Materi Fisika Kelas X : Gerak dalam Satu Dimensi

IPA-Area; Sebenarnya, semua benda yang ada di alam semesta dapat dianggap sebagai sebuah benda titik atau disebut partikel. Ukuran sebuah partikel tidak memiliki batas, yang artinya semua benda termasuk Bumipun dapat dianggap sebagai partikel jika dilihat dari galaksi yang jauh. Nah, kali ini materi yang dibahas adalah Gerak dalam Satu Dimensi. Semoaga bermanfaat

A. Jarak dan Perpindahan

Ingatlah ketika Anda pergi ke sekolah melewati jalan yang biasa Anda lewati. Tahukah Anda, berapa jauhkah jarak yang telah Anda tempuh dari rumah hingga ke sekolah Anda? Berapakah perpindahannya? Ke manakah arahnya? Mungkin jawabannya akan berbeda-beda antara Anda dan teman Anda. Akan tetapi, tahukah Anda maksud dari jarak dan perpindahan tersebut?

Jarak dan perpindahan adalah besaran Fisika yang saling berhubungan dan keduanya memiliki dimensi yang sama, tetapi memiliki makna fisis yang berbeda. Jarak merupakan besaran skalar, sedangkan perpindahan merupakan besaran vektor. Perhatikan Gambar berikut.

Roni berlari dari A ke B, kemudian berbalik ke arah C. Jarak yang ditempuh oleh Roni adalah panjang lintasan dari A ke B, yakni 15 m, kemudian ditambah dari B ke C, yakni 5 m sehingga jarak total yang ditempuh adalah 20 m. Jarak yang dimaksud di sini adalah panjang lintasan yang dilalui Roni dan tidak bergantung ke mana arah Roni berlari. Bagaimana dengan perpindahannya? Perpindahan Roni adalah dari A ke C. Mengapa demikian? Seperti yang telah dipelajari sebelumnya, perpindahan merupakan besaran vektor sehingga perpindahan Roni hanya dilihat dari perubahan kedudukannya. Pertama di posisi A, kemudian berubah kedudukan akhirnya di C. Besarnya perpindahan Roni adalah 10 m dan arahnya dari A ke C.

B. Kelajuan dan Kecepatan

Ketika Anda mengendarai sebuah mobil, pernahkah Anda memperhatikan jarum penunjuk pada speedometer? Menunjukkan nilai apakah yang tertera pada speedometer tersebut? Apakah kecepatan atau kelajuan? Dua besaran turunan ini sama jika dipandang dari segi satuan dan dimensi, tetapi arti secara fisisnya berbeda. Tahukah Anda di mana letak perbedaan fisisnya? 

Kelajuan merupakan besaran skalar, sedangkan kecepatan merupakan besaran vektor. Nilai yang terbaca pada speedometer adalah nilai kelajuan sebuah mobil karena yang terbaca hanya nilainya, sedangkan arahnya tidak ditunjukkan oleh alat ukur tersebut.

1. Kelajuan Rata-Rata

Ketika Anda berlari pada suatu lintasan, pernahkah Anda merasakan bahwa waktu yang diperlukan untuk melewati lintasan tersebut berubah-ubah? Misalkan, Anda dapat menempuh jarak 120 meter dalam waktu 60 sekon, kemudian Anda mempercepat lari Anda sehingga dapat menempuh jarak 150 m dalam waktu 60 sekon. Karena energi Anda berkurang, Anda hanya mampu menempuh jarak 100 meter dalam waktu 120 sekon sampai Anda berhenti. Kelajuan rata-rata lari Anda adalah

Kelajuan lari rata-rata Anda adalah 1,54 m/s. Nilai kelajuan ini bukan kelajuan Anda setiap saat ketika berlari, melainkan rata-rata dari kelajuan yang Anda miliki selama proses berlari.

Kelajuan rata-rata adalah jumlah jarak yang ditempuh dalam selang waktu tertentu. Secara matematis, dapat ditulis dalam persamaan berikut.

