KINEMATIKA adalah Ilmu gerak yang membicarakan gerak suatu benda
tanpa memandang gaya yang bekerja pada benda tersebut (massa benda
diabaikan). Jadi jarak yang
Gerak
Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak lurus pada arah mendatar dengan
kocepatan v tetap (percepatan a = 0), sehingga jarakyang
Pada umumaya GLB didasari oleh Hukum Newton I ( S F = 0 ).
.
.
Gerak
Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerak lurus pada arah mendatar
dengan kecepatan v yang berubah setiap saat karena adanya percepatan
yang tetap. Dengan kata lain benda yang melakukan gerak dari keadaan
diam atau mulai dengan kecepatan awal akan berubah kecepatannya karena
ada percepatan (a= +) atau perlambatan (a= -).
Pada umumnya GLBB didasari oleh Hukum Newton II ( S F = m . a ).
Syarat : Jika dua benda bergerak dan saling bertemu maka jarak yang ditempuh kedua benda adalah sama.
Khusus untuk grafik v-t maka jarak yang ditempuh benda dapat dihitung dengan cara menghitung
adalah gerak jatuh benda pada arah vertikal dari ketinggian h tertentu tanpa kecepatan awal (v
= 0), jadi gerak benda hanya dipengaruhi oleh gravitasi bumi g.
g = percepatan gravitasi bumi.
y = h = lintasan yang ditempuh benda pada arah vertikal,(diukur dari posisi benda mula-mula).
t = waktu yang dibutuhkan benda untuk menempuh lintasannya.
pada arah vertikal, sehingga a = -g (melawan arah gravitasi).
Dalam penyelesaian soal gerak vertikal keatas, lebih mudah diselesaikan dengan menganggap posisi di tanah adalah untuk Y = 0.
Benda yang dilempar mendatar dari suatu ketinggian tertentu dianggap tersusun atas dua macam gerak, yaitu :
Benda yang dilempar ke atas dengan sudut tertentu, juga tersusun atas dua macam gerak dimana
R = jarijari lingkaran.
1.
Sebuah mobil bergerak pada jalan yang melengkung dengan jari-jari 50 m.
Persamaan gerak mobil untuk S dalam meter dan t dalam detik ialah:
Kecepatan mobil, percepatan sentripetal dan percepatan tangensial pada saat t = 5 detik !
= (10 – 5) = 5 m/det.
KINEMATIKA adalah Ilmu gerak yang membicarakan gerak suatu benda
tanpa memandang gaya yang bekerja pada benda tersebut (massa benda
diabaikan). Jadi jarak yang
ditempuh benda selama geraknya hanya ditentukan oleh kecepatan v dan atau percepatan a.
GLB
Gerak
Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak lurus pada arah mendatar dengan
kocepatan v tetap (percepatan a = 0), sehingga jarakyang
ditempuh S hanya
ditentukan oleh kecepatan yang tetap
dalam waktu tertentu.
Pada umumaya GLB didasari oleh Hukum Newton I ( S F = 0 ).
S = X = v . t ;
a = Dv/Dt = dv/dt = 0
|
v = DS/Dt = ds/dt = tetap
|
Tanda
D (selisih) menyatakan
nilai rata-rata.
Tanda
d (diferensial) menyatakan
nilai sesaat.
GLBB
Gerak
Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerak lurus pada arah mendatar
dengan kecepatan v yang berubah setiap saat karena adanya percepatan
yang tetap. Dengan kata lain benda yang melakukan gerak dari keadaan
diam atau mulai dengan kecepatan awal akan berubah kecepatannya karena
ada percepatan (a= +) atau perlambatan (a= -).
Pada umumnya GLBB didasari oleh Hukum Newton II ( S F = m . a ).
vt = v0 + a.t
vt2 = v02 + 2 a S
S = v0 t + 1/2 a t2
|
v
t = kecepatan sesaat benda
v
0 = kecepatan awal benda
S = jarak yang ditempuh benda
f(t) = fungsi dari waktu t
v = ds/dt = f (t)
a = dv/dt = tetap
|
Syarat : Jika dua benda bergerak dan saling bertemu maka jarak yang ditempuh kedua benda adalah sama.
