Kelajuan, Kecepatan dan Percepatan

Pengantar

Dalam kehidupan sehari-hari, mungkin anda pernah mendengar istilah kelajuan/laju dan kecepatan. Kedua istilah ini sering digunakan, sayangnya kebanyakan orang sering mencampuradukan pengertiannya. Misalnya ketika anda sedang mengendarai sepeda motor atau mobil dan melihat speedometer menunjukkan angka 70 km/jam. Apabila anda mengatakan sepeda motor (atau mobil) sedang bergerak 70 km/jam, maka yang anda maksudkan adalah kelajuan mobil/sepeda motor. Namun apabila anda mengatakan sepeda motor atau mobil yang anda kendarai bergerak 70 km/jam ke arah barat, maka kali ini yang anda maksudkan adalah kecepatan. (bingung ? silahkan dibaca terus…) Pada kesempatan ini kita mencoba memahami pengertian kelajuan dan kecepatan secara baik dan benar dari sudut pandang ilmu fisika. Mudah-mudahan setelah belajar pokok bahasan ini, anda dapat membedakan dengan baik kelajuan dan kecepatan, lalu mencoba meluruskan kesalahpahaman yang selama ini terjadi.

KELAJUAN

Pada pokok bahasan tentang Besaran Vektor dan Skalar, telah dijelaskan pengertian vektor dan skalar serta perbedaan antara keduanya. Jika anda belum memahami dengan baik dan benar, sebaiknya dipelajari terlebih dahulu.

Istilah laju/kelajuan menyatakan seberapa jauh sebuah benda berjalan/berpindah dalam suatu selang waktu tertentu. Kelajuan merupakan salah satu besaran turunan yang tidak bergantung pada arah, sehingga kelajuan termasuk skalar. Seperti jarak, kelajuan termasuk besaran skalar yang nilainya selalu positif. Alat pengukur kelajuan adalah speedometer, digunakan pada sepeda motor, mobil atau kendaraan lainnya. Anda pasti sering melihat alat tersebut (lihat gambar speedometer di bawah).

KECEPATAN

Kecepatan merupakan besaran yang bergantung pada arah, sehingga termasuk besaran vektor. Dalam satu dimensi, arah gerakan selalu dinyatakan dengan tanda + atau -. Jika ditetapkan arah ke timur sebagai sumbu positif ( sumbu +x), maka besar/nilai kecepatan gerak benda ke arah timur cukup ditambahkan tanda + di depannya. Apabila ke arah barat, besar/nilai kecepatan gerak benda ditambah tanda – . Sebagai contoh, sebuah mobil bergerak 60 km/jam ke timur, maka dalam penulisannya cukup ditulis +60 km/jam. apabila mobil tersebut berbelok dan bergerak 60 km/jam ke arah barat, kecepatan mobil tersebut cukup ditulis -60 km/jam.

Jika alat ukur kelajuan adalah speedometer, apakah alat ukur kecepatan ? misalnya pada sebuah mobil yang memiliki speedometer jenis linier yang dilengkapi dengan pembacaan angka negatif apabila mobil bergerak mundur. Alat ini disebut velocitometer, yakni alat pengukur kecepatan.

Misalnya ketika mobil bergerak maju (misalnya ke arah utara) dengan kelajuan 60 km/jam, velocitometer akan menunjukkan angka +60. namun bila mobil bergerak mundur dengan kelajuan 60 km/jam, velocitometer akan menunjukkan angka -60. contoh ini menunjukkan bahwa kecepatan sesaat adalah kelajuan sesaat beserta arah geraknya.

Perlu diketahui bahwa yang dibahas di atas adalah besar kelajuan sesaat dan kecepatan sesaat. Kelajuan sesaat merupakan besaran skalar, yang diukur dengan speedometer. Sedangkan kecepatan sesaat adalah kelajuan sesaat beserta arah geraknya. Kecepatan sesaat termasuk besaran vektor yang diukur dengan velocitometer. Suatu benda yang bergerak selama selang waktu tertentu dan gerakannya tidak pernah berhenti, baik kelajuan sesaat maupun kecepatan sesaatnya tidak pernah bernilai nol. Kelajuan sesaat dan kecepatan sesaat hanya bernilai nol apabila benda berhenti sesaat.

Kelajuan Rata-rata

Kelajuan/laju rata-rata suatu benda yang bergerak diartikan sebagai jarak total yang ditempuh sepanjang lintasan gerak benda dibagi waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak yang tersebut.

Ingat bahwa yang dikatakan pada definisi di atas adalah jarak, bukan perpindahan.

Catatan : anda tidak boleh menghafal RUMUS. Menghafal rumus hanya akan membuat pusing. Pahami pengertian kelajuan dengan baik maka dengan sendirinya anda akan mengetahui rumusnya. Jika pengertian kelajuan sudah dipahami, maka otomatis anda juga dengan sendirinya mengetahui asal usul rumus tersebut. Sekarang kita selesaikan latihan soal di bawah ini agar pemahaman konsep kelajuan semakin mendalam.

