Pernahkah kamu memperhatikan benda-benda yang bergerak di sekitarmu? Kemudian berpikir bagaimanakah bentuk gerak benda-benda tersebut? Bagaimana pula persamaan geraknya? Pada materi kinematika gerak, juga dilengkapi dengan beberapa contoh soal kinematika yang pemecahan masalahnya dapat diselesaikan melalui rumus kinematika. Nah, berikut ini kamu akan mendapatkan semua penjelasan tersebut.
Daftar Isi
Pengertian Kinematika
Kinematika merupakan salah atu cabang ilmu fisika. Materi kinematika ini akan mempelajari mengenai gerakan benda, mengetahui gerakan benda lurus, melingkar atau mungkin membentuk lintasan parabola. Dan juga mempelajari perubahan gerak pada benda. Dimana perubahan gerakan benda menunjukkan adanya percepatan.
Untuk mengetahui gerak sebuah partikel, maka ada 3 besaran fisis yang digunakan yaitu: Posisi (r) satuannya meter (posisi relatif, perpindahan, jarak tempuh), Kecepatan (v) satuannya m/s (kecepatan rata-rata dan sesaat) dan Percepatan (a) satuannya m/s2 (percepatan rata-rata dan sesaat).
Baca juga: Materi Momentum
Posisi, Kecepatan dan Percepatan pada Gerak Lurus dan Gerak Parabola
Gerak Lurus
Gerak lurus merupakan suatu gerak yang lintasannya berbentuk garis lurus. Gerak lurus ini bisa dianggap hanya bergerak pada satu dimensi atau pada satu arah saja. Karena bergerak hanya satu arah, maka tanda vektor dapat dihilangkan.
Posisi merupakan besaran skalar. Dimana posisi ialah sebuah kondisi yang menggambarkan kedudukan suatu benda terhadap titik acuan dalam suatu koordinat. Dalam gerak lurus, kamu juga akan memahami kinematika dengan analisis vektor. Yang perlu diketahui jika dalam gerak lurus tersebut, kamu hanya menggunakan satu dari tiga koordinat dalam menentukan posisi benda yang berubah terhadap waktu. Bisa memilih sumbu yang bertepatan dengan lintasan benda, seperti sumbu-X yang horizontal. Posisi tersebut dapat dinyatakan dengan vektor satuan pada sumbu-X yang ditulis i dan sumbu-Y yang ditulis j.
Persamaannya:
Perpindahan (Δr) merupakan besaran vektor, sehingga perpindahan memiliki arah. Perpindahan adalah perubahan posisi benda dalam waktu tertentu. Perpindahan dapat dirumuskan sebagai berikut:
Dan cara menentukan nilai arah pada perpindahan adalah sebagai berikut:
Kecepatan (v) adalah perpindahan benda yang terjadi tiap satuan waktunya. Sedangkan kelajuan merupakan nilai dari kecepatan itu sendiri.
Persamaannya:
Kecepatan rata-rata adalah perubahan perpindahan benda dibagi waktu yang dibutuhkan.
Persamaannya:
Kecepatan rata-rata partikel dalam bidang dapat juga dinyatakan secara vektor yaitu dalam komponennya terhadap sumbu-X dan Y.
Persamaannya:
Perbedaan antara kecepatan rata-rata dengan kelajuan rata-rata yaitu jika kecepatan rata-rata merupakan besaran vektor karena perpindahan adalah perubahan posisi. Sedangkan kecepatan sesaat merupakan turunan pertama dari fungsi posisi, yaitu:
Pada setiap benda yang mengalami perubahan kecepatan akan mengalami percepatan. Percepatan adalah pertambahan kecepatan pada setiap satuan waktu.
Persamaannya:
Percepatan rata-rata adalah perubahan kecepatan dalam waktu tertentu.
Persamaannya:
Dengan arah percepatan:
Percepatan sesaat merupakan hasil turunan pertama dari fungsi kecepatan dan turunan kedua dari fungsi posisi. Maka nilainya adalah sebagai berikut:
Kecepatan dapat ditentukan menggunakan integral dari fungsi percepatan, yaitu seperti berikut ini:
Baca juga: Teori Kinetik Gas
Gerak Parabola
Gerak parabola adalah gerak dua dimensi dimana resultan perpindahan suatu benda yang bergerak lurus beraturan pada arah horizontal dan gerak lurus berubah beraturan pada arah vertikal. Dalam menganalisis gerak parabola, maka dapat digambarkan sebagai dua gerak yang terpisah, yaitu gerak lurus beraturan (GLB) pada sumbu-X dan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) pada sumbu-Y. Setiap gerak ini tidak saling mempengaruhi sehingga bola yang dijatuhkan bebas dan bola yang dilempar secara horizontal pada saat bersamaan akan jatuh di tanah pada saat yang bersamaan pula.
Persamaan kecepatan awal horizontal (V0x) dan kecepatan awal vertikal (V0y) yaitu sebagai berikut:
Persamaan jarak terjauh (Xh) dan titik tertinggi (Yh) adalah:
Persamaan jarak horizontal pada titik terjauh sama dengan dua kali rumus jarak terjauh yaitu:
Jadi, untuk mencapai titik tertinggi maka waktu yang dibutuhkan adalah:
Lama waktu terbang suatu benda (titik terakhir) adalah:
Untuk memahami lebih jelas, sebagai contoh dapat dilihat seperti dibawah ini:
Dari sebuah menara, Ali melempar bola dengan kecepatan awal horizontal Ux dan kecepatan awal vertikal Uy = 0. Bola yang terlempar diketahui bahwa komponen kecepatan dalam horizontal adalah konstan (tetap) karena tidak ada percepatan dalam arah horizontal. Sedangkan komponen kecepatan arah vertikal mengalami percepatan yang sama dengan percepatan gravitasi yaitu sebesar 9,8 m/s2.
Lamanya bola di udara bergantung pada gerak vertikalnya. Besar kecepatan bola dapat dirumuskan sebagai berikut:
Dimana:
Vx = komponen kecepatan dalam arah horizontal (konstan)
Vy = komponen kecepatan bola dalam arah vertikal
Arah kecepatan benda pada gerak parabola dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:
Ketinggian maksimum merupakan titik tertinggi yang dapat dicapai oleh sebuah benda pada gerak parabola. Saat benda mencapai ketinggian maksimum, komponen kecepatan dalam arah sumbu-Y nya adalah sama dengan nol (Vy = 0).
Jangkauan maksimum (Xmaks) adalah jarak horizontal terjauh (maksimum) yang dapat dijangkau oleh sebuah benda pada gerak parabola yang terbentuk. Saat benda mencapai jangkauan maksimum, maka didapatlah jika tinggi benda adalah y=0.
Untuk mencapai jangkauan maksimum, waktu yang dibutuhkan benda adalah dua kali waktu yang diperlukan benda untuk mencapai ketinggian maksimum.
Persamaan:
Dengan mensubtitusi persamaan di atas ke dalam persamaan posisi dalam arah sumbu-X sebelumnya, jangkauan maksimum yang dapat dicapai benda dapat dirumuskan sebagai berikut:
Posisi, Kecepatan dan Percepatan Sudut pada Gerak Melingkar
Sebuah partikel selain bergerak lurus juga dapat bergerak melingkar. Gerak melingkar adalah gerak pada sebuah benda yang lintasannya berupa lingkaran yang mengelilingi suatu titik tetap. Dalam kehidupan sehari-hari banyak sekali contoh gerak melingkar misalnya gerak roda, mobil bergerak menikung pada belokan, gerak bumi mengelilingi matahari, bulan mengelilingi matahari, jarum jam yang berputar dan sebagainya.
