[Anggraeni (Eks01)]

A

1. Posisi adalah letak suatu benda pada suatu saat tertentu terhadap titik acuan. Perpindahan adalah perubahan posisi suatu benda dari posisi awal ke posisi akhir. Memahami perbedaan keduanya sangat penting untuk dapat menganalisis gerak secara tepat dan akurat.

2. Kecepatan rata-rata adalah besaran fisika yang menunjukkan seberapa cepat suatu benda berpindah dari satu titik ke titik lain dalam selang waktu tertentu. Sederhananya, kecepatan rata-rata adalah perbandingan antara total jarak yang ditempuh dengan total waktu yang dibutuhkan.

Contoh penerapan dalam kehidupan sehari-hari

· Situasi: Anda berkendara dari rumah ke kantor sejauh 10 km dan perjalanan memakan waktu 20 menit.

· Hitung:

Ubah waktu ke satuan SI (detik): 20 menit = 1200 detik

Hitung kecepatan rata-rata: v = 10.000 m / 1200 s = 8,33 m/s

B

1. Kecepatan rata-rata

o Definisi: Perbandingan antara total jarak yang ditempuh dengan total waktu tempuh.

o Rumus: v_rata-rata = s/t

o Karakteristik:

> Memberikan gambaran umum tentang seberapa cepat suatu benda bergerak dalam selang waktu tertentu.

>Tidak memperhitungkan perubahan kecepatan yang terjadi selama perjalanan.

> Berguna untuk perhitungan sederhana seperti kecepatan perjalanan dari satu tempat ke tempat lain.

Kecepatan Seketika

>Definisi: Kecepatan benda pada suatu saat tertentu.

>Karakteristik:

*Berubah-ubah seiring waktu, terutama jika benda mengalami percepatan.

*Menunjukkan kecepatan sesungguhnya benda pada titik waktu yang sangat singkat.

*Dibutuhkan kalkulus untuk perhitungan yang lebih akurat.

Kecepatan seketika menjadi sangat penting dalam analisis kinematika ketika:

· Gerak benda tidak konstan: Jika kecepatan benda terus berubah (misalnya, saat mobil melaju, direm, atau berbelok), maka kecepatan rata-rata tidak cukup untuk menggambarkan gerak benda secara detail. Kecepatan seketika akan memberikan informasi yang lebih akurat tentang kecepatan benda pada setiap titik waktu.

· Analisis yang lebih mendalam: Dalam banyak kasus, kita tidak hanya tertarik pada kecepatan rata-rata, tetapi juga ingin mengetahui bagaimana kecepatan benda berubah seiring waktu. Kecepatan seketika memungkinkan kita untuk menganalisis perubahan kecepatan ini.

· Fenomena fisika tertentu: Beberapa fenomena fisika, seperti tumbukan, membutuhkan pemahaman yang mendalam tentang kecepatan sesaat pada saat tumbukan terjadi.

2. Bagaimana Laju Seketika Mempengaruhi Interpretasi Gerak?

· Grafik Laju-Waktu: Dengan membuat grafik laju seketika terhadap waktu, kita bisa melihat secara visual bagaimana laju suatu benda berubah seiring waktu. Kemiringan garis pada grafik ini menunjukkan percepatan.

· Momen Kritis: Laju seketika memungkinkan kita untuk mengidentifikasi momen-momen kritis dalam gerak suatu benda, seperti saat benda mencapai kecepatan maksimum atau minimum, atau saat benda berbalik arah.

· Analisis Peristiwa: Dengan memahami laju seketika, kita bisa menganalisis peristiwa-peristiwa fisika yang lebih kompleks, seperti tumbukan atau gerak harmonik sederhana.

C

1. Model partikel dengan kecepatan konstan, atau sering disebut sebagai gerak lurus beraturan (GLB), adalah model yang sangat sederhana namun sangat berguna dalam fisika. Alasan utama mengapa model ini sering digunakan adalah:

· Sederhana dan Mudah Dianalisis: Model GLB hanya melibatkan satu variabel utama, yaitu kecepatan. Ini membuatnya mudah untuk dipahami dan dianalisis, terutama untuk pemula dalam mempelajari mekanika.

