Pernahkah Anda memperhatikan bahwa benda bergerak di sekitar kita? Segala sesuatu mulai dari pertandingan tenis hingga burung yang terbang di langit melibatkan gerakan. Saat Anda beristirahat, jantung Anda menggerakkan darah melalui pembuluh darah Anda. Hal ini menimbulkan pertanyaan menarik: di mana sebuah bola akan mendarat jika dilempar pada sudut tertentu? atau berapa lama waktu yang dibutuhkan sebuah pesawat ruang angkasa untuk mencapai luar angkasa?
Kinematika adalah ilmu yang mempelajari gerak titik, benda, dan kelompok benda tanpa mempertimbangkan penyebab geraknya. Untuk mendeskripsikan gerak, kinematika mempelajari lintasan titik, garis, dan objek geometris lainnya, serta sifat diferensialnya (seperti kecepatan dan percepatan). Studi kinematika didasarkan pada ekspresi matematika murni yang digunakan untuk menghitung berbagai aspek gerak seperti kecepatan, percepatan, perpindahan, waktu, dan lintasan.
Dalam pelajaran ini, kita akan menyelidiki kata-kata yang digunakan untuk menggambarkan gerak benda. Kami akan mempelajari istilah-istilah seperti skalar, vektor, jarak, perpindahan, kecepatan, kecepatan, dan percepatan, yang sering digunakan untuk menggambarkan gerak benda.
Untuk menggambarkan gerak suatu benda, pertama-tama Anda harus menggambarkan posisinya - di mana letaknya pada waktu tertentu. Anda perlu menentukan posisinya relatif terhadap kerangka referensi yang nyaman. Bumi sering digunakan sebagai kerangka acuan, dan kita sering menggambarkan posisi benda yang berhubungan dengan posisinya ke atau dari Bumi. Secara matematis, posisi suatu objek umumnya diwakili oleh variabel x.
Kerangka Acuan
Ada dua kerangka acuan:
A. Kerangka acuan inersia - Kerangka acuan ini tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan sehubungan dengan kerangka acuan lainnya. Ia memiliki kecepatan konstan, yaitu bergerak dengan kecepatan konstan dalam garis lurus, atau diam. Hukum gerak Newton berlaku di semua kerangka acuan inersia. Di sini, benda tidak berubah karena gaya eksternal. Ada beberapa cara untuk membayangkan gerakan ini:
B. Kerangka acuan non-inersia - Kerangka acuan dikatakan sebagai kerangka acuan non-inersia ketika sebuah benda, tidak ditindaklanjuti oleh gaya eksternal, dipercepat. Dalam kerangka acuan non-inersia. Hukum gerak Newton tidak valid. Itu tidak memiliki kecepatan konstan dan dipercepat. Ada beberapa cara untuk membayangkan gerakan ini:
Perpindahan adalah perubahan posisi suatu benda relatif terhadap kerangka acuannya. Misalnya, jika sebuah mobil bergerak dari rumah ke toko kelontong, perpindahannya adalah jarak relatif dari toko kelontong ke kerangka acuan yang dalam kasus ini adalah rumah. Kata "perpindahan" menyiratkan bahwa suatu benda telah berpindah atau telah dipindahkan. Perpindahan dapat direpresentasikan secara matematis sebagai berikut:
di mana Δx adalah perpindahan, xf adalah posisi akhir, dan xo adalah posisi awal.
Vektor adalah besaran apa pun yang memiliki besar dan arah, sedangkan skalar hanya memiliki besar.
Apa perbedaan antara jarak dan perpindahan? Perpindahan ditentukan oleh arah dan besarnya, sedangkan jarak ditentukan oleh besarnya saja. Jadi, jarak merupakan besaran skalar dan perpindahan merupakan besaran vektor.
Demikian pula, kecepatan adalah besaran skalar dan kecepatan adalah besaran vektor.
Arah vektor dalam gerak satu dimensi diberikan hanya dengan tanda plus (+) atau minus (-). Vektor diwakili secara grafis dengan panah. Panah digunakan untuk mewakili titik vektor dalam arah yang sama dengan vektor.
