3. Kinematika satu dimensi 3.1 Besaran kinematika 3.1.1 ... Olimpiade Fisika 1 3. Kinematika satu...

download 3. Kinematika satu dimensi 3.1 Besaran kinematika 3.1.1 ... Olimpiade Fisika 1 3. Kinematika satu dimensi Gerak benda sepanjang garis lurus disebut gerak satu dimensi. Kinematika satu

of 21

  • date post

    06-Feb-2018
  • Category

    Documents

  • view

    284
  • download

    9

Embed Size (px)

Transcript of 3. Kinematika satu dimensi 3.1 Besaran kinematika 3.1.1 ... Olimpiade Fisika 1 3. Kinematika satu...

  • Pembina Olimpiade Fisika davitsipayung.com

    1

    3. Kinematika satu dimensi

    Gerak benda sepanjang garis lurus disebut gerak satu dimensi. Kinematika satu dimensi memiliki

    asumsi benda dipandang sebagai partikel atau benda titik artinya bentuk dan ukuran benda diabaikan

    dibandingkan panjang lintasan tempuh, massa benda dikosentrasikan pada satu titik dan benda tidak

    berotasi. Jadi, gerak partikel sebagai titik dalam ruang. Kita akan mengaikan gaya sebagai penyebab gerak

    pada bab kinematika ini. Kinematika menjelaskan hubungan antara besaran posisi, kecepatan, percepatan

    dan waktu.

    3.1 Besaran kinematika

    3.1.1 Posisi, perpindahan dan jarak

    Kedudukan benda relatif terhadap suatu titik acuan disebut posisi. Posisi benda biasanya dinyatakan

    dalam sistem koordinat kartesian. Posisi benda bergerak sepanjang sumbu x sebagai fungsi waktu

    dituliskan x(t). Posisi x=0 disebut titik pusat koordinat atau titik asal koordinat. Posisi adalah besaran

    vektor. Perpindahan adalah besaran vektor, yang menunjukkan panjang dan arah garis lurus yang

    menghubungkan posisi awal dan akhir benda. Perpindahan menunjukkan perubahan posisi benda.

    Perpindahan tidak bergantung pada bentuk lintasan, tetapi bergantung posisi awal dan akhir benda.

    Perpindahan benda dari posisi awal x1 ke posisi akhir x2 ditunjukkan oleh:

    2 1( ) ( ) ( )x t x t x t (3.1)

    Simbol Yunani dibaca delta. Tanda positif dan negatif dari x menunjukkan arah perpindahan benda ke

    kanan atau ke kiri. Jika sumbu x positif ke kanan, maka x > 0 menunjukkan benda berpindah searah

    sumbu x positif. Sebalinya, x < 0 menunjukkan benda berpindah searah sumbu x negatif. Jarak adalah

    panjang lintasan total yang ditempuh oleh benda, artinya jarak bergantung pada bentuk lintasan yang

    dilalui oleh benda. Jarak biasanya disimbolkan oleh s. Jarak adalah besaran skalar dan selalu bernilai

    positif.

    4.2 Kecepatan dan kelajuan

    Kecepatan rata-rata adalah perbandingan perpindahan terhadap selang waktu benda telah bergerak.

    2 1

    2 1

    x x xv

    t t t

    (3.2)

    Gambar 3.1 : Kurva posisi terhadap waktu

    t1 t2

    x1

    x2

    t

    x

    t

    1

    x

  • Pembina Olimpiade Fisika davitsipayung.com

    2

    dimana v adalah simbol kecepatan rata-rata. Kecepatan rata-rata sama dengan gradien garis yang

    menghubungkan titik (x1,t1) dan (x2,t2). Kelajuan rata-rata adalah perbandingan jarak tempuh terhadap

    selang waktu benda bergerak.

    2 1laju

    2 1

    s s sv

    t t t

    (3.3)

    Satuan kecepatan adalah m/s . Kecepatan adalah besaran vektor, sedangkan kelajuan adalah besaran

    skalar. Benda dikatakan diam terhadap titik acuan ketika kecepatan benda itu sama dengan nol terhadap

    titik acuan tersebut.

