Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) GERAK JATUH BEBAS MOTION FREE FALL Cayo Wibowo,a, Dina Eliana,b, dan Faradela N.c Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan IPA, Universitas Negeri Surabaya Jl. Ketintang, Surabaya 60231, Indonesia e-mail: [email protected], [email protected], [email protected] Abstract This experiment aims to determine the acceleration of gravity and comparing with theory and determine the height of objects relationships with travel time objects. In free fall motion experiment using an initial velocity of zero (v0 = 0 m / s2) or silent. This experiment was manipulated variable heights (h) and the control variable is the mass of the object and the type of object and variable responses obtained in the form of objects travel time to the center of the earth. The method in this experiment is to measure the diameter and mass of the object using a micrometer screw and technical balance, the next thing to a magnet mounted conveniently on the kit and dropped right on the plate to produce a mileage sensor. The experimental results obtained by the average worth of the gravitational acceleration of 8.8 m / s2 and the greater the height of an object then the longer time required by the object to reach the plate sesnsor to record time. Abstrak Percobaan ini bertujuan untuk menentukan percepatan gravitasi dan membandingkan dengan teori serta menentukan hubungan ketinggian benda dengan waktu tempuh benda. Dalam percobaan gerak jatuh bebas menggunakan kecepatan awal sebesar nol (v0=0 m/s2) atau diam. Variable percobaan ini adalah memanipulasi ketinggian (h) dan variable control adalah massa benda dan jenis benda serta variable respon yang didapat berupa waktu tempuh benda sampai ke pusat bumi. Metode dalam percobaan ini yaitu dengan mengukur diameter dan massa benda menggunakan micrometer sekrup dan neraca teknis, selanjutnya benda dipasang kepada magnet yang terletak pada kit dan dijatuhkan tepat pada plat sensor menghasilkan waktu jarak tempuh. Hasil percobaan diperoleh rata-rata percepatan gravitasi senilai 8.8 m/s2 dan semakin besar ketinggian suatu benda maka akan semakin lama waktu yang dibutuhkan oleh benda untuk mencapai plat sesnsor untuk mencatatkan waktu. Keywords: a height (h), the acceleration due to gravity (m / s2), travel time (s), the mass of the object (gram). 1 Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) I. PENDAHULUAN Dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat benda yang mengalami gerak jatuh babas, semisal buah kelapa yang jatuh dari pohonnya. Benda yang mengalami gerak jatuh bebas tidak memiliki percepatan. Dalam hal ini gerak jatuh bebas merupakan benda yang mengakibatkan benda melewati lintasan berbentuk lurus menuju pesusat bumi atau lebih dikenal dengan gravitasi. Gerak jatuh bebas juga merupakan salah satu gerak lurus dalam suatu dimensi yang hanya dipengaruhi ketinggian (h) dan waktu (t). rumusan masalah dalam hal ini percepatan adalah nilai percepatan gravitasi memlalui gerak jatuh bebas dan bagaimana grafik hubungan ketinggian dengan waktu . tujuan dalam percobaan ini adalag menentukan nilai percepatan gravitasi melalui gerak jatuh bebas dan menentukan nilai percepatan grafik hubungan ketinggian dengan waktu. KAJIAN TEORI GLBB adalah gerak suatu benda pada lintasan lurus dengan percepatan linear tetap dengan kecepatan (percepatan positif), maka kecepatannya semakin lama semakin cepat yang disebut dengan GLBB dipercepat. Sebaliknya apabila percepatan berlawanan arah maka kecepatannya semakin lama semakin lambat dan akhirnya berhenti. Bila kecepatan pada saat t adalah (3) Berdasarkan persamaan diatas bila ingin mencari nilai kecepatan suatu benda maka akan diperoleh rumus sebagai berikut : (1) dan kecepatan rata-rata sendiri adalah (2) Dengan mensubstitusikan persamaan tersebut ke dalam definisi perpindahan maka (4) Didapatkan : Sutrisno (1986 : 78) menyatakan bahwa benda dikatakan melakukan gerak jatuh bebas jika benda tersebut tanpa kecepatan awal (v0 = 0) dan tidak dipengaruhi oleh Cayo Wibowo,Dina Eliana et all 2 Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) gaya dorong melaikan dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Gerak jatuh bebas (GJB) termasuk kedalam gerak lurus berubah beraturan di percepat. Percepatan yang dialami benda ini adalah akibat gaya tarik gravitasi bumi. Karena syarat gerak jatuh bebas adalah percepatan awalnya nol maka berlaku persamaan GLBB sebagai berikut: v = v0 + at vt2= v02 + 2as s = v0t + ½ at2 (5) Karena pada gerak jatuh bebas kecepatan awal (v0 = 0) dan percepatan yang dialami benda adalah percepatan gravitasi bumi, maka berlaku rumus: v = at vt2 = 2as s = ½ at2 (6) Keterangan : v = kecepatan akhir benda (m/s) kecuali gaya grafitasi bumi. Jadi kedua benda tersebut dapat jatuh secara bersamaan pada sebuah ruangan yang hampa udara. Karena udara secara langsung mempengaruhi kecepatan benda sampai ke tanah. Sebagai contoh bila kita menjatuhkan batu dan kertas dari atas gedung, maka batu akan menyentuh tanah terlebih dahulu sedangkan kertas akan melayang tertiup angin sehingga akan menyentuh tanah dengan waktu yang lama. Pantur (1985 : 61) menyatakan gerak jatuh bebas adalah gerak yang mengakibatkan benda melewati lintasan berbentuk lurus karena pengaruh gravitasi bumi. Gerak jatuh bebas merupakan gerak yang mengabaikan gesekan dan perubahan kecil percepatan terhadap ketinggian. Percepatan yang di alami benda jatuh bebas disebabkan oleh gravitasi yang besarnya 9,8 m/s2 dan bearah menuju pusat bumi. Gesekan yang dimaksud di sini adalah gesekan antara benda dan udara. Suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu dalam ruangan terbuka akan di perlambat akibat gaya gesek dengan laju udara. t = waktu (s) s = Jarak yang dilalui benda (m) a = percepatan yang dialami benda (m/s2) Jadi pada gerak ini, benda hanya di pengaruhi oleh percepatan gravitasi bumi. Gerak jatuh bebas tejadi dari ketinggian tanpa memperdulikan masa benda tersebut. Suatu benda yang berat tidak semata- mata benda yang memiliki berat besar dapat jatuh dengan waktu bersamaan, kedua benda tersebut dapat jatuh bersamaan apabila tidak ada gaya lain yang bekerja Cayo Wibowo,Dina Eliana et all Gambar 1 3 Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) II. METODE PENELITIAN Langkah pertama adalah menentukan ketinggian yang diinginkan, setelah itu mengukur diameter bola bbesi pejal menggunakan micrometer sekrup. Setelah diketahui diameter bola besi pejal lalu mengukur massa bola besi pejal menggunakan neraca teknis. Lalu diletakkan bola besi pejal pada kit yang ketinggiannya sudah ditentukan lalu melepaskan bola besi tersebut tepat pada sensor kit yang digunakan. Setiap boal yang dijatuhkan dengan ketinggian tertentu diulang sebanyak 3 kali. Alat yang digunakan adalah berupa kit gerak jatuh bebas yang sudah didesain sedemikian rupa dengan menggunakan bola besi pejal besar. micrometer sekrup dan neraca teknis untuk mengukur diameter dan massa bola. Variable dalam percobaan ini menggunakan variable manipulasi yaitu ketinggian. Variable control adalah massa benda dan jenis benda.Variabel respon yang didapat adalah waktu, yaitu waktu yang diperlukan bola saat lepas dari kit GJB hingga ke reseptor. III. HASIL PENELITIAN DAN DISKUSI Tabel 1. Data Percobaan Gerak Jatuh Bebas Percobaan d±0,005(cm) m±0,05(gram) t (s) h±0,05 (cm) g (m/s2) ke 1 8,440 1,50 0,324 44,0 8.6 0,316 0,315 2 8,440 1,50 0,340 50,0 8,6 55,0 8.7 60,0 9 0,340 0,342 3 8,440 1,50 0,355 0357 356 4 8,440 1,50 365 363 4 Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) 367 5 8,440 1,50 386 65.0 8,72 70,0 8,9 73,0 8.6 75,0 8.6 80,0 8.9 83,0 9,1 85,0 9,3 90,0 9,05 384 388 6 8,440 1,50 397 395 399 7 8,440 1,50 413 411 413 8 8,440 1,50 416 418 416 9 8,440 1,50 423 424 423 10 8,440 1,50 428 426 428 11 8,440 1,50 436 435 435 12 8,440 1,50 442 444 Cayo Wibowo,Dina Eliana et all 5 Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) 442 13 8,440 1,50 453 93,0 9,1 95,0 8,9 100,0 8,9 105,0 8,8 110,0 8,9 115,0 8,3 450 453 14 8,440 1,50 453 457 458 15 8,440 1,50 468 467 468 16 8,440 1,50 492 494 492 17 8,440 1,50 504 506 506 18 8,440 1,50 512 510 512 19 8,440 1,50 20 8,440 1,50 Cayo Wibowo,Dina Eliana et all 6 Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) Percepatan Gravitasi bumi rata-rata : 8.8 m/s2 Keterangan : d : diameter benda (cm) m: massa benda (gram) t: waktu tempuh benda (s) h: ketinggian benda (cm) g: percepatan gravitasi bumi (m/s2) Dari data diatas dapat diketahui masing masing percepatan gravitasi melalui persamaan rumus di bawah ini : g= Percepatan gravitasi bumi (m/s2) Setelah melakukan perhitungan dan memperoleh hasil (nilai percepatan gravitasi) pada setiap percobaan dengan tiga kali pengulangan, selanjutnya adalah nilai-nilai yang diperoleh tersebut kemudian di rata-rata dan diperoleh angka 8,8 m/s2 sebagai rata-rata nilai percepatan gravitasi yang diperoleh dalam percobaan ini. Berikut adalah grafik yang menunjukan hubungan antara ketinggian benda dengan waktu tempuh benda dan ketinggian benda dengan percepatan gravitasi bumi terhadap benda berdasarkan data yang diperoleh dari percobaan gerak jatuh bebas ini. g = 2h/t2 keterangan : h = Ketinggian (m) t = Waktu (s) kuadrat waktu benda saat jatuh bebas (t2) A. Grafik Hubungan antara Ketinggian Benda dengan Waktu Tempuh Benda saat Jatuh Bebas. 0.35 0.3 y = 0.2274x - 0.0012 R² = 0.9883 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 h (ketinggian benda{m}) Cayo Wibowo,Dina Eliana et all 7 Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) g (percepatan gravitasi bumi {m/s2}) B. Grafik Hubungan antara Ketinggian Benda dengan Percepatan Gravitasi Bumi terhadap Benda. 10 y = 0.1289x + 8.7364 R² = 0.0157 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 h (ketinggian benda{m}) Berdasarkan kepada dua grafik sebelumnya, grafik yang pertama yang menunjukkan hubungan antara ketinggian benda dan waktu tempuh benda dapat diartikan bahwa semakin tinggi ketinggian suatu benda maka akan semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mendarat sesuai dengan kurva grafik yang cenderung mengalami kenaikan pada setiap percobaan, akan tetapi hal tersebut tidak mempengaruhi percepatan gravitasi. Bertambahnya waktu seiring dengan bertambahnya ketinggian suatu benda tidak mempengaruhi percepatan gravitasi.pernyataan tersebut di dukung dengan grafik yang kedua yang menunjukkan hubungan antara ketinggian benda dan percepatan gravitasi bumi yang dialami oleh benda relative atau cenderung konstan pada rentang nilai yang sama Cayo Wibowo,Dina Eliana et all yakni sebesar 8,8 m/s2 atau nilai rata-rata yang diperoleh dari perhitungan seluruh nilai percepatan gravitasi dalam percobaan. Nilai rata-rata percepatan gravitasi yang diperoleh yakni sebesar 8,8 m/s2 tidak sesuai dengan nilai yang ada pada teori yakni 9,8 m/s2. Hal ini dikarenakan percobaan dilakukan pada area atau tempat yang tidak bebas dengan gesekan. Dalam percobaan ini gaya gesek dengan udara memperlambat gerak bola saat jatuh bebas sehingga nilai percepatan gravitasi yang di peroleh tidak sesuai dengan yang ada dalam teori. IV. KESIMPULAN Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat dismpulkan bahwa 8 Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA) semakin tinggi suatu ketinggian benda maka semakin lama waktu yang dibutuhkan benda untuk sampai pada darata atau permukaan bumi akan tetapi hal tersebut tidak mempengaruhi nilai percepatan gravitasi bumi terhadap benda sesuai dengan grafik yang menunjukkan bahwa percepatan gravitasi bumi yang dialami oleh benda relative atau cenderung konstan pada rentang nilai yang sama yakni sebesar 8,8 m/s2 atau nilai rata-rata yang diperoleh dari perhitungan seluruh nilai percepatan gravitasi dalam percobaan. Nilai rata-rata tersebut tidak sesuai dengan yang ada dalam teori karena pengaruh gesekan dengan udara yang menyebabkan berkurangnya pengaruh percepatan gravitasi bumi terhadap benda. DAFTAR PUSTAKA Abadi Rinawan.2011.Gerak Jatuh Bebas.Awareness:Jakarta. Chasanah,Risdiyani.2015.Bedah Gerak.Intan Pariwara:Jakarta. Halliday. 2006. Fisika Dasar Jilid 1. Ishaq, Mohammad. 2003. Fisika Edisi 3. Hal 32. Erlangga. Jakarta UNESA. 2000. Pedoman Penulisan Artikel Jurnal, Surabaya: Lembaga Penelitian Universitas Negeri Surabaya. Erlangga. Jakarta. Cayo Wibowo,Dina Eliana et all 9
