GERAK BUJURSANGKAR: CIRI, JENIS DAN CONTOH - FISIK - 2025

The gerakan bujursangkar adalah satu di mana bergerak seluler sepanjang garis lurus dan karena itu terjadi di satu dimensi, karena itu juga disebut gerakan satu dimensi. Garis lurus ini adalah lintasan atau lintasan yang diikuti benda yang bergerak. Mobil-mobil yang bergerak di sepanjang jalan pada gambar 1 mengikuti jenis gerakan ini.

Ini adalah model gerakan paling sederhana yang dapat Anda bayangkan. Pergerakan sehari-hari manusia, hewan, dan benda-benda sering kali menggabungkan gerakan dalam garis lurus dengan gerakan di sepanjang kurva, tetapi beberapa yang hanya bujursangkar sering diamati.

Gambar 1. Mobil bergerak di jalan lurus. Sumber: Pixabay.

Berikut beberapa contoh yang bagus:

- Saat berlari di jalur bujursangkar sepanjang 200 meter.

- Mengendarai mobil di jalan lurus.

- Menjatuhkan benda dengan bebas dari ketinggian tertentu.

- Saat bola dilempar ke atas secara vertikal.

Sekarang, tujuan mendeskripsikan suatu gerakan dicapai dengan menentukan karakteristik seperti:

- posisi

- Perpindahan

- Kecepatan

- Akselerasi

- Cuaca.

Agar pengamat dapat mendeteksi gerakan suatu objek, ia harus memiliki titik referensi (asal O) dan telah menetapkan arah tertentu untuk bergerak, yang dapat berupa sumbu x, sumbu y, dan lainnya.

Adapun benda bergerak, bisa memiliki jumlah bentuk yang tak terbatas. Tidak ada batasan dalam hal ini, namun dalam segala hal yang mengikutinya akan diasumsikan bahwa seluler adalah partikel; sebuah benda yang sangat kecil sehingga dimensinya tidak relevan.

Hal ini tidak berlaku untuk objek makroskopik; Namun, ini adalah model dengan hasil yang bagus dalam menggambarkan gerakan global suatu objek. Dengan cara ini, sebuah partikel dapat berupa mobil, planet, orang, atau benda lain yang bergerak.

Kami akan memulai studi kami tentang kinematika bujursangkar dengan pendekatan umum untuk gerak dan kemudian kasus-kasus tertentu seperti yang telah disebutkan akan dipelajari.

Karakteristik umum gerakan bujursangkar

Deskripsi berikut bersifat umum dan berlaku untuk semua jenis gerakan satu dimensi. Hal pertama adalah memilih sistem referensi. Garis tempat terjadinya pergerakan akan menjadi sumbu x. Parameter gerakan:

Posisi

Gambar 2. Posisi ponsel yang bergerak pada sumbu x. Sumber: Wikimedia Commons (dimodifikasi oleh F. Zapata).

Ini adalah vektor yang bergerak dari titik awal ke titik di mana objek berada pada saat tertentu. Pada gambar 2, vektor x ₁ menunjukkan posisi ponsel pada koordinat P ₁ dan pada waktu t ₁ . Satuan vektor posisi dalam sistem internasional adalah meter.

Pemindahan

Perpindahan adalah vektor yang menunjukkan perubahan posisi. Pada gambar 3 mobil sudah berpindah dari posisi P ₁ ke posisi P ₂ , sehingga perpindahannya adalah Δ x = x ₂ - x ₁ . Perpindahan adalah pengurangan dua vektor, ini dilambangkan dengan huruf Yunani Δ ("delta") dan selanjutnya adalah vektor. Satuannya dalam Sistem Internasional adalah meter.

Gambar 3. Vektor perpindahan. Sumber: disiapkan oleh F. Zapata.

Vektor dilambangkan dengan huruf tebal dalam teks tercetak. Tetapi berada pada dimensi yang sama, jika mau, Anda dapat melakukannya tanpa notasi vektor.

Jarak tempuh

Jarak d yang ditempuh benda bergerak adalah nilai absolut dari vektor perpindahan:

Sebagai nilai absolut, jarak yang ditempuh selalu lebih besar dari atau sama dengan 0 dan unitnya sama dengan unit posisi dan perpindahan. Notasi nilai absolut dapat dilakukan dengan modulo bar atau hanya dengan menghilangkan huruf tebal pada teks tercetak.

Kecepatan rata-rata

Seberapa cepat posisi berubah? Ada ponsel lambat dan ponsel cepat. Kuncinya selalu kecepatan. Untuk menganalisis faktor ini, posisi x dianalisis sebagai fungsi waktu t.