    Kecepatan sesaat adalah kecepatan rata-rata benda ketika t mendekati nol.

    0

    limt

    x t t x t dxv

    t dt

    (3.4)

    Simbol kecepatan sesaat adalah v. Besar kecepatan disebut kelajuan. Kecepatan adalah turunan pertama

    posisi terhadap waktu. Arah kecepatan benda menunjukkan arah gerak benda. Misalkan sumbu x positif

    ke kanan, v > 0 menunjukkan benda bergerak ke kanan, v < 0 menunjukkan benda bergerak ke kiri.

    Kecepatan sesaat sama dengan gradien kurva posisi pada satu titik.

    3.3 Percepatan dan perlajuan

    Partikel dikatakan mengalami percepatan ketika kecepatannya berubah. Percepatan adalah besaran

    vektor. Percepatan rata-rata adalah perubahan kecepatan benda dalam selang waktu benda bergerak.

    2 1

    2 1

    v v va

    t t t

    (3.5)

    Percepatan rata-rata sama dengan gradien garis penghubung titik (v1,t1) dan titik (v2,t2).

    Gambar 3.3 : Kurva kecepatan terhadap

    waktu

    t1 t2

    v1

    v2

    t

    v

    v > 0

    x

    v = 0

    v < 0

    t

    Gambar 3.2 : Grad ien kurva posisi terhadap waktu

    menunjukkan kecepatan sesaat

  • Pembina Olimpiade Fisika davitsipayung.com

    3

    Jika kelajuan benda bertambah, maka benda dikatakan mengalami perlajuan. Ketika kelajuan benda

    berkurang, maka benda dikatakan mengalami perlambatan. Perlajuan rata-rata adalah perubahan

    kelajuan benda dalam selang waktu tertentu. Pecepatan sesaat adalah percepatan rata-rata benda ketika t

    mendekati nol.

    0

    limt

    v t t v t dva

    t dt

    (3.6)

    Percepatan sesaat sama dengan turunan pertama kecepatan terhadap waktu. Percepatan dapat dituliskan

    dalam bentuk:

    2

    2

    dv d x dva v

    dt dxdt

    (3.7 )

    Dalam kurva kecepatan sebagai fungsi waktu, v(t), percepatan benda pada setiap titik sama dengan

    kemiringan kurva v(t) pada titik itu. Satuan dari percepatan adalah m/s2. Percepatan adalah besaran

    vektor, sedangkan perlajuan adalah besaran skalar. Percepatan gravitasi di dekat permukaann bumi sekitar

    g = 9,8 m/s2. Jika arah vektor kecepatan dan percepatan partikel sama, maka kecepatan partikel bertambah

    atau partikel dipercepat. Syarat benda dipercepat adalah a > 0 dan v > 0, atau a < 0 dan v < 0. Jika arah

    vektor percepatan berlawanan dengan kecepatan, maka kecepatan partikel akan berkurang atau partikel

    diperlambat. Syarat benda diperlambat adalah a < 0 dan v > 0, atau a > 0 dan v < 0.

    Contoh 3.1 : Gerak maju-mundur

    Posisi dari sebuah partikel begerak lurus sepanjang sumbu x diberikan oleh: 2 8 12x t t t , di mana x

    dalam meter dan t dalam sekon. Partikel bergerak maju-mundur sepanjang sumbu-x. Partikel dikatakan

    bergerak maju ketika partikel bergerak ke arah sumbu x positif.

    a. Tentukan posisi mula-mula partikel!

    b. Tentukan perpindahan partikel dari t=0 sampai t=5 sekon!

    c. Berapa kali partikel melewati titik asal?

    d. Gambarkan kurva posisi partikel sebagai fungsi waktu!

    e. Kapan partikel bergerak maju, diam sesaat, dan mundur!

