Pada pelajaran fisika di SMA kelas 10 salah satu materi fisika yang dipelajari adalah tentang kinematika gerak. materi ini sangat erat kaitannya dalam kehidupan sehari-hari baik yang menguntungkan ataupun yang merugikan, banyak sekali manfaat yang bisa kita ambil dari belajar kinematika gerak lurus. materi ini dibuat berdasarkan apa yang saya pahami selama belajar fisika dan diambil dari berbagai sumber yang relevan. selamat menikmati...
Kinematika gerak lurus dapat didefinisikan sebagai gerak suatu benda pada lintasan lurus dalam ruang dan waktu tanpa memperhatikan penyebab dari gerak tersebut (terkadang juga disebut dengan gaya). Pada materi ini secara garis besar terbagi menjadi beberapa sub materi yakni besaran-besaran dalam gerak lurus, serta jenis-jenis gerak lurus.
Kinematika gerak lurus dapat didefinisikan sebagai gerak suatu benda pada lintasan lurus dalam ruang dan waktu tanpa memperhatikan penyebab dari gerak tersebut (terkadang juga disebut dengan gaya). Pada materi ini secara garis besar terbagi menjadi beberapa sub materi yakni besaran-besaran dalam gerak lurus, serta jenis-jenis gerak lurus.
Setelah kita mengetahui besaran-besaran dalam gerak, kita
dapat menemukan tiga keadaan suatu benda yakni : benda diam, benda melakukan
gerak lurus beraturan (GLB), dan benda melakukan gerak lurus berubah beraturan
(GLBB)
Perhatikan :
Karena yang dianalisis adalah gerak lurus, maka dapat
kita asumsikan bahwa jarak yang ditempuh oleh benda sama dengan perpindahan
yang dialami oleh benda selama tidak ada keterangan tambahan. Kecuali jika
benda melakukan beberapa gerakan dan gerakannya berbelok.
Benda diam
Benda diam artinya benda tersebut tidak
melakukan gerakan (kecepatan sama dengan nol) di tetap berada pada posisinya
untuk beberapa waktu. Perhatikan gambar berikut
Gambar 9.
Mobil diam
Gambar 10.
Grafik untuk benda ketika diam (a) posisi terhadap waktu, (b) kecepatan
terhadap waktu, (c) percepatan terhadap waktu.
(sumber : The
Free High School Science Texts: Textbooks for High School Students Studying the
Sciences Physics Grades 10 – 12)
Benda diam tidak mengalami perpindahan tapi dia memiliki
posisi (kalau di gambar posisinya 2 m) sehingga grafik 10(a) posisi benda
konstan di nilai 2 m, sedangkan untuk kecepatan dan percepatan karena sama-sama
bernilai nol, maka pada grafik tersebut nilainya berhimpit dengan sumbu x
Gerak Lurus Beraturan (GLB)
Perhatikan gambar berikut ini.
gambar 11.
Orang berjalan secara lurus beraturan
gambar 11 merupakan contoh dari gerak lurus beraturan, berdasarkan hal
tersebut kita dapat menentukan ciri-ciri dari gerak lurus beraturan (GLB)
sebagai berikut:
·
Posisi
orang berubah dengan konstan
Waktu (s)
|
Posisi (m)
|
Perubahan posisi (m)
|
0
|
0
|
|
50
|
50
|
50
|
100
|
100
|
50
|
150
|
150
|
50
|
·
Kecepatan
benda konstan
Telah dijelaskan bahwa kecepatan adalah perubahan posisi
yang dialami benda dalam selang waktu tertentu. Berdasarkan gambar tersebut
terlihat bahwa tiap 50 s, orang mengalami perpindahan sebesar 50 m. Hal ini
berarti dalam 1 s orang akan berpindah sejauh 1 m. Sehingga kecepatan orang
tersebut konstan 1 m/s
Ingatlah !
Karena kecepatan benda adalah konstan (tetap) maka
kecepatan sesaat benda dimanapun akan sama nilainya dan sama dengan kecepatan
rata-ratanya.
