Menguasai Gerak Lurus: Contoh Soal Fisika Kelas 10 Semester 2 Bab 1

Semester kedua kelas 10 SMA dibuka dengan bab yang fundamental dalam fisika: Gerak Lurus. Memahami konsep-konsep dasar gerak, seperti perpindahan, kecepatan, dan percepatan, adalah kunci untuk membuka pintu ke pemahaman topik fisika yang lebih kompleks di masa depan. Bab ini memperkenalkan kita pada berbagai jenis gerak lurus, mulai dari yang paling sederhana hingga yang melibatkan perubahan kecepatan.

Artikel ini akan membahas secara mendalam contoh-contoh soal yang relevan untuk bab Gerak Lurus di semester 2 kelas 10. Kita akan mengupas berbagai skenario, menganalisis setiap langkah penyelesaian, dan memberikan tips agar kalian dapat menguasai materi ini dengan baik.

Memahami Konsep Kunci Gerak Lurus

Sebelum kita menyelami contoh soal, mari kita segarkan kembali pemahaman kita tentang konsep-konsep kunci dalam gerak lurus:

• Posisi: Lokasi suatu benda dalam suatu kerangka acuan. Biasanya diukur dalam satuan meter (m).
• Jarak: Total lintasan yang ditempuh oleh suatu benda. Merupakan besaran skalar (hanya memiliki nilai).
• Perpindahan: Perubahan posisi suatu benda. Merupakan besaran vektor (memiliki nilai dan arah).
• Kecepatan Rata-rata: Perubahan posisi (perpindahan) dibagi dengan selang waktu yang ditempuh. $v_rata-rata = fracDelta xDelta t$.
• Kecepatan Sesaat: Kecepatan benda pada suatu waktu tertentu. Merupakan turunan dari posisi terhadap waktu.
• Kelajuan Rata-rata: Total jarak yang ditempuh dibagi dengan selang waktu yang ditempuh.
• Percepatan Rata-rata: Perubahan kecepatan dibagi dengan selang waktu yang ditempuh. $a_rata-rata = fracDelta vDelta t$.
• Percepatan Sesaat: Percepatan benda pada suatu waktu tertentu. Merupakan turunan dari kecepatan terhadap waktu.

Dalam bab ini, kita akan fokus pada dua jenis utama gerak lurus:

1. Gerak Lurus Beraturan (GLB): Gerak lurus dengan kecepatan konstan. Percepatan benda adalah nol ($boldsymbola = 0$).
2. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB): Gerak lurus dengan percepatan konstan. Kecepatan benda berubah secara beraturan.

Rumus-Rumus Penting

Untuk GLB, rumus utamanya adalah:

• $v = fracst$ atau $s = v cdot t$
  Dimana:
  • $s$ = jarak tempuh (m)
  • $v$ = kecepatan (m/s)
  • $t$ = waktu (s)

Untuk GLBB, kita akan menggunakan persamaan gerak berikut:

1. $v_t = v_0 + a cdot t$
2. $s = v_0 cdot t + frac12 a cdot t^2$

3. $v_t^2 = v_0^2 + 2 a cdot s$

   Dimana:

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

Perlu diingat, jika percepatan bernilai negatif ($a < 0$), ini menandakan perlambatan.

Contoh Soal dan Pembahasan

Mari kita mulai dengan beberapa contoh soal yang mencakup berbagai aspek dari Gerak Lurus.

Contoh Soal 1: Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan konstan 72 km/jam. Tentukan jarak yang ditempuh mobil tersebut dalam waktu 30 detik!

Analisis Soal:
Soal ini berkaitan dengan Gerak Lurus Beraturan (GLB) karena kecepatan mobil dinyatakan konstan. Kita perlu mencari jarak tempuh ($s$) jika diketahui kecepatan ($v$) dan waktu ($t$).

Penyelesaian:
Pertama, kita perlu mengubah satuan kecepatan dari km/jam menjadi m/s agar konsisten dengan satuan waktu (detik).
1 km = 1000 m
1 jam = 3600 detik

$v = 72 text km/jam = 72 times frac1000 text m3600 text s = 72 times frac1036 text m/s = 2 times 10 text m/s = 20 text m/s$

Sekarang kita bisa menggunakan rumus GLB: $s = v cdot t$
Diketahui:
$v = 20 text m/s$
$t = 30 text s$

Maka,
$s = 20 text m/s times 30 text s$
$s = 600 text m$

Jawaban: Jarak yang ditempuh mobil tersebut adalah 600 meter.

Contoh Soal 2: Perbedaan Jarak dan Perpindahan

Seorang siswa berjalan dari rumahnya ke sekolah yang berjarak 500 meter ke arah timur. Setelah sampai di sekolah, ia sadar tertinggal buku, lalu ia kembali lagi ke rumahnya. Tentukan jarak yang ditempuh siswa tersebut dan perpindahannya!