Kelajuan Rata-Rata = Jumlahjarak yang ditempuh/waktu tempuh

Dari persamaan kelajuan rata-rata menunjukkan bahwa tidak ada benda yang memiliki kelajuan yang tetap atau konstan. Sebuah benda hanya memiliki kelajuan rata-rata dari jumlah kelajuan yang dimilikinya dalam selang waktu tertentu.

2. Kecepatan Rata-Rata

Seperti pembahasan sebelumnya, kelajuan merupakan besaran skalar, sedangkan kecepatan merupakan besaran vektor. Perbedaan secara fisis ini berlaku juga pada kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata. Kecepatan ratarata adalah besarnya perpindahan sebuah benda dalam selang waktu tertentu. Secara matematis persamaan kecepatan rata-rata dapat dituliskan sebagai berikut.

3. Kelajuan dan Kecepatan Sesaat

Ketika sebuah mobil bergerak dengan kelajuan tertentu, Anda dapat melihat besarnya kelajuan mobil tersebut pada speedometer. Kelajuan sebuah mobil dalam kenyataannya tidak ada yang konstan, melainkan berubahubah. Akan tetapi, Anda dapat menentukan kelajuan pada saat waktu tertentu. Kelajuan yang dimaksud adalah kelajuan sesaat. Kelajuan sesaat merupakan besaran skalar, sedangkan kecepatan sesaat merupakan besaran vektor. Oleh karena itu, kelajuan sesaat disebut juga sebagai nilai dari kecepatan sesaat.

Kelajuan atau kecepatan sesaat berlaku untuk Δt mendekati nilai nol. Umumnya, konsep kelajuan dan kecepatan sesaat digunakan pada kejadian yang membutuhkan waktu yang sangat pendek. Misalnya, kelajuan yang tertera pada speedometer. Kecepatan sesaat secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

dengan Δt mendekati nol. Karena Anda belum mendapatkan materi mengenai limit maka persamaan

tersebut dapat ditulis

C. Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Suatu benda dikatakan bergerak lurus beraturan jika lintasan yang dilalui benda tersebut berupa bidang lurus dan memiliki kecepatan yang tetap untuk setiap saat. Pada kenyataannya, gerak dengan kecepatan yang konstan sulit ditemukan. Untuk materi dalam bab ini, digunakan pengandaian yang lebih mendekati. Misalnya, sebuah kereta api yang bergerak pada lintasan rel yang lurus dan tanpa hambatan atau sebuah mobil yang bergerak di jalan tol bebas hambatan.

Untuk lebih memahami materi gerak lurus beraturan (GLB), perhatikan gerak seorang pelari dalam tabel berikut.

Dari Tabel 3.1, dapat dibuat grafik seperti pada Gambar 3.3. Gambar tersebut menunjukkan nilai kecepatan rata-rata seorang pelari yang dimulai pada jarak awal 5 meter. Gambar 3.3 menunjukkan sebuah grafik yang linear terhadap waktu. Kelinearan inilah yang menunjukkan bahwa gerak seorang pelari tersebut adalah lurus beraturan. Kecepatan rata-rata pelari tersebut dapat dihitung menggunakan Persamaan (3–1).

D. Percepatan

1. Percepatan Rata-Rata

Dalam kehidupan sehari-hari, sulit menemukan benda atau materi yang bergerak dengan kecepatan yang konstan. Sebuah benda yang bergerak cenderung dipercepat atau diperlambat gerakannya. Proses mempercepat dan memperlambat ini adalah suatu gerakan perubahan kecepatan dalam selang waktu tertentu atau disebut sebagai percepatan. Percepatan merupakan besaran vektor, sedangkan nilainya adalah perlajuan yang merupakan besaran skalar. Secara matematis, percepatan dan perlajuan dapat dituliskan sebagai berikut.

dengan v2 adalah kecepatan pada saat t2 dan v1 adalah kecepatan pada saat t1.

2. Percepatan Sesaat

Percepatan sesaat dapat didefinisikan sebagai perubahan kecepatan pada saat selang waktu yang singkat. Seperti halnya kecepatan sesaat, percepatan sesaat terjadi dalam kejadian yang memiliki selang waktu yang sangat pendek atau mendekati nol.

dengan Δt mendekati nilai nol.

Alat ukur yang dapat menentukan kecepatan sesaat dan percepatan sesaat adalah ticker timer. Hasil ketikan yang dilakukan ticker timer tersebut dapat menentukan gerakan yang dilakukan oleh sebuah benda. Hasil ketikan berupa titik-titik dengan jarak antartitik berbeda-beda. Perbedaan jarak antartitik menunjukkan bahwa benda tersebut sedang bergerak dipercepat atau diperlambat. Semakin besar jarak antartitik, semakin besar percepatan yang dilakukan oleh sebuah benda. Semakin pendek jarak antartitik, semakin besar perlambatan yang dilakukan oleh sebuah benda hingga benda tersebut berhenti. Jika jarak antartitik tetap, berarti benda tidak melakukan percepatan maupun perlambatan, melainkan memiliki kecepatan yang konstan.

Perhatikan Gambar dibawah. Alat pewaktu ketik, ticker timer, memberikan data kecepatan sebuah benda yang bergerak. Dari waktu pertama hingga waktu keempat, kecepatan benda tersebut adalah konstan, kemudian mulai waktu kelima hingga waktu kesebelas, benda tersebut mengalami percepatan, hal ini dapat dilihat dari jarak antara titik yang semakin membesar.

Anda dapat mencoba pengukuran kecepatan sebuah benda menggunakan alat ini di rumah atau di sekolah. 

E. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

Setelah Anda mempelajari materi mengenai gerak lurus beraturan, Anda tentu harus mengetahui bahwa tidak ada benda yang selalu dapat bergerak dengan kecepatan konstan. Sebuah benda yang bergerak tidak selalu memiliki kecepatan yang konstan dan lintasan yang lurus. Dalam kehidupan seharihari, setiap benda cenderung untuk mempercepat dan memperlambat secara tidak beraturan.

Gerak lurus yang memiliki kecepatan berubah secara beraturan disebut gerak lurus berubah beraturan (GLBB). Benda yang bergerak berubah beraturan dapat berupa bertambah beraturan (dipercepat) atau berkurang beraturan (diperlambat). Jika Anda perhatikan Gambar disamping, akan diperoleh sebuah persamaan percepatan, yaitu besarnya tangen α .

Dari persamaan percepatan rata-rata, diperoleh a = Δv/Δt, dengan Δv = vt – v0, vt adalah kecepatan akhir, v0 adalah kecepatan awal dan Δt = t – t0. Oleh karena t0 = 0

1. Gerak Vertikal ke Bawah

Setiap benda yang dilepas dari suatu ketinggian tertentu dekat permukaan Bumi, akan jatuh ke permukaan Bumi. Hal ini terjadi karena terdapat medan gravitasi Bumi yang menyebabkan benda selalu jatuh ke permukaan Bumi. Benda yang jatuh secara vertikal dapat memiliki kecepatan konstan jika hambatan udara dapat diabaikan. Benda yang jatuh dapat memiliki kecepatan awal ataupun tidak. Benda yang tidak memiliki kecepatan awal (v = 0) disebut benda bergerak jatuh bebas.

Gerak vertikal ke bawah yang memiliki kecepatan awal dapat Anda temukan contohnya dalam kehidupan sehari-hari misalnya, Anda melemparkan sebuah benda dari gedung bertingkat. Benda akan memiliki kecepatan awal dari hasil lemparan Anda.

2. Gerak Vertikal ke Atas

Coba Anda lemparkan sekeping uang logam ke atas atau air mancur di taman yang meluncur. Amati apa yang terjadi pada uang logam dan air mancur tersebut. Mengapa ketika sekeping uang dilemparkan ke atas kecepatannya makin berkurang? Gerak yang Anda lakukan adalah gerak vertikal ke atas. Gerak ini memiliki kecepatan awal saat akan bergerak dan kecepatannya berkurang karena dipengaruhi oleh medan gravitasi Bumi. Pada titik tertinggi, benda berhenti sesaat sehingga nilai vt = 0 dan benda akan jatuh secara bebas hingga benda tersebut mencapai tanah.

Referensi:

Aip Saripudin, Dkk. (2009). Praktis Belajar Fisika untuk Kelas X SMA. Jakarta: Pusat Perbukuan Depdiknas