·
Tidak
ada kecepatan
Hal ini adalah konsekuensi dari benda yang bergerak dengan kecepatan konstan,
sehingga tidak mengalami perubahan kecepatan. Karena ini percepatan benda sama
dengan nol (percepatan adalah perubahan kecepatan dalam selang waktu tertentu)
Keterangan
s : perpindahan / jarak (m)
v : kecepatan (m/s)
t : waktu (s)
analisis data
pada bagian ini kita akan melihat ciri-ciri dari gerak
lurus beraturan berdasarkan data percobaan misalkan
tabel data
suatu benda mengalami perubahan posisi terhadap waktu
yang disajikan dalam tabel berikut:
t (s)
|
x (m)
|
Δx (m)
|
v (m/s)
|
Keterangan
|
0
|
0
|
Perhatikan perpindahan yang dialami benda adalah
konstan dan kecepatan benda konstan 2 m/s
|
||
1
|
2
|
2
|
2
|
|
2
|
4
|
2
|
2
|
|
3
|
6
|
2
|
2
|
|
4
|
8
|
2
|
2
|
|
5
|
10
|
2
|
2
|
Ticker timer
Pola ticker timer pada gerak lurus beraturan
adalah sebagai berikut
Tetesan oli
Pola tetesan Oli pada gerak lurus beraturan
adalah sebagai berikut
Ingatlah !
Perbedaan antara pola ticker timer dan tetesan oli
terletak pada titik awal dan titik akhirnya, pada ticker timer titik awal sama dengan arah gaya
yang menarik (jika gaya menarik ke kanan, maka titik awal berada di kanan)
sedangkan titik awal pada tetesan oli berlawanan dengan arah gerak benda (jika
benda bergerak ke kanan, maka titik awal berada di sebelah kiri)
Analisis grafik
Grafik posisi terhadap waktu (s-t)
Secara umum grafik hubungan posisi terhadap
waktu pada gerak lurus beraturan digambarkan sebagai berikut
Gambar 12. Grafik
(s-t) untuk gerak lurus beraturan
Grafik di atas menunjukkan bahwa benda bergerak searah
dan bergerak semakin jauh dengan kecepatan konstan. Perpindahan adalah besaran
vektor (memiliki besar dan arah), oleh karena itu bentuk grafiknya akan berbeda
jika benda bergerak berlawanan arah.
Adrienne mengendarai mobil dari sekolah ke rumah
Jacques yang berjarak 800 m sebelah timur (east) sekolah, sedangkan rumah
Adrienne berjarak 675 m sebelah barat sekolah. Perjalanan Adrienne digambarkan
dalam diagram berikut
Gambar 13.
Gerak perjalanan mobil Adrienne
(sumber :
Physics 11)
Gambar 14.
Data perjalanan Adrienne (a) dalam grafik, (b) dalam tabel
(sumber :
Physics 11)
Pada gambar 14(a) terlihat ada bagian dari grafik yang terletak di bawah
sumbu x, jika kita cocokkan dengan tabel pada gambar 14(b) posisi grafik
di bawah sumbu x dimulai setelah t = 171 s (karna pada saat ini posisi
mobil kembali ke awal, x = 0 m atau tepat saat di sekolah). Berdasarkan
penjelasan tersebut beberapa informasi yang kita dapatkan antara lain.
·
Grafik
meyimpang ke kanan atas ketika benda belum berbalik arah (sumbu x
positif)
·
Grafik
menyimpang ke kiri bawah ketika benda berbalik arah
·
Grafik
berada di bawah sumbu x ketika posisi benda sudah melewati posisi awal
(sumbu x negatif)
Grafik kecepatan terhadap waktu (v-t)
Gambar 15.
Grafik kecepatan terhadap waktu (v-t)
Karena pada gerak lurus beraturan kecepatan benda konstan
(tidak berubah) maka grafik fungsi kecepatannya berupa garis mendatar sejajar
dengan sumbu x sesuai dengan besar kecepatan benda tersebut.
