MATERI UTS FISIKA SEMESTER IGERAK PADA MAKHLUK HIDUP

GERAK1. Pengertian Gerak

Sebuah benda dikatakan bergerak apabila kedudukannya berubah terhadap

acuannya. Dengan demikian berpindahnya suatu benda dari kedudukan yang satu

pada kedudukan yang lain. Ketika kamu berangkat ke sekolah, pada saat itu kamu

bergerak terhadap rumah dan sekolah karena kedudukanmu terhadap rumah dan

sekolah berubah. Kamu makin jauh dari rumah dan makin dekat ke sekolah.

Rumah dan sekolah merupakan patokan. Gerak bersifat relatif artinya gerak suatu

benda sangagt bergantung pada titk acuannya.

Lintasan gerak suatu benda dapat berupa lintasan lurus, lingkaran atau

parabola/melengkung. Gerak ada yang merupakan gerak nyata dan gerak semu.

Sebuah benda dikatakan mengalami gerak semu bila benda itu tampak seolah-olah

bergerak, padahal ia diam. Contohnya : matahari seolah-olah bergerak dari timur

ke barat, padahal sebenarnya Bumi yang berputar dari barat ke timur.

2. Kedudukan, Jarak, dan Perpindahan

Kedudukan atau posisi dalam fisika didefinisikan sebagai letak suatu benda

pada waktu tertentu terhadap acuan tertentu. Ketika suatu benda mengalami

perubahan kedudukan terhadap titik acuan tertentu, maka benda dikatakan

bergerak atau berpindah. Jarak merupakan besaran skalar yang menyatakan

panjang lintasan yang dilalui /ditempuh oleh suatu benda yang bergerak.

Perpindahan adalah perubahan kedudukan benda ( diukur dari titik awal sampai

titik akhir yang ditempuh oleh benda). Perpindahan merupakan besaran vektor

(memiliki arah dan nilai).

Contoh Soal dan Pembahasan :

1) Sebuah mobil berangkat dari terminal A menuju ke suatu sekolah C melewati

sebuah pasar B. Perjalanan dari terminal menuju ke pasar adalah sejauh 12 km,

dan perjalanan dari pasar menuju ke sekolah adalah sejauh 5 km, seperti pada

gambar berikut.

A = terminal B = pasar C = sekolah

Tentukan jarak dan perpindahan mobil tersebut dari titik awalnya !

Pembahasan :

a) Menentukan jarak :

Jarak AB = 12 km

Jarak BC = 5 km

Jarak yang ditempuh oleh mobil adalah

Jarak AC = AB + BC = 12 km + 5 km = 17 km

b) Menentukan perpindahan :

Mobil berpindah dari A ke C, untuk menentukan perpindahan AC, gunakan

Theorema Phytagoras :

AC2 = AB2 + BC2 = 122 + 52 = 169

AC = √169km = 13 km

3. Kelajuan dan Kecepatan

Kelajuan merupakan jarak yang ditempuh benda tiap satuan waktu,

sedangkan kecepatan menyatakan perpindahan yang dialami benda tiap satuan

waktu. Kelajuan merupakan besaran skalar yang hanya mempunyai nilai saja,

AB

C

5 km

12 km

sehingga selalu bernilai positif. Akan tetapi kecepatan merupakan besaran vektor

yang mempunyai nilai dan arah. Nilai positif atau negatif besaran kecepatan

menyatakan arah vektor kecepatan tersebut.

Secara matematis kelajuan dan kecepatan dapat ditulis sbb :

Kelajuan = jarak (m)

waktu (s)

Kecepatan = perpindahan (m)

waktu (s)

Contoh :

1) Seorang siswa berjalan dengan lintasan ABC, seperti gambar berikut. Waktu

dari A ke C 10 sekon. Tentukan kelajuan dan kecepatan siswa tersebut.

Pembahasan :

Dik : jarak AC = 7 m

waktu = 10 s

perpindahan AC = 5 m

Dit : besar kelajuan dan kecepatan

Jb : perpindahan AC = √AB2 + BC2

= √32 + 42

= 5 m

Kelajuan = jarak = 7 m = 0,7 m/s

Waktu 10 s

Kecepatan = perpindahan = 5 m = 0,5 m/s

Waktu 10 s

CB

A

4 m

3 m

awal

akhir

4. Kelajuan Rata-rata dan Kecepatan Rata-rata

Kelajuan rata-rata adalah jarak total yang ditempuh benda tiap satuan wakt.