Contoh soal :

Misalnya anda mulai berjalan dari A ke B, C, D lalu kembali ke A, selama selang waktu 48 detik (lihat gambar di bawah). Berapa kelajuan rata-rata anda ?

Panduan Jawaban :

Sebelum kita menghitung laju rata-rata, terlebih dahulu dihitung jarak tempuh total. Jarak tempuh total = Jarak AB + BC + CD + DA = 4 m + 2 m + 4 m + 2 m = 12 m. waktu tempuh total = 48 detik. Dengan demikian,

Nah, laju rata-ratamu sebesar 0,25 m/s (sangat lambat, he2….)

Catatan : pertama,0,25 m/s merupakan kelajuan rata-rata. selama menempuh lintasan di atas laju anda tidak tetap atau selalu berubah-ubah, terutama di setiap tikungan. Kedua, baik jarak tempuh maupun selang waktu, keduanya merupakan besaran skalar. Sebagai besaran skalar, laju rata-rata tidak bergantung pada arah

Kecepatan Rata-rata

Kecepatan rata-rata suatu benda yang bergerak didefinisikan sebagai perpindahan yang ditempuh benda dibagi waktu tempuh.

Contoh soal :

Misalnya anda mulai berjalan dari A ke B, C, D lalu kembali ke A, selama selang waktu 48 detik (lihat gambar di bawah). Berapa kecepatan rata-rata anda ?

Panduan Jawaban :

Sebelum kita menghitung kecepatan rata-rata, terlebih dahulu dihitung besarnya perpindahan. Perpindahan merupakan besaran vektor, demikian juga kecepatan, di mana gerakan benda bergantung pada arah.

Catatan :Benda-benda yag terletak di sebelah kanan titik asal (0) pada sumbu x memiliki koordinat x positif dan titik di sebelah kiri 0 memiliki koordinat x negatif. Posisi sepanjang sumbu y biasanya dianggap positif jika terletak di atas nol dan negatif bila terletak di bawah nol (ini hanya merupakan ketetapan). Ingat kembali pembahasan tentang kedudukan, jarak dan perpindahan.

Berdasarkan ketetapan ini, besar perpindahan = (+4 m) + ( +2 m) + (-4 m) + (-2 m ) = 4 m + 2 m – 4 m – 2 m = 0. Walaupun kamu melakukan gerakan, kedudukanmu tetap, jadi besar perpindahanmu pada contoh di atas adalah nol. Dengan kata lain, kamu tidak melakukan perpindahan. Karena besarnya perpindahan 0 maka kecepatan rata-rata = 0 (ingat bahwa setiap bilangan yang dibagi dengan nol hasilnya adalah nol)

Contoh soal untuk memperdalam pemahamanmu mengenai perbedaan kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata.

Seseorang mengendarai sepeda motor 70 m ke timur dan kemudian berbalik ke barat sejauh 30 m, selama 70 detik. Berapa kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata orang tersebut ?

Panduan jawaban :

Sebelum menghitung kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata, terlebih dahulu diketahui besarnya jarak dan perpindahan. Pada cotoh soal di atas, jarak tempuh total = 100 m. sedangkan perpindahan = (+ 70 m) + (-30 m) = 70 m – 30 m = 40 m. Dengan demikian,

Untuk membahas gerak satu dimensi sebuah benda pada umumnya, misalnya pada satu titik waktu, katakanlah t1, benda berada pada sumbu x di titik x₁ pada sistem koordinat dan beberapa saat kemudian, pada waktu t₂, berada pada titik x₂. waktu yang diperlukan adalah t₂-t₁. dan selama selang waktu ini perpindahan benda adalah x₂-x₁. dengan demikian, kecepatan rata-rata percepatan rata-rata yang didefinisikan sebagai perpindahan dibagi waktu yang diperlukan, dapat ditulis :

Di mana v adalah kecepatan dan garis di atas v adalah simbol estándar yang berarti rata-rata. Perhatikan bahwa jika x₂ lebih kecil dari x₁, benda bergerak ke kiri, berarti (x₂-x₁) lebih kecil dari nol. Tanda perpindahan dan berarti juga tanda kecepatan, menunjukkan arah : kecepatan rata-rata positif untuk benda yang bergerak ke kanan sepanjang sumbu x dan negatif jika benda bergerak ke kiri. Arah kecepatan selalu sama dengan arah perpindahan.

Contoh soal :

Posisi seorang pelari sebagai fungsi waktu digambarkan sepanjang sumbu x dari suatu sistem koordinat. Selama selang waktu 3 s, posisi pelari berubah dari x₁ = 50 m menjadi x₂ = 30,5 m, seperti tampak pada gambar di bawah. Berapakah kecepatan rata-rata pelari tersebut ?

