soal fisika gerak parabola

Pengantar

Selamat datang di kumpulan soal fisika gerak parabola! Gerak parabola adalah salah satu topik fundamental dalam mekanika yang seringkali menantang bagi banyak siswa. Gerak ini menggambarkan lintasan benda yang dilemparkan ke udara dan bergerak di bawah pengaruh gravitasi saja, membentuk kurva parabola. Memahami gerak parabola sangat penting karena banyak fenomena alam dan aplikasi teknologi yang melibatkan konsep ini, mulai dari tembakan meriam, lemparan bola basket, hingga lintasan proyektil.

Kumpulan soal ini dirancang untuk menguji dan memperdalam pemahaman Anda tentang gerak parabola. Kami menyediakan berbagai jenis soal: pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan. Setiap soal telah dibuat dengan cermat untuk mencakup berbagai aspek gerak parabola, termasuk komponen kecepatan, waktu tempuh, tinggi maksimum, dan jangkauan horizontal. Setelah Anda mencoba menjawab semua soal, silakan periksa kunci jawaban dan pembahasan yang telah kami sediakan di bagian akhir untuk mengoreksi dan memperkuat pemahaman Anda. Selamat mengerjakan dan semoga sukses!

I. Soal Pilihan Ganda

Sebuah benda dilemparkan ke atas dengan membentuk sudut elevasi terhadap horizontal. Gerak benda tersebut di bawah pengaruh gravitasi saja disebut…
1. Gerak lurus beraturan
2. Gerak lurus berubah beraturan
3. Gerak melingkar
4. Gerak parabola
5. Gerak osilasi
Pada gerak parabola, percepatan pada sumbu horizontal (sumbu-x) adalah…
1. Konstan dan bernilai g
2. Konstan dan bernilai nol
3. Berubah-ubah
4. Meningkat seiring waktu
5. Menurun seiring waktu
Komponen kecepatan vertikal (v_y) benda yang mengalami gerak parabola di titik tertinggi lintasannya adalah…
1. Maksimum
2. Minimum tetapi bukan nol
3. Nol
4. Sama dengan kecepatan horizontalnya
5. Sama dengan kecepatan awalnya
Faktor yang TIDAK mempengaruhi jangkauan horizontal (jarak terjauh) gerak parabola adalah…
1. Kecepatan awal (v₀)
2. Sudut elevasi (θ)
3. Percepatan gravitasi (g)
4. Massa benda
5. Waktu tempuh
Agar sebuah benda mencapai jangkauan horizontal maksimum pada gerak parabola, sudut elevasi yang harus diberikan adalah…
1. 0°
2. 30°
3. 45°
4. 60°
5. 90°
Jika sebuah proyektil ditembakkan dengan kecepatan awal v₀ dan sudut elevasi θ, maka waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tinggi maksimum (t_puncak) adalah…
1. (v₀ sin θ) / g
2. (v₀ cos θ) / g
3. (2v₀ sin θ) / g
4. (v₀² sin² θ) / (2g)
5. (v₀² sin 2θ) / g
Sebuah bola ditendang dengan kecepatan awal 20 m/s dan sudut elevasi 30°. Jika g = 10 m/s², tinggi maksimum yang dicapai bola adalah…
1. 5 m
2. 10 m
3. 15 m
4. 20 m
5. 25 m
Jangkauan horizontal (jarak terjauh) sebuah proyektil yang ditembakkan dengan kecepatan awal v₀ dan sudut elevasi θ adalah…
1. (v₀ sin θ) / g
2. (v₀ cos θ) / g
3. (v₀² sin² θ) / (2g)
4. (v₀² sin 2θ) / g
5. (2v₀ sin θ) / g
Sebuah peluru ditembakkan dengan kecepatan awal 40 m/s dan sudut elevasi 45°. Jangkauan horizontal peluru tersebut adalah… (g = 10 m/s²)
1. 80 m
2. 120 m
3. 160 m
4. 200 m
5. 240 m
Pada gerak parabola, kecepatan benda di titik tertinggi adalah…
1. Nol
2. Maksimum
3. Hanya memiliki komponen vertikal
4. Hanya memiliki komponen horizontal
5. Sama dengan kecepatan awal
Percepatan total yang dialami benda pada gerak parabola (mengabaikan hambatan udara) adalah…
1. Nol
2. Konstan dan arahnya ke atas
3. Konstan dan arahnya ke bawah
4. Berubah-ubah
5. Konstan dan arahnya horizontal
Manakah pernyataan yang BENAR mengenai gerak parabola?
1. Kecepatan horizontal benda berubah seiring waktu.
2. Kecepatan vertikal benda selalu konstan.
3. Percepatan horizontal benda adalah nol.
4. Percepatan vertikal benda berubah seiring waktu.
5. Waktu naik selalu lebih lama dari waktu turun.
Contoh gerak parabola dalam kehidupan sehari-hari adalah…
1. Mobil bergerak lurus di jalan tol
2. Batu jatuh bebas dari ketinggian
3. Bulan mengelilingi Bumi
4. Tendangan bola sepak
5. Ayunan bandul sederhana
Sebuah benda dilempar mendatar dari puncak gedung setinggi 80 m dengan kecepatan 20 m/s. Waktu yang dibutuhkan benda untuk sampai ke tanah adalah… (g = 10 m/s²)
1. 2 s
2. 3 s
3. 4 s
4. 5 s
5. 6 s
Dari soal nomor 14, jarak horizontal yang ditempuh benda dari kaki gedung adalah…
1. 40 m
2. 60 m
3. 80 m
4. 100 m
5. 120 m
Sebuah proyektil ditembakkan dengan kecepatan awal v₀. Jika sudut elevasi diperbesar dari 30° menjadi 60° (v₀ tetap), maka…
1. Jangkauan horizontal akan berkurang.
2. Tinggi maksimum akan berkurang.
3. Waktu tempuh akan berkurang.
4. Jangkauan horizontal akan tetap sama.
5. Tinggi maksimum akan tetap sama.
Grafik hubungan antara kecepatan vertikal (v_y) terhadap waktu (t) pada gerak parabola adalah…
1. Garis lurus mendatar
2. Garis lurus miring ke atas
3. Garis lurus miring ke bawah
4. Kurva parabola terbuka ke atas
5. Kurva parabola terbuka ke bawah
Sebuah bola ditembakkan dengan kecepatan awal 30 m/s dan sudut 37° (sin 37° = 0,6; cos 37° = 0,8). Jika g = 10 m/s², maka kecepatan horizontal bola setelah 1 detik adalah…
1. 18 m/s
2. 24 m/s
3. 28 m/s
4. 30 m/s
5. 36 m/s
Pada gerak parabola, energi kinetik benda di titik tertinggi adalah…
1. Nol
2. Maksimum
3. Minimum tetapi bukan nol
4. Sama dengan energi potensialnya
5. Sama dengan energi kinetik awal
Dua proyektil ditembakkan dari titik yang sama dengan kecepatan awal yang sama tetapi sudut elevasi 30° dan 60°. Perbandingan jangkauan horizontalnya adalah…
1. 1 : 1
2. 1 : 2
3. 1 : √3
4. √3 : 1
5. 2 : 1