Secara matematis dapat dinyatakan :

Kelajuan rata-rata = Jumlah jarak yang ditempuh / waktu tempuh

v = s

t Kecepatan rata-rata adalah perubahan kedudukan tiap selang waktu tertentu atau

besarnya perpindahan tiap selang waktu.

Secara matematis persamaan kecepatan rata-rata dapat dituliskan sebagai berikut.

Kecepatan rata-rata = perpindahan / selang waktu       

      

Contoh :1) Sebuah mobil bergerak ke timur sejauh 250 m dari titik A ke B, kemudian

mobil tersebut kembali kea rah A menuju titik C sejauh 75 m dari B. Tentukan

kecepatan dan kelajuan rata-rata mobil tersebut jika dari A ke C ditempuh

selama 50 sekon.

Pembahasan :

Laju rata-rata = jarak total = 250 m + 75 m = 6,5 m/s

selang waktu 50 s

Kecepatan rata-rata = perpindahan = 250 m – 75 m = 3,5 m/s

selang waktu 50 s

2) Kereta listrik Bogor-Jakarta Kota memerlukan waktu 11,5 menit untuk

menempuh jarak 10 km dari stasiun Bogor ke stasiun Bojong Gede. Kereta api

berhenti selama 0,5 menit di stasiun Bojong Gede sebelum akhirnya

melanjutkan perjalanan ke stasiun Kota yang jaraknya 20 km yang ditempuh

dalam waktu 24 menit. Berapakah kelajuan rata-rata kereta listrik ini?

Pembahasan :

Kelajuan rata-rata = total jarak yang ditempuh = 10 km + 20 km

total waktu tempuh (11,5 + 0,5 + 24)menit

= 30 km = 30 km x 60 jam = 50 km/jam 36 menit 1 36

5. PercepatanPercepatan sebuah benda adalah perubahan kecepatan benda tersebut tiap satua

waktu. Percepatan merupakan besaran vektor, karenanya percepatan dapat

bernilai positif atau negatif. Percepatan yang bernilai positif, secara fisis

menyatakan gerak benda yang dipercepat sedangkan percepatan yang bernilai

negatif menyatakan gerak benda yang diperlambat.

Percepatan = kecepatan

Waktu

a = v

t

Nilai percepatan rata-rata dapat dinyatakan dengan persamaan:

6. Gerak Lurus Beraturan (GLB)Suatu benda dikatakan bergerak lurus beraturan jika lintasan yang

dilalui benda tersebut berupa bidang lurus dan memiliki kecepatan yang tetap

untuk setiap saat. Pada kenyataannya, gerak dengan kecepatan yang konstan

sulit ditemukan. Untuk materi dalam bab ini, digunakan pengandaian yang

lebih mendekati. Misalnya, sebuah kereta api yang bergerak pada lintasan

rel yang lurus dan tanpa hambatan atau sebuah mobil yang bergerak di jalan tol

bebas hambatan.

Persamaan yang digunakan pada GLB adalah sebagai berikut :

s = v.t atau v = s

t

Keterangan :

s adalah jarak atau perpindahan (m)

v adalah kelajuan atau kecepatan (m/s)

t adalah waktu yang dibutuhkan (s)

Contoh :

1) Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan tetap 36 km/jam. Hitunglah jarak yang ditempuh mobil selama 10 sekon?

Pembahasan :

Dik: v = 36 km/jam = 10 m/s

t = 10 sekon

Dit : s …..?

Jb : s = v x t

s = 10 m/s x 10 sekon

s = 100 m

2)

Kapan dan dimana kedua benda tersebut akan

berpapasan ? (jarak = 200 m).

V = 6 m/s V = 4 m/s

7. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

Sebuah benda dikatakan melakukan gerak lurus berubah beraturan jika benda

bergerak dengan lintasan berupa garis lurus dan percepatannya tetap dan

kecepatan yang berubah secara teratur. GLBB dibagi menjadi dua macam, yaitu

GLBB dipercepat dan GLBB diperlambat.

a. GLBB dipercepat adalah GLBB yang kecepatannya makin lama makin cepat,

contoh GLBB dipercepat adalah gerak buah jatuh dari pohonnya.

