Bagaimana cara kalian datang ke sekolah? Apakah
naik mobil? Motor? Atau berjalan kaki? Tahukah
kalian berapa jarak yang ditempuh dari rumah
kalian? Berapa lama waktu yang diperlukan?
Cobalah kalian berpindah tempat duduk dari
posisi awal kalian duduk di kelas menuju posisi
duduk pada barisan paling depan, kemudian
lanjutkan ke barisan paling belakang. Hitunglah
banyaknya langkah menuju posisi tersebut, kemudian
ukurlah waktu yang diperlukannya. Bandingkanlah
banyaknya jumlah langkah dan waktu untuk menuju
kedua posisi terdepan maupun ke belakang tersebut.
Gerak benda
Perpindahan dan Jarak Tempuh Benda
Ketika kalian berangkat dari rumah menuju ke
sekolah atau berpindah posisi dari tempat duduk
depan ke tempat duduk pada bagian belakang, kalian
dikatakan telah bergerak. Jadi, apa sesungguhnya
gerak itu menurut kalian?
Makhluk hidup bergerak dengan kemauan
dirinya sendiri untuk mencari makanan. Lemari
bergerak karena didorong oleh ayah. Gerak semua
benda tersebut memerlukan informasi besarnya
perpindahan yang diperlukan dari satu posisi ke posisi lainnya atau informasi tentang nilai lintasan
yang dilalui gerak benda yang dikenal dengan jarak
tempuh.
Kita dapat menggambarkan gerak sebuah benda
secara mendetail setelah kita mampu mendefinisikan
besaran-besaran gerak untuk benda tersebut.
Dengan mengetahui besaran gerak tersebut, kita
akan mengetahui pada saat tertentu benda berada di
mana dan bergerak ke arah mana.
Besaran – besaran gerak yang pertama kali perlu
diketahui adalah posisi, perpindahan dan jarak
tempuh. Agar dapat menjelaskan gerak benda
secara lengkap, kita memerlukan bantuan sumbu
koordinat. Tentu kalian sudah kenal dengan sumbu
koordinat kartesian dengan lambang sumbu x dan
y bukan?
Jumlah sumbu koordinat yang digunakan
bergantung pada arah gerak yang akan kita bahas.
Jika benda hanya bergerak pada lintasan berupa
garis lurus maka kita cukup menggunakan satu
sumbu koordinat (misalkan pada sumbu-x). Gerak
semacam ini sering disebut gerak satu dimensi (satu
arah pandang). Dapakah kalian menuliskan contoh
benda yang bergerak dalam satu dimensi di dalam
kehidupan sehari-hari?
Pada bab ini kita akan membatasi pada gerak
satu dimensi dengan posisi dilambangkan simbol x.
Misalkan rumah kalian sebagai posisi awal (x0
)
karena tempat mulai kalian bergerak dan sekolah
sebagai posisi akhir (xt
). Jadi kalian tahu apa
pergertian posisi itu?
Besar total perpindahan yang kalian lakukan
adalah pengurangan nilai dari posisi akhir terhadap
posisi awal. Jika rumah kalian sebagai posisi
awal dan sebagai titik acuan maka rumah kalian
dapat diberikan angka 0 meter. Adapun posisi
sekolah terhadap rumah kalian misalkan memiliki
nilai 100 meter seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 4.2. Dapat dengan mudah kalian hitung
total perpindahan kalian dari rumah ke sekolah
adalah sebesar 100 m (100 m – 0 m).
Ungkapan tersebut dapat dirumuskan sebagai
berikut.
∆x = xt – x0 (1)
Keterangan:
∆x = Perubahan posisi, satuannya meter (m)
x0 = Posisi awal, satuannya meter (m)
xt = Posisi akhir, satuannya meter (m)
Saat kalian tiba di sekolah, tiba-tiba kalian
merasakan sakit perut. Ibu guru memerintahkan
kalian untuk segera pulang ke rumah. Sehingga
dalam pengertian Sains, jika kalian kembali ke
posisi semula saat kalian mulai bergerak tadi kalian
tidak melakukan perpindahan. Dapatkah kalian
menjelaskannya? Gambar 4.3 mungkin dapat
membantu kalian menjawab pertanyaan.
Berbeda dengan perpindahan yang kalian
lakukan, nilai jarak tempuh tidaklah nol, tapi bernilai
200 m. Mengapa menjadi bernilai 200 meter? Kini
kalian dapat membedakan perpindahan dan jarak
tempuhkan?
Sebelum kalian kembali pulang ke rumah karena
sakit perut, terlihat seorang kawan sudah duduk di
kelas sambil membaca buku pelajaran. Ibu guru
mengatakan, kawan kalian tersebut sudah tiba lebih
awal di sekolah. Padahal rumah kawan kalian tersebut
masih berada di dalam satu komplek perumahan dan
tidak jauh dari rumah kalian. Mengapa kawan kalian
bisa sampai lebih dahulu dari kalian padahal kalian
berdua berangkat pada waktu yang bersamaan?
Setelah diselidiki ternyata kawan kalian
tersebut menempuh jalan yang berbeda dari kalian.
Ia menggunakan sepeda dan melalui jalan-jalan
pintas menuju sekolah. Dari sini dapat dikatakan
bahwa kalian dan kawan kalian tersebut memiliki
jarak tempuh yang berbeda. Bisa jadi, saat kalian
menggunakan mobil, kalian menempuh jarak yang
lebih panjang untuk menuju sekolah karena mobil
harus melalui jalan raya. Berdasarkan cerita di atas
kalian sudah dapat memahami pengertian jarak
tempuh bukan?
Selama kalian berada di dalam mobil menuju
ke sekolah, kalian melintasi seseorang yang sedang
diam di tepi jalan raya. Orang tersebut melihat
bahwa kalian sedang bergerak bersama mobil
terhadap sebuah kota yang kalian tinggali. Kalian
yang sedang berada di dalam mobil akan melihat
bahwa pengamat bergerak juga dengan arah yang
berlawanan dengan arah gerak mobil. Jadi, sebuah
benda dikatakan bergerak tergantung dari pengamat
dan titik acuan yang dipergunakan. Hal tersebut
menunjukkan bahwa gerak benda bersifat relatif
atau tidak mutlak.
Apakah Kita Semua Bergerak Relatif?
Menurut kalian apakah orang yang dipinggir jalan
benar-benar bergerak? Kalian telah mengetahui
bahwa gerak adalah perubahan jarak dan/atau posisi
benda terhadap titik acuan yang pilih. Saat kalian
melihat orang di pinggir jalan, apakah ia bergerak?
Apakah termasuk gerak nyata atau gerak semu?
Gerak semu adalah benda yang sebenarnya
diam namun oleh pengamat teramati bahwa benda
tersebut seolah-olah bergerak. Gerak semu biasanya
diakibatkan oleh karena keadaan pengamat yang
sedang berada dalam suatu sistem yang bergerak.
Contoh gerak semu yaitu pada saat kita naik bus,
pohon-pohonan di tepi jalan seperti bergerak
berlari meninggalkan kita. Padahal sebenarnya,
yang bergerak adalah bus saat kita sedang berada di
dalamnya. Jadi kita semua bergerak relatif.
Saat kalian hendak kembali pulang ke rumah
lagi karena sakit perut, mobil yang akan menjemput
sudah tiba di tempat parkir. Saat kalian melihat jam
dinding di pintu masuk sekolah, jarum jam baru
menunjukkan pukul 07.30 WIB. Padahal tadi kalian
menelpon orang tua di rumah pada pukul 07.15
WIB. Itu artinya mobil hanya memerlukan waktu 15
menit dari rumah ke sekolah. Biasanya waktu yang
diperlukan mobil untuk ke sekolah adalah 30 menit.
Mengapa bisa terjadi demikian? Apa yang terjadi
dengan mobil yang akan menjemput kalian tersebut?
Kenapa Waktu Tiba Bisa Berbeda?
Jarak yang ditempuh suatu benda diukur dari
seberapa jauh benda itu telah bergerak dari titik
acuan sebagai posisi awal. Kalian juga telah
mengetahui bahwa perpindahan adalah seberapa
jauh suatu benda berpindah dihitung dari titik
awal acuan, tanpa memperhatikan bentuk lintasan,
apakah berkelok-kelok atau lurus. Semuanya diukur
dengan menarik garis lurus dari posisi awal hingga
posisi akhir benda seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 4.2.
Jika jarak tempuh dari mobil yang tiba untuk
menjemput kalian dibandingkan parameter waktu,
maka akan didapatkan sebuah infomasi penting
lainnya dalam konsep gerak yaitu yang dikenal
sebagai kelajuan.
Dengan membandingkan jarak tempuh
terhadap waktu, maka kalian akan mendapatkan nilai
kelajuan sebuah benda ketika bergerak. Kelajuan
dapat ditulis dalam persamaan berikut.
v=\frac{s}{t}Keterangan:
v = Kelajuan, satuannya m/s
s = Jarak tempuh, satuannya meter (m)
t = waktu, satuannya adalah sekon atau detik (s)
Coba kalian ingat kembali, apakah saat naik
kendaraan atau mobil ketika menuju sekolah laju mobil
tersebut terasa cepat atau lambat? Atau berubah-ubah?
Kelajuan yang konstan atau bernilai tetap adalah
kelajuan gerak suatu benda ketika setiap bagian jarak
itu ditempuh dalam waktu yang sama, seperti yang
ditunjukkan pada Persamaan 2. Kelajuan tetap atau
konstan ini biasanya hanya bisa terjadi dalam waktu
sesaat atau sebentar saja (dalam hitungan detik atau
menit). Maka dari itu laju tetap ini sering disebut laju
sesaat. Pada kenyatannya, sangat sulit untuk membuat
sebuah benda melaju dengan konstan dalam waktu
yang lama. Untuk itu diperlukan konsep yang lebih
praktis, yang dikenal sebagai kelajuan rata-rata.
