Saturday, 22 January 2011

Gerak lurus beraturan (GLB)

GERAK LURUS BERATURAN Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 3 Gerak Lurus Beraturan 3 - 8 Gambar 3.2 Hubungan antara Kecepan dan Waktu Berdasarkan grafik tersebut cobalah Anda tentukan berapa besar kecepatan benda pada pada saat t=0 s; t=1 s; t=2 s; t = 3 s? Tampak dari grafik pada gambar di atas, kecepatan benda sama dari waktu ke waktu, yakni 5 m/s. Semua benda yang bergerak lurus beraturan akan memiliki grafik v – t. Anda dapat menghitung jarak yang ditempuh oleh benda dengan cara menghitung luas daerah di bawah kurva bila diketahui grafik (v-t). Jarak yang ditempuh = luas daerah yang diarsir pada Gambar 3.3 berikut.. Cara lain untuk menghitung jarak tempuh adalah dengan menggunakan persamaan GLB. Telah Anda ketahui bahwa kecepatan pada GLB dirumuskan: S = v t Dimana: s = jarak tempuh (m) v = kecepatan (m/s) t = waktu tempuh (s) Berdasarkan Gambar 3.3 di atas diketahui: v = 5 m/s dan t = 3 s Dengan demikian, jarak yang ditempuh adalah 5 m/s x 3 s = 15 m. Persamaan GLB tersebut berlaku bila gerak benda memenuhi grafik seperti gambar di atas. Pada grafik tersebut terlihat bahwa pada saat t = 0 s; maka v Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 3 Gerak Lurus Beraturan 3 - 9 = 0. Artinya, pada mulanya benda diam, kemudian bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Padahal dapat saja terjadi bahwa saat awal kita amati benda sudah dalam keadaan bergerak, sehingga benda telah memiliki posisi s0. untuk keadaan ini, maka persamaan GLB sedikit mengalami perubahan sehingga menjadi: S = S0 + v t B. Kedudukan, Jarak dan Perpindahan Bayangkan Anda berada di pinggir jalan lurus dan panjang. Posisi Anda saat itu di A. A B C 0m 5M 10M 15M Gambar 3.4 Posisi Benda Dalam Sumbu Koordinat Dari A, Anda berjalan menuju C melalui B. Sesampainya di C, Anda berbalik dan kembali berjalan lalu berhenti di B. Pada kejadian di atas, berapa jauhkah jarak yang ditempuh? Berapa pula perpindahan Anda? Samakah pengertian jarak dengan perpindahan? Dalam kehidupan sehari-hari kata jarak dan perpindahan dipakai untuk arti yang sama. Dalam fisika, kedua kata itu mengandung arti yang berbeda. Perhatikan ilustrasi berikut. Sebuah bola digulirkan pada sebuah bidang datar lurus. Posisi bola setiap saat diwakili oleh garis berskala yang disebut sumbu koordinat seperti Gambar 3.5 di bawah ini. C O B -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 Gambar 3.5 Bola Digulirkan pada Bidang Datar Andaikan ada 2 bola yang digulirkan dari titik O. Bola 1 digulirkan ke kanan dan berhenti di B. Bola 2 digulirkan ke kiri dan berhenti di C. Lihatlah bahwa panjang lintasan yang ditempuh oleh kedua bola sama, yaitu 4 satuan. Namun bila diperhatikan arah gerakannya, kedua bola berpindah posisi ke arah yang Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 3 Gerak Lurus Beraturan 3 - 10 berlawanan. Bola 1 berpindah ke sebelah kanan titik O, sedangkan bola ke 2 ke sebelah kiri titik O. “panjang lintasan yang ditempuh disebut jarak, sedangkan perpindahan diartikan sebagai perubahan posisi benda dari keadaan awal ke keadaan akhirnya”. Jarak tidak mempersoalkan ke arah mana benda bergerak, sedangkan perpindahan tidak mempersoalkan bagaimana lintasan suatu benda yang bergerak. Perpindahan hanya mempersoalkan kedudukan, awal dan akhir benda itu. Jarak adalah besaran skala, sedangkan perpindahan adalah vektor. Dua benda dapat menempuh jarak (panjang=lintasan) yang sama, tetapi mengalami perpindahan yang berbeda seperti pada contoh ini. Dalam hal ini, dapat dikatakan bahwa jarak merupakan besar perpindahan. Gambar 3.6. Perbedaan Jarak dan Perpindahan Apabila kemudian ada bola 3 bergerak dari titik O ke kanan, sampai di D lalu balik bergerak ke kiri melewati titik O kemudian berhenti di E, seperti yang ditunjukkan gambar di bawah ini, bagaimanakah jarak dan perpindahannya? E O B -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Gambar 3.7 Perubahan Posisi Bola 3 Jarak yang ditempuh bola adalah panjang lintasan ODE = OD + DE, yaitu 6 + 9 = 15 satuan. Sementara perpindahan bola adalah OE (kedudukan awal bola di O, kedudukan akhirnya di E). Jadi Δ s = - 3 satuan. Tanda minus pada Δ s menunjukkan arah perpindahan bola ke kiri dari titik acuan. Perlu dicatat pula bahwa dalam contoh di atas perbedaan antara jarak Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 