GRAFIK GLB-GLBB
Grafik gerak benda (GLB dan GLBB) pada umumnya terbagi dua, yaitu
S-t dan
grafik v-t.
Pemahaman grafik ini penting untuk memudahkan penyelesaian soal.
Khusus untuk grafik v-t maka jarak yang ditempuh benda dapat dihitung dengan cara menghitung
luas dibawah kurva grafik tersebut.
GERAK JATUH BEBAS:
y = h = 1/2 gt2
t = Ö(2 h/g)
yt = g t = Ö(2 g h)
|
adalah gerak jatuh benda pada arah vertikal dari ketinggian h tertentu tanpa kecepatan awal (v
0 = 0), jadi gerak benda hanya dipengaruhi oleh gravitasi bumi g.
g = percepatan gravitasi bumi.
y = h = lintasan yang ditempuh benda pada arah vertikal,(diukur dari posisi benda mula-mula).
t = waktu yang dibutuhkan benda untuk menempuh lintasannya.
GERAK VERTIKAL KE ATAS:
adalah gerak benda yang dilempar dengan suatu kecepatan awal v
0 pada arah vertikal, sehingga a = -g (melawan arah gravitasi).
syarat suatu benda mencapai tinggi maksimum (h
maks): V
t = 0
Dalam penyelesaian soal gerak vertikal keatas, lebih mudah diselesaikan dengan menganggap posisi di tanah adalah untuk Y = 0.
Contoh:
1. Sebuah partikel bergerak sepanjang sumbu-X dengan persamaan lintasannya: X = 5t
2 + 1, dengan X dalam meter dan t dalam detik. Tentukan:
a. Kecepatan rata-rata antara t = 2 detik dan t = 3 detik.
b. Kecepatan pada saat t = 2 detik.
c. Jarak yang ditempah dalam 10 detik.
d. Percepatan rata-rata antara t = 2 detik dan t = 3 detik.
Jawab:
a. v
rata-rata = DX / Dt = (X
3 – X
2) / (t
3 – t
2) = [(5 . 9 + 1) - (5 . 4 + 1)] / [3 - 2] = 46 – 21 = 25 m/ detik
b. v
2 = dx/dt |
t=2 = 10 |
t=2 = 20 m/detik.
c. X
10 = ( 5 . 100 + 1 ) = 501 m ; X
0 = 1 m
Jarak yang ditempuh dalam 10 detik = X
10 – X
0 = 501 – 1 = 500 m
d. a
rata-rata = Dv / Dt = (v
3- v
2)/(t
3 – t
2) = (10 . 3 – 10 . 2)/(3 – 2) = 10 m/det
2
2. Jarak PQ = 144 m. Benda B bergerak dari titik Q ke P dengan percepatan 2 m/s
2 dan kecepatan awal 10 m/s. Benda A bergerak 2 detik kemudian dari titik P ke Q dengan percepatan 6 m/s
2 tanpa kecepatan awal. Benda A dan B akan bertemu pada jarak berapa ?
Jawab:
Karena benda A bergerak 2 detik kemudian setelah benda B maka t
B = t
A + 2.
S
A = v
0.t
A + 1/2 a.t
A2 = 0 + 3 t
A2
S
B = v
0.t
B + 1/2 a.t
B2 = 10 (t
A + 2) + (t
A + 2)
2
Misalkan kedua benda bertemu di titik R maka
S
A + S
B = PQ = 144 m
3t
A2 + 10 (t
A + 2) + (t
A + 2)
2 = 144
2t
A2 + 7t
A – 60 = 0
Jadi kedua benda akan bertemu pada jarak S
A = 3t
A2 = 48 m (dari titik P).
3.