II. Soal Isian Singkat

Sebuah meriam menembakkan peluru dengan kecepatan awal 100 m/s pada sudut elevasi 30°. Jika g = 10 m/s², waktu yang dibutuhkan peluru untuk mencapai tinggi maksimum adalah … detik.
Dari soal nomor 1, tinggi maksimum yang dicapai peluru adalah … meter.
Sebuah bola ditendang dengan kecepatan awal 25 m/s dan sudut elevasi 53° (sin 53° = 0,8; cos 53° = 0,6). Komponen kecepatan horizontal bola adalah … m/s.
Sebuah benda dilempar horizontal dari ketinggian 45 m dengan kecepatan 15 m/s. Jika g = 10 m/s², jarak horizontal yang ditempuh benda sampai menyentuh tanah adalah … meter.
Pada gerak parabola, gaya yang bekerja pada benda (mengabaikan hambatan udara) adalah …

III. Soal Uraian

Jelaskan secara singkat perbedaan karakteristik gerak benda pada sumbu horizontal (x) dan sumbu vertikal (y) dalam gerak parabola, serta sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhinya.
Sebuah bola ditendang dari permukaan tanah dengan kecepatan awal 30 m/s dan sudut elevasi 37° (sin 37° = 0,6; cos 37° = 0,8). Jika percepatan gravitasi g = 10 m/s², hitunglah:
1. Waktu yang dibutuhkan bola untuk mencapai titik tertinggi.
2. Tinggi maksimum yang dicapai bola.
3. Jangkauan horizontal maksimum bola.
Dua buah proyektil A dan B ditembakkan dari lokasi yang sama dengan kecepatan awal yang sama sebesar 50 m/s. Proyektil A ditembakkan dengan sudut elevasi 30°, sedangkan proyektil B dengan sudut elevasi 60°. Bandingkanlah tinggi maksimum dan jangkauan horizontal yang dicapai oleh kedua proyektil tersebut. (Gunakan g = 10 m/s²)
Bagaimana pengaruh percepatan gravitasi (g) terhadap parameter-parameter gerak parabola seperti waktu tempuh, tinggi maksimum, dan jangkauan horizontal? Jelaskan dengan menggunakan rumus yang relevan.
Sebuah pesawat terbang bergerak mendatar dengan kecepatan 720 km/jam pada ketinggian 500 m. Pesawat menjatuhkan sebuah bom. Tentukan jarak horizontal jatuhnya bom dari titik pelepasan hingga menyentuh tanah. (Abaikan hambatan udara dan gunakan g = 10 m/s²).

