Arsip Blog

Gerak 1 dimensi (part 1)

Untuk mempermudah pembahasan tentang gerakan, kita akan mulai dengan benda-benda yang posisinya dapat digambarkan dengan menentukan posisi satu titik. Benda semacam itu dinamakan partikel. Orang cendrung membayangkan partikel sebagai benda yang sangat kecil, namun sebenarnya tidak ada batas ukuran yang ditetapkan oleh kata partikel. Sebagai contoh kadang-kadang lebih enak bila mengganggap bumi sebagai partikel yang bergerak mengeliling matahari dalam lintasan yang menyerupai lingkaran (tentunya jika dilihat dari planet atau galaksi lain yang jauh bumi memang akan terlihat seperti sebuah titik kecil). Dalam kasus ini kita tertarik untuk melihat lintasan pusat bumi mengelilingi matahari sehingga ukuran dan rotasi bumi dapat kita abaikan.Dalam beberapa persoalan astronomi bahkan keseluruhan tata surya dan galaksi dapat dianggap sebagai sebuah partikel, Namun bila kita menganalisa rotasi atau struktur internal dari bumi, maka kita tidak dapat lagi memperlakukan bumi sebagai sebuah partikel tunggal. Tetapi pelajaran kita tentang gerakan partikel tetap berguna, bahkan dalam kasus-kasus ini sekalipun, karena benda apapun, tak peduli betapa rumitnya dapat dianggap sebagai kumpulan atau sistem partikel.

1.      Kelajuan, perpindahan dan kecepatan.

Kelajuan rata-rata partikel didefinisikan sebagai perbandingan jarak total yang ditempuh terhadap waktu total yang dibutuhkan atau secara matematis dapat ditulis :

Satuan SI kelajuan rata-rata adalah meter/sekon (m/s) dan satuan lazin di US adalah feet/sekon (ft/s). satuan kelajuan sehari-hari di US adalah mile/jam sedangkan dalam SI dikenal dengan km/jam.

Jika anda menempuh 200 km dalam 5 jam, maka kelajuan rata-rata anda adalah : 200/50 = 40 km/jam. Kelajuan rata-rata tidak menceritakan apa-apa tentang rincian perjalanan itu. Anda mungkin berkendaraan dengan kelajuan tetap 40 km/jam selama 5 jam atau mungkin anda berkendaraan cepat selama sebagian waktu dan lebih lambat selama sisa waktunya atau mungkin anda telah berhenti untuk 1 jam dan kemudian berkendaraan dengan kelajuan berubah-ubah selama 4 jam yang lainnya.

Sedangkan untuk konsep kecepatan sama dengan konsep kelajuan tetapi berbeda karena kecepatan mencakup arah gerakan. Agar mengerti konsep ini, terlebih dahulu akan diperkenalkan konsep perpindahan. Mari kita buat sebuah sistem koordinat dengan memilih titik acuan pada sebuah garis dengan titik asal O. untuk tiap titik lain pada garis itu kita tetapkan sebuah bilangan x yang menunjukkan seberapa jauhnya titik itu dari titik asal. Nilai x bergantung pada satuan (feet, meter atau apapun) yang dipilih untuk mengukur jaraknya. Tanda x bergantung pada posisi relatifnya terhadap titik asal O. kesepakatan yang biasanya kita pilih adalah titik-titik di kanan titik asal diberi nilai positif dan titik-titik dikirinya diberi nilai negatif.

Gambar 1 berikut ini menunjukkan sebuah titik yang berada pada posisi x1 pada saat t1 dan berada pada posisi x2 pada saat t2. Posisi partikel dari titik x2 – x1 disebut perpindahan partikel. Biasanya digunakan huruf Yunani delta (∆) untuk menyatakan perubahan kuantitas, jadi perubahan x dapat ditulis menjadi ∆x atau secara matematis dapat ditulis :

Gambar 1 perpindahan partikel dari x1 ke x2

Kecepatan adalah laju perubahan posisi. Kecepatan rata-rata partikel didefinisikan sebagai perbandingan antara perpindahan (∆x) dengan selang waktu (∆t = t2 – t1). Atau dapat ditulis dalam bentuk rumus :

Perhatikan bahwa perpindahan dan kecepatan rata-rata dapat bernilai positif atau negatif, bergantung pada nilai x2 dan x1. Sesuai dengan perjanjian nilai positif menyatakan partikel bergerak ke kanan dan nilai negatif menyatakan partikel bergerak ke kiri.

