Kami menjelaskan apa itu kinematika, apa yang dipelajarinya, prinsip-prinsipnya dan kami memberikan beberapa contoh
Apa itu kinematika?
Kinematika adalah cabang fisika klasik yang hanya berurusan dengan deskripsi pergerakan benda, tanpa memperhitungkan interaksi yang menyebabkan gerakan tersebut.
Gerak benda secara umum dapat dibedakan menjadi dua yaitu gerak translasi dan gerak rotasi. Tetapi jika bendanya cukup kecil, hampir mengarah ke suatu titik, maka geraknya hanya translasi, itulah sebabnya konsep partikel berguna dalam fisika.
Dalam fisika, partikel adalah titik material, yaitu titik dengan massa. Gambaran gerak benda yang memanjang bisa jadi rumit, tetapi sangat disederhanakan jika kita mempertimbangkan sebuah titik yang disebut pusat massa, karena titik ini berperilaku seolah-olah semua massa terkonsentrasi di dalamnya.
Jika benda itu simetris dan homogen, pusat massa bertepatan dengan pusat geometrisnya.
Misalnya, gerak translasi Bulan relatif terhadap Bumi adalah gerak titik pusat Bulan. Demikian pula, jika seseorang ingin menggambarkan gerak bola basket, cukup menggambarkan gerak pusat massanya, sebuah titik yang mewakili gerak translasi seluruh bola.
Prinsip kinematika
Kinematika translasi adalah deskripsi pergerakan titik material bermassa m, yang disebut “partikel”.
diperlukan sistem referensi, yaitu titik dari mana partikel diamati.
Tiga sumbu yang saling tegak lurus melewati asal sistem referensi, yang disebut sumbu Cartesian, yang berfungsi untuk menentukan posisi suatu titik dalam ruang melalui sistem koordinat.
Selain sistem atau kerangka acuan, besaran kinematik berikut didefinisikan, yang dengannya gerakan dijelaskan:
- Posisi partikel, pada saat pengamatan tertentu, adalah vektor yang dimulai dari asal sistem referensi dan menuju ke lokasinya. Vektor ini bergantung pada koordinat spasial, yang pada gilirannya bergantung pada waktu.
- Kecepatan adalah besaran kinematis berikutnya yang menarik, yang merupakan ukuran perubahan posisi per satuan waktu. Ini memberi penjelasan tentang seberapa cepat atau variabel gerakan itu.
- Percepatan, didefinisikan sebagai perubahan kecepatan per satuan waktu. Dalam mekanika klasik, percepatan sebanding dengan gaya total pada partikel, konstanta proporsionalitas menjadi massanya sendiri.
Jenis-jenis gerak dalam kinematika
Dalam kinematika, jenis-jenis gerakan diklasifikasikan menurut lintasan dan nilai percepatannya. Dengan cara ini, jenis gerakan berikut dibedakan:
- Gerak lurus beraturan (MRU) : ketika lintasannya berupa garis lurus dan percepatannya nol.
- Gerak lurus dipercepat secara seragam (MRUA) : jika partikel mengikuti garis lurus dan percepatannya konstan dan sejajar dengan kecepatan.
- Rectilinear Uniformly Retarded Motion (MRUR) : ketika lintasannya berupa garis lurus, tetapi titik percepatannya berlawanan arah dengan kecepatan.
- Gerak parabola : merupakan gerak pada bidang vertikal yang menimbulkan lintasan parabola dan terjadi bila suatu benda dilempar ke udara. Gerakan parabola adalah superposisi dari gerakan bujursangkar horizontal yang seragam dan gerakan vertikal yang dipercepat.
- Gerakan melingkar seragam (UCM) : terjadi ketika partikel bergerak pada keliling, menggambarkan busur yang sama dalam waktu yang sama.
- Gerakan melingkar dipercepat secara seragam (MCUA) : adalah salah satu yang terjadi ketika partikel bergerak pada keliling, sedemikian rupa sehingga perjalanan busur meningkat seiring waktu mengikuti hukum kuadrat.
contoh kinematika
kecepatan dan kecepatan
Kecepatan adalah laju perubahan posisi suatu benda. Secara kasar, satu mobil dapat dikatakan lebih cepat dari yang lain jika posisinya berubah lebih banyak dalam waktu yang sama.
Kelajuan adalah hasil bagi jarak yang ditempuh dibagi dengan waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak tersebut.
Seorang pengamat di pinggir jalan mengukur waktu yang diperlukan masing-masing dari mereka untuk menempuh jarak 500 m dan didapati bahwa mobil kuning membutuhkan waktu 10 s, sedangkan mobil merah membutuhkan waktu 25 s.
Jadi kecepatan mobil kuning tersebut adalah :
500m/10s = 50m/s = 180km/jam
Sedangkan mobil merah memiliki kecepatan :
500 m/25 dtk = 20 m/dtk = 72 km/jam
Pengamat yakin bahwa mobil kuning lebih cepat dari pada yang merah. Namun untuk mengetahui kecepatan mobil perlu diketahui juga arah pergerakannya.
Jika pengamat menetapkan bahwa dari kiri ke kanan adalah arah positif dan mobil kuning bergerak ke arah tersebut, maka kecepatannya menjadi +180 km/jam.
Tetapi jika mobil merah itu datang dari arah berlawanan, maka kecepatannya adalah –72 km/jam.
Kecepatan instan dan kecepatan rata-rata
Saat objek bergerak, mereka dapat memiliki variasi instan dalam kecepatannya, pada kenyataannya, ini adalah situasi yang paling umum.
Misalnya, pada saat tertentu speedometer sebuah mobil menunjukkan 50 km/jam, namun lambat laun nilainya turun menjadi 0 km/jam karena lampu lalu lintas berwarna merah. Kemudian lampu berubah menjadi hijau dan speedometer mulai bergerak ke angka 40 km/jam dan tetap seperti itu sampai mobil berhenti lagi.
Dalam kasus seperti ini, kecepatan berubah setiap saat.
Jika perjalanan sebelumnya dilakukan dengan total waktu 60 menit dan total jarak yang ditempuh adalah 20 km, maka kecepatan rata-ratanya adalah:
20 km/60 mnt = 20 km/ 1 jam= 20 kpj.
Namun selain itu, kecepatan rata-rata tidak menginformasikan tentang variasi yang terjadi pada saat itu.
Percepatan
Percepatan adalah perubahan kecepatan tiap satuan waktu. Kecepatan dapat berubah karena variasi dalam:
- Kecepatan
- Arah
- keduanya sekaligus
Benda yang jatuh bebas mengalami percepatan, karena setiap saat kecepatannya bertambah. Percepatan benda jatuh di permukaan bumi kira-kira g=10 m/s 2 , yang berarti bahwa kecepatan selama jatuh bertambah 10 m/s untuk setiap detik yang berlalu.
Misalnya, sebuah benda yang dilepaskan dari keadaan diam selama 2 detik jatuh memperoleh kecepatan 20 m/s, jarak penurunannya adalah 20 meter.
Tetapi jika jatuh terjadi selama 4 detik, maka ia akan memperoleh kecepatan 40 m/s dan jarak yang ditempuh selama penurunannya jelas lebih besar: 80 m.