Analisis Soal:
Soal ini menguji pemahaman kita tentang perbedaan antara jarak (total lintasan) dan perpindahan (perubahan posisi akhir terhadap posisi awal).

Penyelesaian:

• Jarak:
  Siswa berjalan dari rumah ke sekolah sejauh 500 meter.
  Kemudian, ia kembali dari sekolah ke rumah sejauh 500 meter.
  Total jarak yang ditempuh adalah jumlah dari kedua lintasan tersebut.
  Jarak = Jarak (rumah ke sekolah) + Jarak (sekolah ke rumah)
  Jarak = 500 m + 500 m = 1000 m

• Perpindahan:
  Perpindahan diukur dari posisi awal ke posisi akhir.
  Posisi awal siswa adalah rumahnya.
  Setelah kembali ke rumah, posisi akhirnya juga di rumahnya.
  Jadi, perubahan posisinya adalah nol.
  Perpindahan = Posisi Akhir – Posisi Awal
  Perpindahan = 0 (jika kita anggap rumah sebagai titik acuan 0)

Jawaban: Jarak yang ditempuh siswa tersebut adalah 1000 meter, sedangkan perpindahannya adalah 0 meter.

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

Sebuah sepeda motor mulai bergerak dari keadaan diam dengan percepatan konstan sebesar $2 text m/s^2$. Hitunglah kecepatan sepeda motor setelah bergerak selama 10 detik!

Analisis Soal:
Soal ini adalah contoh Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) karena ada percepatan konstan. Kita perlu mencari kecepatan akhir ($v_t$) jika diketahui kecepatan awal ($v_0$), percepatan ($a$), dan waktu ($t$).

Penyelesaian:
Diketahui:

• Mulai bergerak dari keadaan diam, berarti kecepatan awal ($v_0$) = 0 m/s.
• Percepatan ($a$) = $2 text m/s^2$.
• Waktu ($t$) = 10 detik.

Kita gunakan rumus GLBB pertama: $v_t = v_0 + a cdot t$

Masukkan nilai-nilai yang diketahui:
$v_t = 0 text m/s + (2 text m/s^2) cdot (10 text s)$
$v_t = 0 + 20 text m/s$
$v_t = 20 text m/s$

Jawaban: Kecepatan sepeda motor setelah bergerak selama 10 detik adalah 20 m/s.

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

Sebuah mobil balap melaju dengan kecepatan awal 10 m/s. Kemudian mobil tersebut dipercepat dengan percepatan $4 text m/s^2$ selama 5 detik. Berapa jarak yang ditempuh mobil tersebut selama percepatan itu?

Analisis Soal:
Ini adalah GLBB, di mana kita perlu mencari perpindahan ($s$) dengan diketahui kecepatan awal ($v_0$), percepatan ($a$), dan waktu ($t$).

Penyelesaian:
Diketahui:

• Kecepatan awal ($v_0$) = 10 m/s.
• Percepatan ($a$) = $4 text m/s^2$.
• Waktu ($t$) = 5 detik.

Kita gunakan rumus GLBB kedua: $s = v_0 cdot t + frac12 a cdot t^2$

Masukkan nilai-nilai yang diketahui:
$s = (10 text m/s) cdot (5 text s) + frac12 (4 text m/s^2) cdot (5 text s)^2$
$s = 50 text m + frac12 (4 text m/s^2) cdot (25 text s^2)$
$s = 50 text m + (2 text m/s^2) cdot (25 text s^2)$
$s = 50 text m + 50 text m$
$s = 100 text m$

Jawaban: Jarak yang ditempuh mobil tersebut selama percepatan itu adalah 100 meter.

Contoh Soal 5: Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) – Menghitung Percepatan

Sebuah bola menggelinding menuruni bidang miring dengan kecepatan awal 2 m/s. Setelah menempuh jarak 10 meter, kecepatannya menjadi 8 m/s. Berapakah percepatan bola tersebut?

Analisis Soal:
Soal ini juga GLBB. Kita perlu mencari percepatan ($a$) dengan diketahui kecepatan awal ($v_0$), kecepatan akhir ($v_t$), dan perpindahan ($s$).

Penyelesaian:
Diketahui:

• Kecepatan awal ($v_0$) = 2 m/s.
• Kecepatan akhir ($v_t$) = 8 m/s.
• Perpindahan ($s$) = 10 meter.

