Menguasai Bab 1 Fisika Kelas 11 Semester 1: Mekanika Gerak Lurus dan Contoh Soalnya

Fisika, sebagai ilmu yang mempelajari fenomena alam, seringkali dianggap menakutkan oleh sebagian siswa. Namun, dengan pemahaman konsep yang kuat dan latihan soal yang memadai, materi fisika dapat menjadi menarik dan mudah dikuasai. Bab pertama pada Fisika Kelas 11 Semester 1 biasanya berfokus pada Mekanika Gerak Lurus. Materi ini merupakan fondasi penting untuk memahami konsep fisika yang lebih kompleks di bab-bab selanjutnya.

Dalam bab ini, kita akan menjelajahi bagaimana benda bergerak, apa saja yang menyebabkan perubahan gerak, dan bagaimana kita bisa memprediksi posisi, kecepatan, dan percepatan suatu benda. Memahami gerak lurus berarti kita akan mempelajari konsep-konsep seperti perpindahan, kecepatan, percepatan, dan bagaimana hukum-hukum Newton berperan dalam mengendalikan gerak tersebut.

Artikel ini akan memandu Anda melalui beberapa contoh soal yang representatif untuk Bab 1 Fisika Kelas 11 Semester 1, lengkap dengan penjelasan langkah demi langkah. Tujuannya adalah agar Anda tidak hanya mampu menyelesaikan soal, tetapi juga memahami mengapa solusinya seperti itu. Mari kita mulai petualangan kita dalam memahami gerak!

Konsep Kunci dalam Gerak Lurus

Sebelum masuk ke contoh soal, mari kita segarkan kembali beberapa konsep kunci yang akan sering kita gunakan:

• Perpindahan ($Delta x$ atau $Delta s$): Perubahan posisi suatu benda. Ini adalah besaran vektor, artinya memiliki nilai dan arah. Satuan SI-nya adalah meter (m).
• Jarak: Total lintasan yang ditempuh oleh benda. Ini adalah besaran skalar, hanya memiliki nilai.
• Kecepatan Rata-rata ($v_rata-rata$): Perpindahan dibagi dengan selang waktu. $v_rata-rata = fracDelta xDelta t$.
• Kecepatan Sesaat ($v$): Kecepatan pada suatu waktu tertentu. Ini adalah turunan dari posisi terhadap waktu.
• Kecepatan Tetap: Kecepatan yang nilainya tidak berubah terhadap waktu. Gerak dengan kecepatan tetap disebut Gerak Lurus Beraturan (GLB).
• Percepatan ($a$): Laju perubahan kecepatan. Ini adalah besaran vektor. Satuan SI-nya adalah meter per sekon kuadrat ($m/s^2$).
• Percepatan Tetap: Percepatan yang nilainya tidak berubah terhadap waktu. Gerak dengan percepatan tetap disebut Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB).

Persamaan-Persamaan Kunci dalam GLBB

GLBB adalah fokus utama dalam banyak soal di bab ini. Persamaan-persamaan yang perlu Anda kuasai adalah:

1. $v_t = v_0 + at$

   • $v_t$: kecepatan akhir (m/s)
   • $v_0$: kecepatan awal (m/s)
   • $a$: percepatan (m/s²)
   • $t$: waktu (s)

2. $Delta x = v_0 t + frac12 at^2$

   • $Delta x$: perpindahan (m)
   • $v_0$: kecepatan awal (m/s)
   • $a$: percepatan (m/s²)
   • $t$: waktu (s)

3. $v_t^2 = v_0^2 + 2a Delta x$

   • $v_t$: kecepatan akhir (m/s)
   • $v_0$: kecepatan awal (m/s)
   • $a$: percepatan (m/s²)
   • $Delta x$: perpindahan (m)

Contoh Soal dan Pembahasannya

Mari kita mulai dengan contoh soal yang bervariasi, mencakup konsep GLB dan GLBB.