IV. Soal Menjodohkan

Bagian 1: Jodohkan pernyataan di kolom kiri dengan konsep/rumus di kolom kanan!

Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik tertinggi
Jarak horizontal terjauh yang dicapai benda
Ketinggian maksimum yang dicapai benda
Komponen kecepatan yang selalu konstan

Pilihan Jawaban:

v_x = v₀ cos θ
H_max = (v₀² sin² θ) / (2g)
R = (v₀² sin 2θ) / g
t_puncak = (v₀ sin θ) / g

Bagian 2: Jodohkan besaran fisika dengan satuan SI yang tepat!

Kecepatan
Percepatan
Jarak / Perpindahan
Waktu

Pilihan Jawaban:

sekon (s)
meter (m)
meter per sekon (m/s)
meter per sekon kuadrat (m/s²)

Kunci Jawaban dan Pembahasan

I. Pilihan Ganda

D. Gerak parabola. Gerak benda yang dilemparkan dan hanya dipengaruhi gravitasi membentuk lintasan parabola.
B. Konstan dan bernilai nol. Pada gerak parabola, tidak ada gaya horizontal yang bekerja (mengabaikan hambatan udara), sehingga percepatan horizontalnya nol dan kecepatan horizontalnya konstan.
C. Nol. Di titik tertinggi, benda sesaat berhenti bergerak secara vertikal sebelum turun kembali, sehingga komponen kecepatan vertikalnya nol.
D. Massa benda. Jangkauan horizontal gerak parabola tidak bergantung pada massa benda (mengabaikan hambatan udara).
C. 45°. Sudut elevasi 45° akan memberikan nilai sin 2θ maksimum (sin 90° = 1), sehingga menghasilkan jangkauan horizontal terbesar.
A. (v₀ sin θ) / g. Rumus ini didapatkan dari v_y = v₀ sin θ – gt. Di titik tertinggi, v_y = 0.
A. 5 m. Diketahui v₀ = 20 m/s, θ = 30°, g = 10 m/s². H_max = (v₀² sin² θ) / (2g) = (20² sin² 30°) / (2 × 10) = (400 × (0,5)²) / 20 = (400 × 0,25) / 20 = 100 / 20 = 5 m.
D. (v₀² sin 2θ) / g. Ini adalah rumus umum untuk jangkauan horizontal pada gerak parabola.
C. 160 m. Diketahui v₀ = 40 m/s, θ = 45°, g = 10 m/s². R = (v₀² sin 2θ) / g = (40² sin (2 × 45°)) / 10 = (1600 × sin 90°) / 10 = (1600 × 1) / 10 = 160 m.
D. Hanya memiliki komponen horizontal. Di titik tertinggi, v_y = 0, tetapi v_x tetap ada dan konstan (v_x = v₀ cos θ).
C. Konstan dan arahnya ke bawah. Percepatan total pada gerak parabola adalah percepatan gravitasi (g), yang selalu konstan dan arahnya ke bawah.
C. Percepatan horizontal benda adalah nol. Karena tidak ada gaya horizontal, percepatan horizontal benda adalah nol, sehingga kecepatan horizontalnya konstan.
D. Tendangan bola sepak. Tendangan bola sepak menggambarkan lintasan parabola yang dipengaruhi oleh gravitasi.
C. 4 s. Gerak horizontal dari puncak gedung adalah gerak jatuh bebas untuk komponen vertikal. y = v₀_y t + ½gt². Karena dilempar mendatar, v₀_y = 0. Jadi, 80 = ½ × 10 × t² => 80 = 5t² => t² = 16 => t = 4 s.
C. 80 m. Jarak horizontal (x) = v_x × t. Dari soal 14, v_x = 20 m/s dan t = 4 s. Jadi, x = 20 m/s × 4 s = 80 m.
D. Jangkauan horizontal akan tetap sama. Sudut 30° dan 60° adalah sudut komplementer (30° + 60° = 90°). Untuk kecepatan awal yang sama, sudut-sudut komplementer menghasilkan jangkauan horizontal yang sama karena sin(2 × 30°) = sin 60° dan sin(2 × 60°) = sin 120° = sin 60°.
C. Garis lurus miring ke bawah. v_y = v₀ sin θ – gt. Ini adalah persamaan garis lurus dengan gradien negatif (-g) dan perpotongan sumbu y sebesar v₀ sin θ.
B. 24 m/s. Kecepatan horizontal (v_x) pada gerak parabola selalu konstan. v_x = v₀ cos θ = 30 m/s × cos 37° = 30 m/s × 0,8 = 24 m/s.
C. Minimum tetapi bukan nol. Di titik tertinggi, kecepatan vertikal (v_y) adalah nol, tetapi kecepatan horizontal (v_x) masih ada. Jadi, energi kinetiknya bukan nol, melainkan minimum (E_k = ½ m v_x²).
A. 1 : 1. Sudut 30° dan 60° adalah sudut komplementer (30° + 60° = 90°). Untuk kecepatan awal yang sama, sudut-sudut komplementer menghasilkan jangkauan horizontal yang sama karena sin(2 × 30°) = sin 60° dan sin(2 × 60°) = sin 120° = sin 60°.