    Pembahasan:

    a. Posisi mula-mula partikel adalah 20 0 8 0 12 12mx . Partikel berada 12 m di kanan titik asal.

    b. Posisi partikel untuk t = 0 dan t=5sekon berturut-turut adalah 20 5 8 5 12 12mx dan

    25 5 8 5 12 3mx Perpindahan partikel dari t=0 sampai t=5 sekon :

    5 0 3m 12m= -15 mx x x

    Partikel berpindah sejauh 15 m searah sumbu x negatif.

    c. Partikel melewati titik asal ketika x(t)=0.

    2 8 12 2 6 0x t t t t t

    Partikel melewati titik asal sebanyak dua kali, yaitu pada t = 2 sekon dan t = 6 sekon.

    d. Bentuk persamaan posisi partikel adalah parabola. Kurva posisi partikel:

  • Pembina Olimpiade Fisika davitsipayung.com

    4

    e. Partikel bergerak mundur dalam rentang waktu 0 4st , diam sesaat ketika t = 4, dan bergerak

    maju dalam rentang waktu t > 4s.

    Contoh 3.2 :

    Sebuah partikel begerak lurus dengan persamaan posisi : 3 22x t t t t , dimana x dalam meter dan t

    dalam sekon.Gunakan sumbu x positif di kanan titik asal.

    a. Tentukan kecepatan rata-rata partikel setelah bergerak dari t = 0 sampai t= 2 detik !

    b. Tentukan kecepatan partikel saat t = 2 sekon!

    c. Kapan partikel berhenti sesaat atau berbalik arah?

    d. Kapan partikel bergerak ke kanan, dan ke kiri?

    e. Gambarkan lintasan yang dilalui oleh partikel!

    Pembahasan:

    a. Perpindahan partikel setelah bergerak 2 sekon adalah

    2 0 2mx x x , arah perpindahan ke kanan.

    Kecepatan rata-rata partikel setelah bergerak 2 sekon adalah

    2 1

    2 0 2m s 1 m s

    2

    x xxv

    t t t

    b. Kecepatan sesaat partikel :

    23 4 1

    dx tv t t

    dt

    Kecepatan partikel saat t = 2 sekon:

    22 3 2 4 2 1 5m sv

    c. Partikel berbalik arah ketika kecepatan sesaatnya sama dengan nol.

    23 4 1 3 1 1 0

    dx tv t t t t

    dt

    Partikel berbalik arah saat t = 1/3 sekon dan t =1 sekon.

    d. Partikel bergerak ke kanan ketika v > 0, yaitu dalam rentang waktu 13

    0 st dan 1st . Partikel

    bergerak ke kiri ketika v < 0 , yaitu dalam rentang waktu 13s 1st .

    e. Pertama, mari kita temukan posisi benda saat t = 0 sekon, t = 1/3 sekon, dan t = 1 sekon berturut-turut

    adalah (0) 0x , 13

    ( ) 0,37mx , dan (1) 0x . Lintasan gerak maju-mundur partikel :

    2

    t(s)

    x (m)

    10

    -4

    Titik balik

    2 8 12x t x

    4 6

  • Pembina Olimpiade Fisika davitsipayung.com

    5

    Contoh 3.3 :

    Posisi sebuah partikel mengikuti persamaan x = 8t-3t2, dimana x dalam meter dan t dalam sekon.

    a. Tentukanlah percepatan partikel setiap waktu!

    b. Kapam partikel bergerak searah sumbu x positif , dan searah sumbu x negatif!

    c. Kapan partikel dipercepat searah sumbu x positif?

    d. Kapan kecepatan partikel berkurang?

    Pembahasan:

    a. Percepatan partikel adalah 2 2 23 m sa d x dt . Partikel mengalami percepatan konstan 3 m/s2

    dalam arah sumbu x negatif.

    b. Pertikel bergerak searah sumbu x positif ketika kecepatan bernilai positif,

    8 6 0dx

    v tdt

    atau 43

    0 t s .

    Pertikel bergerak searah sumbu x negatif ketika kecepatan bernilai negatif,

    8 6 0dx

    v tdt

    atau 43

    t s .

    c. Partikel dipercepat searah sumbu x positif : v > 0 dan a &g