Grafik di bawah menghubungkan kocepatan V dan waktu t dari dua mobil A
dan B, pada lintasan dan arah sama. Jika tg a = 0.5 m/det, hitunglah:
a. Waktu yang dibutuhkan pada saat kecepatan kedua mobil sama.
b. Jarak yang ditempuh pada waktu menyusul
Jawab:
Dari grafik terlihat jenis gerak benda A dan B adalah GLBB dengan V
0(A) = 30 m/det dan V
0(B) = 0.
a. Percepatan kedua benda dapat dihitung dari gradien garisnya,
jadi : a
A = tg a = 0.5
10/t = 0.5 ® t = 20 det
a
B = tg b = 40/20 = 2 m/det
b. Jarak yang ditempuh benda
S
A = V
0 t + 1/2 at
2 = 30t + 1/4t
2
S
B = V
0 t + 1/2 at
2 = 0 + t
2
pada saat menyusul/bertemu : S
A = S
B ® 30t + 1/4 t
2 = t
2 ® t = 40 det
Jadi jarak yang ditempuh pada saat menyusul : S
A = S
B = 1/2 . 2 . 40
2 = 1600 meter
GERAK PARABOLA
Gerak ini terdiri dari dua jenis, yaitu:
1. Gerak Setengah Parabola
Benda yang dilempar mendatar dari suatu ketinggian tertentu dianggap tersusun atas dua macam gerak, yaitu :
a. | Gerak pada arah sumbu X (GLB) vx = v0
Sx = X = vx t |
Gbr. Gerak Setengah Parabola |
b. | Gerak pada arah sumbu Y (GJB/GLBB) vy = 0
]® Jatuh bebas
y = 1/2 g t2 |
2. Gerak Parabola/Peluru
Benda yang dilempar ke atas dengan sudut tertentu, juga tersusun atas dua macam gerak dimana
lintasan
dan kecepatan benda harus diuraikan pada arah X dan Y.
a. | Arah sb-X (GLB) v0x = v0 cos q (tetap)
X = v0x t = v0 cos q.t |
Gbr. Gerak Parabola/Peluru
|
b. | Arah sb-Y (GLBB) v0y = v0 sin q
Y = voy t – 1/2 g t2
= v0 sin q . t – 1/2 g t2
vy = v0 sin q – g t |
Syarat mencapai titik P (titik tertinggi): vy = 0
t
op = v
0 sin q / g
sehingga
t
op = t
pqt
oq = 2 t
op
OQ = v
0x t
Q = V
02 sin 2q / g
h
max = v
oy t
p – 1/2 gt
p2 = V
02 sin
2 q / 2g
vt = Ö (vx)
2 + (vy)
2
Contoh:
1.
Sebuah benda dijatuhkan dari pesawat terbang yang sedang melaju
horisontal 720 km/jam dari ketinggian 490 meter. Hitunglah jarak
jatuhnya benda pada arah horisontal ! (g = 9.8 m/det
2).
Jawab:
vx = 720 km/jam = 200 m/det.
h = 1/2 gt2 ® 490 = 1/2 . 9.8 . t2
t = 100 = 10 detik
X = vx . t = 200.10 = 2000 meter |
|
2. Peluru A dan peluru B ditembakkan dari senapan yang sama dengan sudut elevasi yang berbeda; peluru A dengan 30
o dan peluru B dengan sudut 60
o. Berapakah perbandingan tinggi maksimum yang dicapai peluru A dan peluru B?
Jawab:
Peluru A:
h
A = V
02 sin
2 30
o / 2g = V
02 1/4 /2g = V
02 / 8g
Peluru B:
h
B = V
02 sin
2 60
o / 2g = V
02 3/4 /2g = 3 V
02 / 8g
h
A = h
B = V
02/8g : 3 V
02 / 8g = 1 : 3
CONTOH
SOAL BAB I
1. Kecepatan suatu benda berubah tiap saat memenuhi grafik
v – t seperti pada Gambar 1.4. Jika mula-mula benda berada pada posisi 30 m
arah sumbu x dan gerak benda pada arah sumbu x positif, maka tentukan posisi
benda pada t = 8 s!
