Nah gan, kali ini ane mau jelasin tentang soal parabola. Soal nya sih gk bgitu susah gan, tinggal masuk-masukin rumus, dah jadi. Nah, ini ane ada penjelasannya gan. ENJOY gan !
Pengantar
Banyak sekali contoh gerakan
peluru/parabola yang kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Diantaranya
adalah gerak bola volly, gerakan bola basket, bola tenis, bom yang dijatuhkan,
peluru yang dtembakkan, gerakan lompat jauh yang dilakukan atlet dan
sebagainya. Anda dapat menambahkan sendiri. Apabila diamati secara saksama,
benda-benda yang melakukan gerak peluru selalu memiliki lintasan berupa
lengkungan dan seolah-olah dipanggil kembali ke permukaan tanah (bumi) setelah
mencapai titik tertinggi. Mengapa demikian ?
Benda-benda
yang melakukan gerakan peluru dipengaruhi oleh beberapa faktor. Pertama,
benda tersebut bergerak karena ada gaya yang diberikan. Mengenai Gaya,
selengkapnya kita pelajari pada pokok bahasan Dinamika(Dinamika adalah ilmu fisika yang
menjelaskan gaya sebagai penyebab gerakan benda dan membahas mengapa benda
bergerak demikian). Pada kesempatan ini, kita belum menjelaskan
bagaimana proses benda-benda tersebut dilemparkan, ditendang dan sebagainya.
Kita hanya memandang gerakan benda tersebut setelah dilemparkan dan bergerak
bebas di udara hanya dengan pengaruh gravitasi. Kedua,
seperti pada Gerak Jatuh Bebas, benda-benda yang melakukan gerak peluru
dipengaruhi oleh gravitasi, yang berarah ke bawah (pusat bumi) dengan besar g =
9,8 m/s2. Ketiga, hambatan
atau gesekan udara. Setelah benda tersebut ditendang, dilempar, ditembakkan atau
dengan kata lain benda tersebut diberikan kecepatan awal hingga bergerak, maka
selanjutnya gerakannya bergantung pada gravitasi dan gesekan alias hambatan
udara. Karena kita menggunakan model ideal, maka dalam menganalisis gerak
peluru, gesekan udara diabaikan.
Jenis-jenis
Gerak Parabola
Pertama, gerakan benda berbentuk parabola ketika
diberikan kecepatan awal dengan sudut teta terhadap garis horisontal, sebagaimana
tampak pada gambar di bawah. Dalam kehidupan sehari-hari terdapat banyak
gerakan benda yang berbentuk demikian. Beberapa di antaranya adalah gerakan
bola yang ditendang oleh pemain sepak bola, gerakan bola basket yang
dilemparkan ke ke dalam keranjang, gerakan bola tenis, gerakan bola volly,
gerakan lompat jauh dan gerakan peluru atau rudal yang ditembakan dari
permukaan bumi.
Kedua, gerakan benda berbentuk parabola ketika
diberikan kecepatan awal pada ketinggian tertentu dengan arah sejajar
horisontal, sebagaimana tampak pada gambar di bawah. Beberapa contoh gerakan
jenis ini yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari, meliputi gerakan bom
yang dijatuhkan dari pesawat atau benda yang dilemparkan ke bawah dari
ketinggian tertentu.
Ketiga, gerakan benda berbentuk parabola ketika
diberikan kecepatan awal dari ketinggian tertentu dengan sudut teta terhadap
garis horisontal, sebagaimana tampak pada gambar di bawah.
Menganalisis
Gerak Parabola
Gerak
parabola adalah gerak dua
dimensi, di mana melibatkan sumbu horisontal dan vertikal. Jadi gerak parabola
merupakan superposisi atau gabungan dari gerak horisontal dan vertikal. Kita
sebut bidang gerak peluru sebagai bidang koordinat xy, dengan sumbu x
horisontal dan sumbu y vertikal. Percepatan gravitasi hanya bekerja pada arah
vertikal, gravitasi tidak mempengaruhi gerak benda pada arah horisontal.