Grafik hubungan antara v terhadap t pada GLBB dipercepat adalah

Sedangkan Grafik hubungan antara s terhadap t pada GLBB dipercepat

b. GLBB diperlambat adalah GLBB yang kecepatannya makin lama makin kecil (lambat). Contoh GLBB diperlambat adalah gerak benda dilempar keatas.

Grafik hubungan antara v terhadap t pada GLBB diperlambat

Grafik hubungan antara s terhadap t pada GLBB diperlambat

Persamaan yang digunakan dalam GLBB sebagai berikut :

Untuk menentukan kecepatan akhir

Untuk menentukan jarak yang ditempuh setelah t detik adalah sebagai berikut:

Yang perlu diperhatikan dalam menggunakan persamaan diatas adalah saat GLBB dipercepat tanda yang digunakan adalah + .

Untuk GLBB diperlambat tanda yang digunakan adalah - , catatan penting

disini adalah nilai percepatan (a) yang dimasukkan pada GLBB diperlambat

bernilai positif karena dirumusnya sudah menggunakan tanda negatif.

Persamaan jarak atau perpindahan dari GLBB dapat ditentukan sebagai

berikut :

s = 1 at2

2

s = s0 + vot + ½ at2

v2 = v02 + 2a (s-so)

Contoh :

1) Sebuah benda bergerak dari keadaan diam dengan percepatan tetap 4 m/s2.

Tentukan : a. waktu yang diperlukan benda untuk mencapai kecepatan 20 m/s

b. jarak (perpindahan) selama waktu untuk mencapai kecepatan

20 m/s

Pembahasan :

a. v = vo + at

karena vo = 0, maka

t = v = 20 m/s = 5 s

a 4 m/s2

b. s = vot + 1 at2

2karena v0 = 0 , maka

s = 1 at2

2

s = ½ ( 4m/s2) (5s)2 = 50 m

2) Sebuah benda bergerak lurus berubah beraturan dengan kecepatan awal 200

m/s. Setelah bergerak selama 3 detik, kecepatannya berubah menjadi 140 m/s.

Tentukan percepatan benda tersebut!

Pembahasan :

v = vo + at

140 m/s = 200 m/s + a 3s

a = (140 – 200)m/s = - 20 m/s2

3 s

GAYA

1. Pengertian Gaya

Sebuah benda dapat bergerak karena adanya gaya. Gaya adalah segala

tindakan atau pengaruh yang mempercepat suatu benda. Gaya dapat

diartikan sebagai dorongan atau tarikan. Gaya yang bekerja pada suatu

benda dapat menyebabkan :

a) Perubahan bentuk dan ukuran benda

b) Perubahan arah gerak benda

c) Benda diam menjadi bergerak

d) Benda bergerak menjadi diam.

Dalam satuan SI, nilai gaya dinyatakan dengan satuan newton (N). 1 newton

sama dengan 1 kg m/s2. Gaya dapat diukur dengan menggunakan neraca

pegas.

2. Jenis-Jenis Gaya

Jenis-jenis gaya berdasarkan penyebabnya :

a) Gaya listrik, yaitu gaya yang timbul karena adanya muatan listrik

b) Gaya magnet, yaitu gaya yang berasal dari kutub-kutub magnet,

berupa tarikan atau tolakan

c) Gaya pegas, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh pegas

d) Gaya gravitasi, yaitu gaya tarik yang berasal dari pusat bumi

e) Gaya mesin, yaitu gaya yang berasal dari mesin

f) Gaya gesekan, yaitu gaya yang ditimbulkan akibar pergeseran

antara dua permukaan yang bersentuhan

g) Gaya otot, yaitu gaya yang duhasilkan oleh otot manusia atau

hewan untuk mendorong, menarik, mengangkat, menendang,

menggeser.

Macam-macam gaya berdasarkan sifatnya :

a) Gaya sentuh, adalah gaya yang terjadi melalui persentuhan antara

benda-benda yang berinteraksi. Contohnya gaya gesekan

b) Gaya tak sentuh, adalah gaya yang terjadi tanpa ada persentuhan

antara benda-benda yang berinteraksi. Contohnya gaya listrik, gaya

gravitasi, gaya magnet.

3. Menggambar Gaya

Gaya dapat dinyatakan atau dilukiskan dengan menggunakan diagram anak

panah, yang panajang anak panah menyatakan nilai atau besar gaya,

sedangkan arah anak panah menyatakan arah gaya.

Titik p disebut sebagai titik tangkap gaya, dan arah anak panah dari p ke q

menyatakan arah gaya, sedangkan besarnya gaya dinyatakan dengan panjang

anak panah pq.

4. Resultan Gaya

Gaya yang bekerja pada benda selalu lebih dari satu. Ketika

mendorong meja, maka bekerja gaya otot dan gaya gesek. Gaya-gaya yang

bekerja pada suatu benda dapat dipadukan/dijumlahkan sehingga menjadi

p q

satu gaya saja. Perpaduan dua gaya atau lebih disebut resultan (biasanya

dilambangkan dengan R atau Σ F). Biasanya untuk memudahkan perhitungan, diberikan tanda positif (+) untuk

gaya-gaya yang arahnya ke kanan atau ke atas dan tanda negative (-) untuk

gaya-gaya yang arahnya ke kiri atau ke bawah.

* Segaris dan SearahDua buah gaya yang garis kerjanya membentuk satu garis lurus, dengan

arah yang sama, memiliki gaya resultan yang searah dengan arah kedua

gaya. Besar gaya resultan sama dengan jumlah aljabar dari kedua gaya

tersebut.

R = F1 + F2

* Segaris dan Berlawanan Arah

Dua gaya yang garis kerjanya terletak pada satu garis lurus, tetap arahnya

berlawanan memiliki gaya resultan yang searah dengan arah gaya terbesar.

Besar gaya resutan sama dengan selisih kedua gaya tersebut.

R = F2 – F1 atau R = -F1 + F2

* Segaris, berlawanan arah dan sama besar

Dua buah gaya dikatakan seimbang apabila besar kedua gaya tersebut

sam, tetapi arahnya berlawanan. Garis kerja kedua gaya terletak pada

sebuah garis lurus. Gaya yang seimbang tidak mempengaruhi keadaan

gerak suatu benda. Dalam hal ini, benda yang diam akan tetap diam

atau benda tetap stabil.

F1 F2

F1

F2

5. Gaya GesekanGaya gesekan terjadi pada permukaan dua buah benda yang

bersentuhan. Gaya gesek juga memiliki arah. Arah gaya gesekan adalah

berlawanan dengan arah gerak benda. Bila buku yang ada di atas meja

ditarik ke kanan, maka arah gaya gesekan ke kiri. Oleh karena arah gaya

gesek berlawanan dengan arah gerak benda, maka gaya gesekan cenderung

menghentikan gerak benda. Pada lantai yang licin, gaya gesekan antar

benda dengan lantai relatif kecil dibandingkan dengan gaya gesekan antara

benda dengan permukaan tanah. Gaya gesekan dinyatakan dengan simbol f

dan dibedakan menjadi gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis. Gaya

gesekan statis adalah gaya gesekan pada benda diam/akan bergerak,

sedangkan gaya gesek kinetis merupakan gaya yang terjadi pada benda

yang bergerak/setelah bergerak.

6. Gaya NormalJika dua buah benda saling bersentuhan satu sama lain, maka terdapat gaya

pada bidang batas kedua permukaan benda tersebut, dan gaya tersebut

disebut gaya normal. Jadi, gaya normal adalah gaya kontak yang bekerja

dengan arah tegak lurus terhadap bidang sentuh jika dua benda saling

bersentuhan satu sama lain.Gaya normal biasanya dinyatakan dengan

symbol N.

Jika benda diletakkan pada bidang datar tanpa gaya luar, maka

gaya normal sama dengan berat benda N=w, tetapi jika suatu gaya luar

dikerjakan pada benda, maka N ≠w.

