya pengereman. Tentukan nilai perlambatan yang diberikan pada mobil tersebut!

PembahasanUbah dulu satuan km/jam menjadi m/s kemudian gunakan persamaan untuk GLBB diperlambat:

Soal No. 3Perhatikan grafik berikut ini.

Dari grafik diatas tentukanlah:a. jarak tempuh gerak benda dari t = 5 s hingga t = 10 sb. perpindahan benda dari t = 5 s hingga t = 10 s

PembahasanJika diberikan graik V (kecepatan) terhadap t (waktu) maka untuk mencari jarak tempuh atau perpindahan cukup dari luas kurva grafik V-t. Dengan catatan untuk jarak, semua luas bernilai positif, sedang untuk menghitung perpindahan, luas diatas sumbu t bernilai positif, di bawah bernilai negatif.

Soal No. 4Seekor semut bergerak dari titik A menuju titik B pada seperti terlihat pada gambar berikut.

Jika r = 2 m, dan lama perjalanan semut adalah 10 sekon tentukan:a) Kecepatan rata-rata gerak semutb) Kelajuan rata-rata gerak semut

PembahasanTerlebih dahulu tentukan nilai perpindahan dan jarak si semut :Jarak yang ditempuh semut adalah dari A melalui permukaan lengkung hingga titik B, tidak lain adalah seperempat keliling lingkaran.Jarak = 1/4 (2πr) = 1/4 (2π x 2) = π meter

Perpindahan semut dilihat dari posisi awal dan akhirnya , sehingga perpindahan adalah dari A tarik garis lurus ke B. Cari dengan phytagoras.Perpindahan = √ ( 22 + 22 ) = 2√2 meter.

a) Kecepatan rata-rata = perpindahan : selang waktu Kecepatan rata-rata = 2√2 meter : 10 sekon = 0,2√2 m/s

b) Kelajuan rata-rata = jarak tempuh : selang waktuKelajuan rata- rata = π meter : 10 sekon = 0,1 π m/s

Soal No. 5Pesawat Burung Dara Airlines berangkat dari kota P menuju arah timur selama 30 menit dengan kecepatan konstan 200 km/jam. Dari kota Q berlanjut ke kota R yang terletak 53o terhadap arah timur ditempuh selama 1 jam dengan kecepatan konstan 100 km/jam.

Tentukan:a) Kecepatan rata-rata gerak pesawatb) Kelajuan rata-rata gerak pesawat

PembahasanSalah satu cara :

Terlebih dahulu cari panjang PQ, QR, QR', RR', PR' dan PR

PQ = VPQ x tPQ = (200 km/jam) x (0,5) jam = 100 kmQR = VQR x tQR = (100 km/jam) x (1 jam) = 100 kmQR' = QR cos 53o = (100 km) x (0,6) = 60 kmRR' = QR sin 53o = (100 km) x (0,8) = 80 kmPR' = PQ + QR' = 100 + 60 = 160 km

PR = √[ (PR' )2 + (RR')2 ]PR = √[ (160 ) 2 + (80)2 ] = √(32000) = 80√5 km

Jarak tempuh pesawat = PQ + QR = 100 + 100 = 200 kmPerpindahan pesawat = PR = 80√5 kmSelang waktu = 1 jam + 0,5 jam = 1,5 jam

a) Kecepatan rata-rata = perpindahan : selang waktu = 80√5 km : 1,5 jam = 53,3 √5 km/jamb) Kelajuan rata-rata = jarak : selang waktu = 200 km : 1,5 jam = 133,3 km/jam

Soal No. 6Diberikan grafik kecepatan terhadap waktu seperti gambar berikut:

Tentukan besar percepatan dan jenis gerak dari:a) A - Bb) B - Cc) C - D

PembahasanMencari percepatan (a) jika diberikan grafik V-t :

a = tan θ

dengan θ adalah sudut kemiringan garis grafik terhadap horizontal dan tan suatu sudut adalah sisi depan sudut dibagi sisi samping sudut. Ingat : tan-de-sa

a) A - Ba = (2 − 0) : (3− 0) = 2/3 m/s2(benda bergerak lurus berubah beraturan / GLBB dipercepat) b) B - Ca = 0 (garis lurus, benda bergerak lurus beraturan / GLB)c) C - Da = (5 − 2) : (9 − 7) = 3/2 m/s2(benda bergerak lurus berubah beraturan / GLBB dipercepat)

Soal No. 7Dari gambar berikut :

