Dalam bahasa sehari-hari, kelajuan dan kelajuan diperlakukan seolah-olah memiliki arti yang persis sama. Jika Anda mendengar seseorang berkomentar bahwa “kecepatan mobil adalah 25 mil per jam”, Anda tidak akan menutup mata. Namun dalam fisika, komentar sehari-hari tentang kecepatan suatu benda mengandung kesalahan kritis.
Jika Anda menulis 25 mil per jam (atau 11 meter per detik) sebagai jawaban atas pertanyaan yang menanyakan kecepatan , Anda salah. Tetapi jika pertanyaan yang sama menanyakan kecepatan mobil, Anda benar. Mengapa?
Memahami perbedaan antara kelajuan suatu benda dan kecepatannya memberi tahu Anda jawabannya, menyiapkan Anda untuk masalah masa depan yang melibatkan gerak melingkar dan mengenalkan Anda pada konsep penting besaran vektor .
TL;DR (Terlalu Panjang; Tidak Dibaca)
Kelajuan adalah besaran skalar (hanya memiliki besaran), tetapi kecepatan adalah besaran vektor (dengan besaran dan arah). Kecepatan adalah kelajuan dengan arah .
Kecepatan vs Kecepatan
Perbedaan utama antara kecepatan dan kecepatan adalah bahwa kecepatan adalah besaran skalar dan kecepatan adalah besaran vektor .
Kuantitas skalar adalah hal-hal seperti suhu, tekanan, dan energi, yang sepenuhnya dijelaskan oleh “ukuran” atau besarnya . Jadi, jika suhu suatu air adalah 20 derajat Celcius, Anda tidak memerlukan informasi lagi untuk memberi tahu Anda segalanya tentang nilai itu – angka dan satuannya menentukan suhu air sepenuhnya.
Vektor, seperti kecepatan, percepatan, dan gaya, memiliki besaran tetapi juga memiliki arah , dan tanpa informasi tentang arah, vektor tersebut tidak lengkap.
Definisi kecepatan hanyalah laju perubahan jarak yang ditempuh, atau jarak yang ditempuh per satuan waktu. Jadi jika Anda memberi tahu seseorang tentang mobil yang melaju 10 m/s, itu adalah kecepatan, dan Anda dapat mengingatnya dengan mudah karena itulah yang ditunjukkan pada speedometer (walaupun mungkin dalam unit non-SI). Namun, jika Anda mengatakan mobil bergerak dengan kecepatan 10 m/s ke kanan , Anda telah menambahkan informasi tentang arah gerak dan menjelaskan besaran vektor yang merupakan kecepatan mobil. Dalam istilah matematika, kecepatan adalah besaran kecepatan dan memiliki nilai absolut.
Perbedaan ini membuka kemungkinan bahwa kecepatan suatu benda dapat terus berubah meskipun memiliki kecepatan konstan, dan dengan demikian Anda dapat memiliki percepatan (kuantitas vektor lain – laju perubahan kecepatan) meskipun kecepatannya konstan. Pertimbangkan mobil yang sama yang melaju dengan kecepatan konstan 15 m/s di sekitar lintasan balap melingkar. Jumlah jarak yang ditempuhnya per satuan waktu (kecepatannya) tidak berubah, tetapi arahnya terus berubah , sehingga kecepatannya tidak konstan.
Persamaan Kecepatan, Kelajuan, dan Percepatan
Perbedaan dalam definisi kelajuan vs. kelajuan ditunjukkan dalam persamaan untuk keduanya, serta pengakuan implisit bahwa kecepatan adalah besaran vektor.
Untuk kelajuan v , definisinya hanyalah jarak d yang ditempuh selama interval waktu t yang dipertanyakan:
v=frac{d}{t}
Untuk kecepatan v , simbol dicetak tebal (atau ditampilkan dengan panah di atas v , berguna dalam persamaan tulisan tangan) untuk menandakan bahwa itu adalah vektor dan berhubungan dengan perpindahan s ( vektor yang menggambarkan lokasi akhir relatif terhadap lokasi awal yang dipilih, dalam satu, dua atau tiga dimensi) dengan interval waktu terjadinya perpindahan.
bm{v}=frac{bm{s}}{t}
Kecepatan sesaat diberikan oleh turunan perpindahan terhadap waktu:
bm{v}=frac{text{d}bm{s}}{text{d}t}
Satuan kecepatan hanyalah satuan jarak dalam satuan waktu, seperti meter per detik (m/s) atau kilometer per jam (km/jam).