Percepatan
pada komponen x adalah nol (ingat bahwa gerak peluru hanya
dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Pada arah horisontal atau komponen x,
gravitasi tidak bekerja). Percepatan
pada komponen y atau arah vertikal bernilai tetap (g = gravitasi) dan bernilai
negatif /-g (percepatan gravitasi pada gerak
vertikal bernilai negatif, karena arah gravitasi selalu ke bawah alias ke pusat
bumi).
Gerak
horisontal (sumbu x) kita analisis dengan Gerak Lurus
Beraturan, sedangkan Gerak Vertikal (sumbu y) dianalisis dengan Gerak Jatuh Bebas.
Untuk
memudahkan kita dalam menganalisis gerak peluru, mari kita tulis kembali
persamaan Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Jatuh Bebas (GJB).
Sebelum
menganalisis gerak parabola secara terpisah, terlebih dahulu kita amati komponen
Gerak Peluru secara keseluruhan.
Pertama, gerakan benda setelah diberikan kecepatan
awal dengan sudut teta terhadap
garis horisontal.
Kecepatan
awal (vo)
gerak benda diwakili oleh v0x dan
v0y. v0x merupakan kecepatan awal pada sumbu x,
sedangkan v0y merupakan
kecepatan awal pada sumbu y. vy merupakan
komponen kecepatan pada sumbu y dan vxmerupakan komponen kecepatan
pada sumbu x. Pada titik tertinggi lintasan gerak benda, kecepatan pada arah
vertikal (vy) sama dengan nol.
Kedua, gerakan benda setelah diberikan
kecepatan awal pada ketinggian tertentu dengan arah sejajar horisontal.
Kecepatan
awal (vo)
gerak benda diwakili oleh v0x dan
v0y. v0x merupakan kecepatan awal pada sumbu x,
sedangkan Kecepatan awal pada sumbu vertikal (voy) = 0. vy merupakan komponen kecepatan pada
sumbu y dan vxmerupakan komponen kecepatan pada sumbu x.
Menganalisis
Komponen Gerak Parabola secara terpisah
Sekarang,
mari kita turunkan persamaan untuk Gerak Peluru. Kita nyatakan seluruh hubungan
vektor untuk posisi, kecepatan dan percepatan dengan persamaan terpisah untuk
komponen horisontal dan vertikalnya. Gerak peluru merupakan superposisi atau
penggabungan dari dua gerak terpisah tersebut
Komponen
kecepatan awal
Terlebih
dahulu kita nyatakan kecepatan awal untuk komponen gerak horisontal v0x dan kecepatan awal
untuk komponen gerak vertikal, v0y.
Catatan
: gerak peluru selalu mempunyai kecepatan awal. Jika tidak ada kecepatan awal
maka gerak benda tersebut bukan termasuk gerak peluru. Walaupun demikian, tidak
berarti setiap gerakan yang mempunyai kecepatan awal termasuk gerak peluru
Karena
terdapat sudut yang dibentuk, maka kita harus memasukan sudut dalam perhitungan
kecepatan awal. Mari kita turunkan persamaan kecepatan awal untuk gerak
horisontal (v0x) dan vertikal (v0y) dengan bantuan rumus Sinus,
Cosinus dan Tangen.
Keterangan
: v0 adalah
kecepatan awal, v0x adalah
kecepatan awal pada sumbu x, v0y adalah
kecepatan awal pada sumbu y, teta adalah sudut yang dibentuk terhadap sumbu x
positip.
Kecepatan
dan Perpindahan
Benda
pada Arah Horizontal
Kita
tinjau gerak pada arah horisontal atau sumbu x. Sebagaimana yang
telah dikemukakan di atas, gerak pada sumbu x kita analisis dengan Gerak Lurus
Beraturan (GLB). Karena percepatan gravitasi pada arah horisontal = 0, maka
komponen percepatan ax =
0. Huruf x kita tulis di belakang a
(dan besaran lainnya) untuk
menunjukkan bahwa percepatan (atau kecepatan dan jarak)tersebut
termasuk komponen gerak horisontal atau sumbu x. Pada gerak peluru
terdapat kecepatan awal, sehingga kita gantikan v dengan v0.
Dengan
demikian, kita akan mendapatkan persamaan Gerak Peluru untuk sumbu x :
Keterangan
: vx adalah
kecepatan gerak benda pada sumbu x, v0x adalah
kecepatan awal pada sumbu x, x adalah posisi benda, t adalah waktu tempuh, x0 adalah posisi awal. Jika pada
contoh suatu gerak peluru tidak diketahui posisi awal, maka silahkan
melenyapkan x0.
Perpindahan
Horisontal
dan Vertikal
Kita
tinjau gerak pada arah vertikal atau sumbu y. Untuk gerak pada
sumbu y alias vertikal, kita gantikan x dengan y (atau h = tinggi), v dengan vy,
v0dengan voy dan
a dengan -g (gravitasi). Dengan demikian, kita dapatkan persamaan Gerak Peluru
untuk sumbu y :
Keterangan
: Vy adalah kecepatan
gerak benda pada sumbu y alias vertikal, v0y adalah kecepatan awal pada
sumbu y, g adalah gravitasi, t adalah waktu tempuh, y adalah posisi benda (bisa
juga ditulis h), y0 adalah
posisi awal.
Berdasarkan
persamaan kecepatan awal untuk komponen gerak horisontal v0xdan
kecepatan awal untuk komponen gerak vertikal, v0y yang telah kita turunkan di atas, maka
kita dapat menulis persamaan Gerak Peluru secara lengkap sebagai berikut :
Setelah
menganalisis gerak peluru secara terpisah, baik pada komponen horisontal alias
sumbu x dan komponen vertikal alias sumbu y, sekarang kita menggabungkan kedua
komponen tersebut menjadi satu kesatuan. Hal ini membantu kita dalam
menganalisis Gerak Peluru secara keseluruhan, baik ditinjau dari posisi,
kecepatan dan waktu tempuh benda. Pada pokok bahasan Vektor dan Skalar telah
dijelaskan teknik dasar metode analitis. Sebaiknya anda mempelajarinya terlebih
dahulu apabila belum memahami dengan baik.
Persamaan
untuk menghitung posisi dan kecepatan resultan dapat dirumuskan sebagai
berikut.
Pertama, vx tidak pernah berubah sepanjang
lintasan, karena setelah diberi kecepatan awal, gerakan benda sepenuhnya
bergantung pada gravitasi. Nah, gravitasi hanya bekerja pada arah vertikal,
tidak horisontal. Dengan demikian vx bernilai tetap.
Kedua,
pada titik tertinggi lintasan, kecepatan gerak benda pada bidang vertikal alias
vy = 0. pada titik
tertinggi, benda tersebut hendak kembali ke permukaan tanah, sehingga
yang bekerja hanya kecepatan horisontal alias vx, sedangkan vy bernilai nol. Walaupun kecepatan
vertikal (vy) = 0, percepatan gravitasi tetap
bekerja alias tidak nol, karena benda tersebut masih bergerak ke permukaan
tanah akibat tarikan gravitasi. jika gravitasi nol maka benda tersebut akan
tetap melayang di udara, tetapi kenyataannya tidak teradi seperti itu.
Ketiga, kecepatan pada saat sebelum
menyentuh lantai biasanya tidak nol.