II. Isian Singkat

5 detik. t_puncak = (v₀ sin θ) / g = (100 × sin 30°) / 10 = (100 × 0,5) / 10 = 50 / 10 = 5 s.
125 meter. H_max = (v₀² sin² θ) / (2g) = (100² × sin² 30°) / (2 × 10) = (10000 × 0,25) / 20 = 2500 / 20 = 125 m.
15 m/s. v_x = v₀ cos θ = 25 × cos 53° = 25 × 0,6 = 15 m/s.
45 meter. Waktu jatuh: h = ½gt² => 45 = ½ × 10 × t² => 45 = 5t² => t² = 9 => t = 3 s. Jarak horizontal = v_x × t = 15 m/s × 3 s = 45 m.
Gaya gravitasi. Mengabaikan hambatan udara, satu-satunya gaya yang bekerja adalah gaya gravitasi.

III. Uraian

Pada gerak parabola, gerak benda dapat dianalisis menjadi dua komponen yang saling tegak lurus:
- Sumbu Horizontal (x): Gerak pada sumbu x adalah Gerak Lurus Beraturan (GLB). Ini berarti kecepatan horizontal (v_x) selalu konstan sepanjang lintasan, dan percepatan horizontal (a_x) adalah nol. Faktor yang mempengaruhinya adalah komponen kecepatan awal horizontal (v₀ cos θ).
- Sumbu Vertikal (y): Gerak pada sumbu y adalah Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Ini berarti kecepatan vertikal (v_y) berubah secara linear seiring waktu karena adanya percepatan gravitasi (g) yang selalu bekerja ke bawah. Di titik tertinggi, v_y = 0. Faktor yang mempengaruhinya adalah komponen kecepatan awal vertikal (v₀ sin θ) dan percepatan gravitasi (g).
Diketahui: v₀ = 30 m/s, θ = 37°, sin 37° = 0,6, cos 37° = 0,8, g = 10 m/s².
1. Waktu untuk mencapai titik tertinggi (t_puncak):
  t_puncak = (v₀ sin θ) / g
  t_puncak = (30 × 0,6) / 10
  t_puncak = 18 / 10 = 1,8 s.
2. Tinggi maksimum (H_max):
  H_max = (v₀² sin² θ) / (2g)
  H_max = (30² × (0,6)²) / (2 × 10)
  H_max = (900 × 0,36) / 20
  H_max = 324 / 20 = 16,2 m.
3. Jangkauan horizontal maksimum (R):
  R = (v₀² sin 2θ) / g
  R = (30² × sin (2 × 37°)) / 10
  R = (900 × sin 74°) / 10 (sin 74° ≈ 0,96)
  R = (900 × 0,96) / 10
  R = 864 / 10 = 86,4 m.
  Atau menggunakan R = v_x × t_total = (v₀ cos θ) × (2t_puncak) = (30 × 0,8) × (2 × 1,8) = 24 × 3,6 = 86,4 m.
Diketahui: v₀ = 50 m/s, g = 10 m/s².
- Proyektil A (θ = 30°):
  sin 30° = 0,5; cos 30° = √3/2 ≈ 0,866
  sin (2 × 30°) = sin 60° = √3/2 ≈ 0,866
  H_max_A = (v₀² sin² θ_A) / (2g) = (50² × (0,5)²) / (2 × 10) = (2500 × 0,25) / 20 = 625 / 20 = 31,25 m.
  R_A = (v₀² sin 2θ_A) / g = (50² × sin 60°) / 10 = (2500 × 0,866) / 10 = 2165 / 10 = 216,5 m.
- Proyektil B (θ = 60°):
  sin 60° = √3/2 ≈ 0,866; cos 60° = 0,5
  sin (2 × 60°) = sin 120° = sin (180° – 60°) = sin 60° = √3/2 ≈ 0,866
  H_max_B = (v₀² sin² θ_B) / (2g) = (50² × (0,866)²) / (2 × 10) = (2500 × 0,75) / 20 = 1875 / 20 = 93,75 m.