Contoh Soal 1: Konsep Kecepatan Rata-rata

Seorang siswa mengendarai sepeda dari rumahnya ke sekolah. Jarak dari rumah ke sekolah adalah 5 km. Ia berangkat pukul 06:30 dan tiba di sekolah pukul 06:50. Berapakah kecepatan rata-rata siswa tersebut dalam satuan km/jam dan m/s?

Pembahasan:

Langkah pertama adalah mengidentifikasi informasi yang diberikan dan apa yang ditanyakan.

• Jarak ($Delta x$) = 5 km
• Waktu berangkat = 06:30
• Waktu tiba = 06:50

Pertama, kita hitung selang waktu perjalanan:
Selang waktu ($Delta t$) = Waktu tiba – Waktu berangkat
$Delta t$ = 06:50 – 06:30 = 20 menit

Selanjutnya, kita hitung kecepatan rata-rata dalam km/jam. Kita perlu mengubah selang waktu dari menit ke jam:
$Delta t = 20 text menit = frac2060 text jam = frac13 text jam$

Kecepatan rata-rata ($vrata-rata$) = $fractextJaraktextSelang waktu$
$vrata-rata = frac5 text kmfrac13 text jam = 5 times 3 text km/jam = 15 text km/jam$

Sekarang, kita konversi kecepatan rata-rata ke satuan m/s. Kita tahu bahwa 1 km = 1000 m dan 1 jam = 3600 detik.
$15 text km/jam = 15 times frac1000 text m3600 text s = 15 times frac1036 text m/s = 15 times frac518 text m/s$
$v_rata-rata = frac7518 text m/s = frac256 text m/s approx 4.17 text m/s$

Jadi, kecepatan rata-rata siswa tersebut adalah 15 km/jam atau sekitar 4.17 m/s.

Contoh Soal 2: Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Sebuah mobil bergerak lurus dengan kecepatan konstan 72 km/jam. Berapa jarak yang ditempuh mobil tersebut dalam waktu 30 detik?

Pembahasan:

Soal ini melibatkan Gerak Lurus Beraturan (GLB) karena kecepatannya konstan.

• Kecepatan ($v$) = 72 km/jam
• Waktu ($t$) = 30 detik

Pertama, konversi kecepatan dari km/jam ke m/s agar satuan konsisten dengan waktu yang diberikan dalam detik.
$v = 72 text km/jam = 72 times frac1000 text m3600 text s = 72 times frac518 text m/s = 4 times 5 text m/s = 20 text m/s$

Dalam GLB, jarak ditempuh dihitung dengan rumus:
Jarak ($Delta x$) = Kecepatan ($v$) $times$ Waktu ($t$)
$Delta x = 20 text m/s times 30 text s$
$Delta x = 600 text m$

Jadi, jarak yang ditempuh mobil tersebut dalam waktu 30 detik adalah 600 meter.

Contoh Soal 3: Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) – Kecepatan Akhir

Sebuah mobil balap mulai bergerak dari keadaan diam dengan percepatan konstan sebesar 5 m/s². Setelah bergerak selama 10 detik, berapakah kecepatan mobil tersebut?

Pembahasan:

Soal ini adalah contoh GLBB karena ada percepatan yang konstan.

• Kecepatan awal ($v_0$) = 0 m/s (karena mulai bergerak dari keadaan diam)
• Percepatan ($a$) = 5 m/s²
• Waktu ($t$) = 10 detik

Kita akan menggunakan persamaan GLBB pertama: $v_t = v_0 + at$

Masukkan nilai-nilai yang diketahui ke dalam persamaan:
$v_t = 0 text m/s + (5 text m/s²) times (10 text s)$
$v_t = 0 text m/s + 50 text m/s$
$v_t = 50 text m/s$

Jadi, kecepatan mobil balap setelah bergerak selama 10 detik adalah 50 m/s.

Contoh Soal 4: Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) – Jarak Tempuh

Sebuah motor yang bergerak dengan kecepatan awal 10 m/s diperlambat secara konstan hingga berhenti dalam waktu 5 detik. Berapakah jarak yang ditempuh motor tersebut selama proses pengereman?

Pembahasan:

Ini adalah soal GLBB di mana terjadi perlambatan (percepatan negatif).