· Banyak Fenomena yang Dapat Diperkirakan: Meskipun banyak gerakan yang sebenarnya tidak benar-benar konstan, seringkali kita dapat mengasumsikan bahwa kecepatan adalah konstan dalam selang waktu tertentu. Ini memungkinkan kita untuk membuat perkiraan yang cukup akurat tentang posisi suatu objek pada waktu tertentu.

· Dasar untuk Model yang Lebih Kompleks: Model GLB merupakan fondasi untuk memahami model gerak yang lebih kompleks seperti gerak lurus berubah beraturan (GLBB) atau gerak melingkar. Dengan memahami GLB, kita dapat membangun pemahaman yang lebih baik tentang berbagai jenis gerak.

Contoh Aplikasi dalam Kehidupan Sehari-hari:

· Kendaraan di Jalan Tol: Ketika sebuah kendaraan melaju di jalan tol dengan kecepatan yang relatif konstan, kita dapat menggunakan model GLB untuk memperkirakan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tujuan.

· Pesawat Terbang saat Ketinggian Menjelang Tujuan: Setelah mencapai ketinggian jelajah, pesawat terbang seringkali mempertahankan kecepatan yang hampir konstan. Model GLB dapat digunakan untuk memperkirakan waktu kedatangan.

· Aliran Air dalam Pipa: Dalam sistem perpipaan, aliran air sering diasumsikan memiliki kecepatan yang konstan sepanjang pipa. Model GLB dapat digunakan untuk menghitung debit aliran air.

· Gerak Bumi Mengelilingi Matahari: Meskipun gerakan Bumi sebenarnya bukan lingkaran sempurna, kita dapat menggunakan pendekatan GLB untuk memperkirakan waktu yang dibutuhkan Bumi untuk satu kali revolusi mengelilingi Matahari.

2. Bagaimana Grafik Membantu dalam Prediksi Gerak:

1. Menentukan Posisi pada Waktu Tertentu:

· Dengan mengetahui persamaan garis (y = mx + c), kita dapat langsung menghitung posisi benda pada waktu tertentu dengan mensubstitusikan nilai waktu (t) ke dalam persamaan.

· Contoh: Jika kita tahu pada saat t = 0, benda berada pada posisi 5 meter dan bergerak dengan kecepatan 2 m/s, maka persamaan garisnya adalah x = 2t + 5. Untuk mengetahui posisi benda pada saat t = 3 detik, kita tinggal substitusi t = 3, sehingga x = 2(3) + 5 = 11 meter.

2. Menentukan kecepatan

· Seperti yang disebutkan, kemiringan garis langsung menunjukan kecepatan benda. Dengan menghitung kemiringan antara dua titik pada garis, kita dapat menentukan kecepatan rata-rata benda dalam selang waktu tersebut.

3. Membandingkan gerak beberapa benda

· Dengan membuat grafik posisi-waktu untuk beberapa benda pada sumbu koordinat yang sama, kita dapat dengan mudah membandingkan kecepatan dan posisi relatif antara benda-benda tersebut.

4. Memprediksi pertemuan dua benda

· Jika ada dua benda bergerak dengan kecepatan konstan, kita dapat memplot grafik posisi-waktu masing-masing benda pada grafik yang sama. Titik potong kedua grafik menunjukkan waktu dan posisi ketika kedua benda bertemu.

D

>Kecepatan: menunjukkan seberapa cepat suatu benda bergerak.

>Percepatan: menunjukkan seberapa cepat kecepatan suatu benda berubah.

>Implikasi Percepatan Konstan terhadap Gerak Benda

Ketika suatu benda mengalami percepatan konstan, artinya kecepatan benda berubah dengan laju yang tetap setiap satuan waktu. Ini memiliki beberapa implikasi:

>Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB): Jika percepatan konstan dan tidak sama dengan nol, maka benda mengalami GLBB. Artinya, posisi benda berubah secara non-linear terhadap waktu, dan grafik posisi-waktu akan berbentuk parabola.