  R_B = (v₀² sin 2θ_B) / g = (50² × sin 120°) / 10 = (2500 × 0,866) / 10 = 2165 / 10 = 216,5 m.
Perbandingan:
- Tinggi Maksimum: Proyektil B (sudut 60°) mencapai tinggi maksimum yang lebih besar (93,75 m) dibandingkan Proyektil A (sudut 30°) yang hanya 31,25 m. Ini karena komponen kecepatan vertikal awal lebih besar untuk sudut yang lebih besar.
- Jangkauan Horizontal: Kedua proyektil memiliki jangkauan horizontal yang sama (216,5 m). Ini karena sudut elevasi 30° dan 60° adalah sudut komplementer (jumlahnya 90°), yang menghasilkan jangkauan horizontal yang sama untuk kecepatan awal yang sama.
Percepatan gravitasi (g) adalah faktor krusial dalam gerak parabola. Nilai g yang lebih besar atau lebih kecil akan mempengaruhi parameter gerak:
- Waktu Tempuh (t_total = 2v₀ sin θ / g): Jika g meningkat, waktu tempuh total (dan juga waktu untuk mencapai puncak) akan berkurang. Benda akan lebih cepat kembali ke tanah.
- Tinggi Maksimum (H_max = v₀² sin² θ / 2g): Jika g meningkat, tinggi maksimum yang dicapai benda akan berkurang. Benda tidak dapat naik setinggi sebelumnya.
- Jangkauan Horizontal (R = v₀² sin 2θ / g): Jika g meningkat, jangkauan horizontal juga akan berkurang. Benda akan jatuh lebih dekat ke titik awal karena waktu di udara yang lebih singkat.
Secara umum, semakin besar nilai g, semakin ‘pendek’ dan ‘rendah’ lintasan parabola yang dihasilkan, karena gaya gravitasi menarik benda ke bawah dengan lebih kuat dan cepat.
Diketahui: v_pesawat = 720 km/jam, h = 500 m, g = 10 m/s².
1. Konversi kecepatan:
  v_pesawat = 720 km/jam = 720 × (1000 m / 3600 s) = 200 m/s.
  Kecepatan horizontal bom saat dilepaskan adalah v_x = 200 m/s.
2. Hitung waktu jatuh (t):
  Karena bom dijatuhkan, komponen kecepatan vertikal awalnya adalah 0 (v₀_y = 0). Gerak vertikalnya adalah gerak jatuh bebas.
  h = v₀_y t + ½gt²
  500 = 0 × t + ½ × 10 × t²
  500 = 5t²
  t² = 100
  t = 10 s.
3. Hitung jarak horizontal (x):
  Jarak horizontal = kecepatan horizontal × waktu
  x = v_x × t
  x = 200 m/s × 10 s
  x = 2000 m.
Jadi, jarak horizontal jatuhnya bom dari titik pelepasan hingga menyentuh tanah adalah 2000 meter atau 2 km.

IV. Menjodohkan

Bagian 1

Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai titik tertinggi D. t_puncak = (v₀ sin θ) / g
Jarak horizontal terjauh yang dicapai benda C. R = (v₀² sin 2θ) / g
Ketinggian maksimum yang dicapai benda B. H_max = (v₀² sin² θ) / (2g)
Komponen kecepatan yang selalu konstan A. v_x = v₀ cos θ

Bagian 2

Kecepatan C. meter per sekon (m/s)
Percepatan D. meter per sekon kuadrat (m/s²)
Jarak / Perpindahan B. meter (m)
Waktu A. sekon (s)