Posisi, Jarak, Perpindahan, Kecepatan, dan Percepatan

Pada bab gerak satu dimensi, kita akan sering menemui beberapa besaran, seperti posisi, jarak, perpindahan, kecepatan, atau percepatan. Beberapa diantara adalah besaran vektor (perpindahan, kecepatan, dan percepatan) dan lainnya adalah skalar. Berikut pengertian dan persamaan (rumus) besarannya. Tapi, sebelumnya kita akan singgung sedikit tentang "mengapa benda besar harus dianggap partikel sekecil titik di fisika?"

PEMODELAN BENDA SEBAGAI PARTIKEL

Dalam mempelajari gerak translasi, kita menggunakan model partikel. Kita anggap benda yang bergerak itu sebagai sebuah partikel (titik) bukan benda besar yang seharusnya seperti kardus, meja, atau kursi. Partikel disini dimodelkan sebagai sebuah titik yang amat kecil tetapi masih memiliki massa.

Kasus yang dapat kita misalkan adalah ketika kita hendak mengukur orbit bumi (jari-jari lintasan saat bumi mengelilingi matahari). Kita dapat memisalkan bumi sebagai sebuah titik yang mengelilingi matahari sebagai posrosnya. Kita membuat titik pada tengah bumi. Kita mengabaikan bagian bumi yang lebih dekat dengan matahari atau yang lebih jauh dari matahari.

Gambar 1.1. Pemodelan Benda menjadi Partikel Titik pada Fisika
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Hasil perhitungan dengan menggunakan model partikel ini tepat. Karena benda yang dimodelkan sebagai partikel pasti memiliki ukuran lebih kecil dibandingkan besaran yang ditanya. Orbit bumi jauh lebih besar dibandingkan jari-jari bumi dan matahari itu sendiri, bukan?

POSISI (POSITION)

Posisi partikel adalah lokasi partikel pada suatu kerangka acuan tertentu yang dianggap sebagai titik asal koordinat. Kita dapat menjadikan sistem koordinat sebagai titik acuan, garis bilangan, rumah seseorang, atau benda tertentu sesuai kesepakatan pada bahasan.

PERPINDAHAN (DISPLACEMENT)

Gambar 1.2. Persamaan (Rumus) Perpindahan Benda
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Perpindahan partikel adalah perubahan posisi pada suatu selang waktu. Perpindahan dari kota Balikpapan ke Jogja. Kita dapat menarik garis lurus seperti dari Balikpapan ke Jogja tanpa memperdulikan jalan berliku yang telah ditempuh. Panjang garis yang ditarik dari kota Balikpapan sebagai posisi awal (initial position) ke Jogja sebagai posisi akhir (final position) disebut dengan jarak.

Pemain bola basket yang telah berlari-lari. Pada saat tertentu, dia kembali pada posisi awal dia berdiri. Perpindahan dia pada waktu itu akan bernilai nol. Jika kita ditanya tentang perpindahan kita selama kita hidup maka kita akan mengukur perpindahan dari tempat pertama kita lahir sampai sekarang. Lalu pada hari kematian kita kelak, kita akan kembali ke tanah, kembali ke Tuhan. Dan saat itulah, perpindahan kita bernilai nol.

JARAK (DISTANCE)

Jarak adalah panjang lintasan yang dilalui partikel. Saat kita menaiki sepeda untuk berjalan-jalan dari rumah ke pasar maka jarak yang dimaksud adalah panjang jejak roda kita mulai dari rumah sampai ke pasar. Kita tidak bisa menarik garik lurus di langit dari rumah ke pasar.

Jarak merupakan besaran skalar sedangkan perpindahan merupakan besaran vektor. Jarak selalu bernilai positif tetapi perpindahan bisa bernilai positif atau bernilai negatif. Tanda negatif atau positif pada perpindahan menandakan arah dari perpindahan tersebut

Gambar 1.3. Perbedaan Perpindahan, Jarak, Posisi, dan Grafiknya terhadap Waktu
Seorang anak dari titik A berlari ke titik B, C, D, dan berhenti di E
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Penyajian dalam bentuk grafik akan lebih mudah dipahami daripada ucapan ataupun tabel.

KECEPATAN DAN KELAJUAN (VELOCITY AND SPEED)

Kecepatan (velocity) adalah laju perubahan posisi terhadap kerangka acuan dan fungsi waktu. Kecepatan dan kelajuan memiliki arti yang sama. Hanya saja kecepatan merupakan besaran vektor. Kecepatan berarti mengacu pada perpindahan dibagi selang waktu. Sedangkan kelajuan (speed) merupakan besaran skalar. Kelajuan mengacu pada jarak total dibagi waktu tempuh.

Perbedaan kecepatan dan kelajuan jelas terlihat saat kita membahas pelari marathon. Pelari menempuh 40 km jauhnya kemudian kembali ke posisi awal. Berdasarkan kasus ini, besar kecepatan rata-ratanya nya adalah nol karena dia tidak berpindah tetapi kelajuan rata-ratanya bukan nol. Hal ini dapat diartikan kecepatan rata-rata bukanlah kelajuan rata-rata tetapi definisi kecepatan dan kelajuan adalah sama.

