Gerak peluru
Saat kamu melempar bola, menendang bola sepak ke udara, atau menembakkan meriam, lintasan yang dihasilkan adalah salah satu bentuk paling dikenali dalam fisika: sebuah parabola. Gerak proyektil menganalisis hal ini dengan memisahkan gerak benda menjadi dua bagian yang sepenuhnya independen — kecepatan horizontal yang konstan, dan kecepatan vertikal yang terus dipercepat ke bawah oleh gravitasi. Tidak ada satu bagian pun yang mengetahui bagian lainnya; memperlakukannya secara terpisah, lalu menggabungkan kembali hasilnya, adalah yang membuat kita mampu memprediksi dengan tepat seberapa jauh sebuah proyektil akan bergerak, berapa lama ia tetap berada di udara, dan seberapa tinggi ia naik, hanya dengan menggunakan kinematika dasar.
Mengapa lintasannya berbentuk parabola
Karena posisi horizontal berubah secara linear terhadap waktu sementara posisi vertikal berubah secara kuadratik, lintasan menjadi parabola. Mengubah kecepatan atau sudut peluncuran akan meregangkan kurva, tetapi gravitasi tetap memberikan percepatan ke bawah yang sama.
Jatuh Bebas & Gerak Peluru
Jatuhkan apa pun — koin atau bola boling — dan gravitasi mempercepatnya dengan laju yang persis sama, sehingga keduanya menyentuh tanah bersamaan. Lemparkan sesuatu ke samping, dan benda itu tetap jatuh lurus ke bawah secepat itu juga, karena gerak sampingnya dan gerak jatuhnya sama sekali tidak saling memengaruhi.
Rumus
h = ½ · g · t²
- h — ketinggian jatuh (m): seberapa jauh benda telah jatuh dari titik awalnya
- g — percepatan gravitasi (m/s²): seberapa cepat kecepatan jatuh bertambah setiap detik — sama untuk semua benda
- t — waktu (s): berapa lama benda itu telah jatuh
Contoh yang diselesaikan
Sebuah bola dijatuhkan dari keadaan diam dan jatuh selama 2 detik. Seberapa jauh ia telah jatuh? (gunakan g = 9,8 meter per detik kuadrat)
- t = 2 s
- g = 9.8 m/s²
- h = ½ · g · t²
- h = 0.5 × 9.8 m/s² × (2 s)²
h = 19.6 m
Uji diri Anda
Bola yang sama dijatuhkan lagi, tetapi kali ini jatuh selama 3 detik alih-alih 2. Seberapa jauh ia jatuh?
- Jawaban benar: 44.1 m
- 88.2 m
- 14.7 m
Benar! h = ½ × 9,8 m/s² × (3 s)² = 44,1 meter — mengkuadratkan waktu sangat berpengaruh.
Satu bola dijatuhkan lurus ke bawah dari sebuah meja. Pada saat yang sama, bola kedua diluncurkan mendatar dari meja yang sama. Bola mana yang lebih dulu menyentuh lantai?
- Bola yang dijatuhkan
- Bola yang diluncurkan mendatar
- Jawaban benar: Keduanya menyentuh lantai bersamaan
Tepat sekali — kecepatan menyamping tidak mengubah gerak jatuhnya, sehingga kedua bola menyentuh lantai pada waktu yang sama.
Di mana Anda melihatnya
Bola cepat pitcher jatuh saat melintasi home plate, jatuhnya penyelam semakin cepat hingga percikan, dan dart Nerf yang dilempar ke samping tetap mendarat pada waktu yang sama dengan dart yang dijatuhkan lurus ke bawah. Setiap kali sesuatu bergerak di udara dekat permukaan Bumi tanpa mesin sendiri, ini adalah gerakan di bawahnya.
Kesalahan umum
Menggoda untuk berpikir bahwa benda yang lebih berat jatuh lebih cepat — tanpa hambatan udara, massa tidak mempengaruhi laju jatuh sama sekali, hanya hambatan udara yang dapat memperlambat benda yang lebih ringan atau kurang aerodinamis. Juga mudah untuk mengasumsikan bahwa peluru yang diluncurkan ke samping jatuh lebih lambat daripada yang dijatuhkan lurus, tetapi keduanya mengenai tanah pada saat yang sama: gerakan horizontal dan jatuh vertikal sepenuhnya independen.
Bagaimana ini terhubung
Ini biasanya gerakan pertama yang ditemui siswa dengan akselerasi yang tidak disebabkan oleh dorongan atau tarikan yang dapat mereka lihat — gravitasi menyebabkan percepatan. Hukum kedua Newton, berikutnya, menjelaskan mengapa setiap benda yang jatuh berakselerasi dengan laju yang sama terlepas dari massa: F = ma berarti benda yang lebih berat memerlukan proporsi gaya yang lebih besar untuk mempercepat, dan gravitasi menyuplai persis jumlah yang lebih besar itu.