Kecepatan rata-rata v _m (lihat gambar 4) adalah kemiringan garis garis potong (fuchsia) ke kurva x vs t dan memberikan informasi global tentang pergerakan ponsel dalam interval waktu yang dipertimbangkan.

Gambar 4. Kecepatan rata-rata dan kecepatan sesaat. Sumber: Wikimedia Commons, dimodifikasi oleh F. Zapata.

v _m = ( x ₂ - x ₁ ) / (t ₂ –t ₁ ) = Δ x / Δ t

Kecepatan rata-rata adalah vektor yang satuannya dalam sistem internasional adalah meter / sekon (m / s).

Kecepatan seketika

Kecepatan rata-rata dihitung dengan mengambil interval waktu yang dapat diukur, tetapi tidak melaporkan apa yang terjadi dalam interval tersebut. Untuk mengetahui kecepatan pada momen tertentu, Anda harus membuat interval waktunya sangat kecil, secara matematis setara dengan melakukan:

Persamaan di atas diberikan untuk kecepatan rata-rata. Dengan cara ini diperoleh kecepatan sesaat atau kecepatan sederhana:

Secara geometris, turunan posisi terhadap waktu adalah kemiringan garis singgung kurva x vs t pada titik tertentu. Pada gambar 4 titik berwarna jingga dan garis singgung berwarna hijau. Kecepatan sesaat pada titik tersebut adalah kemiringan garis tersebut.

Mempercepat

Kecepatan didefinisikan sebagai nilai absolut atau modulus kecepatan dan selalu positif (rambu, jalan raya, dan jalan raya selalu positif, tidak pernah negatif). Istilah "kecepatan" dan "kecepatan" dapat digunakan secara bergantian setiap hari, tetapi dalam fisika perbedaan antara vektor dan skalar diperlukan.

v = Ι v Ι = v

Akselerasi rata-rata dan akselerasi seketika

Kecepatan dapat berubah selama pergerakan dan kenyataannya adalah bahwa hal itu diharapkan. Ada besaran yang menentukan perubahan ini: percepatan. Jika kita perhatikan bahwa kecepatan adalah perubahan posisi terhadap waktu, percepatan adalah perubahan kecepatan terhadap waktu.

Gambar 5. Akselerasi rata-rata dan percepatan sesaat. Sumber: Wikimedia Commons, dimodifikasi oleh F. Zapata.

Perlakuan yang diberikan pada grafik x vs t pada dua bagian sebelumnya dapat diperluas ke grafik v vs t yang sesuai. Akibatnya, percepatan rata-rata dan percepatan sesaat didefinisikan sebagai:

a _m = ( v ₂ - v ₁ ) / (t ₂ –t ₁ ) = Δ v / Δ t (Kemiringan garis ungu)

Jika percepatan konstan, percepatan rata-rata a _m sama dengan percepatan sesaat a dan ada dua pilihan:

- Bahwa percepatannya sama dengan 0, dalam hal ini kecepatannya konstan dan terdapat Uniform Rectilinear Movement atau MRU.

- Akselerasi konstan selain 0, di mana kecepatan bertambah atau berkurang secara linier dengan waktu (Gerakan Bujursangkar Bervariasi Seragam atau MRUV):

Di mana v _f dan t _f adalah kecepatan dan waktu akhir, dan v _atau yt _o adalah kecepatan dan waktu awal. Jika t _o = 0, menyelesaikan kecepatan akhir, kita memiliki persamaan kecepatan akhir yang sudah dikenal:

Persamaan berikut juga berlaku untuk gerakan ini:

- Posisikan sebagai fungsi waktu: x = x _o + v _o. t + ½ pada ²

- Kecepatan sebagai fungsi posisi: v _f ² = v _o ² + 2a.Δ x (Dengan Δ x = x - x _o )

Gerakan horizontal dan gerakan vertikal

Gerakan horizontal adalah gerakan yang terjadi di sepanjang sumbu horizontal atau sumbu x, sedangkan gerakan vertikal terjadi di sepanjang sumbu y. Gerakan vertikal di bawah aksi gravitasi adalah yang paling sering dan menarik.

Dalam persamaan sebelumnya, kita ambil a = g = 9,8 m / s ² mengarah ke bawah secara vertikal, arah yang hampir selalu dipilih dengan tanda negatif.

Dengan cara ini v _f = v _o + at menjadi v _f = v _o - gt dan jika kecepatan awal 0 karena benda dijatuhkan bebas, selanjutnya disederhanakan menjadi v _f = - gt. Selama hambatan udara tidak diperhitungkan, tentunya.

Contoh yang Berhasil

Contoh 1

Pada titik A, paket kecil dilepaskan untuk bergerak di sepanjang konveyor dengan roda geser ABCD seperti yang ditunjukkan pada gambar. Sementara itu turun melalui bagian miring AB dan CD, paket tersebut membawa percepatan konstan 4,8 m / s ² , sedangkan di bagian horizontal BC mempertahankan kecepatan konstan.