>Perubahan Kecepatan yang Teratur: Kecepatan benda akan terus bertambah (jika percepatan positif) atau berkurang (jika percepatan negatif) secara teratur.

> Hubungan antara Jarak, Kecepatan, dan Waktu: Terdapat persamaan-persamaan khusus yang menghubungkan jarak tempuh, kecepatan awal, kecepatan akhir, percepatan, dan waktu pada GLBB. Persamaan-persamaan ini sangat berguna untuk menyelesaikan berbagai soal fisika.

E

1. Diagram gerak, atau sering disebut sebagai diagram posisi-waktu, kecepatan-waktu, atau percepatan-waktu, adalah alat visual yang sangat berguna dalam fisika untuk menggambarkan bagaimana posisi, kecepatan, dan percepatan suatu benda berubah seiring waktu. Berikut adalah penjelasan bagaimana diagram ini digunakan untuk masing-masing aspek tersebut:

Diagram Posisi-Waktu:

<ul type=”circle”>
1. Pengertian:
   Diagram ini menunjukkan perubahan posisi benda terhadap waktu. Sumbu
   horizontal (x) biasanya mewakili waktu, sementara sumbu vertikal (y)
   mewakili posisi benda.
2. Penggunaan:

<ul type=”square”>

3. Posisi Konstan: Jika garisnya horizontal,
   benda berada pada posisi yang tetap, menunjukkan bahwa kecepatan benda
   adalah nol.
4. Posisi Meningkat/Turun dengan
   Garis Lurus: Garis yang naik atau turun
   dengan kemiringan tetap menunjukkan bahwa benda bergerak dengan
   kecepatan konstan. Kemiringan garis menggambarkan kecepatan.
5. Kurva: Jika garisnya melengkung,
   ini menunjukkan bahwa kecepatan benda berubah seiring waktu, yaitu benda
   mengalami percepatan.

Diagram Kecepatan-Waktu:

<ul type=”circle”>
1. Pengertian:
   Diagram ini menunjukkan perubahan kecepatan benda terhadap waktu. Sumbu
   horizontal (x) mewakili waktu, sementara sumbu vertikal (y) mewakili
   kecepatan.
2. Penggunaan:

<ul type=”square”>

3. Kecepatan Konstan: Jika garisnya horizontal,
   kecepatan benda adalah konstan. Ketinggian garis mewakili nilai
   kecepatan konstan.
4. Kecepatan Meningkat/Turun
   dengan Garis Lurus:
   Garis yang naik atau turun menunjukkan bahwa benda mengalami percepatan
   atau perlambatan dengan nilai konstan. Kemiringan garis menunjukkan
   besar percepatan.
5. Kurva: Jika garisnya melengkung,
   ini menunjukkan bahwa percepatan benda berubah seiring waktu.

Diagram Percepatan-Waktu:

<ul type=”circle”>
1. Pengertian:
   Diagram ini menggambarkan bagaimana percepatan benda berubah seiring
   waktu. Sumbu horizontal (x) mewakili waktu, sementara sumbu vertikal (y)
   mewakili percepatan.
2. Penggunaan:

<ul type=”square”>

3. Percepatan Konstan: Jika garisnya horizontal,
   percepatan benda adalah konstan. Ketinggian garis mewakili nilai
   percepatan konstan.
4. Percepatan Meningkat/Turun
   dengan Garis Lurus:
   Garis yang naik atau turun menunjukkan bahwa percepatan benda berubah
   dengan laju yang konstan. Kemiringan garis menunjukkan perubahan dalam
   percepatan.
5. Kurva: Jika garisnya melengkung,
   ini menunjukkan bahwa percepatan benda berubah tidak secara konstan.

