Salah satu besaran yang dipelajari dalam fisika dasar adalah kecepatan benda jatuh bebas. Kecepatan benda jatuh bebas adalah kecepatan yang diperoleh oleh suatu objek ketika ditarik oleh gravitasi tanpa ada hambatan udara yang signifikan. Konsep ini sangat penting dalam fisika dan memiliki aplikasi yang luas, mulai dari ilmu pengetahuan alam hingga rekayasa dan industri.
Ada banyak contoh dari peristiwa benda jatuh bebas. Buah apel yang jatuh dari pohon adalah contoh klasik yang digunakan oleh Isaac Newton. Ada banyak contoh peristiwa benda jatuh bebas antara lain: buah yang jatuh dari pohon, lompat banji (bungee jumping), bola yang dilempar ke atas, air terjun, peluru yang ditembakkan ke atas, dan lain sebagainya.
Dalam artikel ini akan dibahas mengenai rumus dan cara menghitung kecepatan benda jatuh bebas serta beberapa contoh untuk lebih memahaminya.
Teori Dasar
Untuk memahami cara menghitung kecepatan benda jatuh bebas, kita perlu memahami prinsip-prinsip dasar yang terlibat dalam gerak benda bebas jatuh. Prinsip utamanya adalah hukum gravitasi Newton, yang menyatakan bahwa setiap dua benda dalam alam semesta saling tertarik dengan gaya gravitasi yang sebanding dengan massa masing-masing benda dan terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.
Ketika sebuah objek dilepaskan dari ketinggian tertentu, gravitasi Bumi menariknya ke arah tanah. Dengan tidak adanya gaya hambatan udara yang signifikan, objek tersebut akan mengalami percepatan konstan menuju tanah.
Rumus Kecepatan Benda Jatuh Bebas
Rumus yang digunakan untuk menghitung kecepatan benda jatuh bebas adalah sebagai berikut:
v = √ (2.g.h)
Dalam rumus tersebut:
- Kecepatan (v) adalah kecepatan benda jatuh bebas yang akan dihitung, biasanya dalam satuan meter per detik (m/s).
- Percepatan gravitasi (g) adalah percepatan yang disebabkan oleh gravitasi Bumi. Secara umum, nilai ini didefinisikan sebagai sekitar 9.8 m/s2 di permukaan bumi, tetapi bisa bervariasi di tempat-tempat tertentu. Dalam perhitungan pembelajaran biasa dibulatkan g = 10 m/s2.
- Tinggi (h) adalah ketinggian dari mana benda tersebut dilepaskan, diukur dalam satuan panjang (meter).
Cara Menghitung Kecepatan Benda Jatuh Bebas
Untuk menghitung kecepatan benda jatuh bebas, ikuti langkah-langkah berikut:
- Langkah 1: Tentukan Percepatan Gravitasi (g). Sebelum mulai menghitung kecepatan, tentukan nilai percepatan gravitasi (g) yang berlaku di lokasi tertentu. Sebagai contoh, di permukaan bumi, nilai percepatan gravitasi rata-rata adalah sekitar 9.8 m/s2. Untuk perhitungan tangan seringkali digunakan g = 10 m/s2.
- Langkah 2: Tentukan Tinggi (h). Tentukan tinggi dari mana benda tersebut dilepaskan. Misalnya, jika sebuah benda dilepaskan dari ketinggian 100 meter, maka tinggi (h) adalah 100 meter.
- Langkah 3: Hitung Kecepatan (v). Setelah Anda memiliki nilai percepatan gravitasi (g) dan tinggi (h), gunakan rumus kecepatan benda jatuh bebas untuk menghitung kecepatannya. Letakkan nilai-nilai tersebut ke dalam rumus: v = √ (2.g.h)
Misalnya, jika nilai percepatan gravitasi adalah 10 m/s2 dan tinggi benda dilepaskan adalah 20 meter, kita bisa menghitung kecepatannya sebagai berikut:
v = √ (2 x 10 x 20) = √(400) = 20 m/s
Jadi, kecepatan benda jatuh bebas tersebut adalah sekitar 10 meter per detik.
Contoh-contoh Perhitungan Kecepatan Benda Jatuh Bebas
Contoh Soal 1
Soal: Misalkan kita memiliki sebuah bola yang dilepaskan dari atap bangunan setinggi 7,2 meter di atas tanah. Berapa kecepatan bola saat menyentuh tanah? Diketahui g = 10 m/s2.
Jawab:
Diketahui
h = 7,2 m
g = 10 m/s2
v = √ (2.g.h)
v = √ (2 x 10 x 7,2) = √(144) = 12 m/s
Jadi, kecepatan bola saat menyentuh tanah adalah 12 meter per detik.
Contoh Soal 2
Soal: Sebutir buah durian berada pada ketinggian 5 meter di atas pohon. Buah durian tersebut dijatuhkan ke tanah. Berapa kecepatan buah durian menyentuh tanah? Diketahui g = 10 m/s2.
Jawab:
Diketahui
h = 5 m
g = 10 m/s2
v = √ (2.g.h)
v = √ (2 x 10 x 5) = √(100) = 10 m/s
Jadi, kecepatan buah durian menyentuh tanah adalah 10 meter/detik.