Grafik gerak, juga dikenal sebagai kurva kinematik, adalah cara umum untuk membuat diagram gerak dalam fisika. Tiga grafik gerak yang perlu diketahui siswa fisika sekolah menengah adalah:
- Posisi vs. waktu ( x vs. t )
- Kecepatan vs. waktu ( v vs. t )
- Percepatan vs. waktu ( a vs. t )
Masing-masing grafik ini membantu 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.
Menyiapkan Grafik Gerak
Sumbu x pada semua grafik gerak selalu waktu, diukur dalam detik. Sumbu demikian selalu diberi label t (s).
Sumbu y pada setiap grafik adalah posisi dalam meter, diberi label x (m); kecepatan dalam meter per detik, diberi label v (m/s); atau percepatan dalam meter per detik kuadrat, berlabel a (m/s 2 )
- Waspadai label sumbu posisi x (m) – “x” berarti perpindahan, bukan “sumbu x”!
Grafik gerak sering (walaupun tidak selalu) dibuat sketsa tanpa menggambarkan titik-titik tertentu, melainkan menunjukkan bentuk umum yang menggambarkan gerak relatif suatu objek.
Grafik Posisi-Waktu
Posisi suatu objek bisa positif atau negatif, tergantung pada kerangka acuannya. Apa pun yang ditunjukkan diagram, bidang koordinat harus cocok.
Pertimbangkan contoh seorang anak yang mengendarai sepedanya sepanjang garis lurus ke timur dan kemudian ke barat. Sebutlah timur sebagai arah positif dan barat sebagai arah negatif.
Berikut adalah grafik perjalanannya:
Dan Chen | Sains
Selama lima detik pertama perjalanannya (dari t = 0 ke t = 5), dia bergerak dengan kecepatan konstan ke timur. Hal ini ditunjukkan dengan garis lurus yang meningkat di kuadran positif dari grafik posisi-waktu. Cara lain untuk memikirkannya adalah bahwa posisinya meningkat secara positif .
Dalam tiga detik berikutnya ( t = 5 to t = 8), dia berhenti untuk istirahat. Posisinya tidak berubah dalam periode waktu ini, ditunjukkan dengan garis horizontal konstan yang tertahan di +10 m.
Akhirnya, gadis di atas sepeda di bagian terakhir perjalanannya ( t = 8 to t = 15) mulai menambah kecepatan kembali ke arah barat. Hal ini ditunjukkan dengan garis yang tidak konstan (melengkung) dan mengarah ke kuadran negatif grafik. Kemiringan garis meningkat dari waktu ke waktu , ke arah negatif , menunjukkan bahwa kecepatannya meningkat saat dia menempuh lebih banyak tanah setiap detik.
Perhatikan bahwa ketika dia melintasi sumbu x, dia telah melewati tempat dia memulai.
Grafik Kecepatan-Waktu
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 interval waktu yang sama, cari 2 m/s pada sumbu y dan gambar garis datar selama lima detik pertama. Ingat, kecepatannya tidak berubah, jadi kemiringan pada grafik ini adalah nol. (Yang berarti membuat grafik akselerasinya dalam interval waktu ini akan lebih mudah – teruslah membaca.)
Dan Chen | Sains
Kemudian, selama tiga detik berikutnya, dia tidak bergerak sama sekali, jadi kecepatannya tiba-tiba turun menjadi nol. (Secara realistis, ya, kecepatannya pasti berkurang dari 2 m/s menjadi 0 m/s lebih dari sekejap. Tapi demi kesederhanaan di sini, pertimbangkan bahwa kecepatannya berubah secara instan.)
Tentu saja, jika kecepatannya nol, itu berarti tidak boleh ada kurva pada grafik selama interval 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 memiliki percepatan konstan – yaitu, setiap detik dia meningkatkan kecepatannya dengan jumlah yang sama seperti detik sebelumnya – ini berarti kecepatannya meningkat dengan laju yang konstan. Perubahan dalam skenario ini adalah dia juga mengubah arah .
- Ingat, kecepatan negatif tidak berarti melambat (itu percepatan negatif). Itu berarti bergerak ke arah negatif!
Secara keseluruhan, itu berarti grafik kecepatan-waktu untuk segmen terakhir perjalanannya ( t = 8 to t = 15) harus menunjukkan garis lurus di mana kecepatannya bertambah secara negatif . Dengan kata lain, garis lurus bergerak dari sumbu x pada t = 8 sekon secara diagonal menuju kanan bawah grafik.
Grafik Percepatan-Waktu
Ini seringkali rumit bagi siswa; ingat saja arti percepatan : perubahan kecepatan .
Selama delapan detik pertama perjalanannya, kecepatan gadis itu tidak berubah . (Sekali lagi, abaikan perpindahan sesaatnya dari 2 m/s menjadi berhenti.)
Itu berarti selama delapan detik pertama akselerasinya nol .
Membuat grafik gerak untuk ini, di mana sumbu y sekarang menunjukkan percepatan dalam m/s 2 , cukup sederhana:
Dan Chen | Sains
Sekarang, untuk bagian terakhir perjalanannya, ingatlah bahwa kecepatannya meningkat dengan laju konstan ke arah negatif . Karena peningkatan kecepatan adalah percepatan , grafik percepatan-waktu harus memiliki garis datar di kuadran negatif dari delapan detik ke depan.
Peta Gerak Lebih Realistis
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 untuk mengikuti ini biasanya di luar cakupan kursus fisika berbasis non-kalkulus. Siswa diharapkan menyadari garis lengkung tidak konstan, bagaimanapun, dan grafik menunjukkan percepatan yang berubah .
- Uji diri Anda: Bagaimana Anda merevisi setiap grafik sebelumnya (posisi-waktu, kecepatan-waktu, dan waktu-percepatan) agar lebih realistis menunjukkan sepeda gadis itu melambat sebelum istirahat? Cobalah sebelum membaca!
Grafik untuk posisi akan terlihat kurang lebih sama dengan yang sebelumnya, tetapi dengan sudut tajam yang diperhalus. Hal yang sama akan terjadi dengan grafik kecepatan – sudut kasar menjadi halus. Namun selain itu, lompatan sesaat pada grafik kecepatan dari 2 m/s ke 0 m/s menjadi garis miring yang halus dengan kemiringan negatif yang besar, bukan garis vertikal.
Pada grafik akselerasi, sekitar tanda lima detik, kurva curam akan menukik ke wilayah negatif sebelum kembali ke 0 untuk menunjukkan akselerasi negatif yang diperlukan untuk berhenti. Dan lompatan yang terjadi pada tanda 8 detik, alih-alih vertikal, hanya akan melengkung menjadi garis dengan kemiringan negatif besar yang kemudian mendatar dengan mulus pada -0,5 m/s/s.
Dan Chen | Sains