Gambar 1.4. Persamaan (Rumus) Kecepatan Rata-rata & Kelajuan Rata-rata
Perhatikan perbedaan rumusnya, kecepatan rata-rata = perpindahan dibagi selang waktu. Kelajuan rata-rata = jarak total dibagi waktu tempuh
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Kecepatan rata-rata atau kelajuan rata-rata dapat ditinjau dari analisis berikut. Selama lomba, pelari marathon pasti beristirahat disela-sela pertandingan. Sejenak dia istirahat, atau berlari-lari kecil. Kadang kala, ia berlari dengan kecepatan yang berubah-ubah. Sehingga kelajuan dan kecepatannya perlu dicari rata-ratanya.

Ketika kita menaiki kendaraan, kita sering melihat speedometer pada waktu tertentu hanya untuk melihat sekilas kelajuan kita. Hal ini disebut dengan kelajuan sesaat. Apakah perbedaan kelajuan sesaat dan kecepatan sesaat? Kelajuan sesaat adalah kelajuan pada waktu tertentu yang tanpa disertai arah. Sedangkan kecepatan sesaat adalah kecepatan pada waktu tertentu yang disertai arah.

Gambar 1.5. Perbedaan Kecepatan Sesaat dan Kelajuan Sesaat
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

PERCEPATAN (ACCELERATION)

Saat kita mengendarai sepeda motor atau mobil, ada saat terjadi kebocoran oli atau cairan kendaraan kemudian menetes di jalan. Tetesan-tetesan tersebut membentuk sebuah pola. Pada awalnya tetesan oli itu berjarak berdekatan kemudian menjadi semakin renggang hingga renggangan itu. Fenomena ini akan mengantarkan kita untuk memahami percepatan.

Pada mulanya, pengemudi berkendara dengan kecepatan 0 m/s. Kemudian, ia menginjak gas. Sedikit demi sedikit kecepatannya bertambah dan jarum speedometernya naik. Saat ia mulai nyaman, ia tidak menambah lagi kecepatannya dan jarum speedometernya tampak diam di tempat tak bergerak pada kelajuan atau kecepatan tertentu.

Saat speedometer bergerak naik berarti terjadi percepatan sedangkan saat speedometernya diam berarti percepatannya adalah nol. Percepatan adalah perubahan percepatan terhadap waktu. Percepatan bisa bernilai positif dan negatif bergantung arah karena ia adalah besaran vektor.

Jika diimajinasikan dan dianalogikan dengan super hero X. Super hero X mendapat transfer kekuatan sebesar 10 setiap detik hingga dia semakin kuat dan maksimal sampai di angka seratus kemudian kekuatannya tidak berubah lagi. Super hero tersebut menggunakan kekuatan tersebut dan mengeluarkan kekuatan sebesar 5 setiap detik. Angka 10 dan 5 ini melambangkan percepatan pada kasus mobil tadi.

CONTOH KASUS

Gambar 1.6. Diagram Gerak Sebuah
Mobil Dipercepat Positif ke Kanan dimana Geraknya Memang ke Kanan,
Mobil Dipercepat Negatif ke Kiri Sedangkan Geraknya ke Kanan,
Mobil Dipercepat Negatif ke Kiri dimana Geraknya Memang ke Kiri.
Kita tidak akan menggunakan kata diperlambat atau dipercepat karena semua tergantung geraknya searah dengan percepatan atau tidak
-klik gambar untuk melihat lebih baik-

Kita sepakati mobil bergerak ke kanan bernilai positif dan ke kiri bernilai negatif. Mobil bergerak dengan kecepatan +30 m/s kemudian ia mengalami percepatan +5 m/s2. Berarti mobil tersebut bergerak dengan kecepatan ke kanan dan percepatan ke kanan pula. Karena searah antara kecepatan dan percepatan maka mobil dipercepat arah kanan.

Jika mobil tersebut bergerak dengan kecepatan +30 m/s kemudian ia mengalami percepatan -5 m/s2. Berarti mobil tersebut bergerak dengan kecepatan ke kanan dan percepatan ke kiri. Karena berlawanan arah antara kecepatan dan percepatan maka mobil berjalan ke kanan tetapi diperlambat.

Jika mobil tersebut bergerak dengan kecepatan -30 m/s kemudian ia mengalami percepatan -5 m/s2. Berarti mobil tersebut bergerak dengan kecepatan ke kiri dan percepatan ke kiri pula. Karena searah antara kecepatan dan percepatan maka mobil dipercepat tetapi ke arah kiri.

Jadi, tidak selamanya percepatan negatif itu diperlambat. Jika kecepatan juga bernilai negatif maka dapat dipastikan mobil tersebut dipercepat tetapi dengan arah ke kiri.

Gambar 1.7. Persamaan (Tumus) Percepatan Rata-rata (ax bar) dan Percepatan Sesaat (ax)

Percepatan rata-rata dan percepatan sesaat hampir mirip. Percepatan rata-rata partikel didefinisikan sebagai perubahan kecepatan dibagi selang waktu dimana perubahan tersebut terjadi. Percepatan sesaat adalah limit percepatan rata-rata ketika perubahan waktu mendekati nol.

Kesimpulannya adalah besaran posisi mengacu pada letak benda terhadap acuan tertentu, jarak adalah jarak lintasan, perpindahan adalah garis ayal yang ditarik dari posisi awal dan akhir tanpa memperhatikan kerumitan lintasan, kecepatan adalah laju perubahan posisi, dan percepatan adalah laju perubahan kecepatan.