Pembuktian
Matematis Gerak Peluru = Parabola
Jalur yang ditempuh gerak
peluru merupakan sebuah parabola, jika kita mengabaikan hambatan udara dan
menganggap bahwa gravitasi alias g bernilai tetap. Untuk menunjukkan hal ini
secara matematis, kita harus mendapatkan y sebagai fungsi x dengan
menghilangkan/mengeliminasi t (waktu) di antara dua persamaan
untuk gerak horisontal dan vertikal, dan kita tetapkan x0 = y0 = 0.
y =
ax – bx2
Di
mana a dan b adalah konstanta untuk gerak peluru tertentu. Persamaan ini
merupakan fungsi parabola dalam matematika.
Petunjuk
Penyelesaian Masalah-Soal Untuk Gerak Peluru
Pertama, baca dengan teliti dan gambar sebuah
diagram untuk setiap soal yang diberikan. tapi jika otakmu mirip Eyang
Einstein, gambarkan saja diagram tersebut dalam otak.
Kedua,
buat daftar besaran yang diketahui dan tidak diketahui.
Ketiga,
analisis gerak horisontal (sumbu x) dan vertikal (sumbu y) secara terpisah.
Jika diketahui kecepatan awal, anda dapat menguraikannya menjadi
komponen-konpenen x dan y.
Keempat,
berpikirlah sejenak sebelum menggunakan persamaan-persamaan. Gunakan persamaan
yang sesuai, bila perlu gabungkan beberapa persamaan jika dibutuhkan.
Contoh
Soal 1 :
Firman Utina
menendang bola dengan sudut 30o terhadap
sumbu x positif dengan kecepatan 20 m/s. Anggap saja bola meninggalkan kaki
Beckham pada ketinggian permukaan lapangan. Jika percepatan gravitasi = 10 m/s2,
hitunglah :
a)
Tinggi maksimum
b)
waktu tempuh sebelum bola menyentuh tanah
c)
jarak terjauh yang ditempuh bola sebelum bola tersebut mencium tanah
d)
kecepatan bola pada tinggi maksimum
e)
percepatan bola pada ketinggian maksimum
Panduan
Jawaban :
Soal
ini terkesan sulit karena banyak yang ditanyakan. Karena diketahui kecepatan
awal, maka kita dapat menghitung kecepatan awal untuk komponen horisontal dan
vertikal.
a)
Tinggi maksimum (ymax)
Jika
ditanyakan ketinggian maksimum, maka yang dimaksudkan adalah posisi benda pada
sumbu vertikal (y) ketika benda berada pada ketinggian maksimum alias
ketinggian puncak. Karena kita menganggap bola bergerak dari permukaan tanah,
maka yo = 0. Kita tulis persamaan posisi benda pada
gerak vertikal
Bagaimana
kita tahu kapan bola berada pada ketinggian maksimum ? untuk membantu kita,
ingat bahwa pada ketinggian maksimum hanya bekerja kecepatan horisontal (vx)
, sedangkan kecepatan vertikal (vy) = 0. Karena vy= 0 dan
percepatan gravitasi diketahui, maka kita gunakan salah satu gerak vertikal di
bawah ini, untuk mengetahui kapan bola berada pada tinggian maksimum.
Berdasarkan
perhitungan di atas, bola mencapai ketinggian maksimum setelah bergerak 1
sekon. Kita masukan nilai t ini pada persamaan y
Ketinggian
maksimum yang dicapai bola adalah 5 meter.
b)
Waktu tempuh bola sebelum menyentuh permukaan tanah
Ketika
menghitung ketinggian maksimum, kita telah mengetahui waktu yang diperlukan
bola untuk mencapai ketinggian maksimum. Sekarang, yang ditanyakan adalah waktu
tempuh bola sebelum menyentuh permukaan tanah. Yang dimaksudkan di sini adalah
waktu tempuh total ketika benda melakukan gerak peluru.
Untuk
menyelesaikan soal ini, hal pertama yang perlu kita ingat adalah ketika
menyentuh permukaan tanah, ketinggian bola dari permukaan tanah (y) = 0. sekali
lagi ingat juga bahwa kita menanggap bola bergerak dari permukaan tanah,
sehingga posisi awal bola alias y0 = 0.