Percepatan a adalah vektor lain, dan ini didefinisikan sebagai laju perubahan kecepatan v terhadap waktu:
bm{a}=frac{text{d}bm{v}}{text{d}t}
Pentingnya Mencatat Arah Berlawanan
Perbedaan antara kelajuan dan kecepatan penting karena hal-hal seperti arah berlawanan dan hubungan antara kecepatan dan vektor lain seperti percepatan.
Selain mobil yang mengitari sebuah lintasan, contoh lainnya adalah kuda komidi putar yang melaju dengan kecepatan konstan 2 m/s. Karena bergerak dalam lingkaran, arah liniernya terus berubah, dan oleh karena itu kecepatannya terus berubah dan memiliki percepatan (untuk gerak melingkar, ini disebut percepatan sentripetal).
Contoh lain menunjukkan pentingnya melihat kecepatan vs. hanya mempertimbangkan kecepatan. Bayangkan dua gerobak di trek meluncur ke arah satu sama lain dan bersiap untuk bertabrakan. Ketika mereka melakukannya, salah satu dari mereka harus mengubah arah. Jika Anda tidak menyiapkan kerangka acuan umum yang memungkinkan Anda untuk menunjukkan perbedaan arah gerak serta kecepatannya (yaitu, perbedaan kecepatan), informasi ini akan hilang – dan tidak akan terjadi. bahkan tidak jelas mereka berada di jalur tabrakan!
Fakta bahwa kecepatan adalah besaran vektor sangat penting untuk proses menjumlahkan kecepatan – jika keduanya dalam arah yang sama, mereka menjumlahkan, tetapi jika keduanya berlawanan arah (misalkan, x dan – x ) hasilnya adalah pengurangan. Untuk menemukan kecepatan bersih suatu objek – misalnya, bola bowling yang menggelinding melintasi travelator (jalan setapak yang sering ditemukan di bandara) bergerak ke arah yang berlawanan – Anda memerlukan informasi arah masing-masing untuk menghitung apakah bola akan berakhir bergerak maju atau mundur setelah jangka waktu tertentu.
Dalam hal ini, Anda akan menentukan satu kecepatan dalam arah x (katakanlah, arah gerak bola bowling) dan yang lainnya (gerak travelator) seperti dalam arah -x, lalu tambahkan besaran vektor, yang dalam praktiknya berarti mengurangkan kecepatan travelator dari kecepatan bola bowling karena bergerak berlawanan arah.
Kecepatan Rata-Rata vs. Sesaat
Perbedaan antara kecepatan rata-rata dan sesaat sangat penting ketika gerakan tidak linier (yaitu dalam garis lurus), seperti seorang pelari melintasi lintasan atletik. Pada saat tertentu, kecepatan sesaatnya adalah kecepatannya dan arah yang dia tempuh pada waktu yang tepat itu, misalnya, 7 m/s ke timur. Tetapi kecepatan rata-ratanya adalah perpindahan totalnya selama selang waktu penuh gerakannya terjadi, katakanlah, 60 detik. Ini berarti bahwa jika dia menyelesaikan putaran 400 meter, kembali ke lokasi semula, perpindahan totalnya adalah 0 m, sehingga kecepatan rata-ratanya adalah 0 m/s.
kecepatan rata -ratanya pasti bukan 0 m/s. Ini didefinisikan sebagai total jarak tempuhnya selama periode waktu tertentu, jadi jika dia berlari di lintasan 400 meter dalam 60 detik, kecepatan rata-ratanya adalah 400 m / 60 s = 6,67 m/s. Kecepatan sesaatnya hanyalah kecepatannya pada saat tertentu – misalnya, jika Anda menjeda video larinya, kecepatannya pada saat yang tepat – dengan kata lain, jumlah meter yang dia tempuh per unit waktu pada saat itu.
Ini menunjukkan betapa Anda harus berhati-hati dengan ukuran yang Anda pilih. Kecepatan sesaat jauh lebih berguna daripada kecepatan rata-rata pada lintasan melingkar (atau non-linear), sementara menemukan kecepatan sesaat dan rata-rata bermanfaat jika Anda tidak perlu mengetahui arah geraknya.
