Kinematika Satu Dimensi (Perpindahan dan Kecepatan)

Mekanika merupakan sebuah ilmu yang mempelajar tentang bagaimana suat benda itu bergerak serta mempelajari konsep-konsep tentang gaya dan energi. Mekanika sendiri dibagi menjadi dua bagian yaitu kinematika dan dinamika. Kinematika membahas tentang bagaimana benda itu bergerak tanpa membahas penyebabnya sedangkan dinamika membahas tentang  gerak benda dengan mengaitkannya dengan penyebab gerak tersebut. Singkatnya kinematika menanyakan bagaimana benda itu bergerak ?, sedangkan dinamika menanyakan mengapa benda itu bergerak seperti itu ?. 

Ketika membahas tentang kinematika maka akan dibahas pula tentang apa itu perpindahan, kecepatan serta percepatan. Tapi tenang saja dalam artikel ini akan dibahas dengan jelas apa itu perpindahan, kecepatan dan percepatan. 

 

Perpindahan. Ketika membahas tentang perpindahan jangan lupakan kerangka acuan. Apa itu kerangka acuan ?, Kerangka acuan merupakan suatu titik perspektif dimana suatu sistem itu diamati. Sebagai contoh,  Ketika kita berada di dalam kereta api yang melaju 80 km/jam, misalkan terdapat orang yang berjalan ke arah depan kereta dan melewati kita dengan kelajuan 5 km/jam. Apabila kereta menjadi kerangka acuan kelajuan dari orang yang berjalan tersebut adalah 5 km/jam, namun apabila permukaan tanah yang dijadikan sebagai kerangka acuan maka kelajuan orang tersebut adalah 80 km/jam + 5 km/jam = 85 km/jam. Ilustrasi dari gerakan orang tersebut dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Ilustrasi seseorang berjalan menuju bagian depan kereta dengan kelajuan 5 km/jam dan kereta bergerak dengan kelajuan 80 km/jam terhadap tanah. 

Setelah memahami kerangka acuan penting juga untuk membedakan antara jarak (distance) yang ditempuh benda dan perpindahan (displacement). Jarak  didefinisikan sebagai perubahan posisi benda sedangkan perpindahan  adalah seberapa jauh suatu benda bergerak dari titik awalnya. 

Contoh 1: 

Seseorang berjalan 70 m ke arah timur dan kemudian berputar arah dan berjalan kembali ke barat sejauh 30 m. Jarak total yang ditempuh oleh orang tersebut adalah 100 m sedangkan perpindahannya hanyalah 40 m dari titik awalnya. Ilustrasi dari peristiwa tersebut ditunjukkan pada gambar 2. 

Gambar 2. Seseorang berjalan 70 m ke arah timur dan kemudian berputar arah dan berjalan kembali ke barat sejauh 30 m.

 Perpindahan merupakan besaran vektor (memiliki magnitudo dan arah). Sebagai contoh gambar 2 panah biru menunjukkan perpindahan yang magnitudonya 40 m dan arahnya ke kanan (timur). 

Contoh 2: 

Seorang manusia bergerak dari x1 = 30 m dan berjalan ke kiri x2 = 10 m besarnya perpindahan orang tersebut adalah :

Gambar 3. Seorang manusia bergerak dari x1 = 30 m dan berjalan ke kiri x2 = 10 m

Besarnya perpindahan dari orang tersebut adalah 20 m dan panah biru merepresentasikan vektor perpindahannya ke kiri. Pada gerak satu dimensi di sepanjang sumbu X, vektor ang menunjuk ke kanan adalah positif sedangkan vektor yang menunjuk ke kiri adalah negatif.

Kecepatan. Ketika membahas tentang gerak maka tidak pernah terpsahkan dari kecepatan, karena kecepatan merepresentasikan seberapa cepat benda tersebut bergerak. Penting untuk mengetahui perbedaan dari kecepatan (Velocity) dan kelajuan (Speed). Kelajuan didefinisikan sebagai seberapa cepat benda itu bergerak dalam suatu interval waktu tertentu tanpa memperhatikan arahnya. Sedangkan kecepatan adalah besaran yang menunjukkan seberapa cepat benda itu bergerak dan kemana arah benda tersebut bergerak. Kelajuan merupakan besaran skalar karena hanya memiliki nilai saja sedangkan kecepatan merupakan besaran vektor karena memiliki nilai dan arah.

Contoh Soal

Kecepatan rata-rata pelari

Posisi seorang pelari sebagai fungsi dari waktu dapat diplotkan sebagai gerakan di sepanjang sumbu x suatu sistem koordinat. Selama inteval 3,00 s posisi pelari berubah dari 𝑥1 = 50,0 m menjadi 𝑥2 = 30,5 m berapakah kecepatan rata-rata pelari itu ? 

Gambar 4. Seseorang berlari dari 𝑥1 = 50,0 m ke arah 𝑥2 = 30,5 m.  
Δ𝑥 = 𝑥2 - 𝑥1 = 30,5 m - 50,0 m = -19,5 m
Δt = 3,00 s

Perpindahan dan kecepatan rata-rata bernilai negatif yang menyiratkan bahwa pelari bergerak ke kiri di sepanjang sumbu X, sebagaimana ditunjukkan oleh panah biru pada gambar 4. 

Latihan 

1. Berapa jauh yang bisa ditempuh oleh seorang pengendara sepeda dalam waktu 2,5 jam di sepanjang jalan lurus, apabila kecepatan rata-ratanya adalah 18 km/jam ?

2. Sebuah mobil melaju konstan 50 km/jam sepanjang 100 km. Kemudian kelajuannya bertambah hingga 100 km/jam dan menempuh 100 km berikutnya. Berapakah kelajuan rata-rata mobil sepanjang perjalanan 200 km itu ?

3. Rina berkedara pulang dari sekolah dengan kecepatan stabil 95 km/jam sejauh 180 km. Hujan kemudian mulai turun dan Rina memperlambat kendaraan menjadi 65 km/jam. Rina tiba di rumah setela berkendara selama 4,5 jam. a). Berapakah jauh jarak rumah Rina dai sekolah ?. b). Berapakah kelajuan rata-rata Rina ?