Suatu benda dikatakan melakukan gerak
lurus beraturan jika kecepatannya selalu konstan. Kecepatan konstan
artinya besar kecepatan alias kelajuan dan arah kecepatan selalu
konstan. Karena besar kecepatan alias kelajuan dan arah kecepatan selalu
konstan maka bisa dikatakan bahwa benda bergerak pada lintasan lurus
dengan kelajuan konstan.
Misalnya sebuah mobil bergerak lurus ke
arah timur dengan kelajuan konstan 10 m/s. Ini berarti mobil bergerak
lurus ke arah timur sejauh 10 meter setiap sekon. Karena kelajuannya
konstan maka setelah 2 sekon, mobil bergerak lurus ke arah timur sejauh
20 meter, setelah 3 sekon mobil bergerak lurus ke arah timur sejauh 30
meter… dan seterusnya… bandingkan dengan gambar di samping. Perhatikan
besar dan arah panah. Panjang panah mewakili besar kecepatan alias
kelajuan, sedangkan arah panah mewakili arah kecepatan. Arah kecepatan
mobil = arah perpindahan mobil = arah gerak mobil.
Perhatikan bahwa ketika dikatakan kecepatan, maka yang dimaksudkan adalah kecepatan sesaat. Demikian juga sebaliknya, ketika dikatakan kecepatan sesaat, maka yang dimaksudkan adalah kecepatan.
Ketika sebuah benda melakukan gerak
lurus beraturan, kecepatan benda sama dengan kecepatan rata-rata. Kok
bisa ya ? yupz. Dalam gerak lurus beraturan (GLB) kecepatan benda
selalu konstan. Kecepatan konstan berarti besar kecepatan (besar
kecepatan = kelajuan) dan arah kecepatan selalu konstan. Besar kecepatan
atau kelajuan benda konstan atau selalu sama setiap saat karenanya
besar kecepatan atau kelajuan pasti sama dengan besar kecepatan
rata-rata. Bingun ? pahami contoh berikut…
Ketika ulangan fisika pertama, saya mendapat nilai 10. Ulangan fisika kedua, saya mendapat nilai 10. Berapa nilai rata-rata ? nilai rata-rata = (10 + 10) / 2 = 20/2 = 10
Nilai fisika anda selalu 10 jadi
rata-ratanya juga 10. Demikian halnya dengan benda yang bergerak dengan
kelajuan konstan. Kelajuan benda selalu konstan atau selalu sama
sehingga kelajuan rata-rata juga sama. Kalau benda bergerak dengan
kelajuan konstan 10 m/s maka kelajuan rata-ratanya juga 10 m/s.
Grafik Gerak Lurus Beraturan
Grafik sangat membantu kita dalam
menafsirkan suatu hal dengan mudah dan cepat. Untuk memudahkan kita
menemukan hubungan antara Kecepatan, perpindahan dan waktu tempuh maka
akan sangat membantu jika digambarkan grafik hubungan ketiga komponen
tersebut.
Grafik Kecepatan terhadap Waktu (v-t)
Berdasarkan
grafik di atas, tampak bahwa besar kecepatan bernilai tetap pada tiap
satuan waktu. Besar kecepatan tetap ditandai oleh garis lurus, berawal
dari t = 0 hingga t akhir.
Contoh : perhatikan grafik kecepatan terhadap waktu (v-t) di bawah ini
Besar kecepatan benda pada grafik di atas adalah 3 m/s. 1, 2, 3 dstnya adalah waktu tempuh (satuannya detik). Amati bahwa walaupun waktu berubah dari 1 detik sampai 5, besar kecepatan benda selalu sama (ditandai oleh garis lurus).
Bagaimana kita mengetahui besar
perpindahan benda melalui grafik di atas ? luas daerah yang diarsir pada
grafik di atas sama dengan besar perpindahan yang ditempuh benda. Jadi,
untuk mengetahui besarnya perpindahan, hitung saja luas daerah yang
diarsir. Tentu saja satuan perpindahan adalah satuan panjang, bukan
satuan luas.
Dari grafik di atas, v = 5 m/s,
sedangkan t = 3 s. Dengan demikian, besar perpindahan yang ditempuh
benda = (5 m/s x 3 s) = 15 m. Cara lain menghitung besar perpindahan
adalah menggunakan persamaan GLB. s = v t = 5 m/s x 3 s = 15 m.
Persamaan GLB yang kita gunakan untuk
menghitung besar perpindahan di atas berlaku jika gerakan benda memenuhi
grafik tersebut. Pada grafik terlihat bahwa pada saat t = 0 s, maka v =
0. Artinya, pada mulanya benda diam, baru kemudian bergerak dengan
kecepatan sebesar 5 m/s. Padahal dapat saja terjadi bahwa saat awal kita
amati benda sudah dalam keadaan bergerak, sehingga benda telah memiliki
posisi awal s0. Untuk itu lebih memahami hal ini, pelajari grafik di bawah ini.
Grafik Perpindahan terhadap Waktu (x-t)
Grafik posisi terhadap waktu, di mana posisi awal x0 berhimpit dengan titik acuan nol.
Makna
grafik di atas adalah bahwa besar kecepatan selalu tetap. Anda jangan
bingung dengan kemiringan garis yang mewakili kecepatan. Makin besar
nilai x, makin besar juga nilai t sehingga hasil perbandingan x dan y selalu sama.
Contoh : Perhatikan contoh grafik posisi terhadap waktu (x – t) di bawah ini
Bagaimanakah cara membaca grafik ini ?
Pada saat t = 0 s, besar perpindahan
yang ditempuh oleh benda = x = 0. Pada saat t = 1 s, besar perpindahan
yang ditempuh oleh benda = 2 m. Pada saat t = 2 s, besar perpindahan
yang ditempuh oleh benda = 4 m. Pada saat t = 3 s, besar perpindahan
yang ditempuh oleh benda = 6 m dan seterusnya. Berdasarkan hal ini
dapat kita simpulkan bahwa benda bergerak dengan kecepatan konstan
sebesar 2 m/s.
Grafik posisi terhadap waktu, di mana posisi awal x0 tidak berhimpit dengan titik acuan nol.
Contoh soal 1 :
Sebuah pesawat, terbang dengan kecepatan
konstan 100 km/jam ke arah timur. Berapa jarak tempuh pesawat setelah 1
jam ? tentukan kecepatan pesawat dan jarak yang ditempuh pesawat
setelah 30 menit…
Pembahasan :
Kelajuan pesawat 100 km/jam. Ini berarti
pesawat bergerak sejauh 100 km setiap jam. Setelah 1 jam, pesawat
bergerak sejauh 100 km.
Kecepatan pesawat setelah 30 menit ?
pesawat bergerak ke timur karenanya arah gerakan pesawat = arah
kecepatan pesawat = ke timur. Besar kecepatan alias kelajuan pesawat
selalu konstan, karenanya kelajuan pesawat setiap saat selalu 100
km/jam.
Contoh soal 2 :
Sebuah mobil bergerak pada lintasan
lurus dengan kelajuan konstan 40 km/jam. Tentukan selang waktu yang
dibutuhkan mobil untuk menempuh jarak 10 km…
Pembahasan :
Mobil bergerak dengan kelajuan konstan 40 km/jam. Ini berarti mobil bergerak sejauh 40 km setiap jam (1 jam = 60 menit)
Setelah 60 menit, mobil bergerak sejauh 40 km
Setelah 30 menit, mobil bergerak sejauh 20 km
Setelah 15 menit, mobil bergerak sejauh 10 km
Jadi selang waktu yang dibutuhkan mobil untuk menempuh jarak 10 km = 15 menit.
Contoh soal 3 :
Seekor burung merpati terbang lurus sejauh 50 km setiap 1 jam. Berapa kelajuan burung merpati setelah 2 jam ?
Pembahasan :
Burung merpati terbang sejauh 50 km setiap 1 jam = 50 km per jam = 50 km/jam.
Setelah 2 jam, burung merpati terbang sejauh 100 km. Kelajuannya berapa ? kelajuannya tetap 50 km/jam.
Contoh soal 4 :
Dua mobil saling mendekat pada lintasan
lurus paralel. Masing-masing mobil bergerak dengan laju tetap 80 km/jam.
Jika pada awalnya jarak antara kedua mobil tersebut 20 km, berapa waktu
yang diperlukan kedua mobil tersebut untuk bertemu ?
Pembahasan :
Sebelum bertemu, kedua mobil bergerak pada lintasan lurus sejauh 10 km.
Kedua mobil bergerak dengan laju tetap
80 km/jam. Ini berarti kedua mobil bergerak sejauh 80 km setiap jam atau
mobil bergerak sejauh 80 km setiap 60 menit (1 jam = 60 menit)
Mobil bergerak sejauh 80 km dalam 60 menit, Mobil bergerak sejauh 40 km dalam 30 menit
Mobil bergerak sejauh 20 km dalam 15 menit, Mobil bergerak sejauh 10 km dalam 7,5 menit.
Salah satu mobil bergerak sejauh 10 km
dalam 7,5 menit; salah satu mobil bergerak sejauh 10 km dalam 7,5 menit.
Karena pada awalnya jarak antara kedua mobil = 20 km, maka kita bisa
mengatakan bahwa kedua mobil bertemu setelah bergerak selama 7,5 menit.
7,5 menit = 7,5 (60 s) = 450 sekon.
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.