Seri Kinematika 1: Gerak Lurus
Sahabat Pintar, apa yang pertama kalian pikirkan ketika mendengar kata “Gerak” ? Tentu jawaban singkatnya adalah sesuatu yang berpindah. Contoh paling sederhananya adalah ketika kita ingin keluar dari kamar dan menuju dapur, fenomena ini sudah dapat kita sebut sebagai gerak.
Dalam fisika, gerak merupakan konsep yang sangat mendasar dalam mengamati dan mempelajari bagaimana alam semesta ini bekerja. Mengamati dan mempelajari objek sekecil elektron dan bahkan sebesar bintang di luar angkasa pun sangat diperlukan sekali para fisikawan untuk memahami konsep “gerak” tersebut.
Macam-macam gerak yang dipelajari sebagai pengantar ada 2 jenisnya yaitu gerak lurus dan gerak melingkar. Pada tulisan ini hanya membahas gerak lurus saja sebagai paduan kalian dalam mempelajari salah satu materi gerak ini. Diharapkan pengantar materi ini dapat menambah wawasan anda terkait bagaimana alam memainkan perannya.
Untuk pengantar materi gerak lurus ini kita akan mempelajari tentang pengertian gerak lurus, komponen gerak lurus, dan juga jenis-jenis dari gerak lurus tersebut.
Pengertian Gerak Lurus
Secara sederhana gerak lurus dapat diartikan sebagai perpindahan suatu objek yang bentuk lintasannya adalah berupa garis lurus. Dalam hal ini, garis lurus yang dimaksud dapat berupa lintasan vertikal, horizontal, dan juga diagonal yang bentuknya lurus saja.
Dalam fisika, ilmu yang mempelajari tentang bagaimana suatu objek bergerak disebut sebagai kinematika, sehingga gerak lurus ini termasuk ke dalam kinematika atau bisa disebut sebagai kinematika partikel jika kita mempelajari gerak suatu partikel.
Kerangka Acuan Gerak
Kerangka acuan gerak dapat diartikan sebagai titik awal mula suatu objek bergerak, hal ini sangat penting karena jika tidak menggunakan kerangka acuan, maka kita tidak akan bisa menganalisa pergerakan dari objek tersebut.
Titik awal mula suatu objek dapat kita tentukan sendiri dan biasanya titik awal selalu berada pada titik origin. Titik origin adalah koordinat yang titik awalnya adalah 0, untuk koordinat kartesian 2 dimensi yaitu jika titik di sumbu x = 0 dan sumbu y = 0. Koordinat kartesian 2 dimensi ini kita sebut sebagai koordinat rektangular.
Perlu diingat dalam mempelajari gerak ini, biasanya acuan yang digunakan adalah nilai bertanda positif jika geraknya ke kanan atau atas. Sedangkan nilai bertanda negatif jika geraknya ke kiri atau bawah.
Perpindahan dan Jarak
Perpindahan dan jarak pada hakikatnya sama-sama komponen dari gerak lurus, namun keduanya memiliki perbedaan yang sangat mendasar. Secara definisi, jarak adalah seberapa jauh objek itu bergerak dari titik originnya, sedangkan perpindahan adalah perubahan posisi dari suatu objek terhadap titik originnya. Perbedaannya yaitu jarak tidak bergantung pada arah sedangkan perpindahan bergantung pada arah. Sebagai contoh perhatikan gambar berikut.
Dari gambar tersebut dapat kita lihat perbedaan dari jarak dan juga perpindahan. Pada kasus tersebut suatu objek bergerak pertama sejauh 70 meter ke kanan kemudian bergerak lagi 30 meter ke kiri. Yang kita sebut sebagai jarak adalah seberapa jauh objek tersebut bergerak tidak peduli arahnya kemana, sehingga jarak dari objek tersebut adalah 70 meter + 30 meter = 100 meter.
Kemudian yang kita sebut sebagai perpindahan yaitu perubahan posisi objek terhadap titik awalnya, dengan acuan kanan adalah positif dan kiri negatif, maka perpindahan objek yaitu 70 meter - 30 meter = 40 meter ke kanan karena bernilai positif. Secara umum rumus untuk perpindahan dan jarak adalah :
Perlu diingat bahwa untuk perpindahan tidak selalu dikurang, itu semua tergantung dari bagaimana nanti arah objek tersebut bergerak.
Kecepatan dan Kelajuan Rata-Rata
Seperti halnya perpindahan dan jarak, maka untuk objek pun juga memiliki dua komponen gerak yaitu kelajuan dan kecepatan rata-rata. Secara pengertiannya, Kecepatan rata-rata adalah ketika suatu objek melakukan perpindahan dalam selang waktu tertentu dengan dipengaruhi oleh arah objek tersebut.
Sedangkan Kelajuan rata-rata adalah seberapa jauh objek tersebut menempuh jarak tertentu dalam kurun waktu tertentu dengan tidak dipengaruhi oleh arah objek tersebut. Untuk rumusnya adalah sebagai berikut.