Perhatikan gambar 2 berikut ini. Pada gambar ini terlihat sebuah lintasan partikel yang berbentuk kurva dalam bidang koordinat x terhadap t, dimana x menyatakan jarak dan t menyatakan waktu. Tiap titik pada kurva mempunyai nilai x, yang merupakan lokasi partikel pada saat tertentu, dan sebuah nilai t, yang merupakan saat partikel berada dilokasi tersebut. Pada grafik kita gambar garis lurus antara posisi yang dinamai P1­ dan posisi yang dinamai P2, perpindahan ∆x = x2 – x1 dalam selang waktu ∆t = t2 – t1 . garis lurus yang menghubungkan P1 dan P2 adalah sebuah sisi miring segitiga yang memiliki sisi tegak lurus ∆x dan sisi datar ∆t. Rasio ∆x/∆t adalah kemiringan (gradien) garis lurus ini. Dalam istilah goemetri, kemiringan ini merupakan ukuran kecuraman garis lurus pada grafik. Untuk selang waktu tertentu ∆t, makin curam garisnya, makin besar nilai ∆x/∆t. Karena kemiringan garis ini adalah kecepatan rata-rata untuk selang waktu ∆t, maka kita mempunyai tampilan bentuk geometrik untuk kecepatan rata-rata.

Gambar 2 grafik x terhadap

2.     Kecepatan sesaat

Kecepatan sesaat pada saat tertentu adalah kemiringan garis lurus yang menyinggung kurva x terhadap t pada saat itu. Gambar 3 adalah kurva x terhadap t yang sama seperti pada gambar 2 yang menunjukkan ururtan selang waktu ∆t, ∆t1, ∆t2, ∆t3,….. yang masing-masing lebih kecil daripada selang sebelumnnya. Untuk tiap selang waktu ∆t, kecepatan rata-rata adalah kemiringan garis lurus yang sesuai untuk selang itu. Gambar menunjukkan bahwa, jika selang waktu menjadi lebih kecil, garis lurusnya menjadi semakin curam, tetapi garis tersebut tak pernah lebih miring dari pada garis singgung pada kurva t­1. Kemiringan garis singgung ini kita definisikan sebagai kecepatan sesaat pada t1.

Gambar 3 grafik x versus t dari gambar 2

Penting disadari bahwa perpindahan ∆x bergantung pada selang waktu ∆t. Ketika ∆t mendekati nol, demikian juga ∆x (seperti dapat dilihat dari gambar 3), rasio ∆x/∆t mendekati kemiringan garis yang menyinggung pada kurva. Karena kemiringan garis singgung adalah limit rasio ∆x/∆t jika t mendekati nol. Kita dapat menyatakan kembali definisi kita sebagai berikut :

Kecepatan sesaat adalah limit rasio ∆x/∆t jika ∆t mendekati nol atau secara matematis dapat ditulis :

Limit ini dinamakan turunan x terhadap t dalam notasi kalkulus ditulis  :

Kemiringan ini dapat positif (x bertambah besar) atau dapat juga negatif (x bertambah kecil), dengan demikian dalam gerak satu dimensi , kecepatan sesaat dapat bernilai positif maupun negatif. Besarnya kecepatan sesaat disebut kelajuan sesaat.

3.     Percepatan

Bila kecepatan sesaat sebuah partikel berubah seiring dengan berubahnya waktu, maka partikel dikatakan dipercepat. Percepatan rata-rata untuk suatu selang waktu tertentu ∆t = t2 – t1 didefinisikan sebagai rasio ∆v/∆t dengan ∆v = v2 – v1 adalah perubahan kecepatan sesaat untuk selang waktu tersebut.

Dimensi percepatan adalah panjang dibagi (waktu) 2. Satuan yang umum adalah meter per sekon kwadrat atau ditulis m/s2. Artinya bila suatu benda dipercepat dengan percepatan 10 m/s2, maka tiap detik , kecepatan benda tersebut bertambah sebesar 10 m/s. misalnya pada saat t=0; v = 0 maka untuk detik pertama (t=1) maka kecepatan benda menjadi 10 m/s, untuk detik kedua (t=2) kecepatan benda menjadi 20 m/s dan seterusnya.

4.     Percepatan sesaat

Percepatan sesaat adalah limit (rasio ∆v/∆t) dengan ∆t mendekati nol. Jika kita gambar grafik kecepatan terhadap waktu , percepatan sesaat pada saat t didefinisikan sebagai kemiringan garis yang menyinggung kurva pada saat itu

Jadi percepatan adalah turunan kecepatan terhadap waktu. Notasi kalkulus untuk turunan ini adalah dv/dt. Karena kecepatan adalah turunan posisi x terhadap waktu t, percepatan adalah turunan kedua  x terhadap waktu t, yang biasanya ditulis d2x/dt2. Kita dapat melihat alasan notasi semacam ini dengan menulis percepatan sebagai dv/dt dan mengganti v dengan dx/dt:

Jika kecepatan konstan maka percepatan akan sama dengan nol atau ∆v = 0 untuk seluruh selang waktu. Dalam hal ini kemiringan kurva x terhadap t yang bersangkutan tidak berubah. Secara matematik hubungan, percepatan, kecepatan, jarak dan waktu dapat dijabarkan sebagai berikut :

Perubahan jarak terhadap waktu adalah kecepatan :

Perubahan kecepatan terhadap waktu adalah percepatan :

Sumber :

1. Tipler; Fisika untuk sains dan teknik jilid 1, Erlangga

2. Halliday Resnick, Fiska jilid 1, Erlangga

Download file asli klik di sini : http://www.2shared.com/file/clmjLC-i/Gerak_1_dimensi__part1_.html

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 28 pengikut lainnya.