Pada grafik fungsi kecepatan terhadap waktu
(v-t), jarak yang ditempuh oleh benda dapat ditentukan dengan mencari luas
daerah di bawah grafik. Karna daerah di bawah grafik berbentuk persegi panjang
maka luasnya adalah
Grafik percepatan terhadap waktu (a-t)
Seperti yang sudah dijelaskan di atas, bahwa
pada gerak lurus beraturan kecepatan tidak berubah (konstan) maka tidak ada
percepatan sehingga grafik percepatan terhadap waktu (a-t) pada gerak lurus
beraturan, garisnya akan berhimpit dengan sumbu x seperti gambar di
bawah ini
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Berbeda dengan gerak lurus beraturan yang
memiliki kecepatan konstan, pada gerak lurus berubah beraturan memiliki
perubahan kecepatan yang konstan (perubahan kecepatan disebut dengan
percepatan). Suatu benda yang bergerak lurus berubah beraturan memiliki dua
keadaan yakni bisa kecepatannya meningkat (dipercepat), bisa juga kecepatannya
menurun (diperlambat). Kecepatan maupun percepatan merupakan besaran vektor
yang arahnya perlu dipertimbangkan. Agar lebih mudah memahaminya perhatikan
gambar berikut!
Gambar 17.
(a) pembalap sepeda yang bergerak dengan kecepatan konstan, (b) pembalap sepeda
yang bergerak dipercepat, (c) pembalap sepeda yang bergerak diperlambat
Gambar 17 merupakan beberapa gerakan yang dilakukan oleh
seorang pembalap dengan asumsi waktu tempuh gerakan dari posisi satu ke posisi
selanjutnya adalah sama (a) seorang pembalap sepeda yang bergerak dengan
kecepatan konstan, sehingga tidak terjadi perubahan kecepatan dan percepatan
sama dengan nol, sehingga dapat dikatakan bahwa pembalap bergerak lurus
beraturan. (b) seorang pembalap yang bergerak dengan kecepatan meningkat
(dipercepat) perhatikan arah kecepatan yang searah dengan percepatannya. Sehingga
dapat dikatakan pembalap bergerak lurus beraturan dipercepat (GLBB dipercepat).
(c) seorang pembalap yang bergerak dengan kecepatan menurun (diperlambat),
perhatikan arah kecepatan yang berlawanan arah dengan percepatannya. Sehingga
dapat dikatakan pembalap bergerak lurus berubah beraturan diperlambat (GLBB
diperlambat).
Berdasarkan ilustrasi di atas, maka kita dapat menentukan
ciri-ciri benda yang bergerak berubah beraturan sebagai berikut
·
Perubahan
kecepatan adalah konstan
Perubahan kecepatan ini dapat semakin meningkat atau
semakin menurut. Perubahan kecepatan yang semakin meningkat ditandai dengan
jarak antar posisi yang semakin lebar (gambar 17.a), sedangkan perubahan
kecepatan yang semakin menurut ditandai dengan jarak antar posisi yang semakin
sempit (gambar 17.c)
·
Percepatan
konstan
Konsekuensi dari perubahan kecepatan ditandai dengan
adanya percepatan benda. Percepatan bernilai positif jika searah dengan
kecepatan yang membuat gerak benda semakin cepat (gambar 17.a). Percepatan
bernilai negatif jika berlawanan arah dengan kecepatan yang membuat gerak benda
semakin lambat (gambar 17.b)
Persamaan matematis yang berlaku pada gerak
lurus berubah beraturan adalah
Keterangan :
s = jarak (m)
v0 = kecepatan awal (m/s)
v = kecepatan akhir (m/s)
a = percepatan (m/s2)
t = waktu (s)
analisis data
tabel data
seorang pembalap sepeda mengendarai sepedanya dengan
kecepatan awal 3 m/s dan dipercepat dengan percepatan sebesar 2 m/s2
sehingga didapatkan data untuk 5 detik pertama dan disajikan dalam tabel
berikut
t (s)
|
V0 (m/s)
|
a (m/s2)
|
v (m/s)
|
s (m)
|
Keterangan
|
0
|
3
|
2
|
3
|
0
|
Perhatikan bahwa perubahan perpindahan (s) bertambah
dengan konstan yakni sebesar 2 m
|
1
|
3
|
2
|
5
|
4
|
|
2
|
3
|
2
|
7
|
10
|
|
3
|
3
|
2
|
9
|
18
|
|
4
|
3
|
2
|
11
|
28
|
|
5
|
3
|
2
|
13
|
40
|
ticker timer
pola ticker timer pada gerak lurus
berubah beraturan (GLBB) dipercepat adalah
pola ticker timer pada gerak lurus berubah beraturan (GLBB) diperlambat adalah
Ingatlah !
