Materi kecepatan, kelajuan, percepatan dan gerak benda tanpa melibatkan gaya penyebab dari gerak benda tersebut dibahas dalam kinematika. Dalam materi kinematika, benda dikatakan bergerak ketika benda tersebut mengalami perpindahan posisi dari titik awal ke titik akhirnya.
Pengertian Kinematika
Kinematika merupakan cabang dari ilmu Fisika tepatnya mekanika klasik yang berfokus mengenai gerak benda serta sistem benda. Kinematika berkaitan dengan materi kecepatan, perpindahan serta percepatan gerak benda yang terkait dengan waktu, tanpa membahas mengenai penyebab dari gerak benda tersebut.
Dalam kinematika, benda dikatakan bergerak jika benda tersebut mengalami perpindahan dari posisi awal ke posisi akhir. Kinematika berbeda dengan kinetika yang membahas mengenai hubungan massa benda, gaya yang bekerja pada benda serta gerakan yang dialami oleh benda.
Untuk menghitung seberapa cepat benda tersebut mengalami perpindahan posisi dari titik awal ke titik akhir dalam selang waktu tertentu maka digunakan rumus kecepatan. Jika kecepatan yang dialami oleh benda tersebut selalu berubah per waktu tertentu maka disebut benda mengalami percepatan.
Besaran kecepatan dan percepatan termasuk ke dalam besaran vektor karena mempertimbangkan arah gerak benda. Kinematika yang akan dipelajari di sini terbagi menjadi dua jenis yakni kinematika partikel dan kinematika gerak.
Kinematika Partikel
Partikel dalam Fisika digunakan untuk menyebut benda atau objek berukuran sangat kecil serta berdimensi. Namun, dalam materi kinematika partikel, partikel yang dimaksud melibatkan setiap benda yang mempunyai massa dan ukuran baik berukuran besar maupun atomik.
Sehingga kinematika partikel membahas mengenai gerak suatu benda dalam satu kesatuan utuh partikel tersebut. Benda dalam kinematika partikel disebut partikel karena benda tersebut terdiri dari banyak partikel yang bergerak bersama dalam satu kesatuan utuh serta tidak mengalami putaran poros benda.
Kinematika Gerak
Kinematika gerak membahas mengenai gerakan benda dilihat dengan skala besar atau makro. Kinematika gerak dibagi menjadi Gerak Lurus Beraturan (GLB) dan Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB).
Gerak Lurus Beraturan (GLB)
Gerak Lurus Beraturan (GLB) merupakan gerak suatu benda dalam bidang lintasan lurus serta mempunyai kecepatan tetap di setiap saat. Namun, karena pada kehidupan nyata sangt sulit menemukan benda yang bergerak dalam kecepatan konstan, maka digunakan pendekatan gerak relative GLB.
Gerak relative GLB adalah gerak suatu benda yang bisa didekati dengan pendekatan gerak konstan meski sebenarnya terdapat perubahan kecepatan namun sedikit.
Contoh gerak benda yang termasuk ke dalam Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak kereta api pada lintasan rel kereta yang lurus serta tidak ada hambatan. Gerak kendaraan seperti mobil di jalan tol bebas hambatan termasuk ke dalam Gerak Lurus Beraturan (GLB).
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) merupakan gerak linear suatu benda dalam lintasan lurus yang mengalami perubahan kecepatan secara konstan atau tetap. Artinya dalam Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB), benda mengalami percepatan dengan nilai tertentu (percepatan tidak sama dengan 0).
Jika benda bergerak semakin cepat maka disebut percepatan sementara jika benda bergerak semakin lambat disebut perlambatan. Percepatan atau perlambatan ini bernilai tetap dan disimbolkan dengan a.
Contoh Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerakan bola yang dilempar ke atas, benda yang jatuh dari ketinggian tertentu, gerak kendaraan yang memperlambat laju atau mempercepat gerakannya, orang yang berseluncur di atas salju.
Benda yang bergerak naik ke atas secara alami akan mengalami perlambatan akibat gaya tarik gravitasi ke bumi. Sementara benda yang bergerak jatuh ke bawah akan mengalami percepatan akibat gaya tarik gravitasi semakin besar saat mendekati bumi.
Rumus Kinematika
Rumus Kecepatan
Kecepatan atau velocity dalam Fisika didefinisikan sebagai seberapa cepat benda mengalami perpindahan dari satu tempat ke tempat lainnya pada selang waktu tertentu. Kecepatan adalah besaran vektor yang mempertimbangkan arah gerak benda (perpindahan).
Sementara kelajuan benda adalah cepat lambat pergerakan benda untuk menempuh jarak tertentu dalam selang waktu tertentu. Namun, baik kelajuan dan kecepatan dapat dihitung menggunakan rumus yang sama.
Pada kelajuan menggunakan jarak dibagi waktu sementara kecepatan adalah pembagian perpindahan terhadap waktu.
Keterangan:
v = kecepatan gerak benda (m/s)
s = perpindahan benda (m)
Δt = selang waktu benda bergerak (detik)
Rumus Percepatan
Percepatan merupakan proses perubahan kecepatan dari gerak suatu benda atau partikel dalam selang waktu tertentu. Percepatan pada benda dapat mempercepat atau memperlambat gerak benda. Percepatan termasuk ke dalam besaran vektor karena mempertimbangkan arah gerak benda tersebut.
Sementara nilai dari percepatan disebut sebagai perlajuan karena termasuk besaran skalar yang tidak mempertimbangkan arah. Secara matematis, untuk menghitung percepatan gerak suatu benda menggunakan rumus berikut ini:
Keterangan:
Kinematika Gerak
Kinematika gerak meliputi rumus untuk menghitung kecepatan gerak benda yang berubah terhadap waktu (pengalami percepatan). Berikut adalah kinematika kecepatan:
vt = v0 + a . t
dan
vt² = v0² + 2 a . s
Untuk menghitung jarak benda maka digunakan kinematika posisi berikut:
Keterangan:
vt = kecepatan akhir (m/s)
v0 = kecepatan awal (m/s)
a = percepatan (m/s²)
t = waktu (s)
s = jarak benda (m)
Contoh Soal Kinematika
- Soal 1
Kendaraan bermotor bergerak dari kecepatan 25 m/s menjadi 40 m/s dalam selang waktu 20 detik. Tentukan berapakah percepatan rata-rata kendaraan bermotor dalam selang waktu tersebut?
Diketahui:
v1 = 25 m/s
v2 = 40 m/s
Δt = 20 s
Jawab:
Maka percepatan gerak kendaraan bermotor adalah 0,75 m/s²
- Soal 2
Seekor sapi yang digunakan untuk membajak sawah bergerak pada lintasan berbentuk garis lurus yang digambarkan dengan persamaan s = 3t² + 4t – 5 (s dalam satuan meter serta t dalam satuan sekon). Tentukan berapa jarak yang ditempuh sapi tersebut pada saat t = 4 detik?
Diketahui:
s = 3t² + 4t – 5
Jawab:
Untuk menghitung jarak yang ditempuh sapi pada saat t = 4 detik adalah:
s = 3 . 4² + 4 . 4 – 5
s = 3 x 16 + 16 – 5
s = 48 + 16 – 5 = 59 m
Kinematika meliputi kinematika gerak dan kinematika partikel. Kinematika membahas mengenai gerak suatu benda yang berpindah dari satu posisi ke posisi yang lain. Kinematika berkaitan dengan kecepatan, percepatan, dan sebagainya.