.svg)
Dalam fisika, skalar adalah kuantitas fisik sederhana yang tidak diubah oleh rotasi atau translasi sistem koordinat. Ini adalah kuantitas apa pun yang dapat dinyatakan dengan satu angka dan memiliki besaran, tetapi tidak memiliki arah. Misalnya, suhu 20 o C, 250 kilokalori energi dalam permen, batas kecepatan 90 km/jam, tinggi seseorang 1,8 m, dan jarak 2,0 m semuanya merupakan besaran skalar.
Perhatikan, skalar bisa bernilai negatif, seperti suhu -20 o C. Dalam hal ini, tanda minus menunjukkan titik pada skala, bukan arah. Skalar tidak pernah diwakili oleh panah.
Untuk menggambarkan arah besaran vektor, Anda harus menetapkan sistem koordinat di dalam kerangka acuan. Untuk gerak satu dimensi, ini adalah sistem koordinat sederhana yang terdiri dari garis koordinat satu dimensi. Secara umum, saat menggambarkan gerak horizontal, gerak ke kanan biasanya dianggap positif, dan gerak ke kiri dianggap negatif. Dengan gerak vertikal, gerak ke atas biasanya positif dan gerak ke bawah negatif.
.svg)
Waktu
Dalam fisika, definisi waktu itu sederhana - waktu adalah perubahan atau selang waktu terjadinya perubahan. Satuan SI untuk waktu adalah detik, disingkat 's'.
Mari kita pahami bagaimana waktu berhubungan dengan gerak. Kami biasanya tertarik pada waktu yang telah berlalu untuk gerakan tertentu, seperti berapa lama seseorang berjalan kaki dari rumahnya ke taman. Untuk mencari waktu yang telah berlalu, kita catat waktu di awal dan akhir gerakan dan kurangi keduanya. Misalnya, orang tersebut mungkin berangkat dari rumahnya pada pukul 11:00 dan tiba di taman pada pukul 11:30, sehingga waktu yang diperlukan adalah 30 menit. Waktu berlalu Δt adalah perbedaan antara waktu berakhir dan waktu mulai,
Δt = t f - t 0
dimana Δt adalah perubahan waktu atau waktu yang telah berlalu, t f adalah waktu akhir gerak, dan t 0 adalah waktu awal gerak. Untuk mempermudah, kita ambil waktu permulaan sebagai nol yaitu gerak dimulai pada waktu yang sama dengan nol (t f = 0)
Kecepatan
Kecepatan rata-rata adalah perpindahan (perubahan posisi) dibagi waktu tempuh ,
\(v=\frac{\Delta x}{\Delta t}=\frac{x_f - x_o}{t_f - t_o} \)
Di mana
v adalah kecepatan rata-rata; Δx adalah perubahan perpindahan; x f dan x o masing-masing adalah posisi akhir dan awal pada waktu t f dan t o . Jika waktu mulai t o dianggap nol, maka kecepatan rata-ratanya sederhana.
\(v=\frac{\Delta x}{t}\)
Misalnya, jika seseorang berjalan menuju bagian belakang kereta. Dia membutuhkan waktu 5 detik untuk bergerak -4m (tanda negatif menunjukkan perpindahan ke arah belakang kereta). Kecepatan rata-ratanya adalah
\(v=\frac{-4}{5} = - 0.8m/s\)
Kecepatan sesaat didefinisikan sebagai laju perubahan posisi untuk selang waktu yang sangat kecil (hampir nol). Jika objek memiliki kecepatan yang seragam maka kecepatan sesaat mungkin sama dengan kecepatan standarnya.
\(v_i = \lim \limits_{\Delta \to 0} \frac{ds}{dt}\)
Di mana,
Kecepatan
Dalam bahasa sehari-hari, kebanyakan orang menggunakan istilah "kecepatan" dan "kecepatan" secara bergantian. Namun, dalam fisika, kecepatan dan kecepatan adalah konsep yang berbeda. Satu perbedaan utama adalah bahwa kecepatan tidak memiliki arah. Jadi, kecepatan adalah skalar.
Kecepatan rata-rata adalah jarak yang ditempuh dibagi waktu yang ditempuh.
Perhatikan bahwa jarak yang ditempuh bisa lebih besar dari besarnya perpindahan. Jadi, kecepatan rata-rata bisa lebih besar dari kecepatan rata-rata, yaitu perpindahan dibagi waktu. Misalnya, jika Anda berkendara ke toko dan kembali ke rumah dalam waktu setengah jam (30 menit), dan odometer mobil Anda menunjukkan total jarak yang ditempuh adalah 6km, maka kecepatan rata-rata Anda adalah 12 km/jam. Namun, kecepatan rata-rata Anda adalah nol, karena perpindahan Anda untuk perjalanan pulang pergi adalah nol. Jadi, kecepatan rata-rata bukan hanya besarnya kecepatan rata-rata.