Perbedaan antara pola ticker timer GLBB dipercepat
maupun diperlambat terletak pada perubahan jarak antar titik (waktu untuk
membuat titik yang berurutan adalah sama). Untuk GLBB dipercepat jarak antar
titik dari awal ke akhir semakin lama semakin jauh, sedangkan untuk GLBB
diperlambat jarak antar titik dari awal ke akhir semakin lama semakin dekat.
tetesan oli
pola tetesan oli pada gerak lurus berubah
beraturan (GLBB) dipercepat adalah
pola tetesan oli pada gerak lurus berubah beraturan (GLBB) diperlambat adalah
Ingatlah !
Perbedaan antara pola tetesan oli GLBB dipercepat
maupun diperlambat terletak pada perubahan jarak antar titik (waktu untuk
membuat titik yang berurutan adalah sama). Untuk GLBB dipercepat jarak antar
titik dari awal ke akhir semakin lama semakin jauh, sedangkan untuk GLBB
diperlambat jarak antar titik dari awal ke akhir semakin lama semakin dekat.
analisis grafik
grafik posisi terhadap waktu (s-t)
secara umum grafik posisi terhadap waktu pada
gerak lurus berubah beraturan adalah sebagai berikut.
Gambar 18.
Grafik perubahan posisi terhadap waktu pada GLBB (a) dipercepat, (b)
diperlambat
Perbedaan dari kedua grafik di atas terletak pada nilai
percepatan yang dialami benda untuk gerak dipercepat percepatan bernilai
positif, sedangkan untuk gerak diperlambat percepatan bernilai negatif. Karena
kedua grafik berada di atas sumbu x menunjukkan benda bergerak searah.
Grafik di atas merupakan tipe grafik fungsi kuadrat sesuai dengan persamaan
pertama untuk GLBB yakni s = v0 t ± ½ a t2.
grafik kecepatan terhadap waktu (v-t)
Secara umum grafik kecepatan terhadap waktu pada
gerak lurus berubah beraturan adalah sebagai berikut
Gambar 19.
Grafik perubahan kecepatan terhadap waktu pada GLBB (a) dipercepat tanpa
kecepatan awal, (b) diperlambat hingga berhenti, (c) dipercepat dengan
kecepatan awal
Grafik 19.a menunjukkan kecepatan sebuah benda yang
dipercepat dengan percepatan tetap dan tanpa kecepatan awal (mula-mula diam)
hal ini ditunjukkan dengan grafik yang dimulai pada koordinat (0,0) hingga
kecepatannya sebesar vt saat tt. Grafik 19.b menunjukkan
kecepatan sebuah benda yang mula-mula bergerak dengan kecepatan vn kemdian
diperlambat dengan perlambatan tetap hingga benda tersebut berhenti yang
ditunjukkan pada saat tn kecepatan benda sama dengan nol. Grafik
19.c menunjukkan sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan awal v0
kemudian dipercepat dengan percepatan konstan hingga kecepatannya menjadi tt.
Grafik kecepatan terhadap waktu di atas merupakan jenis
grafik linear. Hal ini sesuai dengan persamaan (2) pada gerak lurus berubah
beraturan yakni vt = v0 ± at. Jia benda bergerak dari keadaan diam (v0 = 0) maka bentuk
grafiknya seperti gambar 18.a, namun jika benda memiliki kecepatan awal (v0
≠ 0) maka bentuk grafiknya seperti gambar 18.c.
