Kinematika : Pendahuluan

Dalam bab ini, kita akan membahas pergerakan suatu objek dilihat dari bagaimana bentuk pergerakannya dan kita tidak membahas bagaimana benda tersebut bisa bergerak 

Jenis pergerakan objek yang akan dibahas adalah 

1. Pergerakan dengan kelajuan yang tetap
2.  Pergerakan dengan percepatan yang tetap 

Sebelum lebih jauh membahas gerak, ada baiknya kita coba bahas tentang beberapa besaran fisika yang terkait dengan gerak. Beberapa besaran tersebut adalah 

1. Jarak
2.  Perpindahan
3.  Kelajuan
4.  Kecepatan
5.  Percepatan 

Jarak

Apa pengertian dari jarak?

Sebagai contoh ada pernyataan, “jarak rumahku ke sekolah adalah 500 m” atau “aku menempuh jarak 1 km bolak-balik dari rumahku ke sekolah”.

Jarak bisa diartikan suatu besaran “skalar” dari panjang yang menyatakan besarnya panjang yang ditempuh atau dilalui.

Jarak tidak memiliki arah, hanya memiliki nilai atau besarnya saja, sehingga bisa dikelompokkan pada besaran “skalar”. 

Perpindahan

Apa pengertian dari perpindahan?

Sekilas, perpindahan mirip dengan jarak. Tetapi ternyata keduanya adalah berbeda meskipun keduanya adalah suatu besaran panjang dalam fisika.

Perpindahan merupakan suatu besaran “vektor” dari panjang yang menyatakan pergeseran posisi dari posisi mula-mula ke posisi selanjutnya.

Karena terkait dengan pergeseran posisi, maka perpindahan tentuk memiliki arah selain juga memiliki besar atau nilai, sehingga perpindahan dikelompokkan dalam besaran “vektor”.

Kelajuan

Dari pengertian besaran jarak, ada besaran lain yang diturunkan dari besaran jarak. Besaran tersebut adalah kelajuan. Apa pengertian dari kelajuan?

Kelajuan diartikan sebagai perubahan jarak tempuh tiap satu satuan waktu. Kelajuan juga termasuk kelompok besaran “skalar”.

Kecepatan

Mirip dengan kelajuan, tetapi kecepatan merupakan turunan dari perpindahan. Kecepatan didefinisikan sebagai perubahan perpindahan tiap satu satuan waktu.

Percepatan

Besaran turunan dari kecepatan adalah percepatan. Percepatan diartikan sebagai perubahan kecepatan tiap satu satuan waktu.

Dan untuk selanjutnya tidak kita gunakan besaran turunan dari percepatan, seperti perubahan percepatan tiap satu satuan waktu. Mengapa? Bisa jadi bahan perenungan anda sekalian. :)

I.                   Pergerakan dengan kelajuan tetap

Dalam bagian ini, kita akan membahas kasus sederhana hanya pada gerakan satu dimensi (bergerak dalam satu arah saja).

Sebagai contoh:

Seseorang mengendarai mobil dengan kelajuan tetap 10 m/s.

Apa yang bisa disimpulkan dari pernyataan di atas?

Mobil bergerak dengan kelajuan 10 m/s artinya mobil mampu menempuh jarak 10 m untuk tiap detiknya.

Artinya, misalkan setelah 2 detik dari mulai berangkat, mobil sudah menempuh jarak sebesar 20 m, setelah 4 detik 40 m dan seterusnya.

Kalau ditulis dalam perumusan jarak tempuh, waktu dan kelajuan, maka akan bisa kita dapatkan

$v=\frac{\Delta s}{\Delta t}$

dimana $v$ adalah kelajuan, $\Delta s$ adalah jarak tempuh dan $\Delta t$ adalah waktu tempuh.

Kita juga bisa membuat grafik pergerakan mobil, sebagai contoh grafik jarak tempuh-waktu tempuh pada Gambar 1.1. Pada grafik tersebut terlihat bahwa semakin lama waktu tempuh maka semakin besar jarak tempuh.

Selain itu, kita juga bisa membuat grafik kelajuan-waktu tempuh mobil, seperti pada Gambar 1.2.

Dari Gambar 1.2, ternyata garis pada grafik menunjukkan garis lurus mendatar. Hal tersebut dikarenakan kelajuan $v$ dari mobil bernilai tetap dalam pergerakannya.

Selanjutnya, misalkan kita ingin mencari jarak yang sudah ditempuh oleh mobil, dari Gambar 1.2, bisa diketahui dengan mencari luas daerah di bawah garis kelajuan fungsi waktunya:

Dari Gambar 1.3 bisa diperoleh

Jarak tempuh selama rentang waktu $t$ adalah:
$\Delta s=vt=10t$

II.                Pergerakan dengan percepatan tetap

Dari pengertian percepatan itu sendiri, bisa kita tulis perumusan hubungan percepatan dengan kecepatan;

Percepatan merupakan perubahan kecepatan tiap satu satuan waktu:

$\vec{a}=\frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$,

dengan $\vec{a}$ adalah percepatan, $\Delta \vec{v}$ adalah perubahan kecepatan dan $Delta t$ adalah rentang waktu. Tanda arah panah pada percepatan dan kecepatan menunjukkan bahwa besaran tersebut adalah vector.

Dari perumusan di atas, bisa diubah dalam bentuk lain seperti

$Delta \vec{v}=\vec{a}\Delta t$

$\vec{v_{\rm{akhir}}}-\vec{v_{\rm{awal}}}=\vec{a}\Delta t$

$\vec{v_{\rm{akhir}}}=\vec{v_{\rm{awal}}}+\vec{a}\Delta t$

Untuk pergerakan yang hanya satu arah saja, persamaan di atas bisa ditulis dalam bentuk

${v_{\rm{akhir}}}={v_{\rm{awal}}}+{a}\Delta t$

Jika kita buat grafik untuk kecepatan-waktu tempuh, maka bisa kita buat seperti

Pada Gambar 2.1, $a=\tan{\alpha}$, dan dari grafik tersebut juga bisa dicari jarak tempuh pada rentang waktu tertentu sebagai luas daerah dibawah garis fungsi kecepatan terhadap waktu tempuh:

$\Delta s=\frac{{v_{\rm{awal}}}+{v_{\rm{akhir}}}}{2}t$

$\Delta s={v_{\rm{awal}}}+\frac{1}{2}a t^2$