Tentukan:a) Jarak tempuh dari A - Bb) Jarak tempuh dari B - Cc) Jarak tempuh dari C - Dd) Jarak tempuh dari A - D

Pembahasana) Jarak tempuh dari A - BCara PertamaData :Vo = 0 m/sa = (2 − 0) : (3− 0) = 2/3 m/s2t = 3 sekonS = Vo t + 1/2 at2 S = 0 + 1/2 (2/3 )(3)2 = 3 meter

Cara KeduaDengan mencari luas yang terbentuk antara titik A, B dang angka 3 (Luas Segitiga = setengah alas x tinggi) akan didapatkan hasil yang sama yaitu 3 meter

b) Jarak tempuh dari B - C

Cara pertama dengan Rumus GLBS = Vt S = (2)(4) = 8 meter

Cara kedua dengan mencari luas yang terbentuk antara garis B-C, angka 7 dan angka 3 (luas persegi panjang)

c) Jarak tempuh dari C - DCara PertamaData :Vo = 2 m/sa = 3/2 m/s2t = 9 − 7 = 2 sekonS = Vo t + 1/2 at2 S = (2)(2) + 1/2 (3/2 )(2)2 = 4 + 3 = 7 meter

Cara kedua dengan mencari luas yang terbentuk antara garis C-D, angka 9 dan angka 7 (luas trapesium)

S = 1/2 (jumlah sisi sejajar) x tinggi S = 1/2 (2+5)(9-7) = 7 meter.

d) Jarak tempuh dari A - DJarak tempuh A-D adalah jumlah dari jarak A-B, B-C dan C-D

Soal No. 8Mobil A dan B dalam kondisi diam terpisah sejauh 1200 m.

Kedua mobil kemudian bergerak bersamaan saling mendekati dengan kecepatan konstan masing-masing VA = 40 m/s dan VB = 60 m/s. Tentukan:a) Jarak mobil A dari tempat berangkat saat berpapasan dengan mobil Bb) Waktu yang diperlukan kedua mobil saling berpapasanc) Jarak mobil B dari tempat berangkat saat berpapasan dengan mobil A

PembahasanWaktu tempuh mobil A sama dengan waktu tempuh mobil B, karena berangkatnya bersamaan. Jarak dari A saat bertemu misalkan X, sehingga jarak dari B (1200 − X)

tA = tBSA/VA = SB/VB

( x )/40 = ( 1200 − x ) /60 6x = 4( 1200 − x )6x = 4800 − 4x10x = 4800x = 480 meter

b) Waktu yang diperlukan kedua mobil saling berpapasanx = VA t480 = 40tt = 12 sekon

c) Jarak mobil B dari tempat berangkat saat berpapasan dengan mobil ASB =VB t = (60) (12) = 720 m

Soal No. 9Diberikan grafik kecepatan terhadap waktu dari gerak dua buah mobil, A dan B.

Tentukan pada jarak berapakah mobil A dan B bertemu lagi di jalan jika keduanya berangkat dari tempat yang sama!

PembahasanAnalisa grafik:Jenis gerak A → GLB dengan kecepatan konstan 80 m/sJenis gerak B → GLBB dengan percepatan a = tan α = 80 : 20 = 4 m/s2

Kedua mobil bertemu berarti jarak tempuh keduanya sama, misal keduanya bertemu saat waktu tSA = SBVA t =VoB t + 1/2 at280t = (0)t + 1/2 (4)t2 2t2 − 80t = 0t2 − 40t = 0t(t − 40) = 0t = 0 sekon atau t = 40 sekonKedua mobil bertemu lagi saat t = 40 sekon pada jarak :SA = VA t = (80)(40) = 3200 meter

Soal No. 10 (Gerak Vertikal ke Bawah / Jatuh Bebas)

Sebuah benda jatuh dari ketinggian 100 m. Jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s2 tentukan:a) kecepatan benda saat t = 2 sekonb) jarak tempuh benda selama 2 sekonc) ketinggian benda saat t = 2 sekond) kecepatan benda saat tiba di tanahe) waktu yang diperlukan benda hingga tiba di tanah

Pembahasana) kecepatan benda saat t = 2 sekonData :t = 2 sa = g = 10 m/s2Vo = 0 m/sVt = .....!

