GERAK VERTIKAL

Gerak vertikal adalah gerak suatu benda yang dilempar tegak lurus ke bawah atau ke atas dengan kecepatan awal tertentu (V₀ ≠ 0). Gerak vertikal memiliki percepatan konstan (tetap) yang nilainya sama dengan percepatan gravitasi bumi (g).

Macam-Macam Gerak Vertikal

1. Gerak Jatuh Bebas

Gerak jatuh bebas ialah gerak jatuh yang hanya dipengaruhi oleh gaya tarik bumi dan bebas dari hambatan gaya-gaya lain. Gerak jatuh bebas termasuk GLBB dipercepat dengan kecepatan awal Vo = nol dan percepatan sebesar percepatan gravitasi (g).

Aplikasi nyata dari gerak lurus berubah beraturan dengan percepatan a positif (gerak lurus dipercepat dengan percepatan a tetap) ini ialah suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian h meter dengan kecepatan awal nol atau tanpa kecepatan awal. Percepatan yang dialami oleh benda tersebut ialah percepatan gravitasi bumi g (m/s2). Lintasan gerak benda ini berupa garis lurus. Gerak benda semacam ini yang disebut dengan gerak jatuh bebas.

Gerak jatuh bebas didefinisikan sebagai gerak suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu di atas tanah tanpa kecepatan awal dan dalam geraknya hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi.

Rumus Gerak Jatuh Bebas
Gerak jatuh bebas bisa ditunjukkan sebuah benda jatuh tanpa kecepatan awal dari ketinggian h dan dipengaruhi oleh percepatan gravitasi g.

Secara matematis, gerak jatuh bebas ditulis:

 

Contoh soal 

Bola basket dijatuhkan tanpa kecepatan awal dan membentur tanah setelah 5 sekon. Tentukan kecepatan jatuh bola dan ketinggian tempat bola dijatuhkan (gunakan g = 10 m/s²) ! (Model soal GJB)

Penjelasan.

V_o = 0 m/s (Ingat pada GJB tidak ada kecepatan awal)
t = 5 s
a. V_t = __?
b.  h = __?

a. Pada GJB, jika ketahui waktu dan dicari kecepatan jatuh, maka gunakan rumus pertama.
V_t = V_o + gt (Ingat GJB tidak ada kecepatan awal), sehingga :
V_t = gt
V_t = 10 m/s² . 5 s
Vt = 50 m/s 

b. Pada GJB, jika dicari ketinggian gunakan rumus kedua GLBB.
V_t² = V_o² + 2gh (Ingat GJB tidak ada kecepatan awal), sehingga :
V_t² = 2gh
50² = 2. 10 m/s² . h
   h = 125 m 

2. Gerak Vertikal ke Atas

Gerak vertikal ke atas (GVA) adalah salah satu gerak lurus yang terjadi pada benda yang dilempar ke atas dengan kecepatan awal tertentu (V₀ ≠ 0).

Gerak vertikal ke atas merupakan gerak yang melawan gravitasi karena benda bergerak ke atas. Percepatan yang terjadi pada gerak vertikal ke atas adalah -g.

Rumus waktu yang diperlukan benda untuk mencapai ketinggian maksimum:

Rumus waktu yang diperlukan benda untuk jatuh kembali

Keterangan :

tmaks = waktu benda untuk mencapai ketinggian maksimum (s)
tc = waktu diperlukan oleh benda untuk jatuh kembali (s)
v0 = kecepatan awal (m/s)
g = percepatan gravitasi (10 m/s2)

Contoh soal:

Sebuah koin ditos oleh wasit ke atas dengan kecepatan 5 m/s. Tentukan ketinggian maksimum yang dapat dicapai koin, waktu yang diperlukan koin untuk mencapai ketinggian maksimum, dan waktu untuk kembali ke tanah !

Penjelasan.
Ini adalah bentuk gerak benda yang mengalami gerak vertikal ke atas. Gunakan rumus.

a.  Ketinggian maksimum koin
Ketinggian maksimum benda dapat dicari dengan rumus kedua.

"Saat benda mencapai ketinggian maksimum, kecepatannya adalah nol"

V_t² = V_o² - 2gh

  V_t² = V_o² - 2gh_max

      0 = 25 - 2.10.h_max  

h_max = 1,25 m

Jadi, koin tersebut akan mencapai ketinggian maksimum 1,25 m sebelum berbalik ke bawah.

b. Waktu untuk mencapai ketinggian maksimum

Hubungan waktu dan ketinggian pada GVA dapat digunakan rumus  V_t = V_o - gt.
Lagi - lagi diingatkan saat mencapai ketinggian maksimum, kecepatan benda (V_t) adalah nol. 
 V_t = V_o - gt_max

  0  = 5 - 10t_max 
10t_max = 5
  t_max = 0,5 s

c. Waktu yang diperlukan untuk kembali ke tanah

Hal ini berarti waktu yang dialami dari saat koin ditos hingga kembali ke tanah atau kadang disebut sebagai waktu melayang. Waktu melayang dapat dicari dengan rumus 2t_max. 

t_max telah dicari pada (b) :
 V_t = V_o - gt_max
  0  = 5 - 10t_max 
10t_max = 5
  t_max = 0,5 s

Maka, untuk mencari t_melayang = 2 t_max = 2(0,5 s) = 1 sekon.

 3. Gerak Vertikal ke Bawah

Gerak vertikal ke bawah (GVB) adalah salah satu gerak lurus yang terjadi pada benda yang bergerak dengan lintasan vertikal ke bawah yang memiliki kecepatan awal tertentu (V₀ ≠ 0).

Pada gerak vertikal ke bawah, percepatan yang terjadi pada benda adalah +g karena searah dengan arah gravitasi. Kecepatan yang dialami benda saat mengalami GVB semakin bertambah sampai terbentur ke tanah.

Contoh soal :

Buah semangka dilempar ke bawah secara vertikal dengan kecepatan 20 m/s dari ketinggian 10 m. Tentukan kecepatan jatuh buah semangka jika percepatan gravitasi 10 m/s² !

Penjelasan.

Ini adalah bentuk gerak benda yang mengalami gerak vertikal ke bawah dengan rumus :

Gunakan rumus kedua karena ada hubungan antara kecepatan awal, ketinggian, dan percepatan gravitasi !
V_t² = V_o² + 2gh
V_t² = 20² + 2.10.10
V_t² = 400 + 200
V_t² = 600
V_t = √600 ≈ 24,49 m/s