Analisis Diagram Gerak dalam Memahami Dinamika Gerak

Diagram gerak, seperti grafik posisi-waktu, kecepatan-waktu, dan diagram vektor, memberikan representasi visual yang sangat berharga tentang bagaimana suatu objek bergerak. Dengan menganalisis diagram-diagram ini, kita dapat memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang berbagai aspek dinamika gerak, termasuk:

2. Jenis Gerak:

<ul type=”circle”>

3. Gerak Lurus Beraturan (GLB): Grafik posisi-waktu berupa garis lurus dengan
   kemiringan konstan, menunjukkan kecepatan konstan.
4. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB): Grafik posisi-waktu berupa parabola, grafik
   kecepatan-waktu berupa garis lurus dengan kemiringan tidak nol,
   menunjukkan percepatan konstan.
5. Gerak Melingkar: Diagram vektor dapat digunakan untuk menggambarkan
   kecepatan dan percepatan sentripetal pada gerak melingkar.
6. Gerak Harmonik Sederhana: Grafik posisi-waktu berupa sinusoida, menunjukkan
   gerak bolak-balik dengan amplitudo dan periode tertentu.

Besaran Fisika:

<ul type=”circle”>
2. Posisi:
   Dapat ditentukan langsung dari grafik posisi-waktu.
3. Kecepatan:
   Dapat ditentukan dari kemiringan garis pada grafik posisi-waktu atau
   nilai pada sumbu-y grafik kecepatan-waktu.
4. Percepatan:
   Dapat ditentukan dari kemiringan garis pada grafik kecepatan-waktu.
5. Perpindahan:
   Dapat ditentukan dari luas di bawah kurva pada grafik kecepatan-waktu.

Hubungan antara Besaran Fisika:

<ul type=”circle”>
2. Hubungan antara posisi, kecepatan, dan percepatan: Dengan menganalisis bagaimana grafik-grafik saling
   terkait, kita dapat memahami bagaimana perubahan satu besaran
   mempengaruhi besaran lainnya.
3. Hukum Newton:
   Diagram gerak dapat digunakan untuk memvisualisasikan bagaimana gaya yang
   bekerja pada suatu objek mempengaruhi percepatannya (Hukum Newton II).

Prediksi Gerak:

<ul type=”circle”>
2. Dengan menganalisis tren pada diagram gerak, kita
   dapat memprediksi bagaimana gerak suatu objek akan berlanjut di masa
   mendatang.
3. Identifikasi Titik Balik: Pada grafik posisi-waktu, titik balik ditandai dengan
   perubahan kemiringan dari positif ke negatif atau sebaliknya.
4. Menentukan Waktu Tempuh: Dengan melihat titik potong grafik dengan sumbu
   waktu, kita dapat menentukan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai posisi
   tertentu.

F

1. Asumsi percepatan konstan sering digunakan dalam analisis gerak karena beberapa alasan:

<ul type=”disc”>

5. Sederhana dan Mudah Dianalisis: Model gerak dengan percepatan konstan (Gerak Lurus
   Berubah Beraturan atau GLBB) adalah model yang paling dasar dan mudah
   dipahami. Persamaan-persamaan yang terkait dengan GLBB relatif sederhana,
   sehingga memudahkan dalam melakukan perhitungan dan analisis.
6. Banyak Fenomena yang Dapat Diperkirakan: Meskipun dalam kenyataan banyak gerak yang tidak
   benar-benar memiliki percepatan konstan, namun seringkali kita dapat
   mengasumsikan bahwa percepatan konstan dalam selang waktu tertentu. Ini
   memungkinkan kita untuk membuat perkiraan yang cukup akurat tentang gerak
   suatu benda.
7. Dasar untuk Model yang Lebih Kompleks: Model GLBB merupakan fondasi untuk memahami model
   gerak yang lebih kompleks seperti gerak melingkar, gerak parabola, atau
   gerak harmonik sederhana. Dengan memahami GLBB, kita dapat membangun
   pemahaman yang lebih baik tentang berbagai jenis gerak.

