Gerak Benda

 

Gambar peluncuran roket

Pada tanggal 31 Mei 2020, telah terukir dalam sejarah bahwa untuk pertama kalinya, sebuah perusahaan swasta bernama Space-X meluncurkan dua orang astronaut Amerika ke International Space Station (ISS). Misi Crew Dragon Demo-2 tersebut berakhir sukses dan kedua astronaut pun tiba di ISS sekitar 19 jam setelah peluncuran dilakukan. Fakta hebat lainnya adalah peluncuran roket tersebut adalah peluncuran pertama dengan biaya paling murah karena dapat mendaratkan roket tanpa harus menghancurkannya sehingga dapat dipakai kembali atau didaur ulang, menarik kan? Nah, bagaimana sistem kerja dari peluncuran roket tesebut? Bagaimana kaitannya dengan konsep gerak dan gaya?

Pada akhir kegiatan di bab ini kalian akan mempraktikkan konsep gerak dan gaya dengan membuat purwarupa roket sederhana. Ayo pelajari bab ini dengan antusias.

Bagaimana cara kalian datang ke sekolah? Apakah naik mobil? Motor? Atau berjalan kaki? Tahukah kalian berapa jarak yang ditempuh dari rumah kalian? Berapa lama waktu yang diperlukan?

Cobalah kalian berpindah tempat duduk dari posisi awal kalian duduk di kelas menuju posisi duduk pada barisan paling depan, kemudian lanjutkan ke barisan paling belakang. Hitunglah banyaknya langkah menuju posisi tersebut, kemudian ukurlah waktu yang diperlukannya. Bandingkanlah banyaknya jumlah langkah dan waktu untuk menuju kedua posisi terdepan maupun ke belakang tersebut.

1. Perpindahan dan Jarak Tempuh Benda

Ketika kalian berangkat dari rumah menuju ke sekolah atau berpindah posisi dari tempat duduk depan ke tempat duduk pada bagian belakang, kalian dikatakan telah bergerak. Jadi, apa sesungguhnya gerak itu menurut kalian?

Makhluk hidup bergerak dengan kemauan dirinya sendiri untuk mencari makanan. Lemari bergerak karena didorong oleh ayah. Gerak semua benda tersebut memerlukan informasi besarnya perpindahan yang diperlukan dari satu posisi keposisi lainnya atau informasi tentang nilai lintasan yang dilalui gerak benda yang dikenal dengan jarak tempuh.

Kita dapat menggambarkan gerak sebuah benda secara mendetail setelah kita mampu mendefinisikan besaran-besaran gerak untuk benda tersebut. Dengan mengetahui besaran gerak tersebut, kita akan mengetahui pada saat tertentu benda berada di mana dan bergerak ke arah mana.

Besaran-besaran gerak yang pertama kali perlu diketahui adalah posisi, perpindahan dan jarak tempuh. Agar dapat menjelaskan gerak benda secara lengkap, kita memerlukan bantuan sumbu koordinat. Tentu kalian sudah kenal dengan sumbu koordinat kartesian dengan lambang sumbu x dan y bukan?

Gambar Sumbu koordinat dalam arah x dan y

Jumlah sumbu koordinat yang digunakan bergantung pada arah gerak yang akan kita bahas. Jika benda hanya bergerak pada lintasan berupa garis lurus maka kita cukup menggunakan satu sumbu koordinat (misalkan pada sumbu-x). Gerak semacam ini sering disebut gerak satu dimensi (satu arah pandang). Dapakah kalian menuliskan contoh benda yang bergerak dalam satu dimensi di dalam kehidupan sehari-hari?

Pada bab ini kita akan membatasi pada gerak satu dimensi dengan posisi dilambangkan simbol x. Misalkan rumah kalian sebagai posisi awal (x₀) karena tempat mulai kalian bergerak dan sekolah sebagai posisi akhir (x_t). Jadi kalian tahu apa pergertian posisi itu?

Besar total perpindahan yang kalian lakukan adalah pengurangan nilai dari posisi akhir terhadap posisi awal. Jika rumah kalian sebagai posisi awal dan sebagai titik acuan maka rumah kalian dapat diberikan angka 0 meter. Adapun posisi sekolah terhadap rumah kalian misalkan memiliki nilai 100 meter seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. Dapat dengan mudah kalian hitung total perpindahan kalian dari rumah ke sekolah adalah sebesar 100 m (100 m – 0 m).