Kita gunakan rumus GLBB ketiga: $v_t^2 = v_0^2 + 2 a cdot s$

Masukkan nilai-nilai yang diketahui:
$(8 text m/s)^2 = (2 text m/s)^2 + 2 cdot a cdot (10 text m)$
$64 text m^2/texts^2 = 4 text m^2/texts^2 + 20a text m$

Pindahkan suku yang diketahui ke satu sisi:
$64 text m^2/texts^2 – 4 text m^2/texts^2 = 20a text m$
$60 text m^2/texts^2 = 20a text m$

Sekarang, cari nilai $a$:
$a = frac60 text m^2/texts^220 text m$
$a = 3 text m/s^2$

Jawaban: Percepatan bola tersebut adalah $3 text m/s^2$.

Contoh Soal 6: GLBB dengan Perlambatan

Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 25 m/s. Pengemudi menginjak rem, sehingga mobil mengalami perlambatan konstan sebesar $5 text m/s^2$. Hitunglah waktu yang dibutuhkan mobil untuk berhenti dan jarak yang ditempuh mobil sampai berhenti!

Analisis Soal:
Soal ini melibatkan perlambatan, yang berarti percepatannya bernilai negatif. Kita perlu mencari waktu untuk berhenti ($t$) dan jarak sampai berhenti ($s$).

Penyelesaian:
Diketahui:

• Kecepatan awal ($v_0$) = 25 m/s.
• Perlambatan ($a$) = $-5 text m/s^2$ (negatif karena perlambatan).
• Mobil berhenti, berarti kecepatan akhir ($v_t$) = 0 m/s.

a. Menghitung Waktu Berhenti:
Gunakan rumus GLBB pertama: $v_t = v_0 + a cdot t$
$0 text m/s = 25 text m/s + (-5 text m/s^2) cdot t$
$0 = 25 – 5t$
$5t = 25$
$t = frac255 = 5 text s$

b. Menghitung Jarak Sampai Berhenti:
Kita bisa menggunakan rumus GLBB kedua atau ketiga. Mari kita gunakan rumus ketiga karena lebih cepat.
Gunakan rumus GLBB ketiga: $v_t^2 = v_0^2 + 2 a cdot s$
$(0 text m/s)^2 = (25 text m/s)^2 + 2 cdot (-5 text m/s^2) cdot s$
$0 = 625 text m^2/texts^2 – 10 s text m/s^2$
$10 s text m/s^2 = 625 text m^2/texts^2$
$s = frac625 text m^2/texts^210 text m/s^2$
$s = 62.5 text m$

Atau menggunakan rumus kedua dengan $t=5$ s:
$s = v_0 cdot t + frac12 a cdot t^2$
$s = (25 text m/s) cdot (5 text s) + frac12 (-5 text m/s^2) cdot (5 text s)^2$
$s = 125 text m + frac12 (-5 text m/s^2) cdot (25 text s^2)$
$s = 125 text m + (-62.5 text m)$
$s = 62.5 text m$

Jawaban: Waktu yang dibutuhkan mobil untuk berhenti adalah 5 detik, dan jarak yang ditempuh mobil sampai berhenti adalah 62.5 meter.

Tips Sukses Menguasai Gerak Lurus

1. Pahami Konsep Dasar: Pastikan Anda benar-benar paham perbedaan antara jarak dan perpindahan, serta kecepatan dan kelajuan.
2. Perhatikan Satuan: Selalu periksa dan samakan satuan sebelum melakukan perhitungan. Konversi satuan (seperti km/jam ke m/s) adalah langkah krusial.
3. Identifikasi Jenis Gerak: Tentukan apakah soal tersebut merupakan GLB atau GLBB. Cirinya adalah adanya percepatan konstan atau tidak.
4. Gunakan Rumus yang Tepat: Hafalkan rumus-rumus GLB dan GLBB. Pilihlah rumus yang sesuai dengan informasi yang diketahui dan yang ditanyakan.
5. Perhatikan Tanda Percepatan: Ingat bahwa perlambatan ditandai dengan percepatan negatif.
6. Gambar Diagram Benda: Untuk soal yang sedikit lebih kompleks, menggambar diagram atau sketsa gerakan dapat membantu memvisualisasikan masalah.
7. Latihan Soal Bervariasi: Kerjakan berbagai macam soal, dari yang mudah hingga yang menantang. Semakin banyak latihan, semakin terasah kemampuan Anda.
8. Pahami Konteks Soal: Baca soal dengan teliti. Kata kunci seperti "mulai dari keadaan diam," "berhenti," "dipercepat," atau "diperlambat" memberikan petunjuk penting.

Kesimpulan

Bab Gerak Lurus adalah fondasi penting dalam mempelajari fisika. Dengan memahami konsep-konsep dasar, menguasai rumus-rumus, dan berlatih dengan berbagai contoh soal, kalian pasti akan dapat menguasai materi ini. Ingatlah untuk selalu teliti dalam setiap langkah pengerjaan, mulai dari identifikasi soal, konversi satuan, hingga pemilihan rumus yang tepat. Semangat belajar dan teruslah berlatih!