Kelajuan merupakan besaran skalar [hanya memiliki nilai namun tidak memiliki arah] yang dilambangkan dengan v. Konsep mengenai besaran vektor dan skalar dibahas secara terpisah [Lihat Bagian Besaran Vektor dan Skalar] Kelajuan suatu benda yang bergerak dari posisi awalnya ke posisi x sejauh d pada waktu t dapat ditulis dalam persamaan matematika sebagai berikut :
Kelajuan rata-rata benda yang bergerak dari posisi awal x0 sejauh d0 pada waktu t0, ke posisi x1 sejauh d1 pada waktu t1 , posisi x2sejauh d2 pada waktu t2 hingga ke posisi xn sejauh dn pada waktu tn dapat ditulis dalam persamaan matematika sebagai berikut : Satuan SI untuk Kelajuan adalah meter per sekon [m/s], dan satuan yang lazim di Amerika adalah feet per sekon [ft/s]. Satuan kelajuan yang sehari-hari lebih dikenal di Amerika adalah mil per jam [mil/jam].
Konsep kecepatan serupa dengan konsep kelajuan, tetapi berbeda karena kecepatan mencakup arah gerakan. Oleh karena itu, Kecepatan merupakan besaran vektor [memiliki nilai dan arah].
Persamaan matematika untuk kecepatan rata-rata adalah sebagai berikut : Perhatikan bahwa kecepatan rata-rata [vrata-rata]pada persamaan 2.3 dapat bernilai positif atau negatif. Nilai positif menyatakan gerakan ke kanan atau ke atas dan nilai negatif menyatakan gerakan ke kiri atau ke bawah.
Seorang pelari berlari menempuh jarak 100 m dalam waktu 12 s, kemudian berbalik dan berjoging sejauh 50 m ke arah titik awal selama 30 s.
Untuk menghitung kelajuan pelari digunakan persamaan 2.1, sehingga diperoleh :
Untuk menghitung kecepatan rata-rata pelari, pertama-tama harus diketahui dulu perpindahan pelari [Δx] dengan menggunakan persamaan 1.1, sehingga diperoleh :
Adapun untuk menghitung besarnya kecepatan rata-rata pelari digunakan persamaan 2.3, sehingga diperoleh :
Karena kecepatan rata-rata pelari bernilai positif, maka dapat dikatakan bahwa kecepatan mengarah ke arah kanan. Untuk menghitung kelajuan pelari digunakan persamaan 2.1, sehingga diperoleh :
Untuk menghitung kecepatan rata-rata pelari, pertama-tama harus diketahui dulu perpindahan pelari [Δx] dengan menggunakan persamaan 1.1, sehingga diperoleh :
Adapun untuk menghitung besarnya kecepatan rata-rata pelari digunakan persamaan 2.3, sehingga diperoleh :
Karena kecepatan rata-rata pelari bernilai negatif, maka dapat dikatakan bahwa kecepatan mengarah ke arah kiri. Sebelum menghitung kelajuan rata-rata untuk keseluruhan perjalanan pelari, pertama-tama harus diketahui dulu definisi jarak dan waktu tempuh untuk keseluruhan perjalanan pelari tersebut :
Untuk menghitung kelajuan pelari digunakan persamaan 2.1, sehingga diperoleh :
Untuk menghitung kecepatan rata-rata pelari, pertama-tama harus diketahui dulu perpindahan pelari [Δx] dan selang waktu dari posisi start hingga finish.
