Grafik Gerak: Posisi, Kecepatan & Percepatan (w/ Diagram)

Grafik gerak, juga dikenal sebagai kurva kinematik, adalah cara umum untuk membuat diagram gerak dalam fisika. Tiga grafik gerak yang perlu diketahui siswa fisika SMA adalah:

• Posisi vs. waktu (xvs.untuk​)
• Kecepatan vs. waktu (vvs.untuk​)
• Akselerasi vs. waktu (Sebuahvs.untuk​)

Masing-masing grafik ini membantu untuk menceritakan kisah gerak suatu benda. Selain itu, ketika posisi, kecepatan, dan percepatan suatu objek digambarkan dalam interval waktu yang sama, bentuk setiap grafik berhubungan dengan cara yang spesifik dan dapat diprediksi.

Sumbu x pada semua grafik gerak selalu waktu, diukur dalam detik. Sumbu dengan demikian selalu diberi labeluntuk(s).

Sumbu y pada setiap grafik adalah posisi dalam meter, berlabelx(m); kecepatan dalam meter per detik, berlabelv(MS); atau percepatan dalam meter per detik kuadrat, berlabelSebuah(MS²)

• Waspadalah terhadap label sumbu posisix(m) – "x" berarti perpindahan, bukan "sumbu x"!

Grafik gerak sering (walaupun tentu tidak selalu) dibuat sketsa tanpa grafik titik-titik tertentu, melainkan menunjukkan bentuk umum yang menggambarkan gerak relatif suatu objek.

Posisi suatu objek bisa positif atau negatif, tergantung pada kerangka acuannya. Apapun diagram menunjukkan, bidang koordinat harus cocok.

Perhatikan contoh seorang anak yang mengendarai sepedanya sepanjang garis lurus ke timur dan kemudian ke barat. Sebut timur arah positif dan barat arah negatif.

Berikut adalah grafik perjalanannya:

•••Dan Chen | Sains

Selama lima detik pertama perjalanannya (dariuntuk= 0 sampaiuntuk= 5), dia bergerak dengan kecepatan konstan ke timur. Hal ini ditunjukkan oleh garis lurus yang meningkat di kuadran positif dari grafik posisi-waktu. Cara lain untuk memikirkannya adalah posisinya adalahmeningkat secara positif​​.​

Dalam tiga detik berikutnya (untuk= 5 sampaiuntuk= 8), dia berhenti untuk istirahat. Posisinya tidak berubah dalam periode waktu ini, ditunjukkan oleh garis horizontal konstan yang tertahan di +10 m.

Akhirnya, gadis di sepeda di bagian terakhir perjalanannya (untuk= 8 sampaiuntuk= 15) mulai dipercepat kembali ke arah barat. Hal ini ditunjukkan dengan garis yang tidak konstan (melengkung) dan menuju ke kuadran negatif dari grafik. Kemiringan garis meningkat dari waktu ke waktu,ke arah negatif, menunjukkan bahwa kecepatannya meningkat saat ia menempuh lebih banyak tanah setiap detik.

Perhatikan bahwa ketika dia melintasi sumbu x, dia telah melewati tempat dia memulai.

Grafik posisi-waktu mengarah langsung ke grafik kecepatan-waktu: Kemiringan garis posisi-waktu menunjukkan kecepatan objek dalam interval waktu yang sama. Ini masuk akal karena posisi vs. waktu hanyalah cara lain untuk mengatakan meter per detik – definisi kecepatan.

Dalam hal ini, satu-satunya perbedaan adalah apa yang terjadi pada sumbu y.

Pertimbangkan gadis yang sama di sepedanya seperti di bagian terakhir. Selama lima detik pertama perjalanannya, dia menempuh jarak 10 meter dalam lima detik, atau 2 meter per detik.

Untuk membuat grafik kecepatannya dalam selang waktu yang sama, cari 2 m/s pada sumbu y dan buat garis datar selama lima detik pertama. Ingat, kecepatannya tidak berubah, jadi kemiringan pada grafik ini adalah nol. (Yang berarti membuat grafik percepatannya dalam interval waktu ini seharusnya lebih mudah – teruslah membaca.)

