Gerak dan Gaya - Kinematika, Dinamika

Contoh sederhana dari gerak itu banyak banget. Kalian bangun tidur dari kasur saja sudah dianggap sebagai gerak. Mengetik pesan di HP juga termasuk.

Begitu juga pada mobil dan motor yang sedang melaju. Dan dengan ide perubahan posisi tersebut, mungkin kalian bisa mencari sendiri contoh lainnya.

Ada pertanyaan nih, apa yang dimiliki oleh suatu benda yang bergerak?

Jawabannya adalah perubahan posisi dalam interval waktu tertentu, atau yang disebut sebagai kecepatan. Ini adalah hal utama yang ngebedain dengan benda yang diam.

Secara matematis, kecepatan dituliskan sebagai berikut:

Di mana:

• merupakan perubahan posisi.
• selang waktu yang diperlukan untuk perubahan posisi tersebut.

Mengacu pada rumus sebelumnya, maka satuan dari kecepatan yaitu jarak/waktu atau meter/detik.

Dari rumus tersebut bisa ditarik sebuah fakta. Yakni, jika perubahan posisi Δx yang dialami benda terjadi dalam selang waktu Δt yang singkat, maka semakin cepat benda bergerak.

Sebaliknya, jika selang waktu Δt-nya besar, maka semakin lambat pergerakannya.

Jika diartikan secara bahasa sederhana, pastinya teman-teman akan mengatakan lambat jika untuk menempuh jarak yang sama ketika waktunya lebih lama.

Tentu cepat atau lambatnya pergerakkan tidak hanya bergantung pada selang waktu saja. Besar perpindahannya juga berpengaruh.

Apabila benda berpindah posisi dalam waktu yang singkat, namun ternyata perpindahanya tidak begitu jauh (Δx kecil). Berarti belum tentu pergerakannya cepat.

Jika kita mengetahui kecepatan suatu benda, artinya kita dapat mengetahui juga arah pergerakannya.

Oleh karena itu, bisa diketahui juga posisinya. Perhatikan bahwa Δx = x₁ - x₀, yakni selisih antara posisi di titik x₁ dengan posisi di titik x₁.

Penting: Kedua titik harus diukur berdasarkan acuan yang sama.

Dengan demikian posisi suatu benda yang bergerak dengan kecepatan v, dan dalam selang waktu Δt yaitu:

Dan jangan lupa satuannya, yaitu meter atau m.

Pada bagian sebelumnya, kita melihat bagaimana suatu benda bergerak dengan kecepatan tertentu.

Kemudian kita tertarik untuk mengetahui posisinya, tapi ada satu hal yang terlewat.

Siapa yang menyebabkan gerak tersebut? Pelakunya adalah gaya.

Jadi gaya merupakan penyebab suatu benda bergerak. Dan, apa yang telah kita pelajari pada bagian sebelumnya, hanya mengamati gerak tanpa memperhatikan penyebabnya.

Ilmu yang mempelajari gerak tanpa penyebabnya dinamakan sebagai kinematika.

Apabila kita mengamati penyebab benda bergerak, berarti kita sedang berurusan dengan ilmu yang disebut sebagai dinamika.

Demikian ada satu hal yang patut dipertanyakan. Bagaimana hubungan antara gaya dengan hal-hal yang mendeskripsikan benda bergerak, seperti posisi dan kecepatan?

Mungkin kita tidak akan secara langsung menghubungkan gaya dengan kedua hal tersebut.

Karena kita perlu satu hal lagi yang mendeskripsikan suatu gerak, yakni percepatan.

Kalau kecepatan merupakan perubahan posisi dalam selang waktu tertentu. Percepatan merupakan perubahan kecepatan dalam selang waktu tertentu.

Dengan demikian, secara matematis percepatan yang disimbolkan a dapat ditulis sebagai berikut:

Fenomena gerak suatu benda diatur dalam sebuah hukum yang bernama hukum Newton.