Gambar Contoh besar perpindahan yang dilakukan dari rumah ke sekolah.

Ungkapan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut.

Δx = x_t – x₀

Δx = Perubahan posisi, satuannya meter (m)

x₀ = Posisi awal, satuannya meter (m)

x_t =  Posisi akhir, satuannya meter (m)

Saat kalian tiba di sekolah, tiba-tiba kalian merasakan sakit perut. Ibu guru memerintahkan kalian untuk segera pulang ke rumah. Sehingga dalam pengertian Sains, jika kalian kembali ke posisi semula saat kalian mulai bergerak tadi kalian tidak melakukan perpindahan. Dapatkah kalian menjelaskannya? Gambar di bawah ini mungkin dapat membantu kalian menjawab pertanyaan.

Gambar Besar total perpindahan ketika kembali ke posisi awal keberangkatanmulai bergerak

Berbeda dengan perpindahan yang kalian lakukan, nilai jarak tempuh tidaklah nol, tapi bernilai 200 m. Mengapa menjadi bernilai 200 meter? Kini kalian dapat membedakan perpindahan dan jarak tempuhkan?

Sebelum kalian kembali pulang ke rumah karena sakit perut, terlihat seorang kawan sudah duduk di kelas sambil membaca buku pelajaran. Ibu guru mengatakan, kawan kalian tersebut sudah tiba lebih awal di sekolah. Padahal rumah kawan kalian tersebut masih berada di dalam satu komplek perumahan dan tidak jauh dari rumah kalian. Mengapa kawan kalian bisa sampai lebih dahulu dari kalian padahal kalian berdua berangkat pada waktu yang bersamaan?

Setelah diselidiki ternyata kawan kalian tersebut menempuh jalan yang berbeda dari kalian. Ia menggunakan sepeda dan melalui jalan-jalan pintas menuju sekolah. Dari sini dapat dikatakan bahwa kalian dan kawan kalian tersebut memiliki jarak tempuh yang berbeda. Bisa jadi, saat kalian menggunakan mobil, kalian menempuh jarak yang lebih panjang untuk menuju sekolah karena mobil harus melalui jalan raya. Berdasarkan cerita di atas kalian sudah dapat memahami pengertian jarak tempuh bukan?

Gambar Dua orang siswa yang menempuh jarak yang berbeda saat menuju sekolah

Selama kalian berada di dalam mobil menuju ke sekolah, kalian melintasi seseorang yang sedang diam di tepi jalan raya. Orang tersebut melihat bahwa kalian sedang bergerak bersama mobil terhadap sebuah kota yang kalian tinggali. Kalian yang sedang berada di dalam mobil akan melihat bahwa pengamat bergerak juga dengan arah yang berlawanan dengan arah gerak mobil. Jadi, sebuah benda dikatakan bergerak tergantung dari pengamat dan titik acuan yang dipergunakan. Hal tersebut menunjukkan bahwa gerak benda bersifat relatif atau tidak mutlak.

2. Apakah Kita Semua Bergerak Relatif?

Menurut kalian apakah orang yang dipinggir jalan benar-benar bergerak? Kalian telah mengetahui bahwa gerak adalah perubahan jarak dan/atau posisi benda terhadap titik acuan yang dipilih. Saat kalian melihat orang di pinggir jalan, apakah ia bergerak? Apakah termasuk gerak nyata atau gerak semu?

Gambar Ilustrasi gerak relatif antara pengamat dan benda

Gerak semu adalah benda yang sebenarnya diam namun oleh pengamat teramati bahwa benda tersebut seolah-olah bergerak. Gerak semu biasanya diakibatkan oleh karena keadaan pengamat yang sedang berada dalam suatu sistem yang bergerak. Contoh gerak semu yaitu pada saat kita naik bus, pohon-pohonan di tepi jalan seperti bergerak berlari meninggalkan kita. Padahal sebenarnya, yang bergerak adalah bus saat kita sedang berada di dalamnya. Jadi kita semua bergerak relatif.