Panduan jawaban :

Kecepatan rata-rata adalah perpindahan dibagi waktu yang diperlukan. Perpindahannya adalah :

Perpindahan dan kecepatan rata-rata bernilai negatif, yang menunjukan bahwa pelari tersebut bergerak ke kiri sepanjang sumbu x, sebagaimana ditunjukan oleh tanda panah. Dengan demikian kita dapat mengatakan bahwa kecepatan rata-rata pelari tersebut adalah 6,50 m/s ke kiri.

Kecepatan Sesaat

Jika anda mengendarai mobil sepanjang jalan yang lurus sejauh 150 km dalam 2 jam, besar kecepatan rata-rata anda adalah 75 km/jam. walaupun demikian, tidak mungkin anda mengendarai mobil tersebut tepat 75 km/jam setiap saat. Untuk mengatasi hal ini, kita memerlukan konsep kecepatan sesaat, yang merupakan kecepatan pada suatu waktu. (kecepatan ini yang seharusnya ditunjukkan speedometer). Lebih tepatnya, kecepatan sesaat pada waktu kapanpun adalah kecepatan rata-rata selama selang waktu yang sangat kecil. Yaitu dimulai dengan

Kita definisikan kecepatan sesaat sebagai kecepatan rata-rata pada limit delta t yang sangat kecil, mendekati nol. Kita dapat menuliskan definisi kecepatan sesaat, v, untuk gerak satu dimensi sebagai :

Jika sebuah benda bergerak dengan kecepatan tetap selama selang waktu tertentu, maka kecepatan sesaatnya pada tiap saat sama dengan kecepatan rata-ratanya. Tetapi pada umumnya hal ini tidak terjadi. Kondisi jalan yang macet, tikungan atau bahkan jalan yang rusak, berpapasan dengan kendaraan lain, atau menemui rintangan di jalan akan menyebabkan mobil/kendaraan bergerak kencang dan lambat secara bergantian.

PERCEPATAN

Setiap benda yang kecepatannya berubah dikatakan mengalami percepatan. Misalnya sebuah mobil atau sepeda motor (sedang bergerak ke arah tertentu) yang kecepatannya berubah dari 0 sampai 70 km/jam berarti dipercepat. Apabila suatu mobil/sepeda motor mengalami perubahan kecepatan seperti ini dalam waktu yang lebih singkat/lebih cepat dari mobil/sepeda motor yang lain, maka dikatakan bahwa mobil tersebut mendapat percepatan yang lebih besar. Jadi percepatan menyatakan seberapa cepat kecepatan sebuah benda berubah

Percepatan Rata-rata

Percepatan rata-rata diartikan sebagai perubahan kecepatan dibagi waktu yang diperlukan untuk perubahan tersebut.

Percepatan merupakan besaran vektor, tetapi untuk gerakan satu dimensi, kita hanya perlu menggunakan tanda + dan – untuk menunjukan arah terhadap sistem koordinat yang dipakai.

Percepatan sesaat

Percepatan sesaat, a, dapat didefinisikan dengan analogi/perbandingan terhadap kecepatan sesaat, untuk suatu saat tertentu.

Contoh soal

Sebuah mobil mengalami percepatan sepanjang jalan lurus dari keadaan diam sampai kecepatan 75 km/jam dalam waktu 5 sekon. Hitunglah percepatan rata-ratanya.

Panduan jawaban :

Mobil tersebut mulai dari keadaan diam, berarti v₁ = 0. kecepatan akhirnya adalah v₂ = 75 km/jam. percepatan rata-rata adalah

Catatan : Jangan salah membedakan percepatan dengan kecepatan. Percepatan menyatakan seberapa cepat kecepatan berubah, sedangkan kecepatan menyatakan seberapa cepat posisi berubah.

Contoh soal Konsep :

Jika kecepatan sebuah benda nol, apakah percepatannya juga nol ?

Jika percepatan nol, apakah kecepatannya nol ?

Jawaban :

Kecepatan nol belum tentu berarti percepatan nol, demikian juga percepatan nol belum tentu berarti kecepatannya nol. Sebagai contoh, jika anda meletakan kaki pada pedal gas mobil yang sedang dalam keadaan diam, mobil mulai bergerak dari kecepatan = 0 tetapi percepatan tidak nol karena kecepatan mobil berubah. (bagaimana mungkin mobil anda bisa maju jika kecepatannya tidak berubah, yaitu percepatannya nol ?). kedua, misalnya ketika anda mengendarai mobil sepanjang jalan tol yang lurus, dengan kecepatan tetap 100 km/jam, percepatan anda nol. Selengkapnya akan dipelajari pada pokok bahasan gerak lurus.

Selamat Belajar……

Referensi :

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga