Rangka acuan dan Gerakan Relatif
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| relative/ˈrelətɪv/ | relatif |
| reference frame/ˈrefrəns freɪm/ | kerangka acuan |
| resultant/rɪˈzʌltənt/ | resultan |
Anda duduk diam — pada 30 km/s
- Saat ini Anda merasa diam. Namun Bumi membawa Anda mengelilingi Matahari sekitar $30\ \tfrac{\text{km}}{\text{s}}$.
- Keduanya benar. "Diam" hanya bermakna terhadap sesuatu.
- Gerak selalu diukur dari sudut pandang yang dipilih — bingkai referensi.
- Ubah bingkai dan objek yang sama bisa diam, lambat, atau melaju.
Apa itu kerangka acuan
- Kerangka acuan adalah sudut pandang yang memiliki titik asal dan sumbu sendiri untuk mengukur posisi.
- Tanah, kereta yang bergerak, sungai yang mengalir — masing-masing merupakan kerangka yang sah.
- Kecepatan hanya memiliki makna jika Anda mengatakan "relatif terhadap kerangka mana".
- Hukum fisika berlaku dalam kerangka apa pun yang bergerak dengan kecepatan konstan (kerangka inersia).
Mengapa kita bisa mengatakan Anda "diam" dan "bergerak dengan $30\ \tfrac{\text{km}}{\text{s}}$" sekaligus?
Relatif terhadap tanah Anda diam; relatif terhadap Matahari Anda bergerak bersama Bumi. Kecepatan bergantung pada kerangka acuan.
Pilih semua yang dapat berfungsi sebagai kerangka acuan.
Setiap benda fisik dengan titik asal dan sumbu dapat menjadi kerangka. Bilangan telanjang bukanlah sebuah sudut pandang.
Menambahkan kecepatan pada garis lurus
- Seorang penumpang berjalan pada $+2\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ di dalam kereta yang bergerak pada $+30\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Bagi pengamat di tanah, kecepatannya adalah $30 + 2 = 32\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Berjalan ke arah belakang (kecepatan $-2$) membuat pengamat di tanah melihat kecepatan $30 - 2 = 28\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Dalam satu dimensi, kecepatan relatif hanya ditambahkan sebagai bilangan bertanda.
Seorang penumpang berjalan pada kecepatan $+2\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ menuju depan kereta yang bergerak pada kecepatan $+30\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$. Berapakah kecepatan penumpang relatif terhadap tanah, dalam $\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$?
Garis yang sama, arah yang sama: $30 + 2 = 32\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
Penumpang yang sama kini berjalan ke belakang pada $2\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$. Kecepatan relatif terhadap tanah, dalam $\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$?
Sekarang perjalanannya negatif: $30 + (-2) = 28\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
Menambahkan kecepatan dalam dua dimensi
- Sebuah perahu mengarahkan haluan lurus menyeberangi sungai; arus menyapu perahu ke hilir.
- Kecepatan perahu relatif terhadap tanah adalah jumlah vektor dari kecepatan perahu dan kecepatan air.
- Kedua vektor tersebut digabungkan ujung-ke-ujung membentuk resultan — lintasan diagonal.
- Perahu menyeberang dan terdrift secara bersamaan; tidak ada gerakan yang membatalkan yang lain.
Tambahkan vektor perahu dan arus
Gabungkan kecepatan lurus melintasi dengan arus hilir dan baca resultannya.
Melintasi sebuah sungai, kecepatan harus ditambahkan sebagai ____, bukan sekadar bilangan biasa.
Kecepatan tegak lurus digabungkan ujung-ke-pangkal sebagai vektor, menghasilkan resultan diagonal.
Aturan subskrip
- Tulis "kecepatan A relatif terhadap B" sebagai $\vec v_{A/B}$.
- Subskripnya saling merantai: $\vec v_{A/\text{ground}} = \vec v_{A/B} + \vec v_{B/\text{ground}}$.
- Tukar urutan dan nilainya menjadi negatif: $\vec v_{B/A} = -\,\vec v_{A/B}$.
- Susun subskrip bagian dalam, lalu pasangan subskrip luar adalah jawabannya.
Kecepatan A relatif terhadap B adalah persis berlawanan (negatif) dari kecepatan B relatif terhadap A.
Membalik pasangan tersebut membalikkan arah: $\vec v_{B/A} = -\vec v_{A/B}$.
Kecepatan relatif ditambahkan sebagai vektor, bukan selalu sebagai bilangan biasa. Hanya ketika gerakan berada sepanjang garis yang sama Anda bisa langsung menjumlahkan atau mengurangkan nilainya. Saat menyeberangi sungai, jawabannya memerlukan penjumlahan vektor, sehingga kecepatan perahu relatif terhadap tanah lebih besar daripada kecepatannya relatif terhadap air.
Seorang orang berjalan dengan kecepatan $1.5\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ menuju depan kereta yang bergerak dengan kecepatan $12\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Arah sama, satu garis: jumlahkan nilainya.
- Kecepatan relatif terhadap tanah $= 12 + 1.5 = 13.5\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
Gerakan diukur dalam kerangka acuan. Untuk mengubah kerangka, tambahkan kecepatan sebagai vektor: $\vec v_{A/\text{ground}} = \vec v_{A/B} + \vec v_{B/\text{ground}}$, dan membalikkan pasangan vektor akan membuatnya negatif ($\vec v_{B/A} = -\vec v_{A/B}$). Pada satu garis mereka ditambahkan sebagai bilangan bertanda; dalam dua dimensi mereka ditambahkan ujung-ke-ujung.