Anda mungkin sedang bertanya-tanya tentang apa itu gerak lurus beraturan (GLB) yang dipelajari dalam fisika? Apa pula gerak lurus berubah beraturan (GLBB) itu? Apa perbedaan keduanya?
Jika ya, maka Anda telah tepat datang ke sini. Kita akan membahas hal ini. Kita mulai dengan mengategorikan gerak berdasarkan lintasannya.
Berdasarkan bentuk lintasan yang ditempuhnya, secara teoritis gerak bisa kita bagi menjadi dua jenis, yaitu gerak lurus atau gerak linear dan gerak melingkar atau gerak melengkung.
Gerak lurus adalah gerak benda yang lintasan geraknya berupa garis lurus. Kamu naik motor di atas jalanan yang lurus, joging pada jalan yang lurus, dan semacamnya adalah contoh-contoh gerak lurus atau gerak linear. Sedangkan gerak melingkar adalah gerak benda yang lintasan geraknya berbentuk lengkungan atau kurva. Mobil bergerak di tikungan, batu yang diikat dengan seutas tali kemudian diputar di atas kepala, dan sebagainya merupakan contoh-contoh gerak melingkar.
Berdasarkan apakah gerak sebuah benda mengalami perubahan kecepatan atau tidak, maka gerak linear selanjutnya dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu:
- Jika selama geraknya benda tidak mengalami perubahan kecepatan atau dengan kata lain kecepatan benda itu konstan selama waktu geraknya, maka kita menyebut gerak benda tersebut sebagai gerak linear beraturan atau gerak lurus beraturan yang biasa disingkat dengan GLB.
- Jika benda tersebut mengalami perubahan kecepatan (ingat bahwa perubahan kecepatan tidak lain adalah percepatan) selama geraknya maka kita sebut benda tersebut mengalami gerak linear (lurus) berubah beraturan atau biasa disingkat GLBB.Â
Jika mobil berada pada jalan tol yang lurus, biasanya sopir dapat mempertahankan laju kendaraannya sehingga tetap bergerak dengan kecepatan yang konstan. Pada situasi seperti itu, mobil dapat dikatakan sedang mengalami gerak GLB. Jika kita menjatuhkan sebuah kelereng di dalam tabung kaca bening yang tinggi berisi air, maka akan terlihat bahwa setelah beberapa saat kelereng akan bergerak dengan kecepatan yang tidak berubah. Pada saat itu bisa kita katakan bahwa kelereng sedang mengalami gerak GLB, dan sebagainya. Mungkin kamu bisa menambahkan contoh-contoh lain dari GLB berdasarkan pengalaman sehari-hari. Intinya, GLB ini adalah gerak dengan kecepatan yang tidak berubah-ubah.
Sementara itu, gerak lurus berubah beraturan, atau GLBB merupakan gerak yang paling sering dialami oleh benda karena pada saat sebuah benda bergerak bisa dipastikan bahwa kecepatan gerak benda tersebut akan selalu berubah. Namun demikian, catat baik-baik bahwa pada GLBB, perubahan kecepatan dalam gerak tersebut (atau percepatan) harus terjadi secara beraturan.
Pada GLB, persamaan-persamaan yang dipakai adalah persamaan yang menghubungkan antara jarak tempuh, yang biasa disimbol s atau d, kecepatan rata-rata (v), dan waktu tempuh (t). Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan
Sedangkan pada GLBB, karena jenis gerak ini berkaitan dengan adanya perubahan kecepatan atau percepatan, maka persamaan yang biasa digunakan, selain persamaan hubungan antara jarak tempuh, kecepatan, dan waktu seperti halnya gerak GLB, kita juga menggunakan persamaan yang mendefinisikan tentang percepatan.
Persamaan yang mendefinisikan percepatan telah dijelaskan di tulisan Gerak: Posisi, Jarak dan Perpindahan yaitu
Untuk memahami lebih jelas tentang percepatan, hubungan antara kecepatan, posisi dan waktu silakan membaca tulisan sebelumnya tentang Gerak: Posisi, Jarak dan Perpindahan.
Kita bisa menurunkan beberapa rumus yang berlaku untuk gerak GLBB berdasarkan definisi percepatan di atas dan rumus definisi kecepatan rata-rata, sebagai berikut.
Rumus pertamaÂ
Berdasarkan persamaan definisi percepatan
Kita bisa menulis ulang bentuknya menjadi
Rumus keduaÂ
Jika kecepatan awal sebuah benda diketahui misalkan sama dengan vo demikian pula kecepatan akhirnya diketahui setelah selang waktu tertentu, misalkan sama dengan vt, maka kita bisa menghitung kecepatan rata-rata selama selang waktu tersebut dengan persamaan
Sekarang, dari definisi kecepatan rata-rata
Kita substitusikan persamaan vrata sebelumnya ke dalam definisi persamaan rata-rata di atas akan kita peroleh
atau
Selanjutnya, kita substitusi persamaan t di atas ke dalam persamaan definisi percepatan sehingga diperoleh
Persamaan di atas dapat ditulis ulang menjadi
Rumus ketigaÂ
Dari persamaan pertama yaitu,
kita substitusi ke dalam persamaan
sehingga diperoleh
Substitusikan persamaan terakhir ini ke dalam persamaan
Itulah tiga persamaan yang sering sekali digunakan dalam menyelesaikan soal-soal tentang GLBB. Berikut saya cantumkan ketiga rumus penting tersebut dalam tabel.
|
Rumus 1
|
|
|
Rumus 2
|
|
|
Rumus 3
|
|
Agar dapat lebih memahami penggunaan konsep-konsep tentang gerak, berikut ini kita bahas tiga contoh soal gerak yang menyangkut gerak GLB dan GLBB. Kamu akan melihat bahwa menyelesaikan soal yang menyangkut gerak GLB relatif lebih mudah ketimbang menyelesaikan soal tentang gerak GLBB.
Contoh 1.
Selama mengendarai sebuah mobil dengan kelajuan 90 km/jam, berapa jauh kamu telah berpindah dari posisi awalmu saat kamu memejamkan mata selama 0,50 sekon karena bersin cukup keras?
Penyelesaian
Selama selang waktu 0,50 sekon ini, kecepatan mobil tidak berubah sehingga kita simpulkan bahwa gerak mobil pada selang waktu tersebut adalah GLB.
Karena kecepatan dinyatakan dalam satuan km/jam sedangkan waktu diberikan dalam satuan sekon, maka terlebih dahulu kita harus mengubah satuan km/jam menjadi meter/sekon agar satuan waktu yang dipakai sama-sama sekon. Caranya sebagai berikut.
1 km = 1000 m dan 1 jam = 3600 sekon.
Ini berarti 1 km/1 jam = 1000 m/3600 sekon atau sama dengan 0,28 m/s. Jadi 1 km/jam = 0,28 m/s.
Karena kecepatan mobil adalah 90 km/jam sedangkan 1 km/jam adalah 0,28 m/s, maka 90 km/jam = (90)(0,28) = 25,2 m/s.
Sekarang kita bisa menghitung jarak yang diminta dengan menggunakan persamaan s = v. t. Kita peroleh
Karena 1 km = 1000 m, maka 12,6 m = 0,0126 km atau kita ambil tiga angka di belakang koma sehingga menjadi 0,013 km. Jadi jarak yang ditempuh selama 0,50 sekon adalah 12,6 m atau 0,013 km.
Secara logika, kita bisa menalar penyelesaiannya dengan cara seperti ini.
Ingat: 1 jam = 3600 sekon atau 1 sekon = 1/3600 jam
Karena kita ingin mengubah 0,50 sekon ke dalam jam, maka 0,50 sekon kita kalikan dengan 1/3600 jam hasilnya adalah 1,40 x 10-4 jam. Jadi, karena tiap satu jam mobil menempuh jarak 90 km, maka untuk 0,50 sekon atau 1,40 x 10-4 jam mobil akan menempuh jarak sebesar : (1,40 x 10-4 jam) x (90 km) = 0,0126 km yang dibulatkan menjadi 0,013 km.
Contoh 2Â
Pada tahun 1992, rekor kecepatan bersepeda dibuat oleh Chris Huber. Rekor yang tercatat adalah Huber membutuhkan waktu 6,509 sekon untuk menempuh jarak 200 m. Pada tahun 2001, Sam Whittingham mengalahkan rekor Chris Huber dengan tambahan kecepatan sebesar 19,0 km/jam. Berapa waktu yang dibutuhkan Whittingham untuk menempuh jarak 200 m?
PenyelesaianÂ
Karena tidak ada perubahan kecepatan dalam soal di atas, maka geraknya adalah GLB.
Selanjutnya, kita perlu menentukan berapa rekor kecepatan Whittingham sebenarnya karena dalam soal kita hanya diberi informasi bahwa rekor Whittingham mengalahkan rekor Huber dengan tambahan kecepatan 19,0 km/jam.
Untuk itu kita perlu menentukan dahulu berapa rekor kecepatan Huber, sebagai berikut.
v = s/t = 200 m/6,509 sekon = 30,73 m/s.
Karena tambahan kecepatan yang dibuat oleh Whittingham dalam satuan km/jam, sebaiknya kita ubah kecepatan ini menjadi satuan m/s. (Bisa juga sebaliknya, kita ubah m/s menjadi km/jam). Untuk mengubah dari km/jam ke m/s, caranya sebagai berikut (sama seperti contoh 1 di atas).
1 km = 1000 m dan 1 jam = 3600 sekon.
Ini berarti 1 km/1 jam = 1000 m/3600 sekon atau sama dengan 0,28 m/s. Jadi 1 km/jam = 0,28 m/s.
Tambahan kecepatan yang dibuat oleh Whittingham adalah 19,0 km/jam atau dalam satuan m/s sama dengan (19,0 x 0,28) m/s = 5,32 m/s. Jadi rekor kecepatan yang dimiliki oleh Whittingham adalah 30,73 m/s + 5,32 m/s = 36,05 m/s.
Selanjutnya, berdasarkan persamaan v = s/t, dimana v = 36,05 m/s dan s = 200 m kita bisa menghitung t dengan mengubah persamaan di atas menjadi t = s/v = 200/36,05 = 5,55 sekon.
Jadi untuk jarak 200 m Whittingham hanya membutuhkan waktu 5,55 sekon saja.
Contoh 3
Pada sebuah waktu tertentu, sebuah partikel memiliki kelajuan 18 m/s pada arah sumbu x positif, dan 2,4 detik kemudian kelajuannya menjadi 30 m/s pada arah yang berlawanan dengan arah sebelumnya. berapakah percepatan rata-rata partikel tersebut selama selang waktu 2,4 sekon?
Penyelesaian
Karena melibatkan perubahan percepatan, maka gerak ini adalah gerak GLBB.
Percepatan rata-rata adalah perubahan kecepatan per satuan waktu tertentu. Karena kecepatan mula-mula adalah 18 m/s, sedangkan kecepatan akhirnya adalah – 30 m/s (tanda negatif karena berlawanan arah dengan arah sebelumnya) setelah selang waktu 2,4 sekon, maka percepatan rata-ratanya adalah a = (–30 – 18)/2,4 = -20 m/s2
