Sesuai Hukum Newton II, bila pada sebuah benda dikenakan gaya, benda tersebut akan mengalami percepatan. Besarnya percepatan adalah sebesar gaya dibagi massa benda. Bila gaya yang diberikan besar dan arahnya tetap, benda akan mengalami percepatan tetap pula. Benda yang bergerak dengan percepatan tetap disebut mengalami “gerak lurus berubah beraturan” (GLBB).
Kecepatan benda yang bergerak lurus berubah beraturan bertambah sebanyak percepatan dikali waktu. Makin lama gerakannya, akan makin cepat. Kalau gaya diberikan berlawanan arah dengan kecepatan, kecepatan benda akan berkurang. Perubahan kecepatan saat terjadi perlambatan mengikuti hukum yang sama dengan penambahan kecepatan, yaitu percepatan dikali waktu. Hanya saja nilai perubahan kecepatan dalam hal ini negatif.
Salah satu contoh gerak lurus berubah beraturan adalah gerak jatuh bebas. Bila sebuah benda ditempatkan pada suatu ketinggian dari muka Bumi, pada benda tersebut bekerja gaya berat, sebesar massa benda tersebut dikali percepatan gravitasi. Percepatan gravitasi adalah akibat gravitasi bumi. Sebagai benda bermassa, bumi menarik benda-benda bermassa lain yang ada di dekatnya.
Bila benda tersebut kita lepaskan dari keadaan diam dari suatu ketinggian, benda itu akan jatuh dan kecepatannya akan bertambah sebesar percepatan gravitasi tadi. Di daerah khatulistiwa, besar percepatan yang dialami oleh benda sekitar 10 meter per detik pangkat 2. Artinya, kalau kita lepaskan dari keadaan diam, 1 detik kemudian kecepatan benda itu adalah 10 meter per detik, 2 detik kemudian menjadi 20 meter per detik, dan 10 detik kemudian menjadi 100 meter per detik.
Perhatikan bahwa satu-satunya faktor yang memengaruhi kecepatan benda jatuh adalah percepatan gravitasi tadi. Massa benda tersebut tidak berpengaruh. Artinya benda bermassa besar (dalam keseharian kita sebut benda yang berat) akan jatuh dengan kecepatan yang sama dengan benda bermassa kecil (benda ringan), bila titik awal keduanya sama.
Intuisi kita mungkin akan mengatakan bahwa hal itu tidak benar. Demikian pula Aristoteles dulu. Ia mengira benda yang berat akan jatuh lebih cepat. Kenyataannya tidak demikian. Benda berat maupun ringan akan jatuh dengan kecepatan yang sama.
Tapi dalam pengalaman sehari-hari kita meyaksikan benda ringan seperti kertas akan jatuh lebih lambat. Yang harus kita perhatikan, itu karena ada faktor lain yang bekerja di situ, yaitu gesekan dengan udara. Kertas yang berbentuk lembaran lebar akan mengalami hambatan udara. Artinya ada gaya tambahan yang bekerja ke arah atas sehingga mengurangi gaya gravitasi yang bekerja menariknya ke bawah. Gaya gesek itu mengurangi percepatan gravitasi tadi.
Kalau kertas tadi kita gumpal menjadi gumpalan yang sangat kecil, gaya gesek tadi akan berkurang hingga hampil nol. Dalam keadaan itu kertas yang massanya sama dengan kertas lembaran tadi akan jatuh dengan percepatan dan kecepatan yang sama dengan kerikil atau sebongkah batu besar.
Tapi bukankah benda yang berat akan menimbulkan hantaman yang lebih besar saat jatuh? Hantaman itu adalah besaran momentum, yaitu kecepatan dikali massa. Benda bermassa lebih besar akan jatuh dengan momentum yang lebih besar pula, dibanding dengan benda bermassa lebih kecil yang jatuh dengan kecepatan yang sama. Karena itu, hantaman segumpal kertas tentu lebih kecil dibandingkan dengan hantaman sebongkah batu.
Bila sebuah benda dijatuhkan dari suatu ketinggian, kecepatannya setiap saat setelah dijatuhkan adalah 10 kali waktu yang sudah ditempuhnya dalam satuan detik. Jarak yang ditempuhnya adalah 1/2 kali 10 kali waktu yang dikuadratkan. Waktu tempuh ini hanya ditentukan oleh ketinggian awal benda. Makin tinggi kedudukan awalnya, makin lama benda jatuh. Waktu tempuh ini besarnya adalah akar 2 kali ketinggian dibagi 10. Kalau kita jatuhkan sebuah benda dari ketinggian 500 meter, waktu tempuh benda tersebut adalah untuk mencapai permukaan bumi adalah 10 detik.
Kecepatan benda yang dijatuhkan bebas adalah akar 2 kali ketinggian dikali 10. Jadi kalau benda dijatuhkan dari ketinggian 500 meter tadi kecepatannya saat menyentuh permukaan bumi adalah 100 meter per detik, tak peduli berapa massa benda itu. 100 meter per detik itu sama dengan 360 kilometer per detik. Jadi bisa dibayangkan bagaimana hempasan sebuah benda yang jatuh dari ketinggian 500 meter saat menyentuh permukaan bumi.
Kalau sebuah benda kita lempar vertikal ke atas, kecepatan saat lepas dari lemparan adalah kecepatan awal benda itu. Setiap detik benda itu akan berkurang kecepatannya sebesar 10 meter per detik. Jadi kalau benda kita lemparkan dengan kecepatan, misalnya, 30 meter per detik, dalam waktu 3 detik kecepatannya akan menjadi nol. Apa artinya itu? Benda akan berhenti sejenak di suatu tempat. Itulah titik tertinggi yang bisa ia capai. Setelah itu benda akan mengalami gerak jatuh bebas seperti yang jelaskan tadi.
Berapa lama benda itu akan jatuh? Benda akan menempuh perjalanan jatuh selama 3 detik pula, dan setiap detik kecepatannya akan bertambah 10 meter per detik. Pada saat jatuh kecepatannya akan sama dengan kecepatan awal saat benda itu dilemparkan tadi, yaitu 30 meter per detik.
Ringkasnya, setiap benda yang dilempar vertikal akan kembali menyentuh titik asalnya dengan kecepatan yang sama saat ia dilemparkan.
BACA JUGA Gaya dan Hukum Newton dan esai sains Hasanudin Abdurakhman lainnya di kolom TEMAN SEKELAS.