Contoh Nyata yang Mendukung Analisis dengan Percepatan Konstan:

<ul type=”disc”>

8. Benda yang Jatuh Bebas: Jika kita mengabaikan gaya gesek udara, benda yang
   jatuh bebas akan mengalami percepatan gravitasi yang hampir konstan
   (sekitar 9,8 m/s²).
9. Mobil yang Melaju dari Keadaan Diam: Ketika mobil mulai bergerak dari keadaan diam dan
   terus menambah kecepatan secara bertahap, kita dapat mengasumsikan bahwa
   percepatannya hampir konstan selama beberapa detik pertama.
10. Pesawat yang Mengambil Off: Selama fase lepas landas, pesawat mengalami percepatan
    yang hampir konstan hingga mencapai kecepatan tertentu.
11. Bola yang Dilempar Vertikal ke Atas: Setelah bola dilempar ke atas, bola akan mengalami
    percepatan gravitasi yang konstan ke bawah.

2. Persamaan Gerak untuk Partikel dengan Percepatan Konstan

Ketika suatu partikel bergerak dengan percepatan konstan, kita dapat menggunakan persamaan-persamaan berikut untuk menggambarkan geraknya:

1. Kecepatan sebagai fungsi waktu:

<ul type=”circle”>

2. v = v₀ + at
3. di mana:

<ul type=”square”>

4. v: kecepatan akhir
5. v₀: kecepatan awal
6. a: percepatan
7. t: waktu
8. Posisi sebagai fungsi waktu:

<ul type=”circle”>

9. x = x₀ + v₀t + ½at²
10. di mana:

<ul type=”square”>

11. x: posisi akhir
12. x₀: posisi awal

Integrasi dalam Pemecahan Masalah Kinematika

Persamaan-persamaan di atas sebenarnya merupakan hasil dari integrasi terhadap definisi kecepatan (v = dx/dt) dan percepatan (a = dv/dt). Dengan kata lain, persamaan posisi diperoleh dengan mengintegralkan persamaan kecepatan terhadap waktu, dan persamaan kecepatan diperoleh dengan mengintegralkan persamaan percepatan terhadap waktu.

Bagaimana Persamaan Ini Digunakan dalam Pemecahan Masalah?

1. Identifikasi Diketahui dan Ditanya: Pertama, kita harus mengidentifikasi besaran-besaran
   yang diketahui (misalnya, kecepatan awal, percepatan, waktu) dan besaran
   yang ingin dicari (misalnya, posisi akhir, kecepatan akhir).
2. Pilih Persamaan yang Tepat: Kita memilih persamaan gerak yang sesuai dengan
   besaran-besaran yang diketahui dan ditanya.
3. Substitusikan Nilai:
   Kita substitusikan nilai-nilai yang diketahui ke dalam persamaan.
4. Hitung:
   Kita melakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai yang ditanyakan.

G

1. Hukum Gravitasi dan Gerak Jatuh Bebas

Hukum gravitasi universal Newton menyatakan bahwa setiap partikel di alam semesta menarik partikel lain dengan gaya yang sebanding dengan hasil kali massa kedua partikel dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua partikel.

Dalam konteks gerak jatuh bebas, gaya gravitasi Bumi menarik benda ke bawah. Gaya inilah yang menyebabkan benda mengalami percepatan. Percepatan yang dialami oleh benda yang jatuh bebas dikenal sebagai percepatan gravitasi (g), dan nilainya hampir konstan di dekat permukaan Bumi.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Gerak Jatuh Bebas

Meskipun hukum gravitasi memberikan penjelasan dasar tentang gerak jatuh bebas, ada beberapa faktor lain yang perlu dipertimbangkan untuk analisis yang lebih lengkap:

1. Hambatan
   Udara:

1. Hambatan udara adalah gaya yang berlawanan dengan arah
   gerak benda.
2. Semakin besar luas permukaan benda dan kecepatannya,
   semakin besar pula hambatan udara.
3. Hambatan udara menyebabkan percepatan benda tidak
   selalu konstan, terutama pada kecepatan tinggi.
4. Pada kecepatan rendah, hambatan udara sering
   diabaikan, sehingga asumsi percepatan konstan masih berlaku.