15 Contoh Soal Gerak Jatuh Bebas beserta Rumus dan Pembahasannya

15 Contoh Soal Gerak Jatuh Bebas beserta Rumus dan Pembahasannya – Tahukah kamu bahwa mangga yang jatuh dari pohon atau bola yang dijatuhkan dari balkon tanpa dilempar adalah fenomena fisika?

Nah, semua itu adalah contoh gerak jatuh bebas. Dalam fisika, gerak jatuh bebas berarti benda jatuh hanya karena pengaruh gravitasi bumi tanpa ada gaya lain yang bekerja. 🍃

Fenomena tersebut juga bisa dihitung dengan menggunakan rumus tertentu, lho. Yuk, pelajari menggunakan contoh soal gerak jatuh bebas lengkap di artikel Mamikos yang satu ini. 📖🔎

Materi Fisika Gerak Jatuh Bebas

Gerak jatuh bebas adalah gerakan suatu benda yang jatuh hanya karena pengaruh gravitasi bumi. Dalam kondisi ini, gaya lain seperti gesekan udara dianggap tidak ada, sehingga benda benar-benar jatuh murni akibat tarikan gravitasi.

Ciri utama gerak jatuh bebas adalah benda dijatuhkan tanpa kecepatan awal. Artinya, benda mulai bergerak dari keadaan diam, kemudian dipercepat menuju ke bawah karena gaya gravitasi.

Gerak ini termasuk dalam Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB), karena memiliki percepatan tetap, yaitu percepatan gravitasi (g). Arah geraknya pun selalu searah dengan gravitasi, sehingga gerak jatuh bebas disebut juga GLBB dipercepat.

Nah, dalam kehidupan sehari-hari contoh gerak jatuh bebas sangat mudah ditemui, lho. Misalnya, buah mangga yang jatuh dari pohon, koin yang terlepas dari genggaman, atau sebuah bola yang dijatuhkan dari balkon tanpa dilempar lebih dulu. Semua peristiwa itu menunjukkan bagaimana benda jatuh karena gravitasi bumi.

Rumus Gerak Jatuh Bebas

Dalam gerak jatuh bebas, ada beberapa rumus dasar yang sering digunakan untuk menghitung waktu, kecepatan, maupun jarak tempuh benda.

Semua rumus ini berlaku dengan syarat benda dijatuhkan tanpa kecepatan awal (v₀ = 0) dan hanya dipengaruhi gravitasi.

1. Jarak yang ditempuh (h)

h = ½ g t²

digunakan untuk mencari ketinggian atau jarak yang ditempuh benda selama waktu t.

2. Kecepatan benda (v)

v = g t

digunakan untuk mengetahui kecepatan benda setelah jatuh selama waktu t.

3. Hubungan kecepatan dan jarak

v² = 2 g h

digunakan untuk mencari kecepatan jika diketahui ketinggian, atau sebaliknya mencari ketinggian dari kecepatan.

Keterangan:

• h = ketinggian (meter)
• g = percepatan gravitasi (m/s²), biasanya diambil 9,8 m/s² atau dibulatkan 10 m/s²
• t = waktu jatuh (detik)
• v = kecepatan benda (m/s)

Contoh Soal Gerak Jatuh Bebas dan Pembahasannya

Nah, dari beberapa rumus gerak jatuh bebas tadi, yuk, kita terapkan ke dalam contoh soal di bawah ini. Perhatikan pembahasan pada masing-masing soal, ya.

Contoh Soal Bagian Gerak Jatuh Bebas – 1

1. Seorang murid menjatuhkan penghapus dari atap sekolah setinggi 20 meter tanpa kecepatan awal. Berapa lama waktu yang diperlukan penghapus tersebut untuk mencapai tanah? Gunakan percepatan gravitasi g = 9,8 m/s².

Pembahasan:

Diketahui:

• h = 20 m
• v₀ = 0
• g = 9,8 m/s²

Rumus gerak jatuh bebas: h = ½ g t²

Substitusi nilai:

20 = ½ × 9,8 × t²
20 = 4,9 t²
t² = 20 / 4,9
t² = 4,0816
t = √4,0816
t = 2,02 detik

Jawaban: Waktu yang dibutuhkan penghapus tersebut untuk mencapai tanah adalah 2,02 detik.

2. Dari salah satu bagian gedung yang tingginya 20 m, dua buah batu dijatuhkan secara berurutan. Massa kedua batu masing-masing 0,5 kg dan 5 kg. Bila percepatan gravitasi bumi di tempat itu g = 10 m/s², tentukan waktu jatuh untuk kedua batu itu! (Abaikan gesekan udara).

Pembahasan:

Diketahui:

• h = 20 m
• g = 10 m/s²
• v₀ = 0

Rumus gerak jatuh bebas: h = ½ g t²

20 = ½ × 10 × t²
20 = 5t²
t² = 20 / 5
t² = 4
t = √4
t = 2 detik

Jawaban: Kedua batu, baik yang massanya 0,5 kg maupun 5 kg, membutuhkan waktu yang sama yaitu 2 detik untuk mencapai tanah.

3. Sepotong kapur yang massanya 20 gram jatuh bebas dari puncak gedung setinggi 10 m. Apabila gesekan udara diabaikan dan g = 10 m/s², maka berapakah kecepatan kapur pada saat sampai di tanah?

Pembahasan:

Diketahui:

• h = 10 m
• g = 10 m/s²
• v₀ = 0

Rumus kecepatan jatuh bebas: v = √(2gh)

v = √(2 × 10 × 10)
v = √200
v = 14,14 m/s

Jawaban: Kecepatan kapur pada saat sampai di tanah adalah 14,14 m/s.

4. Seekor monyet menjatuhkan buah durian dari pohonnya (g = 10 m/s²). Dari ketinggian berapa buah itu dijatuhkan bila dalam 1,5 sekon buah itu sampai di tanah? Berapa kecepatan durian itu, 1 sekon sejak dijatuhkan?

Pembahasan:

Diketahui:

• g = 10 m/s²
• t total = 1,5 s
• v₀ = 0

Menentukan ketinggian pohon:

Rumus jatuh bebas: h = ½ g t²

h = ½ × 10 × (1,5)²
h = 5 × 2,25
h = 11,25 m

Jadi, tinggi pohon = 11,25 meter.

Menentukan kecepatan setelah 1 sekon:

Rumus kecepatan jatuh bebas: v = g × t

v = 10 × 1
v = 10 m/s

Jawaban: Ketinggian pohon tempat durian dijatuhkan adalah 11,25 meter, sedangkan kecepatan durian setelah 1 sekon adalah 10 m/s.

5. Sebuah bola dilemparkan vertikal ke bawah dari ketinggian 80 m dengan kecepatan awal 20 m/s. Tentukan kecepatan bola ketika menyentuh tanah! (g = 10 m/s²).

Pembahasan:

Diketahui:

• h = 80 m
• v₀ = 20 m/s
• g = 10 m/s²

Rumus kecepatan akhir: v² = v₀² + 2gh

Hitung:

v² = 20² + 2 × 10 × 80
v² = 400 + 1600
v² = 2000

v = √2000
v = 44,72 m/s

Jawaban: Kecepatan bola ketika menyentuh tanah adalah 44,72 m/s.

Contoh Soal Bagian Gerak Jatuh Bebas – 2

6. Sebuah bola dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 80 m/s. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s², tentukan:

a. Waktu yang diperlukan untuk mencapai ketinggian maksimum.
b. Tinggi maksimum yang dapat dicapai bola.

Pembahasan:

Diketahui:

• v₀ = 80 m/s
• g = 10 m/s²

a. Waktu mencapai ketinggian maksimum

Rumus: t = v₀ / g
t = 80 / 10
t = 8 detik

b. Tinggi maksimum

Rumus: h = v₀² / (2g)
h = 80² / (2 × 10)
h = 6400 / 20
h = 320 m

Jawaban:

a. Waktu mencapai ketinggian maksimum adalah 8 detik.
b. Tinggi maksimum yang dapat dicapai bola adalah 320 meter.

7. Sebuah kelereng dilemparkan ke dalam sumur dengan kecepatan awal 10 m/s. Jika kelereng menyentuh dasar sumur setelah 4 sekon, tentukan:

a. Kecepatan kelereng saat mengenai dasar sumur.
b. Kedalaman sumur.

Pembahasan:

Diketahui:

• v₀ = 10 m/s
• t = 4 s
• g = 10 m/s²

a. Kecepatan saat mengenai dasar sumur

Rumus: v = v₀ + g t
v = 10 + (10 × 4)
v = 10 + 40
v = 50 m/s

b. Kedalaman sumur

Rumus: h = v₀ t + ½ g t²
h = (10 × 4) + ½ × 10 × 4²
h = 40 + 5 × 16
h = 40 + 80
h = 120 m

Jawaban:

a. Kecepatan kelereng saat mengenai dasar sumur adalah 50 m/s.
b. Kedalaman sumur adalah 120 meter.

8. Sebuah apel dilemparkan vertikal ke bawah dari balkon dengan kecepatan awal 5 m/s. Pada jarak berapakah di bawah balkon kecepatan apel menjadi dua kali kecepatan awal? (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Diketahui:

• v₀ = 5 m/s
• v = 2 × v₀ = 10 m/s
• g = 10 m/s²

Rumus hubungan kecepatan dan jarak: v² = v₀² + 2 g h

Substitusi nilai:

10² = 5² + 2 × 10 × h
100 = 25 + 20h
100 – 25 = 20h
75 = 20h
h = 75 / 20
h = 3,75 m

Jawaban: Jarak di bawah balkon ketika kecepatan apel menjadi dua kali kecepatan awal adalah 3,75 meter.

9. Sebuah peti terlepas dari derek dan jatuh bebas ke tanah selama 3 detik. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s², tentukan kecepatan peti saat menyentuh tanah!

Pembahasan:

Diketahui:

• t = 3 s
• g = 10 m/s²
• v₀ = 0

Rumus kecepatan jatuh bebas: v = g × t

Hitung:

v = 10 × 3
v = 30 m/s

Jawaban: Kecepatan peti saat menyentuh tanah adalah 30 m/s.

10. Sebuah apel dijatuhkan dari atas menara tanpa kecepatan awal. Jika waktu yang dibutuhkan apel untuk mencapai tanah adalah 5 detik, tentukan tinggi menara tersebut! (g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Diketahui:

• v₀ = 0
• t = 5 s
• g = 10 m/s²

Rumus jatuh bebas: h = ½ g t²

Hitung:

h = ½ × 10 × (5)²
h = 5 × 25
h = 125 m

Jawaban: Tinggi menara tersebut adalah 125 meter.

Contoh Soal Bagian Gerak Jatuh Bebas – 3

11. Dua buah apel dan jeruk dijatuhkan secara bersamaan dari ketinggian h₁ dan h₂. Jika perbandingan ketinggian h₁ : h₂ = 9 : 4, tentukan perbandingan waktu jatuh kedua buah tersebut!

Pembahasan:

Rumus waktu jatuh bebas: t = √(2h / g)

Maka perbandingan waktu jatuh: t₁ : t₂ = √(h₁) : √(h₂)

Substitusi nilai:

t₁ : t₂ = √9 : √4
t₁ : t₂ = 3 : 2

Jawaban: Perbandingan waktu jatuh apel dan jeruk adalah 3 : 2.

12. Sebuah bola ditembakkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 60 m/s. Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s², tentukan ketinggian maksimum yang dicapai bola!

Pembahasan:

Diketahui:

• v₀ = 60 m/s
• g = 10 m/s²

Rumus ketinggian maksimum: h = v₀² / (2g)

Hitung:

h = 60² / (2 × 10)
h = 3600 / 20
h = 180 m

Jawaban: Ketinggian maksimum yang dicapai bola adalah 180 meter.

13. Dua orang atlet melempar bola ke atas dari tanah dengan perbandingan kecepatan awal 2 : 3. Tentukan perbandingan tinggi maksimum yang dicapai kedua bola!

Pembahasan:

Rumus tinggi maksimum: h = v₀² / (2g)

Maka perbandingan tinggi maksimum hanya bergantung pada kuadrat kecepatan awal:

h₁ : h₂ = v₀₁² : v₀₂²

Substitusi perbandingan kecepatan awal:

h₁ : h₂ = 2² : 3²
h₁ : h₂ = 4 : 9

Jawaban: Perbandingan tinggi maksimum kedua bola adalah 4 : 9.

14. Sebuah mangga jatuh dari pohon setinggi 80 meter tanpa kecepatan awal. Tentukan:

a. Kecepatan mangga sesaat ketika menyentuh tanah.
b. Waktu yang dibutuhkan mangga untuk sampai ke tanah.
(g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Diketahui:

• h = 80 m
• v₀ = 0
• g = 10 m/s²

a. Kecepatan saat menyentuh tanah

Rumus: v² = 2 g h

v² = 2 × 10 × 80
v² = 1600
v = √1600 = 40 m/s

b. Waktu jatuh

Rumus: h = ½ g t²

80 = ½ × 10 × t²
80 = 5t²
t² = 16
t = √16 = 4 s

Jawaban:
a. Kecepatan mangga saat menyentuh tanah adalah 40 m/s.
b. Waktu yang dibutuhkan mangga untuk sampai ke tanah adalah 4 detik.

15. Sebuah bola dijatuhkan dari puncak menara tanpa kecepatan awal (jatuh bebas). Setelah 6 detik bola tersebut sampai di tanah. Tentukan:

a. Tinggi menara tersebut.
b. Kecepatan bola saat menyentuh tanah.
(g = 10 m/s²)

Pembahasan:

Diketahui:

• t = 6 s
• v₀ = 0
• g = 10 m/s²

a. Tinggi menara

Rumus: h = ½ g t²

h = ½ × 10 × 6²
h = 5 × 36
h = 180 m

b. Kecepatan saat menyentuh tanah

Rumus: v = g × t

v = 10 × 6
v = 60 m/s

Jawaban:

a. Tinggi menara adalah 180 meter.
b. Kecepatan bola saat menyentuh tanah adalah 60 m/s.

Penutup

Mulai dari pembahasan hingga contoh soal gerak jatuh bebas dan pembahasannya tadi semoga bisa membantumu memahami materi, ya.

Setelah ini, yuk, lanjut belajar dengan berbagai contoh soal mapel lain yang tersedia gratis di blog Mamikos! 😉

---

Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu:

Kost Dekat UGM Jogja

Kost Dekat UNPAD Jatinangor

Kost Dekat UNDIP Semarang

Kost Dekat UI Depok

Kost Dekat UB Malang

Kost Dekat Unnes Semarang

Kost Dekat UMY Jogja

Kost Dekat UNY Jogja

Kost Dekat UNS Solo

Kost Dekat ITB Bandung

Kost Dekat UMS Solo

Kost Dekat ITS Surabaya

Kost Dekat Unesa Surabaya

Kost Dekat UNAIR Surabaya

Kost Dekat UIN Jakarta