Fisika - Gerak Dalam Bidang 2 Dimensi

Dua contoh gerak yang terjadi dalam dua dimensi yang akan kita pelajari adalah gerak peluru (atau gerak parabola) dan gerak melingkar beraturan.

1.    Gerak parabola

Gerak parabola atau disebut juga gerak peluru merupakan gerak benda yang lintasan geraknya menyerupai bentuk grafik parabola. Bola baseball yang dilempar atau dipukul, bola sepak yang ditendang dengan sudut tertentu dari tanah, peluru yang ditembakkan dari laras senjata, adalah beberapa contoh benda yang akan mengalami gerak peluru. Pada pembahasan ini kita akan mengabaikan efek gesekan udara yang dialami benda.

Gerak dalam bidang merupakan perpaduan antara gerak dalam arah horizontal dengan gerak dalam arah vertikal. Gerak peluru sebagai salah satu bentuk gerak dalam bidang telah dikaji oleh Galileo secara akurat pada masa hidupnya. Galileo menunjukkan bahwa gerak peluru (atau gerak dalam bidang) dapat dipahami dengan menganalisis secara terpisah antara komponen gerak dalam arah horizontal dan komponen geraknya dalam arah vertikal.

Pada peristiwa gerak peluru, gerak arah vertikal (gerak arah sumbu y) merupakan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) sebab gerak benda dalam arah vertikal dipengaruhi oleh percepatan gravitasi bumi g yang arahnya selalu ke bawah dan nilainya 9,8 m/s² atau sering dibulatkan menjadi  10  m/s².  Dengan  demikian,  semua  persamaan  kinematika  yang  telah  dipelajari sebelumnya akan kita gunakan kembali dalam pembahasan ini, tepatnya pada analisis komponen y dari gerak peluru; dengan catatan percepatan a dinyatakan dengan g yang arahnya selalu ke bawah.

Contoh

Sebuah peluru ditembakkan dari tepi sebuah tebing yang tingginya 115 m dari permukaan tanah di bawahnya. Kecepatan peluru adalah 65,0 m/s dengan sudut tembakan 35,0^o terhadap arah horizontal seperti pada gambar.

(a). Tentukanlah waktu yang diperlukan oleh peluru untuk tiba di titik P yang terletak di tanah seperti pada gambar.
(b). Tentukanlah berapa jarak titik P, yaitu x dalam gambar, ke dasar posisi peluru ditembakkan (lihat gambar)
(c). Tentukanlah kecepatan horizontal dan vertikal peluru di titik P.
(d). Berapa besar vektor kecepatan di titik P
(e). Sudut yang dibentuk oleh vektor kecepatan terhadap horizontal di titik P
(f). Tinggi maksimum yang dapat dicapai peluru diukur dari ketinggian peluru ditembakkan di tebing.

Jawab

Kita akan meninjau gerak peluru ini dalam arah horizontal dan arah vertikal sehingga kita perlu menguraikan kecepatan peluru yang arahnya seperti pada gambar ke dalam komponen- komponen kecepatan arah sumbu x dan arah sumbu y, sebagai berikut 
Komponen kecepatan arah sumbu x:   v_ox =  v_o cos q = 65,0 cos 35,0^o = 53,2 m/s Komponen kecepatan arah sumbu y:   v_oy =  v_o sin q = 65,0 sin 35,0^o = 37,3 m/s

(a).Untuk menentukan waktu yang diperlukan oleh peluru untuk tiba di titik P yang terletak di tanah seperti pada gambar, kita dapat meninjau gerak benda sepanjang sumbu y. Kita perlu menetapkan titik acuan ketinggian. Untuk mudahnya kita ambil ketinggian dimana peluru ditembakkan sebagai acuan sehingga y_o = 0. Karena peluru jatuh 115 m di bawah peluru mula-mula ditembakkan, maka y_t = -115 m. Percepatan gravitasi bumi, g = 10 berarah ke bawah, sehingga kita dapat menuliskan persamaan