Menentukan jarak yang ditempuh dengan luas daerah di
bawah grafik
Kita juga dapat menentukan jarak yang di tempuh benda,
dengan menghitung luas daerah di bawah grafik kecepatan terhadap waktu.
Untuk grafik (a) dan (b), daerah di bawah grafik
berbentuk segitiga sehingga.
Untuk grafik (c), daerah di bawah grafik berbentuk trapesium sehingga
Perhatikan bahwa kedua persamaan di atas sama dengan
persamaan (4) pada gerak lurus berubah beraturan yakni s = ½ (vt
+ v0).t.
Gambar 20.
Grafik gerak beberapa benda dengan percepatan berbeda
Berdasarkan gambar 20. Maka dapat disimpulkan bahwa
a1 > a2 > a3 >
a4 > a5
grafik percepatan terhadap waktu (a-t)
secara umum grafik percepatan pada gerak lurus
berubah beraturan adalah sebagai berikut!
Gambar 21.
Grafik percepatan terhadap waktu pada GLBB (a) dipercepat, (b) diperlambat
Karena pada gerak lurus berubah beraturan percepatan
bernilai konstan, maka grafiknya berupa garis lurus yang sejajar dengan sumbu x.
(mirip dengan grafik kecepatan terhadap waktu pada benda yang bergerak lurus
beraturan atau grafik posisi terhadap waktu pada benda diam)
Gerak jatuh bebas (GJB) dan gerak vertikal ke atas (GVA)
Pada prinsipnya baik gerak jatuh bebas dan gerak vertikal
ke atas merupakan gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Pada gerak jatuh bebas
dan gerak vertikal ke atas arah geraknya adalah vertikal (sumbu y)
dengan percepatan gravitasi (g) sebagai percepatannya (gaya gesek udara di
abaikan). Beberapa perbedaan antara gerak jatuh bebas dan gerak vertikal ke
atas adalah
Gerak jatuh bebas
(GJB)
|
Gerak vertikal ke atas (GVA)
|
Dari atas ke bawah
|
Dari bawah ke atas
|
Tidak ada kecepatan awal
(v0 = 0)
|
Memiliki kecepatan awal
|
Bergerak dipercepat
|
Bergerak diperlambat
|
Percepatan gravitasi bernilai positif
|
Percepatan gravitasi bernilai negatif
|
Berhenti ketika sampai di tanah
|
Berhenti ketika mencapai titik tertinggi
|
Persamaan matematis
|
|
1.
s
= v0 t + ½ a t2
2.
vt
= v0 + a t
3.
vt2
= v02 + 2 a s
4.
s
= ½ (vt + v0) t
|
1.
s
= v0 t - ½ a t2
2.
vt
= v0 - a t
3.
vt2
= v02 - 2 a s
4.
s
= ½ (vt + v0) t
|
demikian sekedar berbagi ilmu tentang materi kelas X : kinematika gerak lurus, semoga bermanfaat dan mari kita sama-sama belajar.
oh ia jika ada yang terlewat belum membaca bagian 1, klik link dibawah ini
Sumber :
Halliday, D. Dan Resnick, R. 2008, Fundamental of Physics 8th edition, John
Wiley and sons, Inc
Tsokos, K, A, 2014. Physics for the IB Diploma Sixth Edition, Cambrige
University press’s
Homer,
D. Dan Micahel, B, J. 2014, 2014 edition Physics Course Companion. Oxford
university press
Allum,
J. 2017. Physics Study and Revision Guide. Hodder Education.
FHHST
Author. 2008. The Free High School Science Texts: Textbooks for High School
Students Studying the Sciences Physics Grades 10 – 12.
Jewett, Serway. 2004. Physics for Scientists adn
Engineers 6th edition. Thomson brook
terima kasih, sangat membantu saya dalam memahami materi:)
BalasHapus