Fisika Kinematika: Jarak dan Perpindahan

Fisika Kinematika: Jarak dan Perpindahan - Apakah kalian tahu apa itu kinematika? Ha-hal apa saja yang termasuk dalam kinematika? Mungkin banyak dari kalian yang belum familiar dengan istilah kinematika, namun esensinya adalah pembahasan tentang fenomena gerakan yang sangat erat kaitannya dengan kehidupan sehari-hari, seperti:

1. Perbedaan Jarak dan Perpindahan
2. Perbedaan Kelajuan dan Kecepatan
3. Pengertian Percepatan
4. Konsep dan Prinsip Gerak Jatuh Bebas
5. Konsep dan Prinsip pada Gerak Vertikal
6. Konsep dan Prinsip pada Gerak Peluru
7. Prinsip-prinsip gerak melingkar beraturan dan konsep-konsep terkaitnya, dan sebagainya.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, kinematika sangat terkait dengan kehidupan sehari-hari kita, mengapa demikian?

Jadi Banyak benda di alam yang mampu melakukan gerakan. Ternyata dari benda yang BERGERAK itu banyak ASPEK FISIKA yang bisa digali. cabang ilmu FISIKA yang mempelajari pergerakan benda dipelajari dalam suatu ilmu yang bernama MEKANIKA.

Mekanika terbagi menjadi 2 yaitu Kinematika dan Dinamika

Terus apa perbedaan dari Kinematika dan Dinamika ini?

Kinematika mempelajari tentang gerakan benda (baik berupa gerak translasi maupun rotasi) tanpa memperhatikan pengaruh gaya yang menyebabkan benda tersebut bergerak atau pengaruh lingkungan terhadap gerakan benda.

Dinamika mempelajari gerak benda beserta gaya-gaya penyebab benda tersebut bergerak.

Kinematika

Ketika kita mengetahui besaran gerak suatu benda, kita dapat memberikan deskripsi yang lebih detail mengenai gerak benda tersebut. Dengan adanya besaran gerak kita akan mengtahui pada saat tertentu benda sedang berada dimana, memiliki kecepatan berapa dan bergerak ke arah mana.

Besaran gerak adalah besaran fisis yang digunakan untuk mendeskripsikan gerak benda secara kuantitatif

Beberapa besaran fisis yang digunakan dalam kinematika antara lain posisi, perpindahan, jarak, kecepatan, percepatan, waktu, dan lain sebagainya.

Kinematika Berdasarkan Lintasan Benda

1. Gerak Lurus

a. Gerak Lurus Beraturan (GLB)

b. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)

2. Gerak Parabola

3. Gerak Melingkar

Posisi

Posisi adalah lokasi benda dalam sumbu koordinat.

Untuk memberikan deskripsi yang lengkap mengenai gerak benda, diperlukan penggunaan sumbu koordinat.

Apabila benda bergerak hanya pada lintasan garis lurus, maka satu sumbu koordinat saja sudah cukup untuk menggambarkan geraknya (disebut Gerak Satu Dimensi). Biasanya, sumbu koordinat yang digunakan adalah sumbu X.

contoh gerakan benda pada lintasan garis lurus (gerak satu dimensi) antara lain mobil yang bergerak di jalur lurus di jalan tol, kereta api di lintasan yang lurus, dan pesawat pada posisi cruising (berada pada lintasan tertinggi). Pada contoh-contoh tersebut, benda hanya bergerak maju atau mundur pada suatu garis lurus sehingga cukup menggunakan satu sumbu koordinat.

Jika bendanya bergerak pada bidang datar kita memerlukan 2 sumbu kordinat (Gerak 2 Dimensi). Sumbu koordinat yang paling umum adalah X dan Y yang saling tegak lurus.

Contohnya: gerak kapal diatas laut, gerak bola yang dilempar diatas lapangan basket, gerak burung yang terbang di atas pepohonan, gerak mobil yang melintasi jalan berkelok

Gerak benda pada ruang (Gerak Tiga Dimensi) memerlukan 3 sumbu koordinat yang saling tegak lurus, yaitu X, Y, dan Z untuk mendeskripsikan posisi, perpindahan, jarak, kecepatan, kelajuan, percepatan, dan besaran gerak lainnya secara lengkap.

menentukan sumbu koordinat yang tepat sangat penting sebelum melakukan analisis posisi suatu benda. Sumbu koordinat harus dipilih sedemikian rupa sehingga dapat merepresentasikan gerakan benda dengan akurat. Setelah itu, barulah kita dapat menentukan posisi benda pada waktu tertentu dengan menggunakan koordinat pada masing-masing sumbu. Kenapa demikian? karena benda pada tempat yang sama dapat memiliki posisi yang berbeda jika kita menggunakan sumbu koordinat yang berbeda.