Kelajuan rata-rata ialah kelajuan gerak benda
yang menempuh jarak perpindahan tertentu di
mana tidak setiap bagian dari jarak itu ditempuh
dalam waktu yang realatif sama. Untuk kelajuan
rata-rata berlaku persamaan berikut.
\bar v=\frac{\Sigma s}{\Sigma t}Keterangan:
v = Kelajuan rata-rata, satuan dalam m/s
Σs = Jumlah jarak yang ditempuh, satuan dalam
meter (m)
Σt= Jumlah waktu, satuannya adalah sekon atau
detik (s)
Apakah Kelajuan Sama Dengan Kecepatan? Kenapa Orang Jarang Menyebutkan Kelajuan?
Menurut kalian apakah kelajuan dan kecepatan itu
adalah hal yang sama? Perhatikanlah contoh persoalan
berikut ini. Jika kalian melangkah ke kanan sejauh
100 m dalam sumbu x, kemudian kembali melangkah
ke kiri sejauh 50 m ditempuh dalam waktu 25 sekon.
Berapakah total jarak tempuh yang kalian lakukan?
Berapakah perpindahan yang terjadi?
Jadi benarkah kelajuan berbeda dengan
kecepatan? Kelajuan adalah seberapa cepat
sebuah jarak ditempuh dalam waktu tertentu tanpa
memperhitungkan arah, karena kelajuan termasuk
besaran skalar (besaran di dalam Sains yang hanya
memiliki nilai besar dan satuan). Adapun kecepatan
adalah besarnya perpindahan persatuan waktu.
Kecepatan adalah besaran vektor (memiliki nilai
besar dan satuan dan juga harus dinyatakan arah
kemana benda tersebut bergerak).
Bagaimana Kita Menghitung? Kecepatan Sebuah Benda?
Jika mobil yang menjemput kalian tiba lebih awal
dan diketahui melalui jalan yang persis sama jarak
tempuhnya seperti saat mengatarkan kalian ke
sekolah sehari-hari. Itu artinya mobil kalian dapat
tiba lebih awal daripada biasanya. Kira-kira apa yang
terjadi dengan mobil tersebut?
Dari ilustrasi di atas tentu kalian dapat memahami
apa yang dimaksud dengan kecepatan bukan?
Menurut kalian bagaimana kita dapat menghitung
kecepatan sebuah benda ketika bergerak?
Jika kalian dapat mengungkapkan besaran gerak
dalam variabel waktu (detik atau jam), maka kalian
dapat menentukan kondisi benda tersebut di masa
depan. Dalam satu detik, satu jam, atau satu hari
kemudian benda yang bergerak tersebut akan berada
di mana, bergerak dengan kecepatan berapa dan ke
arah mana dapat dihitung dengan mudah. Kecepatan
rata-rata dapat dinyatakan oleh persamaan berikut.
Adakah Faktor Lain Dari Gerak Benda Selain Kecepatan?
Selama bergerak, kecepatan sebuah benda berubah
ubah. Perubahan tersebut bisa berupa perubahan
nilai saja, perubahan arah saja, atau perubahan nilai
dan arah. Perubahan tersebut ada yang cepat dan
ada yang lambat. Besaran yang digunakan untuk
mengukur perubahan dinamakan percepatan.
Ambillah sebuah benda dan luncurkanlah pada
bidang miring licin dengan sudut kemiringan relatif
besar sehingga benda dapat meluncur ke bawah.
Amatilah benda tersebut saat meluncur? Apakah terjadi
penambahan kecepatan? Jika tidak terlalu tampak, buat
lintasan yang lebih panjang lagi dengan sudut yang
lebih besar. Mengapa benda tersebut melucur dengan
semakin cepat hingga menyentuh lantai?
Hasil percobaan sederhana tersebut menujukan
bahwa benda telah mengalami percepatan. Percepatan
adalah besarnya pertambahan kecepatan tiap satuan
waktu. Percepatan dapat dituliskan dengan persamaan
berikut.
a =\frac{v_t-v_o}{t_t-t_o}Keterangan:
a = Percepatan gerak benda, satuannya m/s2
Vo = Kecepatan awal, satuannya m/s
Vt = Kecepatan akhir, satuannya m/s
to = Waktu awal, satuannya sekon atau detik (s)
tt = Waktu akhir, satuannya sekon atau detik (s)
Untuk gerak dipercepat beraturan nilai a positif.
Adapun untuk gerak diperlambat beraturan nilai a
negatif. Contohnya adalah ketika mobil direm saat
tiba di sekolah.