Contoh :

B

A

NB

A

N

N

15 N

20 N

1)

Berdasarkan gambar, tentukan gaya normal balok pada A, B dan C jika m = 10 kg, g = 9,8 m/s2

Pembahasan :Balok A : karena balok A tidak mengalami gaya luar makaN = w = m g = 10 kg. 9,8 m/s2 = 98 NBalok B : Karena balok B mengalami gaya luar 20 N, makaN = Σ F = w + F = m g + F = 10 kg 9,8 m/s2 + 20 N = 118 NBalok C ; karena balok C mengalami gaya luar 15 N, makaN = ΣF = w – F = m g – F = 10 kg 9,8 m/s2 – 15 N = 83 N

7. BeratDalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan istilah

‘’berat’’ untuk menyatakan massa suatu benda. Dalam fisika berat dan

massa merupakan dua buah besaran fisika yang berbeda. Massa

menyatakan banaknya zat yang dimiliki oleh suatu benda, sedangkan berat

merupakan gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda yang berada di

dekat permukaan bumi. Semakin tinggi benda tersebut dari permukaan

bumi, maka semakin kecil gaya gravitasinya.

mA

mB

mC

N

www

N

Dalam fisika massa dinyatakan dengan simbol m, sedangkan berat

dinayatakan dengan sombol w (dari kata weight) dan keduanya memenuhi

persamaan sbb:

w = m gContoh :

1) Seorang astronot pergi ke bulan. Massa astronot tersebut adalah 65 kg,

berapakah beratnya ketika di bumi dan berapa beratnya di bulan jika

gbumi = 9,8 m/s2 dan gbulan = 1,6 m/s2?

Pembahasan :

Dik : m = 65 kg ; gbumi = 9,8 m/s2 ; gbulan = 1,6 m/s2

Dit : wbumi dan wbulan

Jb : Berat di bumi : wbumi = m x gbumi = 65 kg x 9,8 m/s2 = 637 N

Berat di bulan : wbulan = m x gbulan = 65 kg x 1,6 m/s2 = 104 N

8. Hukum NewtonSir Isaac Newton adalah orang pertama yang merumuskan masalah

gerak dan gaya gravitasi. Ada tiga Hukum Newton yang sangat terkenal

berkaitan dengan gerak, yaitu Hukum I, II dan III Newton.

a) Hukum I Newton

Hukum I Newton : ‘’jika resultan gaya yang bekrja pada benda sama

dengan nol atau tidak ada resultan gaya yang bekerja pada benda itu

akan diam ( tak bergerak)’’.

Setiap benda cenderung untuk mempertahankan keadaan diam atau

geraknya. Hukum I Newton ini dikenal juga dengan Hukum Inersia

/Kelembaman.

Σ F = 0b) Hukum II Newton

Hukum ini berkaitan dengan resultan gaya tidak sama dengan nol.

Sebuah benda hanya dipercepat jika terdapat suatu resultan gaya atau

gaya yang tidak seimbang bekerja padanya.

Hukum II Newton : ‘’ Percepatan suatu benda yang dihasilkan oleh

suatu resultan gaya adalah berbanding lurus dengan resultan gaya dan

berbanding terbalik dengan massa benda’’.

Σ F ≈ a atau Σ F = m a

Contoh :

1) Sebuah gaya 20 N menghasilkan percepatan 4 m/s2 pada sebuah

benda. Hitunglah massa benda tersebut!

Pembahasan :

Dik : Σ F = 20 N

a = 4 m/s2

Dit : m

Jb: a = F / m

m = F / a

= 20 N / 4 m/s2

m = 5 kg

2) Berapa percepatan yang dihasilkan ketika suatu resultan gaya 12 N dikerjakan pada suatu benda yang bermassa 6 kg ?Pembahasan :Σ F = m a12 N = 6 kg . aa = 12 N / 6 kga = 2 m/s2

c) Hukum III Newton

Menurut Newton, ketika dua buah benda A dan B berinteraksi satu

sama lain, maka benda-benda saling mengerjakan gaya. Sebagai

contoh, ketika kita duduk di kursi, maka tubuh kita mengerjakan suatu

gaya ke bawah pada kursi dan kursi mengerjakan gaya ke atas pada

tubuh kita. Terdapat dua gaya yang dihasilkan dari interaksi tersebut,

yaitu sebuah gayayang bekerja pada kursi dan sebuah gaya yang

bekerja pada tubuh.

Hukum III Newton : ‘’ Jika benda pertama mengerjakan gaya pada

benda kedua, maka benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda

pertama, yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan’’.

Faksi = -Freaksi

Faksi + Freaksi = 0

Sifat-sifat gaya aksi-reaksi adalah :

a. Gaya yang bekerja besarnya sama

b. Arahnya berlawanan

c. Terletak pada satu garis lurus

d. Bekerja pada dua benda yang berbeda.