• Kecepatan awal ($v_0$) = 10 m/s
• Kecepatan akhir ($v_t$) = 0 m/s (karena motor berhenti)
• Waktu ($t$) = 5 detik

Untuk mencari jarak, kita bisa menggunakan persamaan $Delta x = v_0 t + frac12 at^2$. Namun, kita belum mengetahui nilai percepatannya ($a$). Kita bisa mencari nilai $a$ terlebih dahulu menggunakan persamaan $v_t = v_0 + at$.

Mencari percepatan ($a$):
$0 text m/s = 10 text m/s + a times (5 text s)$
$-10 text m/s = a times (5 text s)$
$a = frac-10 text m/s5 text s = -2 text m/s²$
(Percepatan negatif menunjukkan perlambatan)

Sekarang kita gunakan nilai $a$ untuk mencari jarak tempuh:
$Delta x = v_0 t + frac12 at^2$
$Delta x = (10 text m/s) times (5 text s) + frac12 times (-2 text m/s²) times (5 text s)²$
$Delta x = 50 text m + frac12 times (-2 text m/s²) times (25 text s²)$
$Delta x = 50 text m – 25 text m$
$Delta x = 25 text m$

Alternatif: Kita juga bisa menggunakan persamaan $v_t^2 = v_0^2 + 2a Delta x$ jika kita sudah tahu $a$. Atau, kita bisa menggunakan persamaan lain yang tidak memerlukan $a$ secara langsung, yaitu $Delta x = frac12(v_0 + v_t)t$.
Mari kita coba cara ini:
$Delta x = frac12(10 text m/s + 0 text m/s) times (5 text s)$
$Delta x = frac12(10 text m/s) times (5 text s)$
$Delta x = 5 text m/s times 5 text s$
$Delta x = 25 text m$

Jadi, jarak yang ditempuh motor selama proses pengereman adalah 25 meter.

Contoh Soal 5: Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) – Kecepatan Akhir dengan Percepatan Konstan

Sebuah kereta api yang awalnya bergerak dengan kecepatan 20 m/s kemudian dipercepat dengan percepatan 2 m/s² selama 15 detik. Hitunglah:
a. Kecepatan akhir kereta api.
b. Jarak yang ditempuh selama percepatan tersebut.

Pembahasan:

Soal ini adalah contoh GLBB dengan percepatan positif.

• Kecepatan awal ($v_0$) = 20 m/s
• Percepatan ($a$) = 2 m/s²
• Waktu ($t$) = 15 detik

a. Kecepatan akhir kereta api ($v_t$)
Kita gunakan persamaan: $v_t = v_0 + at$
$v_t = 20 text m/s + (2 text m/s²) times (15 text s)$
$v_t = 20 text m/s + 30 text m/s$
$v_t = 50 text m/s$

b. Jarak yang ditempuh selama percepatan ($Delta x$)
Kita bisa menggunakan persamaan: $Delta x = v_0 t + frac12 at^2$
$Delta x = (20 text m/s) times (15 text s) + frac12 times (2 text m/s²) times (15 text s)²$
$Delta x = 300 text m + frac12 times (2 text m/s²) times (225 text s²)$
$Delta x = 300 text m + 225 text m$
$Delta x = 525 text m$

Atau, bisa juga menggunakan persamaan: $v_t^2 = v_0^2 + 2a Delta x$
Kita sudah tahu $v_t = 50$ m/s dari bagian a.
$(50 text m/s)² = (20 text m/s)² + 2 times (2 text m/s²) times Delta x$
$2500 text m²/s² = 400 text m²/s² + (4 text m/s²) times Delta x$
$2500 – 400 = 4 Delta x$
$2100 = 4 Delta x$
$Delta x = frac21004 text m$
$Delta x = 525 text m$

Jadi, kecepatan akhir kereta api adalah 50 m/s, dan jarak yang ditempuh selama percepatan tersebut adalah 525 meter.