Kecepatan sudut pada gerak melingkar dengan jari-jari konstan R adalah:
Hubungan antara kecepatan sudut dan kecepatan linear (kecepatan tangensial) yaitu:
Arah kecepatan linear searah dengan arah lintasan partikel.
Percepatan linear atau percepatan tangensial yang dimiliki partikel yaitu arahnya sejajar lintasan partikel.
Pada gerak melingkar dengan kecepatan konstan berlaku:
Contoh Soal Kinematika
Untuk lebih memahami materi kinematika, maka kamu perlu beberapa contoh soal kinematika seperti sebagai berikut:
1. Yogi berlari ke arah timur sejauh 30 m selama 6 s lalu balik ke arah Barat sejauh 10 m dalam waktu 4 s. Hitung kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata.
Pembahasan:
Kelajuan rata-rata =
Kecepatan rata-rata (diumpamakan jika perpindahan ke arah Timur bernilai positif dan ke arah Barat negatif), maka:
Sebuah benda bergerak sesuai dengan persamaan berikut:
Dimana r dalam meter dan t dalam sekon. Tentukan kecepatan benda untuk t = 3s. Pembahasan:
Untuk menyelesaikan soal tersebut, maka turunkan persamaan posisinya (r) untuk mendapatkan persamaan v. Kemudian biarkan i dan j nya, setelah itu masukkan waktu yang ditanya.
Baca juga: Materi Pemanasan Global
Pemahaman Akhir
Kinematika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang gerakan benda. Dalam kinematika, kita mempelajari tentang posisi, kecepatan, dan percepatan benda. Posisi adalah kondisi yang menggambarkan kedudukan suatu benda dalam suatu koordinat. Kecepatan adalah perpindahan benda dalam satu satuan waktu, dan percepatan adalah pertambahan kecepatan pada setiap satuan waktu.
Dalam gerak lurus, kita menggunakan tiga besaran fisika yaitu posisi, kecepatan, dan percepatan. Posisi merupakan besaran skalar yang menggambarkan posisi benda terhadap titik acuan dalam suatu koordinat. Kecepatan adalah perpindahan benda dalam waktu tertentu, dan percepatan adalah pertambahan kecepatan pada setiap satuan waktu.
Dalam gerak parabola, kita menggabungkan gerak lurus beraturan pada sumbu-X dan gerak lurus berubah beraturan pada sumbu-Y. Kecepatan awal horizontal dan vertikal dapat digunakan untuk menghitung jarak terjauh dan tinggi maksimum yang dapat dicapai oleh suatu benda pada gerak parabola.
Selain itu, kita juga mempelajari gerak melingkar yang terjadi saat benda bergerak dalam lintasan lingkaran dengan jari-jari konstan R. Kecepatan sudut digunakan untuk menghitung kecepatan linear dan arah kecepatan linear searah dengan arah lintasan partikel.
Dalam pemecahan masalah kinematika, kita dapat menggunakan berbagai rumus kinematika untuk menghitung posisi, kecepatan, dan percepatan benda pada berbagai kasus gerakan.
Contoh soal kinematika membantu kita untuk mengaplikasikan pengetahuan tentang posisi, kecepatan, dan percepatan dalam pemecahan masalah sehari-hari. Dengan memahami kinematika, kita dapat memahami dan menganalisis berbagai macam gerakan benda di sekitar kita.
Dengan memahami contoh soal kinematika diatas, maka konsep tentang kinematika gerak dan kinematika dengan analisis vektor akan menjadi lebih jelas. Semoga kamu menjadi lebih memahami bahwa benda-benda yang bergerak itu memiliki nilai dan arah.
Daftar Pustaka
Kamajaya, Ketut dan Purnama, Wawan. 2019. Buku Siswa Aktif dan Kreatif Belajar Fisika untuk Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Kelas Peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam. Bandung: Grafindo Media Pratama
