KECEPATAN RELATIF: KONSEP, CONTOH, LATIHAN - FISIK - 2025

Kecepatan relatif suatu objek adalah yang diukur sehubungan dengan pengamat tertentu, karena pengamat lain dapat memperoleh pengukuran yang berbeda. Kecepatan selalu bergantung pada pengamat yang mengukurnya.

Oleh karena itu, kecepatan suatu benda yang diukur oleh orang tertentu akan menjadi kecepatan relatif terhadapnya. Pengamat lain dapat memperoleh nilai kecepatan yang berbeda, meskipun objeknya sama.

Gambar 1. Skema yang merepresentasikan gerak titik P dilihat dari sistem referensi A dan B. Sumber: elaborasi sendiri.

Karena dua pengamat A dan B yang bergerak relatif satu sama lain mungkin memiliki pengukuran yang berbeda dari objek P yang bergerak ketiga, perlu dicari hubungan antara posisi dan kecepatan P yang dilihat oleh A dan B.

Gambar 1 menunjukkan dua pengamat A dan B dengan sistem referensi masing-masing, dari mana mereka mengukur posisi dan kecepatan objek P.

Setiap pengamat A dan B mengukur posisi dan kecepatan benda P pada waktu t tertentu. Dalam relativitas klasik (atau Galilea), waktu pengamat A sama dengan pengamat B terlepas dari kecepatan relatifnya.

Artikel ini membahas tentang relativitas klasik yang valid dan dapat diterapkan pada sebagian besar situasi sehari-hari di mana kecepatan objek jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya.

Kami menunjukkan posisi pengamat B sehubungan dengan A sebagai r _BA . Karena posisi adalah besaran vektor, kami menggunakan huruf tebal untuk menunjukkannya. Posisi benda P terhadap A dilambangkan sebagai r _PA dan benda yang sama P terhadap B r _PB .

Hubungan antara posisi relatif dan kecepatan

Ada hubungan vektor antara ketiga posisi ini yang dapat disimpulkan dari representasi pada gambar 1:

r _PA = r _PB + r _BA

Jika kita mengambil turunan dari ekspresi sebelumnya sehubungan dengan waktu t kita akan mendapatkan hubungan antara kecepatan relatif masing-masing pengamat:

V _PA = V _PB + V _BA

Dalam ekspresi sebelumnya kita memiliki kecepatan relatif P terhadap A sebagai fungsi dari kecepatan relatif P terhadap B dan kecepatan relatif B terhadap A.

Demikian pula, kecepatan relatif P relatif terhadap B dapat ditulis sebagai fungsi kecepatan relatif P relatif terhadap A dan kecepatan relatif A relatif terhadap B.

V _PB = V _PA + V _AB

Perlu dicatat bahwa kecepatan relatif A terhadap B adalah sama dan berlawanan dengan kecepatan B terhadap A:

V _AB = - V _BA

Beginilah seorang anak melihatnya dari mobil yang bergerak

Mobil melaju lurus dari barat ke timur dengan kecepatan 80 km / jam sedangkan pada arah berlawanan (dan dari jalur lain) sepeda motor melaju dengan kecepatan 100 km / jam.

Di jok belakang mobil ada seorang anak kecil yang ingin mengetahui kecepatan relatif sebuah sepeda motor yang sedang mendekatinya. Untuk mengetahui jawabannya, anak tersebut akan menerapkan hubungan yang baru saja dia baca di bagian sebelumnya, mengidentifikasi setiap sistem koordinat dengan cara berikut:

-A adalah sistem koordinat pengamat di jalan dan kecepatan setiap kendaraan telah diukur sehubungan dengan itu.

-B adalah mobil dan P adalah sepeda motor.

Jika Anda ingin menghitung kecepatan sepeda motor P terhadap mobil B, hubungan berikut akan diterapkan:

V _PB = V _PA + V _AB = V _PA - V _BA

Mengambil arah barat-timur sebagai positif yang kita miliki:

V _PB = (-100 km / jam - 80 km / jam) i = -180 km / jam i

Hasil ini diartikan sebagai berikut: sepeda motor bergerak relatif terhadap mobil dengan kecepatan 180 km / jam dan searah - i , yaitu dari timur ke barat.