3 Gerak Lurus Beraturan 3 - 11 dan perpindahan ditandai oleh ada atau tidaknya “arah”, juga oleh “besar” kedua besaran itu (jarak = 15 satuan, perpindahan = 3 satuan). Mungkinkah jarak yang ditempuh oleh suatu benda sama dengan besar perpindahannya? Untuk benda yang bergerak ke satu arah tertentu, jarak yang ditempuh benda sama dengan besar perpindahannya. Misalnya, bila benda bergerak lurus ke kanan sejauh 5 m, baik jarak maupun besar perpindahannya sama-sama 5 m. C. Kelajuan dan kecepatan rata-rata Dalam ilmu fisika, kelajuan dan kecepatan memiliki pengertian yang berbeda. Kelajuan merupakan besaran skalar, sedangkan kecepatan adalah vektor. Kelajuan adalah jarak yang ditempuh suatu benda dibagi selang waktu atau waktu untuk menempuh jarak itu, sedangkan kecepatan adalah perpindahan suatu benda dibagi selang waktu. Jika dinyatakan dalam bentuk persamaan, keduanya dapat ditulis: t v S Δ = − kelajuan rata-rata t v S Δ Δ = kecepatan rata-rata Keterangan: −v = kelajuan rata-rata (m/s) S = jarak yang ditempuh benda (m) 􀁕s = perpindahan benda (m) 􀁕t = waktu tempuh (s) Dalam kehidupan sehari-hari, kelajuan dan kecepatan senantiasa berubahubah karena berbagai sebab, misalnya, jalanan yang tidak rata. Oleh karenanya kita dapat mengartikan kelajuan dan kecepatan pada dua persamaan di atas sebagai kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata. D. Hubungan Jarak, Kecepatan, dan Selang Waktu GLB Di jalan tol yang lurus dan datar mungkin kelajuan mobil dapat diusahakan tetap. Contoh tersebut adalah contoh dari gerak lurus beraturan. Lintasan benda yang berupa garis lurus dengan arah gerak yang selalu tetap dapat diganti dengan jarak dan kelajuan tetap dapat diganti dengan kecepatan tetap. Sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan tetap akan menempuh jarak yang sama untuk selang waktu t yang sama. Jadi, jarak sebanding dengan selang waktu yang secara matematis dapat ditulis: S = v.t Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 3 Gerak Lurus Beraturan 3 - 12 Misalnya, mobil berjalan dengan kecepatan tetap 10 m/s, artinya tiap detik mobil akan menempuh jarak 10 m, seperti yang ditunjukkan pada tabel di bawah ini. Tabel 3.1 Pengamatan terhadap mobil yang bergerak Waktu (s) 0 1 2 3 4 5 Jarak (m) 0 10 20 30 40 50 Dari data pada tabel di atas, dapat dibuat grafik jarak terhadap waktu sebagai berikut. Gambar 3.8 Grafik jarak terhadap waktu Dari grafik di atas, dapat disimpulkan bahwa pada gerak lurus beraturan jarak yang ditempuh benda berbanding lurus dengan waktu. Pada GLB, terdapat dua kejadian yang mungkin terjadi. Keduan kejadian tersebut adalah sebagai berikut. Dua benda bergerak searah Benda A mula-mula berada di depan benda B. Benda B kemudian dapat menyusul benda A. Kecepatan benda B lebih besar daripada kecepatan benda A, (VB > VA). Perhatikan gambar di bawah ini! Gambar 3.9 Benda bergerak dengan arah yang sama • Dua benda bergerak berlawanan arah Benda A dan benda B semula terpisah pada jarak s. Kedua benda akan bertemu atau berpapasan pada titik tertentu dan waktu tertentu. Perhatikan gambar di bawah ini! Ilmu Pengetahuan Alam 2 Paket 3 Gerak Lurus Beraturan 3 - 13 Gambar 3.10 Benda bergerak dengan arah yang sama Latihan 1. Bedakanlah antara jarak dan perpindahan serta kecepatan dan kelajuan!. 2. Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan tetap 36 km/jam. Berapa meterkah jarak yang ditempuh mobil itu selama bergerak 10 menit? 3. Diketahui jarak dari kota Angsa ke kota Bebek adalah 70 km. Agus dan Donal berniat untuk menghadiri sebuah pesta yang dilaksanakan di kota Baru yang berada di antara kota Angsa dan kota Bebek. Agus berangkat dari kota Angsa, sedangkan Donal berangkat dari kota Bebek dengan masing-masing kecepatan 10 km/jam dan 5 km/jam. Kapankah Agus dan Donal bertemu? Berapakah jarak dari kota Bebek ke kota Baru? Rangkuman 1. Gerak adalah perubahan posisi suatu benda terhadap acuan tertentu. Gerak bersifat relatif. 2. Jarak adalah panjang lintasan yang ditempuh oleh suatu benda, sedangkan perpindahan adalah perubahan posisi suatu benda dari kedudukan awal ke kedudukan akhirnya. 3. Kelajuan adalah jarak yang ditempuh suatu benda dibagi selang waktu atau waktu untuk menempuh jarak itu, sedangkan kecepatan adalah perpindahan suatu benda dibagi selang waktu. Kelajuan termasuk besaran skalar dan kecepatan termasuk dalam besaran vektor.