Seperti contoh gambar sebelumnya semisal objek tersebut menempuh lintasan tersebut dalam waktu 10 detik, maka kelajuan rata-ratanya adalah 100/10 = 10 m/s, sedangkan kecepatan rata-ratanya adalah 40/10 = 4 m/s ke kanan.
Perlu diperhatikan untuk tanda negatif pada nilai kecepatan dapat berarti 2 hal, pertama yaitu objek tersebut bergerak ke arah kiri atau bawah, kedua yaitu kecepatan objek tersebut yang berkurang perlahan.
Percepatan dan Perlajuan Rata-Rata
Dengan konsep yang sama seperti sebelumnya, untuk percepatan yaitu berkaitan dengan kecepatan suatu objek dalam selang waktu tertentu dengan dipengaruhi oleh arah objek tersebut.
Begitu juga dengan perlajuan yaitu berkaitan dengan kelajuan suatu objek dalam selang waktu tertentu dengan tidak dipengaruhi oleh arah objek tersebut. Untuk rumusnya adalah sebagai berikut :
Perlu diingat juga bahwa jika percepatan bernilai negatif maka dapat diartikan 2 hal, pertama yaitu percepatan objek tersebut ke arah kiri atau bawah, dan kedua yaitu objek tersebut mengalami perlambatan.
Kecepatan dan Percepatan Sesaat
Pada kenyataannya suatu objek yang bergerak tidak selalu memiliki kecepatan dan percepatan yang sama di tiap waktunya. Misalnya suatu mobil bergerak sejauh 1 km dalam waktu 20 detik, tentu kecepatan rata-ratanya adalah 50 m/s.
Tapi selama waktu 20 detik itu tentu mobil tersebut tidak mungkin bergerak dengan kecepatan 50 m/s terus menerus. Pasti ada saat dimana mobil tersebut mengalami perubahan kecepatan secara sangat cepat seperti saat melewati polisi tidur.
Perubahan kecepatan dan percepatan yang relatif singkat itulah yang kita sebut sebagai kecepatan dan percepatan sesaat. Secara rumus untuk kecepatan dan percepatan sesaat dengan waktu yang amat sangat singkat (mendekati 0 detik) adalah :
Dalam kalkulus, aplikasi dari turunan dapat kita terapkan pada kasus percepatan dan kecepatan sesaat. Untuk waktu yang relatif sangat amat singkat, maka rumusnya dapat menjadi :
Dimana x(t), v(t), dan a(t) adalah posisi, kecepatan, dan percepatan pada sesaat waktu t.
Gerak Lurus Beraturan (GLB)
Gerak lurus beraturan ini pada dasarnya adalah ketika sebuah objek bergerak lurus dengan kecepatan yang konstan. Dalam hal ini jika suatu objek bergerak dengan kecepatan rata-rata yang sama (v1 = v2), percepatan objek tersebut yaitu :
Sehingga dapat disimpulkan bahwa benda yang mengalami gerak lurus beraturan memiliki kecepatan konstan dan juga memiliki percepatan yang bernilai 0 m/s² atau tidak mempunyai percepatan.
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Berbeda dari gerak lurus beraturan dimana percepatannya bernilai 0, GLBB ini adalah kondisi gerak dengan percepatan yang bernilai konstan a. Jika suatu objek bergerak dengan percepatan konstan, berarti objek tersebut mengalami perubahan kecepatan secara bertahap. Untuk perubahan waktu yang konstan (t₀ = t₁), maka rumusnya :
Dimana untuk kecepatan rata-rata pada kondisi GLBB dapat didefinisikan sebagai :
Sehingga untuk mencari posisi pada GLBB ini adalah :
Kemudian untuk mencari kecepatan objek jika diketahui posisi dan percepatannya yaitu :
Dari persamaan di atas dapat dikumpulkan rumus-rumus yang sangat berguna untuk mengerjakan soal terkait GLBB yaitu :
Contoh Soal Pemahaman :
Muatan elektron pada awalnya bergerak dengan kecepatan v₀ = 1,5 x 10⁵ m/s memasuki celah sepanjang 1 cm. Setelah masuk celah tersebut kecepatan elektron melesat naik menjadi 4 x 10⁶ m/s. Tentukan percepatan elektron tersebut !
Penyelesaian:
Diketahui:
Karena ini adalah gerak GLBB maka kita gunakan rumus pokok yang sudah dijabarkan di atas dengan acuan titik origin (d₀ = 0) yaitu :
Nah, gimana Sahabat Pintar? Apakah kamu sudah memahami materi tentang Gerak Lurus ini? Beri komentar di bawah, ya!
Referensi:
· Giancoli, Douglas C. 1985. Physics: Principles With Applications. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall.
· Walker, Jearl, Robert Resnick, and David Halliday. 2014. Halliday & Resnick Fundamentals of Physics. N.J.: Wiley.