•••Dan Chen | Sains

Kemudian, selama tiga detik berikutnya, dia tidak bergerak sama sekali, jadi kecepatannya tiba-tiba turun ke nol. (Secara realistis, ya, dia pasti melambat dari 2 m/s menjadi 0 m/s dalam lebih dari sekejap. Tetapi demi kesederhanaan di sini, pertimbangkan bahwa kecepatannya berubah secara instan.)

Tentu saja, jika kecepatannya nol, itu berarti harus adatidak ada kurvapada grafik selama selang waktu tersebut. Dengan kata lain, kurva sekarang berada tepat di atas sumbu x.

Akhirnya, gadis itu mulai menambah kecepatan, mundur ke rumah. Di sini grafik kecepatan menjadi menarik.

Dengan asumsi dia punyapercepatan konstan– yaitu, setiap detik dia meningkatkan kecepatannya dengan jumlah yang sama seperti detik sebelumnya – ini berarti kecepatannya meningkat dengan laju yang konstan. Twist dalam skenario ini adalah dia jugaberubah arah​.

• Ingat, kecepatan negatifbukan berarti melambat(itu percepatan negatif). Itu berarti bergerak ke arah negatif!

Secara keseluruhan, itu berarti grafik kecepatan-waktu untuk segmen terakhir perjalanannya (untuk= 8 sampaiuntuk= 15) perlu menunjukkan agaris lurus di mana kecepatannya tumbuh negatif​​.Dengan kata lain, garis lurus yang bergerak dari sumbu x diuntuk= 8 detik secara diagonal ke arah kanan bawah grafik.

Ini sering rumit bagi siswa; ingat saja arti percepatan:perubahan kecepatan​​.​

Untukdelapan detik pertamadari perjalanannya, gadis itukecepatan tidak berubah. (Sekali lagi, mengabaikan pergeseran sesaatnya dari 2 m/s ke berhenti.)

Itu berartiuntuk delapan detik pertama akselerasinya nol​.

Membuat grafik gerak untuk ini, di mana sumbu y sekarang ditampilkanpercepatandalam m/s², oleh karena itu cukup sederhana:

•••Dan Chen | Sains

Sekarang, untuk bagian terakhir perjalanannya, ingatlah bahwa kecepatannya adalahmeningkat dengan laju konstan ke arah negatif negative. Sejak meningkatkan kecepatanadalah percepatan, grafik percepatan-waktu harus memiliki garis datar di kuadran negatif dari delapan detik dan seterusnya.

Di dunia nyata, percepatan seringkali tidak konstan. Pada grafik percepatan-waktu, ini akan terlihat seperti garis melengkung.

Menghitung grafik posisi-waktu dan kecepatan-waktu yang sesuai dengan ini biasanya di luar cakupan kursus fisika berbasis non-kalkulus. Siswa diharapkan menyadari bahwa garis lengkung tidak konstan, dan bahwa grafik menunjukkan a indicatesperubahan percepatan​.

• Uji diri Anda: Bagaimana Anda merevisi setiap grafik sebelumnya (posisi-waktu, kecepatan-waktu dan waktu akselerasi) untuk lebih realistis menunjukkan sepeda gadis itu melambat sebelum istirahat? Cobalah sebelum membaca!

Grafik untuk posisi akan terlihat kira-kira mirip dengan apa yang dilakukannya sebelumnya, tetapi dengan sudut tajam yang dihaluskan. Hal yang sama akan terjadi dengan grafik kecepatan - sudut kasar menjadi halus. Tetapi selain itu, lompatan sesaat pada grafik kecepatan dari 2 m/s ke 0 m/s menjadi garis miring yang mulus dengan kemiringan negatif yang besar, bukan garis vertikal.

Pada grafik percepatan, sekitar tanda lima detik, kurva curam akan turun ke daerah negatif sebelum kembali ke 0 untuk menunjukkan percepatan negatif yang diperlukan untuk berhenti. Dan lompatan yang terjadi pada tanda 8 detik, bukannya vertikal, justru akan melengkung menjadi garis dengan kemiringan negatif besar yang kemudian mendatar dengan mulus pada -0,5 m/s/s.