Penyeleseian:
Gerak
benda pada arah sumbu x, berarti
r (t) =
x (t)
x0 = 30 m
Pada t
= 8s posisinya memenuhi :
x = x0 + luas (daerah terarsir)
= 30 +
(20 + 40) .
= 270 m
2. Sebuah titik partikel melakukan gerak melingar dengan
jari-jari lintasan 10 cm dan persamaan posisi sudut yang ditempuh θ = (0,5 + 2t) Radian.Tentukan posisi titik pertikel pada saat t = 2 sekon.
Penyelesaian
Diketahui:
R = 10 cm
θ
= (0,5 + 2t) Radian
Ditanya:
r untuk t = 2 sekon
Jawab:
θ
= 0,5 + 2t
Untuk t = 2 sekon maka:
θ
= 0,5 + 4
θ
= 4,5 rad
r
= (R, θ)
r
= (10 cm; 4,5 rad)
3.Sebuah
batu diikat dengan tali sepanjang 20 cm kemudian diputar sehingga bergerak melingkar dengan kecepatan sudut ω = 4t2 – 2 rad/s. Setelah bergerak 2s, tentukan:
1.
kecepatan
linier batu,
2.
percepatan
tangensial batu.
Penyeleseian
R = 2 cm = 0,2 m
ω = 4t2 – 2
t = 2s
A.
Kecepatan
sudut pada t = 2s memenuhi:
ω = 4.22 − 2 = 14 rad/s
Berarti kecepatan liniernya sebesar:
v = ω R = 14 . 0,2 = 2,8 m/s
B.
Percepatan
sudut batu memenuhi:
a = = (4t2 – 2) = 8t
untuk t = 2s:
a = 8.2 = 16 rad/s2
Percepatan tangensialnya sebesar:
a(θ) = a.R = 16 . 0,2 = 3,2 m/s2
4.Bola
dilemparkan dengan kecepatan awal 25 m/s dari tanah dan sudut elevasinya 370 (sin 370 = 0,6). Percepatan gravitasi g = 10 m/s2. Tentukan:
1.
kecepatan
bola pada 1 sekon pertama,
2.
posisi
bola pada 2 sekon pertama
Penyeleseian
A.
Kecepatan
pada t = 1s memenuhi:
vx = v0x = 20 m/s
vy = v0y – g. t= 15 − 10.1 = 5 m/s
│v│= = = m/s
B.
Posisi
bola pada t = 2 s memenuhi:
x = vx.t = 20.2 = 40 m
y = v0y.t – gt2 = 15.2 – .10.22 = 10 m
Posisi bola dapat ditentukan seperti di
bawah
r = (x, y) = (40, 10) m
5.Benda
yang bergerak melingkar kecepatan sudutnya berubah sesuai persamaan ω = (3t2 – 4t + 2) rad/s dan t dalam s. Pada saat t = 1s, posisi sudutnya adalah 5 rad. Setelah bergerak selama t = 2s pertama maka tentukan:
A. percepatan sudut,
B.
posisi
sudutnya!
Penyeleseian
ω = (3t2 + 4t + 2)
t = 1s → θ1 = 5 rad
t = 2s → θ2 = ? dan α2 = ?
i.
Percepatan
sudut sesaatnya adalah deferensial dari ω.
a =
a = {(3t2 – 4t + 2)} = 6t – 4
untuk t = 2s:
a(2) = 6.2 – 4 = 8 rad/s
ii.
Percepatan
sudut sesaatnya adalah deferensial dari ω.
θ = θ0 +
θ = θ0 + = θ0 +
t3 – 2t2 + 2t
untuk t = 1s
5 = θ0 +13 – 2.12 + 2.1 berarti θ0 = 4 rad
berarti untuk t = 2s dapat diperoleh:
θ = 4+t3 – 2t2 + 2t
θ = 4+23 – 2.22 + 2.2 = 8 rad