Saat kalian hendak kembali pulang ke rumah lagi karena sakit perut, mobil yang akan menjemput sudah tiba di tempat parkir. Saat kalian melihat jam dinding di pintu masuk sekolah, jarum jam baru menunjukkan pukul 07.30 WIB. Padahal tadi kalian menelpon orang tua di rumah pada pukul 07.15 WIB. Itu artinya mobil hanya memerlukan waktu 15 menit dari rumah ke sekolah. Biasanya waktu yang diperlukan mobil untuk ke sekolah adalah 30 menit. Mengapa bisa terjadi demikian? Apa yang terjadi dengan mobil yang akan menjemput kalian tersebut?

3. Kenapa Waktu Tiba Bisa Berbeda?

Jarak yang ditempuh suatu benda diukur dari seberapa jauh benda itu telah bergerak dari titik acuan sebagai posisi awal. Kalian juga telah mengetahui bahwa perpindahan adalah seberapa jauh suatu benda berpindah dihitung dari titik awal acuan, tanpa memperhatikan bentuk lintasan, apakah berkelok-kelok atau lurus. Semuanya diukur dengan menarik garis lurus dari posisi awal hingga posisi akhir benda seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah.

Contoh besar perpindahan yang dilakukan dari rumah ke sekolah.

Jika jarak tempuh dari mobil yang tiba untuk menjemput kalian dibandingkan parameter waktu, maka akan didapatkan sebuah infomasi penting lainnya dalam konsep gerak yaitu yang dikenal sebagai kelajuan.

Dengan membandingkan jarak tempuh terhadap waktu, maka kalian akan mendapatkan nilai kelajuan sebuah benda ketika bergerak. Kelajuan dapat ditulis dalam persamaan berikut.

Keterangan:

v = Kelajuan, satuannya m/s

s = Jarak tempuh, satuannya meter (m)

t = waktu, satuannya adalah sekon atau detik (s)

Coba kalian ingat kembali, apakah saat naik kendaraan atau mobil ketika menuju sekolah laju mobil tersebut terasa cepat atau lambat? Atau berubah-ubah?

Kelajuan yang konstan atau bernilai tetap adalah kelajuan gerak suatu benda ketika setiap bagian jarak itu ditempuh dalam waktu yang sama, seperti yang ditunjukkan pada Persamaan kelajuan. Kelajuan tetap atau konstan ini biasanya hanya bisa terjadi dalam waktu sesaat atau sebentar saja (dalam hitungan detik atau menit). Maka dari itu laju tetap ini sering disebut laju sesaat. Pada kenyatannya, sangat sulit untuk membuat sebuah benda melaju dengan konstan dalam waktu yang lama. Untuk itu diperlukan konsep yang lebih praktis, yang dikenal sebagai kelajuan rata-rata.

Kelajuan rata-rata ialah kelajuan gerak benda yang menempuh jarak perpindahan tertentu di mana tidak setiap bagian dari jarak itu ditempuh dalam waktu yang realatif sama. Untuk kelajuan rata-rata berlaku persamaan berikut.

4. Apakah Kelajuan Sama Dengan Kecepatan? Kenapa Orang Jarang Menyebutkan Kelajuan?

Menurut kalian apakah kelajuan dan kecepatan itu adalah hal yang sama? Perhatikanlah contoh persoalan berikut ini. Jika kalian melangkah ke kanan sejauh 100 m dalam sumbu x, kemudian kembali melangkah ke kiri sejauh 50 m ditempuh dalam waktu 25 sekon. Berapakah total jarak tempuh yang kalian lakukan? Berapakah perpindahan yang terjadi?

Jadi benarkah kelajuan berbeda dengan kecepatan? Kelajuan adalah seberapa cepat sebuah jarak ditempuh dalam waktu tertentu tanpa memperhitungkan arah, karena kelajuan termasuk besaran skalar (besaran di dalam Sains yang hanya memiliki nilai besar dan satuan). Adapun kecepatan adalah besarnya perpindahan persatuan waktu. Kecepatan adalah besaran vektor (memiliki nilai besar dan satuan dan juga harus dinyatakan arah kemana benda tersebut bergerak).

5. Bagaimana Kita Menghitung Kecepatan Sebuah Benda?

Jika mobil yang menjemput kalian tiba lebih awal dan diketahui melalui jalan yang persis sama jarak tempuhnya seperti saat mengatarkan kalian ke sekolah sehari-hari. Itu artinya mobil kalian dapat tiba lebih awal daripada biasanya. Kira-kira apa yang terjadi dengan mobil tersebut?