Gambar 6. Paket yang bergerak pada lintasan geser dari contoh yang diselesaikan 1. Sumber: elaborasi sendiri.

Mengetahui bahwa kecepatan paket mencapai D adalah 7,2 m / s, tentukan:

a) Jarak antara C dan D.

b) Waktu yang dibutuhkan untuk paket mencapai akhir.

Larutan

Perpindahan paket dilakukan dalam tiga bagian bujursangkar yang ditunjukkan dan untuk menghitung apa yang diminta, diperlukan kecepatan pada titik B, C, dan D. Mari kita analisis setiap bagian secara terpisah:

Bagian AB

Waktu yang dibutuhkan paket untuk melakukan perjalanan ke bagian AB adalah:

Bagian BC

Kecepatan pada bagian BC konstan, oleh karena itu v _B = v _C = 5,37 m / s. Waktu yang dibutuhkan paket untuk melakukan perjalanan ke bagian ini adalah:

Bagian CD

Kecepatan awal ruas ini adalah v _C = 5,37 m / s, kecepatan akhir adalah v _D = 7,2 m / s, melalui v _D ² = v _C ² + 2. a. d memecahkan nilai d:

Waktu dihitung sebagai:

Jawaban atas pertanyaan yang diajukan adalah:

a) d = 2,4 m

b) Waktu tempuh t _AB + t _BC + t _CD = 1,19 s +0,56 s +0,38 s = 2,13 s.

Contoh 2

Seseorang berada di bawah gerbang horizontal yang awalnya terbuka dan tinggi 12 m. Orang tersebut secara vertikal melempar benda ke arah pintu gerbang dengan kecepatan 15 m / s.

Gerbang tersebut diketahui ditutup 1,5 detik setelah orang tersebut melempar benda dari ketinggian 2 meter. Hambatan udara tidak akan diperhitungkan. Jawab pertanyaan berikut, dengan alasan:

a) Bisakah benda melewati gerbang sebelum menutup?

b) Apakah benda itu pernah menabrak gerbang yang tertutup? Jika ya, kapan itu terjadi?

Gambar 7. Sebuah benda dilempar secara vertikal ke atas (Contoh Kerja 2). Sumber: buatan sendiri.

Jawaban untuk)

Ada jarak 10 meter antara posisi awal bola dan gerbang. Ini adalah lemparan vertikal ke atas, di mana arah ini dianggap positif.

Anda dapat mengetahui kecepatan yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian tersebut, dengan hasil ini waktu yang dibutuhkan untuk melakukannya dihitung dan dibandingkan dengan waktu penutupan pintu gerbang, yaitu 1,5 detik:

Karena waktu ini kurang dari 1,5 detik, maka disimpulkan bahwa benda tersebut dapat melewati gerbang setidaknya sekali.

Jawaban b)

Kita sudah tahu bahwa benda tersebut berhasil melewati gerbang saat naik, mari kita lihat apakah ia memberi kesempatan untuk lewat lagi saat turun. Kecepatan saat mencapai ketinggian gapura sama besarnya dengan saat menanjak, namun berlawanan arah. Oleh karena itu, kami bekerja dengan -5,39 m / s dan waktu yang diperlukan untuk mencapai situasi ini adalah:

Karena pintu gerbang tetap terbuka hanya selama 1,5 detik, terbukti bahwa tidak ada waktu untuk lewat lagi sebelum ditutup, karena sudah ditutup. Jawabannya adalah: objek jika bertabrakan dengan tutup palka setelah 2,08 detik setelah dilempar, ketika sudah turun.

Referensi

1. Figueroa, D. (2005). Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. Kinematika. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB) .69-116.
2. Giancoli, D. Fisika. (2006). Prinsip dengan Aplikasi. Edisi ^ke- 6 . Prentice Hall. 22-25.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fisika: Pandangan di Dunia. 6 ^ta Editing disingkat. Pembelajaran Cengage. 23 - 27.
4. Resnick, R. (1999). Fisik. Volume 1. Edisi ketiga dalam bahasa Spanyol. Mexico. Editorial Compañía Continental SA de CV 21-22.
5. Rex, A. (2011). Dasar-dasar Fisika. Pearson. 33 - 36
6. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14 ^th . Ed. Volume 1. 50 - 53.
7. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7 ^ma . Edisi. Mexico. Editor Pembelajaran Cengage. 23-25.
8. Serway, R., Vulle, C. (2011). Dasar-dasar Fisika. 9 ^na Ed. Cengage Learning. 43 - 55.
9. Wilson, J. (2011). Fisika 10. Pendidikan Pearson. 133-149.