Selang waktu pelari [Δt] merupakan selang waktu pelari dari posisi start-nya pada saat t = 0 s hingga ke posisi finish-nya pada saat t = 42 s. Sehingga diperoleh :
Adapun untuk menghitung besarnya kecepatan rata-rata pelari digunakan persamaan 2.3, sehingga diperoleh :
Karena kecepatan rata-rata pelari bernilai positif, maka dapat dikatakan bahwa kecepatan mengarah ke arah kanan. Berikut adalah perpindahan, kelajuan dan kecepatan rata-rata di berbagai titik dari gerak partikel di atas :
xA = posisi partikel di titik A xB = posisi partikel di titik B Sedangkan selang waktu perpindahan partikel tersebut diberikan oleh :
tA = waktu pada saat partikel berada di titik A tB = waktu pada saat partikel berada di titik B Garis antara titik A dan B adalah sisi miring segitiga yang mempunyai sisi Δx dan Δt. Rasio antara Δx dan Δt [Δx/Δt] dinamakan sebagaikemiringan garis lurus ini. Sehingga kecepatan rata-rata sebuah partikel yang bergerak dapat dirumuskan sebagai :
Besarnya kecepatan rata-rata juga dapat diukur dari tingkat kecuraman kemiringan garis lurus yang menghubungkan titik-titik [x1,t1] dan [x2,t2] tersebut. Sebagai contoh, jika kita mengambil titik C[x2′,t2′] dari grafik di atas dengan perpindahan partikel [Δx] diberikan oleh :
xA = posisi partikel di titik A xC = posisi partikel di titik C Sedangkan selang waktu perpindahan partikel tersebut diberikan oleh :
tA = waktu pada saat partikel berada di titik A tC = waktu pada saat partikel berada di titik C dimana Δt’ < Δt. Dari garifk di atas dapat dilihat bahwa kecepatan rata-rata pada saat partikel bergerak dari titik A ke titik C lebih curam daripada kecepatan rata-rata pada saat partikel bergerak dari titik A ke titik B. Hal ini menunjukkan bahwa kecepatan rata-rata pada saat partikel bergerak dari titik A ke titik C lebih besar daripada kecepatan rata-rata pada saat partikel bergerak dari titik A ke titik B
Untuk membuktikan hal tersebut, perhatikan perhitungan kecepatan rata-rata berikut dengan memasukkan nilai x dan nilai t berdasarkan grafik di atas :
Sekilas, mendefenisikan kecepatan partikel pada suatu saat [waktu] atau posisi tertentu tampaknya tidak mungkin. Pasalnya, jika partikel berada pada suatu titik tertentu, bagaimana partikel tersebut dapat bergerak? Sebaliknya, jika tidak bergerak, tidakkah partikel tersebut harus berada pada titik yang sama? Hal ini merupakan paradox lama , yang dapat dipecahkan bila kita sadar bahwa untuk mengamati sebuah benda yang bergerak, kita harus memperhatikan posisi benda lebih dari satu saat. Untuk lebih jelasnya, perhatikan grafik berikut ini. Grafik di samping merupakan rekaman dari seluruh perjalanan sebuah partikel dari titik A ke titik B. Dengan menggambarkan urutan perjalanan partikel tersebut dalam suatu grafik hubungan antara posisi [x] dan waktu [t], diperoleh kecepatan rata-rata [v] = Δx/Δt yang merupakan kemiringan garis lurus yang menghubungkan Δx dan Δt. Jika kita mengambil selang waktu [Δt] yang lebih kecil [Δt’, Δt”, Δt”’, Δt””] dimana Δt””<Δt”’<Δt”<Δt’<Δt dan Δx yang lebih kecil [Δx’, Δx”, Δx”’, Δx””] dimana Δx””<Δx”’<Δx”<Δx’<Δx, diperoleh kemiringan yang semakin curam dan semakin mendekati garis singgung grafik tersebut. Sesuai dengan definisi kecepatan sesaat di atas, kecepatan pada suatu saat tertentu dapat terjadi ketika Δt mendekati nol, demikian pula halnya dengan Δx. Rasio Δx/Δt mendekati kemiringan garis yang menyinggung kurva. Kemiringan garis singgung ini didefinisikan sebagai kecepatan sesaat.
Karena kemiringan garis singgung adalah limit rasio Δx/Δt jika t mendekati 0 [nol], kecepatan sesaat dapat didefinisikan sebagai : Limit ini dinamakan turunan x terhadap t. Dalam notasi kalkulus, turunan biasa ditulis sebagai dx/dt. Seperti halnya kecepatan rata-rata, kecepatan sesaat juga dapat bernilai negatif maupun positif. Pembahasan lebih lanjut tentang limit dan kalkulus diferensial dibahas pada tinjauan matematika tentang limit dan kalkulus diferensial [klik disini]. Gerakan sebuah partikel digambarkan dalam sebuah grafik fungsi x = t2 + t sebagaimana yang digambarkan dalam grafik hubungan x dan t berikut :
Kecepatan sesaat dirumuskan sebagai :
Sehingga diperoleh kecepatan sesaat pada saat t = 1,5 s :
Video yang berhubungan |