Contoh Soal 6: Soal Cerita Gabungan GLB dan GLBB

Sebuah mobil bergerak lurus dengan kecepatan konstan 10 m/s selama 20 detik. Setelah itu, mobil tersebut dipercepat dengan percepatan 2 m/s² selama 5 detik. Hitunglah:
a. Jarak yang ditempuh saat bergerak dengan kecepatan konstan.
b. Kecepatan akhir mobil setelah dipercepat.
c. Jarak total yang ditempuh mobil.

Pembahasan:

Soal ini menggabungkan dua fase gerak: GLB dan GLBB.

Fase 1: Gerak Lurus Beraturan (GLB)

• Kecepatan ($v_1$) = 10 m/s
• Waktu ($t_1$) = 20 detik

a. Jarak yang ditempuh saat bergerak dengan kecepatan konstan ($Delta x_1$)
$Delta x_1 = v_1 times t_1$
$Delta x_1 = 10 text m/s times 20 text s$
$Delta x_1 = 200 text m$

Fase 2: Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Kecepatan awal untuk fase ini adalah kecepatan akhir dari fase sebelumnya.

• Kecepatan awal ($v_0$) = kecepatan akhir Fase 1 = 10 m/s
• Percepatan ($a$) = 2 m/s²
• Waktu ($t_2$) = 5 detik

b. Kecepatan akhir mobil setelah dipercepat ($v_t$)
Kita gunakan persamaan: $v_t = v_0 + at_2$
$v_t = 10 text m/s + (2 text m/s²) times (5 text s)$
$v_t = 10 text m/s + 10 text m/s$
$v_t = 20 text m/s$

Untuk menghitung jarak pada fase ini, kita perlu mencari jarak yang ditempuh selama percepatan ($Delta x_2$).
$Delta x_2 = v_0 t_2 + frac12 at_2^2$
$Delta x_2 = (10 text m/s) times (5 text s) + frac12 times (2 text m/s²) times (5 text s)²$
$Delta x_2 = 50 text m + frac12 times (2 text m/s²) times (25 text s²)$
$Delta x_2 = 50 text m + 25 text m$
$Delta x_2 = 75 text m$

c. Jarak total yang ditempuh mobil ($Delta x_total$)
Jarak total adalah jumlah jarak dari kedua fase.
$Delta x_total = Delta x_1 + Delta x2$
$Delta xtotal = 200 text m + 75 text m$
$Delta x_total = 275 text m$

Jadi, jawabannya adalah:
a. Jarak yang ditempuh saat bergerak dengan kecepatan konstan adalah 200 meter.
b. Kecepatan akhir mobil setelah dipercepat adalah 20 m/s.
c. Jarak total yang ditempuh mobil adalah 275 meter.

Tips untuk Menyelesaikan Soal Fisika

1. Pahami Soal: Baca soal dengan cermat. Identifikasi informasi apa saja yang diberikan dan apa yang ditanyakan.
2. Gambarkan Diagram: Untuk soal-soal yang melibatkan gerak, membuat diagram sederhana seringkali sangat membantu untuk memvisualisasikan situasi.
3. Konversi Satuan: Pastikan semua satuan konsisten sebelum melakukan perhitungan. Gunakan satuan SI jika memungkinkan.
4. Pilih Rumus yang Tepat: Pahami perbedaan antara GLB dan GLBB, serta kapan menggunakan masing-masing persamaan.
5. Langkah demi Langkah: Jangan terburu-buru. Kerjakan soal secara bertahap dan periksa setiap langkah perhitungan.
6. Periksa Jawaban: Setelah mendapatkan jawaban, coba pikirkan apakah jawaban tersebut masuk akal secara fisik.

Penutup

Memahami konsep gerak lurus adalah kunci untuk menguasai fisika di tingkat SMA. Dengan melatih diri melalui berbagai contoh soal seperti yang telah dibahas, Anda akan semakin terbiasa dalam mengaplikasikan rumus dan memecahkan masalah fisika. Ingatlah bahwa konsistensi dalam belajar dan latihan adalah kunci utama keberhasilan. Teruslah berlatih, bertanya jika ada yang tidak dipahami, dan jangan pernah takut untuk mencoba soal-soal yang lebih menantang!