Hukum ini diusulkan oleh ilmuwan fisika asal Inggris yang bernama Sir Issac Newton. Beliau banyak sekali sebenarnya menyumbang ilmu pengetahuan di bidang fisika.

Maksdunya, hukum yang kita bicarakan saat ini secara rinci merupakan salah satu karyanya, lebih spesifiknya yaitu hukum gerak Newton.

Namun karena banyak orang menyatakan hukum Newton sebagai hukum gerak Newton. Kalau gitu, kita sepakat juga ya kalau disebut hukum Newton artinya hukum gerak Newton.

Hukum ini beliau usulkan pada bukunya yang berjudul Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, yang pertama kali terbit pada tahun 1687.

Di dalam buku tersebut, terdapat tiga hukum utama yang mengatur bagaimana suatu benda bergerak.

Pada hukum yang pertama ini, artinya kurang lebih seperti ini, jika suatu benda dalam keadaan diam, maka total gaya (penyebab gerak) pada benda tersebut bernilai nol.

Jika gaya yang bekerja adalah F₁, F₂, dan seterusnya hingga F_n, maka:

Dari persamaan tersebut kita bisa dapatkan satu fakta. Meskipun ada banyak gaya yang bekerja pada benda yang diam, namun jika semua gayanya saling meniadakan, maka benda tetap mempertahankan keadaannya.

Perlu diketahui juga, total gaya bernilai nol, bukan berarti bahwa suatu benda dalam keadaan diam.

Sebelumnya kan telah disebutkan, keadaannya tetap. Maksudnya, kalau bendanya sedang bergerak, maka akan terus bergerak, jika persamaan di atas terpenuhi.

Kita lanjut ke hukum selanjutnya, yaitu hukum Newton kedua.

Supaya ada gambaran sedikit tentang hukum yang kedua ini, coba bayangkan, ada suatu benda yang lagi diam.

Benda yang diam artinya mempunyai kecepatan nol atau v = 0, ya gak?

Jika gaya merupakan penyebab benda bergerak, maka sangat masuk akal sekali kalau gaya berhubungan dengan percepatan.

Semakin besar massa benda, kemungkinan semakin besar juga "upaya" kita untuk menggerakan benda tersebut.

Maka sangat masuk akal juga kalau besar gaya yang diterima oleh suatu benda sebanding dengan massanya.

Mungkin ini bukan kerangka berpikir Newton. Namun bisa menjadi gambaran tentang hukum kedua ini, yang dituliskan secara matematis:

Nah, coba lihat lagi ke hukum yang pertama. Telah disebutkan bahwa, total gaya yang bernilai nol bukan berarti benda itu diam.

Hanya saja, tidak mempunyai percepatan, alias a = 0. Dengan kata lain hukum Newton 1 merupakan kondisi lain di mana benda bergerak dengan kecepatan konstan.

Pada dua hukum sebelumnya kita mengamati satu benda saja. Di hukum yang ketiga ini, kita mengamati dua benda sekaligus.

Yaitu ketika keduanya saling "berinteraksi". Misal terdapat dua benda saling bersentuhan bisa itu dalam posisi kiri-kanan, atas-bawah, atau yang lainnya.

Kita sebut dua benda tersebut sebagai A dan B. Anggap benda A memberikan gaya kepada B sebesar F_AB.

Berdasarkan hukum Newton yang ketiga ini, benda A juga akan merasakan besar gaya yang serupa hanya saja berlawanan arah, yakni sebesar F_BA.

Hubungan antara kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut:

Hukum ini biasanya disebut juga hukum aksi-reaksi.

Memang terlihat sepele, hukum yang ketiga ini, namun penrapannya gak main-main. Teknologi sekelas roket bahkan menggunakan hukum ini untuk mengangkat sistem roket keseluruhan.

Gaya aksi diberikan oleh mesin roket melalui pembakaran. Kemudian gaya reaksinya dirasakan oleh roket itu sendiri.