Kecepatan Sesaat adalah besarnya kecepatan sesaat. Ini memiliki nilai yang sama dengan kecepatan sesaat tetapi tidak memiliki arah.
Dalam fisika, percepatan adalah laju perubahan kecepatan benda terhadap waktu. Ini adalah besaran vektor dengan besar dan arah. Percepatan disertai dengan gaya, seperti yang dijelaskan oleh Hukum Kedua Newton; gaya, sebagai vektor, adalah produk massa benda yang dipercepat dan percepatan (vektor), atau F=ma. Satuan SI percepatan adalah meter per detik kuadrat: m/ s2
Percepatan adalah vektor yang menunjuk ke arah yang sama dengan perubahan kecepatan, meskipun tidak selalu dalam arah gerak. Misalnya, ketika sebuah benda melambat atau melambat, percepatannya berlawanan arah dengan geraknya.
Percepatan adalah vektor dalam arah yang sama dengan perubahan kecepatan, Δv. Karena kecepatan adalah vektor, ia dapat berubah baik dalam besaran atau arah. Percepatan karena itu perubahan baik kecepatan atau arah atau keduanya.
Representasi matematis percepatan adalah:
\(a = \frac{\Delta v}{\Delta t}\)
di mana a adalah percepatan; Δv adalah perubahan kecepatan; Δt adalah perubahan waktu.
Jika seekor kuda pacu keluar dari gerbang dipercepat dari keadaan diam ke kecepatan 15,0m/s ke barat dalam waktu 1,80s, berapakah percepatan rata-ratanya?
Pertama, kami menggambar sketsa dan menetapkan sistem koordinat untuk masalah tersebut. Ini adalah masalah sederhana, tetapi selalu membantu untuk memvisualisasikannya. Perhatikan bahwa kita menetapkan timur sebagai positif dan barat sebagai negatif. Jadi, dalam hal ini, kita memiliki kecepatan negatif.
.svg)
Kita dapat menyelesaikan masalah ini dengan mengidentifikasi Δv dan Δt dari informasi yang diberikan dan kemudian menghitung percepatan rata-rata langsung dari persamaan:
\(a = \frac{\Delta v}{\Delta t}\)
⇒ \(a = \frac{-15 m/s}{1.50 s}\) = - 8,33 m/s 2
Gerak dengan percepatan tetap
Percepatan konstan terjadi ketika kecepatan suatu benda berubah dengan jumlah yang sama dalam periode waktu yang sama.
Objek dengan percepatan konstan tidak boleh disamakan dengan objek dengan kecepatan konstan. Jika suatu benda mengubah kecepatannya - baik dengan jumlah konstan atau jumlah yang bervariasi - maka itu adalah objek yang dipercepat. Dan benda dengan kecepatan konstan tidak mengalami percepatan.
Ada empat persamaan kinematik yang menggambarkan gerak benda tanpa mempertimbangkan penyebabnya. Empat persamaan kinematik melibatkan lima variabel kinematik: d, v, v 0 , a, dan t.
Di mana,
d singkatan dari perpindahan objek;
v singkatan dari kecepatan akhir objek;
v 0 adalah kecepatan awal benda;
a adalah singkatan dari percepatan benda;
t singkatan dari waktu yang objek bergerak.
Masing-masing persamaan ini hanya berisi empat dari lima variabel dan memiliki satu variabel yang hilang. Ini memberitahu kita bahwa kita membutuhkan nilai dari tiga variabel untuk mendapatkan nilai keempat dan kita perlu memilih persamaan yang berisi tiga variabel yang diketahui dan satu variabel yang tidak diketahui untuk setiap situasi tertentu.
Persamaan 1
v = v 0 + at
Persamaan 2
d = \(\frac{1}{2}\) (v 0 + v)t atau sebaliknya, v rata-rata = \(\frac{d}{t}\)
Persamaan 3
d = v 0 t + ( \(\frac{at^{2}}{2}\)
Persamaan 4
v 2 = v 0 2 + 2ad