Sekarang
kita tuliskan persamaan yang sesuai, yaitu
Waktu
tempuh total adalah 2 sekon.
Sebenarnya
kita juga bisa menggunakan cara cepat. Pada bagian a), kita sudah menghitung
waku ketika benda mencapai ketinggian maksimum. Nah, karena lintasan gerak
peluru berbentuk parabola, maka kita bisa mengatakan waktu tempuh benda untuk
mencapai ketinggian maksimum merupakan setengah waktu tempuh total. Dengan kata
lain, ketika benda berada pada ketinggian maksimum, maka benda tersebut telah
melakukan setengah dari keseluruhan gerakan. Cermati gambar di bawah ini
sehingga anda tidak kebingungan. Dengan demikian, kita bisa langsung mengalikan
waktu tempuh bola ketika mencapai ketinggian maksimum dengan 2, untuk
memperoleh waktu tempuh total.
c)
Jarak terjauh yang ditempuh bola sebelum bola tersebut mencium tanah
Jika
ditanya jarak tempuh total, maka yang dimaksudkan di sini adalah posisi akhir
benda pada arah horisontal (atau s pada gambar di atas). Soal ini gampang,
tinggal dimasukkan saja nilainya pada persamaan posisi benda untuk gerak
horisontal atau sumbu x. karena kita menghitung jarak terjauh, maka waktu (t)
yang digunakan adalah waktu tempuh total.
d)
kecepatan bola pada tinggi maksimum
Pada
titik tertinggi, tidak ada komponen vertikal dari kecepatan. Hanya ada komponen
horisontal (yang bernilai tetap selama bola melayang di udara). Dengan
demikian, kecepatan bola pada pada tinggi maksimum adalah :
e)
percepatan bola pada ketinggian maksimum
Pada
gerak peluru, percepatan yang bekerja adalah percepatan gravitasi yang bernilai
tetap, baik ketika bola baru saja ditendang, bola berada di titik tertinggi dan
ketika bola hendak menyentuh permukaan tanah. Percepatan gravitasi (g) berapa ?
Dicoba sendiri yaaa J
Contoh
soal 2 :
Seorang
pengendara sepeda motor yang sedang mabuk mengendarai sepeda motor melewati
tepi sebuah jurang yang landai. Tepat pada tepi jurang kecepatan motornya
adalah 10 m/s. Tentukan posisi sepeda motor tersebut, jarak dari tepi jurang
dan kecepatannya setelah 1 detik.
Panduan
Jawaban :
Kita
memilih titik asal koordinat pada tepi jurang, di mana xo = yo = 0. Kecepatan awal murni horisontal
(tidak ada sudut), sehingga komponen-komponen kecepatan awal adalah :
Di mana
letak sepeda motor setelah 1 detik ? setelah 1 detik, posisi sepeda motor dan
pengendaranya pada koordinat x dan y adalah sbb (xo dan yobernilai nol) :
x = xo + vox t = (10 m/s)(1 s) = 10 m
y = yo + (vo sin teta) t – ½ gt2
y = –
½ gt2
y = –
½ (10 m/s2)(1 s)2
y = –
5 m
Nilai
negatif menunjukkan bahwa motor tersebut berada di bawah titik awalnya.
Berapa
jarak motor dari titik awalnya ?
Berapa
kecepatan motor pada saat t = 1 s ?
vx = vox = 10 m/s
vy = -gt = -(10 m/s2)(1 s) =
-10 m/s
Setelah
bergerak 1 sekon, sepeda motor bergerak dengan kecepatan 14,14 m/s dan berada
pada 45o terhadap
sumbu x positif.
Nah gan, ini akhir nya gan. Kalo agan ada pertanyaan koment aja ya gaan disini. Thx gan :)