Kecepatan relatif antara sepeda motor dan mobil

Sepeda motor dan mobil saling bersilangan mengikuti jalurnya. Anak di jok belakang mobil melihat sepeda motor bergerak menjauh dan sekarang ingin tahu seberapa cepat ia menjauh darinya, dengan asumsi bahwa sepeda motor dan mobil mempertahankan kecepatan yang sama seperti sebelum menyeberang.

Untuk mengetahui jawabannya, anak menerapkan hubungan yang sama yang digunakan sebelumnya:

V _PB = V _PA + V _AB = V _PA - V _BA

V _PB = -100 km / jam i - 80 km / jam i = -180 km / jam i

Dan sekarang sepeda itu menjauh dari mobil dengan kecepatan yang relatif sama saat ia mendekat sebelum mereka menyeberang.

Sepeda motor yang sama dari bagian 2 dikembalikan dengan kecepatan yang sama yaitu 100 km / jam tetapi berubah arah. Dengan kata lain, mobil (yang melaju dengan kecepatan 80 km / jam) dan sepeda motor sama-sama bergerak ke arah timur-barat yang positif.

Pada titik tertentu, sepeda motor melewati mobil, dan anak yang duduk di kursi belakang mobil ingin mengetahui kecepatan relatif dari sepeda motor tersebut saat melihatnya lewat.

Untuk memperoleh jawabannya, anak menerapkan kembali hubungan gerak relatif:

V _PB = V _PA + V _AB = V _PA - V _BA

V _PB = +100 km / jam i - 80 km / jam i = 20 km / jam i

Anak dari kursi belakang melihat sepeda motor menyalip mobil dengan kecepatan 20 km / jam.

-Latihan diselesaikan

Latihan 1

Sebuah perahu motor melintasi sungai selebar 600 m dan mengalir dari utara ke selatan. Kecepatan sungai adalah 3 m / s. Kecepatan perahu relatif terhadap air sungai adalah 4 m / s ke arah timur.

(i) Tentukan kecepatan perahu relatif terhadap tepi sungai.

(ii) Tunjukkan kecepatan dan arah perahu relatif terhadap darat.

(iii) Hitung waktu crossover.

(iv) Berapa banyak itu akan bergerak ke selatan dari titik awal.

Larutan

Gambar 2. Perahu menyeberangi sungai (Latihan 1). Sumber: buatan sendiri.

Ada dua sistem referensi yaitu sistem referensi solidaritas di tepi sungai yang akan kita sebut 1 dan sistem referensi 2, yaitu pengamat yang mengapung di atas air sungai. Objek penelitiannya adalah perahu B.

Kecepatan perahu relatif terhadap sungai ditulis dalam bentuk vektor sebagai berikut:

V B2 = 4 i m / dtk

Kecepatan pengamat 2 (rakit di sungai) terhadap pengamat 1 (di darat):

V 21 = -3 j m / dtk

Kami ingin mengetahui kecepatan perahu relatif terhadap daratan V B1 .

V B1 = V B2 + V 21

Jawaban i

V B1 = (4 i - 3 j ) m / s

Kecepatan perahu akan menjadi modulus dari kecepatan sebelumnya:

- V B1 - = (42 + (-3) 2) ½ = 5 m / s

Jawaban ii

Dan alamatnya adalah:

θ = arctan (-¾) = -36,87º

Jawaban iii

Waktu penyeberangan perahu adalah perbandingan lebar sungai dengan komponen x kecepatan perahu terhadap daratan.

t = (600m) / (4 m / s) = 150 s

Jawaban iv

Untuk menghitung arus yang dibawa perahu ke selatan, kalikan komponen y kecepatan perahu terhadap daratan dengan waktu menyeberang:

d = -3 j m / s * 150 s = -450 j m

Perpindahan ke selatan sehubungan dengan titik awal adalah 450m.

Referensi

1. Giancoli, D. Fisika. Prinsip dengan Aplikasi. Edisi ke-6. Prentice Hall. 80-90
2. Resnick, R. (1999). Fisik. Volume 1. Edisi ketiga dalam bahasa Spanyol. Mexico. Editorial Compañía Continental SA de CV 100-120.
3. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7. Edisi. Mexico. Editor Pembelajaran Cengage. 95-100.
4. Wikipedia. Kecepatan relatif. Diperoleh dari: wikipedia.com
5. Wikipedia. Metode kecepatan relatif. Diperoleh dari: wikipedia.com