Dari ilustrasi di atas tentu kalian dapat memahami apa yang dimaksud dengan kecepatan bukan? Menurut kalian bagaimana kita dapat menghitung kecepatan sebuah benda ketika bergerak?

Jika kalian dapat mengungkapkan besaran gerak dalam variabel waktu (detik atau jam), maka kalian dapat menentukan kondisi benda tersebut di masa depan. Dalam satu detik, satu jam, atau satu hari kemudian benda yang bergerak tersebut akan berada di mana, bergerak dengan kecepatan berapa dan ke arah mana dapat dihitung dengan mudah. Kecepatan rata-rata dapat dinyatakan oleh persamaan berikut

Fakta Sains: Mobil Tercepat di Dunia

Apakah kalian pernah naik mobil dengan kecepatan tinggi? Bagaimanakah rasanya? Seberapa cepat mobil atau kendaraan yang kalian tumpangi?

Gambar Bugatti Chiron Super Sport 300+

Nah, apakah kalian tahu mobil tercepat di dunia yang yang dapat melintas di jalan raya yang tercatat hingga hari ini? Mobil tersebut adalah Bugatti Chiron Super Sport 300+. Sebuah mobil sport produksi Bugatti Automobiles SAS (grup otomotif negara Jerman bernama Volks Wagen (VW) di pabriknya di Molsheim, Prancis, dan dijual dengan merek Bugatti ini mampu mencapai kecepatan 490 km/jam (Jika diubah ke dalam meter per detik, dapatkah kalian menentukannya?) Jumlah produksi Bugatti Chiron Super Sport 300+ sangat terbatas, hanya 30 unit dengan harga mulai € 3,5 juta (3,5 juta euro) atau sekitar 54,3 miliar rupiah untuk setiap unitnya.

Menurut kalian kira-kira faktor apa saja yang membuat mobil tersebut dapat melaju begitu begitu cepat? Apa saja yang membuat mobil tersebut menjadi mahal harganya? Diskusikan dengan teman kalian.

Kalian juga dapat mencari kembali kendaraan lain yang bergerak cepat di darat maupun di udara. Temukanlah informasi yang menyebabkan kenapa kendaraan tersebut dapat bergerak cepat.

6. Adakah Faktor Lain Dari Gerak Benda Selain Kecepatan?

Selama bergerak, kecepatan sebuah benda berubah-ubah. Perubahan tersebut bisa berupa perubahan nilai saja, perubahan arah saja, atau perubahan nilai dan arah. Perubahan tersebut ada yang cepat dan ada yang lambat. Besaran yang digunakan untuk mengukur perubahan dinamakan percepatan.

Ambillah sebuah benda dan luncurkanlah pada bidang miring licin dengan sudut kemiringan relatif besar sehingga benda dapat meluncur ke bawah. Amatilah benda tersebut saat meluncur? Apakah terjadi penambahan kecepatan? Jika tidak terlalu tampak, buat lintasan yang lebih panjang lagi dengan sudut yang lebih besar. Mengapa benda tersebut melucur dengan semakin cepat hingga menyentuh lantai?

Hasil percobaan sederhana tersebut menujukan bahwa benda telah mengalami percepatan. Percepatan adalah besarnya pertambahan kecepatan tiap satuan waktu. Percepatan dapat dituliskan dengan persamaan berikut.

Untuk gerak dipercepat beraturan nilai a positif. Adapun untuk gerak diperlambat beraturan nilai a negative, contohnya adalah ketika mobil direm saat tiba di sekolah.

Referensi

Ilmu Pengetahuan Alam SMP Kelas VII. Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Riset, dan Teknologi Republik Indonesia, 2021. Penulis: Victoriani Inabuy, Dkk. ISBN: 978-602-244-384-1 (Jilid-1).

Baca juga:

Bab 4 Gerak dan Gaya
01	Gerak Benda
02	Aktifitas Gerak Benda
03	Uji Gerak Benda
04	Penerapan Gaya dalam Kehidupan
05	Aktivitas Gaya
06	Uji Gaya
07	Proyek Membuat Roket Korek Api