Vt = Vo + at Vt = 0 + (10)(2) = 20 m/s

c) jarak tempuh benda selama 2 sekonS = Vot + 1/2at2S = (0)(t) + 1/2 (10)(2)2S = 20 meter

c) ketinggian benda saat t = 2 sekonketinggian benda saat t = 2 sekon adalah tinggi mula-mula dikurangi jarak yang telah ditempuh benda.S = 100 − 20 = 80 meter

d) kecepatan benda saat tiba di tanahVt2 = Vo2 + 2aSVt2 = (0) + 2 aSVt = √(2aS) = √[(2)(10)(100)] = 20√5 m/s

e) waktu yang diperlukan benda hingga tiba di tanahVt = V0 + at20√5 = (0) + (10) tt = 2√5 sekon

Soal No. 11Besar kecepatan suatu partikel yang mengalami perlambatan konstan ternyata berubah dari 30 m/s menjadi 15 m/s setelah menempuh jarak sejauh 75 m. Partikel tersebut akan berhenti setelah menempuh jarak....A. 15 mB. 20 mC. 25 m

D. 30 mE. 50 m(Soal SPMB 2003)

PembahasanData pertama:Vo = 30 m/sVt = 15 m/sS = 75 m

Dari ini kita cari perlambatan partikel sebagai berikut:Vt2 = Vo2 − 2aS152 = 302 − 2a(75)225 = 900 − 150 a150 a = 900 − 225a = 675 /150 = 4, 5 m/s2

Besar perlambatannya adalah 4,5 m/s2 (Kenapa tidak negatif? Karena dari awal perhitungan tanda negatifnya sudah dimasukkan ke dalam rumus, jika ingin hasil a nya negatif, gunakan persamaan Vt2 = Vo2 + 2aS)

Data berikutnya:Vo = 15 m/sVt = 0 m/s (hingga berhenti)

Jarak yang masih ditempuh:

Vt2 = Vo2 − 2aS02 = 152 − 2(4,5)S0 = 225 − 9S9S = 225

S = 225/9 = 25 m

Soal No. 12Sebuah benda dijatuhkan dari ujung sebuah menara tanpa kecepatan awal. Setelah 2 detik benda sampai di tanah (g = 10 m s2). Tinggi menara tersebut … A. 40 m B. 25 m C. 20 m D. 15 m E. 10 m (EBTANAS 1991)

Pembahasan

Data:νo = 0 m/s (jatuh bebas)t = 2 sg = 10 m s2S = .....!

S = νo t + 1/2 gt2S = (0)(2) + 1/2 (10)(2)2S = 5(4) = 20 meter

Soal No. 13Sebuah benda dijatuhkan dari ketinggian h di atas tanah. Setelah sampai di tanah kecepatannya 10 m s–1, maka waktu yang diperlukan untuk mencapai ketinggian 1/2 h dari tanah (g = 10 m. s−2 ) adalah.....A. 1/2 √2 sekonB. 1 sekonC. √2 sekonD. 5 sekonE. 5√2 sekon(Soal Ebtanas 2002)

PembahasanData:Untuk jarak tempuh sejauh S1 = hνo = 0 ms–1 νt = 10 m s–1

νt = νo + at10 = 0 + 10tt = 1 sekon -> t1

Untuk jarak tempuh sejauh S2 = 1/2 ht2 =......

Perbandingan waktu tempuh:

Soal No. 14Sebuah batu dijatuhkan dari puncak menara yang tingginya 40 m di atas tanah. Jika g = 10 m s–2, maka kecepatan batu saat menyentuh tanah adalah.… A. 20√2 m s–1B. 20 m s–1C. 10√2 m s–1D. 10 m s–1E. 4√2 m s–1(Ebtanas Fisika 1996)

PembahasanJatuh bebas, kecepatan awal nol, percepatan a = g = 10 m s–2

Soal No. 15Mobil massa 800 kg bergerak lurus dengan kecepatan awal 36 km.jam–1 setelah menempuh jarak 150 m kecepatan menjadi 72 km. jam–1. Waktu tempuh mobil adalah...A. 5 sekonB. 10 sekonC. 17 sekonD. 25 sekonE. 35 sekon(Ujian Nasional 2009)

PembahasanData soal:m = 800 kgνo = 36 km/jam = 10 m/sνt = 72 km/jam = 20 m/sS = 150 m t = ..........

Tentukan dulu percepatan gerak mobil (a) sebagai berikut:νt2 = νo2 + 2aS202 = 102 + 2a(150)400 = 100 + 300 a400 − 100 = 300 a300 = 300 aa = 300/300 = 1 m/s2

Rumus kecepatan saat t:νt = νo + at20 = 10 + (1)tt = 20 − 10 = 10 sekon

Catatan:Massa mobil (m) tidak diperlukan dalam perhitungan, apalagi merknya.