Posisi benda dalam kinematika adalah vektor yang menghubungkan titik pusat koordinat dengan lokasi benda pada suatu waktu tertentu. Pusat koordinat sendiri adalah titik awal atau titik referensi dari sistem koordinat yang digunakan untuk mengukur posisi benda. Jika menggunakan sistem koordinat kartesian tiga dimensi, pusat koordinat merupakan titik perpotongan ketiga sumbu koordinat (X, Y, dan Z) di titik (0, 0, 0).

Jika lokasi suatu benda diproyeksikan secara vertikal pada setiap sumbu koordinat, maka:

r = Vektor yang pangkalnya dipusat koordinat (0) dan ujungnya di posisi benda

x = Komponen vektor r arah sumbu x

y = Komponen vektor r arah sumbu y

z = Komponen vektor r arah sumbu z

i = Vektor satuan yang searah sumbu x

j = Vektor satuan yang searah sumbu y

k = Vektor satuan yang searah sumbu z

Vektor satuan artinya vektor yang panjangnya 1

Perubahan posisi benda bergantung pada waktu, sehingga vektor posisi r merupakan suatu fungsi waktu

matematis dapat dituliskan:

Dengan Aljabar vektor, maka vektor perpindahannya dapat dituliskan:

Apa pentingnya memahami posisi?

konsep posisi sangat penting dan diterapkan dalam banyak teknologi canggih di dunia ini, seperti peluncuran roket, pesawat ruang angkasa, GPS, dan banyak lagi. Bahkan, teknologi sehari-hari seperti cartridge printer juga menggunakan pengendalian posisi untuk memastikan cetakan yang tepat pada kertas.

Teknologi yang memakai konsep posisi (Sumber:Pixabay.com)

Jarak dan Perpindahan

Ketika sebuah objek bergerak, objek tersebut akan mengalami perubahan letak, dan dari perubahan letak ini kita dapat mempelajari konsep jarak dan perpindahan.

Jarak merupakan besaran skalar yang menyatakan panjang dari lintasan yang ditempuh oleh suatu benda, tanpa memperhatikan arah atau posisi awal dan akhir benda tersebut.

Perpindahan adalah besaran vektor yang menggambarkan besar dan arah perubahan posisi benda dari posisi awal ke posisi akhir.

Dalam Rumus Perpindahan, dapat ditulis dengan bentuk matematis :

Dengan demikian, perpindahan benda adalah hasil dari selisih antara posisi akhir dan posisi awal. Perlu dicatat bahwa perpindahan benda tidak bergantung pada panjang lintasan yang dilalui, tetapi dihitung secara langsung dari posisi awal ke posisi akhir dengan jalur yang lurus.

Contoh:

Pada sistem koordinat, diketahui benda berada pada posisi r₁= 6î+ 8ĵ – 12k m, Kemudian benda tersebut bergerak dan posisinya menjadi r₂= -3î + 15ĵ m. Berapakah vektor perpindahan dan besar perpindahan benda?

Diketahui:

Posisi awal : r₁= 6î+ 8ĵ – 12k m

Posisi ahir : r₂= -3î + 15ĵ m

Ditanyakan: vektor perpindahan dan besar perpindahan benda

Jawab:

Perpindahan benda

= ( -3î + 15ĵ ) - (6î+ 8ĵ – 12k )

= (-3 -6 )î + (15 - 8)ĵ + (-12 -0)k

= -9î + 7ĵ - 12k m

Besar Perpindahan Benda

Seorang siswa berjalan ke arah kanan sejauh 10 meter, kemudian dia balik lagi dan bergerak ke kiri sejauh 5 meter. Berapakah jarak dan perpindahannya?

Jarak : 10 m + 5 m = 15 m

Perpindahan : +10 m + (-5 m) = +5 m, artinya siswa tersebut berpindah 5 meter ke kanan

Seorang pemain sepak bola berlari ke arah barat sejauh 12 m, kemudian berbelok ke selatan sejauh 9 m. Hitung jarak dan perpindahan pemain sepak bola tersebut?

Jawab: